ทำไมและวิธีใช้เลเซอร์ HeNe สำหรับงานอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์

ปัจจุบันเลเซอร์เป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ในชุดเครื่องมือของนักออกแบบระบบอุตสาหกรรม เนื่องจากพวกเขาจะเปิดใช้งานแอปพลิเคชันตั้งแต่การวัดระดับจุลภาคการตรวจจับไปจนถึงการทำงานในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ หนึ่งในเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับงานอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์คือเลเซอร์ก๊าซฮีเลียมนีออน (HeNe) และด้วยเหตุผลที่ดีหลายประการ รวมถึงประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก ความเสถียร และเอาต์พุตออปติคัลคุณภาพสูง อย่างไรก็ตาม นักออกแบบจะต้องจับคู่หลอดเลเซอร์กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูงที่เหมาะสม เพื่อการเริ่มทำงานของเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ การทำงานต่อเนื่อง และอายุการใช้งานยาวนาน

บทความนี้กล่าวถึงเลเซอร์และตัวเลือกเลเซอร์ก่อนที่จะพิจารณาเลเซอร์ HeNe ให้ละเอียดยิ่งขึ้น และเหตุใดจึงใช้กันอย่างแพร่หลาย จากนั้นจะพิจารณาปัจจัยที่ต้องพิจารณาเพื่อความสำเร็จในการใช้งานอุปกรณ์ตัวอย่างเลเซอร์ประเภทนี้จากเอ็กเซลลิทัส เทคโนโลยีส์ครอบครัว REO ของเลเซอร์ HeNe และอุปกรณ์จ่ายไฟที่เหมาะสม

เลเซอร์คืออะไร?

เลเซอร์ย่อมาจาก "การขยายแสงด้วยการปล่อยรังสีที่ถูกกระตุ้น" คุณสมบัติเฉพาะของเอาต์พุตลำแสงเลเซอร์คือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นเอาท์พุตเป็นแบบเอกรงค์ เชื่อมโยงกัน และสอดคล้องกันในเฟส เวลา และพื้นที่ สิ่งนี้เป็นจริงไม่ว่าแสงเลเซอร์จะอยู่ในส่วนที่มองเห็นได้หรือส่วนที่มองไม่เห็นของสเปกตรัมออปติคัล เลเซอร์ส่วนใหญ่มีความยาวคลื่นเอาต์พุตคงที่ (λ) แต่บางเลเซอร์สามารถตั้งค่าความยาวคลื่นแบบไม่ต่อเนื่องได้หลายค่า

เลเซอร์ตัวแรกแสดงให้เห็นโดย Theodore H. Maiman นักฟิสิกส์จาก Hughes Research Laboratories ในเมืองมาลิบู รัฐแคลิฟอร์เนีย ในเดือนพฤษภาคมปี 1960 เขาใช้ทับทิม (CrAlO3) และไฟแฟลชสำหรับถ่ายภาพเป็นแหล่ง "ปั๊ม" ของเลเซอร์เพื่อสร้างลำแสงสีแดงที่ความยาวคลื่น 694 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ประเด็นว่าใครควรได้รับเครดิตทางวิทยาศาสตร์สำหรับแนวคิดของเลเซอร์และสิทธิค่าลิขสิทธิ์เป็นเรื่องของข้อพิพาทสิทธิบัตร 30 ปีระหว่างนักฟิสิกส์สามคน

เลเซอร์ทำงานอย่างไร

เลเซอร์มีโครงสร้างพื้นฐานสามแบบ:

• ตัววัสดุที่ติดไฟได้เองซึ่งสามารถเป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือสารกึ่งตัวนำ และสามารถเปล่งแสงได้ในทุกทิศทาง
• แหล่งปั๊มที่เพิ่มพลังงานให้กับวัสดุที่มีแสง เช่น หลอดไฟแฟลช กระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการชนกันของอิเล็กตรอน หรือการแผ่รังสีจากเลเซอร์อื่น
• ช่องแสงประกอบด้วยแผ่นสะท้อนแสง—ช่องหนึ่งสะท้อนแสงเต็มที่และอีกช่องสะท้อนแสงบางส่วน—ซึ่งให้กลไกการป้อนกลับเชิงบวกสำหรับการขยายแสง

เพื่อให้เกิดแรงกระตุ้น จำเป็นต้องกระตุ้นอิเล็กตรอนส่วนใหญ่ภายในโพรงให้มีระดับพลังงานที่สูงขึ้น ซึ่งเรียกว่าการผกผันของประชากร นี่เป็นสภาวะที่ไม่เสถียรสำหรับอิเล็กตรอน ดังนั้นพวกมันจึงอยู่ในสถานะนี้เป็นเวลาสั้น ๆ แล้วสลายตัวกลับสู่สถานะพลังงานดั้งเดิมในสองวิธี:

• ประการแรก มีการสลายตัวที่เกิดขึ้นเอง เนื่องจากอิเล็กตรอนจะตกกลับสู่สภาพพื้นดินโดยปล่อยโฟตอนแบบสุ่ม
• ประการที่สอง มีการกระตุ้นการสลายตัวโดยที่โฟตอนจากอิเล็กตรอนที่สลายตัวเองตามธรรมชาติจะชนกับอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นตัวอื่นๆ ซึ่งทำให้พวกมันตกลงสู่สภาพพื้นดิน

การเปลี่ยนแปลงที่ถูกกระตุ้นนี้จะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งเคลื่อนที่เป็นเฟสและที่ความยาวคลื่นเท่ากันและไปในทิศทางเดียวกับโฟตอนตกกระทบ โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะเคลื่อนที่ไปมาในช่องแสง ผ่านวัสดุที่มีแสงสะท้อนระหว่างกระจกสะท้อนแสงทั้งหมดกับกระจกสะท้อนแสงบางส่วน พลังงานแสงนี้จะถูกขยายจนกว่าจะมีการสร้างพลังงานเพียงพอสำหรับการระเบิดแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านกระจกสะท้อนแสงบางส่วน

เลเซอร์สี่ประเภทหลัก

แม้ว่าเลเซอร์ออปติคัลเครื่องแรกจะใช้คริสตัลทับทิม ขณะนี้มีเลเซอร์ประเภทหลักและวัสดุที่ใช้อยู่สี่ประเภท ได้แก่ เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด แก๊ส ของเหลว และของแข็ง โดยสังเขปและด้วยความเรียบง่ายมาก พวกมันทำงานดังนี้:

1:เลเซอร์ไดโอด : นี่คือไดโอดเปล่งแสง (LED) ที่ใช้ช่องแสงในวัสดุโซลิดสเตตเพื่อขยายแสงที่ปล่อยออกมาจากช่องว่างแถบพลังงานที่มีอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ไดโอดสามารถปรับให้เข้ากับความยาวคลื่นต่างๆ ได้ โดยเปลี่ยนกระแส อุณหภูมิ หรือสนามแม่เหล็กที่ใช้ และเอาต์พุตอาจเป็นคลื่นต่อเนื่อง (CW) หรือพัลซิ่ง

2)เลเซอร์แก๊ส : ใช้ท่อเติมแก๊สสำหรับโพรง แรงดันไฟฟ้า (เรียกว่าแหล่งกำเนิดปั๊มภายนอก) ถูกนำไปใช้กับหลอดเพื่อกระตุ้นอะตอมในก๊าซไปสู่การผกผันของประชากรซึ่งอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากสถานะพลังงานหนึ่งไปยังสถานะที่สูงขึ้นและย้อนกลับ โฟตอนจะกระเด้งไปมาระหว่างปลายโพรงเนื่องจากกระจก และตัวเลขของพวกมันก็เพิ่มขึ้นในลักษณะการสั่น แสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ประเภทนี้ปกติคือ CW

3)เลเซอร์เหลวหรือสีย้อม: สิ่งเหล่านี้ใช้สารออกฤทธิ์ในสารแขวนลอยของเหลวในเซลล์ย้อมเป็นสื่อกลาง เลเซอร์เหล่านี้ได้รับความนิยมเนื่องจากอาจปรับให้เข้ากับความยาวคลื่นได้หลายแบบโดยการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของสีย้อม

4)เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่เป็นของแข็ง: สิ่งนี้ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามช่องแสงที่แช่อยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอกคดเคี้ยว การเปลี่ยนทิศทางของอิเล็กตรอนเนื่องจากสนามแม่เหล็กทำให้อิเล็กตรอนปล่อยโฟตอน เลเซอร์นี้สามารถสร้างความยาวคลื่นจากไมโครเวฟไปยังบริเวณเอ็กซ์เรย์

แน่นอน รายละเอียดของการดำเนินการเกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ควอนตัมขั้นสูง วัสดุศาสตร์ หลักการพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า อุปกรณ์จ่ายไฟ และแหล่งปั๊ม ความยาวคลื่นจำเพาะที่ปล่อยออกมาเป็นฟังก์ชันของประเภทเลเซอร์ วัสดุ และวิธีที่เลเซอร์ถูกกระตุ้นหรือสูบฉีด (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: สรุปเลเซอร์ประเภทต่างๆ แสดงความยาวคลื่นจำเพาะของแสงที่เกิดจากวัสดุเลเซอร์แต่ละชนิด (ที่มาของตาราง: สหพันธ์นักวิทยาศาสตร์อเมริกัน)

สำหรับนักออกแบบระบบที่ใช้เลเซอร์ หลักการพื้นฐานเป็นที่สนใจ ตราบใดที่มีส่วนช่วยในการทำความเข้าใจพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง ความหมาย และข้อจำกัด

พารามิเตอร์เลเซอร์ที่สำคัญสำหรับนักออกแบบ

เช่นเดียวกับส่วนประกอบทั้งหมด มีพารามิเตอร์ระดับบนสุดบางตัวที่กำหนดการเลือกพื้นฐานและประสิทธิภาพ พร้อมด้วยพารามิเตอร์ระดับที่สองและสามจำนวนมาก สำหรับเลเซอร์ พารามิเตอร์ที่พิจารณาเป็นอันดับแรก ได้แก่ ความยาวคลื่นเอาต์พุต กำลังเอาต์พุต เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง และไดเวอร์เจนซ์ของลำแสง (สเปรด) สิ่งสำคัญอีกอย่างคือประเภทเอาต์พุต (พัลส์หรือ CW) ประสิทธิภาพ รูปร่างหน้าตัดของลำแสงเอาต์พุต (โปรไฟล์) อายุการใช้งาน การควบคุม และความสะดวกในการใช้งาน

โปรดทราบว่ากำลังขับเลเซอร์สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่มิลลิวัตต์ (mW) ถึงกิโลวัตต์ (kW) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและประเภทเลเซอร์ การใช้งานเลเซอร์หลายอย่าง เช่น การทดสอบขนาดเล็กและเครื่องมือวัดต้องการเพียงไม่กี่มิลลิวัตต์ ในขณะที่เลเซอร์กิโลวัตต์ใช้สำหรับการตัดโลหะและอาวุธที่ใช้พลังงานโดยตรง

เช่นเดียวกับการวัดกำลังแสงทั้งหมด การหาปริมาณกำลังขับเลเซอร์และการดำเนินการอย่างถูกต้องแม่นยำนั้นซับซ้อน และนักเทคโนโลยีจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ได้ทุ่มเทความพยายามอย่างมากกับความท้าทายนี้ การวัดได้รับผลกระทบจากลักษณะของพลังงานแสง: ความยาวคลื่น ระดับพลังงาน CW หรือพัลส์ และพารามิเตอร์ใดที่กำลังวัด เช่น กำลังเฉลี่ย กำลังสูงสุด สเปกตรัม และการกระจาย) (ตารางที่ 2)

ตารางที่ 2: การวัดกำลังแสงของเลเซอร์ถือเป็นความท้าทายหลัก และจำเป็นต้องใช้เซนเซอร์และเทคนิคต่างๆ โดยขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและระยะเวลาการส่งออก (ที่มาของตาราง: Coherent Inc.)

นอกจากนี้ โปรดทราบว่าเกือบทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์ กำลังขับ และความยาวคลื่นนั้นอยู่ภายใต้ข้อจำกัดด้านความปลอดภัยหลายประการ เพื่อป้องกันความเสียหายต่อดวงตา ผิวหนัง และวัสดุ ข้อจำกัดที่ซับซ้อนเหล่านี้และคลาสเลเซอร์ที่เกี่ยวข้องถูกกำหนดโดยหน่วยงานกำกับดูแลในประเทศและภูมิภาคต่างๆ ของโลก นี่เป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่ดีในการใช้กำลังแสงเลเซอร์ที่ต่ำที่สุดสำหรับโครงการ และเหตุใดผู้จำหน่ายจึงเสนอเลเซอร์ที่มีระดับกำลังเอาต์พุตแบบเว้นระยะ ตัวอย่างเช่น ตระกูล REO มีเลเซอร์ HeNe ที่คล้ายกันซึ่งมีเอาต์พุต 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 5.0, 10, 12, 15 และ 25 mW ซึ่งเป็นช่วงที่มากกว่า 25:1

การใช้งาน คุณสมบัติ และการใช้งานเลเซอร์ของ HeNe

เช่นเดียวกับตัวเลือกส่วนประกอบทั้งหมด ไม่มีหน่วยเลเซอร์ที่ "ดีที่สุด" ตัวใดตัวหนึ่ง เนื่องจากการใช้งานต้องการความยาวคลื่น ระดับพลังงาน และข้อกำหนดอื่นๆ ที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปกำหนดโดยฟิสิกส์ของสถานการณ์ เลเซอร์ HeNe มักเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมและโครงการทดสอบจำนวนมาก เช่น Raman spectroscopy ซึ่งเป็นเทคนิคการตรวจสอบด้วยแสงแบบไม่ทำลายซึ่งไม่ต้องการการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับตัวอย่าง

สเปกโทรสโกปีนี้ใช้สำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีที่รวดเร็วและแม่นยำของของแข็ง ผง ของเหลว และก๊าซในการวิเคราะห์วัสดุ กล้องจุลทรรศน์ เภสัชกรรม นิติเวช การระบุการฉ้อโกงในอาหาร การตรวจสอบกระบวนการทางเคมี และฟังก์ชันความปลอดภัยในประเทศต่างๆ คุณลักษณะที่น่าดึงดูดใจของเลเซอร์ HeNe สำหรับการใช้งานเหล่านี้ ได้แก่ ความยาวคลื่นและกำลังของเอาต์พุตที่เสถียร เอาต์พุตสีแดงแบบโมโนโครมอย่างยิ่งที่ λ = 632.8 นาโนเมตร (มักจะลดขนาดลงเหลือ 633 นาโนเมตร) ลำแสงแคบ ไดเวอร์เจนซ์ต่ำ และเอาต์พุตที่สอดคล้องกันและความเสถียรในระยะไกล และเวลา

เลเซอร์ HeNe สร้างขึ้นรอบหลอดแก้วกลวงที่มีกระจกหันเข้าด้านใน และบรรจุก๊าซฮีเลียม 85-90% และก๊าซนีออน 10-15% (ตัวกลางการฉายจริง) ที่ความดันประมาณ 1 ทอร์ (0.02 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) (ปอนด์/นิ้ว² )). หลอดยังมีกระจกมองเข้าด้านในสองตัว ด้านหนึ่งเป็นกระจกสะท้อนแสงสูงแบนที่ปลายด้านหนึ่ง อีกด้านเป็นกระจกต่อพ่วงเอาต์พุตเว้าที่มีการส่งสัญญาณประมาณ 1% ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: หัวใจของเลเซอร์ HeNe คือหลอดแก้วที่เติมฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ โดยมีนีออนเพียงเล็กน้อย หลอดมีกระจกสะท้อนแสงด้านในที่ส่วนท้าย และกระจกส่งกำลัง 1% สำหรับข้อต่อเอาท์พุตที่ปลายลำแสงออก (แหล่งรูปภาพ: Wikipedia)

ในระหว่างกระบวนการสูบน้ำ การคายประจุไฟฟ้าผ่านส่วนผสมของแก๊สจะเริ่มต้นโดยพัลส์ไฟฟ้าแรงสูง (ประมาณ 1,000 โวลต์ถึง 1500 โวลต์กระแสตรง ที่ 10 ถึง 20 มิลลิแอมป์ (mA)) การสูญเสียที่เกิดขึ้นจริงมาจากการกระตุ้นของผู้ให้บริการระหว่างระดับพลังงานการโคจรของอิเล็กตรอน (เช่น 3s ถึง 2p) ของอะตอม Ne การเปลี่ยนจาก 3 วินาทีเป็น 2p นี้สร้างเอาต์พุตหลัก 632.8 นาโนเมตร การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานอื่นๆ ก็เกิดขึ้นเช่นกัน โดยให้เอาต์พุตที่ 543 นาโนเมตร 594 นาโนเมตร 612 นาโนเมตร และ 1523 นาโนเมตร แต่เอาต์พุต 632.8 นาโนเมตรนั้นมีประโยชน์มากที่สุด

ตอนนี้เลเซอร์ HeNe แคตตาล็อกรายการ

ในช่วงแรกๆ ของเลเซอร์ ยูนิตต่างๆ มักถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยมือเช่นเดียวกับพาวเวอร์ซัพพลาย ตอนนี้ เลเซอร์—โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น เลเซอร์ก๊าซ HeNe— มีจำหน่ายเป็นส่วนประกอบ "นอกชั้นวาง" ในทันที โดยมีการจัดอันดับพลังงานที่ครอบคลุมช่วงกว้าง ดังที่แสดงโดยเลเซอร์สองตัวในตระกูล REO จาก Excelitas Technologies

ตัวอย่างแรก Model31007 อยู่ที่ระดับต่ำสุดของสเกลกำลัง สามารถส่ง 0.8 mW (ขั้นต่ำ) โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 0.57 มม. (มม.) และบีมไดเวอร์เจนต์ 1.41 มิลลิเรเดียน (mrad) (รูปที่ 2) ต้องใช้ 1500 โวลต์ที่ 5.25 mA ระหว่างการทำงานของหลอดเลเซอร์ ซึ่งมีความยาวประมาณ 178 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 44.5 มม. มีคะแนนความปลอดภัย Center for Devices and Radiological Health (CDRH)/CE ที่ IIIa/3R

รูปที่ 2: เลเซอร์ HeNe พลังงานต่ำรุ่น 31007 สามารถส่งได้อย่างน้อย 0.8 mW โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 0.57 มม. และความแตกต่างของลำแสงที่ 1.41 mrad (ที่มาของภาพ: Excelitas Technologies)

ที่จุดสูงสุดของช่วงพลังงาน REO คือ30995 , เลเซอร์ 17 mW (ทั่วไป), 25 mW (สูงสุด) ที่ต้องใช้ 3500 โวลต์ที่ 7 mA ความยาวท่อประมาณ 660 มม. ความกว้างของลำแสง 0.92 มม. และไดเวอร์เจนซ์ 0.82 mrad มีระดับความปลอดภัย IIIb/3B CDRH/CE ที่เข้มงวดมากขึ้น

มีเหตุผลหลายประการในการเลือกเลเซอร์กำลังต่ำที่สุดที่สามารถทำงานได้ พลังงานที่ต่ำกว่าหมายถึงความกังวลด้านความปลอดภัยและข้อบังคับที่ลดลง พร้อมกับขนาดท่อที่เล็กกว่า ต้นทุนที่ต่ำกว่า และแหล่งจ่ายไฟที่เล็กกว่า

แหล่งจ่ายไฟ: มีความสำคัญต่อเลเซอร์ HeNe

แหล่งจ่ายไฟมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของส่วนประกอบเลเซอร์ สำหรับเลเซอร์ HeNe หลอดแรกต้องการประมาณ 10 kV DC (แรงดันพัง) เพื่อเริ่มกระบวนการกระตุ้น นอกจากนี้ ยังต้องการแรงดันไฟคงที่ในสภาวะคงที่ในช่วง DC 1 ถึง 3 kV พร้อมกับกระแสไฟที่ต่ำกว่า 10 mA แม้ว่าระดับพลังงานจะอยู่ในระดับที่พอเหมาะ—เพียง 20 ถึง 30 วัตต์—วิศวกรเพียงไม่กี่คนได้รับการติดตั้ง ฝึกฝน หรือมีเวลาในการออกแบบการจ่ายไฟที่เหมาะสมสำหรับแรงดันไฟฟ้านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและกฎข้อบังคับ และการรับรองสำหรับปัจจัยต่างๆ เช่น ความคืบคลานและการกวาดล้าง นอกเหนือจากประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน (EMI) แล้ว

เหตุใดจึงต้องมีแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่คงอยู่ เลเซอร์ HeNe เป็นอุปกรณ์ "ความต้านทานเชิงลบ" ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งหลอดจะลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ปัญหาเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับหลอดไฟนีออนธรรมดา เช่น หลอดไฟในตำนานแต่ตอนนี้ส่วนใหญ่เลิกใช้ “หลอดไฟเรืองแสง” แรงดันไฟฟ้าเสียหรือ "กระแทก" อยู่ที่ประมาณ 90 โวลต์ (AC หรือ DC) หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าในการทำงานจะลดลงเหลือประมาณ 60 โวลต์ วิธีหนึ่งที่นักออกแบบจัดหาแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่สูงขึ้น ตามด้วยแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ต่ำกว่า คือการใช้ตัวต้านทานบัลลาสต์แบบอนุกรมที่ประมาณ 220 กิโลโอห์ม (kΩ) (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: อุปกรณ์ที่มีความต้านทานเชิงลบ เช่น หลอดเลเซอร์ HeNe และหลอดนีออน (เช่น NE-2 ในภาพ) จำเป็นต้องมีฟังก์ชันตัวต้านทานบัลลาสต์เพื่อรองรับเฟสเริ่มต้นของแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น/กระแสไฟต่ำ ตามด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า/การคงกระแสไฟที่สูงขึ้น เฟส. (ที่มาของภาพ: Lewis Loflin/Bristol Watch)

อย่างไรก็ตาม วิธีแก้ปัญหาง่ายๆ นี้ไม่เหมาะสำหรับหลอดเลเซอร์ HeNe ในการใช้งานเชิงพาณิชย์ ประการแรก มีข้อบังคับด้านความปลอดภัยและข้อบังคับ ประการที่สอง การจ่ายไฟจะต้องถูกจับคู่อย่างเหมาะสมกับท่อเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด และต้องรักษาแรงดันเริ่มต้นให้อยู่ภายในพิกัดความเผื่อ ประการที่สาม ความเสถียรของแรงดันไฟขาออกและการจัดหากระแสไฟเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของเลเซอร์

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ Excelitas Technologies ขอเสนออุปกรณ์ปลั๊กอินที่ตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคและข้อบังคับสำหรับเลเซอร์ HeNe ที่ใช้พลังงานต่ำ ตัวอย่างเช่น39783 แหล่งจ่ายไฟทำงานตั้งแต่ 100 ถึง 130 โวลต์ AC และ 200 ถึง 260 โวลต์ AC (50 ถึง 400 เฮิรตซ์ (Hz)) และจ่ายไฟ 1500 ถึง 2400 โวลต์ด้วยแรงดันเริ่มต้นที่สูงกว่า 10 kV DC และกระแสไฟทำงาน 5.25 mA (รูปที่ 4 ). การควบคุมกระแสไฟที่เข้มงวดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของท่อ HeNe ที่เสถียร ดังนั้น 39783 จึงรักษาไว้ที่ ±0.05 mA แหล่งจ่ายไฟมีขนาดพอเหมาะ 241 x 133 มม. และสูง 54 มม. นอกจากนี้ยังมาพร้อมกับการล็อคปุ่มจริงเพื่อความปลอดภัย

รูปที่ 4: แหล่งจ่ายไฟ 39783 สำหรับเลเซอร์ HeNe ให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟที่เสถียรและควบคุมได้สำหรับทั้งการเริ่มต้นและขั้นตอนการทำงานที่ยั่งยืนของหลอด HeNe ในขณะที่ปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับอุปกรณ์ระดับกิโลโวลต์ (ที่มาของภาพ: Excelitas Technologies)

สำหรับท่อ HeNe ที่ใหญ่ขึ้น Excelitas มี39786 จัดหาในขนาดบรรจุภัณฑ์เดียวกัน หน่วยนี้มีเอาต์พุตที่สูงกว่า 3200 ถึง 3800 โวลต์ แรงดันเริ่มต้นที่สูงกว่า 12.5 kV และจ่ายกระแสไฟตรงสูงสุด 7.0 mA

สรุป

เลเซอร์มีหลายรูปแบบสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย สำหรับนักออกแบบระบบอุตสาหกรรมที่กำลังมองหาเอาต์พุตขาวดำที่มีเสถียรภาพในระดับพลังงานที่เหมาะสม เลเซอร์ก๊าซ HeNe เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ อย่างไรก็ตาม ดังที่แสดงไว้ เลเซอร์จะต้องรวมกับแหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสมเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ข้อบังคับ ความปลอดภัย และการรักษาความปลอดภัย