Phương pháp gia công bằng tia laser

BÀN THUYẾT MINH CHỦ ĐỀ : PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LASER NỘI DUNG I.Khái Niệm và Các Tia Laser Đầu Tiên II.Nguên Lý Gia Công III.Thiết Bị và Dụng Cụ IV.Thông Số kỹ Thuật và Khả Năng Công Nghệ. V.Đặc Điểm và Dụng C I.KHÁI NIỆM & CÁC TIA LASER ĐẦU TIÊN I.1.KHÁI NIỆM: Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser được sử dụng như là một dụng cụ phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh mà trong tương lai gần trong một số lĩnh vực nào đó, nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong gia công kim loại. Hiện tại thì có thể sử dụng thành công trong việc gia công siêu tinh, trong công nghệ hàn những điểm rất nhỏ và trong luyện kim. Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Máy tia laser là máy cắt bằng tia sáng hoạt động theo chế độ xung. Năng lượng xung của nó không lớn, nhưng nó được hội tụ trong một chùm tia có đường kính khoảng 0.01 mm và phát ra trong khoảng thời gian một phần triệu giây tác động vào bề mặt chi tiết gia công, nung nóng, làm chảy và bốc hơi vật liệu. Tia sáng ấy được gọi là tia laze, viết tắt theo tiếng Anh là LASER (light Amplification Simulated Emission of Radiation) và thường dịch nghĩa tiếng việt là máy phát lượng tử ánh sáng. I.2.MỘT SỐ TIA LASER ĐẦU TIÊN: Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là loại laser hồng ngọc (rắn). Nhiều loại laser đã được phát minh ngay sau laser hồng ngọc – laser uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960), laser khí Helium-Neon đầu tiên bởi Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1961, laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General Electric năm 1962, laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi phòng thí nghiệm Bell năm 1964, laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…Điều này cho thấy nhiều loại có thể tạo ra laser.  Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng các laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser excimer. Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện. II.NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA LASER: Máy gia công bằng chùm tia laser được chế tạo vào năm 1960, và ngày nay phương pháp này thực sự có giá trị trong gia công cơ khí. Từ laser là viết tắt các chữ đầu của các từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” – Sự khuyết đại ánh sáng bằng bức xạ của chất phóng xạ. Loại vật liệu có thể gia công được làm từ tia laser không phụ thuộc vào độ dài sóng. Năng lượng của chùm tia laser tập trung vào phần nhỏ của chùm tia laser làm cho phần vật liệu đó bay hơi đi. Máy gia công bằng tia laser được sử dụng trong khoan, xẻ rãnh, cắt, tạo hình… Gia công bằng chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Nguyên lý hoạt dộng của chùm tia laser được trình bày trên hình 5.1 2 5 4 1 3 Tia laser Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chùm tia laser 1. Môi trường hoạt tính. 2.Nguồn ánh sáng kích thich. 3. Buồng cộng hưởng quang học. 4. Gương phản xạ toàn phần (độ phản xạ ánh sáng 100%) 5. Gương phản xạ bán phần trong suốt (độ phản xạ ánh sáng 50%). Trên hình 5.1 có thể thấy một không gian quang học 3. Trong không gian này ở hai phía là hai kính phản chiếu(4 và 5) và giữa chúng là môi trường hoạt tính 1 (hay thanh laser), những nguyên tử trong môi trường này bị kích thích bởi đèn số 2 ở trạng thái ổn định, những proton được phóng ra và hướng vào trục quang họccủa thanh laser. Các proton này va chạm nhau và tiếp tục phóng ra các proton khác, các proton này nối kết nhau về pha cũng như về hướng. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi các proton chuyển động dọc theo trục quang học và sau nhiều lần phản xạ các proton này có đủ năng lượng để rời khỏi thanh laserqua kính số 5, phần còn lại bị phản xạ trở lại và tiếp tục quá trình nhân proton. Khi tia sáng đã chiếu xuyên qua kính phản chiếu ở hai đầu ra thì hình thành một chùm tia nối tiếp nhau. Chùm tia này sẽ đi qua một thấu kính hội tụ để tập trung năng lượng tại một điểm, nếu đặt vật cần gia công tại tiêu điểm này thì nhiệt độ cục bộ tại đó có thể lên đến 80000C trong 1ms. Sau đây là nguyên lý gia công của một loại máy điển hình: - Hình 5.2 chỉ ra nguyên lý gia công tia lazer trên máy K-3M: Hình 5.2 Nguyên lý gia công chùm tia laser. 2)Buồng phản xạ ánh sáng 3) Đèn phát xung 4) Thanh hồng ngọc 5) Gương phản xạ toàn phần 6) Gương phản xạ 50% 7) Thấu kính hội tụ 8) Chi tiết gia công 9) Bàn gá 10) Tế bào quang điện -Nguồn điện công nghiệp 1 qua biến thế và nắn dòng được nạp vào hệ thống tụ. Điện áp tối đa của tụ là 2KV để điều khiển sự phóng điện tới đèn phát xung 3 đặt ở trong bộ phận phản xạ ánh sáng 2. Bộ phận này có dạng hình trụ với tiết diện mặt trụ ngang là elíp. Khi đèn 3 phát sáng , toàn bộ năng lượng sẽ tập trung tại vị trí có đặt thanh hồng ngọc 4. Những ion Cr+3 của thanh hồng ngọc bị kích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống chúng sẽ phát ra những lượng tử. Nhờ hệ dao động của các gương phẳng 5 và 6, những lượng tử này sẽ đi lại nhiều lần qua thanh hồng ngọc và kích các ion Cr+3 khác để rồi cùng phóng ra chùm tia lượng tử. Gương 5 có dộ phản xạ ánh sáng gần 99%, còn gương 6 gần 50%. Nhờ đó, một mặt ta vẫn nhận được chùm tia laser ở phía dưới, mặt khác khoảng 1% chùm tia phát ra qua gương 5 sẽ được tế bào quang điện 10 thu lại và qua hệ thống chuyển đổi ta biết được năng lượng của chùm tia đã phát ra khỏi máy. Chùm tia nhận được qua gương 6sẽ được tập trung bởi hệ quang học 7 và tác dụng lên chi tiết gia công 8 (đặt trên bàn máy 9) có khả năng di chuyển tọa độ theo 3 phương X, Y, Z. -Khi tập trung tia laser vào vị trí gia công cần chọn hệ thống quang học và chế độ gia công như năng lượng chùm tia tới, thời gian xung tác dụng của chùm tia, tiêu cự của hệ thống quang học và số xung laser. - Quá trỉnh tác dụng của chùm tia laser vào vị trí gia công được chia ra các giai đoạn sau: + Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia laser và chuyển năng lượng này thành nhiệt năng. + Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ có thể phá hỏng vật liệu đó. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt trong vật rắn tuyệt đối bị giới hạn về một phía theo phương tác dụng của chùm tia kể từ bề mặt tác dụng … + Phá hỏng vật liệu gia công và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công. Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng luôn luôn thay đổi theo phương tác dụng của chùm tia laser. + Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser tác dụng xong Hình 5.3. Cắt bằng tia laser III.THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ: III.1.Các loại Laser: Có nhiều cách để phân loại Laser, nhưng thông thương người ta thương phân loại laser theo vật liệu cấu tạo nên môi trương hoạt tính của chúng. Có thể chia laser thành ba loại chính như sau: laser rắn, laser lỏng và laser khí. *Laser rắn: Có thể nói rằng phần quan trọng nhất của laser là laser với trái tim hồng ngọc. Ra đời sau laser hồng ngọc là hàng loạt các laser hợp chất. Nhờ việc chế tạo thủy tinh hợp chất một cách dễ dàng và khá rẻ tiền, nên loại laser này ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau. Laser thuûy tinh hôïp chaát neâodim coù coâng suaát böùc xaï lôùn vaø taàn soá laëp laïi cao. Coâng suaát trung bình cuûa chuøm aùnh saùng coù theå ñaït ñeán haøng traêm KW trong moät töông lai khoâng xa. Nhöôïc ñieåm cuûa loaïi laser raén laø hieäu suaát thaáp, chæ côõ 5 ¸ 7%. Tuy nhieân, loaïi laser raén coù kích thöôùc töông ñoái goïn nheï neân ñöôïc öùng duïng trong raát nhieàu lónh vöïc khaùc nhau nhö trong thoâng tin lieân laïc, voâ tuyeán truyeàn hình, trong coâng nghieäp, y teá, quaân söï, … Trong caùc loaïi laser raén, ngöôøi ta chuù yù nhieàu nhaát ñeán laser baùn daãn. Moâi tröôøng hoaït tính cuûa chuùng laø caùc baùn daãn loaïi N hay loaïi P (gecmani, silic, axenit gali …). Loaïi laser baùn daãn coù hieäu suaát cao hôn haún baát kyø loaïi laser naøo khaùc. Veà lyù thuyeát, hieäu suaát cuûa caùc loaïi laser baùn daãn coù theå ñaït tôùi 100%. Tuy nhieân, treân thöïc teá hieäu suaát cuûa loaïi laser naøy chæ ñaït ñeán 70%. Vieäc cheá taïo loaïi laser baùn daãn cuõng coøn gaëp moät soá khoù khaên kyõ thuaät, do ñoù hieäu suaát cuûa chuùng chöa ñaït ñöôïc cao laém. Taát nhieân, so vôùi caùc loaïi laser khaùc nhö laser khí (hieäu suaát 20%), laser raén (hieäu suaát 5¸7%), laser baùn daãn öu vieät hôn nhieàu. Tuy vaäy, coâng suaát böùc xaï cuûa loaïi laser baùn daãn coøn nhoû, chöa theå so saùnh vôùi caùc loaïi laser khí hay laser tinh theå khaùc ñöôïc. Ngoaøi ra, laser baùn daãn coøn coù ñaëc ñieåm laø deã ñieàu khieån, coù theå bieán ñoåi coâng suaát böùc xaï theo moät quy luaät cho tröôùc moät caùch deã daøng. Khi doøng ñieän ñi qua moät moâi tröôøng hoaït tính baùn daãn bò bieán thieân, thì coâng suaát ra cuõng seõ bieán thieân ñuùng nhö vaäy. Ñaëc tính naøy laøm cho laser baùn daãn coù moät taàm quan troïng ñaëc bieät, nhaát laø trong lónh vöïc truyeàn thoâng tin vaø voâ tuyeán truyeàn hình. *Laser khí: Cho ñeán naêm 1961, laser khí môùi ra ñôøi nhöng khoâng ñöôïc chuù yù nhieàu, vì veà coâng suaát böùc xaï aùnh saùng vaø hieäu suaát laøm vieäc noù coøn keùm xa loaïi laser ra ñôøi tröôùc ñoù (laser hoàng ngoïc). Tuy nhieân, laser khí ñaõ coù nhieàu höùa heïn toát ñeïp veà tính ñôn saéc vaø khaû naêng ñònh höôùng cao. Naêm 1964, laser khí CO2 xuaát hieän, vôùi moät coâng suaát raát cao. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, laser khí CO2 (vaø hoãn hôïp cuûa noù) ñaõ ñaït ñöôïc coâng suaát böùc xaï tôùi haøng chuïc KW, trong cheá ñoä laøm vieäc lieân tuïc, vôùi hieäu suaát 20% Loaïi laser CO2 khí ñoäng hoïc coù coâng suaát böùc xaï ñeán 100 KW. Öu ñieåm cuûa loaïi laser khí laø coâng suaát lôùn, tính ñôn saéc vaø khaû naêng ñònh höôùng cao, thích hôïp cho vieäc söû duïng chuùng ôû cheá ñoä lieân tuïc. Daûi böôùc soùng cuûa loaïi laser khí keùo daøi töø soùng mm cho ñeán vuøng töû ngoaïi. Moâi tröôøng hoaït tính cuûa loaïi laser khí laø caùc chaát khí hay hoãn hôïp khí khaùc nhau. Thoâng duïng nhaát laø khí nguyeân töû neon, agon, kripton, xeânon, hôi kim loaïi cadimi, ñoàng, selen, xeâzi, vaø khí phaân töû nhö oxyt cacbon, cacbonic, hôi nöôùc … *Laser loûng: Moät trong nhöõng phöông höôùng môùi cuûa laser laø laser coù moâi tröôøng hoaït tính chaát loûng. Coù hai loaïi chaát loûng thöôøng duøng laø caùc hoãn hôïp höõu cô kim loaïi vaø chaát maøu. Loaïi hoãn hôïp höõu cô kim loaïi chöùa moät soá nguyeân toá hieám nhö eâropi. Moâi tröôøng höõu cô ñoùng vai troø trung gian, nhaän naêng löôïng cho nguoàn aùnh saùng kích thích, truyeàn laïi cho caùc nguyeân töû eâropi. Caùc nguyeân töû eâropi bò kích thích vaø böùc xaï aùnh saùng vôùi böôùc soùng 0,61 mm (maøu ñoû). Nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi laser höõu cô loûng laø moâi tröôøng hoaït tính khoâng beàn vöõng, chaát höõu cô bò phaân huûy döôùi taùc ñoäng cuûa aùnh saùng kích thích. Gaàn ñaây ngöôøi ta thay chaát höõu cô baèng chaát voâ cô ñeå traùnh söï phaân huûy noùi treân. Loaïi laser chaát loûng voâ cô coù coâng suaát böùc xaï vaø hieäu suaát khaù cao, coù theå saùnh vai cuøng caùc loaïi laser raén vôùi hôïp chaát neâodim. Hieän nay loaïi laser voâ cô loûng coù theå cho coâng suaát trung bình gaàn 500 W ôû cheá ñoä xung, vaø ôû cheá ñoä xung ñôn vôùi naêng löôïng haøng traêm Jun. Tuy nhieân, chaát loûng oxít clorua selen laø moät loaïi chaát ñoäc, coù haïi cho cô theå con ngöôøi, do ñoùù khi laøm vieäc vôùi noù phaûi tuaân theo nhieàu bieän phaùp an toaøn phöùc taïp. Noùi chung, cuõng nhö caùc loaïi laser khaùc, laser chaát loûng cuõng coù nhöõng öu ñieåm rieâng cuûa noù. Ñieàu deã daøng nhìn thaáy nhaát laø vieäc laøm nguoäi moâi tröôøng hoaït tính raát ñôn giaûn, baèng phöông phaùp löu thoâng doøng chaát loûng trong laser . Caùc loaïi laser nhö ñaõ noùi ôû treân ñeàu caàn nguoàn cung caáp ñieän ñeå taïo ra moâi tröôøng hoaït tính. Nguoàn ñieän naêng ñöôïc söû duïng coù theå döôùi daïng doøng ñieän cao taàng ñeå ion hoùa hoãn hôïp khí trong laser khí, hoaëc doøng ñieän moät chieàu chaïy qua lôùp tieáp xuùc P-N trong laser baùn daãn, hoaëc döôùi daïng aùnh saùng ñeøn chieáu saùng nhö trong caùc laser raén … Caùc phöông phaùp kích thích moâi tröôøng hoaït tính naøy ñeàu coù hieäu suaát khaù cao vaø cho coâng suaát böùc xaï cuûa laser lôùn. Tuy nhieân, trong thöïc teá khoâng phaûi nôi naøo cuõng coù nguoàn ñieän naêng. Nhö vaäy, söï ra ñôøi cuûa laser khí ñoäng hoïc vaø laser hoùa hoïc laø moät giaûi phaùp thöïc teá nhaát. *Laser Gama: Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, ngaønh ñieän töû löôïng töû ñaõ phaùt trieån raát maïnh. Söï phaùt trieån cuûa noù gaén lieàn vôùi söï phaùt trieån cuûa kyõ thuaät ñieän töû, quang hoïc, vaät lyù, hoùa hoïc vaø nhieàu lónh vöïc khoa hoïc khaùc. Söï töông quan höõu cô naøy ñaõ thuùc ñaåy söï phaùt trieån, khoâng nhöõng cuûa chính baûn thaân kyõ thuaät laser, maø coøn nhöõng ngaønh coù lieân quan. Coù theå noùi raèng, söï ra ñôøi cuûa laser Gamma laø söï keát hôïp haøi hoøa giöõa yeâu caàu caàn coù moät nguoàn aùnh saùng ñieän töø ñôn saéc, coù coâng suaát lôùn vôùi böôùc soùng < 107 cm vaø söï phaùt minh ra hieäu öùng Mesbauer. Vôùi böôùc soùng naøy, laser Gamma cho pheùp nghieân cöùu ñaëc ñieåm caàu truùc cuûa theá giôùi vi moâ, vaø môû ra nhieàu trieån voïng môùi trong ngaønh sinh hoïc, hoùa hoïc vaät lyù vaø kyõ thuaät … Naêm 1972 – 1973, nhaø baùc hoïc Xoâ Vieát loãi laïc, vieän só Vieän Haøn laâm Khoa hoïc Lieân Xoâ ñaõ ñaët neàn moùng cho moät phöông höôùng nghieân cöùu laser môùi – laser Gamma. Cô sôû vaät lyù cuûa laser Gamma laø hieäu öùng Mesbauer cho pheùp ta thöïc hieän quaù trình böùc xaï, haáp thuï vaø taùn xaï coäng höôûng tia Gamma vôùi ñoä phaåm chaát raát lôùn. Trong laser Gamma, caùc möùc naêng löôïng laøm vieäc laø caùc möùc chuyeån tieáp traïng thaùi cuûa haït nhaân phoùng xaï. Haït nhaân seõ böùc xaï tia Gamma, khi noù chuyeån traïng thaùi töø möùc naêng löôïng cao xuoáng caùc möùc naêng löôïng thaáp hôn. Hieän töôïng böùc xaï tia Gamma naøy goïi laø hieän töôïng phaân raõ Gamma. Ñeå kích thích caùc haït nhaân coù theå duøng caùc haït nhaân khaùc, caùc notron, proton hay tia Gamma. Veà nguyeân lyù chung, laser Gamma laøm vieäc cuõng töông töï nhö caùc laser khaùc (laser khí, laser raén …). Tuy nhieân, hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong moâi tröôøng hoaït tính cuûa loaïi laser naøy phöùc taïp hôn nhieàu. Khaû naêng tieàm taøng cuûa loaïi laser naøy raát lôùn. tuy nhieân kyõ thuaät cheá taïo noù raát phöùc taïp, vaø do ñoù vieäc öùng duïng cuûa noù chöa ñöôïc phoå bieán roäng raõi. Nhôø söï ra ñôøi cuûa laser Gamma, chuùng ta ñaõ môû roäng ñöôïc daûi soùng, töø hoàng ngoaïi cho ñeán böôùc soùng moät vaøi Amstrong (Ao). Tuy nhieân trong töông lai, khoù maø noùi raèng ñoù laø phöông phaùp cuoái cuøng cuûa kyõ thuaät laser. Söï ra ñôøi vaø phaùt trieån raát maïnh cuûa kyõ thuaät laser ñaõ goùp phaàn raát lôùn vaøo vieäc giaûi quyeát nhieàu vaán ñeà kyõ thuaät vaø nghieân cöùu khoa hoïc. III.2.Caáu taïo maùy laser: Nhöõng nguyeân töû, cuõng töông töï nhö phaân töû, cuõng coù caáu truùc naêng löôïng, caùc möùc ñoù mang tính chaát löôïng töû, khoaûng caùch caùc möùc cuõng coá ñònh vôùi töøng loaïi phaân töû. Nhôø ñoù maø caùc phaân töû ñeàu coù theå böùc xaï ñieän töû neáu chuùng bò kích thích. Muoán cho caùc nguyeân töû phaùt ra aùnh saùng (soùng ñieän töø noùi chung) chuùng phaûi ñöôïc kích thích, töùc laø electron phaûi ñöôïc ñaåy leân möùc naêng löôïng cao hôn. Coù theå duøng: ñoát noùng, duøng aùnh saùng maïnh chieáu vaøo, doøng ñieän ñi qua. Khi nhaän naêng löôïng naøy electron nhaûy leân möùc naêng löôïng cao hôn, chuùng soáng taïm moät thôøi gian ôû möùc naêng löôïng môùi vaø seõ trôû veà möùc naêng löôïng cuõ vaø phaùt ra aùnh saùng. Do ñaëc ñieåm böùc xaï töï phaùt neân trong moät thôøi ñieåm electron chuyeån möùc naêng löôïng böùc xaï ra proton khaùc taïo neân moät quaù trình voâ cuøng nhanh. Khi caùc electron chuyeån möùc naêng löôïng thì quaù trình böùc xaï seõ döøng laïi, do ñoù chuùng ta phaûi coù nguoàn kích thích naêng löôïng töø beân ngoaøi ñeå tieáp tuïc ñaåy caùc electron leân möùc cao hôn. Nguoàn saùng Nguoàn saùng Baøn Heä thoáng laøm maùt Nguoàn ñieän Baêng baûo veä Tia laser Ñoà gaù Kim loaïi bay hôi Chi tieát Ñoä daøi tieâu cöï Göông phaûn xaï baùn phaàn Göông phaûn xaï toaøn phaàn Thaáu kính Toùm laïi tia laser truyeàn ñi ñôn saéc, song song vôùi ñoä phaân kyø lôùn, ñoä saùng cao, tieâu bieåu cho söï khuyeách ñaïi aùnh saùng bôûi söï böùc xaï ñöôïc kích hoaït. Maùy laser laø moät boä phaän taïo ra böùc xaï aùnh saùng vôùi caùc möùc naêng löôïng lôùn vaø coù theå ñieàu khieån ñöôïc. Khi chieáu vaøo moät vaät lieäu möùc naêng löôïng naøy ñuû lôùn ñeå gaây ra hieäu öùng cuïc boä. Söùc noùng cuûa tia laser ñöôïc ñieàu khieån ñeå ra keát quaû mong muoán ôû vuøng cuï theå vaø ñaûm baûo bieán daïng laø nhoû. Döôùi ñaây laø nguyeân lyù maùy laser: Hình 5.4. Sô ñoà nguyeân lyù maùy laser. *Maùy laser ñöôïc caáu taïo bôûi 3 phaàn chính sau: III.2.1.Moâi tröôøng hoaït tính: Laø phaàn quan troïng nhaát coù nhieäm vuï phaùt ra soùng ñieän töø hay soùng aùnh saùng. Tuyø theo yeâu caàu kyõ thuaät ngöôøi ta coù theå duøng caùc loaïi hoaït tính laø chaát loûng, chaát raén, khí. Moät soá chaát thöôøng ñöôïc söû duïng hoaït tính laø: + Chaát khí: N2, H2, CO2 + Chaát raén: Tinh theå vaø thuûy tinh hôïp chaát (hoàng ngoïc, thaïch anh …) + Chaát loûng: caùc dung dòch sôn, chaát höõu cô, voâ cô. Moâi tröôøng hoaït tính cuûa chaát khí thöôøng ñöôïc söû duïng trong laser coù coâng suaát lôùn, phöông phaùp kích thích ñôn giaûn. Ñoái vôùi laser raén daïng troøn, moâi tröôøng hoaït tính laø chaát raén daïng troøn, chöõ nhaät, daïng taâm … Ngöôøi ta thöôøng duøng nguoàn aùnh saùng kích thích töø beân ngoaøi. * Moâi tröôøng hoaït tính khí: Loaïi laser khí ñöôïc söû duïng töông ñoái phoå bieán vì vieäc kích thích phoùng ñieän vaø ñieàu khieån töông ñoái deã daøng. Ta coù theå chia laøm 3 loaïi laser khí: nguyeân töû trung hoøa, loaïi ion hoùa, loaïi phaân töû. Phaàn cô baûn cuûa maùy laser laø oáng kính laøm baèng thuûy tinh hay söù chöùa moâi tröôøng khí, hai ñaùy cuûa oáng hình truï laøm baèng muoái ñaù hay axeâ magali cho aùnh saùng ñi qua vôùi böôùc soùng 0,16 mm ñeå laøm giaûm söï maát maùt do söï phaûn xaï trôû laïi töø beà maët caùc cöûa soå. Caùc cöûa soå naøy neáu ñaët nghieâng vôùi truïc cuûa oáng 1 goùc Bruster thì khoâng bò phaûn xaï laïi. Ñeå kích thích söï phoùng ñieän baèng doøng ñieän moät chieàu hay xoay chieàu taàn soá thaáp, ñöa hai cöïc vaøo oáng vaø noái chuùng vôùi nguoàn ñieän aùp. Vôùi doøng ñieän xoay chieàu taàn soá cao, chæ caàn kích thích söï phoùng ñieän baèng caùch ñöa ñieän aùp ñeán hai vaønh kim loaïi aùp vaøo thaønh ngoaøi oáng. Ñeå taïo söï phaûn hoài döông ôû hai ñaàu oáng khí, ñaët hai göông quang hoïc taïo thaønh heä coäng höôûng môû mang teân Phabripero. Hai göông naøy phaûi song song vaø vuoâng goùc truïc oáng. Nhôø heä thoáng nhö göông naøy Proton sinh ra do böùc xaï seõ di chuyeån qua moâi tröôøng hoaït tính nhieàu laàn. Moät trong hai göông seõ laø göông trong suoát. Maùy phaùt Tia laser Cöûa soå Oáng chöùa khí Göông phaûn xaï Hình 5.5. Sô ñoà nguyeân lyù laser khí. *Moâi tröôøng hoaït tính raén: Muoán laser traïng thaùi raén phuø hôïp toát nhaát laø duøng loaïi oáng thuûy tinh Neon ñen