Лазеры преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн. Излучение лазеров может быть в ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном диапа­зоне. В основу действия лазера положено поглощение электро­магнитных волн атомными системами. При поглощении энер­гия фотона передается атому, который переходит в возбужден­ное квантовое состояние. Этот атом затем может излучить при­обретенную энергию в виде фотона и возвратиться в исходное состояние. Однако пока атом находится в возбуженном со­стоянии, его можно заставить испускать фотон под действием внешнего фотона с энергией, равной энергии фотона, испус­каемой атомом рабочего тела лазера. Такое возбуждение можно получить светом импульсных ламп в твердотелых и жидкостных лазерах, светом газового разряда в газовых лазерах и энергией электрического тока в лазерах, снабженных полу­проводниковыми излучателями. Применяются также системы, в которых для возбуждения газовых лазеров используется тепло и энергия химических реакций.

В зависимости от энергетических характеристик системы накачки лазеры могут работать в непрерывном или импульсном режиме. Рабочим телом лазеров могут быть рубин, кристаллы вольфрамата кальция с примесью неодима, фтористого каль­ция с примесью диспрозия н др. В газовых лазерах использу­ются неон, гелий, криптон, водород, двуокись азота, угле­кислый газ и др.

Лазеры были изобретены в 1962 г. одновременно в ССС. Р и США, а 28 октября 1964 г. советским ученым Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и американскому ученому Ч. Таунсу присуж­дена Нобелевская премия по физике за фундаментальные ис­следования в области квантовой электроники.

Небольшая площадь излучения позволяет получить зна­чительную плотность энергии и успешно применять лазеры для сварки и резки металлов. В современных установках уда­лось сфокусировать излучение на площади 10-4— 10 сма и создать поток энергии плотностью Ю1®— 1017 Вт/см* и более. В настоящее время для сварки и резки созданы лазеры мощ­ностью до 5 кВт.

Сварочная установка состоит из комплекса оптико-механи­ческих и электрических элементов, основой которого являют­ся лазер (оптический квантовый генератор), блок питания импульсной лампы-вспышки с напряжением питания до 20 кВ и входящим в него затвором с трансформатором под­светки, а также стереоскопический микроскоп. В зависимости от энергетических параметров системы накачки сварочный ла­зер может работать в импульсном или непрерывном режиме.

Основным узлом генератора является осветительная ка­мера, внутри которой помещен кристалл рубина. Параллельно кристаллу расположена импульсная лампа, подключенная к источнику высокого напряжения. Внутри камера отполиро­вана для отражения света и охлаждается потоком сжатого воз­духа. Для формирования измерения и направления его на место сварки служит формирующая оптическая система.

Настройка генератора выполняется оптическим устрой­ством, состоящим из осветителя, конденсорной линзы и приз­мы. Наблюдение за процессом сварки осуществляется с помо­щью стереоскопического микроскопа. Для защиты глаз опера - тора-сварщика в момент сварки служит затвор специальной конструкции, который приводится в действие электромаг­нитом. Длительность импульса изменяется с помощью индук­тивности, которая изменяет время разряда, а следовательно, и время горения лампы-вспышки.

Резка лазером применяется как высокоэффективный техно­логический процесс разделения металлов и неметаллических материалов, например, стекла, керамики, графита, алмазов и других материалов.

Лазерная сварка выполняется в вакууме и в среде инерт­ных газов, а резка — ив воздушной среде. Возможность полу­чения мощных лазерных лучей открывает перспективу широ­кого их использования для различных способов сварки, рез­ки, упрочнения поверхностного слоя деталей и т. д