فناوری لیزر در زندگی روزمره دنیای مدرن ادغام شده است. انواع مختلف ژنراتورهای لیزری در طول موج های مختلف عمل می کنند، ویژگی های متفاوتی را نشان می دهند و بنابراین برای اهداف متفاوتی استفاده می شوند.
بسته به محیط مورد استفاده، ژنراتورهای لیزری به شش نوع تقسیم می‌شوند: ژنراتورهای لیزری حالت جامد، گازی، رنگی، دیودی، فیبری و الکترون آزاد. در میان آنها، تقسیمات فرعی بسیاری از لیزرهای حالت جامد و گاز وجود دارد. به جز لیزرهای الکترون آزاد، اکثر روش‌های تولید لیزر بر اساس مکانیسم یکسانی مبتنی بر اجزایی مانند منبع پمپ، تشدیدگر نوری و محیط بهره هستند.
این مقاله شما را با رایج ترین انواع ژنراتورهای لیزری، ویژگی ها و کاربردهای آنها آشنا می کند.
ژنراتور لیزری حالت جامد
در ژنراتورهای لیزری حالت جامد، معمولاً از نور به عنوان منبع پمپ و از کریستال یا شیشه برای تولید نور لیزر استفاده می شود. این ماده از یک ماتریس و یک یون فعال تشکیل شده است. ماده ماتریس محیطی را برای یون فعال شده برای تولید لیزر فراهم می کند. یون‌های فعال رایج عمدتاً یون‌های فلزات واسطه مانند یون‌های کروم، کبالت و نیکل و یون‌های فلزی خاکی کمیاب مانند یون‌های نئودیمیم هستند. آینه هایی که با لایه های دی الکتریک پوشانده شده اند به عنوان آینه تشدید کننده از جمله یک آینه کامل و یک نیم آینه استفاده می شوند. با ترکیبی از یون های فعال مختلف و مواد ماتریس و طول موج های تحریک نور، لیزرهایی با طول موج های مختلف ساطع می شوند.
خروجی طول موج لیزر توسط ژنراتور لیزری یاقوتی 694.3 نانومتر است و نرخ تبدیل فوتوالکتریک به 0.1 درصد می رسد. با این حال، عمر فلورسنت آن طولانی است، که برای ذخیره انرژی مفید است و می تواند حداکثر توان پالس بالایی را تولید کند. لیزر تولید شده توسط یک میله یاقوت با ضخامت یک هسته قلم و یک پرتو بلند می تواند به راحتی در یک ورق آهن نفوذ کند. قبل از ظهور سیستم های لیزری کارآمدتر YAG، سیستم های لیزر یاقوت به طور گسترده در برش و حفاری استفاده می شد. علاوه بر این، نور 694 نانومتری به راحتی توسط ملانین جذب می شود، بنابراین از لیزرهای یاقوت در درمان ضایعات رنگدانه (لکه های پوستی) نیز استفاده می شود.
ژنراتور لیزری Ti:Sapphire دارای طیف گسترده ای از طول موج های قابل تنظیم از 660 نانومتر تا 1200 نانومتر است. هنگامی که با فناوری دوبرابر فرکانس استفاده می شود (که می تواند فرکانس نور را دو برابر کند، یعنی طول موج را به نصف کاهش دهد)، محدوده طول موج را می توان تا 330 نانومتر تا 600 نانومتر افزایش داد. سیستم های لیزر تیتانیوم یاقوت کبود در طیف سنجی فمتوثانیه، تحقیقات اپتیک غیرخطی، تولید نور سفید، تولید امواج تراهرتز و ... استفاده می شود و در زیبایی پزشکی نیز کاربرد دارد.
YAG مخفف گارنت آلومینیوم ایتریوم است که عالی ترین ماتریس کریستالی لیزری در حال حاضر است. پس از دوپ شدن با نئودیمیم (Nd)، می تواند نور 1064 نانومتری را تولید کند و حداکثر توان خروجی پیوسته می تواند به 1000 وات برسد. در روزهای اولیه، یک لامپ فلاش گاز بی اثر به عنوان منبع پمپ استفاده می شد، اما روش پمپ فلاش لامپ دارای محدوده طیفی وسیع، همزمانی ضعیف با طیف جذبی محیط بهره و بار حرارتی زیاد است که منجر به نرخ تبدیل فوتوالکتریک پایین می شود. با استفاده از پمپاژ لیزر دیود (LD)، این سیستم می تواند نور لیزری با راندمان بالا، قدرت بالا و عمر طولانی تولید کند.
ژنراتورهای لیزر Nd:YAG را می توان در درمان همانژیوم و مهار رشد تومور استفاده کرد. با این حال، آسیب حرارتی به بافت غیر انتخابی است. در حالی که رگ های خونی تومور را منعقد می کند، انرژی اضافی به بافت طبیعی اطراف نیز آسیب می رساند و به راحتی می توان جای زخم پس از جراحی باقی گذاشت. بنابراین لیزر Nd:YAG بیشتر در جراحی، زنان، گوش و حلق و بینی و کمتر در پوست استفاده می شود.
Yb:YAG، ایتربیوم (Yb) به YAG دوپ می شود که می تواند نور 1030 نانومتری را تولید کند. طول موج پمپ Yb: YAG 941 نانومتر است که بسیار نزدیک به طول موج خروجی است که می تواند بازده کوانتومی پمپ 91.4٪ را به دست آورد. این بدان معناست که بیشتر انرژی ورودی به انرژی خروجی تبدیل می شود در حالی که تنها بخش کوچکی از انرژی به گرما تبدیل می شود. گرمای تولید شده توسط پمپ تا 10% سرکوب می شود، درصد نسبتاً کمی در مقایسه با Nd:YAG که 25% تا 30% انرژی را به صورت گرما از دست می دهد. Yb:YAG به یکی از جذاب‌ترین رسانه‌های لیزری حالت جامد تبدیل شده است و ژنراتورهای لیزری حالت جامد Yb:YAG با پمپ LD تبدیل به یک کانون تحقیقاتی جدید شده‌اند، با پتانسیل برای ژنراتورهای لیزری حالت جامد با راندمان بالا و توان بالا.
علاوه بر دو مورد فوق، YAG را می توان با هولمیوم (Ho)، اربیوم (Er) و بسیاری از عناصر دیگر دوپ کرد. Ho:YAG لیزرهای 2097 نانومتری و 2091 نانومتری ایمن برای چشم، عمدتاً برای ارتباطات نوری، رادار و کاربردهای پزشکی تولید می کند. Er:YAG نور 2.9 میکرومتری را تولید می کند و بدن انسان نرخ جذب بالایی از این طول موج را دارد، بنابراین پتانسیل زیادی برای استفاده در جراحی لیزر و جراحی عروق دارد.
ژنراتور لیزری گازی
ژنراتورهای لیزری گازی، سیستم‌های لیزری هستند که از گاز به عنوان واسطه بهره می‌برند و به طور کلی تخلیه گاز را پمپاژ می‌کنند. انواع گازها شامل گاز اتمی (هلیوم-نئون، یون گاز نجیب و بخار فلز)، گاز مولکولی (نیتروژن و دی اکسید کربن) و گاز اگزایمر است. آنها به طور کلی تحت واکنش های شیمیایی تولید می شوند.
ژنراتور لیزری هن (HeNe) از مخلوطی از 75 درصد HeNe یا بیشتر و 15 درصد یا کمتر Ne به عنوان محیط افزایش استفاده می کند. بسته به محیط کار، می تواند سبز (543.5 نانومتر)، زرد (594.1 نانومتر)، نارنجی (612.0 نانومتر)، قرمز (632.8 نانومتر) و سه نوع نور مادون قرمز نزدیک (1152 نانومتر، 1523 نانومتر، و 3391 نانومتر) ساطع کند که از این میان، 632.8 نور قرمز متداول (XNUMX نانومتر) استفاده می شود. پرتو خروجی توسط ژنراتور لیزری HeNe دارای توزیع گاوسی است و کیفیت پرتو بسیار پایدار است. اگرچه توان آن زیاد نیست، اما عملکرد خوبی در زمینه اندازه گیری دقیق دارد.
ژنراتورهای لیزری معمولی گاز نجیب با یون‌های آرگون (Ar+) و یون‌های کریپتون (Kr+) کار می‌کنند. نرخ تبدیل انرژی آن می تواند تا 0.6٪ برسد و می تواند به طور مداوم و پایدار توان خروجی 30-50 وات را برای مدت طولانی تولید کند و طول عمر آن بیش از 1000 ساعت است. این نوع لیزر عمدتاً در نمایش لیزر، طیف‌سنجی رامان، هولوگرافی، اپتیک غیرخطی و سایر زمینه‌های تحقیقاتی و همچنین تشخیص پزشکی، جداسازی رنگ چاپ، پردازش مواد اندازه‌شناسی و پردازش اطلاعات استفاده می‌شود.
ژنراتورهای لیزر بخار فلزی با بخار فلز کار می کنند. به عنوان مثال، ژنراتور لیزری بخار مس عمدتاً نور سبز (510.5 نانومتر) و نور زرد (578.2 نانومتر) را تولید می کند که می تواند به توان متوسط 100 وات و حداکثر توان 100 کیلووات برسد. کاربرد اصلی آن منبع پمپ ژنراتورهای لیزری رنگی است. علاوه بر این، می‌توان از آن برای عکاسی با فلاش با سرعت بالا، تلویزیون با صفحه نمایش بزرگ و پردازش مواد استفاده کرد.
ژنراتور لیزری مولکولی نیتروژن از نیتروژن به عنوان محیط افزایش استفاده می کند که می تواند نور ماوراء بنفش 337.1 نانومتر، 357.7 نانومتر و 315.9 نانومتر را ساطع کند و اوج قدرت می تواند به 45 کیلووات برسد. می توان از آن به عنوان منبع نور پمپ برای ژنراتورهای لیزری رنگ آلی استفاده کرد و همچنین به طور گسترده در جداسازی لیزری ایزوتوپ ها، تشخیص فلورسانس، عکاسی با سرعت فوق العاده بالا، تشخیص آلودگی، مراقبت های پزشکی و بهداشتی و پرورش کشاورزی استفاده می شود. از آنجایی که تمرکز طول موج کوتاه آن برای به دست آوردن یک نقطه کوچک آسان تر است، می توان از آن برای پردازش اجزای زیر میکرون نیز استفاده کرد.
محیط بهره مورد استفاده در مولد لیزر CO2 دی اکسید کربن مخلوط با هلیوم و نیتروژن است که می تواند نور مادون قرمز دور با محوریت طول موج های 9.6 میکرومتر و 10.6 میکرومتر را تولید کند. ژنراتور دارای نرخ تبدیل انرژی بالایی است، توان خروجی می تواند از چندین وات تا ده ها هزار وات متغیر باشد و کیفیت پرتو بسیار بالا باعث می شود که ژنراتور لیزر CO2 به طور گسترده در پردازش مواد، تحقیقات علمی، دفاع ملی و پزشکی استفاده شود.
اگزایمرها مولکول های ناپایداری هستند که با مخلوطی از گازهای نجیب مختلف و گاز هالوژن در تشدید کننده پر می شوند تا لیزرهایی با طول موج های مختلف تولید کنند. تحریک معمولاً با پرتوهای الکترونی نسبیتی (انرژی بیشتر از 200 کو) یا تخلیه‌های سریع پالس عرضی به دست می‌آید. هنگامی که پیوندهای مولکولی ناپایدار اگزایمر حالت برانگیخته شکسته می شود و به اتم های حالت پایه تفکیک می شود، انرژی حالت برانگیخته به شکل تابش لیزر آزاد می شود. این به طور گسترده ای در پزشکی، ارتباطات نوری، نمایشگر نیمه هادی، سنجش از راه دور، سلاح های لیزری و زمینه های دیگر استفاده می شود.
ژنراتور لیزری شیمیایی نوع خاصی از سیستم لیزر گازی است که از انرژی آزاد شده توسط واکنش های شیمیایی برای تحقق وارونگی عدد ذرات استفاده می کند. اکثر آنها در حالت انتقال مولکولی کار می کنند و محدوده طول موج معمولی در ناحیه طیفی نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی است. مهم ترین آنها دستگاه های هیدروژن فلوراید (HF) و فلوراید دوتریوم (DF) هستند. اولی می تواند بیش از 15 خط طیفی بین 2.6 تا 3.3 میکرون را تولید کند. دومی حدود 25 خط طیفی بین 3.5 تا 4.2 میکرون دارد. هر دو دستگاه در حال حاضر قادر به خروجی چند مگاواتی هستند. به دلیل انرژی عظیمی که دارد، عموماً در مهندسی هسته ای و زمینه های نظامی استفاده می شود.
ژنراتور لیزر رنگی
ژنراتورهای لیزر رنگی از یک رنگ آلی به عنوان محیط لیزر استفاده می کنند که معمولاً یک محلول مایع است. ژنراتورهای لیزر رنگی عموماً می‌توانند در طیف وسیع‌تری از طول موج‌ها نسبت به رسانه‌های لیزری گازی و حالت جامد استفاده شوند. پهنای باند وسیع آنها آنها را به ویژه برای ژنراتورهای لیزری قابل تنظیم و پالسی مناسب می کند. با این حال، به دلیل عمر متوسط کوتاه و توان خروجی محدود، اساساً با لیزرهای حالت جامد قابل تنظیم با طول موج مانند یاقوت کبود تیتانیوم جایگزین شده است.
ژنراتور لیزر دایود
ژنراتور لیزر دیود یک سیستم لیزری است که از مواد نیمه هادی به عنوان رسانه استفاده می کند. سه حالت تحریک وجود دارد: تزریق الکتریکی، تحریک پرتو الکترونی و پمپاژ نوری. به دلیل اندازه کوچک، قیمت پایین، راندمان بالا، عمر طولانی و مصرف انرژی کم، می توان از آن در اطلاعات الکترونیکی، چاپ لیزری، اشاره گر لیزری، ارتباطات نوری، تلویزیون لیزری، پروژکتور لیزری کوچک، اطلاعات الکترونیکی، اپتیک یکپارچه و سایر زمینه ها استفاده کرد.
ژنراتور لیزر فیبر
ژنراتور لیزری فیبر نوعی سیستم لیزری است که از فیبر شیشه ای دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب به عنوان یک محیط افزایش استفاده می کند. می توان از آن برای چاپ رول، حفاری فلزی و غیر فلزی، برش، جوشکاری (لحیم کاری، کوئنچ آب، روکش فلزی و جوش عمیق)، نظامی، دفاعی و امنیتی، تجهیزات پزشکی، زیرساخت های بزرگ و به عنوان پمپ برای سایر منابع لیزر استفاده کرد.
مولد لیزر الکترون آزاد
ژنراتور لیزری الکترون آزاد نوع جدیدی از منبع تابش منسجم با توان بالا است که متفاوت از ژنراتورهای لیزری سنتی است. به گاز، مایع یا جامد به عنوان یک محیط نیازی ندارد، اما مستقیماً انرژی جنبشی یک پرتو الکترونی پرانرژی را به انرژی تابشی همدوس تبدیل می‌کند. بنابراین، همچنین می توان در نظر گرفت که ماده فعال مولد لیزر الکترون آزاد، الکترون های آزاد است. دارای یک سری ویژگی های عالی مانند توان بالا، راندمان بالا، طیف گسترده ای از تنظیم طول موج و ساختار زمانی پالس های فوق کوتاه است. به جز آن، هیچ دستگاه لیزری وجود ندارد که بتواند این ویژگی ها را همزمان داشته باشد. چشم انداز قابل توجهی در زمینه های تحقیقات فیزیک، سلاح های لیزری، همجوشی لیزری، فتوشیمی و ارتباطات نوری دارد.
منبع از Stylecnc
سلب مسئولیت: اطلاعات ذکر شده در بالا توسط Stylecnc مستقل از Cooig.com ارائه شده است. Cooig.com هیچ گونه نمایندگی و ضمانتی در مورد کیفیت و قابلیت اطمینان فروشنده و محصولات نمی دهد.
