فناوری لیزر از همه جنبه ها وارد زندگی مردم شده است، اما انواع مختلفی از ژنراتورهای لیزری وجود دارد که هر کدام دارای طول موج های متفاوت و ویژگی های متفاوتی هستند، بنابراین زمینه های کاربرد نیز متفاوت است. من معتقدم که اکثر مردم در مواجهه با انواع پیچیده ژنراتورهای لیزر کمی سردرد دارند. بنابراین در این مقاله ویژگی ها و کاربردهای عملی انواع ژنراتور لیزری یک به یک خلاصه و توضیح داده شده است.
با توجه به رسانه های کاری مختلف، ژنراتورهای لیزری به 6 نوع مولد لیزری حالت جامد، گازی، رنگی، دیودی، فیبری و لیزری الکترون آزاد تقسیم می شوند. در میان آنها، تقسیمات فرعی بسیاری از لیزرهای حالت جامد و گاز وجود دارد. به جز لیزرهای الکترون آزاد، اصول اولیه کار لیزرهای مختلف از جمله منبع پمپ، تشدید کننده نوری و محیط افزایش یکسان است.
ژنراتور لیزری حالت جامد
در ژنراتورهای لیزری حالت جامد، نور به طور کلی به عنوان منبع پمپ استفاده می شود و کریستال یا شیشه ای که می تواند نور تولید کند، ماده کار نامیده می شود. این ماده از یک ماتریس و یک یون فعال تشکیل شده است. ماده ماتریس وجود و محیط کاری مناسبی را برای یون فعال فراهم می کند و یون فعال فرآیند تولید لیزر را کامل می کند. یونهای فعال رایج عمدتاً یونهای فلزات واسطه مانند کروم، کبالت، نیکل و سایر یونها و یونهای فلزی خاکی کمیاب مانند یونهای نئودیمیم هستند. آینه های پوشش داده شده با فیلم دی الکتریک به عنوان آینه تشدید کننده استفاده می شود که یکی از آنها آینه تمام و دیگری نیم آینه است. هنگام استفاده از یون های فعال مختلف، مواد ماتریس مختلف و طول موج های مختلف تحریک نور، لیزرهای مختلفی با طول موج های مختلف منتشر می شود.
خروجی طول موج لیزر توسط ژنراتور لیزری یاقوت 694.3 نانومتر است و نرخ تبدیل فوتوالکتریک کم است، تنها 0.1٪. 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 هسته قلم و یک انگشت بلند می تواند به راحتی به ورق آهن نفوذ کند. قبل از ظهور سیستمهای لیزری کارآمدتر YAG، سیستمهای لیزر یاقوت به طور گسترده در آن استفاده میشد برش لیزری و حفاری. 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 به دلیل ویژگیهای کریستالی خود، محدوده قابل تنظیم گستردهای دارد (یعنی محدوده طول موج قابل تنظیم)، و میتواند نوری با طول موج 660 نانومتر تا 1200 نانومتر در صورت نیاز تولید کند. همراه با بلوغ فناوری دوبرابر فرکانس (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 femto2nd، 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 خروجی داشته باشد 1064nm نور، و حداکثر توان خروجی پیوسته می تواند به 1000w 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. بنابراین اکنون با استفاده از پمپاژ LD (دیود لیزر) می توان به راندمان بالا، قدرت بالا و عمر طولانی دست یافت. 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 نانومتر 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 و گرمای تولید شده توسط پمپ به داخل سرکوب می شود. 10% (بیشتر انرژی ورودی به انرژی خروجی تبدیل می شود که بخش کوچکی از آن تبدیل به گرما می شود، یعنی راندمان تبدیل بسیار بالاست) که 25 درصد به 30% از Nd:YAG. Yb:YAG به یکی از جذابترین رسانههای لیزر حالت جامد تبدیل شده است و ژنراتورهای لیزری حالت جامد Yb:YAG با پمپ LD تبدیل به یک کانون تحقیقاتی جدید شدهاند و به عنوان یکی از جهتگیری اصلی ژنراتورهای لیزری حالت جامد با راندمان بالا و توان بالا در نظر گرفته میشوند.
علاوه بر دو مورد فوق، YAG را می توان با هولمیوم (Ho)، اربیوم (Er) و غیره نیز دوپ کرد. Ho:YAG لیزرهای 2097 نانومتری و 2091 نانومتری ایمن برای چشم تولید می کند، عمدتاً برای ارتباطات نوری، رادار و کاربردهای پزشکی. Er:YAG نور 2.9 میکرومتر را تولید می کند و بدن انسان دارای نرخ جذب بالایی از این طول موج است که پتانسیل کاربرد زیادی برای 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 گازهای اتمی (هلیوم-نئون، یون گاز نجیب و بخار فلز)، گازهای مولکولی (نیتروژن و دی اکسید کربن)، گازهای اگزایمر هستند و از واکنش های شیمیایی تامین 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 3 نوع نور نزدیک به مادون قرمز (1152 نانومتر، 1523 نانومتر و 3391 نانومتر) ساطع کند که از این میان 632.8 نور قرمز متداول (نانومتر) استفاده می شود. پرتو خروجی توسط ژنراتور لیزری HeNe دارای توزیع گاوسی است و کیفیت پرتو بسیار پایدار است. اگرچه توان آن بالا نیست، اما عملکرد خوبی در زمینه اندازه گیری دقیق دارد.
ژنراتورهای لیزری معمولی گاز نجیب یون آرگون (Ar+) و یون کریپتون (Kr+) هستند. 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. عمدتا در صفحه نمایش لیزری، طیف سنجی رامان، هولوگرافی، اپتیک غیرخطی و سایر زمینه های تحقیقاتی و همچنین تشخیص پزشکی، جداسازی رنگ چاپ، پردازش مواد اندازه گیری و پردازش اطلاعات استفاده می شود.
ژنراتورهای لیزری بخار فلزی بخار مس را به عنوان مثال در نظر می گیرند. 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. منطقه 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 CO2 ژنراتور لیزری 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 CO2 ژنراتور لیزری به طور گسترده در پردازش مواد، تحقیقات علمی، دفاع ملی و پزشکی استفاده می شود. شما متفاوت ملاقات خواهید کرد CO2 برش لیزری و حکاکی های لیزری برای حکاکی و برش چوب، ام دی اف، تخته سه لا، پارچه، چرم، شیشه، پلاستیک و اکریلیک در زندگی روزمره و تجارت شما.
اگزایمرها مولکول های ناپایداری هستند که با مخلوطی از گازهای نجیب مختلف و گازهای 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 پالس سریع 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، صفحه نمایش 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 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 دایود یک سیستم لیزری است که از مواد نیمه هادی به عنوان ماده کار استفاده می کند. 3 حالت تحریک وجود دارد: تزریق الکتریکی، تحریک پرتو الکترونی و پمپ نوری. اندازه کوچک، قیمت پایین، راندمان بالا، عمر طولانی، مصرف انرژی کم، قابل استفاده در اطلاعات الکترونیکی، چاپ لیزری، اشاره گر لیزری، ارتباطات نوری، تلویزیون لیزری، پروژکتور لیزری کوچک، اطلاعات الکترونیکی، اپتیک یکپارچه و زمینه های دیگر.
ژنراتور لیزری فیبر
ژنراتور لیزری فیبر به نوعی از سیستم لیزری اطلاق میشود که از فیبر شیشهای دوپشده با عناصر خاکی کمیاب بهعنوان واسطه استفاده میکند. این به طور گسترده ای در چاپ فلز و غیر فلز، علامت گذاری، حکاکی، حفاری، برش، تمیز کردن، جوشکاری (لحیم کاری، خاموش کردن آب، روکش فلزی و جوش عمیق)، نظامی، دفاعی و امنیتی، تجهیزات پزشکی، زیرساخت های بزرگ و به عنوان یک مورد استفاده می شود. پمپ برای سایر منابع لیزر ملاقات خواهید کرد حکاکی های لیزری فیبر برای متون و الگوهای شخصی، برش لیزری فیبر برای ساخت فلز، دستگاه های تمیز کننده لیزر فیبر برای زدودن زنگ زدگی، رنگ زدایی و حذف پوشش، دستگاه های جوش لیزر فیبر برای اتصالات فلزی در زندگی شما
ژنراتور لیزری الکترون رایگان
ژنراتور لیزری الکترون آزاد نوع جدیدی از منبع تابش منسجم پرقدرت متفاوت از ژنراتور لیزری سنتی است. این ماده به گاز، مایع یا جامد به عنوان ماده کار نیاز ندارد، اما مستقیماً انرژی جنبشی پرتو الکترونی پرانرژی را به انرژی تابش منسجم تبدیل می کند. 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 قدرت بالا، راندمان بالا، طیف گسترده 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.
