انواع لیزر

لیزرها در اطراف ما هستند. جراحان از آنها برای جراحی چشم و درمان سرطان استفاده می کنند. تولیدکنندگان از آنها برای پردازش مواد برای برش، حکاکی، جوش، تمیز کردن و بافت انواع مختلف مواد استفاده می کنند. برخی برای خالکوبی یا رفع موهای زائد به آنها نیاز دارند و همه نمایش های نور لیزر را در طول کنسرت های موسیقی دیده اند. کاربردهای جدیدی مانند هولوگرافی لیزری اخیراً در حال ظهور هستند.

لیزرهای مختلفی برای این کاربردها مورد نیاز است. لیزرها بر اساس شرایط کار به پنج نوع اصلی تقسیم می شوند:

گاز لیزر

لیزرهای حالت جامد

لیزر فیبر

لیزر مایع (لیزر رنگی)

لیزر نیمه هادی (لیزر دیود)

علاوه بر این، این پنج نوع لیزر را می توان بر اساس عملکرد آنها تقسیم بندی کرد: لیزرهای موج پیوسته و لیزرهای پالسی. علاوه بر این، انواع مختلفی از لیزرهای پالسی وجود دارد.

قبل از تمایز بین انواع مختلف لیزر، به یاد داشته باشید که لیزر در واقع چیست.

لیزر چیست؟

لیزر وسیله ای است که نور را به شکل پرتو لیزر تولید می کند. یک پرتو لیزر با یک پرتو نور از این جهت متفاوت است که پرتوهای آن تک رنگ (یک رنگ)، منسجم (با فرکانس و شکل موج یکسان) و همسو (در یک جهت می‌شوند).

لیزرها این “اطلاعات کامل” را ارائه می دهند و آنها را برای برنامه هایی که به دقت بالایی نیاز دارند ایده آل می کند.

لیزر از سه جزء اصلی تشکیل شده است:

منبع انرژی نور را به محیط تقویت پمپ می کند. این بسته به نوع لیزر متفاوت است. این می تواند یک دیود لیزر، یک تخلیه الکتریکی، یک واکنش شیمیایی، یک فلاش یا حتی یک لیزر دیگر باشد.

یک محیط جذاب هنگامی که توسط نور برانگیخته می شود، نوری با طول موج خاصی از خود ساطع می کند. گفته می شود منبع بهره نوری است. لیزرها معمولاً با توجه به محیط تقویت آنها نامگذاری می شوند. به عنوان مثال، در لیزر CO2، محیط گاز CO2 است.

تقویت کننده افزایش بهره نوری آینه اطراف را با استفاده از تقویت کننده افزایش افزایش می دهد. اینها شامل آینه های متعدد در لیزرهای حالت جامد، سطوح بریده شده یا پوشش داده شده در دیودهای لیزری، و بازتابنده های براگ در لیزرهای فیبر هستند.

لیزرهای گازی

لیزر گازی لیزری است که در آن جریان الکتریکی از گاز عبور می کند تا از طریق فرآیندی به نام وارونگی جمعیت، نور تولید کند. نمونه هایی از لیزرهای گازی عبارتند از: لیزر دی اکسید کربن (CO2)، لیزر هلیوم نئون، لیزر آرگون، لیزر کریپتون و لیزر اگزایمر.

لیزرهای گازی در کاربردهای مختلفی از جمله هولوگرافی، طیف‌سنجی، اسکن بارکد، اندازه‌گیری آلودگی هوا، پردازش مواد و جراحی لیزری استفاده می‌شوند.

لیزرهای CO2 احتمالاً محبوب ترین لیزرهای گازی هستند و برای علامت گذاری لیزری، برش لیزری و جوش لیزری استفاده می شوند.

لیزر حالت جامد

لیزرهای حالت جامد از جامد (کوارتز یا شیشه) مخلوط شده با عناصر خاکی کمیاب به عنوان منبع تقویت نوری استفاده می کنند. عناصر آلیاژی معمولاً نئودیمیم، کروم، اربیوم، تولیوم یا ایتربیوم هستند.

شناخته شده ترین لیزر حالت جامد لیزر یاقوتی Nd:YAG (گارنت ایتریم-آلومینیوم دوپ شده با نئودیمیم) است که در تجهیزات پردازش لیزر رایج است.

لیزرهای حالت جامد شامل فناوری LIDAR و همچنین خالکوبی و حذف موهای زائد است. همچنین برای کاربردهای مختلف پزشکی از جمله برداشتن بافت و از بین بردن سنگ کلیه استفاده می شود.

لیزرهای فیبر

لیزرهای فیبر نوع خاصی از لیزرهای حالت جامد هستند که در دسته خاص خود قرار می گیرند. در لیزرهای فیبر، ماده دریافت کننده فیبر نوری (شیشه سیلیکا) مخلوط با عنصر کمیاب است.

راهنمای نور فیبر نوری همان چیزی است که انواع مختلف لیزرها را متفاوت می کند: فیبر لیزر نسبت به انواع دیگر لیزرها طولانی تر و کوتاه تر است و باعث کارآمدتر شدن آن می شود. لیزرهای فیبر همچنین به دلیل ردپای کوچک، قدرت الکتریکی خوب، تعمیر و نگهداری کم و هزینه های عملیاتی کم شناخته شده اند.

لیزرهای فیبر در بسیاری از کاربردها، از جمله پردازش مواد (تمیز کردن لیزر، ساختار، برش، جوشکاری، علامت گذاری)، پزشکی و سلاح های انرژی هدایت شده استفاده می شود.

نمونه هایی از لیزرهای فیبر مورد استفاده برای این کاربردها عبارتند از لیزرهای فیبر دوپ شده ایتربیوم و اربیوم.

لیزر آب (لیزر رنگی)

لیزرهای مایع از رنگ های آلی به صورت مایع به عنوان روش فرسایش استفاده می کنند. لیزر رنگی نیز نامیده می شود و در لیزر درمانی، طیف سنجی، حذف خال و جداسازی ایزوتوپ استفاده می شود.

یکی از مزایای لیزرهای رنگی این است که می توانند طول موج های طولانی ایجاد کنند که آنها را کاندیدای خوبی برای لیزرهای قابل تنظیم می کند، به این معنی که می توان طول موج را در پرواز کنترل کرد.

به عنوان مثال، در جداسازی ایزوتوپ لیزر، لیزر به رزونانس های اتمی خاصی تنظیم می شود. سپس اتم ها یونیزه می شوند و به ایزوتوپ های خاص تنظیم می شوند تا بار منفی یا مثبت خنثی شود. سپس توسط یک میدان الکتریکی که به عنوان جداسازی ایزوتوپی شناخته می شود، از هم جدا می شوند.

لیزر نیمه هادی (لیزر دیود)

دیودهای لیزر که دیودهای لیزر نیز نامیده می شوند و لیزرهای نیمه هادی مشابه دیودهای معمولی با اتصالات مثبت-منفی (PN) هستند. تفاوت این است که لیزر دایود دارای یک لایه داخلی در محل اتصال PN است که از ماده ای ساخته شده است که انتشارات خود به خودی ایجاد می کند. لایه داخلی صیقل داده می شود تا فوتون های تشکیل شده را بزرگ کرده و در نهایت جریان الکتریکی را به نور لیزر تبدیل کند.

اگرچه اکثر لیزرهای نیمه هادی لیزرهای دیودی هستند، اما برخی از آنها اینطور نیستند. به همین دلیل، لیزرهای نیمه هادی وجود دارند که از ساختارهای دیودی استفاده نمی کنند، مانند لیزرهای آبشاری کوانتومی و لیزرهای نیمه هادی با پمپ نوری.

مانند لیزرهای فیبر، لیزرهای دایود را می توان به عنوان لیزرهای حالت جامد طبقه بندی کرد زیرا ناحیه بهره آنها جامد است. با این حال، آنها به دلیل ارتباط PN خود در یک دسته بندی خاص قرار دارند.

دیودهای لیزر اغلب به عنوان منبع انرژی برای پمپاژ لیزرهای دیگر استفاده می شوند. به این لیزرها لیزرهای پمپ شده دیود می گویند. در این موارد، دیودهای لیزر معمولاً برای پمپاژ انرژی بیشتر تنظیم می شوند، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.

دیودهای لیزر بسیار رایج هستند. آنها در بارکدخوان ها، نشانگرهای لیزری، چاپگرهای لیزری، اسکنرهای لیزری و چندین کاربرد دیگر استفاده می شوند.

نوع لیزر بر اساس نحوه عملکرد آن است

همه لیزرها می توانند با استفاده از یکی از دو روش کار کنند: پرتو لیزر آنها می تواند پالسی یا پیوسته باشد. این همان چیزی است که ما آن را روش عمل آنها می نامیم.

در لیزرهای موج پیوسته، یک جریان انرژی ثابت وجود دارد، به این معنی که لیزر به طور مداوم یک پرتو لیزر واحد و بدون وقفه را شلیک می کند. رایج ترین مثال در این مورد، پرتو پیوسته یک اشاره گر لیزر است. لیزرهای موج پیوسته معمولاً برای برش لیزری و جوش لیزری استفاده می شود.

در لیزرهای پالسی، پرتو لیزر در فواصل زمانی معین قطع می شود تا انرژی ذخیره شود و قدرت پیک بالاتری نسبت به لیزرهای موج پیوسته حاصل شود. پرتو لیزر به صورت پالس هایی با مدت زمان مشخصی ساطع می شود که به آن مدت زمان پالس می گویند. این چگالی انرژی بالا برای بسیاری از کاربردها مانند جوشکاری نقطه ای و حکاکی مورد نیاز است.

لیزرهای CW ممکن است قدرتمندتر از لیزرهای پالسی به نظر برسند زیرا قدرت لیزرهای AD معمولاً بسیار بالاتر است، اما این می تواند گمراه کننده باشد. این به این دلیل است که لیزرها به دلیل قدرت لیزر متوسط ​​آنها نامگذاری شده اند و میانگین توان لیزر پالسی معمولاً کم است، حتی اگر به اوج بالایی برسد.