اخبار شرکت پیشرفت‌های فناوری لیزر از مبانی تا کاربردهای پیشرفته

لیزرها در فناوری مدرن به عنصری ضروری تبدیل شده‌اند و کاربردهای آن‌ها از اسکنرهای بارکد و چاپگرهای روزمره تا ابزارهای جراحی پیشرفته و تجهیزات تحقیقات علمی گسترده است. با این حال، خود دستگاه لیزر، با وجود نقش حیاتی‌اش در تولید این پرتوهای نوری قدرتمند، همچنان برای بسیاری از افراد به خوبی درک نشده است.

اصول اساسی تولید لیزر

ماهیت و ویژگی‌های لیزرها

لیزر مخفف «تقویت نور با گسیل تحریک‌شده تابش» است. نور لیزر بر خلاف منابع نور معمولی، چندین ویژگی منحصر به فرد دارد:

• تک‌فامی بالا: نور لیزر ویژگی‌های طیفی بسیار خالصی را با فرکانس‌های فوتونی تقریباً یکسان نشان می‌دهد.
• انسجام بالا: فوتون‌های لیزر روابط فازی ثابتی را هم در فضا و هم در زمان حفظ می‌کنند.
• جهت‌مندی بالا: پرتوهای لیزر واگرایی کمی را نشان می‌دهند و امکان انتقال انرژی متمرکز را در فواصل طولانی فراهم می‌کنند.
• درخشندگی بالا: لیزرها به چگالی انرژی بسیار بیشتری نسبت به منابع نور معمولی دست می‌یابند.

وارونگی جمعیت: مکانیسم اصلی

در قلب تولید لیزر، مفهوم وارونگی جمعیت قرار دارد—یک حالت غیر تعادلی که در آن اتم‌ها یا مولکول‌های بیشتری سطوح انرژی بالاتری را نسبت به سطوح پایین‌تر اشغال می‌کنند. دستیابی به این وارونگی به روش‌های پمپاژ خاصی نیاز دارد:

• پمپاژ نوری با استفاده از منابع نور شدید
• پمپاژ الکتریکی از طریق تخلیه جریان
• پمپاژ شیمیایی از طریق واکنش‌های گرمازا

گسیل تحریک‌شده و تشدیدگرهای نوری

هنگامی که وارونگی جمعیت حاصل شد، گسیل تحریک‌شده زمانی رخ می‌دهد که فوتون‌های حادثه، گسیل فوتون‌های یکسانی را از اتم‌های برانگیخته تحریک می‌کنند. این فرآیند اثر تقویت نور را ایجاد می‌کند. تشدیدگرهای نوری حاوی محیط تقویت‌کننده بین آینه‌های بازتابنده، سپس این نور تقویت‌شده را به یک پرتو لیزر منسجم تبدیل می‌کنند.

انواع اصلی لیزر و مکانیسم‌های آن‌ها

لیزرهای دو سطحی: بنیاد نظری

در حالی که لیزرهای کاملاً دو سطحی از نظر عملی وجود ندارند، آن‌ها به عنوان مدل‌های مفهومی مهم عمل می‌کنند. این سیستم‌ها به دلیل اثرات اشباع سریع که خروجی لیزر بالقوه را محدود می‌کند، با چالش‌های قابل توجهی در دستیابی به وارونگی جمعیت مواجه هستند.

لیزرهای سه سطحی: معرفی حالت‌های کمکی

لیزرهای عملی با گنجاندن سطوح انرژی اضافی بر محدودیت‌های دو سطحی غلبه می‌کنند. پیکربندی‌های سه سطحی در دو نوع اصلی وجود دارند:

• کمک سطح بالا: از یک سطح سوم بالای سطح لیزر بالایی برای پر کردن سریع جمعیت استفاده می‌کند (به عنوان مثال، لیزرهای یاقوت)
• کمک سطح پایین: از یک سطح سوم زیر سطح لیزر پایینی برای تخلیه سریع جمعیت استفاده می‌کند (به عنوان مثال، لیزرهای شیمیایی)

لیزرهای چهار سطحی: طرح‌های با راندمان بالا

لیزرهای چهار سطحی با ترکیب مزایای هر دو نوع سه سطحی، حالت‌های انرژی اضافی را در بالا و پایین انتقال لیزر ترکیب می‌کنند. این پیکربندی وارونگی جمعیت کارآمدتر و توان خروجی بالاتری را امکان‌پذیر می‌کند، همانطور که توسط لیزرهای Nd:YAG که در 1064 نانومتر کار می‌کنند، نشان داده شده است.

فناوری‌های پیشرفته لیزر

Q-Switching برای عملکرد پالسی

• دستگاه‌های الکترو-نوری با استفاده از تغییرات شاخص شکست کنترل‌شده با ولتاژ
• مدولاتورهای آکوستو-نوری که از امواج صوتی استفاده می‌کنند
• سوئیچ‌های مبتنی بر رنگ که از ویژگی‌های جذب استفاده می‌کنند

چرخه Q-switching شامل مراحل ذخیره انرژی متوالی و مراحل آزادسازی سریع است که پالس‌هایی در مقیاس نانوثانیه با توان‌های اوج بسیار بیشتر از عملکرد موج پیوسته تولید می‌کند.

روندهای نوظهور و جهت‌گیری‌های آینده

فناوری لیزر همچنان در امتداد چندین مسیر کلیدی در حال تکامل است:

• کوچک‌سازی و ادغام فوتونی برای سیستم‌های فشرده
• افزایش توان و بهبود راندمان
• توسعه محیط‌های تقویت‌کننده جدید
• گسترش به محدوده‌های طیفی شدید

این پیشرفت‌ها نویدبخش باز کردن کاربردهای جدید در سراسر پزشکی، ارتباطات، تولید و تحقیقات علمی است و در عین حال به ملاحظات ایمنی حیاتی برای عملکرد با توان بالا می‌پردازد.