لیزرهای مولکولی

لیزرهای مولکولی لیزرهای گازی هستند که در آنها اجزای سازنده لیزر به جای اتم یا یون جداگانه ، مولکول هستند. نمونه هایی از این مولکول ها CO2 (دی اکسید کربن) ، CO (مونوکسید کربن) ، N2 (نیتروژن) ، HF (هیدروژن فلوراید) ، DF (فلوراید دوتریوم) ، NH3 (آمونیاک) و CH3OH (متانول) است. یکی از حالات برانگیخته شده این مولکولها که می تواند نه تنها یک تحریک کاملاً الکترونیکی (مانند اتمها یا یون ها) بلکه ارتعاشات و چرخش های مولکول ها را نیز در بر داشته باشد ، بهره برداری می کند. انرژی تحریک در بیشتر موارد نسبتاً کم است و منجر به انتشار لیزر با طول موج های طولانی در منطقه طیفی مادون قرمز یا دور مادون قرمز می شود.

تعداد قابل توجهی از خطوط چرخشی-ارتعاشی وجود دارد که می توان چنین لیزری را روی آن کار کرد (la لیزرهای vibronic) ، اما دستیابی به انتشار یک خط و حتی عملکرد تک فرکانسی با فیلتر باند گذر داخل حفره دشوار است ، از آنجا که داپلر گسترش انتقال لیزر کاملاً ضعیف است. اگر فشار نسبتاً زیاد باشد ، ممکن است خطوط مختلف به دلیل پهن شدن فشار با هم تداخل داشته باشند و در نتیجه پهنای باند بیشتری بدست آورند.

انواع متداول لیزرهای گاز مولکولی

متداول ترین انواع آن موارد زیر است:

لیزرهای دی اکسید کربن (لیزرهای CO2) از مخلوط گازی CO2 ، هلیم (He) ، ازت (N2) و احتمالاً مقداری هیدروژن (H2) ، بخار آب و یا زنون (Xe) برای تولید تابش لیزر استفاده می کنند که عمدتا در 10.6 میکرومتر است. . آنها دارای بازده پلاگین دیواری بالای 10٪ هستند و برای توان خروجی چند کیلووات با کیفیت پرتو نسبتا بالا مناسب هستند. برخی از لیزرهای CO2 با قدرت بالا از سیستمی برای گردش سریع گاز (همرفت اجباری ، جریان سریع) استفاده می کنند. آنها به طور گسترده ای برای پردازش مواد لیزری استفاده می شوند ، به عنوان مثال برش ، جوشکاری و علامت گذاری ، بلکه در جراحی لیزر. آنها می توانند موج مداوم یا در حالت پالسی کار کنند ، به عنوان مثال با سوئیچینگ Q

لیزرهای مونوکسید کربن (لیزرهای CO) می توانند بازدهی پلاگین دیواری از 40٪ داشته باشند ، بنابراین در مقایسه با لیزرهای CO2 بسیار کارآمدتر هستند. آنها می توانند در خطوط مختلف بین 4.8 میکرومتر تا 3.3 میکرومتر ساطع شوند و بیشتر به عنوان منابع نوری برای طیف سنجی جذب لیزر استفاده می شوند. به دنبال پیشرفت های فن آوری مربوط به طول عمر دستگاه ، لیزرهای CO که حدود 5.5 میکرومتر ساطع می کنند نیز ممکن است برای پردازش مواد لیزری (مثلا برش عینک) جالب باشند. در مقایسه با لیزرهای گسترده CO2 ، جذب بهتر در بسیاری از مواد و قابلیت تمرکز بهتر را ارائه می دهند.

لیزرهای نیتروژن نوع دیگری از لیزر ماورا بنفش پالسی است که بر اساس نیتروژن خالص ، مخلوط نیتروژن - هلیوم و حتی گاهی اوقات به سادگی هوا (با عملکرد پایین) ساخته می شود. انتشار به طور معمول در 337.1 نانومتر به صورت پالس های کوتاه رخ می دهد. از انتقال لیزر خود خاتمه دهنده استفاده می شود. سود زیاد منجر به انتشار فوق لامپ مهتابی حتی بدون تشدید کننده لیزر می شود. ساخت و کار با لیزرهای نیتروژن نسبتاً آسان است و توسط بسیاری از علاقه مندان بدون تجهیزات آزمایشگاهی تصفیه شده ساخته شده است.

برخی از لیزرهای گاز مولکولی کمتر رایج:

برای طیف سنجی لیزر از لیزرهای استیلن (C2H2) و سیانید هیدروژن (HCN) استفاده می شود.

وجود دارد به عنوان مثال لیزرهای هیدروژن - فلوراید شیمیایی (HF) ، با H2 و F2 ، که به HF و لیزرهای ید اکسیژن (COIL) تبدیل می شوند ، سوخت می گیرند. چنین لیزرهای شیمیایی عمدتا برای اهداف نظامی مورد مطالعه قرار می گیرند ، به عنوان مثال به عنوان سلاح های ضد موشکی ، حتی در هواپیماهای بزرگ نیز کار می کنند.

پمپاژ لیزرهای گاز مولکولی

روش های مختلفی برای پمپاژ لیزرهای مولکولی وجود دارد:

بسیاری از لیزرهای مولکولی با تخلیه گاز (بخشی از آن با استفاده از تحریک فرکانس رادیویی) و گاهی نیز با پرتوهای الکترون پرانرژی ، الکتریکی پمپ می شوند. برجسته ترین مثال در مورد پمپاژ تخلیه گاز لیزر CO2 است که می تواند کیلووات توان خروجی زیادی با کیفیت پرتو بالا و بازده تبدیل نیرو تولید کند که (در نتیجه یک مسیر تحریک مطلوب) حداقل به طور قابل ملاحظه ای بهتر از بسیاری از سایر لیزرهای گازی. همچنین ، لیزرهای اکسایمر به صورت الکتریکی پمپ می شوند.

برای برخی از مولکول ها ، پمپاژ شیمیایی یک گزینه است (→ لیزرهای شیمیایی). در اینجا ، مولکول های تحریک شده ، انرژی مورد نیاز برای کار با لیزر را تأمین می کنند ، در یک واکنش شیمیایی گرمازا تولید می شوند. به عنوان مثال ، لیزرهای هیدروژن فلوراید (لیزرهای HF) و لیزرهای فلوراید دوتریوم (لیزرهای DF) از احتراق اتیلن در تری فلوراید نیتروژن و سپس تزریق هلیوم و هیدروژن (یا دوتریم) در تأسیساتی که دارای شباهت های زیادی به موتور موشک است استفاده می کنند. . این فناوری توانایی تأمین توان خروجی بسیار زیاد (بعضی اوقات چندین مگاوات) برای کاربردهای نظامی مانند انهدام موشک را دارد. مواد شیمیایی می توانند مقدار قابل توجهی انرژی را ذخیره کرده و به سرعت آزاد کنند.

در برخی موارد نادر ، از پمپاژ نوری استفاده می شود. به عنوان مثال ، از خروجی لیزر CO2 می توان برای پمپاژ لیزر آمونیاک (NH3) و لیزرهای آمونیاک با قدرت بالا را نیز می توان با لیزرهای HF پمپاژ کرد. برخی از لیزرهای مولکولی با دیودهای لیزر پمپ شده اند.