تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

انواع بیشتر لیزر

همانطور که می بینید روش های زیادی برای دسته بندی لیزرها وجود دارد. راه دیگر استفاده از طول موج لیزر است که در آن شما لیزرهای مادون قرمز، مادون قرمز نزدیک، مرئی، فرابنفش و اشعه ایکس دارید.

متخصصان لیزر محدودیت های فناوری لیزر را با پیشرفت های جدیدی که هر ساله انجام می شود، ادامه می دهند. در نتیجه، انواع لیزرها دائماً در حال تکامل هستند و هر کسی که به دنبال کشف این جهان است می‌تواند انتظار یک عمر اکتشافات را داشته باشد.

انواع لیزر بر اساس مدت زمان پالس

انواع لیزر بر اساس مدت زمان پالس

لیزرهای پالسی بر اساس مدت زمان پالس آنها به چند دسته تقسیم می شوند.

یک مدولاتور برای کنترل تعداد پالس ها در ثانیه استفاده می شود. در نتیجه، هر پالس دارای مدت زمان دقیقی است که به آن طول پالس، طول پالس یا عرض پالس می گویند. مدت زمان پالس زمان بین شروع و پایان یک نبض است.

چندین روش تعدیل کننده برای پالس پرتوهای لیزر استفاده می شود: سوئیچینگ q، سوئیچینگ بهره و قفل حالت چند نمونه هستند. هرچه نبض کوتاهتر باشد، پیک های انرژی بیشتر می شود. در اینجا رایج ترین واحدهای مورد استفاده برای بیان مدت زمان پالس هستند.

میلی‌ثانیه‌ها (یک هزارم ثانیه) طولانی‌ترین واحدهای زمانی هستند که برای بیان مدت پالس استفاده می‌شوند و از این رو کمترین پیک انرژی را دارند. به عنوان مثال، پالس های لیزر موهای زائد ممکن است بسته به ضخامت مو بین 5 تا 60 میلی ثانیه متفاوت باشد.

میکروثانیه ها (یک میلیونیم ثانیه) احتمالاً کمترین مدت زمان پالس هستند. آنها می توانند برای کاربردهای پردازش مواد استفاده شوند، اما مدت زمان پالس زیر معمولاً استفاده می شود، زیرا دقت بیشتری ارائه می دهند. لیزرهای میکروثانیه همچنین می توانند برای کاربردهایی مانند طیف سنجی و حذف موهای زائد استفاده شوند.

نانوثانیه (یک میلیاردم ثانیه) مدت زمان پالس بسیار رایجی است که برای کاربردهایی مانند پردازش مواد لیزری، اندازه‌گیری فاصله و سنجش از دور استفاده می‌شود. برای مثال Laserax از لیزرهای فیبر نانوثانیه برای انجام علامت گذاری لیزری، تمیز کردن، بافت و حکاکی استفاده می کند.

پیکوثانیه (یک تریلیونم ثانیه) و فمتوثانیه (یک کوادریلیوم ثانیه) کوتاه ترین مدت زمان پالس هستند، به همین دلیل است که از اصطلاحات پالس های فوق کوتاه و لیزرهای فوق سریع استفاده می شود. این لیزرها دقیق ترین نتایج را ارائه می دهند و کمترین مناطق تحت تأثیر حرارت را دارند. این امر از ذوب نامطلوب جلوگیری می کند و امکان حکاکی بسیار دقیق را فراهم می کند. آنها در پردازش مواد، پزشکی (مانند جراحی چشم)، میکروسکوپ، اندازه‌گیری و مخابرات استفاده می‌شوند.

انواع لیزر بر اساس نحوه عملکرد

انواع لیزر بر اساس نحوه عملکرد

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

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

در لیزرهای پالسی، پرتو لیزر در فواصل منظم قطع می شود تا انرژی جمع شود و به اوج قدرت بالاتری نسبت به لیزرهای موج پیوسته برسد. پرتو لیزر به صورت پالس هایی منتشر می شود که مدت زمان مشخصی به نام مدت زمان پالس دارند. این چگالی انرژی بالا برای بسیاری از کاربردها مانند جوشکاری نقطه ای و حکاکی مورد نیاز است.

لیزرهای موج پیوسته ممکن است قدرتمندتر از لیزرهای پالسی به نظر برسند زیرا قدرت لیزر تبلیغ شده معمولاً بسیار بالاتر است، اما این می تواند گمراه کننده باشد. این به این دلیل است که لیزرها با توجه به توان لیزر متوسط ​​آنها نامگذاری می شوند و میانگین توان لیزرهای پالسی معمولاً کمتر است حتی اگر به پیک های بالاتری از قدرت برسند.

به عنوان مثال، یک لیزر موج پیوسته 6000 وات به طور مداوم 6000 وات توان لیزر را آزاد می کند. برعکس، یک لیزر پالسی 100 وات می‌تواند پالس‌های هر کدام 10000 وات را آزاد کند.

لیزرهای نیمه هادی

اگرچه اکثر لیزرهای نیمه هادی لیزرهای دیودی هستند، اما تعداد کمی از آنها اینگونه نیستند. این به این دلیل است که لیزرهای نیمه هادی وجود دارند که از ساختار دیود استفاده نمی کنند، مانند لیزرهای آبشاری کوانتومی و لیزرهای نیمه هادی با پمپ نوری.

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

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

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

لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری)

لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری)

دیودهای لیزری که لیزرهای دیودی و لیزرهای نیمه هادی نیز نامیده می شوند، شبیه دیودهای معمولی هستند که دارای یک اتصال بار مثبت-منفی (PN) هستند. تفاوت این است که دیودهای لیزر دارای یک لایه ذاتی در محل اتصال PN هستند که از موادی ساخته شده است که انتشار خود به خودی ایجاد می کند. لایه ذاتی صیقلی می شود تا فوتون های تولید شده تقویت شوند و در نهایت جریان الکتریکی را به نور لیزر تبدیل می کنند.

لیزرهای مایع (لیزرهای رنگی)

لیزرهای مایع (لیزرهای رنگی)

لیزرهای مایع از یک رنگ آلی به شکل مایع به عنوان محیط کسب خود استفاده می کنند. آنها همچنین به عنوان لیزرهای رنگی شناخته می شوند و در پزشکی لیزر، طیف سنجی، حذف خال مادرزادی و جداسازی ایزوتوپ استفاده می شوند.

یکی از مزایای لیزرهای رنگی این است که آنها می توانند طیف وسیع تری از طول موج ها را تولید کنند، که آنها را کاندیدهای خوبی برای لیزرهای قابل تنظیم می کند، به این معنی که می توان طول موج را در حین کار کنترل کرد.

به عنوان مثال، در جداسازی ایزوتوپ لیزری، لیزرها با رزونانس های اتمی خاصی تنظیم می شوند. سپس آنها را روی یک ایزوتوپ خاص تنظیم می‌کنند تا اتم‌ها را یونیزه کنند و آنها را در مقابل بار منفی یا مثبت خنثی کنند. سپس با یک میدان الکتریکی از هم جدا می شوند و به آنچه جداسازی ایزوتوپی می گویند، دست می یابند.

لیزر فیبر

لیزر فیبر نوع خاصی از لیزر حالت جامد است که برای خود یک دسته است. در لیزرهای فیبر، محیط افزایش یک فیبر نوری (شیشه سیلیسی) است که با یک عنصر خاکی کمیاب مخلوط شده است.

ویژگی‌های هدایت نور فیبر نوری چیزی است که این نوع لیزر را بسیار متفاوت می‌کند: پرتو لیزر مستقیم‌تر و کوچک‌تر از سایر انواع لیزرها است و آن را دقیق‌تر می‌کند. لیزرهای فیبر به دلیل ردپای کوچک، راندمان الکتریکی خوب، تعمیر و نگهداری کم و هزینه های عملیاتی پایین نیز مشهور هستند.

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

نمونه هایی از لیزرهای فیبری که برای این کاربردها استفاده می شوند عبارتند از لیزرهای فیبر دوپ شده با ایتربیوم و اربیوم.

لیزرهای حالت جامد

لیزرهای حالت جامد از یک جامد (کریستال یا شیشه) مخلوط با عنصر خاکی کمیاب به عنوان منبع بهره نوری خود استفاده می کنند. عنصر مخلوط معمولاً نئودیمیم، کروم، اربیوم، تولیوم یا ایتربیوم است.

شناخته شده ترین لیزر حالت جامد، لیزر یاقوت است، زیرا اولین لیزری است که تا کنون ساخته شده است. لیزر Nd:YAG (گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم) نیز در کاربردهای پردازش مواد رایج است.

لیزرهای حالت جامد همچنین برای فناوری LIDAR و همچنین کاربردهای پزشکی مختلف، از جمله تاتو و حذف موهای زائد، فرسایش بافت و حذف سنگ کلیه استفاده می‌شوند.