انواع و عملکرد لیزر

لیزرها بر اساس محیط بهره و پمپاژ طبقه‌بندی می‌شوند و در رژیم‌های پیوسته یا پالسی تولید شده توسط Q-switching و mode-locking عمل می‌کنند.

Definition

دسته‌بندی لیزرها بر اساس محیط بهره و مکانیسم تحریک، و حالت‌های عملکرد، موج پیوسته یا پالسی، که توسط آنها توان خروجی و ساختار زمانی آنها کنترل می‌شود.

Scope

این موضوع به بررسی دسته‌های اصلی لیزر و نحوه عملکرد آنها می‌پردازد. این شامل لیزرهای گازی مانند هلیوم-نئون و دی‌اکسید کربن، لیزرهای حالت جامد مانند روبی، نئودیمیم و تیتانیوم-سافایر، لیزرهای دیود نیمه‌رسانا، لیزرهای رنگی و فیبر، و طول موج‌ها و روش‌های پمپاژ مشخصه آنها می‌شود. همچنین رژیم‌های عملیاتی را پوشش می‌دهد: خروجی موج پیوسته، و تولید پالس‌های کوتاه و فوق‌کوتاه توسط Q-switching و mode-locking، همراه با توان‌های اوج و مدت زمان پالس‌های حاصل. این موضوع فیزیک بهره زیربنایی را به دستگاه‌های عملی متنوع مرتبط می‌کند.

Core questions

• چه محیط‌های بهره‌ای در لیزرها استفاده می‌شوند و چه طول موج‌هایی تولید می‌کنند؟
• لیزرهای مختلف چگونه پمپ می‌شوند تا وارونگی جمعیت ایجاد کنند؟
• Q-switching و mode-locking چگونه پالس‌های کوتاه تولید می‌کنند؟
• چه مصالحه‌ای بین عملکرد موج پیوسته و پالسی وجود دارد؟

Key concepts

• لیزر گازی
• لیزر حالت جامد
• لیزر دیود نیمه‌رسانا
• لیزر فیبر
• عملکرد موج پیوسته
• Q-switching
• mode-locking
• پالس‌های فوق‌کوتاه

Key theories

طبقه‌بندی بر اساس محیط بهره

لیزرها به عنوان لیزرهای گازی، حالت جامد، نیمه‌رسانا، رنگی و فیبر گروه‌بندی می‌شوند؛ محیط بهره طول موج‌های موجود، کارایی و توان را تعیین می‌کند و پمپاژ مناسب توسط نور، جریان الکتریکی یا تخلیه را دیکته می‌کند.

عملکرد پالسی توسط Q-switching و mode-locking

Q-switching کیفیت کاواک را کاهش داده و سپس ناگهان بازیابی می‌کند تا انرژی ذخیره شده را به صورت یک پالس نانوثانیه‌ای شدید آزاد کند، در حالی که mode-locking بسیاری از مدهای طولی را با هم فاز می‌کند تا قطاری از پالس‌های پیکوثانیه‌ای یا فمتوثانیه‌ای تولید کند.

Clinical relevance

انواع مختلف لیزر برای کاربردهای پزشکی متفاوت مناسب هستند: لیزرهای دی‌اکسید کربن برای برش بافت نرم، لیزرهای نئودیمیم و اربیوم برای اقدامات چشمی و پوستی، لیزرهای اگزایمر برای تغییر شکل قرنیه، و لیزرهای دیود برای فوتوکوآگولاسیون، با عملکرد پالسی که امکان تعامل دقیق و با آسیب جانبی کم با بافت را فراهم می‌کند.

History

مایمن اولین لیزر، یک دستگاه روبی پالسی، را در سال 1960 ساخت؛ جاوان و همکارانش کمی بعد لیزر گازی هلیوم-نئون پیوسته را نشان دادند، و گروه هال اولین لیزر دیود نیمه‌رسانا را در سال 1962 تولید کرد. دهه‌های بعدی لیزرهای دی‌اکسید کربن، رنگی، فیبر، و تیتانیوم-سافایر و تکنیک‌های Q-switching و mode-locking را اضافه کردند.

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

تفاوت بین لیزر موج پیوسته و لیزر پالسی چیست؟

لیزر موج پیوسته یک پرتو ثابت با توان ثابت ساطع می‌کند، در حالی که لیزر پالسی انرژی خود را در انفجارهای کوتاه متمرکز می‌کند و به توان اوج بسیار بالاتری نسبت به توان متوسط خود برای کاربردهایی که نیاز به نوردهی‌های شدید و کوتاه دارند، دست می‌یابد.

پالس‌های فوق‌کوتاه فمتوثانیه‌ای چگونه تولید می‌شوند؟

Mode-locking بسیاری از مدهای طولی لیزر را مجبور می‌کند تا با یک رابطه فاز ثابت نوسان کنند، به طوری که آنها تداخل کرده و یک پالس بسیار کوتاه را تشکیل می‌دهند که در کاواک گردش می‌کند و به صورت یک قطار منظم ساطع می‌شود.