ประเภทและการทำงานของเลเซอร์

เลเซอร์ถูกจำแนกตามตัวกลางเพิ่มพูนและวิธีการสูบ และทำงานในโหมดต่อเนื่องหรือโหมดพัลส์ที่สร้างขึ้นโดย Q-switching และ mode-locking

Definition

การจัดหมวดหมู่ของเลเซอร์ตามตัวกลางเพิ่มพูนและกลไกการกระตุ้น และโหมดการทำงาน ไม่ว่าจะเป็นคลื่นต่อเนื่องหรือพัลส์ ซึ่งใช้ในการควบคุมกำลังเอาต์พุตและโครงสร้างเชิงเวลา

Scope

หัวข้อนี้สำรวจประเภทหลักของเลเซอร์และวิธีการทำงาน รวมถึงเลเซอร์ก๊าซ เช่น ฮีเลียม-นีออน และคาร์บอนไดออกไซด์, เลเซอร์โซลิดสเตต เช่น ทับทิม, นีโอไดเมียม และไทเทเนียม-แซฟไฟร์, เลเซอร์ไดโอดสารกึ่งตัวนำ, เลเซอร์สีย้อมและเลเซอร์ใยแก้ว, รวมถึงความยาวคลื่นและวิธีการสูบเฉพาะตัว นอกจากนี้ยังครอบคลุมโหมดการทำงาน: เอาต์พุตคลื่นต่อเนื่อง และการสร้างพัลส์สั้นและพัลส์สั้นพิเศษโดย Q-switching และ mode-locking พร้อมด้วยกำลังสูงสุดและระยะเวลาพัลส์ที่เกิดขึ้น โดยเชื่อมโยงฟิสิกส์การเพิ่มพูนพื้นฐานเข้ากับอุปกรณ์เชิงปฏิบัติที่หลากหลาย

Core questions

• ตัวกลางเพิ่มพูนใดบ้างที่ใช้ในเลเซอร์ และสร้างความยาวคลื่นใดบ้าง?
• เลเซอร์ชนิดต่างๆ ถูกสูบอย่างไรเพื่อสร้างการกลับข้างของประชากร?
• Q-switching และ mode-locking สร้างพัลส์สั้นได้อย่างไร?
• ข้อดีข้อเสียใดบ้างที่แตกต่างกันระหว่างการทำงานแบบคลื่นต่อเนื่องกับการทำงานแบบพัลส์?

Key concepts

• เลเซอร์ก๊าซ
• เลเซอร์โซลิดสเตต
• เลเซอร์ไดโอดสารกึ่งตัวนำ
• เลเซอร์ใยแก้ว
• การทำงานแบบคลื่นต่อเนื่อง
• Q-switching
• mode-locking
• พัลส์สั้นพิเศษ

Key theories

การจำแนกตามตัวกลางเพิ่มพูน

เลเซอร์ถูกจัดกลุ่มเป็นเลเซอร์ก๊าซ, โซลิดสเตต, สารกึ่งตัวนำ, สีย้อม และใยแก้ว; ตัวกลางเพิ่มพูนกำหนดความยาวคลื่นที่มีอยู่, ประสิทธิภาพ, และกำลัง, และกำหนดวิธีการสูบที่เหมาะสมด้วยแสง, กระแสไฟฟ้า, หรือการคายประจุ

การทำงานแบบพัลส์โดย Q-switching และ mode-locking

Q-switching ทำให้คุณภาพของโพรงลดลงแล้วฟื้นคืนอย่างกะทันหันเพื่อปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้เป็นพัลส์นาโนวินาทีที่รุนแรง ในขณะที่ mode-locking ทำให้โหมดตามยาวหลายโหมดมีเฟสตรงกันเพื่อสร้างชุดของพัลส์พิโควินาทีหรือเฟมโตวินาที

Clinical relevance

เลเซอร์ประเภทต่างๆ เหมาะสมกับการใช้งานทางการแพทย์ที่แตกต่างกัน: เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์สำหรับการตัดเนื้อเยื่ออ่อน, เลเซอร์นีโอไดเมียมและเออร์เบียมสำหรับขั้นตอนทางจักษุวิทยาและผิวหนัง, เลเซอร์เอ็กไซเมอร์สำหรับการปรับรูปร่างกระจกตา, และเลเซอร์ไดโอดสำหรับการแข็งตัวของเลือดด้วยแสง โดยการทำงานแบบพัลส์ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื้อเยื่อที่แม่นยำและมีความเสียหายข้างเคียงต่ำ

History

Maiman สร้างเลเซอร์เครื่องแรก ซึ่งเป็นอุปกรณ์ทับทิมแบบพัลส์ในปี 1960; Javan และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นเลเซอร์ก๊าซฮีเลียม-นีออนแบบต่อเนื่องในเวลาไม่นานหลังจากนั้น และกลุ่มของ Hall ได้ผลิตเลเซอร์ไดโอดสารกึ่งตัวนำเครื่องแรกในปี 1962 ทศวรรษต่อมาได้มีการเพิ่มเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์, เลเซอร์สีย้อม, เลเซอร์ใยแก้ว และเลเซอร์ไทเทเนียม-แซฟไฟร์ รวมถึงเทคนิค Q-switching และ mode-locking

Key figures

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

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องกับเลเซอร์พัลส์คืออะไร?

เลเซอร์คลื่นต่อเนื่องจะปล่อยลำแสงคงที่ที่มีกำลังคงที่ ในขณะที่เลเซอร์พัลส์จะรวมพลังงานไว้ในช่วงเวลาสั้นๆ ทำให้ได้กำลังสูงสุดที่สูงกว่ากำลังเฉลี่ยมากสำหรับการใช้งานที่ต้องการการสัมผัสที่รุนแรงและสั้น

พัลส์เฟมโตวินาทีสั้นพิเศษถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร?

Mode-locking บังคับให้โหมดตามยาวหลายโหมดของเลเซอร์สั่นด้วยความสัมพันธ์เฟสที่คงที่ ดังนั้นพวกมันจึงรบกวนกันเพื่อสร้างพัลส์ที่สั้นมากซึ่งหมุนเวียนอยู่ในโพรงและถูกปล่อยออกมาเป็นชุดปกติ