انواع لیزر و ویژگی ها (3)

لیزرهای جامد بلورین وشیشه ای

در دسته ی مهم دیگری از لیزرها،جهت محیط فعال، از مواد شیشه ای یا جامد بلورین استفاده می کنند. یاقوت و نئودیمیوم- یاگ، دو مثال عمومی از لیزرهای جامد با کاربرد صنعتی گسترده هستند. یاقوت، اکسید آلومینیوم بلورین است که در آن یون های کروم جایگزین بعضی از یون های آلومینیوم در شبکه ی بلوری، شده اند.این یون های کروم، تشکیل دهنده ی عناصر فعال در لیزر یاقوت هستند.

بلور ایتریم- آلومینیوم- گارنت(YAG)، بلور میزبان برای نئودیمیوم در لیزرهای نئودیمیوم یاگ است، که بعضی از یون های ایتریم توسط یون های سه بار یونیده نئودینیوم که عنصر خاکی کمیاب است، جایگزین شده است. از شیشه هم به عنوان میزبان برای لیزرهای نئودیمیوم استفاده می شود. در شکل زیر موئلفه های مختلف لیزر نئودیمیوم- یاگ در حالت موج پیوسته آن نشان داده شده است.

محیط فعال استوانه ای از بلور لیزر است که دو انتهای آن کاملا موازی و صیقلی است. برای کاهش تلفات، دو انتهای میله توسط مواد ضدبازتاب لایه گذاری شده است. عمل تحریک در این لیزر خاص با لامپ رشته ای تنگستن متصل به منبع تغذیه متناوب، انجام می شود. در نمونه های بزرگتر از لامپ های قوس الکتریکی کریپتون(تخلیه گازی) به عنوان منبع پمپاژ استفاده می شود. هر دو نوع لامپ، پمپاژاپتیکی پیوسته ای برای بلور لیزر فراهم می سازد. آینه های لیزر نئودیمیوم- یاگ معمولا جدا از محیط فعال قرار می گیرند ولی گاهی یکی از آینه ها با تکنیک لایه گذاری روی یک انتهای میله لیزر تشکیل می دهند.

لیزرهای نئودیمیوم- یاگ پالسی دارای همان پایه طراحی پمپاژ پیوسته هستند، جز آنکه لامپ پمپاژ پیوسته و منبع تغذیه پیوسته توسط لامپ درخش زینون و یک منبع تغذیه پالسی جایگزین می شوند.

به عنوان مثال، اگر لامپ تخلیه ید – تنگستن توسط لامپ درخش زینون یا دیود لیزر پالسی جایگزین گردد، می توان عمل لیزری پالسی به جای عمل پیوسته را به دست آورد. لیزرهای یاقوت از تظر ساختمانی بسیار شبیه این نوع لیزر است، ولی معمولا آنها به عنوان لیزرهای پالسی کار می کنند.

در لیزرهای مایع رنگی از محلول مواد پیچیده به عنوان محیط فعال استفاده می شود. رنگها مولکول های آلی بزرگی هستند که وزن مولکولی آنها به چند صد می رسد. رودامین G6 و سدیم فلوئورسنت دو نمونه از این رنگ ها هستند. مواد رنگی را در حلالی آلی مثل متیل- الکل حل می کنند. بنابراین محیط فعال به صورت مایع است. لیزرهای رزینه ای تنها نوع لیزرهای مایعی هستند که حالت توسعه یافته ای پیدا کرده اند. در شکل زیر نموداری از طراحی رایج لیزر رزینه ای دیده می شود.

منبع پمپاز برای دمش محلول رنگ یک لیزر آرگون است که پرتو آن در باریکه ای کوچک کانونی می شود. لیزر آرگون لیزر گازی است که نور آبی و سبز تابش می کند.محلول رنگ به صورت جت با سرعت بالا جریان می یابد و همزمان پرتو لیزر آرگون بر روی محلول رنگی جت کانونی می گردد. طول موج نور خروجی را می توان به وسیله عناصر کوک شونده ای تنظیم کرد.

یکی از بزرگترین مزیت های لیزرهای رزینه ای قابلیت تنظیم یعنی تغییر رنگ پرتو خروجی توسط عناصر تنظیم و هم چنین تغییر نوع رنگ مورد استفاده در لیزر است. خروجی تکفام حاصل از لیزرهای رزینه ای در گستره وسیعی از فرابنفش تا نزدیک فرو سرخ قابل تنظیم اند. لیزرهای رزینه ای که در طول موج مریی و بخش هایی از فرو سرخ و فرا بنفش قابل تنظیم هستند به طور تجاری در هر دو حالت پالسی و پیوسته قابل دسترس هستند. این لیزرها برای کاربرد هایی همچون طیف نگاری که در آن قابلیت تنظیم طول موج بسیار حائز اهمیت است، انتخاب می شوند.

محیط فعال لیزر نیم رسانا، پیوند بین دو نوع ماده نیم رسانای مختلف است. نیم رسانا ماده ای است که رسانش الکتریکی آن بزرگتر از رسانش الکتریکی یک عایق، مثل شیشه یا پلاستیک است ولی از رسانش الکتریکی یک رسانا مثل نقره، یا مس کمتر است. گالیم آرسناید (GaAs) نمونه ای از ماده نیمرسانای مورد استفاده در ساخت لیزرهای نیم رسانا

بشمار می رود. نیم رسانای نوع (p) دچار کمبود الکترون در شبکه بلوری است. این کمبود الکترون بدین صورت وجود دارد که مکان هایی در شبکه می توانند الکترون پذیر باشند. این حفره های با بار مثبت، حامل جریان الکتریکی در نیمه رسانای نوع p هستند. در مقابل یک نیم رسانای نوع (n) دارای الکترون اضافی است که به عنوان حامل جریان عمل می کند. اگر دو تیغه از نوع n و نوع p به یکدیگر پیوند بخورند، نتیجه پیوند pn نامیده می شود.

وقتی جریان از پیوند pn عبور کند، الکترون های آزاد موجود در ماده نوع n با حفره های موجود در ماده نوع n ترکیب می شوند و انرژی آزاد می کنند. این انرژی ممکن است به صورت نور مریی در دایودهای نور زا که در نمایشگرهای ماشین های حساب الکترونیکی استفاده می شود ظاهر شود. دایود لیزری، از بلور گالیم آرسناید مکعب مستطیل شکل، تشکیل می شود که شامل پیوند pn است. کل مجموعه به اندازه یک دانه شن است.

وجوه انتهای دایود لیزری به موازات صفحات بلوری برش داده می شود تا صفحات بازتابگر موازی که به عنوان آینه های پس خوراند عمل می کند را به وجود آورد. شیوه ی تحریک، با عبور جریان در امتداد پیوند حاصل می شود. خروجی لیزرهای نیم رسانا معمولا در ناحیه فرو سرخ است. اگرچه بعضی از نمونه های آن در ناحیه مریی عمل می کنند.

مژده اصولی

بخش دانش و زندگی تبیان

منابع: sciencenewsden.com