اطلاعات در باره لیزر انواع لیزرها از لحاظ توان خروجی
انواع لیزرها از لحاظ سیستم پمپاژ
پمپاژ فرایندی است که طی آن اتم های محیط فعال برانگیخته میشوند و به تراز بالا میروند. در لیزرهای مختلف بسته به نوع محیط فعال و ساختار لیزر نحوه پمپاژ میتواند متفاوت باشد. یک پمپاژ رایج در لیزرهای گازی پمپاژ به وسیلهی تخلیه الکتریکی است که در آن با استفاده از الکترودهایی که داخل کاواک تعبیه شدهاند یک جریان الکترونی از محیط عبور میدهند. الکترونها در مسیر حرکت خود اتم های ماده را برانگیخته کرده و به این ترتیب ماده پمپ میشود. به طبع برای تامین پتانسیل کافی جهت انجام عمل تخلیه الکتریکی یک منبع ولتاژ بالا (High Voltage) نیاز است.
روش رایج دیگر جهت پمپاژ محیط، پمپاژ اپتیکی است که در آن به وسیله نور اتم های ماده برانگیخته میشوند. این روش پمپاژ اغلب برای لیزرهای حالت جامد بکار میرود. منبع نوری مورد استفاده در گذشته فلش لامپ و یا لامپ های گازی مانند لامپ زنون بوده است اما در سال های اخیر از دایود لیزرها نیز جهت پمپاژ محیط فعال لیزرها استفاده میشود که مزایای زیادی مانند کاهش اثرات حرارتی و همچنین افزایش بازده دستگاه دارد.
در دسته دیگری از لیزرها، پمپاژ توسط واکنش شیمیایی صورت میگیرد که طی آن یک ترکیب شیمیایی برانگیخته به کاواک وارد میشود و طی یک واکنش شیمیایی انرژی خود را تبدیل به انرژی نورانی کرده و سپس از کاواک خارج میشود و مجددا در خارج کاواک به یک ترکیب شیمیایی برانگیخته تبدیل میشود و این فرایند به صورت سیکلی ادامه دارد.
خواص یک بازیکه لیزری
پارامترهای متنوعی یک باریکهی لیزری را از دیگر نورهای اطراف ما متمایز میکند. البته وجود یا عدم وجود یکی از این پارامترها به معنای اینکه الزاما یک باریکهی نور یک پرتوی لیزر است نمیباشد بلکه دستهای از این پارامترها در کنار هم موید لیزر بودن یک پرتو هستند. اولین و ملموسترین آنها موازی بودن پرتو است. البته در برخی از لیزرها مانند دستهای از لیزرهای نیمرسانا خروجی موازی نیست. این ویژگی لیزر کمک میکند تا باریکه در فضا پخش نشود و در فواصل دور از چشمه همچنان دارای شدت بالا باشد.
دیگر پارامتر مهم لیزر تک طولموج بودن آن است. یعنی تنها در یک فرکانس تابش میکند یا به عبارت دیگر تمامی فوتونهای آن دارای یک انرژی هستند. این ویژگی در کاربردهای مربوط به اسپکتروسکوپی تحول قابل توجهی ایجاد کرده است. این ویژگی نیز یک ویژگی مطلق نیست و لیزرهایی هستند که در پهنای طیفی وسیعی میتوانند کار کنند.
یک ویژگی دیگر همدوسی باریکه لیزر است که در بسیاری از کاربردها بسیار حائز اهمیت است و ارتباط تنگاتنگی با پهنای فرکانسی پرتو دارد. به بیان ساده همدوسی را میتوان ارتباط فازی فوتونهای یک باریکهی لیزر با یکدیگر دانست. کاهش این ارتباط منجر کاهش کارایی پرتوی لیزر برای بسیاری از کاربردها میگردد. توصیف این ویژگی مانند این میماند که ما صدها قطار از گلولهی کوچک داشته باشیم که در طی یک بازهی زمانی به یک مانع برخورد کنند. اگر این قطارها با یکدیگر همفاز باشند، یعنی گلولههای تمامی قطارها همزمان به مانع برخورد کنند، قدرت بیشتری نسبت به حالتی دارد که قطارها بدون ارتباط به هم و با بینظمی به مانع بخورند. باریکه لیزر با دور شدن از چشمه دچار کاهش همدوسی میگردد و بر اساس قرارداد مقدار همدوسی مقداری میان صفر با یک تعریف میشود و همدوسی کامل معادل یک و حالت غیر همدوس معادل صفر است. همدوسی در اثر پهنای فرکانسی با دور شدن از چشمه کاهش مییابد. هنگامی که پهنای فرکانسی داریم یعنی یک بازهی کوچک طول موجی وجود دارد. حالت غیر همدوس را زمانی تعریف میکنند که دو حد فرکانس بالا و پایین باریکه به اندازه یک طول موج اختلاف فاز پیدا کند.
قطبش دیگر ویژگی بسیاری از لیزرهاست اما یک ویژگی کلی نیست و بسیاری از لیزرها دارای نور قطبیده نیستند. قطبش نور یعنی جهت میدان الکتریکی فوتونهای آن و یک باریکه را قطبیده گویند هرگاه تمامی فوتونهای دارای قطبش یکسان و همجهت باشند و غیرقطبیده است هرگاه دارای فوتونهایی با قطبشهای کاتورهای باشد. در لیزرها با قرار دادن ادواتی مانند پنجرهی بروستری درون کاواک میتوان نور قطبیده گرفت.
تمامی موارد بالا حالت خاصی از یک ویژگی کلی به نام ارتباط و شباهت فوتونهای باریکه با یکدیگر است که در مبانی فیزیکی عملکرد لیزر وجود دارد یعنی گسیل القایی. بنابراین میتوان گفت که لیزر باریکهای است که فوتونهای آن با یکدیگر مرتبط باشد و این ارتباط میتواند کامل و یا نسبی باشد که در لیزرهای مختلف متفاوت است.
دیگر ویژگی باریکهی لیزر همانگونه که پیشتر مطرح شد پیوسته و یا پالسی بودن آن است. در لیزرهای پیوسته توان با زمان تغییر نمیکند و ثابت است. اما در لیزرهای پالسی توان در طی زمان متغیر است. یک پالس لیزری یعنی یک آشفتگی الکترومغناطیسی که در فضا منتشر میشود. این پالس دارای یک طول است که پارامتری بسیار حیاتی در لیزرهای پالسی به شمار میآید. این طول با توجه به سرعت نور قابل تبدیل به زمان است که طول زمانی پالس را میدهد و معمولا از مرتبه میکروثانیه، نانوثانیه، پیکوثانیه و فمتوثانیه است و پژوهشهای زیادی در جهت ساخت لیزرهای با پالس کوتاه تر و از مرتبهی آتوثانیه انجام میگیرد. دیگر پارامتر مهم انرژی پالس است که از تقسیم آن بر طول زمانی پالس توان بیشنهی (peak power) به دست میآید که کمیت مهم در کاربردهای صنعتی میباشد.
یک ویژگی دیگر توزیع فضایی شدت پرتو به صورت عرضی است یعنی توزیع شدت در لکهی لیزری که روی یک مانع میافتد. حد ایدهآل توزیع شدت یک پرتوی لیزر توزیع به صورت گاوسی است. یعنی شدت در مرکز لکه حداکثر باشد و با فاصله گرفتن از مرکز به صورت تغییر کند. توزیع فضایی شدت با پارامتری به نام فاکتور M تعریف میشود. میزان نزدیکی به حالت ایدهآل را نمایش میدهد و برای حالت گاوسی معادل ۱ است و با فاصله گرفتن از حالت ایدهال به صورت عددی بزرگتر از یک در میآید.