آشنایی با انواع قدرت لیزر:
لیزرها پرتوهای نور شگفت انگیزی هستند که در دنیای امروز از اهمیت فراوانی برخوردارند. لیزرها در اطراف ما بسیار پر کاربردند، جراحان برای جراحی چشم و درمان سرطان از آنها استفاده می کنند و تولید کنندگان از آنها برای پردازش مواد برای برش، علامت گذاری، جوش، تمیز کردن و حکاکی استفاده می کنند همچنین از لیزر در صنعت زیبایی نیز استفاده می شود.
اما برای انجام هر گونه از این فعالیت ها از نوع خاصی لیزر استفاده می شود . لیزر متناسب با نوع کاربرد به پنج دسته اصلی تقسیم می شود:
- لیزرهای گازی
- لیزرهای حالت جامد
- لیزرهای فایبر
- لیزرهای مایع ( لیزرهای رنگی)
- لیزرهای نیمه هادی
علاوه بر این پنج نوع لیزر، آنها را بر اساس نوع عملکردشان می توان به زیر مجموعه های دیگری تقسیم نمود که به شرح زیر است:
- لیزرهای موج پیوسته
- لیزرهای پالسی
قبل از تمایز بین انواع لیزرها بهتر است بدانیم که لیزر در واقع چیست؟
کلمه لیزر مخفف کلمه “تقویت نور توسط انتشار تحرک شده تابش” می باشد . لیزر وسیله ای است که نور را به شکل پرتو تبدیل می کند . یک پرتو لیزر با یک پرتو نور متفاوت است زیرا پرتو های آن تک رنگ ( یک رنگ)، منسجم( با فرکانس و شکل موج یکسان) و همسو( در یک جهت می روند) می باشند. در نتیجه این اطلاعات نشان می دهد که لیزرها برای کارهایی که دقت بالایی نیاز دارند بسیار مناسبند.
لیزرها از سه جزء اصلی تشکیل شده اند:
منبع انرژی : منبع انرژی نور را به یک محیط لیزری یا محیط بهره پمپ یا همان پرتاب می کند که بسته به نوع لیزر متفاوت است این لیزر می تواند یک لیزر دایود ، یک تخلیه الکتریکی، یک واکنش شیمیایی و… باشد.
محیط بهره یا محیط لیزری: محیط بهره هنگامی که توسط نور برانگیخته می شود، نوری با طول موج خاص ساطع می کند که گفته می شود منبع لیزر نور می باشد عموما لیزرها بر اساس محیط لیزری یا همان محیط بهره نامگذاری می شوند برای مثال می توان به لیزر CO2 اشاره کرد.
بهره نوری یا بازده نوری: بهره نوری را از طریق آینه هایی که محیط بهره را احاطه کرده اند تقویت می کنند که شامل اینه های حجیم در لیزرهای حالت جامد، وجوه بریده شده یا پوشش داده شده در لیزرهای دایود و بازتابنده های براگ در لیزرهای فایبر.
لیزرهای گازی:
لیزرCO2 لیزری است که در آن جریان الکتریکی از طریق گاز برای تولید نور از طریق فرآیندی به نام وارونگی ارسال می شود. نمونه هایی از لیزرهای گازی عبارتند از : لیزرهای دی اکسید کربن (CO2)، لیزر هلیوم، نئون، لیزرهای آرگون، لیزرهای کریپتون و لیزرهای اگزایمر.
لیزرهای گازی در طیف گسترده ای از کاربردها از جمله هولوگرافی، طیف سنجی، اسکن بارکد، اندازه گیری آلودگی هوا، پردازش مواد و جراحی لیزری استفاده می شوند واحتمالا شناخته شده ترین لیزرهای گازی لیزرCO2 می باشد که عمدتا برای علامت گذاری لییزری، برش لیزری و جوش لزری استفاده می شود.
لیزرهای حالت جامد:
لیزر حالت جامد از یک جامد (کریستال یا شیشه ) مخلوط شده با عنصر خاکی کمیاب به عنوان منبع بهره نوری استفاده می کند . عنصر مخلوط معمولا نئودیمیم، کروم، اربیوم، تولیوم یا ایتربیوم می باشد.شناخته ترین لیزر حالت جامد، لیزر یاقوت است زیرا اولین لیزری است که تا به حال ساخته شده است از جمله آن می توان به لیزر Nd:YAG اشاره نمود که در پردازش مواد بسیار پر کاربر است.
لیزرهای جامد همچنین برای فناوری LIDAR و پزشکی (خالکوبی و حذف موهای زائد، فرسایش بافت، حذف سنگ کلیه) استفاده می شود.
لیزرهای فایبر:
لیزرفایبر پالسی دوپ شده با ایتربیوم نوع خاصی از لیزر حالت جامد است که در آن محیط لیزری یک فیبر نوری (شیشه سیلیسی) می باشد که با یک عنصر خاکی کمیاب مخلوط شده است .ویژگی های هدایت فیبر نوری در این مدل لیزر چیزی است که این نوع لیزر را بسیار متفاوت کرده است:
پرتو لیزر مستقیم تر و کوچک تر از سایر انواع لیزر است که همین امر آن را دقیق تر می کند، لیزرهای فایبر به دلیل ردپای کوچک، راندمان الکتریکی خوب، تعمیر و نگهداری کم و هزینه های عملیاتی پایین بسیار مشهور است.
لیزرهای فایبر در طیف وسیعی از کاربردها از جمله پردازش مواد (تمیز کردن،بافت ، برش،جوش، علامت گذاری)، پزشکی، سلاح های انرژی استفاده می شود. نمونه هایی از لیزرهای فایبر شامل لیزر فایبر ایتربیوم و دوپ شده با اربیوم می باشد.
لیزرهای مایع :
لیزرهای مایع از یک رنگ آلی به شکل مایع به عنوان محیط لیزر خود استفاده می کنند. این نوع لیزر همچنین به عنوان لیزرهای رنگی شناخته می شوند و در پزشکی، طیف سنجی، حذف خال مادرزادی و جداسازی ایزوتوپ استفاده می شود.
یکی از مزایای لیزرهای رنگی این است که آنها می توانند طیف وسیع تری از طول موج ها را تولید کنند که همین امر آنها را کاندیدهای خوبی برای لیزرهای قابل تنظیم می کند این امر به آن معنی است که می توان طول موج را در حین کار کنترل کرد.
لیزرهای نیمه هادی (دایود لیزر):
لیزرهای دایود که لیزرهای نیمه هادی نیز نامیده می شود شبیه دایود های وعمولی هستند که دارای یک اتصال مثبت – منفی می باشند اما تفاوت این نوع لیزر با لیزر دایود معمولی این است که این نوع لیزر دارای یک لایه ذاتی در محل اتصال PN هستند، این لایه 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 .
اگرچه اکثر لیزرهای نیمه هادی لیزرهای دایود هستند اما تعداد کمی از آنها اینگونه نیستند این به این دلیل است که لیزرهای نیمه هادی که امروزه وجود دارند از ساختار دایود استفاده نمی کنند مانند لیزرآبشاری، کوانتومی و لیزرهای نیمه هادی با پمپ نوری.
مانند لیزرهای فایبر، لیزرهای دایود را می توان به عنوان لیزرهای حالت جامد طبقه بندی کرد زیرا محیط بهره آنها جامد می باشد با این حال به دلیل اتصال PN در یک دسته خاص قرار می گیرند .
انواع لیزر براساس نحوه عملکرد:
همه انواع لیزرها می توانند با استفاده از یکی از دو روش کار کنند، پرتوهای لیزر می توانند به صورت پالسی یا پیوسته باشند این همان چیزی است که ما آن را عملکرد می نامیم. در لیزرهای موج پیوسته، جریان دائمی انرژی وجود دارد یعنی لیزر به طور پیوسته پرتو ها را بدون وقفه پرتاب می کند. رایج ترین مثال در این مورد، پرتو بدون وقفه نشانگر لیزراست. لیزرهای موج پیوسته معمولا برای برش لیزری و جوش لیزری استفاده می شود.
در لیزرهای پالسی، پرتو لیزر در فواصل زمانی معین 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 با انرژی بالا برای بسیاری از کاربردها مانند جوشکاری نقطه ای، حکاکی مورد نیاز است.
لیزرهای موج پیوسته ممکن است قدرتمند تر از لیزرهای پالسی باشند زیرا متناسب با متوسط توان لیزر نامگذاری می شوند به عنوان مثال یک لیزر موج پیوسته6000 وات به طور مداوم 6000 وات توان لیزر آزاد می کند. برعکس، یک لیزر پالسی 100 وات می تواند پالس های 10000 واتی را منتشر کند.
انواع لیزر براساس مدت زمان پالس:
لیزرهای پالسی براساس 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 مدت زمان دقیقی دارد که به آن مدت زمان پالس ، طول پالس یا عرض پالس می گویند. مدت زمان پالس زمان بین شروع و پایان یک تابش می باشد.
میلی ثانیه ها:
طولانی ترین واحدهای زمانی هستند که برای بیان مدت زمان پالس استفاده می شوند ودر نتیجه کمترین پیک انرژی را دارند. به عنوان مثال پالس های لیزر موهای زائد ممکن است بین 5 میلی ثانیه تا 60 میلی ثانیه بسته به ضخامت مو متفاوت است.
میکروثانیه ها:
احتمالا کمترین مدت زمان پالس هستند آنها می توانند برای کاربردهای پردازش مواد استفاده شوند. از لیزرهای میکروثانیه ای می توان برای کاربردهایی مانند طیف سنجی و حذف موهای زائد نیز استفاده کرد.
نانوثانیه ها:
نانوثانیه ها مدت زمان پالس بسیار رایجی هستند که برای کاربردهایی مانند پردازش مواد لیزری، اندازه گیری فاصله و سنجش از دور استفاده می شود .