ما هي المكونات الأساسية الرئيسية للليزر؟

من أجهزة مسح الباركود في صناديق السوبر ماركت إلى سكاكين الجراحة الدقيقة في المستشفياتمن العروض الضوئية المبهرة على المسرح إلى الشرارات التي تطير بينما يتم قطع لوحات الصلب السميكة في المصانعوكل هذا نشأ من جهاز يمكنه "إثارة" الضوء وتركيزه في مصدر طاقة قوي
مصدر الطاقة: مصدر المضخة
مصدر المضخة هو "المحرك" للليزر. وظيفته الأساسية هي توفير الطاقة للمادة العاملة ، مما يضع الأساس لتوليد الليزر.مثل مضخة المياه التي تسحب المياه من مستوى أقل إلى مستوى أعلى، مصدر المضخة "يضخ" الذرات أو الجزيئات من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى ، مما يخلق عكس عدد الجسيمات (وهذا هو الشرط الرئيسي لتوليد الليزر).
الأنواع الشائعة لمصادر الضخ تشمل:
الضخ البصري: استخدام الضوء من مصدر ضوء قوي (مثل مصباح الزينون أو مصباح الكريبتون) أو ليزر آخر (مثل ثنائي أكسيد الليزر) لإشعاع المادة العاملة.هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة في الليزر الصلب (مثل الليزر YAG).
الضخ الكهربائي: تطبيق تيار كهربائي مباشرة على المادة العاملة، مما يسبب إثارة الجسيمات من خلال اصطدامات الإلكترونات.هذه هي طريقة الضخ الرئيسية لليزر شبه الموصل (ديودات الليزر) وليزر الغاز (مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون).
الضخ الكيميائي: استخدام الطاقة التي يتم إطلاقها من خلال التفاعلات الكيميائية لإثارة الجسيمات، والتي تستخدم عادة في بعض الليزر الغازية عالية الطاقة.
أداء مصدر الضخ يحدد بشكل مباشر كفاءة و قوة إنتاج الليزر. إنها الخطوة الأولى في توليد الليزر وهي خطوة حاسمة.
II. الجسم المضيء: متوسط المكاسب/المادة العاملة
ويعد وسط الفوز، المعروف أيضا باسم المادة العاملة، "المرحلة الرئيسية" للليزر وهو المكان الذي ينشأ فيه الليزر فعليًا. إنه يحدد الخصائص الأساسية للليزر،مثل طول الموجة الخارجي (الوان) والقوة المحتملة.
بناءً على حالة المادة، يتم تقسيمها بشكل رئيسي إلى أربع فئات:
الوسائط الغازية: مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، الهيليوم-نيون (He-Ne) ، أيونات الأرجون (Ar +) ، الخ. يمكنها توليد أشعة ليزر مستمرة وعالية الجودة ، وتستخدم على نطاق واسع في القطع ،العلاج الطبي والبحث العلمي.
الوسيط السائل: مثل المذيبات العضوية المزودة بالألوان. يتميز بقدرته على ضبط طول الموجة الخارجي بشكل مستمر ضمن نطاق معين ،ويستخدم عادة في أبحاث الطيف.
الوسائط الصلبة: مثل غرانيت الألومنيوم اليتريوم المضغوط بالنيوديميوم (Nd: YAG) ، بلورات الياقوت أو زجاج النيوديميوم. لديهم بنية قوية ويمكنهم توليد نبضات ليزر عالية الطاقة عالية الطاقة ،مما يجعلها الخيار المفضل في المعالجة الصناعية والتطبيقات العسكرية.
مواد أشباه الموصلات: مثل آرسنيد الغاليوم (GaAs) ومركبات أخرى. لديها حجم صغير وكفاءة عالية وسهلة ضخها كهربائيا.هم القوة الرئيسية المطلقة في مجالات مثل الاتصالات البصريةقراءة الأقراص البصرية والطباعة بالليزر.
عندما تتحمس الجسيمات في الوسيط المكثف من قبل مصدر المضخة، فإنها تخضع لعملية الانبعاث المتحفزة وتطلق فوتونات جديدة هي نفسها تمامًا مثل الفوتونات الحادثة،وبالتالي تحقيق تضخيم بصري.
III. الروح المترددة: الرنين البصري
الرنين البصري هو "آلة التزوير الجودة" من الليزر. فإنه يحدد الاتجاهية والمتوحدة اللونية من الليزر.عادةً ما يتكون من مرآتين متناظرتين وضعتان بعنايةواحد هو مرآة انعكاس كاملة (مع معدل انعكاس قريب من 100٪) ، والآخر هو مرآة انعكاس جزئي (مرآة الارتباط الخروج، مع معدل انعكاس حوالي 90٪ - 99٪).
وظائفها الأساسية هي ثلاثة:
ردود فعل إيجابية: تسبب الفوتونات الناتجة عن الانبعاث المتحفز في انعكاسها بشكل متكرر بين مرآتين، مما يؤدي باستمرار إلى تفاعل سلسلة يشبه الانبعاث المتحفز،مما يؤدي إلى زيادة هائلة في كثافة الضوء.
اختيار الوضع: فقط أطوال الموجات المحددة للضوء التي تنتشر على طول الاتجاه المحوري يمكن أن تتذبذب بشكل مستقر وتتضخم بشكل كبير داخل التجويف،الذي يحسن بشكل كبير من أحادية اللون (نقاء اللون) للليزر.
الإخراج الموجه: في النهاية ، سيتم نقل جزء من الليزر الشديد الكثافة من خلال العاكس الجزئي ، مما يشكل شعاع ليزر متداخل للغاية ومتباين بشكل ضيق.
بدون رنين بصري، فإن المادة العاملة تنتج فقط إشعاع عادي من الاتجاه العشوائي والأطوال الموجية المختلفة.لقد قمنا بتزوير "ليزر" دقيق ونقي الذي نراه.
الملاحظات الأخيرة: نظام التبريد والتحكم
بالنسبة لمعظم أجهزة الليزر (وخاصة تلك ذات الطاقة المتوسطة إلى العالية) ، فإن نظام التبريد أمر لا غنى عنه. يتم تحويل معظم طاقة المدخلة من مصدر المضخة إلى حرارة،مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة وسط المكاسب بشكل حادنظام تبريد فعال (مثل تبريد المياه، تبريد الهواء،أو TEC تبريد أشباه الموصلات) يمكن أن تضمن التشغيل المستقر والمتواصل للليزر.
في هذه الأثناء، نظام التحكم هو جوهر الليزر، يستخدم دوائر دقيقة وبرمجيات لتنظيم تيار مصدر المضخة،ويمكن دمج مكونات مثل Q-switches و modulators لتحقيق التحكم الدقيق في مخرجات الليزر (مثل عرض النبض والتردد)، لتلبية متطلبات سيناريوهات التطبيق المختلفة.
باختصار، مصدر المضخة يوفر الطاقة، ووسيط الفوز هو المسؤول عن تضخيم الضوء، والرنين البصري يحدد نوعية الليزر،وأنظمة التبريد والتحكم تضمن عملها المستقرهذه المكونات الأربعة الأساسية تشبه فريقًا منسقًا للغاية، لا غنى عنهما.إن التعاون السلس بينهما تحوّل الضوء العادي إلى أداة قوية قادرة على تغيير العالم، والتي تدفع باستمرار إلى التقدم الثوري في التكنولوجيا والصناعة.