أخبار الشركة عن تطور تكنولوجيا الليزر من الأساسيات إلى الاستخدامات المتطورة

أصبحت الليزرات لا غنى عنها في التكنولوجيا الحديثة، مع تطبيقات تتراوح من ماسحات الباركود والطابعات اليومية إلى الأدوات الجراحية المتطورة ومعدات البحث العلمي. ومع ذلك، لا يزال جهاز الليزر نفسه غير مفهوم جيدًا من قبل الكثيرين على الرغم من دوره الحاسم في توليد حزم الضوء القوية هذه.

المبادئ الأساسية لتوليد الليزر

طبيعة وخصائص الليزرات

الليزر هو اختصار لـ "تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع". على عكس مصادر الضوء العادية، يتمتع ضوء الليزر بالعديد من الخصائص الفريدة:

• التوحيد اللوني العالي: يُظهر ضوء الليزر خصائص طيفية نقية للغاية بترددات فوتونات متطابقة تقريبًا.
• الترابط العالي: تحافظ فوتونات الليزر على علاقات طور ثابتة في كل من الفضاء والوقت.
• الاتجاهية العالية: تُظهر حزم الليزر الحد الأدنى من التباعد، مما يسمح بنقل الطاقة المركزة على مسافات طويلة.
• السطوع العالي: تحقق الليزرات كثافة طاقة أكبر بكثير من مصادر الضوء التقليدية.

انعكاس السكان: الآلية الأساسية

في قلب توليد الليزر تكمن فكرة انعكاس السكان - وهي حالة غير متوازنة حيث يشغل المزيد من الذرات أو الجزيئات مستويات طاقة أعلى من المستويات الأدنى. يتطلب تحقيق هذا الانعكاس طرق ضخ محددة:

• الضخ البصري باستخدام مصادر ضوء مكثفة
• الضخ الكهربائي من خلال تفريغ التيار
• الضخ الكيميائي عن طريق التفاعلات الطاردة للحرارة

الانبعاث المحفز والمرنانات البصرية

بمجرد تحقيق انعكاس السكان، يحدث الانبعاث المحفز عندما تؤدي الفوتونات الساقطة إلى انبعاثات فوتونات متطابقة من الذرات المثارة. تخلق هذه العملية تأثير تضخيم الضوء. ثم تقوم المرنانات البصرية التي تحتوي على وسط الكسب بين المرايا العاكسة بتشكيل هذا الضوء المضخم في حزمة ليزر متماسكة.

أنواع الليزر الرئيسية وآلياتها

الليزر ذو المستويين: الأساس النظري

في حين أن الليزرات ذات المستويين البحتة غير موجودة عمليًا، إلا أنها بمثابة نماذج مفاهيمية مهمة. تواجه هذه الأنظمة تحديات كبيرة في تحقيق انعكاس السكان بسبب تأثيرات التشبع السريع التي تحد من ناتج الليزر المحتمل.

الليزر ثلاثي المستويات: تقديم الحالات المساعدة

تتغلب الليزرات العملية على قيود المستويين من خلال دمج مستويات طاقة إضافية. تأتي التكوينات ثلاثية المستويات في نوعين أساسيين:

• بمساعدة المستوى العلوي: يستخدم مستوى ثالث فوق مستوى الليزر العلوي لملء السكان السريع (مثل ليزرات الياقوت)
• بمساعدة المستوى السفلي: يوظف مستوى ثالث أسفل مستوى الليزر السفلي لإزالة السكان السريعة (مثل الليزرات الكيميائية)

الليزر رباعي المستويات: تصميمات ذات كفاءة معززة

من خلال الجمع بين مزايا كلا النوعين ثلاثي المستويات، تدمج الليزرات رباعية المستويات حالات طاقة إضافية فوق وتحت انتقال الليزر. يتيح هذا التكوين انعكاسًا أكثر كفاءة للسكان وطاقة خرج أعلى، كما يتضح من ليزرات Nd:YAG التي تعمل عند 1064 نانومتر.

تقنيات الليزر المتقدمة

تبديل Q للتشغيل النبضي

• الأجهزة الكهروضوئية التي تستخدم تغييرات معامل الانكسار التي يتم التحكم فيها بالجهد
• معدلات الصوتيات الضوئية التي تستخدم الموجات الصوتية
• المفاتيح القائمة على الصبغة التي تستخدم خصائص الامتصاص

تتضمن دورة تبديل Q مراحل تخزين الطاقة والإطلاق السريع المتتالية، مما ينتج نبضات بمقياس النانوثانية بطاقات ذروة تتجاوز بكثير التشغيل المستمر.

الاتجاهات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

تستمر تقنية الليزر في التطور على طول العديد من المسارات الرئيسية:

• التصغير والتكامل الفوتوني للأنظمة المدمجة
• تحسينات في مقياس الطاقة والكفاءة
• تطوير وسائط كسب جديدة
• التوسع في نطاقات طيفية متطرفة

تعد هذه التطورات بتحقيق تطبيقات جديدة في جميع مجالات الطب والاتصالات والتصنيع والبحث العلمي مع معالجة اعتبارات السلامة الهامة للتشغيل عالي الطاقة.