มีเครื่องกำเนิดเลเซอร์กี่เครื่อง? (ตอนที่ 2)

แม้ว่าจะมีหลากหลายเลเซอร์พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยการกระตุ้นและรังสีที่ถูกกระตุ้น ดังนั้นองค์ประกอบพื้นฐานของเลเซอร์จึงได้รับการแก้ไขโดยสารทำงาน (นั่นคือตัวกลางทำงานที่สามารถสร้างการผกผันของจำนวนอนุภาคหลังจากการกระตุ้น) แหล่งกำเนิดการกระตุ้น (พลังงานที่สามารถทำให้ สารทำงานคือการผกผันของหมายเลขอนุภาคหรือที่เรียกว่าแหล่งกำเนิดปั๊ม) และเครื่องสะท้อนแสงประกอบด้วยสามส่วน

Ⅱ. เลเซอร์แก๊ส

เลเซอร์แก๊สมีหลายประเภท โดยที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์และเลเซอร์ฮีเลียมนีออน

1. เครื่องกำเนิดเลเซอร์CO₂

เลเซอร์ CO₂ ส่วนใหญ่ใช้ก๊าซ CO₂ เติมไนโตรเจนและฮีเลียมจำนวนเล็กน้อย และยังใช้การกระตุ้น "แหล่งกำเนิดปั๊ม" เพื่อให้โมเลกุลของก๊าซสร้างการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงาน จึงกระตุ้นเลเซอร์

ระดับพลังงานโมเลกุลที่น่าตื่นเต้นของเลเซอร์CO₂เพื่อให้ได้เลเซอร์ หลักการทำงานของมันซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากโมเลกุลมีการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันสามแบบ ประการแรกคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในโมเลกุลจะกำหนดสถานะอิเล็กตรอนของโมเลกุล ประการที่สอง สถานะพลังงานการสั่นสะเทือนของโมเลกุลถูกกำหนดโดยการสั่นสะเทือนของอะตอมในโมเลกุล ประการที่สาม การหมุนโดยรวมของโมเลกุลจะกำหนดสถานะพลังงานการหมุนของโมเลกุล สถานะของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลนั้นซับซ้อน ระดับพลังงานก็ซับซ้อน ดังนั้นกระบวนการเปลี่ยนระดับพลังงานของโมเลกุลที่ตื่นเต้นก็ซับซ้อนเช่นกัน

ก๊าซCO₂ ไนโตรเจนและฮีเลียมจำนวนเล็กน้อยถูกห่อหุ้มไว้ใน "ท่อระบาย" แก้ว "แหล่งกำเนิดปั๊ม" บางชนิดถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งปล่อยอิเล็กตรอนที่กระทบโมเลกุลไนโตรเจนในหลอดและทำให้พวกมันตื่นเต้น โมเลกุลไนโตรเจนและโมเลกุลCO₂ชนกัน โมเลกุลไนโตรเจนถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลCO₂ โมเลกุลCO₂เปลี่ยนจากระดับพลังงานต่ำไปเป็นระดับพลังงานสูง ส่งเลเซอร์ออกไป กล่าวคือ "แหล่งกำเนิดปั๊ม" ของเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลก๊าซ CO₂ นั้นเป็นการกระตุ้นขั้นที่สอง ขั้นแรกคือการสั่นสะเทือนของโมเลกุลไนโตรเจนที่ถูกกระตุ้นด้วยอิเล็กตรอน และจากนั้นโมเลกุลไนโตรเจนก็กระทบกับโมเลกุล CO₂

โมเลกุลCO₂ตื่นเต้นจากแสงอินฟราเรด แต่ยังต้องเสริมกำลังเสียงสะท้อนด้วย และเลเซอร์ที่ได้รับการปรับปรุงจะต้องถูกส่งออกไป เพื่อเสริมสร้างการสั่นพ้องของอินฟราเรด หลอดแก้วที่ปิดสนิทสามารถเคลือบทองเพื่อสร้างกระจกได้ เนื่องจากกระจกทั่วไปไม่สามารถผ่านแสงอินฟราเรดได้ จึงมีการเปิดรูเล็กๆ ตรงกลางกระจก และมีการปิดผนึกวัสดุที่สามารถผ่านแสงอินฟราเรดได้ เพื่อให้สามารถส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดหลังจากการสั่นพ้องผ่านรูนั้นได้

แหล่งกำเนิดการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ CO₂ มีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง กระแสสลับความถี่สูง ความถี่วิทยุ และกระป๋องไมโครเวฟ

เลเซอร์ CO₂ ที่ใช้กันทั่วไปมีกำลังตั้งแต่สิบวัตต์ไปจนถึงเกือบกิโลวัตต์ เลเซอร์ CO₂ จำหน่ายในท้องตลาด และเลเซอร์เหล่านี้ประสบความสำเร็จในการใช้งานในทุกสาขาอาชีพ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา ในอุตสาหกรรม มีการใช้สำหรับการแปรรูปวัสดุหลากหลายประเภท รวมถึงการเจาะ การตัด การเชื่อม การหลอม การหลอม การปรับเปลี่ยนพื้นผิว การเคลือบ ฯลฯ ใช้ในทางการแพทย์ในขั้นตอนการผ่าตัดต่างๆ การใช้งานทางทหาร ได้แก่ อาวุธเลเซอร์ ไลดาร์ และแม้กระทั่งอาวุธพลังงานโดยตรง

2. เลเซอร์ฮีเลียมนีออน

เลเซอร์ฮีเลียมนีออนเป็นหนึ่งในเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน โดยมีกำลังเอาต์พุตระหว่าง 0.5 ถึง 100 มิลลิวัตต์ โดยมีคุณภาพลำแสงที่ดีมาก สามารถใช้ในการผ่าตัดรักษา เลเซอร์เสริมความงาม การวัดขนาดอาคาร , การบ่งชี้การคอลลิเมชัน, การพิมพ์ด้วยเครื่องถ่ายเอกสาร, ไจโรเลเซอร์ ฯลฯ นอกจากนี้ LABS ของโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายหลายแห่งยังใช้สำหรับการทดลองสาธิตอีกด้วย

โดยทั่วไป ความหนาแน่นพลังงานเอาท์พุตของเลเซอร์แก๊สจะน้อยกว่าเลเซอร์โซลิด

Ⅲ. เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

ปัจจุบันในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด GaAs (Gallium arsenide) มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าและใช้กันอย่างแพร่หลาย

สำหรับเลเซอร์ GaAs (แกลเลียมอาร์เซไนด์) จำนวนตัวพาที่ไม่สมดุลจะกลับกันระหว่างแถบพลังงานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์โดยการกระตุ้นกระแสไฟฟ้า และเลเซอร์จะถูกสร้างขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในสถานะกลับกันรวมกับรู

เลเซอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์สามารถเปล่งแสงเลเซอร์ที่มองเห็นได้ แต่ยังสามารถเปล่งแสงอินฟราเรดใกล้หรือแสงอัลตราไวโอเลตได้อีกด้วย เป็นที่น่าสังเกตว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากไดโอดเปล่งแสงธรรมดา (LED) ไม่ใช่เลเซอร์และเลเซอร์ไดโอด (LD) ทำจากตัวสะท้อนเสียงบนพื้นฐานของไดโอดเปล่งแสง

เลเซอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เป็นเลเซอร์ชนิดที่มีประโยชน์และสำคัญที่สุด มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การทำงานที่เชื่อถือได้ ใช้พลังงานน้อยลง ประสิทธิภาพสูง และอายุการใช้งานยาวนาน เนื่องจากสามารถใช้การกระตุ้นแรงดันและกระแสได้ จึงสามารถ รองรับการใช้งาน กับวงจรรวม นอกจากนี้ยังสามารถปรับกระแสไฟฟ้าได้โดยตรงที่ความถี่สูงถึง GHz เพื่อให้ได้เอาท์พุตเลเซอร์มอดูเลตความเร็วสูง เนื่องจากข้อดีเหล่านี้ เลเซอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยเลเซอร์ การจัดเก็บแสง ไจโรแสง การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ การกำหนดขอบเขต และเรดาร์

การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเป็นสาขาการใช้งานที่สำคัญที่สุดของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ และเครือข่ายการสื่อสารไม่สามารถแยกออกจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้

การประยุกต์ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบแสงที่มองเห็นสามารถมองเห็นได้ทุกที่ เช่น เครื่องอ่านบาร์โค้ด การอ่านและเขียนหน่วยความจำแบบออปติคอล การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ การแสดงสีบนหน้าจอ โทรทัศน์สีความละเอียดสูง และอื่นๆ

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังใช้กันทั่วไปในการสำรวจระยะไกลด้วยเลเซอร์ การสื่อสารในพื้นที่ว่าง หน้าต่างบรรยากาศ การตรวจสอบบรรยากาศ และการวิเคราะห์สเปกตรัมทางเคมี

การใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในกองทัพก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน เช่น มาตรการตอบโต้อินฟราเรด การเล็งด้วยเลเซอร์ ระยะเลเซอร์ ลิดาร์ การนำทางด้วยเลเซอร์ เลเซอร์ฟิวซ์ และอื่นๆ

Ⅳ. เลเซอร์เคมี

เลเซอร์เคมีใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อผลิตแสงเลเซอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่ออะตอมของฟลูออรีนและไฮโดรเจนทำปฏิกิริยาทางเคมี โมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะตื่นเต้น ด้วยวิธีนี้ เมื่อก๊าซไอออนิกทั้งสองสถานะผสมกันอย่างรวดเร็ว แสงเลเซอร์จะถูกสร้างขึ้นได้ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานอื่นใด และสามารถรับพลังงานแสงที่ทรงพลังมากได้โดยตรงจากปฏิกิริยาทางเคมี

ปัจจุบันสิ่งที่สำคัญที่สุดคือไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) และดิวทีเรียมฟลูออไรด์ (DF) สองอุปกรณ์ ความยาวคลื่นเลเซอร์ในอดีตระหว่าง 2.6 ~ 3.3 ไมครอน; หลังอยู่ระหว่าง 3.5 ถึง 4.2 ไมครอน นอกจากนี้ เลเซอร์ไฮโดรเจนโบรไมด์ (HBr) ความยาวคลื่น 4.0 ~ 4.7 ไมครอน; เลเซอร์คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ความยาวคลื่น 4.9 ~ 5.8 ไมครอน เลเซอร์ออกซิเจนไอโอดีน 1.3 ไมครอน เลเซอร์เคมีบริสุทธิ์เหล่านี้สามารถผลิตเอาต์พุตได้หลายเมกะวัตต์ และช่วงความยาวคลื่นเลเซอร์ของเลเซอร์จะอยู่ในช่วงสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดถึงอินฟราเรดกลาง ซึ่งสามารถส่งผ่านในชั้นบรรยากาศหรือในเส้นใยนำแสงได้อย่างง่ายดาย

เนื่องจากเลเซอร์เคมีผลิตโดยปฏิกิริยาเคมี ปริมาตรของเลเซอร์ชนิดนี้จึงค่อนข้างน้อย และเหมาะสำหรับงานภาคสนามมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถผลิตเลเซอร์กำลังสูงได้ ซึ่งสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหาร เช่นเดียวกับนิวเคลียร์ฟิวชัน

การวิจัยจุลเคมีได้ส่งเสริมการวิจัยเลเซอร์เคมีโดยตรง และทิศทางการพัฒนาของเลเซอร์เคมีมุ่งเน้นไปที่: 1) การผลิตเลเซอร์ปฏิกิริยาเคมีต้องมีการดำเนินการจริง สามารถควบคุมพลังงานได้ และระยะเวลาไม่ต่อเนื่องได้ ควบคุม; 2) ขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดจะต้องมีขนาดเล็ก 3) ต้องสามารถผลิตเลเซอร์พลังพิเศษได้

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะปฏิบัติตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด