ما هو ليزر الحالة الصلبة (YAG)

عندما دخلت الدقة في التصنيع إلى عصر الميكرومتر، إعادة شركة جيانغ بين تشكيل حدود الصناعة باستخدام الليزر الصلب - هذا "شفرة الضوء" التي تتكون من بلورات صلبة كنواة طاقة لها، والتي تتميز بدقة اللحام والعلامات، وأطوال موجية تمتد من تحت الحمراء إلى فوق البنفسجية، قد نقشت مقاييس الدقة الصينية في شرايين لوحات PCB، ونوى البطاريات، والشاشات. الآن لنلقي نظرة على الليزر الصلب معًا:

الليزر الصلب هو ليزر يعتمد على وسائط تعزيز صلبة (مثل بلورات أو زجاج مضاف إليه أيونات نادرة الأرض أو معادن انتقالية)، والتي يمكنها توليد قوة خرج تتراوح بين بضعة ميليوات إلى عدة كيلووات. يستخدم العديد من الليزرات الصلبة مصابيح فلاش أو مصابيح قوس كمصدر ضوئي للضخ. هذه مصادر الضخ رخيصة نسبيًا ويمكنها توفير قدرة عالية جدًا، لكن كفاءتها منخفضة، ومتوسط عمرها قصير، وهناك تأثيرات حرارية قوية في وسيط التعزيز مثل تأثير العدسة الحرارية. يتم استخدام دiodes الليزر بشكل شائع لضخ الليزرات الصلبة، وهذه الليزرات الصلبة المضخمة بالليزر (DPSS lasers، والمعروفة أيضًا بالليزرات الصلبة بالكامل) لديها العديد من المزايا مثل التركيب المدمج، العمر الطويل، وجود جودة شعاع ممتازة. يمكن أن يكون نمط عملها مستمرًا، أي يمكنه إنتاج خرج ليزر مستمر، أو نبضي، أي يمكنه إنتاج نبضات ليزرية قصيرة ذات قوة عالية.

مبدأ العمل:

الوسط النشط المستخدم في الليزر الصلب هو مادة صلبة. عادةً، تستخدم جميع المواد الصلبة ضخًا بصريًا، أي أن مصدر الضوء يُستخدم كمصدر للطاقة لتطبيق الطاقة على الوسط المكسب. يتم تحفيز الإلكترونات في وسط المكسب إلى مستوى طاقة أعلى بعد امتصاصها للطاقة المضخمة. في الحالة المشحونة، سيتحول بعض الإلكترونات من مستويات الطاقة الأعلى إلى مستويات طاقة متغيرة مستقرة. تكون فترة حياة الحالات المتغيرة المستقرة أطول من تلك الخاصة بالحالات المشحونة الأخرى، مما يسمح بتخزين وتراكم الطاقة. عندما يعود إلكترون في حالة متغيرة مستقرة إلى الحالة الأساسية، فإنه يصدر فوتونًا بطاقة وموجة معينة. يتم انعكاس الفوتونات الناتجة عدة مرات داخل التجويف الليزري. يعمل هذا النظام المرتدد على تضخيم الإشعاع المحفز، مما يؤدي إلى إنتاج شعاع ليزر قوي. يمر جزء من الضوء المضخم عبر بعض المرآة، مما يشكل إخراج الليزر. عادةً يكون الشعاع الناتج ذو خطوط ضيقة ويتميز بموجة معينة مرتبطة بالفرق في الطاقة بين الحالة المتغيرة المستقرة والحالة الأساسية.

نوع الليزر الصلب:

قوة الإخراج لليزر Nd:YAG الصغير (YAG lasers) أو ليزر Nd:YVO4 (vanadate lasers) المضخوم بالدايود تكون عادة بين عدة ميليوات (للأجهزة الدقيقة) وعشرات الواط. مدة النبضة التي ينتجها الليزر ذو المفتاح Q هي عدة نانوثانية، طاقة النبضة هي ميكروجول، والقدرة الذروية تصل إلى عدة كيلوواط. يمكن استخدام مضاعفة التردد داخل التجويف للحصول على إخراج ضوئي أخضر.

تُستخدم ليزرات Nd:YAG ذات المفتاح Q بشكل واسع في الإصدارات المضخومة بالمصباح. الضخ النبضي يسمح بطاقة نبضة عالية، بينما تكون قوة الإخراج المتوسطة عادة معتدلة (على سبيل المثال، بضع واط). تكلفة هذا النوع من الليزر المضخوم بالمصباح أقل من تكلفة الإصدار المضخوم بالدايود ذي القوة الإخراجية المشابهة.

ليزرات الألياف هي نوع خاص من الليزر الصلب، وتتميز بإمكانية تحقيق قوة إخراج متوسطة عالية، وكفاءة طاقة عالية، وجودة شعاع عالية وقابلية تعديل الطول الموجي على نطاق واسع.
لقد احتلت الليزرات الصلبة (وخاصة الليزر الألياف والليزر الصلب المضخّم بالدايود) مكانة بارزة في مجموعة واسعة من المجالات مثل معالجة المعادن، ومعالجة دقيقة دقيقة، وعلاج الأنسجة الصلبة الطبية، بفضل خصائصها الممتازة عند الطول الموجي القصير، وجودة الشعاع الفائقة، وقدرتها على النبض فوق القصير، والهيكل المدمج، والموثوقية العالية جدًا والحاجة المنخفضة للصيانة. كما أنها تستمر في تعزيز الابتكار والتطوير التكنولوجي لتقنيات الليزر. يعتمد الاختيار النهائي للتكنولوجيا على دراسة شاملة لمتطلبات التطبيق المحدد، وخواص المادة وتوازن التكلفة والفائدة.