لیزر Nd:YAG    

  Nd:YAG(نئودمیوم ترکیب شده به ایتریم سنگ آلومینیوم، Nd:Y₃Al₅O₁₂ ) یک کریستال است که بعنوان یک محیط لیزر برای لیزرهای حالت جامد استفاده شده. ماده افزوده، بطور سه برابر نئودمیوم یونیزه شده، نوعا جایگزین ایتریوم در ساختار کریستال سنگ آلومینیوم ایتریم می شود، چونکه آنها از سایزهای مشابه هستند. معمولا وزن بلور میزبان با حدود 1% نئودمیوم ترکیب شده.

لیزرهای Nd:YAG برای استفاده در یک لامپ برق یا لیزر دیودی بطور اپتیکی پمپ شده اند. آنها یکی از رایج ترین انواع لیزر هستند، و برای بسیاری کاربردهای دیگر استفاده شده اند. لیزر های Nd:YAG نوعا با یک طول موج 1064 nm ،در مادون قرمز، نور منتشر می کنند. به هر حال، گذارهایی نیز نزدیک به 940، 1120، 1320 و 1440 nm وجود دارند. لیزرهای Nd:YAG در هر دو مد پالسی و پیوسته عمل می کنند. لیزرهای Nd:YAG پالسی نوعا در مدی که سوئیچ Q می نامیم عمل کرده اند: یک سوئیچ نوری که در کاواک لیزر تعبیه شده و در انتظار یک وارونی جمعیت ماکزیمم در یونهای نئودمیوم است قبل از اینکه باز شود. سپس موج نور می تواند به سرتاسر کاواک برود، محیط لیزر برانگیخته شده در وارونی جمعیت ماکزیمم کم جمعیت می شود. در این مد سوئیچ Q توانهای خروجی 20 مگاوات و مدت پالس کمتر از 10 نانوثانیه بدست آمده است.

لیزر Nd:YAG اساسا در باندهای بین 730-760 و 790-820 nm جذب می کنند. لامپهای کریپتون با خروجی بالا در آن باندها، برای دمش لیزرهای Nd:YAG  کارآمدتر از لامپ های نئون هستند که بیشتر نور سفید تهیه می کنند و بنابراین انرژی بیشتری به هدر میرود.

مقدار نئودمیوم افزوده در مواد بر حسب استفاده ی آن متفاوت است. برای خروجی موج پیوسته، ناخالصی بطور عمده پایین تر از برای لیزرهای پالسی است. میله های cw ترکیب شده به آهستگی می توانند با کمرنگ تر شدن یا تقریبا سفید شدن از نظر نوری متمایز شوند، در حالیکه میله های با ناخالصی بالاتر صورتی مایل به ارغوانی هستند.

دیگر مواد میزبان برای نئودمیوم به قرار زیرند: YLF (فلورید لیتیم ایتریم 1047 و 1053 nm)، YVO₄ (اورتو وانادیت ایتریم، 1064 nm)، و شیشه. یک ماده میزبان خالص به منظور دریافت یک ترکیب مطلوب از خواص اپتیکی، مکانیکی و گرمایی انتخاب شده است. لیزرهای Nd:YAG و انواع دیگر توسط لامپ برق و یا لامپهای گاز بدون بار پیوسته، یا لیزرهای دیودی مادون قرمز نزدیک (لیزرهای DPSS) پمپ شده اند. انواع لیزرهایی که به آنها پرداخته شد (PSL) از لیزرهای Nd:YAG بهتر شده اند مخصوصا در تهیه باریکه های اصلی برای تداخل سنج های موج گرانشی مثل LIGO, VIRGO, GEO600 و TAMA مفیدند.

·   چشم پزشکی

·   پزشکی آرایشی

·   صنعتی

·   دینامیک شاره

·   مسافت یابهای لیزری

·    دندانپزشکی: لیزرهای Nd:YAG برای جراحی بافتهای لطیف در فضای دهان استفاده می شوند مثل gingivectomy, periodontal sulcular debridement, LANAP, frenectomy ، بافت برداری، و انعقاد جاهای پیوند خورده.

   لیزر دی اکسید کربن  

هدف آزمایش، تبخیر کردن و انفجار به شعله است بمحض تابش توسط یک لیزر دی اکسید کربن موج پیوسته توان بالا که دهها کیلو وات نور مادون قرمز منتشر می کند.

لیزر دی اکسید کربن (لیزر CO₂) یکی از اولین لیزرهای گازی بود که توسعه داده شد ( توسط Kumar Patel از آزمایشگاه بل در 1964 اختراع شد)، و هنوز یکی از پر استفاده ترینهاست.لیزرهای دی اکسید کربن، لیزرهای موج پیوسته با بالاترین توان هستندکه عموما در دسترسند. همچنین کاملا کارآمدند: نسبت توان خروجی به توان پمپ می تواند به بزرگی 20% باشد.

لیزر CO₂ یک باریکه نور مادون قرمز تولید می کند با باندهای طول موج اصلی متمرکز روی محدوده 9.4 و 10.6 میکرومتر.

محیط فعال لیزر (تقویت لیزر/ محیط تقویت) یک گاز بدون بار است که توسط هوا سرد شده است ( در کاربردهای توان بالاترتوسط آب سرد شده). پر کردن گاز درون لوله بدون بار شامل گازهای زیر است:

·   دی اکسید کربن ( CO₂) ( حدود 10-20%)

·   نیتروژن ( N₂) ( حدود 10-20%)

·   هیدروژن ( H₂) و یا زنون ( Xe) ( با درصد کم، معمولا فقط در یک لوله عایق بندی شده استفاده شده)

·   هلیوم ( He) ( باقیمانده مخلوط گاز)

این نسبتها بر حسب لیزر مخصوص تغییر می کنند.

وارونی جمعیت در لیزر با ترتیب زیر بدست آمده است:

1.  برخورد الکترون حرکت نوسانی نیتروژن را برانگیخته می کند. چون نیتروژن یک مولکول جور هسته است، نمی تواند این انرژی را توسط گسیل فوتون از دست بدهد، و بنابراین ترازهای نوسانی برانگیخته اش شبه پایدار هستند و عمر طولانی ای دارند.

2.  انتقال انرژی برخورد بین مولکول نیتروژن و دی اکسید کربن باعث برانگیختگی ارتعاش دی اکسید کربن می شود، با بازده کافی که منجر به وارونی جمعیت مطلوب لازم برای عملکرد لیزر می شود.

چون لیزرهای CO₂ در مادون قرمز عمل می کنند، مواد ویژه ای برای ساختارشان لازم است. نوعا، آیینه ها از پوشش سیلیکون، مولیبدنوم، یا طلا ساخته شده اند، در حالیکه پنجره ها و لنزهاهم از ژرمانیوم و هم از سلنید روی ساخته شده اند. برای کاربردهای توان بالا، آینه های طلا و لنزها و پنجره های سلنید روی ترجیح داده شده. در طو ل تاریخ، لنزها و پنجره ها بوسیله نمک ساخته شده بودند ( کلرید سدیم و کلرید پتاسیم). هنگامیکه ماده ساده بود، لنزها و پنجره ها به آرامی با پرتو دهی به رطوبت جوی فرسوده می شدند.

اساسی ترین شکل یک لیزر CO₂ شامل یک گاز بدون بار است ( با یک مخلوط نزدیک به آنچه در بالا مشخص شد) با یک بازتابنده کلی در یک انتها، و یک متصل کننده خروجی ( معمولا یک آینه نیم بازتابنده پوشیده شده از سلنید روی) در انتهای خروجی. بازتاب پذیری از متصل کننده خروجی نوعا در حدود 5-15% است.خروجی لیزر همچنین ممکن است در سیستمهای توان بالاتر برای کاستن مشکلات گرمایش نوری edge-coupled باشد.

لیزر CO₂ می تواند با داشتن توانهای cw بین میلی وات ( mW) و صدها کیلو وات ( kW) ساخته شود. همچنین فعال ساختن سوئیچ Q یک لیزر CO₂ بوسیله یک آینه دوار یا یک سوئیچ الکترو نوری خیلی آسان است، که باعث می شود توانهای ماکزیمم سوئیچ Q شده ، بالاتر از گیگا وات ( GW) یا توان ماکزیمم شود.

چونکه گذارهای لیزر در حقیقت روی باندهای چرخشی-ارتعاشی یک مولکول خطی سه اتمی هستند، ساختار چرخشی باندهای P و R می توانند توسط یک عنصر میزان سازی در کاواک لیزر انتخاب شوند. چون مواد قابل انتقال در مادون قرمز نسبتا پر اتلاف هستند، عنصر میزان سازی فرکانس تقریبا همیشه یک توری پراش است. توسط چرخش توری پراش، یک خط چرخشی مخصوص انتقال ارتعاشی می تواند انتخاب شود. همچنین انتخاب مناسبترین فرکانس ممکن است در طی استفاده از یک etalon بدست آمده باشد. عملا، متفقا با جانشینی ایزوتوپی، این به این معنی است که یک شانه پیوسته از فرکانسهای مجزا نزدیک به حدود 1 Cm^-1 (30 GHz) می تواند استفاده شده باشد که از 880 تا 1090 Cm^-1 ادامه میابد. چنین لیزرهای دی اکسید کربن "تنظیم پذیر خطی" اصولا در کاربردهای تحقیقاتی مورد توجه هستند.

چونکه ترازهای توان بالا در دسترسند ( همراه با قیمت معقول برای لیزر)، لیزرهای CO₂ بارها در کاربردهای صنعتی برای برشکاری و جوشکاری استفاده شده اند، در حالیکه لیزرهای تراز توان پایین تر برای حکاکی استفاده شده اند. همچنین آنها در عملهای جراحی خیلی مفیدند زیرا آب ( که بیشتر بافتهای زیستی را می سازد) این فرکانس نور را خیلی خوب جذب می کند. برخی مثالهای کاربردهای پزشکی، جراحی لیزری، ترمیم پوست ("از بین بردن چین و چروک پوست با لیزر") (که در اصل شامل سوختن پوست برای بهبود شکل collagen است)، و dermabrasion هستند. همچنین، ممکن است برای عمل شرایط پوستی خاص مثل از بین بردن موهای زائد بدن بدون درد کشیدن، podules، و غیره.

چون جو برای نور مادون قرمز کاملا شفاف است، لیزرهای CO₂ برای محدوده یابی ارتشی با استفاده از تکنیک های LIDAR نیز استفاده شده اند.

لیزر دی اکسید کربن

هدف آزمایش، تبخیر کردن و انفجار به شعله است بمحض تابش توسط یک لیزر دی اکسید کربن موج پیوسته توان بالا که دهها کیلو وات نور مادون قرمز منتشر می کند.

لیزر دی اکسید کربن (لیزر CO₂) یکی از اولین لیزرهای گازی بود که توسعه داده شد ( توسط Kumar Patel از آزمایشگاه بل در 1964 اختراع شد)، و هنوز یکی از پر استفاده ترینهاست.لیزرهای دی اکسید کربن، لیزرهای موج پیوسته با بالاترین توان هستندکه عموما در دسترسند. همچنین کاملا کارآمدند: نسبت توان خروجی به توان پمپ می تواند به بزرگی 20% باشد.

لیزر CO₂ یک باریکه نور مادون قرمز تولید می کند با باندهای طول موج اصلی متمرکز روی محدوده 9.4 و 10.6 میکرومتر.

محیط فعال لیزر (تقویت لیزر/ محیط تقویت) یک گاز بدون بار است که توسط هوا سرد شده است ( در کاربردهای توان بالاترتوسط آب سرد شده). پر کردن گاز درون لوله بدون بار شامل گازهای زیر است:

·  دی اکسید کربن ( CO₂) ( حدود 10-20%)

·  نیتروژن ( N₂) ( حدود 10-20%)

·  هیدروژن ( H₂) و یا زنون ( Xe) ( با درصد کم، معمولا فقط در یک لوله عایق بندی شده استفاده شده)

·  هلیوم ( He) ( باقیمانده مخلوط گاز)

این نسبتها بر حسب لیزر مخصوص تغییر می کنند.

وارونی جمعیت در لیزر با ترتیب زیر بدست آمده است:

1. برخورد الکترون حرکت نوسانی نیتروژن را برانگیخته می کند. چون نیتروژن یک مولکول جور هسته است، نمی تواند این انرژی را توسط گسیل فوتون از دست بدهد، و بنابراین ترازهای نوسانی برانگیخته اش شبه پایدار هستند و عمر طولانی ای دارند.

2. انتقال انرژی برخورد بین مولکول نیتروژن و دی اکسید کربن باعث برانگیختگی ارتعاش دی اکسید کربن می شود، با بازده کافی که منجر به وارونی جمعیت مطلوب لازم برای عملکرد لیزر می شود.

چون لیزرهای CO₂ در مادون قرمز عمل می کنند، مواد ویژه ای برای ساختارشان لازم است. نوعا، آیینه ها از پوشش سیلیکون، مولیبدنوم، یا طلا ساخته شده اند، در حالیکه پنجره ها و لنزهاهم از ژرمانیوم و هم از سلنید روی ساخته شده اند. برای کاربردهای توان بالا، آینه های طلا و لنزها و پنجره های سلنید روی ترجیح داده شده. در طو ل تاریخ، لنزها و پنجره ها بوسیله نمک ساخته شده بودند ( کلرید سدیم و کلرید پتاسیم). هنگامیکه ماده ساده بود، لنزها و پنجره ها به آرامی با پرتو دهی به رطوبت جوی فرسوده می شدند.

اساسی ترین شکل یک لیزر CO₂ شامل یک گاز بدون بار است ( با یک مخلوط نزدیک به آنچه در بالا مشخص شد) با یک بازتابنده کلی در یک انتها، و یک متصل کننده خروجی ( معمولا یک آینه نیم بازتابنده پوشیده شده از سلنید روی) در انتهای خروجی. بازتاب پذیری از متصل کننده خروجی نوعا در حدود 5-15% است.خروجی لیزر همچنین ممکن است در سیستمهای توان بالاتر برای کاستن مشکلات گرمایش نوری edge-coupled باشد.

لیزر CO₂ می تواند با داشتن توانهای cw بین میلی وات ( mW) و صدها کیلو وات ( kW) ساخته شود. همچنین فعال ساختن سوئیچ Q یک لیزر CO₂ بوسیله یک آینه دوار یا یک سوئیچ الکترو نوری خیلی آسان است، که باعث می شود توانهای ماکزیمم سوئیچ Q شده ، بالاتر از گیگا وات ( GW) یا توان ماکزیمم شود.

به دليل آنكه گذارهای لیزر در حقیقت روی باندهای چرخشی-ارتعاشی یک مولکول خطی سه اتمی هستند، ساختار چرخشی باندهای P و R می توانند توسط یک عنصر میزان سازی در کاواک لیزر انتخاب شوند. چون مواد قابل انتقال در مادون قرمز نسبتا پر اتلاف هستند، عنصر میزان سازی فرکانس تقریبا همیشه یک توری پراش است. توسط چرخش توری پراش، یک خط چرخشی مخصوص انتقال ارتعاشی می تواند انتخاب شود. همچنین انتخاب مناسبترین فرکانس ممکن است در طی استفاده از یک etalon بدست آمده باشد. عملا، متفقا با جانشینی ایزوتوپی، این به این معنی است که یک شانه پیوسته از فرکانسهای مجزا نزدیک به حدود 1 Cm^-1 (30 GHz) می تواند استفاده شده باشد که از 880 تا 1090 Cm^-1 ادامه میابد. چنین لیزرهای دی اکسید کربن "تنظیم پذیر خطی" اصولا در کاربردهای تحقیقاتی مورد توجه هستند.

به دليل آنكه ترازهای توان بالا در دسترسند ( همراه با قیمت معقول برای لیزر)، لیزرهای CO₂ بارها در کاربردهای صنعتی برای برشکاری و جوشکاری استفاده شده اند، در حالیکه لیزرهای تراز توان پایین تر برای حکاکی استفاده شده اند. همچنین آنها در عملهای جراحی خیلی مفیدند زیرا آب ( که بیشتر بافتهای زیستی را می سازد) این فرکانس نور را خیلی خوب جذب می کند. برخی مثالهای کاربردهای پزشکی، جراحی لیزری، ترمیم پوست ("از بین بردن چین و چروک پوست با لیزر") (که در اصل شامل سوختن پوست برای بهبود شکل collagen است)، و dermabrasion هستند. همچنین، ممکن است برای عمل شرایط پوستی خاص مثل از بین بردن موهای زائد بدن بدون درد کشیدن، podules، و غیره.

چون جو برای نور مادون قرمز کاملا شفاف است، لیزرهای CO₂ برای محدوده یابی ارتشی با استفاده از تکنیک های LIDAR نیز استفاده شده اند.

دستهٔ اول:

اساسا بی خطر؛ هیچگونه احتمالی برای آسیب رساندن به چشم در این گروه وجود ندارد. این امر می‌تواند بدلیل توان خروجی محدود آنها( که حتی در تماسهای طولانی هم خطری را متوجه چشم شخص نمیکنند) باشد و یا به این دلیل باشد که محصور بودن آنها و عدم تماس در شرایط طبیعی کار بطور کلی احتمال خطر تماس را از بین میبرد مثل حالتی که در دستگاه‌های خواندن سی دی وجود دارد. 

دستهٔ دوم:

واکنش طبیعی یسته شدن چشمها از آسیب جلوگیری خواهد کرد و توان خروجی آنها حدود 1mW می‌باشد. 
دستهٔ سوم اولیه: لیزرهایی که در این دسته قرار میگیرند بواسطهٔ بکار گرفته شدن در ابزاری که ممکن است باریکهٔ نور را تغییر دهند خطرناک در نظر گرفته میشوند. توان خروجی آنها 1-5mW می‌باشد. اغلب لیزرهای نقطه‌ای در این گروه قرار دارند. 
 
دستهٔ سوم :

این دسته زمانی خطرناک محسوب میشوند که باریکه نور مربوط به لیزر مستقیما بدرون چشم تابیده ویا منعکس شود. این گروه مربوط به لیزرهایی می‌شود که قدرتی حدود 5-500mW دارند. انعکاسهایی که با پراکنده شدن باریکهٔ نوری همراه باشند بعنوان یک خطر جدی در نظر گرفته نمیشوند. 
 
دستهٔ چهارم:

لیزرهای این دسته بینهایت خطرناکند. حتی اگر انعکاس پراکنده شدهٔ آنها هم به پوست و یا چشم تابیده شود هم می‌تواند خطرناک باشد. لیزرهایی که توان بیش از 500mW و یا توانایی تولی امواج نوری داشته باشند در این دسته قرار میگیرند. اگرچه که شدت نور خروجی آنها ممکن است تنها چند برابر نور درخشان خورشید باشد ولی بایستی توجه داشت که این نور مستقیما بر نقطهٔ بسیار کوچکی متمرکز می‌گردد. 

نیروهایی که برای لیزرهای بالا ذکر شد انواع معمول توانها میباشند. دسته بندی ما مستقل از طول موج و موجی و یا پیوسته بودن لیزر می‌باشد و تنها بر ایمنی تاکید دارد. 

با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه‌های ذره‌ای نور و تولید آینه‌هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر(لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند. 

نخست لازم است تا به محیط فعال لیزری به نحوی انرژی داده شود. به این عمل پمپاژ لیزر می‌گویند. عمل پمپاژ به روشهای گوناگونی صورت می‌گیرد که می‌توان به پمپاژ نوری، پمپاژ الکتریکی، پمپاژ توسط لیزرهای دیگر (پمپاژ لیزری)و جز اینها نام برد.  

لیزرها را براساس مواد لیزرزا به چند گروه زیر بخش بندی می‌کنند : لیزرهای جامد، لیزرهای گازی، لیزرهای مایع یا رزینه، لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای نیمه رسانا.

 لیزرها را بر پایه خروجی آنها به دو دسته لیزرهای تپی و لیزرهای پیوسته کار تقسیم بندی می‌کنند. غالبا لیزرهای توان بالا را از نوع تپی (پالسی) میسازند. 

                                                                                                           منبع:www.knowclub.com

دسته بندی ليزر بر اساس روش توليد

• ليزرهاي حالت جامد
• ليزرهاي گازي
• ليزرهاي مايع(ليزرهاي رزينه اي يا رنگين)
• ليزرهاي شيميايي
• ليزرهاي نيمرسانا
• ليزرهاي الكترون آزاد...