مرجع لاختيار ليزر الألياف أحادي النمط

مرجع للاختيارليزر الألياف أحادي النمط
في التطبيقات العملية، اختيار نمط أحادي مناسبليزر الأليافيتطلب الأمر تقييمًا منهجيًا لمختلف المعايير لضمان توافق الأداء مع متطلبات التطبيق المحددة، وبيئة التشغيل، وقيود الميزانية. سيقدم هذا القسم منهجية اختيار عملية تستند إلى المتطلبات.
استراتيجية الاختيار بناءً على سيناريوهات التطبيق
متطلبات الأداء لـالليزرتختلف هذه المتطلبات اختلافًا كبيرًا باختلاف سيناريوهات التطبيق. وتتمثل الخطوة الأولى في عملية الاختيار في توضيح المتطلبات الأساسية للتطبيق.
معالجة المواد الدقيقة والتصنيع على المستوى الميكروي والنانوي: تشمل هذه التطبيقات القطع الدقيق، والحفر، وتقطيع رقائق أشباه الموصلات، ووضع العلامات على مستوى الميكرون، والطباعة ثلاثية الأبعاد، وغيرها. تتطلب هذه التطبيقات جودة شعاع عالية للغاية وحجم بقعة مركزة دقيق. يُنصح باختيار ليزر بمعامل M² قريب قدر الإمكان من 1 (مثل أقل من 1.1). يجب تحديد قدرة الخرج بناءً على سُمك المادة وسرعة المعالجة. عمومًا، يمكن لقدرة تتراوح من عشرات إلى مئات الواط تلبية متطلبات معظم عمليات المعالجة الدقيقة. أما بالنسبة للطول الموجي، فيُفضل استخدام 1064 نانومتر لمعظم عمليات معالجة المواد المعدنية نظرًا لارتفاع معدل امتصاصه وانخفاض تكلفة الواط الواحد من قدرة الليزر.
البحث العلمي والقياسات عالية الدقة: تشمل تطبيقات الليزر الملاقط الضوئية، وفيزياء الذرات الباردة، والتحليل الطيفي عالي الدقة، والتداخل الضوئي. عادةً ما تسعى هذه المجالات جاهدةً لتحقيق أعلى مستويات أحادية اللون، وثبات التردد، وانخفاض مستوى الضوضاء في الليزر. يُفضّل استخدام نماذج ذات عرض خط طيفي ضيق (حتى تردد واحد) وضوضاء منخفضة الشدة. يجب اختيار الطول الموجي بناءً على خط الرنين لذرة أو جزيء معين (على سبيل المثال، يُستخدم 780 نانومتر عادةً لتبريد ذرات الروبيديوم). عادةً ما يكون الحفاظ على خرج الانحياز ضروريًا لتجارب التداخل. لا تتطلب هذه التقنية طاقة عالية بشكل عام، وغالبًا ما تكفي طاقة تتراوح بين بضع مئات من الميلي واط إلى بضعة واط.
التطبيقات الطبية والتقنية الحيوية: تشمل تطبيقات الليزر جراحة العيون، وعلاج الجلد، والتصوير المجهري الفلوري. تُعد سلامة العين الاعتبار الأساسي، لذا غالبًا ما يتم اختيار الليزر بأطوال موجية 1550 نانومتر أو 2 ميكرومتر، والتي تقع ضمن نطاق أمان العين. في التطبيقات التشخيصية، يجب مراعاة استقرار الطاقة؛ أما في التطبيقات العلاجية، فينبغي اختيار الطاقة المناسبة بناءً على عمق العلاج ومتطلبات الطاقة. وتُعد مرونة النقل الضوئي ميزة رئيسية في هذه التطبيقات.
الاتصالات والاستشعار: يُعد الاستشعار بالألياف الضوئية، وتقنية الليدار، والاتصالات الضوئية الفضائية من التطبيقات النموذجية. تتطلب هذه السيناريوهاتليزرلتحقيق موثوقية عالية، وقدرة على التكيف مع الظروف البيئية، واستقرار طويل الأمد، أصبح نطاق 1550 نانومتر الخيار المفضل نظرًا لانخفاض فقد الإرسال فيه عبر الألياف الضوئية. أما بالنسبة لأنظمة الكشف المتماسك (مثل نظام الليدار المتماسك)، فيلزم استخدام ليزر مستقطب خطيًا ذي عرض خط طيفي ضيق للغاية كمذبذب محلي.
2. ترتيب المعايير الرئيسية حسب الأولوية
في مواجهة العديد من المعايير، يمكن اتخاذ القرارات بناءً على الأولويات التالية:
المعايير الحاسمة: أولًا، حدد الطول الموجي وجودة الشعاع. يُحدد الطول الموجي بناءً على المتطلبات الأساسية للتطبيق (خصائص امتصاص المادة، ومعايير السلامة، وخطوط الرنين الذري)، وعادةً لا مجال للتنازل عنه. أما جودة الشعاع فتحدد بشكل مباشر جدوى التطبيق الأساسية. على سبيل المثال، لا يمكن استخدام الليزر ذي معامل M² مرتفع للغاية في عمليات التصنيع الدقيقة.
معايير الأداء: ثانيًا، يجب الانتباه إلى قدرة الخرج وعرض الخط/الاستقطاب. يجب أن تتوافق القدرة مع متطلبات عتبة الطاقة أو الكفاءة للتطبيق. يتم تحديد خصائص عرض الخط والاستقطاب بناءً على المسار التقني المحدد للتطبيق (مثل وجود تداخل أو مضاعفة التردد). المعايير العملية: أخيرًا، يجب مراعاة الاستقرار (مثل استقرار قدرة الخرج على المدى الطويل)، والموثوقية (مدة التشغيل الخالية من الأعطال)، واستهلاك الطاقة الحجمي، وتوافق الواجهة، والتكلفة. تؤثر هذه المعايير على صعوبة التكامل والتكلفة الإجمالية لامتلاك الليزر في بيئة العمل الفعلية.

3. الاختيار والحكم بين الوضع الأحادي والوضع المتعدد
على الرغم من أن هذه المقالة تركز على النمط الأحاديليزر الأليافمن الضروري فهم ضرورة اختيار ليزر أحادي النمط عند اختياره فعليًا. فعندما تتمثل المتطلبات الأساسية للتطبيق في أعلى دقة معالجة، وأصغر منطقة متأثرة بالحرارة، وأقصى قدرة تركيز، أو أطول مسافة نقل، فإن ليزر الألياف أحادي النمط هو الخيار الأمثل. في المقابل، إذا كان التطبيق يتضمن بشكل أساسي لحام الصفائح السميكة، أو معالجة الأسطح واسعة النطاق، أو نقل الطاقة العالية لمسافات قصيرة، ولم تكن متطلبات الدقة المطلقة عالية، فقد تصبح ليزرات الألياف متعددة الأنماط خيارًا أكثر اقتصادية وعملية نظرًا لطاقتها الإجمالية الأعلى وتكلفتها الأقل.