أنواع الليزر القابل للضبط

أنواعليزر قابل للضبط

يمكن تقسيم استخدامات الليزر القابل للضبط عمومًا إلى فئتين رئيسيتين: الأولى هي عندما لا تستطيع ليزرات الخط الواحد أو متعددة الخطوط ذات الطول الموجي الثابت توفير الطول الموجي المطلوب أو أكثر من الأطوال الموجية المنفصلة؛ أما الفئة الثانية فتتضمن الحالات التي...ليزريجب ضبط الطول الموجي باستمرار أثناء التجارب أو الاختبارات، مثل تجارب التحليل الطيفي وتجارب الكشف عن المضخة.

تستطيع أنواع عديدة من الليزر القابل للضبط توليد نبضات ليزرية قابلة للضبط، سواء كانت موجة مستمرة (CW) أو نانوثانية أو بيكوثانية أو فيمتوثانية. وتُحدد خصائص خرجها بوسط التضخيم المستخدم. ومن المتطلبات الأساسية لليزر القابل للضبط قدرته على إصدار أشعة ليزرية عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية. ويمكن استخدام مكونات بصرية خاصة لاختيار أطوال موجية أو نطاقات أطوال موجية محددة من نطاقات انبعاث الليزر.الليزر القابل للضبطسنقدم لكم هنا العديد من أنواع الليزر القابلة للضبط الشائعة.

ليزر موجة ثابتة قابل للضبط يعمل بموجة مستمرة

من الناحية المفاهيمية، فإنليزر قابل للضبط ذو موجة مستمرةيُعدّ هذا التصميم أبسط أنواع الليزر. يتضمن هذا الليزر مرآة عالية الانعكاسية، ووسطًا مُضخِّمًا، ومرآة اقتران خرج (انظر الشكل 1)، ويمكنه توفير خرج مستمر باستخدام أوساط تضخيم ليزرية متنوعة. ولتحقيق قابلية الضبط، يجب اختيار وسط تضخيم يُغطي نطاق الطول الموجي المستهدف.

2. ليزر حلقي قابل للضبط يعمل بموجة مستمرة

تُستخدم ليزرات الحلقة منذ زمن طويل للحصول على خرج مستمر قابل للضبط عبر نمط طولي واحد، بنطاق طيفي في نطاق الكيلوهرتز. وعلى غرار ليزرات الموجة المستقرة، يمكن لليزر الحلقة القابل للضبط استخدام الأصباغ والتيتانيوم والياقوت كوسط تضخيم. توفر الأصباغ عرض خط طيفي ضيق للغاية يقل عن 100 كيلوهرتز، بينما يوفر التيتانيوم والياقوت عرض خط طيفي يقل عن 30 كيلوهرتز. يتراوح نطاق ضبط ليزر الصبغة من 550 إلى 760 نانومتر، بينما يتراوح نطاق ضبط ليزر التيتانيوم والياقوت من 680 إلى 1035 نانومتر. ويمكن مضاعفة تردد خرج كلا النوعين من الليزرات إلى نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

3. ليزر شبه مستمر مقفل النمط

في العديد من التطبيقات، يُعدّ تحديد الخصائص الزمنية لخرج الليزر بدقة أكثر أهمية من تحديد الطاقة بدقة. في الواقع، يتطلب الحصول على نبضات ضوئية قصيرة تكوين تجويف يحتوي على العديد من الأنماط الطولية التي ترن في وقت واحد. عندما يكون لهذه الأنماط الطولية الدورية علاقة طور ثابتة داخل تجويف الليزر، يتم قفل نمط الليزر. وهذا يسمح لنبضة واحدة بالتذبذب داخل التجويف، حيث يتم تحديد دورتها بطول تجويف الليزر. يمكن تحقيق قفل النمط النشط باستخداممُعدِّل صوتي بصري(AOM)، أو قفل الوضع السلبي، يمكن تحقيقه من خلال عدسة كير.

4. ليزر الإيتربيوم فائق السرعة

على الرغم من الاستخدام العملي الواسع لأشعة الليزر المصنوعة من التيتانيوم والياقوت، إلا أن بعض تجارب التصوير البيولوجي تتطلب أطوال موجية أطول. تُثار عملية امتصاص الفوتونين النموذجية بواسطة فوتونات بطول موجي 900 نانومتر. ولأن الأطوال الموجية الأطول تعني تشتتًا أقل، فإن أطوال موجات الإثارة الأطول تُمكن من إجراء تجارب بيولوجية تتطلب عمق تصوير أكبر بكفاءة أعلى.

تُستخدم الليزرات القابلة للضبط حاليًا في العديد من المجالات الهامة، بدءًا من البحوث العلمية الأساسية وصولًا إلى تصنيع الليزر وعلوم الحياة والصحة. وتتسم التقنيات المتاحة حاليًا بتنوعها الكبير، بدءًا من أنظمة الليزر القابلة للضبط ذات الموجة المستمرة البسيطة، والتي يمكن استخدام عرض خطها الطيفي الضيق في التحليل الطيفي عالي الدقة، والتقاط الجزيئات والذرات، وتجارب البصريات الكمومية، مما يوفر معلومات أساسية للباحثين المعاصرين. ويقدم مصنّعو الليزر اليوم حلولًا متكاملة، حيث توفر خرجًا ليزريًا يمتد لأكثر من 300 نانومتر ضمن نطاق طاقة النانو جول. أما الأنظمة الأكثر تعقيدًا، فتغطي نطاقًا طيفيًا واسعًا ومذهلًا يتراوح بين 200 و20000 نانومتر في نطاقي طاقة الميكرو جول والملي جول.