หลักการและประเภทของเลเซอร์

หลักการและประเภทของเลเซอร์
เลเซอร์คืออะไร?
เลเซอร์ (การขยายแสงโดยการปล่อยรังสีแบบกระตุ้น) ; เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น โปรดดูภาพด้านล่าง:

อะตอมที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะเปลี่ยนระดับพลังงานไปสู่ระดับที่ต่ำกว่าโดยธรรมชาติและปล่อยโฟตอนออกมา กระบวนการนี้เรียกว่าการแผ่รังสีโดยธรรมชาติ
คำว่า "ยอดนิยม" สามารถเข้าใจได้ดังนี้: ลูกบอลที่อยู่บนพื้นคือตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด เมื่อลูกบอลถูกผลักขึ้นไปในอากาศด้วยแรงภายนอก (เรียกว่าการปั๊ม) ในขณะที่แรงภายนอกหายไป ลูกบอลจะตกลงมาจากที่สูงและปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง หากลูกบอลเป็นอะตอมเฉพาะ อะตอมนั้นจะปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะออกมาในระหว่างการเปลี่ยนแปลง

การจำแนกประเภทของเลเซอร์
มนุษย์ได้เชี่ยวชาญหลักการกำเนิดเลเซอร์แล้ว และเริ่มพัฒนาเลเซอร์ในรูปแบบต่างๆ หากจำแนกตามวัสดุที่ใช้ในการทำงานของเลเซอร์ ก็สามารถแบ่งได้เป็นเลเซอร์ก๊าซ เลเซอร์ของแข็ง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น
1. การจำแนกประเภทเลเซอร์ก๊าซ: อะตอม โมเลกุล ไอออน;
สารทำงานของเลเซอร์แก๊สคือไอแก๊สหรือไอโลหะ ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นคือช่วงความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์ที่กว้าง เลเซอร์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือเลเซอร์ CO2 ซึ่งใช้ CO2 เป็นสารทำงานในการสร้างเลเซอร์อินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 10.6 ไมโครเมตร โดยการกระตุ้นด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า
เนื่องจากสารทำงานของเลเซอร์แก๊สคือแก๊ส โครงสร้างโดยรวมของเลเซอร์จึงมีขนาดใหญ่เกินไป และความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์แก๊สก็ยาวเกินไป ทำให้ประสิทธิภาพในการประมวลผลวัสดุไม่ดี ดังนั้นเลเซอร์แก๊สจึงถูกกำจัดออกจากตลาดในไม่ช้า และถูกนำไปใช้เฉพาะในบางพื้นที่เฉพาะ เช่น การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์บนชิ้นส่วนพลาสติกบางชนิดเท่านั้น
2, เลเซอร์แข็งการจำแนกประเภท: ทับทิม, Nd:YAG เป็นต้น;
วัสดุที่ใช้ในการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตท ได้แก่ ทับทิม นีโอไดเมียมกลาส อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (YAG) เป็นต้น ซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนเล็กน้อยที่ผสมผสานอย่างสม่ำเสมอในผลึกหรือกลาสของวัสดุ เรียกว่า ไอออนแอคทีฟ
เลเซอร์โซลิดสเตทประกอบด้วยสารทำงาน ระบบปั๊ม ตัวเรโซเนเตอร์ และระบบระบายความร้อนและกรองแสง สี่เหลี่ยมสีดำตรงกลางภาพด้านล่างคือผลึกเลเซอร์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกระจกใสสีอ่อน และประกอบด้วยผลึกใสที่เจือด้วยโลหะหายาก โครงสร้างพิเศษของอะตอมโลหะหายากนี้ทำให้เกิดการผกผันของประชากรอนุภาคเมื่อได้รับแสงจากแหล่งกำเนิดแสง (เข้าใจง่ายๆ ว่าเหมือนลูกบอลหลายลูกบนพื้นถูกผลักขึ้นไปในอากาศ) จากนั้นจะปล่อยโฟตอนออกมาเมื่ออนุภาคเปลี่ยนสถานะ และเมื่อจำนวนโฟตอนเพียงพอ ก็จะเกิดการสร้างเลเซอร์ขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าเลเซอร์ที่ปล่อยออกมานั้นไปในทิศทางเดียว จึงมีกระจกสะท้อนแสงเต็มบาน (เลนส์ด้านซ้าย) และกระจกสะท้อนแสงกึ่งโปร่งใส (เลนส์ด้านขวา) เมื่อเลเซอร์ถูกปล่อยออกมาแล้ว ก็จะผ่านการออกแบบทางแสงบางอย่าง ทำให้เกิดพลังงานเลเซอร์ขึ้น

3, เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
เมื่อพูดถึงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นโฟโตไดโอด โดยมีรอยต่อ PN อยู่ในไดโอด และเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จะเกิดการเปลี่ยนสถานะทางอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดการปล่อยโฟตอนออกมา ส่งผลให้เกิดเลเซอร์ขึ้น เมื่อพลังงานเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็ก อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังต่ำสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง (แหล่งกระตุ้น) ได้เลเซอร์ไฟเบอร์ดังนั้นจึงเกิดเป็นเลเซอร์ไฟเบอร์ขึ้นมา หากเพิ่มกำลังของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ให้สูงขึ้นจนสามารถส่งออกไปประมวลผลวัสดุได้โดยตรง ก็จะกลายเป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบส่งตรง ปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบส่งตรงในท้องตลาดมีกำลังถึงระดับ 10,000 วัตต์แล้ว

นอกจากเลเซอร์ชนิดต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังมีการประดิษฐ์เลเซอร์เหลว หรือที่เรียกว่าเลเซอร์เชื้อเพลิงขึ้นมาอีกด้วย เลเซอร์เหลวมีความซับซ้อนกว่าในแง่ของปริมาตรและสารทำงานเมื่อเทียบกับเลเซอร์ของแข็ง และไม่ค่อยได้นำมาใช้งาน