หลักการและประเภทของเลเซอร์

หลักการและประเภทของเลเซอร์
เลเซอร์คืออะไร?
เลเซอร์ (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) เพื่อให้เข้าใจชัดเจนยิ่งขึ้น โปรดดูภาพด้านล่าง:

อะตอมที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าโดยอัตโนมัติและปล่อยโฟตอนออกมา ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า การแผ่รังสีตามธรรมชาติ
โดยทั่วไปแล้วลูกบอลจะวางอยู่บนพื้นในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด เมื่อลูกบอลถูกผลักขึ้นไปในอากาศด้วยแรงภายนอก (เรียกว่าการปั๊ม) เมื่อแรงภายนอกหายไป ลูกบอลจะตกลงมาจากที่สูงและปลดปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณหนึ่ง หากลูกบอลเป็นอะตอมเฉพาะ อะตอมนั้นจะปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะในช่วงการเปลี่ยนผ่าน

การจำแนกประเภทของเลเซอร์
ผู้คนได้เรียนรู้หลักการของการสร้างเลเซอร์ และเริ่มพัฒนาเลเซอร์ในรูปแบบต่างๆ หากแบ่งตามวัสดุการทำงานของเลเซอร์ ก็สามารถแบ่งได้เป็น เลเซอร์แก๊ส เลเซอร์โซลิด เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ และอื่นๆ
1. การจำแนกประเภทเลเซอร์แก๊ส: อะตอม โมเลกุล ไอออน
สารทำงานของเลเซอร์แก๊สคือก๊าซหรือไอโลหะ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีช่วงคลื่นเลเซอร์ที่กว้าง เลเซอร์ชนิดที่พบมากที่สุดคือเลเซอร์ CO2 ซึ่งใช้ CO2 เป็นสารทำงานเพื่อสร้างเลเซอร์อินฟราเรดขนาด 10.6 ไมโครเมตรด้วยการกระตุ้นการคายประจุไฟฟ้า
เนื่องจากสารทำงานของเลเซอร์ก๊าซเป็นก๊าซ โครงสร้างโดยรวมของเลเซอร์จึงใหญ่เกินไป และความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์ก๊าซยาวเกินไป ทำให้ประสิทธิภาพการประมวลผลวัสดุไม่ดี ดังนั้น เลเซอร์ก๊าซจึงถูกกำจัดออกจากตลาดในไม่ช้า และถูกนำไปใช้เฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น เช่น การทำเครื่องหมายเลเซอร์บนชิ้นส่วนพลาสติกบางชิ้น
2, เลเซอร์โซลิดการจำแนกประเภท: ทับทิม, Nd:YAG, ฯลฯ
วัสดุในการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตตได้แก่ ทับทิม แก้วนีโอไดเมียม อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (YAG) เป็นต้น ซึ่งเป็นไอออนจำนวนเล็กน้อยที่รวมเข้าด้วยกันอย่างสม่ำเสมอในผลึกหรือแก้วของวัสดุเป็นเมทริกซ์ เรียกว่าไอออนที่ใช้งานอยู่
เลเซอร์โซลิดสเตตประกอบด้วยสารทำงาน ระบบปั๊ม ตัวสะท้อน และระบบระบายความร้อนและกรอง สี่เหลี่ยมสีดำตรงกลางของภาพด้านล่างคือคริสตัลเลเซอร์ ซึ่งดูเหมือนกระจกโปร่งใสสีอ่อนและประกอบด้วยคริสตัลโปร่งใสที่เจือด้วยโลหะหายาก เป็นโครงสร้างพิเศษของอะตอมโลหะหายากที่สร้างการกลับด้านของประชากรอนุภาคเมื่อได้รับแสงจากแหล่งกำเนิดแสง (เข้าใจง่ายๆ ว่าลูกบอลจำนวนมากบนพื้นถูกผลักขึ้นไปในอากาศ) จากนั้นปล่อยโฟตอนเมื่ออนุภาคเปลี่ยนผ่าน และเมื่อจำนวนโฟตอนเพียงพอ ก็จะเกิดการสร้างเลเซอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งออกในทิศทางเดียว จะมีกระจกเต็ม (เลนส์ซ้าย) และกระจกส่งออกแบบกึ่งสะท้อนแสง (เลนส์ขวา) เมื่อเลเซอร์ส่งออกแล้วผ่านการออกแบบออปติกบางอย่าง ก็จะเกิดการสร้างพลังงานเลเซอร์

3, เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
เมื่อพูดถึงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ อาจเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นโฟโตไดโอด ซึ่งมีรอยต่อ PN ในไดโอด และเมื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าเข้าไป การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์จะเกิดขึ้นเพื่อปลดปล่อยโฟตอน ส่งผลให้เกิดเลเซอร์ เมื่อพลังงานเลเซอร์ที่ปลดปล่อยโดยเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็ก อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังต่ำสามารถใช้เป็นแหล่งปั๊ม (แหล่งกระตุ้น) ของเลเซอร์ได้ไฟเบอร์เลเซอร์เลเซอร์ไฟเบอร์จึงถูกสร้างขึ้น หากเพิ่มกำลังของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ให้มากขึ้นจนถึงจุดที่สามารถส่งออกไปยังวัสดุที่ประมวลผลได้โดยตรง ก็จะกลายเป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรง ในปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรงในท้องตลาดได้ไปถึงระดับ 10,000 วัตต์แล้ว

นอกจากเลเซอร์ชนิดต่างๆ ที่กล่าวมาแล้ว มนุษย์ยังประดิษฐ์เลเซอร์ของเหลว ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเลเซอร์เชื้อเพลิงอีกด้วย เลเซอร์ของเหลวมีปริมาตรและสารทำงานที่ซับซ้อนกว่าของแข็งและไม่ค่อยได้ใช้