หลักการและประเภทของเลเซอร์

หลักการและประเภทของเลเซอร์
เลเซอร์คืออะไร?
LASER (การขยายแสงโดยการแผ่รังสีกระตุ้น) เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้น ลองดูภาพด้านล่างนี้:

อะตอมที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าโดยอัตโนมัติและปล่อยโฟตอน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแผ่รังสีโดยธรรมชาติ
นิยมใช้คำว่า “ลูกบอล” บนพื้นเป็นตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด เมื่อลูกบอลถูกผลักขึ้นไปในอากาศด้วยแรงภายนอก (เรียกว่า “การสูบ”) เมื่อแรงภายนอกหายไป ลูกบอลจะตกลงมาจากที่สูงและปลดปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง หากลูกบอลเป็นอะตอมเฉพาะ อะตอมนั้นจะปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะในช่วงการเปลี่ยนผ่าน

การจำแนกประเภทของเลเซอร์
ผู้คนได้เข้าใจหลักการสร้างเลเซอร์และเริ่มพัฒนาเลเซอร์รูปแบบต่างๆ หากจำแนกตามวัสดุการทำงานของเลเซอร์ ก็สามารถแบ่งออกได้เป็น เลเซอร์แก๊ส เลเซอร์โซลิด เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ และอื่นๆ
1. การจำแนกเลเซอร์ก๊าซ: อะตอม โมเลกุล ไอออน
สารทำงานของเลเซอร์แก๊สคือก๊าซหรือไอโลหะ ซึ่งมีลักษณะเด่นคือช่วงความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่กว้าง เลเซอร์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือเลเซอร์ CO2 ซึ่งใช้ CO2 เป็นสารทำงานเพื่อสร้างเลเซอร์อินฟราเรดขนาด 10.6 ไมโครเมตร โดยการกระตุ้นด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า
เนื่องจากสารทำงานของเลเซอร์แก๊สคือแก๊ส โครงสร้างโดยรวมของเลเซอร์จึงใหญ่เกินไป และความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์แก๊สก็ยาวเกินไป ทำให้ประสิทธิภาพการประมวลผลวัสดุไม่ดีนัก ดังนั้น เลเซอร์แก๊สจึงถูกกำจัดออกจากตลาดอย่างรวดเร็ว และถูกนำไปใช้เฉพาะในบางพื้นที่เท่านั้น เช่น การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์บนชิ้นส่วนพลาสติกบางประเภท
2, เลเซอร์โซลิดการจำแนกประเภท: ทับทิม, Nd:YAG, ฯลฯ
วัสดุที่ใช้ในการทำงานของเลเซอร์แบบโซลิดสเตต ได้แก่ ทับทิม แก้วนีโอไดเมียม อะลูมิเนียมการ์เนตอิตเทรียม (YAG) เป็นต้น ซึ่งเป็นไอออนจำนวนเล็กน้อยที่รวมตัวอย่างสม่ำเสมออยู่ในผลึกหรือแก้วของวัสดุเป็นเมทริกซ์ เรียกว่าไอออนที่ทำงานอยู่
เลเซอร์โซลิดสเตตประกอบด้วยสารทำงาน ระบบปั๊ม ตัวสะท้อน และระบบระบายความร้อนและกรอง สี่เหลี่ยมสีดำตรงกลางภาพด้านล่างคือผลึกเลเซอร์ ซึ่งมีลักษณะเหมือนแก้วใสสีอ่อน ประกอบด้วยผลึกใสที่เจือด้วยโลหะหายาก ผลึกเลเซอร์นี้มีโครงสร้างพิเศษของอะตอมโลหะหายากที่ก่อให้เกิดการกลับตัวของจำนวนอนุภาคเมื่อได้รับแสงจากแหล่งกำเนิดแสง (เข้าใจง่ายๆ ว่าลูกบอลจำนวนมากบนพื้นถูกผลักขึ้นไปในอากาศ) จากนั้นจะปล่อยโฟตอนออกมาเมื่ออนุภาคเปลี่ยนสถานะ และเมื่อจำนวนโฟตอนเพียงพอ ก็จะเกิดการสร้างเลเซอร์ เพื่อให้มั่นใจว่าเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งออกไปในทิศทางเดียว จึงต้องมีกระจกเงาเต็ม (เลนส์ด้านซ้าย) และกระจกเงากึ่งสะท้อนแสง (เลนส์ด้านขวา) เมื่อเลเซอร์ส่งออกไป และผ่านการออกแบบทางแสงบางอย่าง ก็จะเกิดการสร้างพลังงานเลเซอร์

3, เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
เมื่อพูดถึงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เราสามารถเข้าใจง่ายๆ ว่าเป็นโฟโตไดโอด ซึ่งมีรอยต่อ PN อยู่ในไดโอด และเมื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าเข้าไป การเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์จะก่อตัวขึ้นเพื่อปลดปล่อยโฟตอน ส่งผลให้เกิดเลเซอร์ เมื่อพลังงานเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากเซมิคอนดักเตอร์มีน้อย อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังต่ำสามารถใช้เป็นแหล่งปั๊ม (แหล่งกระตุ้น) ของเลเซอร์ได้ไฟเบอร์เลเซอร์เลเซอร์ไฟเบอร์จึงถูกสร้างขึ้น หากเพิ่มกำลังของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จนถึงจุดที่สามารถส่งออกไปยังวัสดุได้โดยตรง ก็จะกลายเป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรง ปัจจุบันเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยตรงในท้องตลาดมีกำลังถึง 10,000 วัตต์แล้ว

นอกจากเลเซอร์หลายชนิดที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังมีการประดิษฐ์เลเซอร์ของเหลว หรือที่รู้จักกันในชื่อเลเซอร์เชื้อเพลิงอีกด้วย เลเซอร์ของเหลวมีปริมาตรและสารทำงานที่ซับซ้อนกว่าของแข็ง และไม่ค่อยมีใครใช้