تعریف Nd: YAG لیزر

لیزر آلومینیوم یتریم نودیمیم (Nd: YAG) یک لیزر جامد است که در آن Nd: YAG به عنوان یک لیزر استفاده می شود. این لیزرها در زمینه پزشکی و علمی برای پروسه هایی مانند جراحی لیزیک و اسپکتروسکوپی لیزر کاربرد زیادی دارند. Nd: YAG لیزر یک سیستم لیزر چهار درجه ای است که به این معنی است که چهار سطح انرژی در عمل لیزر دخیل هستند. این لیزرها در هر دو حالت پالس و مداوم عمل می کنند.

لیزر Nd: YAG لیزر نور لیزر را معمولا در ناحیه نزدیک به مادون قرمز طیف در 1064 نانومتر (nm) تولید می کند. همچنین نور لیزر را در طول موج های مختلفی از جمله 1440 نانومتر، 1320 نانومتر، 1120 نانومتر و 940 نانومتر منتشر می کند.

Nd: YAG ساخت لیزر

لیزر Nd: YAG شامل سه عنصر مهم است: یک منبع انرژی، رسانه فعال و رزوناتور نوری.

منبع انرژی

منبع انرژی یا منبع پمپ انرژی را به محیط فعال برای انرژی تبدیل می کند. در Nd: YAG لیزر، منابع انرژی نور مانند فلوتوب یا دیود لیزر به عنوان منبع انرژی برای تامین انرژی به محیط فعال استفاده می شود.

در گذشته، به علت هزینه پایین آن، فلوتبوبها به عنوان منبع پمپ به طور عمده استفاده میشوند. با این حال، در حال حاضر، دیود های لیزری به دلیل راندمان بالا و هزینه های پایین تر از flashtubes ترجیح داده می شود.

 

رسانه فعال

لیزر فعال یا لیزر Nd: YAG لیزر از مواد کریستالی مصنوعی (یاتیم آلومینیوم گارنت (YAG)) که با یک عنصر شیمیایی (نئودیمیم (Nd)) لعابیده شده است ساخته شده است. الکترونهای حالت پایینتری از یونهای نئودیمیم به حالت انرژی بیشتر انرژی می دهند تا عمل لیزینگ را در محیط فعال فعال کنند.

رزوناتور نوری

کریستال Nd: YAG بین دو آینه قرار گرفته است. این دو آینه از نظر اپتیکی پوشیده شده یا نقره ای هستند.

هر آینه نقره ای یا پوشش داده شده متفاوت است. یک آینه به طور کامل نقره ای است در حالی که آینه دیگر بخشی نقره ای است. آینه، که به طور کامل نقره ای شده، به طور کامل نور را منعکس می کند و به عنوان آینه کاملا بازتاب شناخته می شود.

از سوی دیگر، آینه که تقریبا نقره ای است، بیشترین بخش نور را منعکس می کند، اما بخش کوچکی از نور را از طریق آن به تولید پرتو لیزر می دهد. این آینه به عنوان یک آینه منعکس کننده شناخته شده است.

کار با لیزر Nd: YAG

Nd: YAG لیزر یک سیستم لیزر چهار درجه ای است که به این معنی است که چهار سطح انرژی در عمل لیزر دخیل هستند. منابع انرژی نور مانند فلوتوبا یا دیودهای لیزری برای تامین انرژی به محیط فعال استفاده می شود.

در Nd: YAG لیزر، الکترونهای حالت انرژی پایین در یونهای نئودیمیم به حالت انرژی بالاتر برای دستیابی به inversion جمعیت هیجان زده می شوند.

یک محیط فعال کریستال Nd: YAG را که شامل چهار سطح انرژی E 1 ، E 2 ، E 3 و E 4 است با N تعداد الکترون ها در نظر بگیرید. تعداد الکترون ها در حالت های انرژی E1، E2، E3 و E4 N 1 ، N 2 ، N 3 و N 4 خواهد بود.

فرض کنید که سطح انرژی E 1 <E 2 <E 3 <E 4 باشد. سطح انرژي E 1 به عنوان حالت زمين شناخته شده است، E 2 حالت انرژي بالاتر يا وضعيت تحريك شده، E 3 حالت متاستاز يا حالت تحريك شده است و E 4 حالت پمپ يا حالت تحريك شده است. فرض کنید که در ابتدا، جمعیت N 1 > N 2 > N 3 > N 4 خواهد بود.

هنگامی که فلوتوب یا دیود لیزر انرژی نور را به محیط فعال (Nd: YAG crystal) انرژی الکترون (E 1 ) الکترون های یونی نئودیمیم انرژی می دهد، به حالت پمپ یا وضعیت انرژی E 4 منتقل می شود .

طول عمر حالت پمپ یا حالت انرژی بیشتر E 4 بسیار کوچک است (230 میکرو ثانیه ( μs )) بنابراین الکترونها در حالت انرژی E 4 برای مدت طولانی باقی نمی مانند. پس از یک دوره کوتاه، الکترونها با آزاد کردن انرژی غیر تابش (آزاد شدن انرژی بدون انتشار فوتون) به حالت انرژی پایینتر یا حالت متاستاز E 3 به حالت بعدی برمیگردند.

عمر حالت متاستاز E 3 در مقایسه با عمر حالت پمپ E 4 بالا است . بنابراین، الکترون ها به E 3 بسیار سریعتر از E 3 می رسند. این امر موجب افزایش تعداد الکترونها در E3 متاستازشی می شود و از این رو بازده جمعیت به دست می آید.

پس از چند دوره، الکترونها در حالت متاستاز E 3 به وسیله انتشار فوتون یا نور به حالت بعدی E 2 انرژی پایین می افتند. انتشار این فوتون ها به صورت خودآزمایی نامیده می شود.

عمر حالت انرژی E 2 خیلی کوچک است درست مثل حالت انرژی E 4 . بنابراین، پس از یک دوره کوتاه، الکترون ها در حالت انرژی E 2 با آزاد شدن انرژی بدون تابش، به حالت زمین E 1 باز می گردند.

هنگامی که فوتون منتشر شده به علت انتشار خود به خود با الکترون دیگر حالت متاستاز تعامل می کند، آن الکترون را تحریک می کند و باعث آزاد شدن فوتون به حالت انرژی پایین می شود. در نتیجه، دو فوتون آزاد می شوند. انتشار این فوتونها به این ترتیب انتشار انتشار تحریک شده از تابش است.

هنگامی که این دو فوتون دوباره با الکترون های حالت متاستاز تعامل می کنند، چهار فوتون آزاد می شوند. به همین ترتیب، میلیون ها فوتون منتشر می شوند. بنابراین، افزایش نوری به دست می آید.

انتشار خود بخشی یک فرایند طبیعی است اما انتشار تحریک شده یک فرایند طبیعی نیست. برای رسیدن به انتشار تحریک شده، ما نیاز به فوتون های خارجی یا نور را به محیط فعال فراهم می کنیم.

رسانه فعال Nd: YAG باعث ایجاد فوتون یا نور به علت انتشار خود به خود می شود. نور یا فوتون های تولید شده در رسانه های فعال بین دو آینه به جلو و عقب بر می گردد. این باعث می شود که الکترون های دیگر به وسیله انتشار فوتون یا نور به حالت انرژی پایین برسند. به همین ترتیب، میلیون ها الکترون برای انتشار فوتون تحریک می شوند.

نور تولید شده در محیط فعال تا حدی که بین آینه قبل از اینکه از طریق آینه بازتابنده بخوبی فرار کند، بسیار زیاد است.

مزایای لیزر Nd: YAG

  • مصرف برق کم
  • لیزر Nd: YAG با افزایش زیاد به دست می آید.
  • Nd: YAG لیزر دارای ویژگی های حرارتی خوب است.
  • Nd: YAG لیزر خواص مکانیکی خوبی دارد.
  • کارایی لیزر Nd: YAG نسبت به لیزر Ruby بسیار بالا است.

برنامه های کاربردی Nd: YAG لیزر

نظامی

لیزرهای Nd: YAG در تعیین کننده های لیزر و لنز سنج ها استفاده می شود. یک نشانگر لیزری یک منبع نور لیزر است که برای هدف قرار دادن اشیاء برای حمله استفاده می شود. یک لرزشگیر لایسنس یک ردیف سنج است که از نور لیزر برای تعیین فاصله به یک شی استفاده می کند.

دارو

لیزر Nd: YAG برای اصلاح opacification کپسول خلفی (که ممکن است پس از جراحی آب مروارید رخ دهد) مورد استفاده قرار گیرد.

لیزر Nd: YAG برای حذف پوست استفاده می شود سرطان ها

ساخت

لیزر Nd: YAG برای اچ کردن یا علامت گذاری انواع پلاستیک ها و فلزات استفاده می شود.

لیزر Nd: YAG برای برش و جوشکاری فولاد استفاده می شود.