آشنایی با لیزر 3

اجزاء یک لیزر

همانگونه که در شکل زیر دیده می شود، سه جزء اصلی لیزر عبارتند از :

· ماده تشدیدی Lasing Material ( کریستال، گاز، نیمرسانا، رنگدانه و ...)

· چشمه پمپ ( که به ماده تشدیدی انرژی می دهد ، برای نمونه لامپ فلش، جریان الکتریکی که سبب برخورد الکترونها می گردد، تابش از یک لیزر و...)

· کاواک اپتیکی شامل بازتابنده هایی که همچون سازوکار فیدبک برای تقویت نور کار می کنند.

در یک ماده تشدیدی، الکترون معمولا در یک حالت پایای با انرژی پایین قرار دارد. هنگامی که انرژی نور از یک لامپ فلش به اتم ماده تشدیدی داده می شود، بیشتر الکترونها به تراز انرژی بالاتر برانگیخته می شوند پدیده ای که وارونگی جمعیت نام دارد. چنین حالتی یک حالت ناپایدار برای الکترونها بشمار می رود. آنها مدت بسیار کوتاهی در این حالت می مانند و سپس به حالت انرژی آغازی شان واهلش می یابند. این واهلش در دو گام صورت می گیرد:

1- واهلش خودبخودی، الکترونها به آسانی به حالت پایه شان فرو می افتند و فوتونهایی در جهت های گوناگون و کاتوره ای تابش می کنند.

2- واهلش برانگیخته: در اینجا فوتونهای ناشی از واهلش خودبخودی به دیگر الکترونهای برانگیخته برخورد می کنند که سبب می شوند تا آنها به حالت پایه شان فرو افتند. چنین گذار برانگیخته ای انرژی را به فرم فوتونهایی برون خواهد داد که همان طول موج و همان جهت مربوط به فوتون فرودی را دارند. در صورتیکه این جهت موازی با محور اپتیکی باشد، فوتونهای گسیلیده در درون کاواک اپتیکی در ماده تشدیدی میان یک آینه کاملا بازتابان و یک آینه نیمه بازتابان به پس و پیش می روند. بدین ترتیب انرژی نور تقویت می شود تا زمانی که انرژی کافی برای شلیک پرتو لیزر از درون آینه نیمه بازتابان فراهم آید.

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است، یک محیط تشدیدی می باید دست کم یک حالت برانگیخته (ناپایدار) داشته باشد که الکترونها بتوانند در زمانی کافی (میکرو تا میلی ثانیه) بدام انداخته شوند تا وارونگی جمعیت رخ دهد. باوجودیکه کار لیزر با تنها دو تراز انرژی راه می افتد، اما بیشتر لیزرها چهار یا بیش از چهار تراز دارند.

قرار دادن کلید Q در مسیر اپتیکی روشی است که می تواند تپ (پالس) لیزری را در مدت زمانی بسیار کوتاه فراهم آورد. یک منشور چرخان بمانند یک بازتابنده کامل در شکل قبلی روش نخست برای تهیه کلید Q بود. تنها در نقطه ای از چرخش که یک مسیر اپتیکی روشن وجود داشت نور اجازه گذر پیدا می کرد. هم اکنون از یک ابزار الکترو اپتیک معمولی ( مانند سلول پاکلز Pockels) بعنوان کلید Q استفاده می شود. هنگامیکه ولتاژ برقرار می شود، این ابزار شفاف می گردد، در اینصورت نور تولید شده در کاواک بوسیله اتم های برانگیخته به آینیه می رسد طوری که کیفیت کاواک Q تا درجه بالایی افزایش یافته و پالس لیزری شدیدی را در مدت زمان نانوثانیه ای تولید می نماید. هنگامی که فازهای مربوط به بسامدهای گوناگون همگام Synchronized می شوند( همبسته می گردند) این مدها با یکدیگر تداخل نموده و اثری شدید و ضربانی خواهند داشت. نتیجه یک خروجی لیزر با فواصل فضایی منظم پالسی به نام Mode Locking می باشد. لیزرهای Mode locked معمولا قطاری از پالسها را با فاصله زمانی پیکو تا نانوثانیه ای تولید می نمایند که نتیجه آن توانهای بیشتر به نسبت مد Q می باشد. پالسهای لیزری معمولا بگونه ای طراحی می شوند که پالسهای تکراری تولید کنند. بسامد تکرار پالس PRF و همینطور پهنای پالس در برآورد آثار بیولوژیکی بینهایت مهمند.