انواع لیزر

در حال حاضر عمل لیزر را می توان در شش نوع سیستم مشاهده کرد :
لیزر حالت جامد ، لیزر گازی ، لیزر مایع ، لیزر نیمه رسانا، لیزر شیمیایی و لیزرهای کی لیتی .
1- لیزر حالت جامد : در این نوع لیزر ، ماده فعال ایجاد کننده لیزر، یک یون فلزی است که با غلظت کم در شبکه یک بلور یا دورن شیشه، به صورت ناخالصی قرار داده شده است . فلزاتی که برای این منظور بکار می روند عبارتند از :
الف : اولین سری فلزات واسطه
ب : لانتانیدها
ج : آکتنیدها

2- لیزر گازی : ماده فعال در اینگونه سیستم ها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه گازهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. بعضی از این مواد عبارتند از :
نئون به همراه هلیم ، کربن دی اکسید به همراه نیتروژن و هلیم ، آرگون ، کلر ، بخارید ، برم ، بخار آب، کربن منوکسید ، گوگرد ، هگزا فلورید ، بخار جیوه به همراه هلیم .
3- لیزر مایع : از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می شود ( اثر رامان ) . بعضی از این مواد عبارتند از:
تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن .
4- لیزر نیمه رسانا : به این نوع لیزرها ، لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز گفته می شود. نیمه رساناها تشکیل شده اند از دو ماده که یکی کمبود الکترون داشته و دیگر الکترون اضافی دارد . ماده اول را نوع p و ماده دوم را نوع n می گویند . وقتی که این دو به یکدیگر متصل می شوند در محل اتصال ناحیه هایی به نام منطقه اتصال n – p به وجود می آید و آن جایی است که عمل لیزر در آن رخ می دهد . الکترونهای آزاد از ناحیه n و از طریق این منطقه به ناحیه p مهاجرت می کنند . الکترون هنگام ورود به منطقه اتصال ، انرژی کسب می نماید و هنگامی که می خواهد به ناحیه p داخل شود، این انرژی را به صورت فوتون از دست می دهد . اگر ناحیه p به قطب مثبت و ناحیه n به قطب منفی یک منبع الکتریکی وصل شود ، الکترونها از ناحیه n به طرف ناحیه p حرکت کرده و باعث می شوند تا در منطقه اتصال، غلظت زیادی از مواد فعال به وجود آید. با از دست دادن فوتون، یک تابش الکترومغناطیس حاصل می گردد . چنانچه دو انتهای منطقه اتصال را صیقل دهند آنگاه یک کاواک لیزری به وجود خواهد آمد. اصولا این نوع لیزرها به گونه ای ساخته می شوند که با استفاده از ضریب شکست دو جزء p و n ، کار تشدید پرتو لیزر انجام می شود . یکی از نقاط ضعف لیزرهای نیم رسانا همین است، زیرا با تغییر دما، میزان ضریب شکست و بالطّبع خواص پرتو حاصله تفاوت خواهد کرد . به همین دلیل لیزرهای دیودی نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند .
در یک نوع از این لیزرها، از بلورگالیم – آرسنید استفاده می شود که در آن تلوریم ورودی به عنوان ناخالصی وارد می شوند ، هنگامی که در بلور فوق به جای برخی از اتمهای آرسنیک ، اتم تلوریم قرار داده شود ، جسم حاصل نیمه رسانایی از نوع n بوده و وقتی که اتمهای روی مستقر می گردند ماده به دست آمده از خود خاصیت نیمه رسانای p را نشان خواهد داد .
در حال حاضر در آزمایشگاه های پژوهشی جنرال موتور از یک لیزر دیودی به منظور مطالعه نمونه های بیولوژیکی و تشخیص طبّی استفاده می شود. قدرت جداسازی طیفی این لیزر حدودا cm-1 -4 10 بوده که یک منبع تک فام مناسب در ناحیه فرو سرخ می باشد و تشخیص طیفی مولکولهای ایزوتوپی توسط آن به سهولت انجام می گیرد . ۵- لیزر شیمیایی : در این نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می افتد . تجزیه نیتروزیل هالیدها ( NOX ) و C2N2 توسط نور را می توان به عنوان مثال ذکر نمود:
در تجزیه نیتروزل هالیدها NO و در تجزیه C2N2 ، CN برانگیخته می شود .
X می تواند کلر یا برم باشد .
اخیرا دو نوع لیزر شیمیایی توسط پژوهشگران انستیتو تکنولوژی جورجیا در آمریکا اختراع شده است که یک پیوسته و دیگری به صورت ضربانی عمل می کند. در لیزر پیوسته ، وارونگی جمعیت توسط مولکولهای سدیم هالید و مولکولی از دو اتم سدیم که دارای انژی لازم برای وارونگی جمعیت هستند به وجود می آید. به مجرد اینکه مولکلولهای برانگیخته، تابش کرده و به حالت پایه برگشتند، با اتمهای هالوژن اضافی ترکیب شده، موجب ادامه روند وارونگی جمعیت و پیوستگی عمل لیزر می گردند.
در لیزر ضربانی ، انتقال انرژی از مولکلول منوکسید برانگیخته، که از ترکیب سیلسیم یا ژرمانیم با اوزون به وجود می آیند ، به اتم تالیم صورت می گیرد که در برگشت تالیم به حالت پایه ، پرتو لیزر تابش می شود .
6- لیزر کی لیتی : به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستم ها چندان مورد توجه نبوده است .
این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است . یکی از مکانسیم های پیشنهاد شده برای این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت می گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه برمی گردد . این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است .

ساعت ليزري

به منظور اندازه گیری زمان تباهی و نیز تعیین مکانیسم انتقال انرژی بین مولکولها ، احتیاج به ساعتی است که مقیاس زمانی آن در حدود پیکو ثانیه باشد . همانگونه که نمی توان به کمک ساعتهای معمولی وقایع کمتر از ثانیه ( مثل بهم خوردن پلک های چشم ) را اندازه گیری کرد ، ساعتهای بسیار سریع نیز نمی توانند وقایع کمتر از مقیاس زمانی خود را اندازه گیری کنند ، لذا به منظور اندازه گیری وقایع بسیار سریع در جامدات و مایعات باید ساعتی مورد استفاده قرار گیرد که بتواند وقایع پیکو ثانیه و یا سریعتر از آن را اندازه گیری نماید . برای اینکار فاصله زمانی بین دو تپ ایجاد شده توسط لیزر را به عنوان مقیاس زمانی انتخاب می کنند . در ساعت لیزری با دانستن فاصله بین دو تپ پشت سر هم می توان زمان بین دو تپ را به دست آورد ، که در روش جذب دو فوتون به آن اشاره گردید ( فاصله تقسیم بر سرعت نور ) . به عنوان مثال اگر فاصله بین دو تپ یک فوت باشد زمان بین این دو ضربان 9- 10 ثانیه خواهد بود . تپ خروجی یک لیزر تنظیم شده به دو قسمت تقسیم گردیده و از دو مسیر که توسط یک منشور متحرک تنظیم می گردد . فاصله زمانی بین این دو تپ را به دست می دهد . با تغییر اختلاف مسافت می توان فاصله زمانی بین دو تپ ایجاد شده را هم تغییر داد .