اشترك في حساباتنا على مواقع التواصل الاجتماعي لتصلك منشوراتنا فور نشرها.
ما هو وسيط كسب الليزر؟
وسط التضخيم الليزري هو مادة تُضخّم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز. فعندما تُثار ذرات أو جزيئات هذا الوسط إلى مستويات طاقة أعلى، فإنها تُصدر فوتونات ذات طول موجي محدد عند عودتها إلى حالة طاقة أقل. تُضخّم هذه العملية الضوء المار عبر الوسط، وهو أمر أساسي لعمل الليزر.
[مدونة ذات صلة:المكونات الرئيسية لليزر]
ما هو متوسط الكسب المعتاد؟
يمكن تغيير وسط التضخيم، بما في ذلكالغازات, السوائل (الأصباغ), المواد الصلبة(البلورات أو الزجاج المطعّم بأيونات المعادن الأرضية النادرة أو المعادن الانتقالية)، وأشباه الموصلات.ليزرات الحالة الصلبةعلى سبيل المثال، غالباً ما تستخدم بلورات مثل Nd:YAG (غارنيت الألومنيوم والإيتريوم المطعّم بالنيوديميوم) أو زجاجاً مطعّماً بعناصر أرضية نادرة. أما ليزرات الصبغة فتستخدم أصباغاً عضوية مذابة في مذيبات، بينما تستخدم ليزرات الغاز الغازات أو مخاليط الغازات.
قضبان الليزر (من اليسار إلى اليمين): الياقوت، الألكسندريت، الإربيوم:ياج، النيوديميوم:ياج
الاختلافات بين النيوديميوم (Nd) والإربيوم (Er) والإيتربيوم (Yb) كوسائط تضخيم
تتعلق في المقام الأول بأطوال موجات انبعاثها وآليات نقل الطاقة وتطبيقاتها، وخاصة في سياق مواد الليزر المشوبة.
أطوال موجات الانبعاث:
- Er: ينبعث الإربيوم عادةً عند 1.55 ميكرومتر، وهو في المنطقة الآمنة للعين ومفيد للغاية لتطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية نظرًا لانخفاض فقده في الألياف البصرية (Gong et al.، 2016).
- الإيتربيوم: يُصدر الإيتربيوم عادةً إشعاعًا بطول موجي يتراوح بين 1.0 و1.1 ميكرومتر، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الليزر عالي الطاقة والمضخمات. يُستخدم الإيتربيوم غالبًا كمحسِّس للإربيوم لتعزيز كفاءة الأجهزة المُطعَّمة بالإربيوم عن طريق نقل الطاقة من الإيتربيوم إلى الإربيوم.
- Nd: عادةً ما تصدر المواد المشوبة بالنيوديميوم حوالي 1.06 ميكرومتر. على سبيل المثال، تشتهر مادة Nd:YAG بكفاءتها وتستخدم على نطاق واسع في كل من الليزر الصناعي والطبي (Y. Chang et al., 2009).
آليات نقل الطاقة:
- التطعيم المشترك بالإربيوم والإيتربيوم: يُعدّ التطعيم المشترك بالإربيوم والإيتربيوم في وسط مضيف مفيدًا لتعزيز الانبعاث في نطاق 1.5-1.6 ميكرومتر. يعمل الإيتربيوم كمحسّس فعّال للإربيوم عن طريق امتصاص ضوء الضخ ونقل الطاقة إلى أيونات الإربيوم، مما يؤدي إلى تضخيم الانبعاث في نطاق الاتصالات. يُعدّ نقل الطاقة هذا أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل مضخمات الألياف المطعمّة بالإربيوم (EDFA) (DK Vysokikh et al., 2023).
- النيوديميوم: لا يتطلب النيوديميوم عادةً مُحسِّسًا مثل الإيتربيوم في الأنظمة المُطعَّمة بالإربيوم. وتستمد كفاءة النيوديميوم من امتصاصه المباشر لضوء الضخ وانبعاثه اللاحق، مما يجعله وسطًا فعالًا وبسيطًا لكسب الليزر.
التطبيقات:
- إيه:يُستخدم الإربيوم بشكل أساسي في الاتصالات السلكية واللاسلكية نظرًا لانبعاثه عند طول موجي 1.55 ميكرومتر، والذي يتوافق مع نطاق الفقد الأدنى للألياف البصرية المصنوعة من السيليكا. وتُعدّ أوساط التضخيم المُطعّمة بالإربيوم بالغة الأهمية للمضخمات الضوئية والليزر في أنظمة الاتصالات الضوئية بعيدة المدى.
- Yb:تُستخدم هذه المواد بكثرة في التطبيقات عالية الطاقة نظرًا لبنيتها الإلكترونية البسيطة نسبيًا التي تسمح بضخ ثنائي فعال وإنتاج طاقة عالية. كما تُستخدم المواد المُطعّمة بالإيتربيوم لتحسين أداء الأنظمة المُطعّمة بالإربيوم.
- اختصار الثانيتُعدّ ليزرات Nd:YAG مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من القطع واللحام الصناعي وصولًا إلى الليزرات الطبية. وتُقدّر هذه الليزرات بشكل خاص لكفاءتها وقوتها وتعدد استخداماتها.
لماذا اخترنا Nd:YAG كوسيط تضخيم في ليزر DPSS
ليزر الحالة الصلبة المضخّم ضوئيًا (DPSS) هو نوع من الليزر يستخدم وسطًا تضخيميًا صلبًا (مثل Nd:YAG) يُضخ بواسطة ثنائي ليزر شبه موصل. تتيح هذه التقنية إنتاج ليزرات صغيرة الحجم وفعّالة قادرة على إنتاج حزم ضوئية عالية الجودة في نطاق الطيف المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء. للاطلاع على مقال مفصل، يمكنك البحث في قواعد البيانات العلمية الموثوقة أو لدى دور النشر المتخصصة عن مراجعات شاملة حول تقنية ليزر الحالة الصلبة المضخّم ضوئيًا.
[المنتج ذو الصلة:ليزر الحالة الصلبة المضخّم بالديود]
يُستخدم ليزر Nd:YAG غالبًا كوسيط تضخيم في وحدات الليزر التي يتم ضخها بواسطة أشباه الموصلات لعدة أسباب، كما أبرزت ذلك دراسات مختلفة:
1. كفاءة عالية وقدرة إنتاج طاقة عاليةأظهر تصميم ومحاكاة وحدة ليزر Nd:YAG مضخّمة جانبياً بواسطة ثنائي كفاءة عالية، حيث وفّرت هذه الوحدة طاقة متوسطة قصوى تبلغ 220 واط مع الحفاظ على طاقة ثابتة لكل نبضة ضمن نطاق تردد واسع. يشير هذا إلى الكفاءة العالية وإمكانية الحصول على طاقة عالية من ليزرات Nd:YAG عند ضخّها بواسطة الثنائيات (ليرا وآخرون، 2016).
2. المرونة التشغيلية والموثوقيةأثبتت سيراميكات Nd:YAG كفاءتها العالية في العمل بأطوال موجية مختلفة، بما في ذلك الأطوال الموجية الآمنة للعين، مع كفاءة تحويل ضوئي عالية. وهذا يدل على تنوع Nd:YAG وموثوقيته كوسيط تضخيم في تطبيقات الليزر المختلفة (Zhang et al., 2013).
3. طول العمر وجودة الشعاعأكدت الأبحاث التي أُجريت على ليزر Nd:YAG عالي الكفاءة، والمضخّم بالديود، على طول عمره وأدائه المتسق، مما يشير إلى ملاءمة Nd:YAG للتطبيقات التي تتطلب مصادر ليزر متينة وموثوقة. وأفادت الدراسة بتشغيل ممتد لأكثر من 4.8 × 10^9 نبضة دون أي تلف بصري، مع الحفاظ على جودة شعاع ممتازة (Coyle et al., 2004).
4. تشغيل الموجة المستمرة عالي الكفاءة:أظهرت الدراسات كفاءة عالية في تشغيل ليزرات Nd:YAG في وضع الموجة المستمرة، مما يُبرز فعاليتها كوسط تضخيم في أنظمة الليزر المضخّمة بالديود. ويشمل ذلك تحقيق كفاءات عالية في التحويل الضوئي وكفاءة الميل، مما يُؤكد ملاءمة Nd:YAG لتطبيقات الليزر عالية الكفاءة (Zhu et al., 2013).
إن الجمع بين الكفاءة العالية، وقوة الإخراج، والمرونة التشغيلية، والموثوقية، وطول العمر، وجودة الشعاع الممتازة يجعل Nd:YAG وسيط كسب مفضل في وحدات الليزر التي يتم ضخها بواسطة أشباه الموصلات لمجموعة واسعة من التطبيقات.
مرجع
تشانغ، واي.، سو، ك.، تشانغ، إتش.، وتشن، واي. (2009). ليزر صغير الحجم وفعال وآمن للعين يعمل بتقنية Q-switching عند طول موجي 1525 نانومتر، باستخدام بلورة Nd:YVO4 مزدوجة الطرف ملحومة بالانتشار كوسيط رامان ذاتي. مجلة أوبتكس إكسبرس، 17(6)، 4330-4335.
غونغ، جي.، تشين، واي.، لين، واي.، هوانغ، جي.، غونغ، إكس.، لو، زد.، وهوانغ، واي. (2016). نمو وخصائص طيفية لبلورة Er:Yb:KGd(PO3)_4 كوسط كسب ليزري واعد بطول موجي 155 ميكرومتر. مجلة Optical Materials Express، 6، 3518-3526.
فيسوكيخ، د.ك.، بازاكوتسا، أ.، دوروفينكو، أ.ف.، وبوتوف، أ. (2023). نموذج تجريبي لوسط كسب الإربيوم/الإيتربيوم لمضخمات الألياف والليزر. مجلة الجمعية البصرية الأمريكية ب.
Lera, R., Valle-Brozas, F., Torres-Peiró, S., Ruiz-de-la-Cruz, A., Galán, M., Bellido, P., Seimetz, M., Benlloch, J., & Roso, L. (2016). محاكاة لملف الكسب وأداء ليزر QCW Nd:YAG الذي يتم ضخه جانبيًا. البصريات التطبيقية، 55(33)، 9573-9576.
تشانغ، هـ.، تشين، إكس.، وانغ، كيو.، تشانغ، إكس.، تشانغ، جيه.، غاو، إل.، شين، هـ.، كونغ، زد.، ليو، زد.، تاو، إكس.، ولي، بي. (2013). ليزر سيراميكي عالي الكفاءة من نوع Nd:YAG آمن للعين يعمل عند طول موجي 1442.8 نانومتر. رسائل البصريات، 38(16)، 3075-3077.
كويل، د.ب.، كاي، ر.، ستيسلي، ب.، وبوليوس، د. (2004). ليزر Nd:YAG فعال وموثوق به وطويل العمر، يعمل بمضخة ثنائية، لقياس الارتفاع الطبوغرافي للغطاء النباتي من الفضاء. البصريات التطبيقية، 43(27)، 5236-5242.
تشو، إتش واي، شو، سي دبليو، تشانغ، جيه، تانغ، دي، لو، دي، ودوان، واي (2013). ليزرات سيراميك Nd:YAG عالية الكفاءة تعمل بموجة مستمرة عند 946 نانومتر. رسائل فيزياء الليزر، 10.
تنصل:
- نُعلن بموجب هذا أن بعض الصور المعروضة على موقعنا الإلكتروني مُجمّعة من الإنترنت وموقع ويكيبيديا، بهدف تعزيز التعليم وتبادل المعلومات. ونحن نحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع المُبدعين. ولا يُقصد من استخدام هذه الصور تحقيق مكاسب تجارية.
- إذا كنت تعتقد أن أيًا من المحتوى المستخدم ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك، فيُرجى التواصل معنا. نحن على أتم الاستعداد لاتخاذ الإجراءات المناسبة، بما في ذلك إزالة الصور أو ذكر المصدر بشكل صحيح، لضمان الامتثال لقوانين ولوائح الملكية الفكرية. هدفنا هو الحفاظ على منصة غنية بالمحتوى، وعادلة، وتحترم حقوق الملكية الفكرية للآخرين.
- يرجى التواصل معنا عبر عنوان البريد الإلكتروني التالي:sales@lumispot.cnنلتزم باتخاذ إجراء فوري عند تلقي أي إشعار ونضمن التعاون بنسبة 100% في حل أي من هذه المشكلات.
جدول المحتويات:
- 1. ما هو وسط كسب الليزر؟
- 2. ما هو الوسط المكسب المعتاد؟
- 3. الفرق بين nd و er و yb
- 4. لماذا اخترنا Nd:YAG كوسيلة كسب؟
- 5. قائمة المراجع (قراءات إضافية)
هل تحتاج إلى بعض المساعدة بخصوص حلول الليزر؟
تاريخ النشر: 13 مارس 2024