หลักการของเลเซอร์

หลักการของเลเซอร์ขึ้นอยู่กับการปล่อยก๊าซกระตุ้น ซึ่งเป็นแนวคิดที่ไอน์สไตน์เสนอครั้งแรกเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 กระบวนการหลักมีดังนี้:

- การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอน: อะตอมหรือโมเลกุลในตัวกลางทำงานจะได้รับพลังงานภายใต้อิทธิพลของแหล่งกำเนิดปั๊ม (เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังงานแสง ฯลฯ) การเปลี่ยนจากระดับพลังงานต่ำไปเป็นระดับพลังงานสูง และเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น เนื่องจากระดับพลังงานสูงไม่เสถียร อะตอมหรือโมเลกุลจึงเปลี่ยนกลับไปเป็นระดับพลังงานต่ำตามธรรมชาติ และปล่อยโฟตอนออกมาในกระบวนการ

- การสะท้อนกลับของโพรงเรโซแนนซ์: โฟตอนเหล่านี้จะสะท้อนไปมาภายในโพรงเรโซแนนซ์ โดยมีปฏิกิริยากับอะตอมหรือโมเลกุลในสภาวะตื่นเต้นอื่นๆ ในตัวกลางทำงาน กระตุ้นให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ถูกกระตุ้นมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้จำนวนโฟตอนเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ส่งผลให้แสงเลเซอร์มีความเข้มสูง มีสีเดียวสูง และมีทิศทางสูงมาก

ส่วนประกอบเลเซอร์

เลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: ตัวกลางในการทำงาน แหล่งกำเนิดปั๊ม และช่องเรโซแนนซ์

- สื่อการทำงาน: นี่คือรากฐานของการสร้างเลเซอร์ ประกอบด้วยสารออกฤทธิ์ที่ช่วยให้ประชากรกลับกัน เช่น ทับทิม แก้วนีโอไดเมียม หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

- แหล่งกำเนิดปั๊ม: ให้พลังงานแก่ตัวกลางในการทำงาน กระตุ้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก วิธีการทั่วไป ได้แก่ การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและการกระตุ้นด้วยแสง

- ช่องเรโซแนนซ์: ประกอบด้วยกระจกสะท้อนภายในทั้งหมดและกระจกสะท้อนภายในบางส่วน โดยให้การป้อนกลับและสภาพแวดล้อมการสั่นของโฟตอน ช่วยให้พวกมันสามารถเดินทางกลับไปกลับมาภายในช่องได้หลายครั้ง เพิ่มเอฟเฟกต์การปล่อยก๊าซกระตุ้น และสุดท้ายก็สร้างเอาท์พุตเลเซอร์

ความแตกต่างระหว่างเลเซอร์โหมดเดียวและหลายโหมด

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเลเซอร์โหมดเดี่ยวและหลายโหมดอยู่ที่จำนวนโหมดในลำแสงเอาต์พุต

- เลเซอร์โหมดเดียว: รองรับการแพร่กระจายของแสงเพียงโหมดเดียวเท่านั้น มีคุณภาพลำแสงสูง มีทิศทางและความสอดคล้องที่ดี มีลำแสงทรงกลมมาตรฐาน และมีมุมแตกต่างเล็กน้อย เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูง เช่น เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ และการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก

- เลเซอร์หลายโหมด: รองรับการแพร่กระจายของแสงหลายโหมด มีมุมแตกต่างของลำแสงเอาต์พุตขนาดใหญ่ รูปร่างลำแสงที่ซับซ้อนและการกระจายความเข้ม และความยาวการเชื่อมโยงกันสั้นกว่า แต่มีกำลังเอาต์พุตสูง เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการน้อย เช่น การแปรรูปวัสดุและการส่องสว่างด้วยเลเซอร์

เลเซอร์ – คานเกาส์เซียน

เลเซอร์เรียกว่าลำแสงเกาส์เซียนเนื่องจากการกระจายความเข้มของแสงทั่วทั้งหน้าตัดนั้นสอดคล้องกับฟังก์ชันเกาส์เซียนโดยประมาณ ซึ่งหมายความว่าความเข้มจะสูงที่จุดศูนย์กลางและค่อยๆ ลดลงไปทางขอบ ทำให้เกิดเส้นโค้งรูประฆัง

ลักษณะการกระจายนี้เกิดจากการทำซ้ำได้เองของเลเซอร์ในระหว่างการก่อตัวภายในช่องเรโซแนนซ์ แม้หลังจากการเลี้ยวเบนและการแพร่กระจาย การกระจายความเข้มของมันยังคงรูปแบบเกาส์เซียนไว้ ลำแสงแบบเกาส์เซียนมีประสิทธิภาพการโฟกัสที่ดีเยี่ยมและมีสีเดียว ช่วยลดการแข่งขันในโหมดและปรับปรุงคุณภาพลำแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบระบบออพติคอล การประมวลผลด้วยเลเซอร์ และสาขาอื่นๆ

การจำแนกประเภทเลเซอร์ เลเซอร์สามารถจำแนกได้หลายวิธี หนึ่งในนั้นคือตามสื่อการทำงาน:

- เลเซอร์โซลิดสเตต: ใช้วัสดุที่เป็นของแข็งเป็นตัวกลางในการทำงาน เช่น เลเซอร์อะลูมิเนียมโกเมน (Nd:YAG) ที่เจือด้วยนีโอไดเมียม โดยทั่วไปเลเซอร์เหล่านี้จะมีกำลังขับสูงและมีเสถียรภาพที่ดี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปทางอุตสาหกรรม การแพทย์ และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

- เลเซอร์แก๊ส: ใช้ก๊าซเป็นตัวกลางในการทำงาน เช่น เลเซอร์ฮีเลียมนีออน (He-Ne) และเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เลเซอร์แก๊สมีการใช้งานที่หลากหลายในบริเวณสเปกตรัมที่มองเห็นได้และอินฟราเรด

- เลเซอร์เหลว: หรือที่รู้จักในชื่อเลเซอร์สี ซึ่งใช้สารละลายสีย้อมอินทรีย์เป็นตัวกลางในการทำงาน ความสามารถในการปรับความยาวคลื่นได้ทำให้พวกเขาได้เปรียบในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และชีวการแพทย์

- เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์: ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นสื่อในการทำงาน เช่น เลเซอร์ไดโอด เลเซอร์เหล่านี้มีข้อได้เปรียบในการย่อขนาดและบูรณาการ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยแสง การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ และสาขาอื่นๆ

- เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ: ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนอิสระความเร็วสูงเป็นตัวกลางในการทำงาน มีกำลังเอาท์พุตและความยาวคลื่นที่หลากหลาย ทำให้เหมาะสำหรับฟิสิกส์พลังงานสูงและสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์