ข่าว บริษัท เกี่ยวกับ เทคโนโลยีเลเซอร์ก้าวหน้าจากพื้นฐานสู่การใช้งานที่ทันสมัย

เลเซอร์ได้กลายเป็นสิ่งจำเป็นในเทคโนโลยีสมัยใหม่ โดยมีการใช้งานตั้งแต่เครื่องสแกนบาร์โค้ดและเครื่องพิมพ์ในชีวิตประจำวัน ไปจนถึงเครื่องมือผ่าตัดและอุปกรณ์วิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เลเซอร์เองยังคงเป็นที่เข้าใจน้อยสำหรับหลายๆ คน แม้ว่าจะมีบทบาทสำคัญในการสร้างลำแสงที่มีประสิทธิภาพเหล่านี้ก็ตาม

หลักการพื้นฐานของการสร้างเลเซอร์

ธรรมชาติและลักษณะของเลเซอร์

เลเซอร์ย่อมาจาก "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (การขยายแสงโดยการปล่อยรังสีแบบกระตุ้น) ซึ่งแตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป แสงเลเซอร์มีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ:

• ความจำเพาะของสีสูง: แสงเลเซอร์แสดงลักษณะสเปกตรัมที่บริสุทธิ์อย่างยิ่ง โดยมีความถี่โฟตอนเกือบจะเหมือนกัน
• ความสอดคล้องสูง: โฟตอนเลเซอร์รักษาสัมพันธ์เฟสคงที่ทั้งในด้านพื้นที่และเวลา
• ทิศทางสูง: ลำแสงเลเซอร์แสดงการลู่เข้าที่น้อยที่สุด ทำให้สามารถส่งพลังงานเข้มข้นในระยะทางไกลได้
• ความสว่างสูง: เลเซอร์ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่มากกว่าแหล่งกำเนิดแสงทั่วไปมาก

การกลับด้านประชากร: กลไกหลัก

หัวใจสำคัญของการสร้างเลเซอร์อยู่ที่แนวคิดของการกลับด้านประชากร ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่สมดุลที่อะตอมหรือโมเลกุลจำนวนมากขึ้นครอบครองระดับพลังงานที่สูงกว่าระดับที่ต่ำกว่า การบรรลุการกลับด้านนี้ต้องใช้วิธีการปั๊มเฉพาะ:

• การปั๊มด้วยแสงโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงเข้มข้น
• การปั๊มด้วยไฟฟ้าผ่านการปล่อยกระแสไฟฟ้า
• การปั๊มด้วยสารเคมีผ่านปฏิกิริยาคายความร้อน

การปล่อยแบบกระตุ้นและตัวสะท้อนแสง

เมื่อมีการกลับด้านประชากรแล้ว การปล่อยแบบกระตุ้นจะเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนที่ตกกระทบกระตุ้นการปล่อยโฟตอนที่เหมือนกันจากอะตอมที่ถูกกระตุ้น กระบวนการนี้สร้างเอฟเฟกต์การขยายแสง ตัวสะท้อนแสงที่มีสื่อขยายสัญญาณระหว่างกระจกสะท้อนแสงจะสร้างแสงที่ขยายนี้ให้เป็นลำแสงเลเซอร์ที่สอดคล้องกัน

ประเภทเลเซอร์หลักและกลไกการทำงาน

เลเซอร์สองระดับ: รากฐานทางทฤษฎี

ในขณะที่เลเซอร์สองระดับบริสุทธิ์ไม่มีอยู่จริงในทางปฏิบัติ พวกมันทำหน้าที่เป็นแบบจำลองแนวคิดที่สำคัญ ระบบเหล่านี้ต้องเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญในการบรรลุการกลับด้านประชากรเนื่องจากผลกระทบการอิ่มตัวอย่างรวดเร็วที่จำกัดเอาต์พุตเลเซอร์ที่เป็นไปได้

เลเซอร์สามระดับ: การแนะนำสถานะเสริม

เลเซอร์ที่ใช้งานได้จริงเอาชนะข้อจำกัดสองระดับโดยการรวมระดับพลังงานเพิ่มเติม การกำหนดค่าสามระดับมีสองรูปแบบหลัก:

• ระดับบนช่วย: ใช้ระดับที่สามเหนือระดับเลเซอร์บนสำหรับการเติมประชากรอย่างรวดเร็ว (เช่น เลเซอร์ทับทิม)
• ระดับล่างช่วย: ใช้ระดับที่สามต่ำกว่าระดับเลเซอร์ล่างสำหรับการลดประชากรอย่างรวดเร็ว (เช่น เลเซอร์เคมี)

เลเซอร์สี่ระดับ: การออกแบบประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น

การรวมข้อดีของทั้งสองประเภทสามระดับ เลเซอร์สี่ระดับรวมสถานะพลังงานเพิ่มเติมเหนือและต่ำกว่าการเปลี่ยนผ่านการเลเซอร์ การกำหนดค่านี้ช่วยให้การกลับด้านประชากรมีประสิทธิภาพมากขึ้นและกำลังขับสูงขึ้น ดังที่แสดงโดยเลเซอร์ Nd:YAG ที่ทำงานที่ 1064 nm

เทคโนโลยีเลเซอร์ขั้นสูง

Q-Switching สำหรับการทำงานแบบพัลส์

• อุปกรณ์อิเล็กโทร-ออปติกที่ใช้การเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า
• ตัวปรับเปลี่ยนอะคูสโต-ออปติกที่ใช้คลื่นเสียง
• สวิตช์ที่ใช้สีย้อมโดยใช้ลักษณะการดูดกลืนแสง

วงจร Q-switching เกี่ยวข้องกับขั้นตอนการจัดเก็บพลังงานและการปล่อยอย่างรวดเร็วตามลำดับ ทำให้เกิดพัลส์ขนาดนาโนวินาทีที่มีกำลังสูงสุดเกินกว่าการทำงานแบบคลื่นต่อเนื่อง

แนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่และทิศทางในอนาคต

เทคโนโลยีเลเซอร์ยังคงพัฒนาไปตามวิถีหลักหลายประการ:

• การย่อขนาดและการรวมโฟโตนิกส์สำหรับระบบขนาดกะทัดรัด
• การปรับขนาดพลังงานและการปรับปรุงประสิทธิภาพ
• การพัฒนาสื่อขยายสัญญาณใหม่
• การขยายไปยังช่วงสเปกตรัมที่รุนแรง

ความก้าวหน้าเหล่านี้สัญญาว่าจะปลดล็อกการใช้งานใหม่ๆ ในด้านการแพทย์ การสื่อสาร การผลิต และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในขณะเดียวกันก็คำนึงถึงข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยที่สำคัญสำหรับการทำงานด้วยกำลังสูง