لیزرهای دمش لامپی
تعریف: این نوع لیزر به لیزرهایی اطلاق می شود که بوسیله لامپ های فلاش یا قوسی یا به ندرت توسط لامپ های تنگستن هالوژن تحت دمش قرار می‌گیرند.

لیزرهای دمش لامپی

تعریف: این نوع لیزر به لیزرهایی اطلاق می شود که بوسیله لامپ های فلاش یا قوسی یا به ندرت توسط لامپ های تنگستن هالوژن تحت دمش قرار می‌گیرند.
اساسا همواره لیزرهای عایق آلاییدة حالت جامد[1] به صورت اپتیکی دمش می شوند و منبع دمش هم معمولا یک لیزر دیود و یا نوعی از لامپ های تخلیه گازی است. همچنین به ندرت از لامپ های تنگستن- هالوژن در این مورد استفاده می شود که تخلیه گازی نبوده و بیشتر شبیه لامپ های حبابی معمولی هستند.
  • انواع لامپ ها
لامپ های تخلیه مورد استفاده برای دمش لیزر به دو گروه طبقه بندی می شوند: لامپ های قوسی و فلش. لامپ های قوسی برای عملکرد موج پیوسته بهینه شده اند، در حالیکه لامپ های فلاش پالسهای دمش را برای لیزرهای پویش آزاد یا Q-switched تولید می کنند (شایان توجه است که عبارت لامپ فلاش عموما به اشتباه به جای لامپ های قوسی به کار برده می شود). اساسا هر دو نوع این لامپ ها شامل یک تیوب شیشه ای هستند که با یک نوع گاز پر شده اند (مثلا گاز کریپتون در فشار کم) و همچنین دارای الکترود فلزی در هر دو انتها می باشند.
لامپ های فلاش اغلب به واسطه انرژی الکتریکی ناشی از یک خازن تغذیه می شوند. این انرژی از میان تعدادی عناصر الکترونیکی عبور می کند (شبکه شکل دهی پالسی) که مدت پالس دمش را تحت تاثیر قرار می دهند.
به منظور دمش لیزرهای حالت جامد معمولا لامپ های خطی با جداسازی الکترود بین 5 تا 15 سانتیمتر استفاده می شوند (لامپ های قوس کوتاه با جدایی الکترودی بسیار کمتر از معمولا 1 میلیمتر، که گاهی دارای الکترودهای کربنی هستند، برای اهداف دیگر استفاده می شوند). شکل الکترودهای لامپ ها به حالت کارکرد بستگی دارد: لامپ های فلاش دارای کاتدهای سر گرد هستند در حالیکه کاتدهای نوک تیز برای لامپ های قوسی مناسب هستند و با دانسیته جریان های بسیار کمتر کار می کنند. چگالی جریان اعمالی همچنین می تواند اثرات قابل توجهی روی طیف اپتیکی تولید شده داشته باشد: لامپ های قوسی پیوسته اغلب طیف خطی از خود نشان می دهند اما لامپ های فلاشی طیفی هموار و صاف تولید می‌کنند.
  • چیدمان دمش
شکل1: میلة لیزر با دمش لامپی در یک چمبر آب خنک با دیواره های بازتابنده
کریستال لیزر یک لیزر دمش لامپی معمولا یک میله دمش کناری دراز است که به اندازه طول لامپ است. در بسیاری از موارد میله لیزر و لامپ در داخل یک چمبر دمشی بیضوی با دیواره های بازتابنده قرار می گیرند. به این ترتیب درصد بالایی از نور دمش تولید شده در میله ذخیره می شود. گرمای اضافی توسط آب خنک حذف می شود و یک فیلتر شیشه ای اضافی ممکن است برای حفاظت از میله لیزر از نور ماورابنفش گسیل شده از لامپ نیز به کار گرفته شود.
نوع دیگری از لیزر حالت جامد که برای دمش لامپ مناسب است لیزر تیغه ‌ای با دمش سطحی است. در این نوع یک سری از لامپ ها یک صفحه را به واسطه سطح بزرگ آن و در صورت امکان هر دو طرف آن را دمش می کنند. نور دمش شده ممکن است از میان یک لایه از آب خنک کننده عبور کند.
به هر حال، درخشندگی کم لامپها انتخاب هندسه مورد نظر را محدود می‌کند. برا ی نمونه، دمش انتهایی نیازمند درخشندگی بالاتری است و در نتیجه تنها با دیودهای لیزری (یا بعضی اوقات انواع دیگر لیزر) امکان پذیر است.
  • محیط فعال برای لیزرهای دمش لامپی
شکل2: یک محفظة دمش برای تقویت کننده های میله Nd:glass.
در ارتباط با محیط فعال لیزر، بیشترین نوع معمول لیزر دمش لامپی در این حوزه لیزر  Nd:YAGاست. برای این نوع لیزرها عمدتا از لامپ های پر شده از کریپتون استفاده می شود. زیرا گسیل کریپتون در محدوده بین 750 تا 900 نانومتر قوی‌تر است در حالیکه Nd:YAG دارای خطوط جذب قوی در این محدوده است. انواع دیگر محیط های فعال دارای آلایش نئودیمیوم مانند Nd:YLF و Nd:YVO4  نیز مناسب هستند. این مواد باندهای جذب نسبتا پهنی دارند و محیط فعال لیزر چهار ترازی هستند. بنابراین می توانند به همراه شدتهای دمش متوسط استفاده شده و قسمت مهمی از طیف لامپ را استفاده نمایند. تعداد کمتری از لیزرهای دمش لامپ بر پایه alexandrite (لامپ های زنون)، Ti:sapphire و Cr:LiSAF یا لیزرهای دای (رنگی) هستند.  
به طور کلی برای لیزرهای دمش لامپی کریستالهای لیزر بزرگ مورد نیاز است. این مساله بکارگیری نوع معین و مشخصی از کریستال را مشکل می نماید چون رشد کریستال با کیفیت در اندازه بزرگ مشکل است. محیط فعال سرامیک که قابلیت ساخت در ابعاد بزرگ را دارد برای این مورد مناسب است.
  • قابلیت ها و محدودیت های دمش لامپی
اولین لیزر، لیزر یاقوت که توسط میمن ساخته شد، دارای دمش لامپی (فلاش) بود. هرچند لیزرهای دارای دمش دیودی به علت امتیازات آنها بسیار متداول شده ‌اند، اما لیزرهای دمش لامپی همچنان برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته ‌اند. عمده ترین مزیت های آنها عبارتند از:
  • توانهای دمش خیلی بالا (مخصوصا قله توانهای بالا) قابل تولید است.
  • قیمت برحسب وات توان دمش تولید شده در لامپها نسبت به لیزرهای دیودی خیلی کمتر است.
  • لامپها خیلی مقاوم هستند (در مقابل نوسانات ولتاژ و جریان).
معایب:
  • عمر لامپها خیلی محدود است و معمولا بین چند صد تا چند هزار ساعت است.
  • بازدهی نوری لیزر پایین است. معمولا در بیشترین حالت به چند درصد می رسد. در نتیجه نه تنها باعث افزایش مصرف الکتریسیته می شود بلکه گرمای زیادی ایجاد می شود که نیاز به خنک کننده بسیار قوی را ایجاب می کند. همچنین لنزی شدن حرارتی باعث سخت شدن دسترسی به کیفیت اشعه خوب می شود.
  • تجهیزات توان الکتریکی برای لیزرهای دمش لامپی دارای ولتاژهای بسیار بالا هستند که موارد ایمنی مربوط به خود را دارند.
  • درخشندگی دمشی پایین (در مقایسه با لیزرهای دیودی موجود) و محدوده طول موجی تابشی پهن باعث می شود خیلی از محیط های فعال حالت جامد قابل بکارگیری نباشند.
  • لامپها منابع دمش نسبتا پر نویزی هستند که منجر به نویز زیاد در لیزر می شوند. برای نمونه لیزرهای لامپی Q-switched معمولا نوسانات قوی پالس به پالس دارند.
اما با این توضیحات درباره عمر دستگاه، بازدهی توان، خنک سازی و لنز حرارتی، در حالیکه نرخ تکرار و توان متوسط پایین است، مشکل مهمی نیستند اگر لامپ‌های فلاش در نرخ تکرار پالس پایین و توان متوسط پایین بکارگرفته شوند. برای مثال در کاربردهایی از قبیل حکاکی و علامت گذاری از چنین سیستم‌هایی استفاده می‌شود. از سویی دیگر در حال حاضر لیزرهای پیوستة توان بالا با دمش لامپی و به همان نسبت لیزرهای پالسی که در نرخ های پالس بالا کار می‌کنند بیش از پیش با افزاره های دارای دمش دیودی از قبیل لیزرهای دیسک نازک و لیزر فیبر در حال جایگزین شدن هستند. 
 

[1] Doped Insulator Solid-State Lasers
 


   |    1396/7/30