تصنيف الليزر فوق البنفسجي

ليزر فوق بنفسجي ذو حالة صلبة
يمكن تقسيم ليزرات الأشعة فوق البنفسجية ذات الحالة الصلبة إلى ليزرات الأشعة فوق البنفسجية المضخوخة بمصباح زينون، وليزرات الأشعة فوق البنفسجية المضخوخة بمصباح كريبتون، وأنواع جديدة من ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة بمصباح ديود ليزر وفقًا لطرق الضخ الخاصة بها. تتمتع ليزرات الأشعة فوق البنفسجية ذات الحالة الصلبة عمومًا بكفاءة تحويل ضوئية كهربائية منخفضة، بينما تتمتع جميع ليزرات الأشعة فوق البنفسجية ذات الحالة الصلبة LD بخصائص مثل الكفاءة العالية، ومعدل التكرار العالي، والأداء الموثوق، والحجم الصغير، وجودة الشعاع الجيدة، والقوة المستقرة.
بسبب الطاقة العالية لفوتونات الأشعة فوق البنفسجية، من الصعب توليد كمية معينة من الليزر فوق البنفسجي المستمر عالي الطاقة من خلال مصادر الإثارة الخارجية. لذلك، يتم تحقيق الليزر فوق البنفسجي المستمر الموجي بشكل عام باستخدام طريقة تحويل تردد التأثير غير الخطي للمواد البلورية. هناك بشكل عام طريقتان لتوليد خطوط طيف الليزر فوق البنفسجي في جميع الحالات الصلبة. الأولى هي إجراء توليد التوافقيات الثالثة أو الرابعة داخل التجويف أو داخل التجويف مباشرة على ليزر صلب بالكامل بالأشعة تحت الحمراء للحصول على خطوط طيف الليزر فوق البنفسجي؛ والثانية هي استخدام تقنية مضاعفة التردد أولاً للحصول على التوافقيات الثانية، ثم استخدام تقنية التردد الإجمالي للحصول على خطوط طيف الليزر فوق البنفسجي. الطريقة الأولى لها معامل غير خطي فعال صغير وكفاءة تحويل منخفضة، بينما الطريقة الأخيرة لها كفاءة تحويل أعلى بكثير بسبب استخدام الاستقطاب غير الخطي التربيعي. يمكن لمضاعفة تردد البلورة تحقيق الليزر فوق البنفسجي المستمر، وشكل شعاعه غاوسي، وبالتالي فإن البقعة دائرية، وتنخفض الطاقة تدريجيًا من المركز إلى الحافة. بسبب طول الموجة القصير وحدود جودة الشعاع، يمكن تركيز الشعاع في نطاق 10 ميكرومتر.
ليزر الغاز فوق البنفسجي
تشمل أشعة الليزر الغازية أشعة الليزر الإكسيمرية التي تعمل بطريقة نبضية، وأشعة الليزر الأيونية التي تعمل بطريقة مستمرة، وأشعة الليزر الهيليوم والكادميوم، وأشعة الليزر فوق البنفسجية لبخار المعدن. يعتمد طول موجة ليزر الغاز فوق البنفسجي على نوع خليط الغاز المستخدم.
ليزر إكسيمر هو نوع من الليزر النبضي الذي ينتج شعاعًا غير مستطيل بمقطع عرضي موحد تقريبًا وحواف بقعية شديدة الانحدار. يمكن توليد ناتجه باستخدام تقنية القناع لإنتاج أشكال هندسية مختلفة من البقع، أو الهولوغرافيا لتوليد أنماط طاقة شعاع محددة. يمكن تقسيم توليد ليزر إكسيمر إلى ثلاث عمليات: عملية إثارة غاز الليزر، وعملية تفاعل توليد إكسيمر، وعملية تفكك إكسيمر. تشمل طرق الإثارة إثارة حزمة الإلكترون، وإثارة التفريغ، وإثارة الضوء، وإثارة الميكروويف، وإثارة حزمة البروتون. تنتج مواد فعالة مختلفة ليزر إكسيمر بأطوال موجية مختلفة، بشكل عام في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية، والأشعة فوق البنفسجية البعيدة، والأشعة فوق البنفسجية الفراغية. ليزر إكسيمر هو جيل جديد من الليزر بعد ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر YAG. يتميز ليزر النبضة القصيرة فوق البنفسجية المنبعث منه بمزايا الطول الموجي الطويل وطاقة الفوتون العالية. تشمل ليزرات الإكسيمر المستخدمة بشكل شائع ArF وKrCl وKrF وما إلى ذلك. يتراوح تردد نبضة الليزر بشكل عام بين 10-100 هرتز، ويمكن أن تصل بعض التطبيقات الخاصة إلى 1000 هرتز. يتراوح متوسط ​​القدرة بشكل عام بين 10-100 وات، ويكون عرض النبضة بشكل عام في نطاق ns.
يشير ليزر بخار المعدن فوق البنفسجي بشكل أساسي إلى ليزر بخار النحاس فوق البنفسجي، والذي ينتج ضوءًا بطول موجي 511 نانومتر و578 نانومتر. من خلال استخدام الخلط والمضاعفة، يمكن توليد إشعاع فوق بنفسجي بطول موجي 255 نانومتر و271 نانومتر و289 نانومتر. يتبع توزيع شعاع الليزر توزيعًا غاوسيًا.
تتمثل المشكلات البارزة في تطبيق الليزر الغازي في حجم المعدات الكبير، والموثوقية المحدودة، وقصر العمر الافتراضي، والاستهلاك العالي للطاقة، والتكلفة العالية. علاوة على ذلك، فإن جودة شعاع الليزر الإكسيمري رديئة وفقدان القناع كبير. كما أن ليزر الأيونات وليزر الهيليوم والكادميوم له عيب ضعف استقرار اتجاه الشعاع.
ثنائي ليزر أشباه الموصلات
منذ منتصف القرن العشرين، أدى تطوير تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات ودمجها مع تكنولوجيا الليزر إلى ظهور ثنائيات الليزر أشباه الموصلات. تتمتع هذه الأنواع من مصادر الليزر، التي تجمع بين خصائص أشباه الموصلات والليزر، بقوة ذروة أعلى واستهلاك أقل للطاقة، كما أن عرض نبضة الانبعاث الخاص بها ضيق أيضًا. لا تتطلب تعويضًا حراريًا وبصريًا، ولها مزايا واضحة على مصادر الضوء الانبعاثية التقليدية. لقد أصبحت اتجاهًا رئيسيًا لتطوير AlGaN في نطاق الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة. لأن كفاءة إثارة الأشعة فوق البنفسجية في هذا النطاق هي الأعلى، وكفاءتها الناتجة عالية نسبيًا أيضًا.
من أجل جعل مصادر الأشعة فوق البنفسجية أكثر عملية، فإن أحد اتجاهات تطوير الثنائيات فوق البنفسجية شبه الموصلة هو تقليل حجم واستهلاك الطاقة لليزر فوق البنفسجي الحالي وإمدادات الطاقة الخاصة به بشكل كبير. اتجاه آخر هو تطوير الثنائيات الباعثة للضوء بطول موجي انبعاث يبلغ 280 نانومتر واستهلاك طاقة أقل من 10 مللي واط، بالإضافة إلى الثنائيات الليزرية بطول موجي انبعاث يبلغ 340 نانومتر واستهلاك طاقة أقل من 25 مللي واط.