أنواع وتقنيات الليزر المختلفة

أنواع الليزر المختلفة

تتنوع أنواع الليزر بناءً على المواد المشعة المسؤولة عن الانبعاث المستحث. يمكن تصنيف هذه المواد إلى ذرات وجزيئات موجودة في غازات مخففة، جزيئات عضوية مذابة، ومواد شبه موصلة، وغيرها. فيما يلي شرح مفصل لمختلف أنواع الليزر:

الليزر الغازي

يعتمد الليزر الغازي (بالإنجليزية: Gas Lasers) على مواد غازية لتوليد الضوء. يتم ذلك عن طريق إرسال تيار كهربائي عبر الغاز مما يؤدي إلى إنتاج الضوء. تختلف أنواع الليزر الغازي حسب الغاز المستخدم، وأشهرها ليزر الهليوم، وليزر النيون، وليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر الأرجون، وليزر الأكسيمر، وليزر الكريبتون.

تتراوح أطوالها الموجية في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ويُعتبر ليزر ثاني أكسيد الكربون من أكثر الأنواع شيوعًا، حيث يُستخدم في عمليات القطع، اللحام، والتعليم بالليزر. تُستخدم الأنواع الأخرى في مجموعة من التطبيقات مثل التحليل الطيفي، وإجراء مسح الباركود، وعلاج المواد، والعمليات الجراحية.

الليزر السائل

يعتمد الليزر السائل (بالإنجليزية: Liquid Lasers) على أصباغ عضوية في شكل سائل كوسيط للإشعاع. يُعرف هذا النوع أيضًا باسم الليزر الصبغي (بالإنجليزية: Dye Lasers).

تتميز ليزرات الصبغ بقدرتها على توليد نطاقات واسعة من الأطوال الموجية، مما يسهل التحكم فيها عند التشغيل. على سبيل المثال، يتم استخدام الليزر الصبغي في فصل النظائر عبر ضبطه على تردد ذري معين، مما يسمح بفصل النظائر في مجال كهربائي.

الليزر شبه الموصل

يعتبر الليزر شبه الموصل (بالإنجليزية: Semiconductor Lasers) من أنواع الثنائيات الليزرية، ويطلق عليه أيضًا اسم ليزر الصمام الثنائي. يشترك الليزر شبه الموصل مع الليزر الثنائي التقليدي في وجود تقاطع موجب – سالب “PN”، لكن الفرق يكمن في أن ثنائيات الليزر هذه تحتوي على طبقة جوهرية عند التقاطع مكونة من مواد تنتج انبعاثًا تلقائيًا.

تساعد هذه الطبقة على تضخيم الفوتونات الناتجة، وبالتالي تحويل الطاقة الكهربائية المستخدمة إلى ضوء ليزر. أغلب أنواع الليزر شبه الموصل تتبع التصميم الثنائي، بينما يوجد عدد قليل منها لا يستخدم هذه البنية في إنتاج الضوء.

ليزر الألياف

يعتبر ليزر الألياف (بالإنجليزية: Fiber Lasers) أحد أنواع الليزر الصلبة، حيث تعتمد على الألياف البصرية، مثل الزجاج السيليكا الممزوج بأحد العناصر الأرضية النادرة. تتميز هذه الألياف بخصائص فريدة في توجيه الضوء، مما يجعل هذا النوع مختلفًا عن غيره.

يتميز ليزر الألياف بأنه أكثر فعالية وكفاءة، مع تكاليف تشغيل وصيانة منخفضة. مثال على ذلك تشمل الليزر الليفي المشبع بالإيتربيوم والليزر الليفي المشبع بالإربيو.

الليزر الصلب

يعتمد الليزر الصلب (بالإنجليزية: Solid-state Lasers) على استخدام مواد صلبة مثل البلورات أو الزجاج الممزوج بأحد العناصر الأرضية النادرة. تُعتبر هذه المواد بمثابة مصدر الكسب البصري الرئيسي. غالبًا ما تُستخدم عناصر مثل الكروم، النيوديميوم، الثوليوم، الإربيوم، أو الإيتربيوم كمكونات جاهزة لضمان إنتاج الضوء.

يُعد ليزر الياقوت واحداً من أشهر أنواع الليزر الصلب، حيث إنه أول ليزر تم تصنيعه. كما أن ليزر Nd: YAG هو أحد الأنواع الشائعة المستخدمة في معالجة المواد.

التطبيقات العملية لليزر

تختلف أنواع الليزر في أطوالها الموجية، كما أن لكل نوع استخدامات خاصة به. فيما يلي توضيح لتطبيقات بعض الأنواع:

الليزر	نوع الليزر	الطول الموجي لليزر	تطبيقات الليزر
صبغ	سائل	400 – 1000 نانومتر	يستخدم في التحليل الطيفي وطب الليزر.
الجاليوم	أشباه موصلات	410 نانومتر	قراءة وتسجيل القرص البصري “بلو راي”.
نتروجين	غاز	337 نانومتر	ضخ الليزر الصبغي وقياس تلوث الهواء.
الأرجون أيون	غاز	488 نانومتر	يستخدم في الفحص المجهري، والعلاج الضوئي لشبكية العين، والطباعة الحجرية.
HeNe	غاز	632.8 نانومتر	يستخدم في التصوير المجسم، ومسح الباركود، وحساب التداخل.
AlGaAs	أشباه موصلات	630 – 900 نانومتر	تسجيل القرص البصري (CD, DVD)، ومؤشرات الليزر، وضخ ليزر الحالة الصلبة، والتشغيل الآلي.
Ti	الحالة الصلبة	650 – 1100 نانومتر	تحويل التردد غير الخطي، الفحص المجهري متعدد الفوتونات.
Yb: YAG	الحالة الصلبة	1030 نانومتر	معالجة المواد، التبريد البصري، LIDAR.
Nd: YAG	الحالة الصلبة	1060 نانومتر	تحديد المدى، الجراحة، إزالة الوشم والشعر، ضخ ليزر الحالة الصلبة الأخرى.
Yb-glass	ألياف	1030 نانومتر	معالجة المواد، وأبحاث النبضات فائقة القصر، وLIDAR.
Er-glass	ألياف	1530-1560 نانومتر	مكبرات الصوت الضوئية للاتصالات.