ليزر الصلب

الجــــزء الأول ......
وهو عبارة عن مقدمه بسيطه عن ليزر المواد الصلبه بالاضافه الى شرح مفصل عن واحد من اهم انواع ليزر المواد الصلبه وهو ليزر الياقوت

وفى الجزء القادم ان شاء الله سوف نتحدث عن نوعين اخرين من اشهر انواع ليزر المواد الصلبه وهما ليزر النودميوم ياج وليزر النودميوم جلاس

اما عن المراجع التى اعتمد عليها فهى :

1) كتاب Laser Fundamentals وهو كتاب مشهور جدا ومن اهم المراجع لاى شخص يدرس الليزر

2) كتاب اخرى يسمى Lasers

3) بعض المقالات التى باللغه الانجليزيه والتى تتحدث عن ليزر المواد الصلبه


========= ================ ===========


الجزء الاول

والذى يتناول مقدمه عن ليزر المواد الصلبه وشرح تفصيلى يزر الياقوت

مقدمه:

ليزر المواد الصلبه هو ليزر تكون فيه الماده الفعاله Gain Medium عباره عن ماده صلبه Solid . بدلا من سائل مثل ليزر الاصباغ Dye Lasers او غاز مثل ليزر الغازات Gas Lasers . وبصفه عامه ليزر أشباه الموصلات تعتبر نوع مستقل من ليزر المواد الصلبه.


الوسط الصلب Solid-State Media


بصفة عامه الماده الفعاله فى حاله ليزر المواد الصلبه تتكون من زجاج او ماده بلوريه مضيفه Crystalline Host Material والتى تطعم بايونات مثل ايونات النودميوم ND او الكروم CR او الاربيوم ER او ايونات اخرى. ومعظم المواد التى يتم تطعيم البلورات بها مواد من عناصر ارضيه نادره .

يوجد المئات من الاوساط الصلبه والتى يمكن الحصول من خلالها على الليزر. ولكن نسبيا القليل من هذه الانواع يستخدم على نطاق واسع. ومن اشهر هذه الانواع النودميوم المطعم فى بلوره من الياج Nd-Yag Laser و النودميوم المطعم فى بلوره من الزجاج Nd-Glass Laser وأيضا ليزر الياقوت Ruby Laser .


ومن اوائل المواد التى استخدمت الياقوت Ruby . ليزر الياقوت مازال يستخدم حتى الان ولكنه ليس شائع جدا .



- الضخ Pumping

ليزر المواد الصلبه يتم عادة الضخ فيها باستخدام الضخ الضوئى Optical Pumping وذلك عن طريق استخدام Flash lamp او مصباح حلقى Arc Lamp ومن الممكن ان تتم عملية الضخ ولاثاره باستخدام ليزر الدايودDiode Laser .

الانواع من ليزر المواد الصلبه التى يتم الضخ فيها باستخدام ليزر الدايود تكون اكثر كفاءه واكثر شيوعا فى الاستخدام.



- تطبيقات ليزر المواد الصلبه Applications


الانواع المختلفه من ليزر المواد الصلبه لها تطبيقات عديده مثل استخدامها فى التصوير المجسم وازالة الوشم المرسوم على الجلد وبعض انواع من ليزر المواد الصلبه لها بعض التطبيقات الطبيه

(1 ) ليزر الياقوت Ruby Laser

وصف عام General De******ion


ليزر الياقوت هو اول انواع الليزر وهو يعمل فى النظام النبضى Pulsed Modeعند طول موجى 694.3nm وله خط اتساع طيفى emission line width 0.53 .القضيب فى ليزر الياقوت يتكون من بلوره من Al2O3 مطعمه بايونات الكروم Cr+3 بتركيز يصل الى 0.05% بالنسبه لوزن ايونات الكروم.تتم عملية الضخ فى ليزر الياقوت عن طريق Flash Lamp .وليز الياقوت ثلاثى النظام Three Level Systemوسوف نقوم بشرح ذلك لاحقا فى طريقة الاثاره Mechanism of Excitation . بلورة الياقوت بلوره صلبه ومتينه ولها توصيليه حراريه جيده وهى ايضا مستقره كميائيا.بلورات ليزر الياقوت – التى منها نكون قضبان الليزر_ من الممكن تخليقها بجوده ضوئيه عاليه جدا.

http://photos-g.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1342670_9539.jpg


بناء وتركيب الليزر Laser Structure

القضيب من ليزر الياقوت من الممكن ان يكون له قطر يصل الى 25mm وطوله من الممكن ان يصل الى 0.2m . القضبان عادة ماتوضع مابين فجوه ثنائيه بالاضافه الى Flash Lamp التى هى مصدر الاثاره.يوجد مراتين فى نهايتى القضيب وهما عادة ما يكونوا مستويتين أو مقعرتين قليلا. المراه الخلفيه ذو انعكاسيه عاليه والمراه الاخرى التى يخرج منها الليزر شبه منفذه .ليزر الياقوت من الممكن ان يعمل فى وجود مكبر متذبذب Oscillator-amplifier .وفى هذه الحاله الشعاع الذى يدخل الى المكبر يجب ان تكون شدته مساويه او اعلى من قيمة شدة التشبع Saturation Intensity لكى يتسطيع استخلاص الطاقه من المكبر. بسبب كثافة الضخ العاليه المتطلبه فى هذا النوع من الليزر نستخدم الماء فى منطقة الضخ لكى نخفض درجة الحراره على قضيب الليزر.

http://photos-b.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1342665_8786.jpg

-طريقة الاثارة Excitation Mechanism

http://photos-c.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1342666_9017.jpg

هذا النظام هو نظام ثلاثى كما ذكرنا سابقا Three Level System وتحدث الانتقالات الليزريه Lasing Transitions مابين المستويين E1 وE2 .

تتم اثارة ايونات الكروم Cr+3 باستخدام نبضات من الضوء الناتجه عن Flash Lamp والتى عادة ماتكون من Xenon .

ايونات الكروم تمتص الطول الموجى للضوء فى حدود( ( 500-600 نانومتر . وكنتيجه لذلك الايونات تنتقل الى مستوى الاثاره E3 .

من هذا المستوى الايونات تنتقل الى مستوى الطاقه شبه المستقر E2 وتكون انتقالات غير مشعه non-radiative transition . الطاقه المنبعثه من هذه الانتقالات تتحول الى حراره التى يجب ان يتم ازالتها من النظام وذلك يتم باستخدام الماء كما ذكرنا سابقا فى الجزء الخاص بتركيب الجهاز.

فترة عمر المستوى شبه المستقر( E2(****stable Level تكون تقريبا .5msec




ليزر الياقوت له مستوى امتصاص اخر والذى يستخدم ايضا للضخ ويكون فى حدود ( (350-450 نانومتر .

من الصعب ان يعمل ليزر الياقوت فى النظام المستمر Continuous Mode لانه نظام ثلاثى وعلى الرغم من ذلك فى عام 1962 وباستخدام ضخ شديد ومركز وباستخدام مصباح حلقى Arc Lamp
تم بناء ليزر الياقوت يعمل فى Continuous Mode .



- الجدول التالى يوضح اهم العوامل الثابته فى ليزر الياقوت مثل الطول الموجى لليزر الياقوت وفترة عمر مستوى الاثاره الاعلى وطاقة الليزر الخارج ودرجة الحراره التى يعمل عندها الى اخره من التفاصيل الهامه ……….


http://photos-e.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1342668_9257.jpg

- تطبيقات ليزر الياقوت Applications

- ليزر الياقوت من الممكن استخدامه فى التصوير الضوئى Optical Holography وذلك نظرا للطاقه العليه للنبضات الناتجه منه.
- من الممكن ايضا استخدامه فى قياس خواص البلازما مثل كثافة الاليكترونات ودرجة الحراره.
- ويستخدم ايضا فى ازالة الوشم المرسوم على الجلد.

المراجع:
1) كتاب Laser Fundamentals
2) كتاب Lasers
3) بعض المقالات التى باللغه الانجليزيه عن ليزر المواد الصلبه.



للحصول على نسخه اليكترونيه من الشرح السابق على هيئة ملف بى دى اف PDF

http://photos-c.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1343354_7432.jpg

http://www.herosh.com/up/73952/774809076.pdf (http://www.herosh.com/up/73952/774809076.pdf)

أنتهـــــى الجـزء الأول


http://up.qatarw.com/u/files/ij1cp7cr8d1sfbbi2h4w.gif

ام يوسف
03-19-2009, 02:36 AM

http://hazemsakeek.com/vb/images/icons/a6.gif سلسلة ليزر المواد الصلبه-الجزء الثانى-

ٍSolid State Laser Series

كنا قد تحدثنا فى الجزء الاول عن ليزر المواد الصلبه بصفة عامه وتطرقنا للحديث عن واحد من اهم انواع ليزر المواد الصلبه وهو ليزر الياقوت Ruby Laser وفى الجزء الثانى سوف نتحدث ان شاء الله عن نوعين اخرين من اهم انواع ليزر المواد الصلبه وهما:

ليزر النودميوم ياج ND_YAG Laser )) وليزر النودميوم جلاس( ND_Glass) :


وصف عام General De******ion

نطعم بلورات فى الحاله الصلبه بايونات من النودميوم Nd وفى هذين النوعين تكون الماده المستضيفه لايونات النودميوم هى( garnate aluminum yttrium ( والتى تسمى اختصارا (YAG) وذلك فى حالة Nd-Yag والبلوره الاخرى هى بلورة الزجاج وذلك فى حالة Nd-Glass .

بلورة Nd-YAG تنتج ليزر تكون طاقته الابتدائيه فى حدود 1.064 ميكرومتر وعندما نطعم ايونات Nd فى بلوره من الزجاج ينتج الليزر عند طول موجى يتراوح من 1.054 الى 1.062 ميكرومتر وذلك يعتمد على نوع الزجاج المستخدم.

ليزر النودميوم رباعى مستويات الطاقه Four Level System ولذلك يمتلط طاقه حرجه اقل من ليزر الياقوت. فترة العمر لمستوى الطاقع الاعلى Upper Laser Level كبيره نسبيا (230 ميكروثانيه ل Nd-YAG و 320ميكرو ثانيه فى حالة ND-Glass )


فى هذين النوعين من الليزر عملية الضخ Pumping من الممكن ان تتم باستخدام مصباح عالى التوهج Flash Lamp ويصنف هذا الضخ على انه ضخ ضوئى او استخدام ليزر الدايود كمصدر للضخ . استخدام ليزر الدايود كمصدر للضخ يعتبر من احدث التجديدات التى تم استحداثها فى Nd Lasers . بلورة Nd-YAG لها خواص ضوئيه جيده وتوصيليه حراريه عاليه ومما يمكنها ان تعمل فى النظام النبضى Pulsed Mode . حجم البلوره محدد وقد يصل طولها تقريبا الى 0.1 متر وقطرها الى 12 ملى متر . مما يؤدى الى تحديد طاقة وقوة الليزر الخارج. تركيز ايونات النودميوم يصل الى 0.725% بالنسبه للوزن .

فى حالة Nd-Glass الماده الفعاله يكون طولها وحجمها كبير . وطول القضيب من الماده الفعاله فى هذه الحاله قد يصل الى 2 متر وقطرها يصل الى 0.075 متر . ليزر Nd-Glass له توصيليه حراريه ضعيفه جدا على عكس ليزر ND-Yag .
فى حالة ليزر Nd-Glass نستخدم مكبرات ضوئيه Amplifiers لتكبير طاقة الليزر الخارج .



تركيب الجهاز Laser Structure


كما ذكرنا سابقا فان عملية الضخ فى ND-Lasers سواء كان Nd-Yag او ND-Glass من الممكن ان تتم باستخدام Flash Lamp او باستخدام ليزر الدايود. وتركيب الليزر من الممكن تقسيمه الى

Flash lamps pumped Nd-Yag Lasers -التى من الممكن ان يعمل الليزر فى النظام المتصل CW او النظام النبضى Pulsed mode
- Diode pumped Nd-Yag Lasers
- Nd-Glass Amplifiers
====== ========= ============
Flash Lamps Pumped Nd-YAG Lasers

- الشكل رقم (1) ليزر نودميوم ياج وعملية الضخ فى هذه الحاله تتم باستخدام Flash Lamps

http://photos-f.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361533_2161.jpg

هذا النوع من الليزر يعتبر اكثر انواع الليزر افادة وهو موضح بالرسم فى الشكل رقم( 1) . عملية الضخ تتم باستخدام مصابحين عاليين التوهج ويتم تركيز طاقتهما على قضيب الليزر ويوجد عاكسين فى نهايتى طرفى القضيب.

http://photos-g.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361534_2397.jpg

- شكل رقم(2) يوضح ليزر نودميوم ياج تتم عملية الضخ فيه باستتخدام flash lamps


========== =========== ===========

Diode pumped Nd-Yag Lasers

فى هذه الحاله كما هو موضح من العنوان تتم عملية الاثاره باستخدام ليزر الدايود. الليزر الذى يخرج فى هذه الحاله يكون فى المنطقه الخضراء مما يتوجب علينا مضاعفة التردد حتى تصل طاقة الليزر الخارج الى 0.53 ميكرومتر. ونقوم بعمل فجوه Cavity كما هو موضح فى الشكل رقم (3)

http://photos-h.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361535_2630.jpg
الشكل رقم (3) ليزر النودميوم ياج وتتم عملية الضخ باستخدام ليزر الدايود

وفى هذه الحاله ينتج ليزر طاقته اعلى من 10 ملى وات .

http://photos-c.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361610_4734.jpg
-الشكل رقم (4) يوضح رسم تفصيلى ل Nd-YAG Laser وعملية الضخ تتم باستخدام ليزر الدايود.

========= ========== ==========

Nd-Glass Amplifiers

مواد Nd-Glass ليزر مبدئيا تستخدم كمبرات فى الليزرات النبضيه الكبيره. كل شعاع ضوئى يمر تقريبا على حوالى 20 مرحله من التكبير ونستخدم 3-5 مصابيح متوهجه على الطرفين وسوف نوضح ذلك فى الشكل التالى:
http://photos-a.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361536_2770.jpg
الشكل رقم (5) laser amplifier slabs and flash lamps


كل شعاع ليزر داخل تكون له طاقه تقدر تقريبيا 100 نانوجول وتكون طاقته النهائيه عندما يخرج اى بعد حدوث عمليات التكبير تصل الى 10 كيلوجول لكل نبضه وتكون زمن النبضه فى حدود 1-2 نانو ثانيه.
فى النهايه كل مسار للشعاع beam Line ينتج طاقه تقدر بحوالى 15 كيلوجول ويكون زمن النبضه 3.5 نانو ثانيه .




http://up.qatarw.com/u/files/ij1cp7cr8d1sfbbi2h4w.gif



ام يوسف
03-19-2009, 02:41 AM

طريقة الاثاره Excitation mechanism

شرح طريقة الاثاره فى حاله " Nd-YAG Laser "

http://photos-c.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361538_2975.jpg
الشكل رقم (6) مستويات الطاقه فى ليزر النودميوم ياج Nd-YAG Laser

- كما هو موضح فى الشكل فان ليزر النودميوم ياج رباعى النظام Foul Level System على عكس ليزر الياقوت والذى كان Three Level System .

- ايونات Nd لها مستووين امتصاص وعملية الضخ لكى تثار الذرات تتم باستخدام المصباح Flash lamp وتتم اثارة الذرات التى فى المستوى الارضى وتنتقل الى المستووين E3 او E4

- بعد ذلك يحدث انبعاث مستحث بين Upper laser level و Lower laser level وينتج الليزر من هذين المستويين كما هو موضح فى الشكل رقم (4) ويكون ذلك عند طول موجى (1.06) ميكرومتر .

ثم يحدث انتقال غير مشع non-radiative من lower laser level الى المستوى الارضى مرة اخرى وتتم اثارة الذرات التى فى المستوى الارضى مرة اخرى وتتكر هذه العمليه مرات متتاليه وتعتبر هذه هى الية انتاج ليزر النودميوم ياج مع شرح تفصيلى لمستويات الطاقه والية الاثاره .


شرح طريقة الاثاره فى حالة " Nd-Glass Laser"

طريقة الاثاره فى هذا النوع من الليزر مماثله تماما لطريقة الاثاره فى حالة Nd-YAG Laser ولكن الاختلاف يكون فى الطول الموجى الذى ينتج عنده الليزر ويكون عند طول موجى 1.054 ميكرومتر.

الجدول التالى يتضمن اهم خصائص Nd-YAG Laser and Nd-Glass Laser . (ينصح بالاطلاع عليه)

http://photos-d.ak.fbcdn.net/photos-ak-snc1/v2055/97/34/717109562/n717109562_1361611_4983.jpg


التطبيقات Applications

هذا النوع من ليزر المواد الصلبه له العديد من التطبيقات المتنوعه ومنها
الذى يستخدم فى العمليات على المواد (Material Processing) مثل الحفر drilling و اللحام Welding والتعليم على المواد (اى الكتابه على المواد وحفر الاشكال عليها باستخدام الليزر) Laser Marking . وذلك بسبب امكان تركيز هذا النوع الى نقطه صغيره جدا Very Small Spot .

- وتستخدم ايضا فى صناعة الدوائر الكهربيه Circuits
-وبالاضافه الى ذلك فهذا النوع من الليزر له تطبيقات طبيه ايضا ونذكر منها على سبيل المثال استخدامه فى عمليات المراره gallbladder ويستخدم فى العديد من العمليات الاخرى.


- والنودميوم ليزر بكل انواعها لها ايضا تطبيقات عسكريه ومنها على سبيل المثال استخدامه فى جهاز تحديد اماكن الاهداف العسكريه Range- Finding .

- وتستخدم ايضا فى انتاج البلازما .


- مراجع References

Laser Fundamentals .1
2. Solid State Lasers And Applications

وبذلك نكون قد انتهينا من الجزء الثانى من هذه السلسله

للحصول على نسخه من هذا الشرح على هيئة ملف PDF

http://www.herosh.com/up/73952/224929787.pdf (http://www.herosh.com/up/73952/224929787.pdf)

====== ========= =========
انتهى الجزء الثانى من هذه السلسه الى اللقاء مع الجزء الثالث ان شاء الله والذى سوف نتحدث فيه عن نوعين اخرين من اهم انواع ليزر المواد الصلبه.

ملحــوظـه : المــوضــوع منقــول

مــــع تمنيــاتــــى للجميــــــع بالنجـاح والتـوفيــق
http://www.yesmeenah.com/smiles/smiles/48/1%20(104).gifhttp://www.yesmeenah.com/smiles/smiles/48/1%20(104).gifhttp://www.yesmeenah.com/smiles/smiles/48/1%20(104).gif



vBulletin v3.8.4, Copyright 2000-2009, Jelsoft Enterprises Ltd by Support-ar.com

معلومات فيمه

بارك الله بسعيكم