الرئيسية
استخدامات ديود الليزر
1- الألياف البصرية :
يستخدم ديود الليزر في العديد من الصناعات و الأجهزة التي نستخدمها كل يوم و خاصة في مجال الإتصالات باستخدام الألياف البصرية التي يدخل ديود الليزر في تصاميمها كمنبع للضوء من طرف يوصل الليف ضوءه إلى مستقبل واقع على الطرف الثاني.
و لكن ما هي العوامل التي تؤثر على عمل الديود و التي يجب مراعاتها عند الإستخام في الألياف البصرية ؟
1- طول الموجة الأصغري
و نعني بذلك طول الموجة الذي يشع عنده الديود أقصى طاقة ممكنة أي أنه يعمل بطاقته القصوى فيجب الإنتباه إلى مقدار الضياعات الضوئية في الليف و لزوجة الليف و التي تسبب خسارة في في الشدة الضوئية و بالتالي اختيار النوع الأنسب من ديودات الليزر لاستخدامه.
2- عرض طيف الإصدار
عند دراسة ديود الليزر بشكل نظري و على اعتبار أنه مثالي فإن هذه الدراسة تظهر أن ديود الليزر يصدر ضوءا وحيد طول الموجة ( طول الموجة الأصغري) غالبا، و لكن في المجال العملي يلاحظ أن الضوء الصادر لا يكون وحيدا و إنما يتألف من عدة أطوال موجة تزيد و تنقص قليلا عن طول الموجة الأصغري و هذا المجال الذي تتوضع فيه أطوال الموجة يدعى بعرض طيف الإصدار للمنبع.
3- نموذج الإصدار للديود
يؤثر نموذج الإصدار لديود الليزر على كمية الضوء الذي يمكن تجميعه في الليف البصرية و بالتالي إرساله عبره مما يؤثر على مدى الإرسال و دقته و للحصول على أفضل النتائج يجب أن يكون نصف قطر المساحة المضاءة بالليزر مساوية لنصف قطر نواة الليف البصري و الشكل التالي يوضح نموذج الإصدار لديود الليزر و الذي من الممكن أن يعدل و يقوم لأداء أفضل عن طريق إضافة بعض العدسات المقومة في طريق الشعاع لمحرقته في مساحة صغيرة.
4- القدرة الضوئية
يتم الحصول على أفضل النتائج نتيجة لاستخدام ديود الليزر عندما نتمكن من تجميع أكبر كمية ممكنة من الضوء و دفعها خلال الليف البصري و بالتالي تكون استطاعة الخرج للديود كافية لجعل الحساس الضوئي في الطرف الآخر من الليف يتحسس للشعاع المنقول مع مراعاة ليونة الليف و الطياعات في مناطق الإتصال و الممانعات الأخرى التي تؤثر على الشعاع في الليف، و بالرغم من هذه العوامل كلها تبقى ديودات الليزر آقوى من الليدات العادية و بالتالي استخدامها في الألياف البصرية أكثر فاعلية بكثير.
5- السرعـــــــــــة
و نعني بالسرعة سرعة الإطفاء و الإشعال لديود الليزر و التي يجب أن تستطيع مجاراة عرض حزمة المعلومات التي ينقلها النظام و تتعلق السرعة بالزمن الذي يحتاجه الديود للإنتقال من 10% إلى 90% من الإستطاعة العظمى له، و مرة أخرى نجد أن ديود الليزر يتفوق على الليد في هذه العلمية ( السرعة).
6- الخطيـــــــــــــــة
تعتبر الخطية من الخصائص المهمة الواجب مراعاتها عند استعمال ديودات الليزر في الإتصالات و الملاحظ أن الخطية تمثل علاقة تيار الدخل ( التيار الأمامي ) باستطاعة الخرج للديود و هي تتعلق أيضا بدرجة الحرارة.
عند تصميم نظام رقمي للإتصالات باستخدام الألياف الضوئية فلا تعطى خطية العناصر أهيمة تذكر أما في التطبيقات التشابهية التي تعتمد على ديودات الليرز فيجب الإنتباه إلى خطية العناصر لأن عدم الخطية أو ضعفها يؤدي إلى عدم وصول المعلومات بشكل ملائم إلى الطرف الآخر من الليف.
7- الحــــــــــــــــرارة
تتأثر ديودات الليزر كغيرها من العناصر الإلكترونية بالحرارة حيث تتغير عتبة الإصدار و هي قيمة التيار التي يبدأ عندها الديود بإصدار إشعاع الليزر، فند تغير درجة الحرارة يمكن أن تحدث عدة عوامل منها :
- تغير عتبة التيار: حيث كلما انخفضت درجة الحرارة كلما انخفضت عتبة التيار.
- تغير ميل منحني الكفاءة : و الذي هو نفس المنحني السابق و الذي يعبر عن تغير الإستطاعة مع تغير شدة التيار، حيث يقل هذا الميل كلما ارتفعت درجة الحرارة .
و لهذا يتطلب الليزر الحفاظ على تيار العتبة عند قيمة معينة و يتم ذلك باستخدام ديود مستقبل للضوء حيث يعمل التيار المتولد عنه على تأمين تغذية عكسية لديود الليزر و بالتالي الحفاظ على عتبة الإصدار عند قيمة معينة عن طريق التحكم بالتيار الأمامي للديود.
يبين الشكل أدناه علاقة الإستطاعةالضوئية الصادرة بالتيار الأمامي للديود
ن الخطية في ديود الليزر من اللميزات التي تجعله أفضل من الليد العادي في التطبيقات التشابهية حيث نلاحظ أن منحني الكفاءة ( الإستطاعة الضوئية بالنسبة للتيار) يصبح ذو ميل أقل كلما ازداد التيار الأمامي للديود و بالتالي يفقد الليد خطيته و لذلك فهو لا يصلح لتطبيقات التشابهية و يبين الشكلان التاليان مقارنة بين منحني إصدار الليد و منحني إصدار ديود الليزر:
2- قارئات الأقراص المضغوطة CD و أقراص العالية الدقة المستخدمة في الأفلام DVD :
حيث تستخدم ديودات ليزر تصدر أشعة قريبة من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يقارب 780nm و باستطاعة قدرها 5mw إلا أن هذه الأشعة يمكن رؤيتها بالعين المجردة حيث تبدو على شكل بقعة حمراء اللون يمكن ملاحظها على ورقة بيضاء في غرفة معتمة و ذلك لتفادي النظر المباشر إلى الشعاع الذي يؤدي إلى تلف شبكية العين و بالتالي قد يسبب العمى على المدى الطويل.
و يلاحظ أن السواقات الليزرية التي تستطيع التسجيل على الأقراص تحتوي على رأسين ( كل منهما يحتوي على ديود ليزر) أحدهما للقراءة و الآخر للكتابة و الملاحظ أن استطاعة رأس الكتابة أكبر من استطاعة رأس القراءة لكي يتمكن من نزع طبقة الدهان الموجودة مسبقا على إحدى طبقات القرص.
و على الرغم من استطاعة و دقة شعاع الليزر الغازي أكبر من استطاعة و دقة ديود الليزر إلا أن هذا الأخير هو المستخدم في السواقات الليزرية لصغر حجمه و سرعة استجابته و هو ما يهم كثيرا في عملية القراءة و الكتابة حيث يحمل هذا الأخير على ألية ميكانيكة و عند دوران القرص ( باستخدام محرك خطوي) تقوم دارة السواقة بتشغيل و إطفاء الليزر للقيام بعملية الكتابة .
أما عملية القراءة فتتم بشكل مشابه كما يلي:
حيث يوجد في السواقة نظام الليزر و العدسات ومهمته قراءة النتوءات الموجودة على القرص و تتم هذه العملية بتحريك شعاع الليزر على المسار الحلزوني بينما يدور القرص و تكون آلية التحريك قادرة على تحريك الشعاع بمقدار جزء من المكرون، و عندما يتم مرور الشعاع خلال طبقة البولي كربونات و ينعكس هذا الشعاع و يصطدم بجهاز الكتروبصري يمكنه اكتشاف التغيرات في الضوء، فالنتوءات تعكس الضوء بشكل مختلف عن باقي السطح و يقوم الحساس الإلكتروبصري بالتعرف على التغير في العاكسية و من ثم يقوم يقوم جزء الكتروني ضمن الجهاز بالتعامل مع هذه التغيرات في العاكسية و تحويلها إلى بيانات و معلومات.
و الشكل التالي يبين بينة السواقة الليزرية التي تحتوي على ديود الليزر :
3- الطابعات الليزرية
التي تستخدم ديود ليزر ذو طاقة عالية نسبيا لتقوم بعملية تشريد أو شحن للورق ومن ثم تمر الورقة بالعملية التالية ألا و هي نفث الحبر المشحون أصلا و هو عبارة عن حبر خاص غير سائل و إنما على شكل بودرة ذات جزئيات دقيقة جدا تكون شحنتها معاكسة لشحنة الورق و بالتالي يحدث جذب بينهما، و لعل استخدام الليزر ذو الدقة العالية و الذي يمكن التحكم بنصف قطر شعاعه يمكننا من الحصول على دقة طباعة عالية و و توفير في الحبر و الوقت لأنه لن يكون هناك الكثير من الحركة الميكانيكية كما في الطابعات النافثة للحبر و الطابعات النقطية و الجدير بالذكر أن أغلب الطابعات الليزرية تستخدم شعاع ليزر بطول موجة يتراوح بين 780nmو 650nm مما يعني أنه يجب تفادي فتح الطابعة عند العمل خوفا من إصابة الشعاع للعين و بالتالي تلف الشبكية.
نذكر أيضا من استخدامات ديود الليزر:
مؤشرات الليزر المستخدمة بكثرة هذه الأيام و الماسحات الضوئية و أجهزة الBAR CODE في المكتبات و محلات البيع .[/frame][/align][/align]
1- الألياف البصرية :
يستخدم ديود الليزر في العديد من الصناعات و الأجهزة التي نستخدمها كل يوم و خاصة في مجال الإتصالات باستخدام الألياف البصرية التي يدخل ديود الليزر في تصاميمها كمنبع للضوء من طرف يوصل الليف ضوءه إلى مستقبل واقع على الطرف الثاني.
و لكن ما هي العوامل التي تؤثر على عمل الديود و التي يجب مراعاتها عند الإستخام في الألياف البصرية ؟
1- طول الموجة الأصغري
و نعني بذلك طول الموجة الذي يشع عنده الديود أقصى طاقة ممكنة أي أنه يعمل بطاقته القصوى فيجب الإنتباه إلى مقدار الضياعات الضوئية في الليف و لزوجة الليف و التي تسبب خسارة في في الشدة الضوئية و بالتالي اختيار النوع الأنسب من ديودات الليزر لاستخدامه.
2- عرض طيف الإصدار
عند دراسة ديود الليزر بشكل نظري و على اعتبار أنه مثالي فإن هذه الدراسة تظهر أن ديود الليزر يصدر ضوءا وحيد طول الموجة ( طول الموجة الأصغري) غالبا، و لكن في المجال العملي يلاحظ أن الضوء الصادر لا يكون وحيدا و إنما يتألف من عدة أطوال موجة تزيد و تنقص قليلا عن طول الموجة الأصغري و هذا المجال الذي تتوضع فيه أطوال الموجة يدعى بعرض طيف الإصدار للمنبع.
3- نموذج الإصدار للديود
يؤثر نموذج الإصدار لديود الليزر على كمية الضوء الذي يمكن تجميعه في الليف البصرية و بالتالي إرساله عبره مما يؤثر على مدى الإرسال و دقته و للحصول على أفضل النتائج يجب أن يكون نصف قطر المساحة المضاءة بالليزر مساوية لنصف قطر نواة الليف البصري و الشكل التالي يوضح نموذج الإصدار لديود الليزر و الذي من الممكن أن يعدل و يقوم لأداء أفضل عن طريق إضافة بعض العدسات المقومة في طريق الشعاع لمحرقته في مساحة صغيرة.
4- القدرة الضوئية
يتم الحصول على أفضل النتائج نتيجة لاستخدام ديود الليزر عندما نتمكن من تجميع أكبر كمية ممكنة من الضوء و دفعها خلال الليف البصري و بالتالي تكون استطاعة الخرج للديود كافية لجعل الحساس الضوئي في الطرف الآخر من الليف يتحسس للشعاع المنقول مع مراعاة ليونة الليف و الطياعات في مناطق الإتصال و الممانعات الأخرى التي تؤثر على الشعاع في الليف، و بالرغم من هذه العوامل كلها تبقى ديودات الليزر آقوى من الليدات العادية و بالتالي استخدامها في الألياف البصرية أكثر فاعلية بكثير.
5- السرعـــــــــــة
و نعني بالسرعة سرعة الإطفاء و الإشعال لديود الليزر و التي يجب أن تستطيع مجاراة عرض حزمة المعلومات التي ينقلها النظام و تتعلق السرعة بالزمن الذي يحتاجه الديود للإنتقال من 10% إلى 90% من الإستطاعة العظمى له، و مرة أخرى نجد أن ديود الليزر يتفوق على الليد في هذه العلمية ( السرعة).
6- الخطيـــــــــــــــة
تعتبر الخطية من الخصائص المهمة الواجب مراعاتها عند استعمال ديودات الليزر في الإتصالات و الملاحظ أن الخطية تمثل علاقة تيار الدخل ( التيار الأمامي ) باستطاعة الخرج للديود و هي تتعلق أيضا بدرجة الحرارة.
عند تصميم نظام رقمي للإتصالات باستخدام الألياف الضوئية فلا تعطى خطية العناصر أهيمة تذكر أما في التطبيقات التشابهية التي تعتمد على ديودات الليرز فيجب الإنتباه إلى خطية العناصر لأن عدم الخطية أو ضعفها يؤدي إلى عدم وصول المعلومات بشكل ملائم إلى الطرف الآخر من الليف.
7- الحــــــــــــــــرارة
تتأثر ديودات الليزر كغيرها من العناصر الإلكترونية بالحرارة حيث تتغير عتبة الإصدار و هي قيمة التيار التي يبدأ عندها الديود بإصدار إشعاع الليزر، فند تغير درجة الحرارة يمكن أن تحدث عدة عوامل منها :
- تغير عتبة التيار: حيث كلما انخفضت درجة الحرارة كلما انخفضت عتبة التيار.
- تغير ميل منحني الكفاءة : و الذي هو نفس المنحني السابق و الذي يعبر عن تغير الإستطاعة مع تغير شدة التيار، حيث يقل هذا الميل كلما ارتفعت درجة الحرارة .
و لهذا يتطلب الليزر الحفاظ على تيار العتبة عند قيمة معينة و يتم ذلك باستخدام ديود مستقبل للضوء حيث يعمل التيار المتولد عنه على تأمين تغذية عكسية لديود الليزر و بالتالي الحفاظ على عتبة الإصدار عند قيمة معينة عن طريق التحكم بالتيار الأمامي للديود.
يبين الشكل أدناه علاقة الإستطاعةالضوئية الصادرة بالتيار الأمامي للديود
ن الخطية في ديود الليزر من اللميزات التي تجعله أفضل من الليد العادي في التطبيقات التشابهية حيث نلاحظ أن منحني الكفاءة ( الإستطاعة الضوئية بالنسبة للتيار) يصبح ذو ميل أقل كلما ازداد التيار الأمامي للديود و بالتالي يفقد الليد خطيته و لذلك فهو لا يصلح لتطبيقات التشابهية و يبين الشكلان التاليان مقارنة بين منحني إصدار الليد و منحني إصدار ديود الليزر:
2- قارئات الأقراص المضغوطة CD و أقراص العالية الدقة المستخدمة في الأفلام DVD :
حيث تستخدم ديودات ليزر تصدر أشعة قريبة من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يقارب 780nm و باستطاعة قدرها 5mw إلا أن هذه الأشعة يمكن رؤيتها بالعين المجردة حيث تبدو على شكل بقعة حمراء اللون يمكن ملاحظها على ورقة بيضاء في غرفة معتمة و ذلك لتفادي النظر المباشر إلى الشعاع الذي يؤدي إلى تلف شبكية العين و بالتالي قد يسبب العمى على المدى الطويل.
و يلاحظ أن السواقات الليزرية التي تستطيع التسجيل على الأقراص تحتوي على رأسين ( كل منهما يحتوي على ديود ليزر) أحدهما للقراءة و الآخر للكتابة و الملاحظ أن استطاعة رأس الكتابة أكبر من استطاعة رأس القراءة لكي يتمكن من نزع طبقة الدهان الموجودة مسبقا على إحدى طبقات القرص.
و على الرغم من استطاعة و دقة شعاع الليزر الغازي أكبر من استطاعة و دقة ديود الليزر إلا أن هذا الأخير هو المستخدم في السواقات الليزرية لصغر حجمه و سرعة استجابته و هو ما يهم كثيرا في عملية القراءة و الكتابة حيث يحمل هذا الأخير على ألية ميكانيكة و عند دوران القرص ( باستخدام محرك خطوي) تقوم دارة السواقة بتشغيل و إطفاء الليزر للقيام بعملية الكتابة .
أما عملية القراءة فتتم بشكل مشابه كما يلي:
حيث يوجد في السواقة نظام الليزر و العدسات ومهمته قراءة النتوءات الموجودة على القرص و تتم هذه العملية بتحريك شعاع الليزر على المسار الحلزوني بينما يدور القرص و تكون آلية التحريك قادرة على تحريك الشعاع بمقدار جزء من المكرون، و عندما يتم مرور الشعاع خلال طبقة البولي كربونات و ينعكس هذا الشعاع و يصطدم بجهاز الكتروبصري يمكنه اكتشاف التغيرات في الضوء، فالنتوءات تعكس الضوء بشكل مختلف عن باقي السطح و يقوم الحساس الإلكتروبصري بالتعرف على التغير في العاكسية و من ثم يقوم يقوم جزء الكتروني ضمن الجهاز بالتعامل مع هذه التغيرات في العاكسية و تحويلها إلى بيانات و معلومات.
و الشكل التالي يبين بينة السواقة الليزرية التي تحتوي على ديود الليزر :
3- الطابعات الليزرية
التي تستخدم ديود ليزر ذو طاقة عالية نسبيا لتقوم بعملية تشريد أو شحن للورق ومن ثم تمر الورقة بالعملية التالية ألا و هي نفث الحبر المشحون أصلا و هو عبارة عن حبر خاص غير سائل و إنما على شكل بودرة ذات جزئيات دقيقة جدا تكون شحنتها معاكسة لشحنة الورق و بالتالي يحدث جذب بينهما، و لعل استخدام الليزر ذو الدقة العالية و الذي يمكن التحكم بنصف قطر شعاعه يمكننا من الحصول على دقة طباعة عالية و و توفير في الحبر و الوقت لأنه لن يكون هناك الكثير من الحركة الميكانيكية كما في الطابعات النافثة للحبر و الطابعات النقطية و الجدير بالذكر أن أغلب الطابعات الليزرية تستخدم شعاع ليزر بطول موجة يتراوح بين 780nmو 650nm مما يعني أنه يجب تفادي فتح الطابعة عند العمل خوفا من إصابة الشعاع للعين و بالتالي تلف الشبكية.
نذكر أيضا من استخدامات ديود الليزر:
مؤشرات الليزر المستخدمة بكثرة هذه الأيام و الماسحات الضوئية و أجهزة الBAR CODE في المكتبات و محلات البيع .[/frame][/align][/align]
» رمضان مبارك
» اقتراح للادارة !!
» سلام خاص الى استاذي الغالي
» نظائر الكلور
» الصداقة الحقيقية
» الابتسامة وفوائدها
» العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور
» هل تعلم