Lazer Türleri 101: Lazer Sınıflandırmaları Kılavuzunuz

Lazerler, tipik olarak aktif ortam, uyarma yöntemi, çıkış modu ve dalga boyu aralığına göre çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir.

Aktif ortama göre sınıflandırma, lazerleri katı hal, gaz, sıvı ve yarı iletken lazerler olarak ayırır.

Ayrıca, lazerler çıkışlarına göre sürekli dalga veya darbeli olarak kategorize edilebilir.

(1) Katı Hal Lazerleri

Katı hal lazerleri yakut, neodimyum cam ve itriyum alüminyum garnet (YAG) gibi malzemeler kullanır; burada az miktarda iyon ana kristal veya cama eşit şekilde katkılanır. Aktif iyonlar olarak bilinen katkılı iyonlar lazer emisyonlarından sorumludur. Krom gibi geçiş metal iyonları (Cr³⁺) ve neodimyum gibi nadir toprak metal iyonları (Nd³⁺) ve erbiyum aktif iyonlar olarak hizmet edebilir.

Bu lazerler tipik olarak ksenon flaş lambaları gibi yaygın darbeli ışık kaynakları ve kripton ark lambaları, iyot tungsten lambaları ve potasyum rubidyum lambaları gibi sürekli kaynaklarla ışıkla uyarılır. Küçük, uzun ömürlü lazerlerde uyarma kaynağı olarak ışık yayan diyotlar veya güneş ışığı kullanılabilir. Bazı yeni katı hal lazerleri de diğer lazerler tarafından uyarılır.

Katı hal lazerleri kompakt boyut, sağlamlık, kullanım kolaylığı ve yüksek çıkış gücüne sahiptir. Sürekli güçleri 100W'ı aşabilirken, darbe tepe gücü 10W'a kadar ulaşabilir.⁹W. Bununla birlikte, aktif ortamın karmaşık hazırlanması nedeniyle pahalı olma eğilimindedirler.

(2) Gaz Lazerler

Gaz lazerler, aktif iyonlar üretmek için tipik olarak bir deşarj tüpü içinde bulunan aktif ortam olarak gazları veya metal buharlarını kullanır. Başlıca uyarma yöntemleri arasında elektriksel, aerodinamik, fotonik ve kimyasal olup en yaygın olanı elektrikseldir.

Uygun deşarj koşulları altında, gaz parçacıkları seçici olarak daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılır, bu ve daha düşük bir enerji seviyesi arasında parçacık sayısının tersine çevrilmesini sağlayarak uyarılmış emisyon geçişlerine yol açar. Gaz lazerleri atomik, iyonik, moleküler veya excimer olabilir.

Moleküler gaz lazerleri genellikle CO₂ ortam olarak, ağırlıklı olarak kızılötesi dalga boyları yayan, yüksek termal etkileri nedeniyle yaygın olarak lazer kesimtıbbi uygulamalar ve mekanik işlemenin yanı sıra menzil ve iletişim için de kullanılır. Excimer lazerler ultraviyole aralığında yayılır ve ince işleme, fotolitografi ve tıpta kullanılır.

Gaz lazerler basit yapıları, düşük maliyetleri, rahatlıkları, iyi ışın kaliteleri ve uzun süreler boyunca sürekli ve istikrarlı bir şekilde çalışabilmeleri ile karakterize edilirler. En çeşitli ve en yaygın kullanılan lazer türüdür.

(3) Sıvı Lazerler

Boya lazerleri olarak da bilinen sıvı lazerler, etanol, aseton veya su gibi çözücülerde çözünmüş aktif ortam olarak organik boyalar kullanır, ancak buhar formunda da çalışabilir. Yaygın organik boyalar arasında görünür aralıkta farklı lazer dalga boylarının üretilmesini sağlayan rodamin, kumarin ve ftalosiyanin bulunur. Sıvı lazerler genellikle lazerler ya da flaş lambaları tarafından optik olarak pompalanır.

Dalga boyu kapsamları ultraviyoleden kızılötesine (321nm ila 1.168μm) kadar değişir ve frekans ikiye katlama teknikleri kullanılarak vakum ultraviyole aralığına genişletilebilir. Sıvı lazerlerin avantajları arasında geniş bir aralıkta ayarlanabilir sürekli çıkış yer alır ve öncelikle lazer spektroskopisi, fotokimya, izotop ayırma ve fotobiyoloji gibi bilimsel araştırma ve tıpta kullanılır.

(4) Yarı İletken Lazerler

Lazer diyotlar olarak da bilinen yarı iletken lazerler, aktif ortam olarak yarı iletken malzemeleri kullanır. Yapısal farklılıklar nedeniyle, lazer üretim süreci çeşitli yarı iletken malzeme türleri için oldukça benzersizdir. Yaygın aktif malzemeler arasında galyum arsenit (GaAs), kadmiyum sülfit (CdS), indiyum fosfit (InP) ve çinko sülfit (ZnS) bulunur.

Üç ana uyarma yöntemi vardır: elektrik enjeksiyonu, elektron ışını uyarımı ve optik pompalama. Yarı iletken lazerler homojonksiyon, tek heterojonksiyon ve çift heterojonksiyon tipleri olarak kategorize edilir. Homojonksiyon ve tek heterojonksiyon lazerler genellikle oda sıcaklığında darbeli cihazlar olarak çalışırken, çift heterojonksiyon lazerler oda sıcaklığında sürekli olarak çalışabilir.

Yarı iletken lazerler kompakttır, uzun ömürlüdür ve basit bir akım enjeksiyonuyla kolayca pompalanabilir. Çalışma voltajları ve akımları entegre devrelerle uyumludur ve monolitik entegrasyona olanak sağlar. Ayrıca, yüksek hızlı lazer çıkışı için 50-100 GHz'e kadar frekanslarda doğrudan modüle edilebilirler.

Bu avantajları sayesinde yarı iletken lazerler lazer iletişimi, optik depolama, optik jiroskoplar, lazer baskı, menzil bulma ve radar uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

(5) Fiber Lazerler

Fiber lazerler aktif ortam olarak nadir toprak katkılı fiber içeren bir tür katı hal lazeridir. Bir fiber lazerin pompa kaynağı bir veya daha fazla yüksek güçlü lazer diyot dizisinden oluşur. Yayılan pompa ışığı, özel bir pompalama yapısı aracılığıyla nadir toprak katkılı fibere bağlanır. Pompa dalga boyundaki fotonlar katkılı fiber ortam tarafından emilir ve uyarılmış emisyona yol açan bir popülasyon inversiyonu yaratır.

Yayılan ışık dalgaları rezonatör aynaları tarafından yansıtılır ve lazer çıkışı üretmek için salınır. Fiber lazerler yüksek bağlantı verimliliğine sahiptir, yüksek güç yoğunluğuna kolayca ulaşabilir ve büyük soğutma sistemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak mükemmel ısı dağılımına sahiptir. Yüksek dönüşüm verimliliğine, düşük eşiklere, üstün ışın kalitesine ve dar çizgi genişliklerine sahiptirler.

Ek olarak, fiber lazerler optik lens içermeyen bir rezonatör boşluğuna sahiptir, bu da bakım gerektirmeyen çalışma, yüksek stabilite ve 100.000 saati aşan son derece uzun hizmet ömrü sağlar. Sonuç olarak, fiber lazerler kesme, işaretleme ve kaynak gibi endüstriyel uygulamalarda yavaş yavaş diğer lazer türlerinin yerini almaktadır.