نانو لیزر های ( امواج پیوسته یا CW ) ساختار و عملکرد _ CW Nano Laser

به طور معمول، پرتوی لیزر به صورت پیوسته از محفظه اپتیکیͺ نانو لیزر خارج میشود، قدرت خروج از نانو لیزرهای cw بازه گسترده ای دارد. نانو لیزرهای مایع و یونی نمونه هایی از لیزرهای پیوسته است . این بازه از میلی وات مانند نانو لیزر های ارتباطات اپتیکی چندین میکرو وات (۳تا ۵ میکرو وات) مانند نانو لیزر های مورد استفاده در صنایع نظامی را شامل میشود.

خروجی نانو لیزرهای cw نوعی نور است که با توجه به محیط فعال نانو لیزر در قسمت های مختلف طیف موج های الکترومغناطیسی قرار می گیرد.طول موج از مهم ترین ویژگی های موج می باشد که با انرژی رابطه معکوس دارد. بنابراین موج های مختلف را می توان به صورت طیف موج های الکترومعناطیسی نمایش داد.نور لیزرها را به دلیل داشتن موج یکسان نور خالص می گویند. امواج نور لیزر در یک زمان با هم گام بر می دارند و هم فاز هستند به این معنی که قله هر موج با قله موج دیگر یکسان است، به دلیل این ویژگی ها به نور لیزر همدوس می گویند.به دلیل یکسان بودن طول موج یا بسامد، نور لیزر در زمان عبور از منشور تجزیه نشده و به شکل باریکهی کوچکی خارج می شوند. (به همان صورت که داخل شده است) از ویژگی های دیگر نور لیزر جهت مندی آن است. نور لیزر اگر در محیط جذب نشود، می تواند فواصل زیادی را طی کند بدون آنکه در واگرایی آن تغییر زیادی ایجاد شود.درخشانی یا روشنایی نور لیزر میلیونها بار بزرگتر از چشمههای دیگر مثل خورشید است. علت این امر آن است که نور لیزر همدوس (تکفام) است و در یک جهت حرکت می کند. به دلیل این که می توان انرژی ورودی در لیزر را کنترل کرد و به این دلیل انرژی خروجی به دنبال آن نیز تغییر می کند به همین دلیل اگر برانگیختگی لیزر با پالس های کوچک اتفاق بیوفد، تولید لیزر با پالس های کوچک انجام می شود.موج ها دارای رنگ یکسانی هستند و به اصطلاح تک رنگ می باشند.

 نانو لیزرهای cw پرتویی از تابش الکترومغناطیسی هستند. پرتوهای لیزر را می توان از نور مرئی ، اشعه ایکس ، اشعه ماورا بنفش یا نور مادون قرمز تهیه کرد.لیزر نوعی نور برانگیخته شده و پرانرژی است که در شرایط عادی در طبیعت دیده نمیشود، ولی با فناوری و وسایل خاص میتوان آن را ایجاد کرد.

ساختار نانو لیزرهای cw با نور معمولی تفاوتهایی دارد که این ویژگیها باعث تواناییها و کاربردهای خاص آن میشود. نور لیزر درخشان تر و با شدت بیشتر از نور در طبیعت است. نور لیزر میتواند سخت ترین فلزات را بشکافد و به راحتی از جسم سختی مثل الماس عبور کند و در آن ایجاد حفره نماید. باریکه های کم قدرت و فوق العاده ظریف انواع دیگر لیزر را میتوان برای انجام کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به ​کار برد. نور لیزر را میتوان با دقت بالایی تحت کنترل در آورد و به صورت باریکه ی مداومی به نام لیزر پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام لیزر پالسی استفاده نمود. بر خالف نور معمولی نور لیزر دارای انرژی کاملا هماهنگی است که به این واسطه قدرت زیادی برای انجام کارهای مختلف در آن ایجاد میشود. واژه ی لیزر از حروف اول کلماتی که توصیف کننده  ویژگی های آن است به وجود آمده که به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است.تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی در خاصیت های مهمی است که در این پرتو وجود دارد. این خصوصیات عبارت اند از: همدوسی، تکفامی، مستقیم بودن شدت زیاد. خواص مذکور در نور معمولی دیده نمیشود و از این ویژگی ها برای کار های مختلف استفاده میشود.

نانو لیزرهای cw

(نانو لیزرهای cw) لیزری است که در مقیاس نانو ابعاد ، این لیزر های ریز را می توان به سرعت تعدیل کرد و همراه با ردپای کوچک ، آنها را به کاندیداهای ایده آل برای محاسبات نوری بر روی تراشه تبدیل می کند . زمینه های نوری شدید چنین لیزری همچنین اثر تقویت در اپتیک غیر خطی یا پراکندگی (رامان Raman) با سطح افزایش یافته  را امکان پذیر می کند ، و بنابراین راه را برای مدارهای نانو فوتونیک یکپارچه هموار می کند،به طور کلی Nano Laser نانو لیزر افزایش یا تقویت فرآیندی است که در آن محیط بخشی از انرژی خود را به تابش الکترومغناطیسی ساطع شده منتقل میکند و در نتیجه قدرت نوری افزایش می یابد. این اصل اساسی همه لیزر ها است. از نظر کمی ، افزایش اندازه گیری توانایی یک محیط لیزر در افزایش قدرت نوری است.

(نانو لیزرهای cw) شامل سه قسمت اصلی است که عبارتند از : محیط فعال، منبع انرژی خارجی یا دمنده و محفظه یا رزوناتور اپتیکی میباشد.

عمل (نانو لیزرهای cw) در چند مرحله انجام می گیرد.منبع انرژی یا پمپ به محیط فعال انرژی را به صورت نور گسیل می کند. محیط فعال این نور را جذب می کند . با این جذب، برخی از الکترون های محیط فعال برانگیخته شده و به تراز انرژی بالاتری می روند.الکترون که تمایل به بازگشت دارد، از خود انرژی آزاد میکند ،  انرژی آزاد شده یا درخش های مکرر نور ناشی از منبع انرژی ادامه پیدا میکند. هنگامی که تعداد اتم های برانگیخته محیط فعال بیشتر از اتم های پایدار شود، «وارونگی جمعیت» اتفاق می افتد. وارونگی جمعیت برای لیزر امری ضروری است.انرژی آزاد شده به صورت موج نوری خواهد بود که در رزوناتور اپتیکیͺ به دام می افتد. این نور منجر به برانگیختگی سایر اتم های رزوناتور خواهد شد و در نتیجه از سایر اتم ها نیز نور آزاد میشود و در نتیجه گسیل القایی در لیزر اتفاق می افتد. آینه های دو سر رزوناتور، در قسمت های به ترتیب بازتابنده و کوپلر خروجی ،نور گسیل شده را مجددا به محیط فعال باز میگردانند. به این عمل «تقویت» گفته میشود.با ادامه این فرآیند، در نهایت نور پر قدرتی، قسمت پدید می آید و از سوراخ محفظه خارج میشود که همان نور لیزر است.

منبع انرژی خارجی یا دمنده

هر انرژی می تواند در لیزر به عنوان منبع انرژی در نظر گرفته شود و انرژی مورد نیاز جهت تحریک را تامین کند. یکی از منابع انرژی متدوال لامپ فلش است. لامپ فلشی لامپ قوس الکتریکی است که با استفاده از جریان الکتریکیͺ میتواند در بازه زمان کم، نور سفید پر قدرت تولید کند.لامپ فلش از لوله شیشه ای حاوی گاز ساخته شده است که الکترود هایی درون آن قرار میگیرد.

محیط فعال

محیط فعال مجموعه ای از اتم ها، مولکول ها، یون ها و در برخی موارد کریستال های نیمه رسانا ماده هستند. هر ماده ای شامل جامد، مایع، گاز یا پلاسما می تواند به عنوان محیط فعال استفاده شود . قدرت خروجی لیزر، به محیط فعال بستگی داشته و با کنترل آن می توان قدرت لیزر را کنترل کرد. بنابراین نه تنها ماده محیط، بلکه جهت و سرعت آن نیز بر قدرت لیزر تاثیر گذار است.

محفظه یا رزوناتور اپتیکیͺͬ

رزوناتور اپتیکیͺ ͬیا حفره اپتیکیͺ ͬمحفظه ای است که در آن از محیط فعال،پرتوی نور تولید می شود. به منظور تشدید موج نوری، در دو طرف محفظه دو آینه به صورت موازی نصب شده است. بدین ترتیب موج نوری تولید شده در این محیط بین دو آینه به صورت رفت و برگشتی عمل کرده و به نوعی تشدید میشود.