دستگاه های لیزر Nd:YAG نوعی لیزر حالت جامد هستند که کاربردهای گسترده ای در زمینه صنعتی، پزشکی و علمی دارند. این لیزرها از یک کریستال از جنس گارنت آلومینیوم ایتریوم (YAG) ساخته شده اند که با یون‌های نئودیمیم (Nd3+) دوپ شده است. یون‌های Nd سطوح انرژی لازم را برای عملکرد موثر لیزر فراهم می‌کنند.
لیزرهای Nd:YAG نور مادون قرمز را با طول موج 1064 نانومتر ساطع می کنند و می توانند در هر دو حالت موج پیوسته و پالس کار کنند. این دستگاه در پردازش مواد، برش لیزر، جوشکاری، حفاری، حکاکی و روش‌های پزشکی (مانند جراحی لیزر و پوست) کاربرد دارد.
ویژگی های لیزرهای Nd:YAG
سیستم لیزر چهار سطحی
لیزرهای Nd:YAG بر اساس یک سیستم لیزر چهار سطحی عمل می کنند. سطوح انرژی یون‌های نئودیمیم در کریستال YAG یک وارونگی جمعیت ایجاد می‌کند، که در آن یون‌های بیشتری در حالت برانگیخته نسبت به حالت پایه هستند. این وارونگی جمعیت برای عمل لیزر ضروری است.
قدرت و راندمان بالا
لیزرهای Nd:YAG می توانند پرتوهای لیزری با توان بالا، از چند وات تا چند کیلووات، بسته به طراحی و پیکربندی، تولید کنند. آنها به دلیل راندمان بالای تبدیل الکتریکی به نوری خود معروف هستند.
عملیات موج پیوسته و پالس
لیزرهای Nd:YAG می توانند در هر دو حالت موج پیوسته (CW) و پالس کار کنند. در حالت CW، لیزر یک پرتو ثابت ساطع می‌کند، در حالی که در حالت پالسی، انفجارهای کوتاه و شدیدی از نور لیزر ایجاد می‌کند.
مکانیسم پمپاژ
لیزرهای Nd:YAG معمولاً به صورت نوری با استفاده از فلش لامپ پمپاژ می شوند. مکانیسم پمپاژ، یون‌های نئودیمیم را به سطوح انرژی بالاتر تحریک می‌کند و منجر به وارونگی جمعیت می‌شود.
طول موج مادون قرمز
لیزرهای Nd:YAG نور را در طول موج 1064 نانومتر در ناحیه مادون قرمز منتشر می کنند. این طول موج بسیار متنوع است و می تواند فرکانس را دو یا سه برابر کند تا نور لیزر سبز یا UV تولید کند.
قابلیت کیوسوئیچ
لیزرهای Nd:YAG می توانند به صورت Q سوئیچ شوند، به این معنی که می توانند پالس های کوتاه و پرانرژی تولید کنند. سوئیچینگ Q شامل آزادسازی سریع انرژی ذخیره شده در حفره لیزر برای ایجاد یک پالس قدرتمند است.
طول موج ثابت
با طراحی و تکنیک های تثبیت مناسب، لیزرهای Nd:YAG را می توان در حالت طول موج ثابت استفاده کرد و یک پرتو خروجی تک فرکانس تولید کرد. این ویژگی در برخی کاربردهای علمی و دقیق ضروری است.
کیفیت پرتو
لیزرهای Nd:YAG می توانند پرتوهای لیزری با کیفیت بالا تولید کنند که با مشخصات پرتو گاوسی و واگرایی کم مشخص می شود. کیفیت پرتو بالا، آنها را برای کاربردهای پردازش دقیق مواد مناسب می کند.
حساسیت به دما
عملکرد لیزرهای Nd:YAG تا حدودی به تغییرات دما حساس است. مدیریت حرارتی مناسب برای حفظ خروجی لیزر پایدار و ثابت ضروری است.
تبدیل فرکانس
لیزرهای Nd:YAG اغلب به عنوان منبع اساسی برای فرآیندهای تبدیل فرکانس، مانند نسل دوم هارمونیک (SHG) و نسل سوم هارمونیک (THG) استفاده می شود. این فرآیندها به ترتیب نور لیزر سبز (532 نانومتر) و UV (355 نانومتر) تولید می کنند.
کاربردهای لیزر Nd:YAG
پردازش مواد صنعتی
برش لیزری: لیزرهای Nd:YAG برای برش دقیق فلزات، سرامیک ها و سایر مواد در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و تولید الکترونیک استفاده می شود.
جوشکاری لیزری: برای جوشکاری با دقت بالا در کاربردهایی که نیاز به جوش باریک و عمیق است، از این نوع لیزر استفاده می شود.
حفاری لیزری: برای حفاری سوراخ های دقیق در مواد از جمله فلزات سخت و سرامیک از اندی‌یگ استفاده می شود.
حکاکی و علامت گذاری لیزری: لیزرهای Nd:YAG برای حکاکی و علامت گذاری آرم، شماره سریال و سایر اطلاعات بر روی مواد مختلف استفاده می شود.
کاربردهای پزشکی
جراحی لیزری: در روش های جراحی مختلف از جمله جراحی بافت نرم، انعقاد و تبخیر بافت استفاده می شود. این لیزرها در جراحی عمومی، اورولوژی، گوارش و غیره کاربرد دارند.
چشم پزشکی: در روش هایی مانند کپسولوتومی خلفی و ایریدوتومی برای درمان بیماری هایی مانند آب مروارید و گلوکوم استفاده می شود.
درماتولوژی: لیزرهای Nd:YAG در درمان‌های پوستی برای جوان‌سازی پوست، حذف خالکوبی، حذف ضایعات رنگدانه‌دار و درمان ضایعات عروقی استفاده می‌شوند.
دندانپزشکی: در کاربردهای دندانپزشکی برای جراحی بافت نرم، درمان‌های پریودنتال و برداشتن ضایعات دهانی از این لیزرها استفاده می‌شود.
کاربردهای پژوهشی و علمی
طیف سنجی: لیزرهای Nd:YAG به عنوان لیزر پمپ در طیف سنجی رامان و انواع دیگر تکنیک های طیف سنجی برای مطالعه برهمکنش های مولکولی و اتمی استفاده می شود.
اپتیک غیرخطی: در تحقیقات برای تولید فرکانس های هارمونیک دوم (SHG) و هارمونیک سوم (THG) برای مطالعات نوری غیرخطی مختلف استفاده می شود.
تولید پالس فمتوثانیه: این لیزرها با حالت قفل می‌توانند پالس‌های لیزر فمتوثانیه فوق‌العاده کوتاهی را تولید کنند که در مطالعات علمی فوق سریع مورد استفاده قرار می‌گیرند.