หลักการทำงานของเลเซอร์ DPSS

1. การสูบไดโอด:

กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยเลเซอร์ไดโอด ซึ่งปล่อยแสงอินฟราเรด แสงนี้จะถูกใช้เพื่อ "ปั๊ม" ผลึก Nd:YAG ซึ่งหมายความว่ามันจะกระตุ้นไอออนนีโอดิเมียมที่ฝังอยู่ในโครงตาข่ายผลึกอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต เลเซอร์ไดโอดจะถูกปรับให้มีความยาวคลื่นตรงกับสเปกตรัมการดูดกลืนของไอออน Nd เพื่อให้การถ่ายโอนพลังงานมีประสิทธิภาพ

2. Nd:YAG คริสตัล:

ผลึก Nd:YAG เป็นตัวกลางที่ให้พลังงานกระตุ้น เมื่อไอออนของนีโอไดเมียมถูกกระตุ้นด้วยแสงที่สูบฉีด พวกมันจะดูดซับพลังงานและเคลื่อนไปสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น หลังจากนั้นไม่นาน ไอออนเหล่านี้จะเปลี่ยนกลับไปสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า โดยปลดปล่อยพลังงานที่สะสมไว้ในรูปแบบของโฟตอน กระบวนการนี้เรียกว่า การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเอง

[อ่านเพิ่มเติม:เหตุใดเราจึงใช้คริสตัล Nd YAG เป็นตัวกลางในการขยายสัญญาณในเลเซอร์ DPSS-

3. การผกผันของประชากรและการปล่อยมลพิษกระตุ้น:

เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเลเซอร์ จำเป็นต้องเกิดการกลับทิศของประชากร ซึ่งไอออนจะอยู่ในสถานะกระตุ้นมากกว่าสถานะพลังงานต่ำ เมื่อโฟตอนสะท้อนไปมาระหว่างกระจกของโพรงเลเซอร์ โฟตอนจะกระตุ้นไอออน Nd ที่ถูกกระตุ้นให้ปล่อยโฟตอนที่มีเฟส ทิศทาง และความยาวคลื่นเท่ากันมากขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่า การแผ่รังสีกระตุ้น (stimulated emission) ซึ่งจะเพิ่มความเข้มของแสงภายในผลึก

4. โพรงเลเซอร์:

โดยทั่วไปโพรงเลเซอร์ประกอบด้วยกระจกสองบานที่ปลายแต่ละด้านของผลึก Nd:YAG กระจกบานหนึ่งสะท้อนแสงได้สูง และอีกบานสะท้อนแสงได้บางส่วน ทำให้แสงบางส่วนหลุดรอดออกมาเป็นลำแสงเลเซอร์ โพรงจะสั่นพ้องกับแสง โดยขยายแสงผ่านการปล่อยแสงกระตุ้นซ้ำๆ

5. การเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า (การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง):

ในการแปลงแสงความถี่พื้นฐาน (โดยปกติคือ 1064 นาโนเมตรที่ปล่อยออกมาจาก Nd:YAG) ให้เป็นแสงสีเขียว (532 นาโนเมตร) จะมีการวางผลึกเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า (เช่น KTP - โพแทสเซียมไททานิลฟอสเฟต) ไว้ในเส้นทางของเลเซอร์ ผลึกนี้มีคุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งทำให้สามารถนำโฟตอนของแสงอินฟราเรดเดิมสองตัวมารวมกันเป็นโฟตอนเดียวที่มีพลังงานเป็นสองเท่า จึงมีความยาวคลื่นเพียงครึ่งหนึ่งของแสงเริ่มต้น กระบวนการนี้เรียกว่าการสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (SHG)

6. เอาต์พุตของแสงสีเขียว:

ผลลัพธ์ของการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่านี้คือการปล่อยแสงสีเขียวสว่างที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร แสงสีเขียวนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ตัวชี้เลเซอร์ การแสดงเลเซอร์ การกระตุ้นด้วยแสงฟลูออเรสเซนซ์ในกล้องจุลทรรศน์ และกระบวนการทางการแพทย์

กระบวนการทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพสูงและช่วยให้สามารถผลิตแสงสีเขียวที่มีกำลังขยายสูง สอดคล้องกัน ในรูปแบบที่กะทัดรัดและเชื่อถือได้ กุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จของเลเซอร์ DPSS คือการผสมผสานระหว่างตัวกลางแบบโซลิดสเตต (ผลึก Nd:YAG) การปั๊มไดโอดที่มีประสิทธิภาพ และการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นแสงตามที่ต้องการ