หลักการทำงานของเลเซอร์ DPSS

1. การปั๊มด้วยไดโอด:

กระบวนการเริ่มต้นด้วยไดโอดเลเซอร์ซึ่งปล่อยแสงอินฟราเรด แสงนี้ใช้ในการ "กระตุ้น" ผลึก Nd:YAG ซึ่งหมายความว่ามันจะกระตุ้นไอออนนีโอดีเมียมที่ฝังอยู่ในโครงผลึกของอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต ไดโอดเลเซอร์ถูกปรับให้มีความยาวคลื่นที่ตรงกับสเปกตรัมการดูดกลืนของไอออน Nd เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการถ่ายโอนพลังงานมีประสิทธิภาพ

2. คริสตัล Nd:YAG:

ผลึก Nd:YAG เป็นตัวกลางเพิ่มกำลังแสง เมื่อไอออนนีโอไดเมียมถูกกระตุ้นด้วยแสง ไอออนเหล่านี้จะดูดซับพลังงานและเคลื่อนที่ไปยังสถานะพลังงานที่สูงขึ้น หลังจากนั้นไม่นาน ไอออนเหล่านี้จะเปลี่ยนกลับไปสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า ปล่อยพลังงานที่สะสมไว้ในรูปของโฟตอน กระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยแสงแบบเกิดขึ้นเอง (spontaneous emission)

[อ่านเพิ่มเติม:]เหตุใดเราจึงใช้ผลึก Nd YAG เป็นตัวกลางเพิ่มกำลังในเลเซอร์ DPSS-

3. การผกผันของประชากรและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ถูกกระตุ้น:

เพื่อให้เกิดการทำงานของเลเซอร์ จำเป็นต้องเกิดการผกผันของประชากรไอออน กล่าวคือ ไอออนในสถานะกระตุ้นจะมีจำนวนมากกว่าไอออนในสถานะพลังงานต่ำ เมื่อโฟตอนสะท้อนไปมาระหว่างกระจกของโพรงเลเซอร์ โฟตอนเหล่านั้นจะกระตุ้นไอออน Nd ที่ถูกกระตุ้นให้ปล่อยโฟตอนออกมามากขึ้น โดยมีเฟส ทิศทาง และความยาวคลื่นเดียวกัน กระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยแสงแบบกระตุ้น (stimulated emission) ซึ่งจะเพิ่มความเข้มของแสงภายในผลึก

4. โพรงเลเซอร์:

โดยทั่วไปแล้วโพรงเลเซอร์จะประกอบด้วยกระจกสองบานที่ปลายทั้งสองด้านของผลึก Nd:YAG กระจกบานหนึ่งสะท้อนแสงได้ดีมาก และอีกบานหนึ่งสะท้อนแสงได้บางส่วน ทำให้แสงบางส่วนเล็ดลอดออกมาเป็นแสงเลเซอร์ โพรงเลเซอร์จะเกิดการสั่นพ้องกับแสง ทำให้แสงนั้นขยายใหญ่ขึ้นผ่านการปล่อยแสงแบบกระตุ้นซ้ำๆ หลายรอบ

5. การเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า (การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง):

ในการแปลงแสงความถี่พื้นฐาน (โดยปกติ 1064 นาโนเมตร ที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ Nd:YAG) ให้เป็นแสงสีเขียว (532 นาโนเมตร) จะต้องวางผลึกเพิ่มความถี่ (เช่น KTP - โพแทสเซียมไททานิลฟอสเฟต) ไว้ในเส้นทางของเลเซอร์ ผลึกนี้มีคุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งช่วยให้มันรับโฟตอนสองตัวจากแสงอินฟราเรดดั้งเดิมและรวมเข้าเป็นโฟตอนเดียวที่มีพลังงานเป็นสองเท่า และด้วยเหตุนี้จึงมีความยาวคลื่นเป็นครึ่งหนึ่งของแสงเริ่มต้น กระบวนการนี้เรียกว่าการสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (SHG)

6. การแสดงสัญญาณไฟสีเขียว:

ผลจากการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่านี้คือการปล่อยแสงสีเขียวสดใสที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร แสงสีเขียวนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น เลเซอร์พอยเตอร์ การแสดงเลเซอร์ การกระตุ้นการเรืองแสงในกล้องจุลทรรศน์ และขั้นตอนทางการแพทย์

กระบวนการทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพสูงและช่วยให้สามารถผลิตแสงสีเขียวที่มีกำลังสูงและสม่ำเสมอในรูปแบบที่กะทัดรัดและเชื่อถือได้ กุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จของเลเซอร์ DPSS คือการผสมผสานระหว่างตัวกลางขยายสัญญาณแบบโซลิดสเตท (ผลึก Nd:YAG) การปั๊มด้วยไดโอดที่มีประสิทธิภาพ และการเพิ่มความถี่อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ความยาวคลื่นแสงที่ต้องการ