منو
محصولات
Nd:YAG (گارنت آلومینیوم ایتریم آلایشیافته با نئودیمیوم؛ Nd:Y₃Al₅O₁₂) یک بلور است که بهعنوان محیط فعال لیزری (Lasing Medium) در لیزرهای حالت جامد مورد استفاده قرار میگیرد. مادهٔ آلاینده، یعنی یون نئودیمیوم سهبار یونیده (Nd³⁺)، معمولاً جایگزین بخش کوچکی (حدود ۱٪) از یونهای ایتریم در ساختار بلوری گارنت آلومینیوم ایتریم (YAG) میشود، زیرا اندازهٔ این دو یون بسیار مشابه است.
فعالیت لیزری در این بلور توسط یونهای نئودیمیوم تأمین میشود؛ همانگونه که در لیزرهای یاقوت (Ruby Lasers)، یونهای کروم سهظرفیتی مسئول ایجاد پدیدهٔ لیزر هستند.
عملکرد لیزری در بلور Nd:YAG نخستین بار در سال ۱۹۶۴ توسط جی. ای. گئوسیک (J. E. Geusic) و همکارانش در آزمایشگاههای بل (Bell Laboratories) بهطور موفقیتآمیز به نمایش گذاشته شد.
لیزرهای Nd:YAG از طریق پمپاژ نوری (Optical Pumping) با استفاده از لامپهای فلاش (Flash Lamps) یا دیودهای لیزری (Laser Diodes) تحریک میشوند. این لیزرها از رایجترین انواع لیزر به شمار میآیند و در طیف گستردهای از کاربردهای علمی، صنعتی، پزشکی و نظامی مورد استفاده قرار میگیرند.
لیزرهای Nd:YAG معمولاً نوری با طول موج 1064 نانومتر در ناحیهٔ فروسرخ (Infrared) گسیل میکنند. با این حال، گذارهای لیزری دیگری نیز در نزدیکی طول موجهای 940، 1120، 1320 و 1440 نانومتر وجود دارند.
این لیزرها قادرند هم در مد پیوسته (Continuous Wave یا CW) و هم در مد پالسی (Pulsed Mode) عمل کنند. لیزرهای پالسی Nd:YAG معمولاً در حالت کیو-سوئیچ (Q-Switching) به کار گرفته میشوند. در این روش، یک کلید نوری درون حفرهٔ لیزر قرار داده میشود و تا زمانی که بیشترین میزان وارونگی جمعیت (Population Inversion) در یونهای نئودیمیوم ایجاد شود، مسیر نوری را مسدود نگه میدارد. پس از باز شدن کلید، موج نور در حفرهٔ لیزر منتشر شده و با تخلیهٔ سریع ترازهای برانگیخته، انرژی ذخیرهشده در محیط فعال را آزاد میکند.
در این حالت، توانهای خروجی پالسی تا حدود 250 مگاوات و پهنای پالسهایی در محدودهٔ 10 تا 25 نانوثانیه گزارش شده است. این پالسهای پرشدت را میتوان بهطور مؤثر از طریق دوبرابر کردن فرکانس (Frequency Doubling) به نور لیزری با طول موج 532 نانومتر تبدیل کرد. همچنین امکان تولید هارمونیکهای بالاتر در طول موجهای 355 نانومتر و 266 نانومتر نیز وجود دارد.
بلور Nd:YAG عمدتاً در باندهای جذبی 730 تا 760 نانومتر و 790 تا 820 نانومتر نور را جذب میکند. در چگالیهای جریان پایین، لامپهای فلاش کریپتونی (Krypton Flash Lamps) نسبت به لامپهای زنون (Xenon Lamps) توان خروجی بیشتری در این نواحی طیفی دارند، در حالی که لامپهای زنون بخش عمدهٔ انرژی خود را در حوالی 900 نانومتر منتشر میکنند. ازاینرو، لامپهای کریپتونی برای پمپاژ لیزرهای Nd:YAG بازده بالاتری دارند.
میزان آلایش نئودیمیوم در بلور Nd:YAG بسته به نوع کاربرد آن متفاوت است. برای عملکرد در مد پیوسته (CW)، غلظت نئودیمیوم بهطور قابل توجهی کمتر از لیزرهای پالسی انتخاب میشود. میلههای لیزری با آلایش کم که در سامانههای پیوسته به کار میروند، از نظر ظاهری رنگ بسیار کمرنگی داشته و تقریباً سفید به نظر میرسند؛ در حالی که میلههای با آلایش بیشتر دارای رنگ صورتی مایل به ارغوانی هستند.
علاوه بر YAG، چندین مادهٔ میزبان (Host Material) متداول دیگر نیز برای یونهای نئودیمیوم مورد استفاده قرار میگیرند که از جمله مهمترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
Nd:YLF (فلورید لیتیوم-ایتریم آلایشیافته با نئودیمیوم) با طول موجهای لیزری 1047 و 1053 نانومتر
Nd:YVO₄ (ارتووانادات ایتریم آلایشیافته با نئودیمیوم) با طول موج لیزری 1064 نانومتر
شیشههای آلایشیافته با نئودیمیوم (Nd:Glass)
انتخاب مادهٔ میزبان به دستیابی به ترکیب مطلوبی از خواص اپتیکی، مکانیکی و حرارتی بستگی دارد. هر یک از این مواد ویژگیهای خاصی از نظر بهرهٔ لیزری، هدایت حرارتی، مقاومت مکانیکی و کیفیت پرتو ارائه میکنند و بر همین اساس در کاربردهای متفاوت به کار گرفته میشوند.
لیزرهای Nd:YAG و گونههای مختلف آنها معمولاً از طریق لامپهای فلاش (Flash Tubes)، لامپهای تخلیهٔ گازی پیوسته (Continuous Gas Discharge Lamps) یا دیودهای لیزری فروسرخ نزدیک در سامانههای موسوم به لیزرهای حالت جامد پمپشده با دیود (Diode-Pumped Solid-State Lasers یا DPSS) پمپاژ میشوند.
نوعی از لیزرهای Nd:YAG که با عنوان لیزرهای پیشپایدارشده (Pre-Stabilized Lasers یا PSL) شناخته میشوند، در تأمین پرتوهای اصلی مورد نیاز برای تداخلسنجهای آشکارساز امواج گرانشی کاربرد ویژهای یافتهاند. از جمله این سامانهها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
LIGO
Virgo
GEO600
TAMA 300
این آشکارسازهای بسیار حساس برای اندازهگیری تغییرات فوقالعاده کوچک در فضا-زمان ناشی از عبور امواج گرانشی، به منابع لیزری با پایداری فرکانسی، توان خروجی و کیفیت پرتوی بسیار بالا نیاز دارند؛ ویژگیهایی که لیزرهای Nd:YAG پیشپایدارشده بهخوبی فراهم میکنند.
لیزرهای Nd:YAG کاربردهای گستردهای در پزشکی، بهویژه در چشمپزشکی، انکولوژی، اورولوژی و پزشکی زیبایی دارند.
در چشمپزشکی، این لیزرها برای اصلاح کدورت کپسول خلفی عدسی (Posterior Capsular Opacification) ــ عارضهای که ممکن است پس از جراحی آبمروارید (کاتاراکت) ایجاد شود ــ مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین در انجام ایریدوتومی محیطی (Peripheral Iridotomy) برای بیماران مبتلا به گلوکوم حاد زاویه بسته (Acute Angle-Closure Glaucoma) به کار میروند و تا حد زیادی جایگزین روش جراحی ایریدکتومی (Iridectomy) شدهاند.
لیزرهای Nd:YAG با دوبرابر شدن فرکانس و تولید نور با طول موج 532 نانومتر، در درمان رتینوپاتی دیابتی برای انجام فوتوکواگولاسیون پانرتینال (Pan-Retinal Photocoagulation) مورد استفاده قرار میگیرند.
لیزرهای Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر از پرکاربردترین منابع لیزری در گرمادرمانی القاشده با لیزر (Laser-Induced Thermotherapy) هستند. در این روش، ضایعات خوشخیم یا بدخیم موجود در اندامهای مختلف بدن از طریق انرژی حرارتی ناشی از پرتو لیزر تخریب (Ablation) میشوند.
در انکولوژی (سرطانشناسی)، لیزرهای Nd:YAG برای برداشتن برخی از سرطانهای پوستی به کار میروند. همچنین از آنها برای کوچکسازی یا حذف ندولهای خوشخیم تیروئید و نیز تخریب ضایعات اولیه و ثانویهٔ بدخیم کبد استفاده میشود.
در درمان هیپرپلازی خوشخیم پروستات (BPH)، این لیزرها در جراحی لیزری پروستات بهکار گرفته میشوند که نوعی برداشت پروستات از طریق مجرای ادرار (Transurethral Resection) محسوب میشود.
لیزرهای Nd:YAG در پزشکی زیبایی نیز کاربرد بسیار گستردهای دارند و برای مواردی نظیر:
حذف موهای زائد با لیزر
درمان ناهنجاریهای عروقی سطحی
رفع رگهای عنکبوتی (Spider Veins) در صورت و پاها
مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین اخیراً از این لیزرها برای درمان سلولیت دایسکتینگ (Dissecting Cellulitis)، یک بیماری پوستی نادر که عمدتاً پوست سر را درگیر میکند، بهره گرفته شده است.
در زنان و زایمان، با استفاده از هیستروسکوپی (Hysteroscopy) و لیزر Nd:YAG میتوان سپتومهای رحمی (Uterine Septa) را که در داخل حفرهٔ رحم قرار دارند، برداشت.
در پودیاتری (Podiatry) یا طب پا، لیزر Nd:YAG برای درمان اونیکومایکوزیس (Onychomycosis)، یعنی عفونت قارچی ناخن پا، مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، مزایای قطعی درمان این عفونتها با لیزر هنوز بهطور کامل مشخص نشده است و تحقیقات بیشتری برای تعیین میزان اثربخشی آن در حال انجام است.
لیزرهای Nd:YAG بهطور گسترده در صنایع تولیدی برای حکاکی (Engraving)، اچکاری (Etching) و نشانهگذاری (Marking) انواع فلزات و پلیمرها مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین از این لیزرها در فرآیندهای بهبود خواص سطحی فلزات مانند شاتپینینگ لیزری (Laser Peening) بهره گرفته میشود.
این لیزرها در صنایع مختلف برای برشکاری و جوشکاری فولاد، نیمهرساناها و آلیاژهای گوناگون کاربرد فراوان دارند. در صنعت خودروسازی، توان مورد نیاز برای عملیات برش و جوش فولاد معمولاً در محدودهٔ 1 تا 5 کیلووات قرار دارد.
در سوراخکاری سوپرآلیاژها (Superalloys)، بهویژه در ساخت قطعات توربینهای گازی، اغلب از لیزرهای پالسی Nd:YAG با پالسهای میلیثانیهای (و نه لزوماً در حالت Q-Switch) استفاده میشود.
لیزرهای Nd:YAG همچنین برای ایجاد نشانهگذاری زیرسطحی (Subsurface Marking) در مواد شفاف مانند شیشه و آکریلیک کاربرد دارند. در این روش، بدون آسیب رساندن به سطح خارجی، علائم یا الگوهایی در داخل حجم ماده ایجاد میشود.
لیزرهای Nd:YAG با توانهایی تا حدود 400 وات در فرآیند ذوب انتخابی لیزری فلزات (Selective Laser Melting – SLM) که یکی از فناوریهای مهم ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) و چاپ سهبعدی فلزی است، مورد استفاده قرار میگیرند.
در صنایع هوافضا، این لیزرها برای ایجاد سوراخهای خنککاری (Cooling Holes) در قطعاتی مانند پرههای توربین به کار میروند. این سوراخها موجب بهبود جریان هوا، افزایش راندمان دفع حرارت و در نتیجه ارتقای عملکرد قطعات در دماهای بالا میشوند.
علاوه بر این، لیزرهای Nd:YAG در فرآیند نمونهسازی سریع و ساخت قطعات موسوم به شکلدهی خالص مهندسیشده با لیزر (Laser Engineered Net Shaping – LENS) نیز کاربرد دارند. این فناوری یکی از روشهای پیشرفته ساخت افزایشی فلزات محسوب میشود.
فرآیند Laser Peening معمولاً از سامانههای لیزری پالسی با انرژی بالا (حدود 10 تا 40 ژول) و مدت پالس 10 تا 30 نانوثانیه استفاده میکند. در این روش، با متمرکز کردن پرتو لیزر بر روی ناحیهای به قطر چند میلیمتر، توانهای لحظهای در مقیاس گیگاوات بر سطح قطعه ایجاد میشود.
برخلاف بسیاری از فرآیندهای لیزری دیگر، شاتپینینگ لیزری نه موجب ذوب یا گرم شدن قابل توجه قطعه میشود و نه مادهای به آن اضافه میکند. این فرآیند در واقع نوعی فرآیند مکانیکی کار سرد (Cold Working) است که با ایجاد تنشهای پسماند فشاری (Compressive Residual Stresses) در سطح فلز، خواص مکانیکی آن را بهبود میبخشد.
امروزه شاتپینینگ لیزری بهطور گسترده در موتورهای توربین گازی صنایع هوافضا و تولید انرژی به کار میرود و مزایایی از قبیل:
افزایش مقاومت در برابر آسیب و ترکخوردگی،
بهبود عمر خستگی (Fatigue Life)،
افزایش استحکام مکانیکی،
و ارتقای قابلیت اطمینان قطعات در شرایط کاری سخت
را فراهم میکند.
لیزرهای Nd:YAG در حوزهٔ دینامیک سیالات (Fluid Dynamics) نیز کاربرد گستردهای دارند و بهعنوان منبع نوری در روشهای مختلف تصویربرداری و آشکارسازی جریان سیال (Flow Visualization) مورد استفاده قرار میگیرند.
از مهمترین این روشها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
سرعتسنجی تصویری ذرات (Particle Image Velocimetry – PIV)
فلورسانس القاشده با لیزر (Laser-Induced Fluorescence – LIF)
در روش PIV، ذرات ریز ردیاب به جریان سیال افزوده میشوند و سپس با استفاده از پالسهای کوتاه و پرانرژی لیزر Nd:YAG روشن میشوند. ثبت متوالی تصاویر این ذرات توسط دوربینهای پرسرعت امکان اندازهگیری میدان سرعت، مسیر حرکت و ساختار جریان را فراهم میکند.
در تکنیک LIF، پرتو لیزر موجب تحریک مولکولهای فلورسنت موجود در سیال میشود. این مولکولها پس از تحریک، نور فلورسانس منتشر میکنند که با تحلیل آن میتوان اطلاعاتی دربارهٔ توزیع غلظت، اختلاط سیالات، انتقال جرم، دما و واکنشهای شیمیایی در جریان به دست آورد.
به دلیل ویژگیهایی نظیر:
توان پیک بالا،
کیفیت مناسب پرتو،
قابلیت تولید پالسهای کوتاه در مقیاس نانوثانیه،
و امکان همزمانسازی دقیق با تجهیزات تصویربرداری،
لیزرهای Nd:YAG به یکی از منابع نوری استاندارد در آزمایشگاههای تحقیقاتی دینامیک سیالات، آیرودینامیک، احتراق و مهندسی حرارت تبدیل شدهاند.
لیزرهای Nd:YAG در دندانپزشکی، بهویژه در جراحیهای بافت نرم حفره دهان، کاربرد گستردهای دارند. این لیزرها به دلیل توانایی بالا در برش بافت، کنترل خونریزی و ایجاد انعقاد مؤثر، در بسیاری از درمانهای جراحی دهان و لثه مورد استفاده قرار میگیرند.
از مهمترین کاربردهای لیزر Nd:YAG در دندانپزشکی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
ژنژیوکتومی (Gingivectomy): برداشتن بخشی از بافت لثه برای درمان بیماریهای لثه یا اصلاح فرم آن.
دبریدمان شیار پریودنتال (Periodontal Sulcular Debridement): حذف بافتهای التهابی، باکتریها و رسوبات موجود در شیارهای لثهای و پاکسازی پاکتهای پریودنتال.
روش LANAP (Laser-Assisted New Attachment Procedure): یک روش لیزری کمتهاجمی برای درمان بیماریهای پیشرفتهٔ پریودنتال که با هدف حذف بافت آلوده و تسهیل اتصال مجدد بافتهای نگهدارندهٔ دندان انجام میشود.
فرنکتومی (Frenectomy): برداشت یا اصلاح فرنوم (بافت پیوندی بین لب، گونه یا زبان و لثه) در مواردی که موجب محدودیت عملکردی یا مشکلات ارتودنسی میشود.
بیوپسی (Biopsy): برداشت نمونهای از بافت جهت بررسیهای آسیبشناسی و تشخیص بیماریها.
انعقاد محلهای دهندهٔ پیوند (Coagulation of Graft Donor Sites): کنترل خونریزی و تسریع ترمیم در نواحی برداشت بافت برای پیوندهای لثهای یا جراحیهای ترمیمی.
مزایای استفاده از لیزر Nd:YAG در جراحیهای دهان شامل:
کاهش خونریزی حین عمل،
ایجاد هموستاز (بندآوردن خون) مؤثر،
کاهش درد و تورم پس از جراحی،
کاهش آلودگی میکروبی محل جراحی،
و تسریع روند بهبودی بافتها
است که آن را به یکی از ابزارهای ارزشمند در دندانپزشکی مدرن تبدیل کرده است.
طیفسنجی کاهش زمان ماندگاری حفره یا CRDS یک روش بسیار حساس اپتیکی برای اندازهگیری جذب نور توسط گازها، مایعات یا مواد جامد است. این تکنیک بر پایه اندازهگیری نرخ کاهش شدت نور در یک حفرهٔ نوری (Optical Cavity) عمل میکند و برخلاف روشهای متداول جذبسنجی، به جای اندازهگیری مستقیم شدت نور، زمان واپاشی (Decay Time) نور را اندازهگیری میکند.
در این روش، یک پالس لیزر (اغلب از لیزرهای Nd:YAG یا لیزرهای مشتقشده از آن) به داخل حفرهای متشکل از دو یا چند آینه با بازتابندگی بسیار بالا تزریق میشود. نور بارها بین آینهها رفت و برگشت میکند و در هر بازتاب مقدار بسیار کمی از انرژی خود را از دست میدهد. در نتیجه شدت نور داخل حفره بهصورت نمایی کاهش مییابد.
وجود یک مادهٔ جذبکننده در مسیر نور باعث افزایش نرخ تلفات نوری و در نتیجه کاهش زمان ماندگاری نور در حفره میشود. با اندازهگیری این زمان، میتوان ضریب جذب ماده را با دقت بسیار بالا تعیین کرد.
مزایای اصلی CRDS عبارتاند از:
حساسیت بسیار بالا در اندازهگیری جذبهای بسیار ضعیف
استقلال نسبی از نوسانات توان لیزر
قابلیت آشکارسازی غلظتهای بسیار کم گونههای شیمیایی
دقت و تکرارپذیری بالا
این روش در حوزههای مختلفی از جمله:
شیمی تحلیلی،
پایش آلودگیهای زیستمحیطی،
فیزیک و شیمی جو،
مطالعات احتراق،
آشکارسازی گازهای کمیاب،
و تحقیقات طیفسنجی مولکولی
کاربرد گستردهای دارد.
در بسیاری از سامانههای CRDS، لیزرهای Nd:YAG بهعنوان منبع پمپاژ برای تولید طول موجهای مختلف یا بهعنوان منبع اصلی نور پالسی به دلیل پایداری، توان بالا و کیفیت مناسب پرتو مورد استفاده قرار میگیرند.
طیفسنجی شکست القایی لیزری (LIBS) یکی از روشهای پیشرفته و سریع برای آنالیز عنصری مواد است که در آن از لیزرهای پرتوان، از جمله لیزرهای Nd:YAG، برای شناسایی و اندازهگیری عناصر موجود در نمونه استفاده میشود.
اگرچه LIBS در مقایسه با روشهای متداولی مانند:
طیفسنجی فلورسانس پرتو ایکس (X-Ray Fluorescence – XRF)
طیفسنجی نشر پلاسمای جفتشده القایی (Inductively Coupled Plasma Spectroscopy – ICP)
فناوری نسبتاً جدیدی محسوب میشود، اما به دلیل سرعت بالا، هزینه کمتر، حداقل آمادهسازی نمونه و قابلیت اندازهگیری در محل (In Situ)، بهعنوان روشی کارآمد برای تعیین غلظت عناصر مورد توجه قرار گرفته است.
در این تکنیک، یک پالس لیزری پرانرژی Nd:YAG بر سطح نمونه متمرکز میشود. چگالی توان بسیار بالای پرتو باعث تبخیر موضعی ماده و تشکیل یک پلاسمای داغ در نزدیکی سطح نمونه میشود. اتمها و یونهای موجود در این پلاسما در حالت برانگیخته قرار گرفته و هنگام بازگشت به حالت پایه، نورهایی با طول موجهای مشخص منتشر میکنند.
نور گسیلشده از پلاسما توسط طیفسنج (Spectrometer) جمعآوری و تجزیه میشود. از آنجا که هر عنصر دارای طیف نشری منحصربهفرد است، میتوان با شناسایی خطوط طیفی ثبتشده، نوع عناصر موجود در نمونه را تعیین کرد.
علاوه بر شناسایی کیفی، شدت خطوط طیفی امکان اندازهگیری کمی غلظت عناصر را نیز فراهم میکند. بنابراین LIBS روشی مناسب برای تعیین ترکیب شیمیایی مواد مختلف به شمار میرود.
مهمترین مزایای LIBS عبارتاند از:
آنالیز سریع و تقریباً آنی،
عدم نیاز به آمادهسازی پیچیده نمونه،
قابلیت اندازهگیری همزمان چندین عنصر،
امکان آنالیز مواد جامد، مایع و گاز،
قابلیت انجام اندازهگیری از راه دور،
و امکان استفاده در محیطهای صنعتی و شرایط میدانی.
این روش در حوزههایی مانند:
متالورژی و صنایع فلزی،
معدن و اکتشافات زمینشناسی،
کنترل کیفیت صنعتی،
علوم مواد،
صنایع هستهای،
پایش محیطزیست،
تحقیقات فضایی و سیارهای،
کاربرد گستردهای پیدا کرده است. لیزرهای Nd:YAG به دلیل توان پیک بالا، پایداری مناسب و قابلیت تولید پالسهای کوتاه، از متداولترین منابع لیزری مورد استفاده در سامانههای LIBS هستند.
لیزرهای Nd:YAG، بهویژه از طریق هارمونیک دوم و هارمونیک سوم خود، بهطور گسترده بهعنوان منابع پمپاژ (Pump Sources) برای سایر انواع لیزرها مورد استفاده قرار میگیرند.
در این کاربرد، خروجی لیزر Nd:YAG برای تأمین انرژی لازم جهت تحریک محیط فعال لیزرهای دیگر به کار میرود. به دلیل توان بالا، پایداری مناسب و کیفیت مطلوب پرتو، این لیزرها یکی از رایجترین منابع پمپاژ در سامانههای لیزری محسوب میشوند.
از مهمترین کاربردهای آن میتوان به تحریک لیزرهای رنگینهای (Dye Lasers) در هر دو حالت:
رنگینههای مایع (Liquid Dye Lasers)
رنگینههای جامد (Solid-State Dye Lasers)
اشاره کرد. در این سامانهها معمولاً از طول موجهای حاصل از دوبرابر کردن فرکانس (532 نانومتر) یا سهبرابر کردن فرکانس (355 نانومتر) لیزر Nd:YAG برای پمپاژ محیط لیزری استفاده میشود.
علاوه بر این، لیزرهای Nd:YAG بهعنوان منبع پمپاژ برای لیزرهای حالت جامد با پهنشدگی ویبـرونیکی (Vibronically Broadened Solid-State Lasers) نیز کاربرد دارند. نمونهٔ مهم این گروه، لیزر:
Cr4+:YAG
است که به دلیل پهنای باند بهرهٔ وسیع، در تولید پالسهای فوقکوتاه و کاربردهای پیشرفته اپتیکی مورد استفاده قرار میگیرد.
همچنین هارمونیک دوم لیزر Nd:YAG (با طول موج 532 نانومتر) یکی از متداولترین منابع پمپاژ برای لیزر:
Ti:Sapphire
به شمار میرود. لیزرهای Ti:Sapphire به دلیل قابلیت تنظیم طول موج در گسترهای وسیع و توانایی تولید پالسهای فمتوثانیهای، نقش بسیار مهمی در تحقیقات پیشرفته اپتیک، طیفسنجی، فیزیک لیزر و فناوریهای فوتونیک ایفا میکنند.
بنابراین، لیزر Nd:YAG نهتنها بهعنوان یک منبع لیزری مستقل، بلکه بهعنوان یکی از مهمترین منابع پمپاژ لیزری در بسیاری از سامانههای اپتیکی و لیزری پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرد.
پژوهشگران مؤسسات ملی علوم طبیعی ژاپن در حال توسعه جرقهزنهای لیزری (Laser Igniters) مبتنی بر بلورهای YAG هستند که میتوانند به جای شمع احتراق (Spark Plug) در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار گیرند.
این سامانهها از چندین پالس لیزری با مدت زمان تقریباً 800 پیکوثانیه برای اشتعال مخلوط سوخت و هوا استفاده میکنند. استفاده از لیزر موجب ایجاد احتراق سریعتر، یکنواختتر و کنترلشدهتر نسبت به شمعهای متداول میشود.
به اعتقاد محققان، بهرهگیری از جرقهزنهای لیزری میتواند مزایای زیر را به همراه داشته باشد:
افزایش بازده و عملکرد موتور،
بهبود مصرف سوخت،
احتراق کاملتر مخلوط سوخت و هوا،
کاهش آلایندههای زیستمحیطی و گازهای مضر خروجی،
و افزایش قابلیت کنترل فرآیند احتراق.
این فناوری یکی از زمینههای نوظهور در توسعه نسل آینده موتورهای احتراق داخلی محسوب میشود.
در بسیاری از کاربردها، نور فروسرخ خروجی لیزر Nd:YAG با استفاده از مواد اپتیکی غیرخطی (Nonlinear Optical Materials) به طول موجهای کوتاهتر تبدیل میشود.
بهطور معمول، طول موج اصلی Nd:YAG برابر با 1064 نانومتر است. این طول موج را میتوان از طریق فرآیندهای غیرخطی مانند تولید هارمونیک دوم (Second Harmonic Generation – SHG) و تولید هارمونیک سوم (Third Harmonic Generation – THG) به طول موجهای مرئی و فرابنفش تبدیل کرد.
یکی از مواد متداول برای این منظور، لیتیوم تریبورات (Lithium Triborate – LBO) است که امکان تبدیل فرکانس نور لیزر را فراهم میکند.
در نتیجه:
هارمونیک دوم: 532 نانومتر (نور سبز)
هارمونیک سوم: 355 نانومتر (فرابنفش)
هارمونیک چهارم: 266 نانومتر (فرابنفش عمیق)
تولید میشوند.
علاوه بر این، بلور سزیم لیتیوم بورات (Cesium Lithium Borate – CLBO) قادر است هارمونیکهای چهارم و پنجم طول موج پایه 1064 نانومتر را تولید کند که در کاربردهای فرابنفش پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرند.
نمونهای شناختهشده از این فناوری، اشارهگرهای لیزری سبز (Green Laser Pointers) هستند. این سامانهها معمولاً از یک لیزر حالت جامد پمپشده با دیود (DPSS) مبتنی بر بلور Nd:YVO₄ استفاده میکنند که خروجی 1064 نانومتری آن با دوبرابر شدن فرکانس به نور سبز 532 نانومتر تبدیل میشود.
لیزرهای Nd:YAG علاوه بر طول موج اصلی 1064 نانومتر، قادر به تولید تابش لیزری در برخی طول موجهای فرعی (Non-Principal Wavelengths) نیز هستند.
یکی از مهمترین این گذارها در 946 نانومتر رخ میدهد. این طول موج بهطور گسترده در لیزرهای DPSS آبیرنگ مورد استفاده قرار میگیرد. در این سامانهها، تابش 946 نانومتری پس از فرآیند دوبرابر شدن فرکانس به طول موج:
473 نانومتر (نور آبی)
تبدیل میشود.
به همین دلیل بسیاری از اشارهگرهای لیزری آبی از ساختار مبتنی بر Nd:YAG یا Nd:YVO₄ همراه با بلورهای غیرخطی برای تولید نور آبی بهره میبرند. این قابلیت نشاندهنده انعطافپذیری بالای لیزرهای Nd:YAG در تولید طیف گستردهای از طول موجها برای کاربردهای علمی، صنعتی و پزشکی است.
4.1 خواص بلور YAG
فرمول شیمیایی: Y₃Al₅O₁₂
جرم مولکولی: 596.7 گرم بر مول
ساختار بلوری: مکعبی (Cubic)
سختی: 8 تا 8.5 در مقیاس موس
نقطه ذوب: 1950 درجه سانتیگراد (3540 درجه فارنهایت)
چگالی: 4.55 گرم بر سانتیمتر مکعب
ضریب شکست (Refractive Index) یکی از مهمترین پارامترهای اپتیکی بلور Nd:YAG است و نقش تعیینکنندهای در انتشار نور، طراحی رزوناتور لیزر و عملکرد سامانههای اپتیکی مبتنی بر این بلور دارد. مقدار ضریب شکست Nd:YAG تابع طول موج تابش بوده و با تغییر طول موج، اندکی تغییر میکند.
سانتیگراد (با 1٪ آلایش نئودیمیوم)
فرمول شیمیایی: Y₂.₉₇Nd₀.₀₃Al₅O₁₂
درصد وزنی نئودیمیوم (Nd): 0.725٪
تعداد اتمهای نئودیمیوم در واحد حجم: 1.38 × 10²⁰ اتم بر سانتیمتر مکعب
این مقادیر مربوط به بلور Nd:YAG با غلظت آلایش 1 درصدی نئودیمیوم هستند که یکی از متداولترین غلظتهای مورد استفاده در ساخت لیزرهای Nd:YAG به شمار میرود. حضور یونهای Nd³⁺ در شبکه بلوری YAG موجب ایجاد ترازهای انرژی لازم برای فرآیند گسیل القایی و تولید تابش لیزری میشود.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد دستگاه ها و استعلام قیمت مشخصات خودرا وارد کنید تا کارشناسان ما در اسرع وقت با شما تماس بگیرند.
فیلد های "(ضروری)" اجباری هستند