لیزر رنگی

لیزر رنگی ((به انگلیسی: Dye laser)) لیزری است که از یک رنگ آلی به عنوان محلول لیزر، معمولاً به عنوان محیط فعال لیزری استفاده می‌کند. در مقایسه با گازها و بیشتر محیط‌های لیزر حالت جامد، معمولاً می‌توان از یک رنگ برای طیف گسترده‌تری از طول موج‌ها؛ که معمولاً ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر یا بیشتر است، استفاده کرد. پهنای باند گسترده آن‌ها را به ویژه برای لیزرهای قابل تنظیم و لیزرهای پالسی مناسب می‌کند. به عنوان مثال رنگ رودامین 6G می‌تواند از ۶۳۵ نانومتر (قرمز مایل به نارنجی) تا ۵۶۰ نانومتر (زرد مایل به سبز) تنظیم شود و پالس‌هایی به اندازه ۱۶ ثانیه ثانیه تولید کند.[1] علاوه بر این، رنگ می‌تواند با نوع دیگری جایگزین شود تا طیف وسیعی از طول موج‌های وسیعتر با همان لیزر، از مادون قرمز نزدیک به ماوراlet بنفش نزدیک تولید شود، اگرچه این معمولاً به جایگزینی سایر اجزای نوری در لیزر نیز نیاز دارد، مانند آینه دی الکتریک یا لیزر پمپ.

نمای نزدیک یک لیزر رنگی CW رومیزی بر اساس رودامین 6G ، با انتشار 580 نانومتر (زرد).

لیزرهای رنگی توسط پیتر پی سوروکین و اف پی شفر (و همکارانش) در سال ۱۹۶۶ به‌طور مستقل کشف شدند.[2][3]

علاوه بر حالت مایع معمول، لیزرهای رنگ به عنوان لیزرهای رنگ جامد (SSDL) نیز موجود هستند. SSDL از ماتریس‌های آلی رنگی استفاده می‌کند.

ساختار

لیزر رنگ از یک محیط گین استفاده می کند که متشکل از یک رنگ آلی است ، این یک لکه محلول بر پایه کربن است که اغلب فلورسنت است ، مانند رنگ در یک قلم برجسته. این رنگ با یک حلال سازگار مخلوط می شود و به مولکول ها اجازه می دهد به طور مساوی در سراسر مایع پخش شوند. محلول رنگ ممکن است از طریق سلول رنگی به گردش درآید یا با استفاده از جت رنگی از طریق هوای آزاد جریان یابد. یک منبع انرژی زیاد نور برای "پمپاژ" مایعات فراتر از آستانه تابش مورد نیاز است. برای این منظور معمولاً از یک لوله تخلیه سریع یا لیزر خارجی استفاده می شود. همچنین برای نوسان نور تولید شده توسط فلورسانس رنگ ، به آینه نیاز است که با هر بار عبور از مایع ، تقویت می شود. آینه خروجی به طور معمول حدود 80٪ بازتابنده است ، در حالی که سایر آینه ها معمولاً بیش از 99.9٪ بازتابنده هستند. محلول رنگ معمولاً با سرعت زیاد برای جلوگیری از جذب سه قلو و کاهش تخریب رنگ ، در گردش است. یک منشور منشوری یا پراش معمولاً در مسیر پرتو نصب می شود ، تا امکان تنظیم تیر وجود داشته باشد.

از آنجا که محیط مایع لیزر رنگ می تواند با هر شکلی متناسب باشد ، تعداد زیادی پیکربندی مختلف وجود دارد که می تواند مورد استفاده قرار گیرد. از حفره لیزر Fabry – Pérot معمولاً برای لیزرهای پمپاژ شده با فلاش تیوب استفاده می شود که شامل دو آینه است که ممکن است صاف یا منحنی باشند و به موازات یکدیگر قرار داشته باشند و محیط لیزر در بین آنها قرار داشته باشد. سلول رنگ اغلب یک لوله نازک است که طول آن تقریبا برابر با لوله مشعل است ، در هر انتهای آن پنجره ها و ورودی / خروجی مایع وجود دارد. سلول رنگ معمولاً به صورت پمپاژ جانبی است و یک یا چند لوله فشاری به موازات سلول رنگ در حفره بازتابنده قرار دارد. حفره بازتابنده برای جلوگیری از شوک حرارتی در رنگ ناشی از مقادیر زیادی تابش مادون قرمز نزدیک که مایع تابشی تولید می کند ، غالباً با آب سرد می شود. لیزرهای پمپ شده محوری دارای یک گلدان توخالی ، حلقوی شکل هستند که سلول رنگ را احاطه کرده است ، و دارای القا کمتری برای یک فلاش کوتاه تر ، و بازده انتقال را بهبود می بخشد. لیزرهای پمپاژ کواکسیال دارای یک سلول رنگی حلقوی هستند که برای افزایش بازده انتقال بهتر ، فلشت لوله را احاطه کرده است ، اما به دلیل از دست دادن پراش ، سود کمتری دارند. لیزرهای پمپ شده با فلاش فقط برای کاربردهای خروجی پالسی قابل استفاده هستند.یک طرح لیزر حلقه ای اغلب برای کار مداوم انتخاب می شود ، اگرچه گاهی اوقات از طرح Fabry-Pérot استفاده می شود. در لیزر حلقه ای ، آینه های لیزر به گونه ای قرار گرفته اند که به پرتو می توانند در یک مسیر دایره ای حرکت کنند. سلول رنگ یا کووت معمولاً بسیار کوچک است. گاهی اوقات از جت رنگی برای جلوگیری از تلفات بازتاب استفاده می شود. این رنگ معمولاً با لیزر خارجی مانند لیزر نیتروژن ، اکسایمر یا فرکانس دو برابر Nd: YAG پمپ می شود. مایع با سرعت بسیار بالا به گردش در می آید تا از جذب سه قلو از قطع تیر جلوگیری کند. برخلاف حفره های Fabry-Pérot ، لیزر حلقه ای امواج ایستاده ایجاد نمی کند که باعث سوزاندن سوراخ فضایی می شوند ، پدیده ای که انرژی در قسمت های استفاده نشده از محیط بین تاج های موج به دام می افتد. این منجر به سود بهتر از محیط لیزر می شود.

لیزرهای رنگی CW

در لیزرهای رنگ موج مداوم (CW) اغلب از جت رنگ استفاده می شود. لیزرهای رنگی CW می توانند دارای یک حفره حلقوی یا حلقوی باشند و زمینه را برای توسعه لیزرهای فمتوسکند فراهم کنند.

آزمایش جداسازی ایزوتوپ لیزر بخار اتمی در LLNL

عملکرد

رنگهای استفاده شده در این لیزرها حاوی مولکولهای آلی نسبتاً بزرگی هستند که فلورس می شوند. اکثر رنگها زمان بسیار کمی بین جذب و انتشار نور دارند ، که به عنوان طول عمر فلورسانس شناخته می شود ، که اغلب به ترتیب چند نانو ثانیه است.در شرایط استاندارد پمپاژ لیزر ، مولکول ها انرژی خود را قبل از اینکه وارونگی جمعیت به درستی ایجاد شود ، ساطع می کنند ، بنابراین رنگ ها به نسبتاً تخصصی وسیله پمپاژ رنگهای مایع آستانه لیزر بسیار بالایی دارند.

نور ورودی مولکولهای رنگ را به حالت آماده برای انتشار تابش تحریک شده تحریک می کند. دولت واحد در این حالت ، مولکول ها از طریق فلورسانس نور منتشر می کنند و رنگ برای طول موج لیزر شفاف است. طی یک میکروثانیه یا کمتر ، مولکول ها به حالت سه گانه خود تغییر می کنند. در حالت سه گانه ، نور از طریق فسفرسانس ساطع می شود و مولکول ها طول موج لیز کننده را جذب می کنند و رنگ را تا حدی مات می کنند. لیزرهای پمپاژ شده با چراغ قوه برای تأمین مقدار زیادی انرژی لازم برای رساندن رنگ به آستانه قبل از اینکه جذب سه گانه بر انتشار یکپارچه غلبه کند ، به یک فلاش با مدت زمان بسیار کوتاه نیاز دارند. لیزرهای رنگی با یک لیزر پمپ خارجی می توانند با مقدار نسبتاً کمی انرژی ورودی ، انرژی کافی از طول موج مناسب را به داخل رنگ هدایت کنند ، اما رنگ باید با سرعت زیاد گردش یابد تا مولکول های سه قلو از مسیر پرتو خارج نشوند. به دلیل جذب زیاد ، انرژی پمپاژ ممکن است غالباً در حجم کمی مایع متمرکز شود.

از آنجا که رنگهای آلی تحت تأثیر نور متلاشی می شوند ، محلول رنگ به طور معمول از یک مخزن بزرگ به گردش در می آید

مزایا

یکی از مزایای رنگهای آلی ، کارایی بالای فلورسانس آنهاست. بیشترین تلفات در بسیاری از لیزرها و سایر دستگاه های فلورسانس از طریق بازده انتقال (جذب شده در مقابل انرژی منعکس شده / منتقل شده) یا عملکرد کوانتومی (تعداد فوتون ساطع شده در هر تعداد جذب شده) نیست ، بلکه ناشی از تلفاتی است که فوتون های با انرژی بالا جذب می شوند و مجدداً ساطع می شوند. به عنوان فوتون با طول موج طولانی تر. از آنجا که انرژی فوتون با طول موج آن تعیین می شود ، فوتونهای ساطع شده انرژی کمتری خواهند داشت. پدیده ای به نام شیفت استوکس. مراکز جذب بسیاری از رنگها بسیار نزدیک به مراکز انتشار هستند. گاهی اوقات این دو به اندازه کافی نزدیک هستند که مشخصات جذب کمی با مشخصات انتشار همپوشانی دارد. در نتیجه ، بیشتر رنگها شیفتهای استوکس بسیار کمی از خود نشان می دهند و در نتیجه باعث کاهش انرژی کمتر از بسیاری از انواع لیزر دیگر به دلیل این پدیده می شوند. پروفیل های جذب گسترده باعث می شود که آنها به طور خاص برای پمپاژ باند پهن ، مانند یک لوله فلاش مناسب باشند. همچنین اجازه می دهد تا از طیف گسترده ای از لیزرهای پمپ برای هر رنگ خاصی استفاده شود و برعکس ، از بسیاری از رنگهای مختلف می توان با یک لیزر پمپ استفاده کرد.

کاربردها در پزشکی

علاوه بر کاربرد های گوناگون درسایر حوزه ها؛ در پزشکی این لیزرها در مناطق مختلفی؛ از جمله پوست اعمال می شوند که در آنها برای ایجاد یکنواختی تن پوست استفاده می شود. طیف گسترده ای از طول موج ها امکان مطابقت بسیار نزدیک با خطوط جذب برخی از بافتها مانند ملانین یا هموگلوبین را فراهم می کند ، در حالی که پهنای باند باریک قابل دستیابی به کاهش احتمال آسیب به بافت اطراف کمک می کند. از آنها برای درمان لکه های شراب بندری و سایر اختلالات رگ های خونی ، اسکارها و سنگ کلیه استفاده می شود. آنها می توانند با جوهرهای مختلف برای از بین بردن خال کوبی و همچنین تعدادی از کاربردهای دیگر مطابقت داشته باشند.

برخی از رنگ های لیزر و طول موج آنها

رخی از رنگ های لیزر عبارتند از: رودامین (نارنجی ، 540-680 نانومتر) ، فلورسئین (سبز ، 530-560 نانومتر) ، کومارین (آبی 490-620 نانومتر) ، استیلبن (بنفش 410-480 نانومتر) ، امبلیفرون (آبی ، 450-) 470 نانومتر) ، تتراسن ، مالاکیت سبز و غیره.

منابع
  1. Dye Laser Principles: With Applications by Frank J. Duarte, Lloyd W. Hillman -- Academic Press 1990 Page 42
  2. F. P. Schäfer (Ed.), Dye Lasers (Springer-Verlag, Berlin, 1990).
  3. F. J. Duarte and L. W. Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990).

پیوند به بیرون
در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ لیزر رنگی موجود است.

لیزر های ارگانیک

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.