ليزر أزرق

يصدر الليزر الأزرق إشعاعًا كهرومغناطيسيًا بطول موجي يتراوح بين 400 و 500 نانومتر ، والذي تراه العين البشرية في الطيف المرئي على أنه أزرق أو بنفسجي . ^{[ 1 ]}

يمكن إنتاج أشعة الليزر الزرقاء عن طريق:

• ليزرات أشباه الموصلات الثنائية غير العضوية المباشرة القائمة على الآبار الكمومية من نتريد الغاليوم (III) عند 380-417 نانومتر ^{[ 2 ] [ 3 ]} أو نتريد الإنديوم والغاليوم عند 450  نانومتر
• ليزرات الأشعة تحت الحمراء ذات الحالة الصلبة المضخّمة بالديود مع مضاعفة التردد إلى 408 نانومتر
• تحويل ليزر أشباه الموصلات الثنائي المباشر عبر ألياف مشبعة بالثوليوم أو البراسيوديميوم عند 480  نانومتر ^{[ 4 ]}
• بخار معدني، ليزرات غاز متأين من الهيليوم والكادميوم عند 442  نانومتر و 10-200  ميلي واط ^{[ 5 ]}
• ليزرات أيون الأرجون عند 458 و 488  نانومتر ^{[ 5 ]}

تظهر أشعة الليزر التي تبعث أطوال موجية أقل من 445  نانومتر باللون البنفسجي، ولكنها مع ذلك تُسمى أيضًا بأشعة الليزر الزرقاء.  يتسبب الطول الموجي القصير للضوء البنفسجي البالغ 405 نانومتر، في الطيف المرئي، في حدوث تألق في بعض المواد الكيميائية، مثل الإشعاع في طيف الأشعة فوق البنفسجية (" الضوء الأسود ") (أطوال موجية أقل من 400  نانومتر).

قبل الستينيات وحتى أواخر التسعينيات، كانت ليزرات الغاز وليزر أيون الأرجون شائعة الاستخدام، وكانت تعاني من انخفاض الكفاءة (0.01%) وكبر الحجم. ^{[ 4 ]}

في الستينيات، سمحت التطورات في صناعة الياقوت ^{[ 6 ]} للباحثين بترسيب GaN على قاعدة من الياقوت لإنشاء ليزرات زرقاء، ولكن عدم تطابق الشبكة بين هياكل نتريد الغاليوم والياقوت أدى إلى العديد من العيوب أو الانخلاعات ، مما أدى إلى فترات عمر قصيرة (<10 ساعات) وكفاءة منخفضة (<1%).

بالإضافة إلى ذلك، أثبت بناء طبقة بلورية من نتريد الغاليوم (GaN) صعوبة في التصنيع لأن المادة تتطلب ضغوطًا ودرجات حرارة عالية لغاز النيتروجين، على غرار البيئة المستخدمة في إنشاء الماس الصناعي .

في عام 1992، اخترع المخترع الياباني شوجي ناكامورا ، أثناء عمله في شركة نيشيا كيميكالز ، أول مصباح LED أزرق شبه موصل باستخدام منطقة فعالة من إنديوم غاليوم نتريد (InGaN)، ودليل بصري من غاليوم نتريد (GaN)، وغلاف من ألومنيوم غاليوم نتريد (AlGaN). وبعد أربع سنوات، اخترع أول ليزر أزرق منخفض الطاقة، وحصل على جائزة الألفية للتكنولوجيا عام 2006، وجائزة نوبل في الفيزياء مع البروفيسور إيسامو أكاساكي وهيروشي أمانو ^{عام 2014 تقديرًا لهذا الاختراع. [ 10 ] ومع ذلك} ، ظلت عيوب ^وسط التضخيم مرتفعة للغاية ⁽ 10⁶ ^{- 10¹⁰ عيب / سم²} )، ^مما أدى ^إلى ليزر ^{منخفض الطاقة بعمر} افتراضي قصير (أقل من 300 ساعة) عند استخدام الإثارة النبضية . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

في أواخر التسعينيات، طوّر الدكتور سيلفستر بوروفسكي ، في معهد فيزياء الضغط العالي التابع للأكاديمية البولندية للعلوم في وارسو ( بولندا )، تقنيةً لإنتاج بلورات أحادية من نتريد الغاليوم بجودة هيكلية عالية باستخدام تطعيم المغنيسيوم، مما أدى إلى تقليل العيوب إلى أقل من 100 عيب/سم²، ^أي ما لا يقل عن 10000 ضعف مقارنةً بالمحاولات السابقة. ^{[ 13 ]} وفي عام 1999، استخدم ناكامورا بلورات نتريد الغاليوم المنتجة في بولندا، فابتكر ليزرات ذات إنتاجية مضاعفة وعمر افتراضي أطول بعشر مرات من تصميماته الأصلية؛ 3000 ساعة عند قدرة 30  ميلي واط.

في العقد الأول من الألفية الثانية، أتقن المصنّعون اليابانيون إنتاج ليزر أزرق  بقدرة 60 ميلي واط وعمر تشغيلي طويل، مما جعله مناسبًا للأجهزة التي تقرأ تدفقًا كثيفًا وعالي السرعة من البيانات (بسبب قصر طول موجة اللون الأزرق) من أقراص بلو راي ، وبلو راي المعدلة، وبلو راي المعدلة. وقد مكّنت ليزرات أشباه الموصلات من تطوير ليزرات زرقاء وبنفسجية وفوق بنفسجية صغيرة الحجم وسهلة الاستخدام ومنخفضة التكلفة ، والتي لم تكن متوفرة سابقًا، مما فتح المجال أمام العديد من التطبيقات.

تستخدم ليزرات أشباه الموصلات الزرقاء اليوم إما ركيزة من الياقوت (تستخدمها شركة نيشيا بشكل أساسي، والتي تتعاقد مع شركة سوني لتصنيعها )، أو ركيزة أحادية البلورة من نتريد الغاليوم (تستخدمها شركة توب غان بشكل أساسي ^{[ 14 ]} )، وكلاهما مغطى بطبقات من نتريد الغاليوم. تتكون طبقة التوجيه البصري من نتريد الغاليوم في أجهزة نيشيا من آبار كمومية أو نقاط كمومية من نتريد الإنديوم والغاليوم في المنطقة النشطة ، وذلك بشكل تلقائي عبر التجميع الذاتي .

تُعتبر التكنولوجيا البولندية أقل تكلفة من نظيرتها اليابانية، لكن حصتها السوقية أصغر. وتقوم شركة بولندية أخرى، هي شركة أمّونو، بتصنيع بلورات نيتريد الغاليوم (GaN) المستخدمة في الثنائيات الزرقاء، ^{[ 15 ]} لكنها لا تُنتج ليزرات زرقاء.

إن ليزر البنفسجي بطول موجة 405  نانومتر (سواءً صُنع مباشرةً من ثنائيات ليزر GaN أو GaAs ذات التردد المضاعف) ليس أزرق اللون في الواقع، ولكنه يظهر للعين بلون بنفسجي، وهو لون لا تستطيع العين البشرية تمييزه بدقة. عند توجيهه نحو العديد من الأجسام البيضاء (مثل الورق الأبيض أو الملابس البيضاء المغسولة بمساحيق غسيل معينة)، يتغير لون نقطة الليزر من البنفسجي إلى الأزرق، نتيجةً لتألق الأصباغ المُضيئة .

بالنسبة لتطبيقات العرض التي تتطلب ظهور اللون الأزرق الحقيقي،  يلزم استخدام طول موجي يتراوح بين 445 و450 نانومتر. ومع التقدم في الإنتاج بكميات كبيرة، انخفض سعر ثنائيات ليزر InGaN  بطول موجي 445 نانومتر ، مما جعلها حلاً مثالياً لأجهزة عرض الفوسفور الليزري. ^{[ 24 ]}

تشمل مجالات استخدام الليزر الأزرق ما يلي:

• التواصل مع الغواصات ^{[ 25 ]}
• أجهزة عرض DLP و 3LCD
• المعدات الإلكترونية
• الرصد البيئي
• أجهزة العرض المحمولة وشاشات العرض
• مشغلات بلو راي عالية الوضوح ، تسجيل بلو راي
• تكنولوجيا المعلومات
• أجهزة النقش والقطع بالليزر ^{[ 23 ] [ 26 ]}
• أجهزة عرض الليزر
• التشخيص الطبي
  • قياس التدفق الخلوي ^{[ 27 ]}
• الإجراءات الطبية ^{[ 28 ]}
• جراحة الليزر ^{[ 29 ]}
  • طب الحنجرة
  • جراحة الصوت
  • طب الأذن
  • طب الأنف والأذن والحنجرة
• تخزين البيانات الكهروضوئية بكثافة عالية
• الاتصالات السلكية واللاسلكية

• مصباح LED أزرق
• قائمة مقالات الليزر