ليزر نبضي

يشير التشغيل النبضي لليزر إلى أي ليزر لا يُصنف ضمن فئة الليزر ذي الموجة المستمرة ، بحيث تظهر الطاقة الضوئية على شكل نبضات ذات مدة زمنية محددة وبمعدل تكرار معين . ^{[ 1 ]} يشمل هذا نطاقًا واسعًا من التقنيات التي تلبي عددًا من الدوافع المختلفة. بعض أنواع الليزر تعمل بنظام النبض ببساطة لأنها لا يمكن تشغيلها في الوضع المستمر.

في حالات أخرى، يتطلب التطبيق إنتاج نبضات ذات طاقة عالية قدر الإمكان. ولأن طاقة النبضة تساوي متوسط ​​القدرة مقسومًا على معدل التكرار، يمكن أحيانًا تحقيق هذا الهدف عن طريق خفض معدل النبضات، ما يسمح بتراكم المزيد من الطاقة بينها. ففي عملية الاستئصال بالليزر ، على سبيل المثال، يمكن تبخير كمية صغيرة من المادة على سطح قطعة العمل إذا سُخّنت في وقت قصير جدًا، بينما يسمح تزويد الطاقة تدريجيًا بامتصاص الحرارة في معظم أجزاء القطعة، دون الوصول إلى درجة حرارة عالية كافية في أي نقطة محددة.

تعتمد تطبيقات أخرى على ذروة قدرة النبضة (بدلاً من طاقة النبضة نفسها)، لا سيما للحصول على تأثيرات بصرية غير خطية . ويتطلب ذلك ، بالنسبة لطاقة نبضة معينة، توليد نبضات بأقصر مدة ممكنة باستخدام تقنيات مثل تبديل Q.

لا يمكن أن يكون عرض النطاق البصري للنبضة أضيق من مقلوب عرض النبضة. في حالة النبضات القصيرة للغاية، يعني ذلك توليد الليزر عبر نطاق ترددي واسع، على عكس النطاقات الترددية الضيقة جدًا التي تميز ليزرات الموجة المستمرة . ينتج الوسط الليزري في بعض ليزرات الصبغة وليزر الحالة الصلبة الاهتزازي كسبًا بصريًا عبر نطاق ترددي واسع، مما يجعل من الممكن إنتاج ليزر قادر على توليد نبضات ضوئية قصيرة تصل إلى بضعة فيمتوثانية .

في ليزر Q-switched، يُسمح بتراكم انعكاس التوزيع السكاني عن طريق إدخال فقد داخل الرنان يتجاوز كسب الوسط؛ ويمكن وصف ذلك أيضًا بانخفاض عامل الجودة (Q) للتجويف. بعد ذلك، وبعد أن تقترب طاقة الضخ المخزنة في وسط الليزر من أقصى مستوى ممكن، تُزال آلية الفقد المُدخلة (غالبًا عنصر كهروضوئي أو صوتي-بصري) بسرعة (أو تحدث تلقائيًا في جهاز سلبي)، مما يسمح ببدء عملية الليزر التي تستعيد الطاقة المخزنة في وسط الكسب بسرعة. ينتج عن ذلك نبضة قصيرة تتضمن تلك الطاقة، وبالتالي قدرة ذروة عالية.

يستطيع الليزر ذو النمط المقفل إصدار نبضات قصيرة للغاية، تتراوح مدتها من عشرات البيكوثانية إلى أقل من 10 فيمتوثانية . تتكرر هذه النبضات بزمن ذهاب وإياب، أي الزمن الذي يستغرقه الضوء لإكمال دورة كاملة بين المرآتين المكونتين للرنان. ونظرًا لحد فورييه (المعروف أيضًا بعدم اليقين في الطاقة والزمن )، فإن نبضة بهذا الطول الزمني القصير لها طيف يمتد على نطاق ترددي واسع. لذا، يجب أن يتمتع وسط التضخيم هذا بنطاق ترددي واسع بما يكفي لتضخيم هذه الترددات. ومن الأمثلة على المواد المناسبة الياقوت المُصنّع والمُطعّم بالتيتانيوم ( Ti:sapphire )، الذي يتميز بنطاق ترددي واسع جدًا، وبالتالي يمكنه إنتاج نبضات لا تتجاوز مدتها بضع فيمتوثانية.

تُعدّ هذه الليزرات ذات النمط المُقفل أداةً بالغة التنوع لدراسة العمليات التي تحدث على نطاقات زمنية قصيرة للغاية (المعروفة بفيزياء الفيمتو ثانية، وكيمياء الفيمتو ثانية ، والعلوم فائقة السرعة )، ولتعظيم تأثير اللاخطية في المواد البصرية (مثل توليد التوافقي الثاني ، والتحويل البارامتري السفلي ، والمذبذبات البارامترية البصرية ، وما شابه ذلك) نظرًا لقدرتها الذروية العالية، وفي تطبيقات الاستئصال. ^{[ 2 ]} ومرة ​​أخرى، نظرًا لقصر مدة النبضة للغاية، يُنتج هذا الليزر نبضات ذات قدرة ذروية عالية للغاية.

تتمثل إحدى طرق تشغيل الليزر النبضي في ضخ مادة الليزر بمصدر نبضي، إما عن طريق الشحن الإلكتروني كما في حالة مصابيح الوميض، أو باستخدام ليزر نبضي آخر. وقد استُخدم الضخ النبضي تاريخيًا مع ليزرات الصبغة، حيث كان عمر حالة التوازن الإلكتروني لجزيء الصبغة قصيرًا جدًا، مما استدعى استخدام مضخة عالية الطاقة وسريعة. وللتغلب على هذه المشكلة، تم شحن مكثفات كبيرة ثم تفريغها عبر مصابيح الوميض ، مما ينتج عنه وميض شديد. كما يُعد الضخ النبضي ضروريًا لليزر ثلاثي المستويات، حيث يمتلئ مستوى الطاقة الأدنى بسرعة كبيرة، مما يمنع استمرار الليزر حتى تعود الذرات إلى حالتها الأرضية. ولا يمكن تشغيل هذه الليزرات، مثل ليزر الإكسيمر وليزر بخار النحاس، في وضع التشغيل المستمر.

تُستخدم ليزرات Nd:YAG و Er:YAG النبضية في إزالة الوشم بالليزر وأجهزة تحديد المدى بالليزر من بين تطبيقات أخرى.

تُستخدم أشعة الليزر النبضية أيضًا في جراحة الأنسجة الرخوة . عند ملامسة شعاع الليزر للأنسجة الرخوة، من المهم تجنب ارتفاع درجة حرارة الأنسجة المحيطة لمنع حدوث النخر . ^{[ 3 ]} يجب أن تكون نبضات الليزر متباعدة للسماح بتبريد الأنسجة بكفاءة (زمن الاسترخاء الحراري) بين النبضات. ^{[ 3 ]}

• ليزر نبضي فائق القصر
• الترسيب بالليزر النبضي
• الاستئصال بالليزر
• مشرط الليزر
• جراحة الليزر للأنسجة الرخوة

• سيجمان، أنتوني إي. (1986). الليزر ، كتب العلوم الجامعية. رقم ISBN 0-935702-11-3
• سفيلتو، أورازيو (1998). مبادئ الليزر ، الطبعة الرابعة. (عبر ديفيد حنا)، سبرينغر. رقم ISBN 0-306-45748-2