ชนิดของเลเซอร์

เลเซอร์ของแข็ง

            เลเซอร์ของแข็ง ได้แก่ เลเซอร์ที่ใช้ตัวกลางเป็นของแข็ง เช่น เลเซอร์ทับทิม เลเซอร์แย็ค เลเซอร์แก้ว ฯลฯ ทับทิมและแย็คเป็นผลึก ส่วนแก้วเป็นอะมอร์ฟัส ตัวกลางเหล่านี้ ทำหน้าที่เป็นเนื้อวัสดุเจ้าบ้าน (Host Materials) เท่านั้น เพราะตัวที่ทำให้เกิดการเปล่งแสงนั้น กำหนดจากสารเจือปนที่เติมในเนื้อสารเหล่านี้ เช่น ทับทิมจะใช้โครเมียมเป็นสารเจือปน จึงให้สีแดงที่มีความยาวคลื่น ๖๔๙๓ อังสตรอม (Al2O3:Cr3+) แย็คและแก้วจะใช้นีโอดีเนียมเป็นสารเจือปน จึงให้แสงอินฟาเรด ที่มีความยาวคลื่น ๑.๐๖ ไมครอน (YAG : Nd3+ Glass : Nd3+)

            ในการปั๊มพลังงานแก่ของแข็งเหล่านี้ ต้องใช้วิธีการทางแสงคือ ใช้หลอดไฟซีนอน หรือหลอดไฟทังสเตนฉาย โดยมีตัวสะท้อนแสง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการปั๊มพลังงาน ตัวสะท้อนแสงนี้มีลักษณะเป็นกระบอกที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปวงรี และมีการวางหลอดไฟ และตัวกลางเลเซอร์ไว้ที่ตำแหน่งของจุดโฟกัสของวงรี

เลเซอร์ก๊าซ

            เมื่อใช้ก๊าซเป็นตัวกลางเลเซอร์ การปั๊มพลังงาน ก็จะใช้วิธีการปล่อยประจุในก๊าซ ด้วยไฟฟ้าแรงสูง กล่าวคือ นำก๊าซเหล่านั้น บรรจุในหลอดเลเซอร์ ซึ่งมีขั้วไฟฟ้า ที่ปลายทั้งสอง เมื่อป้อนไฟฟ้าแรงสูงให้แก่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง อิเล็กตรอนจะวิ่งจากขั้วแคโทด (ขั้วลบ) ไปยังขั้วอโนด (ขั้วบวก) ด้วยพลังงานสูง อิเล็กตรอนจะวิ่งชนอะตอม หรือโมเลกุลของก๊าซเหล่านั้น จนแตกตัวเป็นอิออนมีประจุไฟฟ้าขึ้น เรียกว่า พลาสมา (Plasma) ก๊าซที่เป็นพลาสมาเหล่านี้ จะพร้อมปล่อยโฟตอน หากมีโฟตอนที่มีลักษณะเหมือนกันมาเร้า จึงเกิดเป็นแสงเลเซอร์ขึ้น เมื่อมีการขยายสัญญาณแสง ด้วยแควิตี้แสง ที่ทำจากกระจกสะท้อน ที่ปลายทั้งสองข้างของหลอดเลเซอร์


            ก๊าซที่ใช้ทำเลเซอร์มีหลายชนิด เช่น ก๊าซผสมฮีเลียม-นีออน (He - Ne) ก๊าซ ผสมคาร์บอนไดออกไซด์ - ไนโตรเจน - ฮีเลียม (CO2 - N2 - He) ก๊าซผสมฮีเลียม-แคดเมียม (He - Cd) ก๊าซอาร์กอน (Ar+) ซึ่งจะให้สีต่างๆ ตามชนิดของก๊าซ

            เลเซอร์ฮีเลียม - นีออน เป็นเลเซอร์กำลังแสงต่ำ (1~10 mW) เลเซอร์ฮีเลียม - แคดเมียม และเลเซอร์อาร์กอน เป็นเลเซอร์กำลังแสงปานกลาง (10~100 mW) ส่วนเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์เป็นเลเซอร์กำลังแสงสูง (1~100 W) จึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันไป แต่เลเซอร์ทุกชนิดมีอันตราย เพราะแสงเลเซอร์ที่มีกำลังแสงเพียง ๑ mW จะมีความเข้มแสงสูงกว่าพระอาทิตย์ จึงสามารถทำให้ตาบอดได้ หากแสงเลเซอร์พุ่งเข้าหานัยน์ตาโดยตรง

เลเซอร์ของเหลว

            เราสามารถใช้ตัวกลางเลเซอร์ที่ทำจากของเหลวได้ เช่น ใช้สีย้อมผ้า (Dye) ผสมน้ำ รือแอลกฮอล์ บรรจุใส่ภาชนะใส การปั๊มพลังงานแก่ของเหลวเหล่านี้ ใช้วิธีทางแสง เช่นเดียวกับตัวกลางเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง เช่น ใช้หลอดซีนอน หรือเลเซอร์ไนโตรเจน เลเซอร์ของเหลวเหล่านี้จะมีจุดเด่นที่สำคัญคือ เป็นเลเซอร์ที่ให้สีที่ตามองเห็น ค่าความยาวคลื่นของแสง สามารถปรับได้ จึงเป็น ทูเนเบิล เลเซอร์ (Tunable Laser) เพราะโมเลกุลของสีย้อมผ้ามีขนาดโต เนื่องจากเป็นสารอินทรีย์เคมี ระดับพลังงานของโมเลกุลมีลักษณะเป็นชั้นพลังงานที่ซ้อนหลายชั้น มิได้เป็นชั้นเดี่ยวๆ เหมือนกรณีของก๊าซหรือของแข็ง

ตัวอย่างของเสียย้อมผ้าที่นิยมใช้ได้แก่ โรดามีน ๖ จี (Rhodamine 6 G) ซึ่งให้แสงเลเซอร์ ตั้งแต่สีเหลืองไปถึงสีส้ม (570-610 nm) โร ดามีน บี (Rhodamine B) ให้แสงเลเซอร์ช่วงสีแดง (605-635 nm) และ ดีคลอโรฟลูออเรสเซียน (Dichloro fluore scein) ให้แสงเลเซอร์สีเขียว (530-560 nm)

เลเซอร์ไดโอด

            เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งทำจากสารประกอบ เช่น GaAs (แกลเลียมอาร์เซไนด์) GaAlAs (แกลเลียมอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์) In GaAsP (อินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสฟายด์) ซึ่งมีค่าแถบพลังงานต่างๆ กัน จึงเป็นตัวกำหนดค่าความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์

            เลเซอร์ไดโอดแต่ละชนิดจึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันตามลักษณะ และคุณสมบัติของค่าความยาวคลื่นนั้นๆ เช่น เลเซอร์ไดโอดที่ให้สีแดง จะใช้ในเครื่องคอมแพคดิสก์ เป็นต้น

            โครงสร้างของเลเซอร์ไดโอด ได้แก่ หัวต่อพีเอ็นแบบเฮตเตอโรจังชั่น (Heterojunction) เช่น GaAlAs/GaAs ทำให้ประสิทธิภาพของเลเซอร์ไดโอดมีค่าสูงขึ้น เพราะใช้กระแสที่เลเซอร์ไดโอดเริ่มทำงานน้อยลง การฉีดกระแสไฟฟ้าผ่านหัวต่อพีเอ็นของเลเซอร์ไดโอด เป็นวิธีการปั๊มพลังงาน เพื่อให้เกิดการรวมตัวของพาหะนำไฟฟ้า ในสารกึ่งตัวนำ และนำมาสู่การเปล่งแสง แสงที่เปล่งออกมาจะถูกขยายสัญญาณให้มีความเข้มสูงขึ้น ด้วยแควิตี้แสงที่เกิดจากผิวมัน สะท้อนแสงของผิวผลึกที่ทำให้แตกโดยธรรมชาติ (Cleavaged Surface)


            เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋ว กินไฟน้อย สามารถผลิตได้จำนวนมากๆ ด้วย เทคโนโลยีด้านสารกึ่งตัวนำเลเซอร์ไดโอด ถูกใช้งานอย่างกว้างขวาง ตั้งแต่การใช้เป็นเลเซอร์ พอยนท์เตอร์ (Laser Pointer) ใช้ในการสื่อสารผ่านเส้นใยแก้วนำแสง ใช้เป็นหัวอ่านของเครื่องคอมแพคดิสก์ เครื่องวิดีโอเลเซอร์ดิสก์ และเครื่องถ่ายเอกสารประเภทเลเซอร์ พริ้นเตอร์ (Laser Printer) คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ศึกษาวิจัยการสร้างเลเซอร์ไดโอด ด้วยเทคโนโลยีด้านการปลูกผลึกจากของเหลว (Liquid Phase Epitaxy : LPE) และเทคโนโลยีการปลูกผลึกด้วยลำโมเลกุล (Molecular Beam Epitaxy : MBE)

เลเซอร์ไดโอดมีกำลังแสงต่ำตั้งแต่ระดับ ไมโครวัตต์ จนสูงถึงวัตต์ (W) และเป็นเลเซอร์ที่มีจุดเด่นคือ สามารถโมดูเลตสัญญาณได้โดยตรง โดยผ่านเข้าไปทางด้านกระแสไฟฟ้า ที่ฉีดผ่านตัวสิ่งประดิษฐ์ จึงสะดวกต่อการใช้งาน โดยเฉพาะการสื่อสารทางด้านแสง