Diyot laserler

                  Günümüz ve geleceğin teknolojisi diyot laser’ler ile ilgili Temel bilgiler.

Yaklaşık 35 yıl önce laser teknolojisinin hayatımıza girişinden bu yana, diyod pompalı laser sistemlerinin keşfi, laser dalga teknolojisinin üretilmesindeki en önemli gelişime  olarak kabul edilir.

Bir diyod laser pompası tarafından içerilen Neodyum doyrulmuş Yitriyum Aliminyum Garnet veya kısaca Nd:YAG Kristal Silindiri aktif elemanının kullanımı uzanca zamandır bilinen bir tekniktir. Ancak, son yıllarda dünya piyasalarında diyod pompaların maliyetlerinin düşürülmesi ve yüksek performanslı diyodların geliştirilmesi sonucu bu yöntemde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.

Öncelikli bir mesele olarak, geleneksel Flash lambası tarafından pompalanan YAG laser ile yeni jenerasyon diyod pompalı laserler arasındaki çok önemli farklılıkları anlamamız yerinde olur.

Flash Lambası Tarafından Amplifiye Edilen Laserler
Nd:YAG Kristal Silindiri, pompa kaynağı ve düşük bir amplifikatör ( mesela optik yansıtıcı) gibi bir kazanç oluşumundan meydana gelen geleneksel bir laser sisteminin taslağı sunulmaktadır. Böyle bir sistem tarafından üretilen laser gücü direk olarak absorbe edilen ve sonradan ışın yaratımının elektro-optik dönüşüm sürecinde tüketilen enerji miktarı tarafından belirlenmektedir.

Diyod Pompalı Laserler
Özellikte laser markalama sektöründeki diyod laser pompasının kullanımıyla yaratılan devrimi anlamamız için bir flash lambalı laser tarfından üretilen ışığın farklı renklerini temsil eden dalgaları ve laser ışınını üreten elektro-optik dönüşüm sürecinin doğasını temsil eden temel fiziksel prensiplerle aşina olmamız gerekmektedir.

Temel Fiziksel Prensipler
Bir ND:YAG laser kristalini pompalamak için kullanılan flash lambası tarafından üretilmiş ışık spekturumunun analizi, farklı dalga boylarından meydana gelen bir yelpazeyi ve dolayısıyla beyaz renkte görünen bir ışığı üretmek için birbirine karıştırılan renkleri içermektedir. Ancak, sadece 0.808 mikron büyüklüğündeki dalga boyuna sahip bir ışık gücü YAG kristal silindiri içerisinde matrix şeklinde dağılmış Nyodinium atomlarını harekete geçirebilecek uygunluktadır. Diğer bütün dalga boyları silindire ısıdan başka hiç bir şey getirmiyeceği gibi, ısı bir laser ışınının yaratılımında her hangi bir amaca hizmet etmez. Ancak ısı, laser ışın yayılımının kalitesini etkiler ve bu yüzden ısı ejanjörleri, pompalar, filtreler vb gibi ekipmanlarla donatılmış kapalı devre di-iyonize su soğutma sistemininin kullanımını gerektirir.

Genel olarak, bir flash lambanın optik dönüşüm çıktısı, lamba/lambaları besleyen elektrik gücünün %2 si ile %3 ü arasındadır. Geri kalan %97 ile %98 lik bölüm su soğutma sistemi tarafından sistemden atılır.

Diyod pompa evrimi, “Bir diyod laser önceden tanımlanan ve modülasyon kabiliyetine sahip bir dalga boyuna haiz monokromatik bir ışık kaynağından oluşur.” gerçeğine dayalıdır. Öyleki, bir diyod laser sadece 0.808 mikron büyüklüğündeki bir dalga boyuna sahip ışığı üretecek şekilde ayarlanabilmektedir. Böyle bir pompalama kaynağına sahip nd:YAG silindiri pompalayarak, optik dönüşüm çıktısı ve laserleme etkisi %30 ile %40 lık bir aralık içerisinde şimdiye kadar duyulmamış değerlere yükselir.

Diyod Pompalı Laserlerin Avantajları


· %2 ile %3 den başlayan ve %15 ile 40 değerlerine ulaşan daha yüksek elektriksel çıktı.
· Düşük elektrik güç tüketimi
· Düşük bakım gereksinimi:Her 600 ile 1000 saatlik kullanım süresi sonunda lambalarının değiştirilmesi zorunlu olan flash lambalı laserlerle karşılaştırıldığında diyod pompalı laserler genelde minimum 20,000 saatlik bir çalışma ömrüne sahiptir. (Çalışma ömrünün dahada artırılmasına yönelik çalışmalar halen devam etmektedir.)
· Düşük Laser kaynak boyutları: Düşük boyutlar, diyod pompalı laserlerin konvansiyonel ünitelere oranla çok daha düşük bir çaba ile üretim hatlarına entegrasyon sürecini kolaylaştırmışır.
· Diyod pompalı laser sistemlerinin mimarisi, M² gibi laser emisyon mod kalitesini geliştirme amacıyla sürekli olarak evrimleşiyor.

Yukarıda bahsettiğimiz avantajlara ve artan çıktı gücüne ek olarak, şunu unutmamalıyız ki, diyod pompalama, filash lamba laseriyle mümkün olmayan laser resonator mimarisine izin vermektedir.


Laser ışınının diklik modu kalitesi
Bu yeni laser rezonatör mimarisinin geliştirilmesindeki amaç gerçek tekli mod lazer ışını şeklinde maksimum yoğunluğu elde etmektir. Yani, diğer bir değişle, bir laser ışınının laseri terk eden ortalama güçle alakalı olarak muhtemel en düşük M² ye sahip olmasıdır. Düşük bir değerdeki M², laser ışınının yüksek bir güç yoğunluğuyla daha düşük bir odaklanma noktası yaratarak “Ideal Gaussian Tekli Mod Işına” nekadar yaklaştığını gösterir. Laser markalamada bu konsept çok önemlidir çünki markalanacak olan malzeme üzerindeki sonucu belirleyen laser enerjisini (her bir atıştaki jul değeri) ve odak noktasında meydana gelen her mm² deki güç yoğunluğunu temsil eder.

O zaman, dikey mod kalitesi şartlarını göz önünde bulundurmadan sadece ortaya çıkan ortalama güç şartlarına bağlı olarak laser markalamayı tartışmak bizlere tam bir tablo çizemez. Laser ışını “Tekli Mod”, “Düşük Sıra Modu” veya Gaussian olarak nitelendirilebilir. Belkide “düşük M² değerine sahip” denilebilir. Bütün bu tanımlayıcı terimler benzer iyi ışın kavramını ve böylece ışını ufak bir odak noktasına düşürme kabiliyetini ifade etmek için kullanılabilir.

Yukarda açıklanan konsept ile ilgili bir örnek verecek olursak;
Biri diğerine göre daha sivri bir uca sahip 2 çiviyi tahta bir plaka üzerine çakmaya çalışan bir insan düşünelim. Ucu kör olan çivi, bu durumda daha ağır bir çekice, sivri olan ise daha hafifine gereksinim gösterecektir. Örnekten anlaşılabileceği gibi, daha düşük bir odak nokta boyutuna sahip bir lazer ucu sivri bir çivi gibidir. Daha düşük bir laser gücü ile bile, ortalama ışın kalitesine ve daha büyük bir odak noktası boyutuna sahip olan daha güçlü bir lasere göre daha büyük bir güç yoğunluğu yaratılabilmektedir.

Netice
Diyod pompalama süreci şimdi laser mimarisinin dizaynında daha büyük bir özgürlüğe izin vermektedir.Fiber kablo ile taşınabilmesi uygulamalara daha çok kolaylık ve esneklik sağlamaktadır. Diyod teknolojisine sahip “Side Pumping” ortalama %15 ile %20 lik bir elektro-optik verimle yüksek güç çıktıları üretmesine rağmen , Multi-Mod ışın tipleri üreterek klasik bir flash lamba tarafından üretilene oldukça benzer tipte ışın kalitesine yol açar. Bu laser mimarisini kullanarak, 40 watlık ortalama ışın kalitesinde YAG yaratmak için 200 watlık diyod gücüne gereksinim duyulacaktır. Ancak “End Pumping” tekniği, artan ışın kalitesi ve son derece ufak nokta boyutlarıyla %10 dan %40 akadar elektro-optik verimliliği artırmaktadır. Bu laser mimarisini kullanarak, düşük modda ve oldukça agresif 12 watlık YAG laser elde etmek için sadece 30 watlık güce ihtiyaç duyulacaktır.

Çok düşük M² ve 5,10,20,30,50,100,400 watlık güçlere sahip yeni jenerasyon end pumping diyod pompalı laserler yanlışlıkla veya çok yüzeysel bir şekilde endüstriyel uygulamalar için çok zayıf olarak analiz edilebilir. Aksine, yüksek ışın kalitesi ve küçük odaklanma nokta boyutu göz önüne alındığında bu laserler endüstriyel standartlar dahilinde yüksek performans sergilerler. Kompak boyutu ve az güç tüketim avantajları sayesinde bu lazerler endüstriyel uygulamalar için idealdir.

Bu veriler ışığında, diyodu her 20,000 veya 30,000 saatte bir değiştirme maliyeti, laserin düşük enerji tüketimi ve yüksek elektro-optik verimliliği sayesinde büyük ölçüde telafi edilmektedir.


 

İbrahim DEMİRTAŞ.

 


Dikkat;Kaynak göstermeden alıntı yapılamaz.



Ziyaret Bilgileri
Aktif Ziyaretçi1
Bugün Toplam42
Toplam Ziyaret123913
Döviz Bilgileri
AlışSatış
Dolar3.94973.9655
Euro4.63454.6531
Hava Durumu
Anlık
Yarın
13° 3°