الليزر الأزرق هوليزر الذى يسبب إنبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجة ما بين 360 و480 نانومتر، والتي تدركها العين البشرية وتراها زرقاء أو بنفسجي. ويتم إنتاج الحزم الزرقاء بواسطة الليزر الغازى باستخدام الهليوم والكادميوم في 441.6 نانومتر، و أرغون أيون في 458 و488 نانومتر. أشباه الموصلات ليزر ديود الليزر الأزرق مع الحزم التى تستند عادة على الغاليوم (III) نيتريد (الجاليوم، اللون البنفسجي) أوالإنديوم نيتريد الغاليوم (زرقاء غالبا ماقد يكون سليما في اللون، ولكن أيضا قادرة على إنتاج ألوان أخرى). ويمكن أيضا كلا الليزر الأزرق البنفسجي ويتم بناؤها باستخدام مضاعفة التردد الأشعة تحت الحمراء موجات ليزر ديود الليزر من أشعة الليزر أودايود ضخ الليزر diode-pumped lasers.

ليزر الصمام الثنائي التي تشع الضوء بطول موجى 445 نانومتر أصبحت شعبية كالليزر المحمول. الليزر الباعث للموجات تحت 445 نانومتر تظهر بلون بنفسجى للعين البشرية، بلون مختلف واضح. هل هذا سليم، على سبيل المثال، معظم الليزر الأكثر شيوعا تجاريا "الأزرق"، وأشعة الليزر ديود المستخدمة في التطبيقات مثل بلوراي ، والتي تنبعث منها ضوء البنفسجي، بطول موجى 405 نانومتر والذي هوطول موجة قصيرة بما فيه الكفاية ل يسبب تألق في بعض المواد الكيميائية، في نفس الطريقة كما الاشعاع الى مزيد من الأشعة فوق البنفسجية ("ضوء أسود") تنتج ضوءا بطول موجى أقصر ويصنف من 400 نانومتر كما فوق البنفسجية.

الأجهزة التي تستخدم ضوء الليزر الأزرق لها تطبيقات في الكثير من المجالات بدءا من تخزين البيانات في عالية الكثافة الضوئية إلى التطبيقات الطبية.

التاريخ

اختراع الليزر الأزرق بتكنولوجيا أشباه الموصلات

ليزر أحمر يمكن حتى يبنى على أرسنيد الگاليوم (Ga As) شبه الموصل، والتي يتم على أساسها وضع اثني عشر طبقات من الذرات لتشكيل من جانب الليزر التي تولد الضوء من بئر الكوانتم. باستخدام أساليب مماثلة لتلك التي وضعت لركيزةالسيليكون، يمكن حتى تبنى خالية من العيوب يسمى خلع ، والذرات المنصوص عليها وبالتالي فإن المسافة بين تلك التي تشكل الأرضية وتلك التابعة للالبئر الكمومى هي نفسها..

ومع ذلك، فإن أفضل أشباه الموصلات ليزر الأزرق هونيتريد الغاليوم بلورات (الجاليوم نيترايد) ، والتي هي أصعب بكثير للتصنيع، الأمر الذي يحتاج أعلى الضغوط ودرجات الحرارة، مماثلة لتلك التي تنتج الماس الاصطناعي ، واستخدام الضغط العالي غاز النيتروجين. يظهر حتى مشاكل فنية لا يمكن التغلب عليها، لذلك سعى الباحثون منذ 1960s لإيداع الجاليوم على قاعدة متاحة بسهولة وهى الياقوت. ولكن عدم التوافق بين هياكل الياقوت ونيتريد الغاليوم خلق الكثير من العيوب.

في عام 1992 المخترع الياباني شوجي ناكامورا اخترع أول LED زرقاء ذات كفاءة، وبعد أربع سنوات، استخدام ناكامورا أول ليزر أزرق. المواد تترسب على الياقوت، على الرغم من أنه قد ظل عدد من العيوب عالية جدا (10⁶–10¹⁰/سم²) لبناء-طاقة ليزر عاليةبسهولة.

في 1990 في وقت مبكر من معهد فيزياء الضغط العالى في أكاديمية العلوم البولندية في وارسو(بولندا)، تحت قيادة الدكتور Sylwester Porowski التكنولوجيا لخلق بلورات نيتريد الغاليوم ذات جودة عالية وهيكلية أقل من 100 من العيوب لكل سنتيمتر مربع وضعت - 10،000 مرة على الأقل أفضل من التكنولوجيا المدعومة من ياقوت الكريستال.

في عام 1999، حاول ناكامورا العمل مع بلورات بولندية، وتنتج ليزر بإنتاجية ضعف المحصول وعشرة أضعاف عمر - 3،000 ساعة في 30 ميغاواط.

وأدى مزيد من تطوير التكنولوجيا لانتاج كميات كبيرة من أداة الإنتاج. اليوم، وأشعة الليزر الزرقاء تستخدام سطح الياقوت مغطى بطبقة من نيتريد الغاليوم (يتم استخدام هذه التكنولوجيا من قبل شركة يابانية تخصصيا، والتي لديها اتفاق مع سوني)، وأشباه الموصلات الليزر الأزرق تستخدم بلورات نيتريد الغاليوم الأحادى السطح (شركة بولندية TopGaN ).

بعدعشرة أعوام، سيطرت الشركات اليابانية على إنتاج الليزر الأزرق مع 60 ميغاواط من الطاقة، مما يجعلها قابلة للتطبيق على المعدات التي تستخدم قراءة كثيفة مع تيار عالي السرعة من البيانات من تطبيقات تقنية بلوراي ، BD-R، BD-RE . كانت التكنولوجيا البولندية أرخص من اليابانية ولكن لديها حصة أصغر من السوق. هناك شركة بولندية للتكنولوجيا الفائقة أكثر والتي تصنع بلورات نيتريد الغاليوم - Ammono، ولكن هذه الشركة لا تنتج أشعة الليزر الزرقاء.

لعمله، تلقى ناكامورا جائزة تكنولوجيا الألفية منحت في عام 2006.

حتى أواخر 1990s، عندما وضعت ليزر أشباه الموصلات الأزرق، وكانت أشعة الليزر الأزرق ليزر الغاز الأدوات التي تعتمد على انقلاب السكان population inversion في خليط من غاز نادر ويحتاج إلى تيارات عالية وقوية ووسائل تبريد كبيرة ومكلفة.

بفضل التنمية المسبقة من جماعات كثيرة من الباحثين، بما في ذلك، على الأخص،مجموعة الأستاذ ايساموAkasaki ، شوجي ناكامورا في شركة تخصصيا وشركة سوني في عنان (توكوشيما كين -اليابان) سلسلة من الاختراعات تم تطويرها لتصبح مجدية تجاريا الأزرق والبنفسجي ليزر أشباه الموصلات . تم تشكيل الطبقة النشطة من الأجهزة تخصصيا من الإنديوم نيتريد الغاليوم InGaN الآبار الكمومية أونقاط الكم التى تشكلت عفويا عبر التجميع الذاتي. مكن اختراع حديث لتنمية المشاريع الصغيرة ومريحة وبأسعار منخفضة الأزرق والبنفسجي، والأشعة فوق البنفسجية وأشعة الليزر الأشعة فوق البنفسجية والتي لم تكن متاحة من قبل، وفتح الطريق لتطبيقات مثل تخزين البيانات على HD DVD عالي الكثافة وبلوراي دسك . الطول الموجي أقصر يسمح لقراءة الأقراص التي تحتوي على المزيد من المعلومات.

الأشكال

وحدات الليزر الأزرق والبنفسجي الصمام الثنائي ضخ الحالة الصلبة (DPSS)

مؤشرات الليزر الأزرق ، والتي أصبحت متاحة في جميع أنحاء عام 2006، لها نفس الهجريب البنائى الأساسي مثل الليزر الأخضر DPSS . أنها الأكثر شيوعا ينبعث ضوءها عند 473 نانومتر ( في بعض الأحيان ذكرت عند 474 نانومتر ) ، الذي ينتج عند مضاعفة التردد من أشعة الليزر 946 نانومتر من الصمام الثنائي ضخ بلورات Nd:YAG أوبلورات Nd:YVO4 .Neodymium-doped crystals بلورات مخدر النيوديميوم تنتج عادة طول موجة من 1064 نانومتر الرئيسي ، ولكن مع المناسبة المرايا طلاء عاكسة يمكن حتى يتم أيضا عالج بالليزر في الأطوال الموجية الأخرى النيوديميوم غير الرئيسية ، مثل الانتنطق 946 نانومتر المستخدمة في تطبيقات الليزر الأزرق . لأنتاج الطاقة العالية BBO فإنه تستخدم البلورات كمضاعفة للتردد للقوى الأقل تستخدم KTP . قوى الانتاج المتاحة تصل إلى 1000 ميغاواط ، ولكن هذا عادة ماقد يكون الناتج الكلي بما في ذلك الأشعة تحت الحمراء. كما هوالحال مع أجهزة الليزر DPSS الخضراء ، واستخدام 1000 ميغاواط الأشعة تحت الحمراء الصمام الثنائي تكون النتائج عادة من حوالي 300ميغاواط من الضوء الأزرق المرئية، حتى إذا تم الإبلاغ عن طاقة الليزر في 1000 ميغاواط .

ويمكن أيضا تصنيع الليزر الأزرق مباشرة بإستخدام أشباه الموصلات InGaN، والتي تنتج الضوء الأزرق من دون مضاعفة التردد . نانومتر الثنائيات الليزر الزرقاء 445 هي متاحة حاليا في السوق المفتوحة. والأجهزة هي أكثر إشراقا من نانومتر الثنائيات الليزر 405 ،وحيث حتى منذ الطول الموجي الأطول يعد أقرب إلى ذروة الحساسية للعين البشرية.فإن الأجهزة التجارية مثل أجهزة العرض بالليزر دفعت بانخفاض الأسعار على هذه الثنائيات، اعتبارا من مارس 2011.

الليزر البنفسجي قد شيدت مباشرة مع الجاليوم (نيتريد الغاليوم) أشباه الموصلات، كما لوحظ. ومع ذلك، فقد أصبح عدد قليل من مؤشرات الليزر البنفسجية عالية الطاقة(120 ميغاواط) 404-405 نانومتر "البنفسجي" الليزر المتاحة والتي لا تستند إلى الجاليوم، ولكن أيضا بإستخدام تكنولوجيا التردد مضاعف DPSS بدءا من 1 واط 808 ؛ نانومتر ليزر ديود الأشعة تحت الحمراء الغاليوم أرسينايد يجرى مضاعفتها مباشرة دون النيوديميوم ليزر طويل الموجة ويكون متوسطا بين الليزر الصمام الثنائي والمضاعف البللورى. كما هوالحال مع جميع أجهزة الليزر التى تعمل بالطاقة العالية.

المظهر

الليزر البنفسجي 405 نانومتر (سواء شيد من الجاليوم أوالغاليوم الثنائي للليزر المضاعف التردد) ليس في الحقيقة ليزرا أزرق، ولكن يظهر للعين بنفسجياوهواللون الذي تكون عين الإنسان لديها حساسية محدودة جدا له. عندما يشير إلى الكثير من الكائنات البيضاء (مثل ورقة بيضاء أوالملابس البيضاء التي تم غسلها بإستخدام بعض مساحيق الغسيل)فإن المظهر المرئي لتغيرات الليزر من نقطة من البنفسجي إلى الأزرق، ويرجع ذلك في الواقع إلى تألق من إضاءات الأصباغ.

لعرض التطبيقات التي يجب حتى تظهر "الأزرق سليم"، لا بد من الطول الموجي لل445-450 نانومتر. مع التقدم في الإنتاج، والمبيعات التجارية من أجهزة العرض ليزر منخفضة التكلفة، 445 نانومتر InGaN قد تقلصت الثنائيات الليزر في الثمن.

ويتعلق التحدي الأخير في دايودات العرض الليزرى إلى تشييد ليزرات "خضراء حقيقية" InGaN (حوالي 530 نانومتر). حققت أوسرام قريبا من"الصمام الثنائي الأخضر السليم" في520 نانومتر.

التطبيقات

مجالات تطبيق الليزر الأزرق ما يلي:

• مشغلات بلوراي عالية الوضوح
• أجهزة العرض التجارية كاسيوو DLP
• الاتصالات السلكية واللاسلكية
• تكنولوجيا المعلومات
• الرصد البيئي
• المعدات الالكترونية
• التشخيص الطبي
• أجهزة العرض وشاشات العرض مايكرو
• الأجهزة المغنطيسى

انظر أيضا

• قائمة منطقات الليزر

المراجع