چه عاملی باعث افزایش برد لیزر می‌شود؟

پرسش:

 ۱) لیزرهای نظامی را چگونه می‌سازند و چه عاملی باعث زیاد شدن برد آن می‌شود؟
2) لیزرهای نوری را چگونه می‌سازند و چه چیزی باعث می‌شود که برد‌ نور آن زیاد شود؟

پاسخ:

برای فهمیدن اینکه چه عواملی بر افزایش برد لیزر اثر دارد باید کمی از فیزیک، علت واگرا شدن نور لیزر را شناخت.

یکی از ویژگی‌های مهم لیزر قابلیت واگرایی کم آن است. لیزر در مسافت‌های کم بسیار متفاوت نسبت به یک چراغ قوه عمل می‌کند و تا مسافت قابل توجهی بدون واگرایی انتشار پیدا می کند. این بخاطر نحوه تولید لیزر از یکسو و همدوسی لیزر از سوی دیگر است. آینه‌های موازی هم فقط به پرتوهایی که عمودی به آن‌ها برخورد می‌کند و تقویت می‌شوند اجازه خارج شدن می‌دهند. این پرتوها به خط مستقیم انتشار می‌بیابند. البته ممکن است لیزرهایی باشند که مثلا یک آینه را نداشته باشند که در این صورت پرتوهای خروجی ممکن است واگرا باشند ولی بخاطر ویژگی دیگر لیزر یعنی همدوسی، می‌توان با یک سیستم اپتیکی پرتوها را مرتب و موازی کرد. شبیه این مسئله در لیزرهای دیودی اتفاق می‌افتد که نور لیزر در این لیزرها بخاطر شرایط کاواک واگرا است و با یک عدسی این نور موازی می‌شود.

در مورد منابع نوری دیگر هم ممکن است با یک آینه یا عدسی از یک منبع نور نقطه‌ای ستونی از نور موازی درست کرد ولی انتشار آن قابل مقایسه با لیزر نیست. همدوسی باعث می‌شود که نور موازی شده موازی بماند. روابط کامل نحوه واگرایی مفصل است و در بحث اپتیک باریکه مثلا در کتاب فوتونیک صالح می‌توانید دنبال کنید.

ولی برگردیم به سؤال شما، برای یک لیزر موجود چگونه می‌توان برد لیزر را افزایش داد. طبق همان روابط اپتیک باریکه، هرچه قطر اولیه لیزر بزرگتر باشد، برای یک لیزر موجود، برد لیزر بیشتر یا به عبارتی واگرایی لیزر کمتر می‌شود. اینکه چقدر قطر لیزر را در ابتدا افزایش دهیم به صورت یک مسئله ساده قابل حل است که بر اساس برد مورد نظر می‌توانید قطر مناسب را تخمین بزنید. این روابط در کتاب فوتونیک صالح آمده است.

اساس و منشا این اتفاق اصل عدم قطعیت است. هیچگاه طول همدوسی لیزر بینهایت نمی‌شود و هیچگاه لیزر کاملا تکفام نمی‌شود که ریشه در عدم قطعیت دارد. و بر همین اساس هیچگاه موازی بودن لیزر ایده آل نمی‌شود.