เลเซอร์สีเขียวถูกนำมาใช้กันทั่วไปในหลากหลายการใช้งาน ตั้งแต่การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ไปจนถึงการประมวลผลทางอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แม้จะมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและข้อดีต่างๆ แต่เลเซอร์สีเขียวต้องเผชิญกับความท้าทายหลายประการที่อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้และสาเหตุพื้นฐานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรและผู้ใช้ที่ต้องการเพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของอุปกรณ์เลเซอร์ให้สูงสุด
1. การกระโดดของโหมด
การกระโดดของโหมดเกิดขึ้นเมื่อความถี่เอาต์พุตของเลเซอร์กระโดดอย่างกะทันหันระหว่างโหมดเรโซแนนซ์ที่แตกต่างกันภายในโพรงเลเซอร์ ความไม่เสถียรภาพนี้ส่งผลให้เกิดความผันผวนในความยาวคลื่นและกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์ ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อการใช้งานที่ต้องการแสงที่แม่นยำและเสถียร
ทริกเกอร์หลักสำหรับการกระโดดของโหมด ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การสั่นสะเทือนทางกล และความผันแปรของกระแสไฟที่ฉีด แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความยาวโพรงหรือดัชนีการหักเหของแสงก็สามารถเปลี่ยนแปลงสภาวะเรโซแนนซ์ ทำให้เลเซอร์เปลี่ยนโหมดโดยไม่สามารถคาดเดาได้ การจัดการเสถียรภาพทางความร้อนและการลดความเครียดทางกลให้เหลือน้อยที่สุดสามารถช่วยลดปัญหานี้ได้
2. การลดทอนกำลัง
การลดทอนกำลังแสดงให้เห็นถึงการลดลงของกำลังเอาต์พุตอย่างค่อยเป็นค่อยไปและการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟเกณฑ์ของเลเซอร์ ปัจจัยหลายประการมีส่วนทำให้เกิดการลดลงนี้ ได้แก่:
-
การก่อตัวและการเติบโตของข้อบกพร่องภายในคริสตัลเลเซอร์ เช่น การเคลื่อนตัวของอะตอมและข้อบกพร่องจุดมืด ซึ่งเพิ่มการรวมตัวแบบไม่แผ่รังสีและลดประสิทธิภาพ
-
ความเสียหายทางแสงบนกระจกหรือสารเคลือบโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับพลังงานสูง ซึ่งเพิ่มการดูดกลืนความร้อนเฉพาะที่ บางครั้งนำไปสู่ความเสียหายทางแสงอย่างหายนะ
-
การเสื่อมสภาพของอินเทอร์เฟซวัสดุภายในบริเวณที่ใช้งาน ซึ่งการแพร่กระจายของอะตอมและความเครียดจากความร้อนทำให้โครงสร้างควอนตัมเวลล์เสื่อมสภาพ ซึ่งมีความสำคัญต่อการปล่อยเลเซอร์
-
การเสื่อมสภาพของขั้วไฟฟ้าและการรวมตัวของกระแสไฟส่งผลให้การฉีดกระแสไฟไม่สม่ำเสมอและความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่
3. ความเสียหายของคริสตัล
ความเสียหายของคริสตัลหมายถึงข้อบกพร่องทางกายภาพและความเสียหายภายในบริเวณที่ใช้งานของเลเซอร์หรือวัสดุโดยรอบ ข้อบกพร่องเหล่านี้รวมถึง:
-
การก่อตัวและการแพร่กระจายของเครือข่ายการเคลื่อนตัวของอะตอมที่บั่นทอนการรวมตัวของอิเล็กตรอน-โฮล
-
รอยร้าวขนาดเล็กที่เกิดจากการหมุนเวียนความร้อนและความเครียดทางกล
-
การแพร่กระจายของสิ่งเจือปนและการเสื่อมสภาพของอินเทอร์เฟซเฮเทอโรสตรัคเจอร์ที่ขัดขวางการทำงานของเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ
-
จุด "ไหม้" เฉพาะที่บนพื้นผิวแสงที่เกิดจากการดูดกลืนแสงที่มีความเข้มสูง ซึ่งเรียกว่าความเสียหายทางแสงอย่างหายนะ ซึ่งอาจทำให้เลเซอร์ใช้งานไม่ได้อย่างถาวร
4. ปัญหาการจัดการความร้อน
ความร้อนเป็นศัตรูตัวฉกาจของเลเซอร์สีเขียว การจัดการความร้อนที่ไม่ดีนำไปสู่:
-
อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมากเกินไปทำให้วัสดุขยายตัวและเกิดความเครียด