لیزر هلیوم-کادمیوم (Helium-Cadmium Laser - HeCd)، در فیزیک (Physics)

انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :

لیزر هلیوم-کادمیوم (Helium-Cadmium Laser - HeCd) :

Helium-Cadmium (HeCd) Laser یک لیزر گازی یونی فلزی است که در دو طول موج اصلی فرابنفش (۳۲۵ نانومتر) و آبی (۴۴۲ نانومتر) کار می کند. محیط فعال آن بخار کادمیوم است که توسط تخلیه الکتریکی در حضور گاز هلیوم برانگیخته می شود. HeCd یکی از معدود لیزرهایی است که مستقیما در محدوده فرابنفش و آبی با توان متوسط (چند میلی وات تا چند ده میلی وات) و کیفیت پرتو عالی کار می کند. ساختار آن مشابه HeNe است اما با یک منبع تبخیر کادمیوم درون لوله.

مکانیزم عملکرد مبتنی بر انتقال انرژی از اتم های هلیوم برانگیخته به اتم های کادمیوم است. در تخلیه الکتریکی، اتم های هلیوم به ترازهای برانگیخته بلندمدت (۲s) می رسند. این اتم ها با اتم های کادمیوم خنثی برخورد کرده و با یونیزاسیون پنینگ (Penning ionization)، یون های کادمیوم را به ترازهای برانگیخته بالا (مانند ۵s²) می برند. گسیل القایی از این ترازها به ترازهای پایین تر منجر به تولید نور ۴۴۲ نانومتر و ۳۲۵ نانومتر می شود. تراز پایینی با واپاشی سریع تخلیه می شود.

از لیزر HeCd در تحقیقات علمی برای هولوگرافی (به دلیل همدوسی بالا)، طیف سنجی فلورسانس، میکروسکوپ کانفوکال، و تفکیک ایزوتوپی استفاده می شود. در صنعت، برای بازرسی ویفرهای نیمه هادی (با طول موج ۳۲۵ نانومتر برای تحریک فلورسانس)، اندازه گیری ضخامت لایه های نازک، و در چاپگرهای لیزری (مدل های قدیمی) کاربرد داشته است. در پزشکی، برای تشخیص زودهنگام سرطان (با تحریک فلورسانس پورفیرین ها) استفاده می شود.

مزایای HeCd شامل کیفیت بالای پرتو (مد پایه گوسی)، طول موج های منحصربه فرد (به ویژه ۳۲۵ نانومتر که با لیزرهای دیگر کمتر در دسترس است)، و نویز کم است. معایب آن شامل توان پایین، بازده کم، طول عمر محدود (به دلیل مصرف کادمیوم)، و نیاز به گرم کردن اولیه برای تبخیر کادمیوم است. کادمیوم سمی است و باید با احتیاط کار کرد. با ظهور لیزرهای دیودی فرابنفش و آبی (GaN)، استفاده از HeCd به شدت کاهش یافته است. با این حال، در برخی کاربردهای خاص که به کیفیت پرتو و همدوسی بالا نیاز دارند (مانند هولوگرافی)، هنوز استفاده می شود. HeCd از نظر تاریخی یکی از منابع مهم نور آبی و فرابنفش بوده است.