تحليل شامل لليزر فوق البنفسجي 355nm: مبادئ, سمات, والتطبيقات

ال 355NM الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الليزر¹ يستخدم على نطاق واسع في معالجة المواد, التطبيقات الطبية الحيوية, والتحليل. توظف الحالة الصلبة المضغوطة الصمام الثنائي (DPSS) تكنولوجيا², استخدام ND:yag البلورات الكريستالية وغير الخطية للترددات المتدلية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355nm من خلال عملية بصرية معقدة. توفر هذه المقالة مقدمة مفصلة للهيكل, مبادئ, التطبيقات, و حسابات تبديد الحرارة³ من 355NM UV ليزر, جنبا إلى جنب مع الإرشادات حول اختيار المبرد المناسب للإدارة الحرارية.

---

ما هو ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355nm?

المبدأ الأساسي للليزر

ال 355NM UV ليزر⁴ يعتمد على تقنية التردد⁵ من ND:ليزر ياج, تحويل ليزر الأشعة تحت الحمراء 1064nm إلى طيف الأشعة فوق البنفسجية من خلال عملية بصرية غير خطية متعددة المراحل. تتضمن الخطوات الأساسية:

1. عملية ضخ: صمام مضخة 808nm يثير الإثارة ND:ياج كريستال, توليد ليزر 1064nm.

2. جيل التوافقي الثاني (SHG)⁶: يمر الليزر 1064nm عبر KTP أو BBO Crystal, مضاعفة تواترها لإنتاج ضوء أخضر 532 نانومتر.

3. جيل التردد (SFG): ضوء 532 نانومتر و 1064 نانومتر يدخل بلورة غير خطي, الجمع لتشكيل 355NM UV ليزر⁴ ضوء.

ميزات ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355nm

• طول موجة قصيرة⁷: كثافة الطاقة العالية لضوء الأشعة فوق البنفسجية تجعلها مثالية للمعالجة الدقيقة والتطبيقات الطبية الحيوية.

• عالية أحادية اللون⁸: تتيح عرض خط الطيف الضيق للغاية تطبيقات عالية الدقة.

• تأثير حراري منخفض⁹: أوضاع النبض القصيرة تقلل من الانتشار الحراري, تحسين جودة المعالجة.

• • -

هيكل ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355NM

المكونات الرئيسية

أ 355NM UV ليزر⁴ يتكون عادة من المكونات الأساسية التالية:

عنصر	وظيفة	المعلمات النموذجية
اختصار الثاني:ياج كريستال10	يولد الليزر الأساسي 1064nm	1064الطول الموجي نانومتر, 70% كفاءة التحويل
مضخة الصمام الثنائي	808مضخات ضوء nm ND:ياج	50% كفاءة التحويل الإلكترونية الضوئية
KTP/BBO البلورة غير الخطية11	1064NM → 532NM تردد مضاعفة, 532نانومتر + 1064نانومتر → 355nm	كفاءة تحويل التردد من 50%
تجويف بصري	تذبذب الليزر والتضخيم	مرايا الانعكاس العالي ونقل جزئي
نظام التحكم في درجة الحرارة	يحافظ على درجة حرارة التشغيل الكريستالية المثلى	تبريد TEC, ± 0.1 درجة مئوية دقة
مزود الطاقة & السيطرة على الإلكترونيات	يوفر الطاقة الكهربائية والتحكم في إخراج الليزر	100-240مدخلات VAC

تعمل هذه المكونات معًا لتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية 355nm, يستخدم على نطاق واسع في التصنيع الدقيق, البحوث الطبية, وغيرها من الحقول.

---

تطبيقات ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355NM

1. معالجة الدقة

• علامة دائرة ثنائي الفينيل متعدد الكلور¹²: يتيح ليزر الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة وضع علامات عالية الدقة على لوحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور دون إتلاف مواد.

• الحفر الزجاجي: يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن يعالج الأسطح الزجاجية مباشرة, مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في صناعات الإلكترونيات والبصريات.

2. التطبيقات الطبية الحيوية

• تسلسل الحمض النووي¹³: يثير ليزر الأشعة فوق البنفسجية 355NM أصباغ الفلورسنت للكشف عن الحمض النووي عالي الحساسية.

• التلاعب بالخلايا: يستهدف ضوء الأشعة فوق البنفسجية هياكل الخلية بدقة, تسهيل الأبحاث البصرية.

3. أشباه الموصلات & الالكترونيات الدقيقة

• معالجة الويفر السيليكون¹⁴: أشعة الأشعة فوق البنفسجية تزيل ملوثات النطاق الميكرون, تعزيز دقة تصنيع الرقائق.

• معالجة عرض OLED: تستخدم لإصلاح الليزر الشاشة المرنة, تحسين عائد الإنتاج.

---

حساب تبديد الحرارة لليزر الأشعة فوق البنفسجية 355nm

الصيغة الأساسية لحساب الحرارة

يمكن حساب الحرارة الناتجة عن الليزر باستخدام الصيغة التالية:

س = P_elec – P_opt

أين:

• p_elec = الطاقة الكهربائية الإدخال

• p_opt = إخراج الطاقة البصرية في 355 نانومتر

بناءً على البيانات التجريبية, ال كفاءة¹⁵ من كل مرحلة على النحو التالي:

• مضخة الصمام الثنائي كفاءة¹⁵: 50%

• اختصار الثاني:تحويل YAG كفاءة¹⁵: 70%

• 1064NM → 532NM تردد مضاعفة كفاءة¹⁵: 50%

• 532نانومتر + 1064نانومتر التحويل 355NM كفاءة¹⁵: 50%

عموما كفاءة¹⁵ من الطاقة الكهربائية إلى 355طاقة نانومتر البصرية¹⁶ تقريبا 8.75%, معنى 91.25% يتحول طاقة المدخلات إلى الحرارة. الحمل الحراري هو الحد الأدنى من سعة المبرد لتبريد الليزر:

• 100W إدخال طاقة → 91.25W توليد الحرارة¹⁷

• 500W إدخال الطاقة → 456.25W توليد الحرارة¹⁷

تحليل مصدر الحرارة

مصدر الحرارة	طريقة الحساب	مساهمة الحرارة
مضخة فقدان الصمام الثنائي	50% من الطاقة الكهربائية	50دبليو (100W المدخلات)
اختصار الثاني:yag فقدان الكريستال	30% فقدان الضوء 808nm	15دبليو (100W المدخلات)
SHG & خسارة SFG	50% الخسارة في تحويل التردد	26.25دبليو (100W المدخلات)

أشعة الليزر عالية الطاقة (فوق 24W) يتطلب أنظمة تبريد المياه¹⁸ لضمان عملية مستقرة طويلة الأجل.

---

كيفية اختيار مبرد لليزر فوق البنفسجي 355nm?

1. حساب متطلبات التبريد

يجب أن يعتمد اختيار المبرد على حسابات الحمل الحراري¹⁹. على افتراض أن الحمل الحراري الكلي للليزر س = 500W, الحد الأدنى للمبرد قدرة التبريد²⁰ يجب أن ترضي:

p_cooling ≥ Q.

بالإضافة إلى ذلك, أ هامش السلامة²¹ يجب النظر, و قدرة التبريد²⁰ على الأقل 600دبليو يوصى به.

2. مقارنة المعلمة الرئيسية

المعلمة	اختيار معيار	وصف
قوة التبريد	≥ 1.2 × حمل الحرارة بالليزر	يضمن هامش التبريد
دقة التحكم في درجة الحرارة	± 0.1 درجة مئوية أو أعلى	يؤثر على استقرار الليزر
معدل تدفق المياه	≥10 لتر/دقيقة	يؤثر على كفاءة التبريد
المبرد الصديق للبيئة	R134A أو R410A	تلبي المعايير البيئية

3. نماذج المبرد الموصى بها

• Q580 Series Laser Chiller (580دبليو)

* دقة التحكم في درجة الحرارة: ±0.1 درجة مئوية

* طريقة التبريد: تبريد ضاغط التردد المتغير Micro DC

* طلب: مناسب لتبريد ليزر الأشعة فوق البنفسجية 10W-20W

* رأس مضخة الماء: 20م, معدل التدفق 24L/دقيقة

• M160 سلسلة المبرد الصناعي (1600دبليو)

* مناسب ل الطاقة العالية (>30دبليو) أشعة الليزر فوق البنفسجية

* نظام إعادة ملء المياه التلقائي²² للتشغيل الممتد

* الاستخدامات R410A المبرد الصديق للبيئة²³

اختيار المبرد المناسب يعزز بشكل كبير من الاستقرار بالليزر, يمتد عمره, ويقلل من تكاليف الصيانة طويلة الأجل.

---

خاتمة

تتضمن المكونات الأساسية لليزر 355nm للأشعة فوق البنفسجية ND:ياج كريستال, بلورات التردد غير الخطي, ونظام التحكم في درجة الحرارة الدقيق. بالنظر إلى انخفاض كفاءة تحويل الطاقة, 91.25% من الطاقة الكهربائية المدخلات تتحول إلى الحرارة²⁴, جعل فعال الإدارة الحرارية²⁵ ضروري. تستخدم أشعة الليزر عالية الطاقة عادة تبريد المياه, مثل Q580 أو M160 سلسلة المبردات²⁶, للحفاظ على درجات حرارة التشغيل المثلى وضمان الاستقرار على المدى الطويل. في التطبيقات العملية, يجب على المستخدمين تحديد حل تبريد مناسب استنادًا إلى حسابات تبديد الحرارة لتعزيز أداء الجهاز وطول العمر.

---