يشير التشغيل النبضي لليزر إلى أي ليزر غير مصنف على أنه موجة مستمرة ، بحيث تظهر الطاقة الضوئية في نبضات لبعض الوقت بمعدل تكرار معين. يشمل هذا مجموعة واسعة من التقنيات التي تتناول عددًا من الدوافع المختلفة.
تنبض بعض أنواع الليزر ببساطة لأنه لا يمكن تشغيلها في الوضع المستمر.
الليزر النبضي، (بالإنجليزية: pulse laser) هو عبارة عن ليزر لا يرسل أشعته بشكل مستمر، وإنما بشكل متقطع على شكل ومضات (نبضات) منفصلة.
الليزر ذو الشعاع المستمر يكون طيفه (عرض النبضة) رفيع جدا، أما الشعاع الليزري النبضي فان عرض النبضة يكون أكبر بكثير لأن التردد ذو علاقة عكسية مع زمن الشعاع أو الموجة (f=1/t) وبما أن زمن النبضة صغير جداً في الليزر النبضي، فإن عرض نطاق طيفه كبير جدا.
في حالات أخرى ، يتطلب التطبيق إنتاج نبضات ذات طاقة كبيرة قدر الإمكان. نظرًا لأن طاقة النبض تساوي متوسط القدرة مقسومًا على معدل التكرار ، يمكن تحقيق هذا الهدف في بعض الأحيان عن طريق خفض معدل النبضات بحيث يمكن بناء المزيد من الطاقة بين النبضات.
في الاستئصال بالليزر على سبيل المثال ، يمكن تبخير حجم صغير من المواد الموجودة على سطح قطعة العمل إذا تم تسخينها في وقت قصير جدًا ، في حين أن توفير الطاقة تدريجيًا سيسمح بامتصاص الحرارة في الجزء الأكبر من القطعة ، لا تصل أبدًا إلى درجة حرارة عالية بدرجة كافية عند نقطة معينة.
تطبيق Q-switching
في ليزر Q-switched ، يُسمح بانعكاس السكان بالتراكم عن طريق إدخال خسارة داخل الرنان تتجاوز مكاسب الوسط ؛ يمكن أيضًا وصف ذلك بأنه انخفاض في عامل الجودة أو “Q” للتجويف. بعد ذلك ، بعد أن تقترب طاقة المضخة المخزنة في وسط الليزر من الحد الأقصى الممكن ، تتم إزالة آلية الخسارة المُدخلة (غالبًا عنصر كهربائي أو صوتي ضوئي) بسرعة (أو التي تحدث من تلقاء نفسها في جهاز منفعل) ، مما يسمح باستخدام الليزر للبدء الذي يحصل بسرعة على الطاقة المخزنة في وسيط الكسب. ينتج عن هذا نبضة قصيرة تتضمن تلك الطاقة ، وبالتالي قوة ذروة عالية.
وضع القفل
ليزر الوضع المغلق قادر على إصدار نبضات قصيرة للغاية في حدود عشرات البيكو ثانية حتى أقل من 10 فمتوثانية. ستتكرر هذه النبضات في وقت الرحلة ، أي الوقت الذي يستغرقه الضوء لإكمال رحلة واحدة ذهابًا وإيابًا بين المرايا التي يتكون منها الرنان. بسبب حد فورييه (المعروف أيضًا باسم عدم اليقين في وقت الطاقة) ، فإن نبضة بهذا الطول الزمني القصير لها طيف منتشر على عرض نطاق كبير. وبالتالي ، يجب أن يكون لوسط الكسب عرض نطاق عريض بدرجة كافية لتضخيم تلك الترددات.
مثال على مادة مناسبة هو الياقوت المطلي بالتيتانيوم والمزروع صناعياً (Ti: sapphire) والذي له نطاق ربح واسع للغاية وبالتالي يمكن أن ينتج نبضات مدتها بضعة فيمتوثانية فقط.
تُعد مثل هذه الليزرات ذات الوضع المغلق أداة متعددة الاستخدامات للبحث عن العمليات التي تحدث على نطاقات زمنية قصيرة للغاية (تُعرف باسم فيزياء الفيمتو ثانية ، وكيمياء الفيمتو ثانية وعلم فائق السرعة).
الضخ النبضي
هناك طريقة أخرى لتحقيق عملية الليزر النبضي وهي ضخ مادة الليزر بمصدر نابض بحد ذاته ، إما من خلال الشحن الإلكتروني في حالة مصابيح الفلاش ، أو ليزر آخر نابض بالفعل. تم استخدام الضخ النبضي تاريخياً مع ليزر الصبغة حيث كان العمر السكاني المقلوب لجزيء الصبغة قصيرًا جدًا بحيث كانت هناك حاجة إلى طاقة عالية ومضخة سريعة.
كانت طريقة التغلب على هذه المشكلة هي شحن المكثفات الكبيرة والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى التفريغ من خلال المصابيح الكهربائية ، مما ينتج عنه وميض شديد. الضخ النبضي مطلوب أيضًا لأشعة الليزر ثلاثية المستويات حيث يصبح مستوى الطاقة المنخفض سريعًا مكتظًا بالسكان مما يمنع المزيد من الليزر حتى تسترخي تلك الذرات إلى الحالة الأرضية. لا يمكن تشغيل هذه الليزرات ، مثل ليزر الإكسيمر وليزر بخار النحاس ، في وضع CW.
استخدام تطبيقاته
يستخدم الليزر النبضي Nd: YAG و Er: YAG في إزالة الوشم بالليزر وأجهزة تحديد المدى بالليزر من بين تطبيقات أخرى.
يستخدم الليزر النبضي أيضًا في جراحة الأنسجة الرخوةوهي جميع الأنسجة الموجودة في الجسم والتي لا تصلب بسبب عمليات التعظم أو التكلس مثل العظام والأسنان. تربط الأنسجة الرخوة الأعضاء الداخلية والعظام أو تحيط بها أو تدعمها ، وتشمل العضلات والأوتار والأربطة والدهون والأنسجة الليفية والجلد والليمفاوية والأوعية الدموية واللفافة والأغشية الزليلية.
عندما يتلامس شعاع الليزر مع الأنسجة الرخوة ، فإن أحد العوامل المهمة هو عدم ارتفاع درجة حرارة الأنسجة المحيطة ، لذلك يمكن منع حدوث النخر.
كذلك و بسبب قِصر مدة الشعاع وطاقته العالية فيتم استخدام هذا النوع من أشعة الليزر في مجالات متعددة، كمعالجة المعادة (قصها وتشكيلها) وفي طب العيون، حيث تستخدم الأشعة لتصحيح الرؤية بتصويبها على سطح قرنية العين (LASIK Operation و Femto LASIK).
يجب تباعد نبضات الليزر للسماح بتبريد الأنسجة بكفاءة (وقت الاسترخاء الحراري) بين النبضات.