Zelené světlo vzniká jako sekundární, druhá harmonická pro lasery na vlnové délce 1064 nm. Zde je popsán princip diodami pumpovaného dvojfrekvenčního Nd:YAG a Nd:YVO4 laseru ve viditelném zeleném spektru 532 nm.
První zelený laser v použitelném výkonu byl vyroben v roce 1996 (Spectra-Physics - v CW módu).
Zelené laserové moduly (včetně těch v ukazovátkách) jsou podstatně složitější. Jako zdroj zeleného laseru je znám princip pevnolátkového Nd:YAG laseru (Neodimium Doped Yttrium Aluminum Garnet) popřípadě Nd:YVO4 (Yttrium Vanadate) laseru, který je buzený laserovými diodami. Vybuzený paprsek laseru má dvě frekvence s velmi velkým odstupem mezi sebou, hlavní o větším výkonu je na frekvenci 1064 nm a druhá frekvence laseru je o menším výkonu a je ve viditelném spektru zeleného světla, na frekvenci 532 nm. Dvoufrekvenční lasery jsou známé dlouhou dobu, příkladem je He-Ne laser. U zelených laserů se většinou používá systém využívající druhou harmonickou, tedy Second Harmonic Generator (SHG). Jednoduše řečeno je to 1064 nm dělené dvěma, tedy 532 nm.
Diodově pumpovaný laser s druhou frekvencí v zeleném spektru je v základu Nd:YAG laser. Vysoce výkonné na vláknu napařené laserové diody jsou tepelně a termoelektricky chlazené a svým zářením v infračerveném světle na vlnové délce 808 nm budí absorpční skupinu Nd:YAG krystalů nebo krystal Neodymiem dotovaného Yttrium OrthoVanadatu (Nd:YVO4). V něm dochází ke stimulované emisi (to je princip už známého klasického pevnolátkového laseru) na vlnové délce 1064 nm, a to s poměrně vysokou účinností přesahující 60%. Výstup paprsku z vlákna laseru je přiveden na krystal za použití speciální optiky, výstup je opět v infračervené oblasti. Pumpovací strana krystalu je designována konvexněa dielektricky napařená vrstva pro vysoký přenos infra záření na budících 808 nm a vysokou reflexi na výstupu z krystalu na 1064 nm. Dva konce laseru jsou v podstatě výstupy pro paprsek, ale jeden konec je napařen vysoce reflexní vrstvou na 1064 nm a nereflexní vrstvou pro 532 nm. Další konec krystalové tyčky je pokrytý antireflexní vrstvou pro 1064 nm. Z toho se vytvoří dvě frekvence, jedna je podpořena pumpovací stranou na Nd:YAG laserové tyčce (straight cavity) a druhá na odlišné frekvenci (square cavity). Obě cavity mají stejný zdroj a jsou dále vedené do polarizovaného rozdělovače paprsku (polarized beam spliter). V laseru je ještě piezo elektric transducer (PZT), s kterým lze doladit rezonanční frekvenci. Lze tak přepínat laser do p-polarizace (1064 nm) a s-polarizačního módu (532 nm) pro jednu frekvenci laserového paprsku. Kombinací dvou jednofrekvenčních zelených laserů, použitím dalšího polarizačního rozdělovače - polarized beam spliter (PBS), je možné lineárně polarizovat dvojitou frekvenci laseru na 532 nm.
Nyní se používá na rozdělení paprsku do dvou frekvencí z jednoho zdroje, „Birefringent Filter - BF“. Filtr obsahuje polarizér, obvykle „Brewster plate - BP“ a birefringent krystal. Dále je v modulu za krystalem zařazen další krystal KTP (z KTiOPO4), kterým je frekvence z části výstupního záření zdvojnásobena, a dostane se tak do viditelné - zelené oblasti spektra 532 nm. KTP krystal je často používaný na odfiltrování nelineární frekvence. Celkově se tomuto optickému ústrojí říká BP-KTP filtr. V tomto filtru je možné jednu frekvenci potlačit a ta nejde ven a druhou frekvenci odfiltrovat a ta jde ven z laseru. Na konci je zařazen ještě jeden IR filtr, který z bezpečnostních důvodů propustí ven z modulu pouze zelené záření, nikoli zbylé IR, které převažuje.
Vhodnost použití na značení elektroniky
Second Harmonic Generation (SHG) ve viditelném spektru na vlnové délce 532 nm (green - zelený), která je polovinou základní frekvence na vlnové délce (1064 nm), jsou schopné značit do křemíkových destiček, tenkých paměťových karet, tenkých integrovaných obvodů, bez poškození vnitřní struktury. Dále zelené světlo velmi precizně a kontrastně značí do velkého množství plastů, mědi a zlata. U zlata je zajímavé, že se těžko značí s vlnovou délkou 1064 nm, stejně jako hliník, ale u vlnové délky 532 nm je značení mnohem snadnější. Ukazuje se, že plasty, které jsou používány v automobilovém průmyslu, lze velmi kontrastně značit právě zeleným světlem.
Vhodnost použití pro značení kovů
Stopa paprsku je mnohem menší jak s YAG nebo YAVO4 lasery, navíc paprsek je studený, proto je možné značit velmi ostře. Vysoce reflexní metalové materiály, jako jsou zlato nebo měď, není možné značit běžnými vlnovými délkami. V číslech má například měď odrazivost až 90% standardních vlnových délek 1064 nm (Nd:YAG) a velmi nízkou absorbci. Velmi špatně se využívá termo efektu při značení na měď. Tepelný efekt zapříčiní pálení materiálu a v oblasti aplikace laserového paprsku je opálení. Proto se s výhodou používá zelený laser na vlnové délce 532 nm. Poloviční vlnová délka způsobí snadné značení do měděného materiálu, protože je jednoduše absorbována mědí. Neopálené okraje působení laserového paprsku způsobí velmi ostré značení. Naopak, když chceme šrafovat velkou část oblasti zeleným laserem, například výplň loga, grafiky, tak je zelený laser méně efektivní, protože je pomalý - velmi slabá tloušťka paprsku způsobí nutnost použít velmi jemné šrafování, které zpomalí proces značení. Proto je zde výhodnější vláknový laser.
Cena za Green laser
Vcelku velmi komplikované řešení má za důsledek zvýšení ceny laserů se zeleným světlem. Jejich uplatnění je hlavně ve speciálních aplikacích, kde Nd:YAG a Nd:YVO4 lasery nedosahují předpokládaných výsledků. Na skoro stejném principu fungují i modré, fialové lasery. Nd:YAG krystaly jsou používány ve všech typech pevnolátkových laserů (solid-state lasers) jako jsou frequency-doubled kontinuální lasery, vysoce energetické Q-switched a další. Porovnáním s dalšími laserovými krystaly je životnost fluorescence dvakrát větší jak Nd:YVO4, a tepelná vodivost je také lepší.
Lasery až na 266 nm - UV spektrum
Pokud vezmeme až čtvrtou harmonickou, tak lze mít i tento laser. Používá se nelineární krystal jako je LBO (lithium triborate) a BBO (barium betaborate). Běžně se tyto lasery nepoužívají na značení
a taky jejich cena pro značící lasery je hned vyřazuje. To už jsme ale v UV spektru, kde se častěji dodávají lasery na vlnové délce 355 nm. Lasery pro značení v UV spektru mají výkon od 0,5 W, přes
5 W do 20 W. Energie pulsu je 20 µJ (mikro Jaulů) pro 0,5 W laser a přesto překvapí svými vlastnostmi a studeným světlem laseru. Laser na 5 W má energii pulsu 100 µJ a pro 20 W laser je energie pulsu 200 µJ. Přesto energie není stejná v celém rozsahu frekvence spínání, ale například pro 5 W laser je energie nejvyšší 100 µJ právě pro 50 kHz. Délka pulsu je 5 ns až 25 ns. Dle konfigurace optiky je možné mít laserový spot 23 µm (mikro metrů). Hloubka značení je přitom velmi minimální a proto se laser hodí také pro značení kabelů, kdy nepoškodí izolaci kabelu.
Záření tohoto UV laseru se pohybuje v ultrafialové oblasti od 157 nm do 351 nm. Jelikož jsou tyto vlnové délky velmi dobře absorbovány i ve vzduchu, je nutno aplikace s touto vlnovou délkou provádět ve vakuu, jinak se snižuje účinnost laseru. Pro zdroj UV laseru se používají i excimerové lasery. Paprsek excimerového laseru má vysokou kvalitu s nízkou divergencí. Aktivní prostředí je směs plynů (xenon, xenon a argon), které určuje vlnovou délku záření. Díky buzení elektrickým výbojem se molekuly plynu dostanou do excitovaného stavu (excited dimers) - odtud pramení název excimerový laser. Nejčastější využití aplikací s excimerovým laserem je při jemném opracování bez tepelného ovlivnění (vrtání, mikroobrábění) v mikroelektrice či medicíně. Lze vyvinout velmi krátký pulz o výkonech v řádu
miliwattů po kilowatty. Nevýhodou je krátká životnost aktivního prostředí, proto převládají aplikace s pevnolátkovými lasery, kde se odděluje čtvrtá harmonická z laseru.