برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

لیزر

مقدمه

بدون شك لیزر یكی از برجسته‌ترین ابزار علمی و فنی قرن بیستم بشمار می‌آید .

پیشرفت سریع تكنولوژی لیزر از سال 1960 میلادی ، هنگامی كه اولین لیزر با موفقیت تهیه شد ، شروع گردید . لیزر امروزه در زمینه‌های گوناگون از قبیل بیولوژی ، پزشكی ، مدارهای كامپیوتر ، ارتباطات ، سیستم‌های اداری ، صنعت ، اندازه‌گیری در زمینه‌های مختلف و … بكار برده می‌شود . لیزر یك منبع نور خاص است و بطور كلی با نور لامپهای معمولی ، چراغ برق ، نور فلورسانت و غیره تفاوت فاحش دارد و در مقایسه با سایر منابع نور : در رده‌ای با مشخصات فوق‌العاده نوری قرار دارد . این مطلب با عنوان اینكه نور لیزر از همدوستی (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بیان می‌شود .

لیزر را می‌توان در مقایسه با سایر مولد‌های نوری كه فقط نور را منتشر می‌كنند ، یك فرستنده نوری پنداشت . تا قبل از ظهور لیزر محدوده فركانس امواج رادیوئی و محدوده نوری از نقطه‌ نظر همدوستی با یكدیگر اختلاف داشتند . در فیزیك رادیوئی بطور گسترده‌ای امواج همدوس مورد استفاده قرار می‌گیرند و این در حالی است كه امواج نوری (اپتیكی) غیر همدوس نیز در اختیار است . در گذشته كتب درسی تنها مكانی بود كه امواج لیزری مورد بحث قرار می‌گرفت . این امواج هنگامی واقعیت پیدا كردند كه لیزر اختراع گردید .

دانش مربوط به لیزر در حقیقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه این رشته از دانش فیزیك در حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تكامل است . معذالك نمودهای نوظهور آن در معرض كاربردهای جالب قرار گرفته‌اند .

آنچه در این تحقیق مورد بحث قرار می‌گیرد كاربردهای لیزر و لیزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری و قوانین بین‌الملل در مورد این تكنولوژی برتر می‌باشد .

بسوی لیزر

Light amptificationaly stimnlatcd emission of radiation

فكر ساختن وسیله‌ای كه نور همدوس تولید كند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . در سال 1985 فیزیكدان مشهور آمریكایی چالز تاونز راه این كار را پیدا كرد . دو سال بعد دانشمند دیگر آمریكایی ، تئودور مایمن به نظریه تاونز جامه عمل پوشاند و اولین لیزر را با بلوری از یاقوت مصنوعی ساخت این دو بعداً به دریافت جایزه نوبل نایل آمدند . یك لیزر یاقوتی ساده از سه بخش تشكیل می‌شود : استوانه‌ای از یاقوت مصنوعی ، یك چشمه نور ـ مثلاً یك لامپ گزنون كه مانند لامپ نئون كار می‌كند . ( گزنون و زنون هر دو از گازهای بی‌اثرند یعنی اتمهایشان با اتمهای دیگر مولكول نمی‌سازد . ) ـ و یك بازتابنده كه نور را از لامپ گزنون به یاقوت هدایت می‌كند

استوانه یاقوتی ، بخش اصلی دستگاه است . قطر آن در حدود 7 میلیمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صیقل خورده و نقره اندود شده است تا آینه كاملی باشد . قاعده دیگر نیز نقره اندود است ولی نه كاملاً به طوری كه می‌تواند قسمتی از نور را از خود عبور دهد .

یاقوت بلور اكسید آلومینیوم است كه در آن تعداد نسبتاً كمی اتم كروم معلق است . اتمهای كروم از طریق گسیل القایی ، كوانتوم نور تولید می‌كنند ، اتمهای اكسیژن و آلومینیم كه بقیه بلور را تشكیل می‌دهند فقط اتمهای كروم را در جایشان نگه می‌دارند. اتمهای كروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زیادی الكترون در مدارهایشان دارد . در این جا فقط الكترونی مورد توجه ماست كه بیش از دیگران برانگیخته می‌شود .

لازم به ذكر است واژه لیزر از حروف اول (( تقویت نور بوسیله گسیل برانگیخته تابش )) در زبان انگلیسی گرفته شده كه آن را می‌توان توسعه “maser” تقویت میكروویو بوسیله گسیل برانگیخته تابش در محدوده فوتونی طیف امواج الكترومغناطیسی دانست .

در سال 1917 اینشتین برای اولین بار وجود دو فرایند برای گسیل تابش را بصورت زیر پیشگویی كرد .

1 . گسیل خودبخود spantaneous

2 . گسیل برانگیخته stimulated

دانشمندانی همانند townes و schawlow در امریكا و basov و prochror از روسیه قدیم امكان استفاده از روش دوم (گسیل برانگیخته) را برای یك طراحی نور همدوس كشف كردند . در سال 1958 میلادی می‌من ( muiman ) اولین لیزر یاقوت سرخ ruby را به نمایش گذاشت . در سال 1960 میلادی علی ج.ان در امریكا اولین لیزر گازی He_Ne را ساخت و از آن به بعد لیزرهای گوناگون بمانند گازی ، مایعات ، مواد شیمیایی ، جامدات و تهیه رساناها با قابلیت‌های متفاوت و ویژگیهای گوناگون برای كاربردهای مختلف ساخته و بكار گرفته شد .

اجزای اصلی در یك لیزر :

محیط فعال (active medium) : محیط فعال مجموعه‌ای از اتم‌ها و مولكول‌ها ، با یونها در حالت جامد ، مایع یا گازی است كه همانند تقویت‌كننده عمل می‌كند .

منبع تحریك :وسیله‌ای برای ایجاد شرایط لازم جهت گسیل لیزری كه این شرایط اساسی را وارونگی جمعیت (inrerted population) می‌نامند و ممكن است منبع تحریك نورانی و یا الكتریكی و … باشد . مثلاً در یاقوت قرمز این منبع از یك لامپ فلاش و در لیزر He - Ne پتانسیل الكتریكی در حدود چند هزار ولت است . اگر در محیط فعال چگونگی تقویت یا تضعیف را بررسی كنیم خواهیم دید كه شدت تحریك I با وارونگی جمعیت وابستگی كمی دارند .

اصول كار لیزر

محیط فعال و عناصر دیگر در داخل مشدد نوری قرار دارند . مشدد محور نور در لیزر را تعیین و نور ساطع شده در امتداد محور تابش می‌كند . باید توجه داشت كه یك لیزر می‌تواند نور را در یك یا دو امتداد مخالف در امتداد محور نوری ساطع كند . ماشه تحریك یك لیزر بوسیله سیستم پمپاز شروع بكار می‌نماید . كار این سیستم تحریكی عناصر فعال است كه در اثر آن جمعیت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌كننده ایجاد می‌گردد . مشدد نور (همراه با عناصر) اضافی عمل گزینش را بر روی حالات فوتونی تدارك می‌بینند . در نتیجه ، یك تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش لیزر در امتداد محور حاصل می‌شود .

محیط‌های فعال و روش‌های تحریك :

مواد فعال زیر در لیزرها بكار برده می‌شوند :

گازها و یا مخلوطی از گازها (لیزرهای گازی)

بلورها و شیشه‌های ممزوج با یونهای مخصوص (لیزرهای جامد)

مایعات (لیزرهای مایع)

نیمه‌هادی‌ها (لیزرهای نیمه‌هادی)

كاربردهای لیزر :

در نظر اول فهم این نكته مشكل است كه چرا با نور لیزر می‌توان یك تیغه را سوراخ كرد ولی با نور معمولی ، مثلاً نور یك لامپ الكتریكی ـ هر قدر هم قوی باشد این كار میسر نیست . این سئوال سه جواب دارد :

اولاً نور لامپ ناهمدوس است یعنی فوتونهای لامپ همفاز نیستند و با مختصری اختلاف زمانی به هدف می‌رسند ، در حالی كه فوتونهای تابه لیزری ، همه دقیقاً با هم حركت می‌كنند و درست در یك نقطه به هدف می‌رسند . دلیل دوم این كه نور از چشمه‌های دیگر كوبنده‌تر است ، این است كه تابه نور معمولی فقط از یك طول موج معین تشكیل شده است بلكه شامل طیف نسبتاً وسیعی از طول موج‌هاست . این مطلب ، دلیل سوم را نیز در بر می‌گیرد : نور معمولی بر خلاف نور لیزر به شكل تابه‌ای باریك و موازی تولید نمی‌شود ، بلكه راستاهای مختلف را اختیار می‌كند .

نور لیزر برای روشنایی :

لیزرهای حالت جامد و لیزرهای تزریقی درخشهای كوتاه بسیار روشنی تولید می‌كند كه برای عكسبرداری بسیار سریع ، ایده‌آل است . ما در عصری هستیم كه سالانه میلیونها پوند صرف ساختن هوانوردهای سریع ـ اعم از موشك‌های بالستیكی ، قاره‌پیما یا هواپیما می‌شود . باید دانست كه سرعتهای زیاد چه بر سر اجسام متحرك می‌آید و یكی از بهترین راههای این كار عكسبرداری از جسم در حال حركت است . سرعت بعضی از پرتابه‌ها بقدری زیاد است كه اغلب چندین كیلومتر در ثانیه كه حتی عكسی كه به كمك سریعترین فلاشهای متداول از آنها گرفته می‌شود ، چیزی جز تصویری محو نیست . از آنجایی كه حتی سریعترین پرتابه‌ها هم در این مدت فاصله بسیار كمی را خواهند پیمود ، عكسی كه با درخشش لیزری از اجسام تیز پرواز گرفته می‌شود ، واضح و دقیق خواهد بود . ارتش آمریكا سرگرم آزمایش با تلویزیون لیزری برای استفاده در گشتهای شبانه مخفی با هواپیماست و طراحان نظامی درصدد ساختن كلاهك بمب‌هایی هستند كه هدف را با استفاده از پرتو لیزری نامرئی مادون قرمز پیدا كنند .

استفاده از لیزر در فاصله‌یابی :

یافتن فاصله هدف مورد نظر از مشكلات دائمی توپچیها و ضدهوایی‌ها بوده است . فاصله‌یاب لیزری ، اساساً از یك لیزر ، یك منبع توان ، یك سلول فتوالكتریك و یك كامپیوتر رقمی كوچك تشكیل می‌شود . پرتویی كه لیزر می‌فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابیده می‌شود و وارد سلول فتوالكتریك می‌گردد . از روی زمان رفت‌وبرگشت فاصله هدف ، توسط كامپیوتر محاسبه و بر حسب هر واحدی كه بخواهد ثبت می‌شود .

نوعی فاصله‌یاب لیزری كه برای ناتو ساخته شده ، به اندازه یك تفنگ نسبتاً بزرگی است كه منبع توان و كامپیوتر آن را می‌توان در بسته‌ای روی پشت حمل كرد . فاصله‌یابهای لیزری تا مسافت 11 km را با دقتی حدود 5/4 متر تعیین كرده‌اند .

استفاده از لیزر در هوانوردی و دریانوردی :

یكی از بدیعیترین وسایل لیزری ، ژیروسكوپ لیزری است . ژیروسكوپ معمولی اساساً چرخ دواری است كه بسرعت می‌چرخد . به دلیل این چرخش ، محور چرخ همواره در یك صفحه باقی می‌ماند . محور ژیروسكوپ چرخنده همیشه در یك راستا باقی می‌ماند و تغییر مسیر كشتی تأثیری بر آن ندارد . این محور ، كار یك ((خط مبنا)) را انجام می‌دهد كه تغییرات جهت كشتی را از روی آن می‌توان تشخیص داد . سفینه‌های فضایی كه غالباً بی‌سرنشینند تنها به كمك ژیروسكوپ مسیر خود را حفظ می‌كنند . این ژیروسكوپ متشكل است از یك لیزر گازی مثلاً لیزر هلیوم ، نئون كه از هر دو انتهایش نور همدوس خارج می‌شود . با نصب این ژیروسكوپ به سفینه فضایی ، انحراف سفینه از مسیر ، قابل تشخیص است .

استفاده از لیزر در پزشكی :

لیزر بعنوان یك منبع قوی انرژی ، در پزشكی نیز بكار گرفته شده است بخصوصدر امریكا كه زادگاه لیزر بود و هنوز هم موطن آن است . به عقیده برخی جراحان ، لیزر برای بریدن اعضایی كه رگهای خونی بسیار پیچیده دارد ـ مانند مغز ـ فوق‌العاده مناسب است. تابه لیزر در حین قطع‌كردن رگهای خونی ، با سوزاندن، دهانه آنها را می‌بندند . برخی از چشم‌پزشكان لیزر را برای جوش‌دادن جداشدگی شبكیه چشم ، مفید یافته‌اند .

كاربرد لیزری در نوسازی صنعت :

گسترش تكنولوژی لیزر در دهه گذشته در تمامی شاخه‌های زندگی رشد فزاینده‌ای داشته است به گونه‌ای كه امروزه لیزر جزء لاینفك زندگی انسان محسوب می‌شود یكی از شاخه‌هائی كه لیزر از ابتدای اختراع آن بیش از دیگر زمینه‌های كاربردی مورد توجه محققین و متخصصین قرار گرفت ، كاربرد صنعتی لیزر بوده است .

برش‌كاری توسط لیزر از همان روزهای آغازین تولد لیزر مورد توجه بسیاری از علاقه‌مندان و صنعتگران كه به آینده درخشان كار خود امید داشتند قرار داشت . پرتو لیزر با توجه به ویژگیهای منحصر خود كه شامل تك‌رنگی ، همدوسی ، شدت بالا و واگرائی كم است نشان داد كه با بكارگیری آن می‌توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلكه به تحول كیفی محصولات آن امید فراوانی پیدا نمود . بدنبال ساخت اولین لیزر گازكربنیك در سال 1964 این امكان فراهم‌شد كه بتوان با حداقل امكانات لیزرهای پرقدرتی در ناحیه حرارتی مادون قرمز ، همان منطقه‌ای كه موردنیاز صنعت است تهیه و به بازار عرضه نمود . اینك وسیله‌ای پا به عرصه وجود گذاشته بود كه امكان فراهم‌نمودن یك منبع حرارتی قابل كنترل و در عین حال بسیار باریك به راحتی در دسترس كاربران قرار می‌گرفت . با یك نگاه گذرا اما عمیق به نقش لیزر در صنعت می‌توان به این نكته واقف شد كه لیزر تحولی بی‌سابقه در این عرصه ایجاد كرده است كه دامنه رشد آن هر روزه گسترش می‌یابد . امروزه اگر شاهد محصولاتی باشیم كه به جهت كیفی و مرغوبیت در كمترین زمان به بازار عرضه می‌شوند ، متوجه نقش و اهمیت لیزر در صنعت خواهیم بود .

اثربخشی لیزر در تمامی زیرشاخه‌های صنعت امری محسوس و غیرقابل انكار است . برای مثال برش‌كاری، سخت‌كاری ، سوراخكاری ، علامت‌زنی ، بیشترین كاربردها را در خانواده صنعت عهدا‌دار بوده است . آمارها نشان می‌دهد بیش از 85% فعالیت‌های صنعتی در همین موارد خلاصه می‌شود .

امروزه بكارگیری لیزر در شاخه‌های مورد اشاره بالا امری طبیعی ، روتین و با یك سابقه 20 ساله مملو از تحقیقات و تجربیات فراوان است .

در خصوص برشكاری این امكان فراهم می‌شود كه پرتوی لیزر توسط یك عدسی بر روی قطعه كار متمركز شده بطوریكه در زمانی نزریك به یك‌هزارم ثانیه درجه حرارتی بیش از 4000 درجه سانتی‌گراد بر روی قطعه‌كار (فلز) ایجاد می‌كند .

نتیجه این عمل ذوب‌شدن لحظه‌ای فلز در یك باریكه‌ای به قطر 1/0 میلی‌متر است . اینك با حركت‌دادن 2 آینه كه نقش هدایت پرتو لیزر بر روی عدسی مورد‌نظر را دارد این امكان فرهم می‌شود كه پرتو لیزر در جهت x و yحركت نموده و براحتی هر شكلی را كه مایل باشیم بر روی قطعه كار ایجاد نماییم . از دیگر مزایای بكارگیری لیزر در برش‌كاری می‌توان به : افزایش سرعت كار ، دقت بالا ، كمترین خسارت حرارتی به قطعه‌كار اشاره كرد . در زمینه جوشكاری نیز بكارگیری لیزر مزایای قابل‌ملاحظه‌ای را در صنعت بدنبال داشته است .

در نگاه اول جوشكاری با لیزر بنظر می‌رسد كه قادر است براحتی و در كمترین زمان ممكن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه‌های مختلف به یكدیگر جوش دهد بلكه با این تكنیك این امكان فراهم شده است كه فلزات غیرهمنام نیز به یكدیگر جوش داده شوند . لیزر در كنار یك CNC یك سیستم كامل لیزر جوش را ایجاد می‌كند كه با كمك آن صنعت گران قادرند با سرعت زیاد ، دقت بالا و حداقل هزینه مصرفی از قابلیت‌های آن استفاده نمایند . یكی از شاخه‌های صنعت كه در دو دهه اخیر مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پدیده بهینه‌سازی و بكارگیری مواد با آلیاژهای مختلف با طول‌عمر بالاست . هر قطعه مكانیكی بعد از یك دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و باید قطعه‌های نو جایگزین آن شود . قطعاتی مانند مته‌ها ، توربین‌ها ، تیغه اره‌ها و سیلندرها دچار بیشترین ساییدگی و پوسیدگی هستند لذا بیش از عناصر تشكیل‌دهنده مورد توجه قرار گرفته‌اند . امروزه با كمك لیزر می‌توان عمل سخت‌كاری بر روی لایه‌های سطحی فلزات انجام داد . به گونه‌ای كه طول‌عمر آنها به میزان قابل‌توجه‌ای افزایش پیدا‌ كند . این عمل نه تنها صرفه‌جویی فراوانی را به‌همراه دارد بلكه در حداقل زمان ممكن صورت می‌پذیرد . امروزه عمل سخت‌كاری با دیگر روش‌ها نیز صورت‌ می‌پذیرد اما عملاً هیچیك از آنها نتوانسته جایگزین خوبی برای لیزر باشد .علامت‌زنی بر روی قطعات مختلف با مواد مختلف از نكات حائز اهمیت حوزه صنعت بشمار می‌رود بسیاری از تولیدكنندگان مایلند جهت جلوگیری از سوءاستفاده محصولات تقلبی به گونه‌ای محصولات اصلی را از نمونه‌ تقلبی متمایز نمایند . حك‌كردن علامت و یا یك آرم مشخص با دقت بالا یك راه حل خوبی به‌نظر می‌رسد كه سالیان سال مورد استفاده قرار گرفته است . به همین خاطر با متمركز كردن پرتو لیزر در ابعادی حدود 50 میكرون با كمك 2 اسكنر مكانیكی میتوان هر شكل دلخواهی را در اندازه‌های مختلف بر روی محصولات حك نمود .

سرعت حكاكی به قدری بالاست كه این فرایند ظرف چند ثانیه به اتمام خواهد رسید . امروزه حك‌نمودن 300 حرف در یك ثانیه توسط لیزر امری عادی بنظر می‌رسد . از آنجا كه تمامی كنترل و هدایت این فرایند توسط كامپیوتر صورت ‌می‌گیرد ، كاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود . حكاكی با لیزر هیچگونه محدودیتی جدی به جهت نوع جنس فراهم نخواهد كرد . دستگاههای حكاكی لیزری با قیمت‌های نازلی قابل تهیه از سازندگان آن می‌باشند . یكی از كاربردهای پرطرفدار لیزر در صنعت در امر سوراخكاری می‌باشد . ایجاد نمودن سوراخهای بزرگ و ریز بر روی موادی مانند چوب ، فلز امری عادی بنظر می‌رسد . اما همین كه مایل باشیم این عمل را در ابعاد چند میكرون و بر روی موادی مانند سرامیكها ، شیشه و پلاستیك انجام دهیم خود پی می‌بریم كه اگر نگوییم غیرممكن ، بسیار مشكل خواهد بود . اما امروزه به كمك لیزر این عمل در كمتر از ثانیه و با آهنگ بالا قابل اجرا و تكرارپذیر است . و این همان چیزی است كه صنعتگران سالیان سال بدنبال آن بوده‌اند . امید است در آینده‌ای نه‌چندان دور شاهد بكارگیری این فناوری جدید در عرصه صنعت بوده و با این كار بر دامنه فعالیت‌های لیزر ، این نور شگفت‌انگیز بیافزاییم .

سلاحهای لیزری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری :

غیر قابل اجتناب است كه میدان جنگ لیزری به طور محسوسی سالهای آینده جنگ را تهدید نكند . این نتیجه نه تنها توسعه و استفاده از سلاحهای لیزری مفید است بلكه نتیجه شمار فزاینده‌ای از وسائل لیزری از قبیل مسافت‌یاب و هدف‌یاب می‌باشد . بنابراین در نیروهای مسلح لازم است كه از حساسه‌ها و توسط اقدامات عامل و غیر عامل الكترومغناطیسی حفاظت شود . تهدید اولیه لیزری از خود سلاحهای لیزری بوجود می‌آید . نگهداری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری مسائل مشكلی است كه تاكنون حل نشده باقی مانده‌اند .



نگاه اجمالی

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌ ، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است.

تاریخچه

انیشتین در 1917 میلادی نظریه گسیل القایی را بیان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پایه این تئوری چهل سال بعد ، تاونز و همکاران او ، نخستین تقویت کننده گسیل القایی را با بکار گیری آمونیاک مورد آزمایش قرار داده و سیستمی‌ به اسم میزر پدید آوردند که در فرکانس 2.3X1011Hz کار می‌کرد.

نخستین لیزر در 1960 بوسیله میلمن ، با استفاده از یاقوت قرمز (ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم III ساخته شد و اولین لیزر گازی He - Ne توسط دکتر علی جوان در آزمایشگاه شرکت Bell در آمریکا ساخته شد. در سال 1986 کشف شد که منبع لیزر می‌تواند نور همدوس تابش کند، به گونه‌ای که دامنه و فاز آن در تمامی‌ نقاط فضا ، قابل سنجش و تعیین باشد. یکی دیگر از خواص لیزر ، همگرایی بالای آن است. به دلیل این ویژگی ، تمامی انرژی پرتو لیزر تقریبا در یک فرکانس متمرکز می‌‌شود. لذا تکفامی و بالا بودن شدت آن ایده‌آل است.

نحوه ایجاد پرتو لیزر

اولین شرط ایجاد لیزر ، داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: بلورهایی مثل یاقوت ، ایتریوم ، آلومینیوم گارنت ، () یا گازهایی مثل CO2 و He - Ne و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می‌توان از یک اتم برانگیخته بدست آورد.

چنانچه اتم و یا مولکول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتونی با فرکانس‌ v با اتم برانگیخته وارد برهمکنش شود. بطوری که
hv = E2 _ E1 باشد، در این صورت احتمال معینی وجود خواهد داشت که اتم به تراز پایینتر بیافتد. در نتیجه ، دو فوتون حاصل می‌‌شود، فوتون القا کننده و القا شونده ، که هر دو همفاز هستند.در عین حال ، اگر اتمهایی به تعداد N2 در تراز E1 باشند، می‌توانند با جذب فوتونهای فوق ، برانگیخته شده و به تراز انرژی E2 برسند.

چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، باید سعی شود که N2 >> N2 گردد، به عبارت دیگر ، تجمع معکوس رخ دهد. فرآیندی که طی آن تجمع معکوس صورت می‌‌گیرد، دمش می‌نامند. وقتی یک سیستم دو ترازی با محیط اطراف خود در حال تعادل گرمایی باشد، جمعیت تراز انرژی بالاتر Nj کمتر از جمعیت تراز Ni خواهد بود. با استفاده از فرآیند اشباع شدن می‌توان Ni را با Nj مساوی گردانید. بطوری که مقدار جذب به صفر تنزل یابد.

چنانچه بتوان مقدار Nj را بیشتر از Ni نمود، اکثر اتمهای سیستم که به حالت برانگیخته می‌‌روند، تمایل خواهند داشت که به حالت انرژی کمتر برگردند. بدیهی است که این تمایل به وسیله کوانتای تابش فرودی تشدید می‌گردد. بدین معنی که سیستم نه تنها فوتون فرودی را جذب نمی‌کند بلکه فوتون فرودی باعث برانگیختگی سیستم برانگیخته شده که با سقوط به حالت پایینتر دو کوانتا انرژی تابشی از دست می‌دهد (فوتون مربوط به اتم برانگیخته به همراه فوتون فرودی). تمام این فرآیندها تابش لیزر را بوجود می‌آورند.

قرار دادن محیط تولید لیزر در یک مشدد نوری با انتهای آینه‌ای که تابش را در محیط تولید لیزر به جلو و عقب می‌فرستد، سبب تراکم تابش سطوح بالا در تشدید کننده بوسیله ادامه گسیل القایی می‌شود. سپس تابش لیزر از طریق آینه‌ای نیمه شفاف ، از یک انتهای کاواک به بیرون گسیل می‌شود.



img/daneshnameh_up/f/f9/leizer.jpg
نور لیزر

وقتی که نور در دستگاه لیزر توسط کوانتومها
تولید شد، با رفت و برگشت بین آینه‌ها
متمرکزتر می‌شود.

تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از: شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌ و همدوسی. لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو می‌تواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی ، همدوسی و شدت زیاد است.

اینکه چگونه می‌توان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری ، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌ خودی ‌خود فاقد قابلیت تنظیم طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد.

نمونه‌هایی از لیزرهای متداول

طبقه بندی لیزر در حالت کلی

هولوگرام

هولوگرام یک تصویر سه بعدی است که با استفاده از لیزر ایجاد می شود . نور دستگاه لیزر به دو پرتو می شکند . یکی از پرتوها با انعکاس از روی یک آینه از روی شی به صفحه عکاسی می تابد . پرتو دیگر به وسیله آینه دیگری بدون برخورد به شی به صفحه عکاسی فرستاده می شود . صفحه عکاسی در جایی قرار داده می شود که دو پرتو تلاقی می کنند . سپس صفحه عکاسی ظاهر می شود و ، در صورتی که به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پدیدار می کند.

چگونگی ایجاد این دو دسته تا حدود زیادی بستگی به ساختار درونی محیط تولید لیزر ، مکانیزم ایجاد لیزر و پارامترهای دیگر دارد که بررسی آنها خارج از این مقوله است. از لحاظ کاربردی ، لیزر‌های پالسی با مدت پالس 12-10 ثانیه در دسترس هستند. چنین لیزرهایی در جهت پژوهش در فرایندهایی که در گازها و مایعات ، با سرعتهای بسیار بسیار سریع رخ می‌‌دهد، بکار برده می‌شوند.



img/daneshnameh_up/e/e1/hologram.jpg
ایجاد هولوگرام
با استفاده از لیزر ، می‌توان
تصویری ایجاد کرد که هرگاه به طریق
صحیح به آن نور تابانده شود،
سه بعدی به نظر می‌رسد.

مباحث مرتبط با عنوان

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :