امروزه لیزر کاربردهای بیشماری دارد که همه زمینه های مختلف علمی و فنی فیزیکشیمیزیست شناسی &ndash الکترونیک و پزشکی را شامل می شود. همه این کاربردها نتیجه مستقیم همان ویژگی های خاص نور لیزر است
لیزر چیست ؟
نور لیزر نوع کاملاً جدیدی از نور است؛ درخشان&zwnj تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت می&zwnj شود. می&zwnj توان نور لیزری آن&zwnj چنان قوی تولید کرد که هر ماده&zwnj ی شناخته شده&zwnj ی روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کند. می تواند سخترین فلزات را سوراخ کند یا به راحتی جسم سختی مثل الماس را سوراخ کند و از آن بگذرد.
برعکس، باریکه&zwnj ی کم قدرت و فوق&zwnj &zwnj العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می&zwnj توان برای انجام دادن کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را می&zwnj توان خیلی دقیق کنترل کرد و به صورت باریکه&zwnj ی مداومی به نام موج پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام پالس درآورد.
اگرچه اصول بنیادی لیزر از 40 سال پیش شناخته شده بود، نمایش اولین لیزر، دریچه&zwnj &zwnj ای را به طرف یکی از هیجان انگیزترین و پردامنه&zwnj ترین پیشرفت های تکنولوژی قرن بیستم گشود. در ظرف چند سال پس از نمایش اولین لیزر، انواع بسیار گوناگونی از لیزرها به صورت ابزارهای عملی به صور گوناگون به کار گرفته شدند. لیزرها در تکنولوژی انقلابی جدید پدید آورده&zwnj اند و تأ ثیر آن&zwnj ها بر زندگی ما در آینده نیز ادامه خواهد داشت.
امروزه گستره&zwnj &zwnj ی وسیعی از لیزرها در همه جا به کار گرفته شده&zwnj اند. فروشگاه&zwnj های بزرگ و بسیاری از انبارهای بزرگ خورده&zwnj فروشی برای جستجوی خود&zwnj به&zwnj خود، ثبت قیمت&zwnj &zwnj ها و صورت&zwnj برداری از اقلام خریداری شده، در قسمت حساب کننده از لیزر بهره می&zwnj گیرند. در دستگاه&zwnj &zwnj های ویدئویی از نور لیزر برای خواندن دیسک&zwnj های ویدئویی و ایجاد تصویر متحرک همراه با صدا استفاده می&zwnj کنند. مقدار زیادی اطلاعات را روی دیسک&zwnj &zwnj های لیزری ثبت می&zwnj کنند تا بعداً روی صفحه&zwnj ی کامپیوتر خوانده شوند یا توسط چاپگرهای لیزری به شکل نسخه&zwnj ی سخت روی کاغذ چاپ شوند.
در پزشکی نور لیزر به عنوان نوع جدیدی چاقوی جراحی بدون خونریزی استفاده می&zwnj شوند و وقتی که نسجی مثل قسمت معیوب کیسه&zwnj ی صفرا در خلال جراحی برداشته می&zwnj شود، رگ&zwnj های خونی بسته می&zwnj &zwnj شوند. کارهای دندانپزشکی با لیزر درد کمتری دارند و برای روکش و پل دندان از لیزرها استفاده می&zwnj شود.
در صنعت از لیزرها برای عملیات گرمایی فلزات، جوش دادن قسمت&zwnj ها به یکدیگر و وسایل هم&zwnj ترازی دقیق استفاده می&zwnj شود. لیزرها را برای اندازه&zwnj گیری دقیق فاصله&zwnj های خیلی بزرگ و نیز فاصله&zwnj های خیلی کوچک به کار می&zwnj برند. افزون بر این&zwnj ها لیزرها را همراه با تارهای نوری، برای انتقال بهتر داده&zwnj ها و بهبود ارتباط تلفنی به کار می&zwnj گیرند. لیزرها در حال تغییر دادن نحوه&zwnj ی پژوهش دانشمندان هستند. لیزرها می&zwnj توانند چشمه&zwnj ی جدیدی از قدرت الکتریکی بیافرینند، مشابه فرایندی که در خورشید برای تولید انرژی به وجود می&zwnj &zwnj آید.
خواص نور لیزر و کاربرد&zwnj های آن
&rlm از نخستین روزهای ساخت لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه&zwnj ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع، متمایز می&zwnj کند. در ابتدا به این ویژگی&zwnj ها و نحوه ایجاد آنها توسط لیزر اشاره خواهیم کرد. لیزر دارای سه ویژگی مهم است:
تک&zwnj فامی
&rlm در توضیح این ویژگی لازم است ابتدا با مفهوم گسیل القایی ( نشر القایی)آشنا شویم. گسیل پرتو توسط الکترونهای برانگیخته در داخل اتم به دو صورت است :1 ) گسیل خود به&zwnj خودی 2) گسیل القایی
فرض کنید &rlm &lrm 1 &lrm &rlm &rlm e&rlm و &rlm e2&lrm &rlm دو تراز متوالی از یک اتم با انرژی&zwnj های &rlm &lrm 1&lrm &rlm &rlm E&rlm و&rlm &lrm 2&lrm &rlm &rlm E&rlm باشد و الکترونی در تراز &rlm &lrm e1 &lrm در حالت پایه خود قرار گرفته باشد. اگر به هر دلیلی این الکترون از&lrm &lrm تراز &rlm &lrm 1&lrm &rlm &rlm e&rlm به تراز بالاتر &rlm &lrm 2&lrm &rlm &rlm e&rlm برود گفته میشود اتم تحریک شده است یا در حالت برانگیخته قرار دارد. چون این حالت یک حالت&rlm &lrm &lrm &rlm ناپایدار است اتم تمایل دارد هرچه زودتر به حالت پایدار باز گردد. به همین دلیل الکترون مزبور بلافاصله به حالت قبلی در تراز&rlm &lrm 1&lrm &rlm &rlm e&rlm بر خواهد گشت. از طرفی چون این دو تراز اختلاف انرژی &rlm &lrm 1&lrm &rlm &rlm E&rlm &rlm E 2&lrm &rlm دارد بنا بر اصل پایستگی انرژی، انرژی اضافی الکترون به صورت تابش با فرکانس &rlm V، حین بازگشت به تراز اول گسیل می&zwnj شود. به این فرآیند گسیل خودبه&zwnj خودی گویند. حال اگر الکترونی در تراز&rlm &lrm 2&lrm &rlm &rlm e&rlm در حالت پایه خود قرار داشته باشد و ما به طریقی اتم را تحریک کنیم ( میدان الکترومغناطیسی، تابش، حرارت و&hellip ) در اثر این القا الکترون مزبور تراز &rlm &lrm 2&lrm &rlm &rlm E&rlm را ترک نموده وبه تراز &rlm &lrm E1&lrm برود و حین این انتقال ( بنا به اصل پایستگی انرژی ) تابش گسیل کند به این تابش گسیل القایی یا نشر القایی گویند. &rlm
&rlm هر کدام از این فرآیندها ویژگی&zwnj های خاص خود را دارد. در گسیل خودبه&zwnj خودی تابش&zwnj های گسیل شده به صورت کاتوره&zwnj ای و در تمام جهات گسترده است. اما در گسیل القایی جهت تابش در یک راستای معین خواهد بود. از طرفی در گسیل خودبخودی فوتونهای تابشی در اثر گزار بین اتمهای ترازهای اتمی یا مولکولی مختلف و متفاوت از هم به وجود می&zwnj آیند پس این تابش&zwnj ها طیف گسترده&zwnj ای از فرکانس&zwnj ها را شامل می&zwnj شود. &rlm
&rlm اما در گسیل القایی تابش در اثر گزار بین ترازهای اتمی یا مولکولی مشابه گسیل می&zwnj شود. بنابراین همه تابش&zwnj ها تقریبا فرکانس یکسانی دارد. معمولا در لیزر از فرآیند گسیل القایی استفاده می&zwnj شود. اما برای داشتن گسیل القایی طولانی مدت به مولکول&zwnj هایی شامل دوتراز که تراز بالایی آن پروتراز پایینی آن خالی باشد، نیاز داریم. اما آنچه که نظریه&zwnj های کوانتومی بیان می&zwnj کنند این است که بنا به قاعده گزینش در اتم&zwnj ها ابتدا ترازهای پایین&zwnj تر پر می&zwnj شود. بنابراین به وضعیت به&zwnj وجود آمده در لیزر، وارونگی جمعیت گویند. نحوه ایجاد وارونگی جمعیت بسته به نوع لیزر متفاوت است. مثلا در لیزر هلیوم نئون مخلوط کردن این دو گاز منجر به جفت شدن برخی تراز&zwnj ها ی اتمی آن دو شده و وارونگی جمعیت مورد نیاز را تامین می&zwnj کند. به این ترتیب لیزر قادر به ایجاد تابشی تک فرکانس خواهد بود. با این وجود برای تک فرکانس شدن بیشتر از یک عنصر اپتیک مانند بازآواگر( سنجه) نیزدر لیزر استفاده می&zwnj شود. &rlm
ویژگی تک&zwnj فامی نور لیزر بیشتر کاربرد شیمیایی دارد. به عنوان مثال برای جدا سازی ایزوتوپ&zwnj های یک عنصر به یک منبع تک&zwnj فام مانند لیزر نیاز است. ایزوتوپ&zwnj های یک عنصر از نظر محتوا باهم متفاوت است پس فرکانس&zwnj های جذب آنها نیز اندکی متفا وت خواهد بود که تنها نور لیزر قادر به تفکیک آنها است. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته&zwnj ای نیز غیرمنتظره نیست. &rlm
همدوسی
&rlm تابش الکترو مغناطیس به وسیله بارهای الکتریکی نوسان کننده تولید می&zwnj شود. بسامد نوسان نوع تابشی را که گسیل می&zwnj شود، معین می&zwnj کند. اگر در یک چشمه، بارها ی الکتریکی به طور هماهنگ نوسان کند چشمه را همدوس و تابش حاصل را تابش همدوس می&zwnj نامیم. همانطور که قبلا گفته شد در لیزر از گسیل القایی استفاده می&zwnj شود. در این فرآیند می&zwnj توان اتم را به نحوی تحریک کرد که همه الکترونهای برانگیخته فقط به تراز&zwnj های خاصی برود و در نتیجه فرکانس تابشی آنها همه در یک محدوده خواهد بود. پس تمام این تابش&zwnj ها با هم هماهنگ است که این همان تعریف چشمه همدوس است. از همدوسی نور لیزر می&zwnj توان در تمام&zwnj نگاری استفاده کرد. تمام&zwnj نگاری روشی جهت تهیه تصاویر سه بعدی است. در این روش تصویر ویژه&zwnj ای به نام تمام نگاشت روی فیلم عکاسی تشکیل می&zwnj شود که بر خلاف دیگر تصاویر متداول عکاسی، حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از جسم نیز هست. واضح است که منبع نور آشفته چون خود دارای پرتو هایی با فازهای مختلف است قادر به تشکیل چنین تصویری نخواهد بود. تنها مشکل موجود برای چنین تصاویری آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشت&zwnj های تک&zwnj فام وجود دارد زیرا برای تشخیص رنگهای واقعی جسم باید از تابش طول موج&zwnj های مختلف به طور همزمان استفاده کرد که در آن صورت اطلاعات مربوط به فاز از بین می&zwnj رود. &rlm
شدت زیاد
&rlm شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدت&zwnj های شناخته شده روی زمین را ایجاد می&zwnj کند. از آنجا که لیزر باریکه&zwnj ای موازی از نور را نه در تمام جهت&zwnj ها، بلکه در راستای مشخصی گسیل می&zwnj کند. مناسب&zwnj ترین معیار شدت، تابیدگی است. بنا بر رابطه بین توان تابش شده وتابیدگی:
&rlm I = P / A
&rlm که در آن &rlm P&rlm توان و &rlm A&rlm مساحت است می&zwnj توان در مورد شدت&zwnj ها ی زیاد بحث کرد. ازآنجایی که خروجی منابع نور معمولی اکثرا پرتو&zwnj های واگرا است با دور شدن از چشمه به علت افزایش مساحت با ثابت ماندن توان (توان به ویژگی خود چشمه بستگی دارد )میزان شدت آن کاهش می&zwnj یابد اما در لیزر به علت موازی بودن پرتوها، هر چه فاصله از منبع بیشتر شود با ثابت ماندن توان، مساحت سطح مقطع باریکه خروجی نیز تقریبا ثابت است و در نتیجه شدت در فاصله دوراز منبع همان مقداری را دارد که پرتو خروجی از منبع دارد. &rlm
&rlm اما اینکه چرا شدت خروجی از لیزر تا به این اندازه زیاد است، به توان لیزر بر می&zwnj گردد. داخل لیزر سیستمی وجود دارد که نور ورودی به هنگام خروج تقویت می&zwnj شود. همچنین با استفاده از ابزارهای اپتیک مناسب در لیزر می&zwnj توان به شدت&zwnj هایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر رود. &rlm
&rlm لازم به توضیح است که شدت نور خروجی از لیزر دارای توزیع گوسی است، یعنی شدت برای لحظه کوتاهی بیشترین مقدار خود را دارد. در ابتدا یک صعود ودر انتها یک نزول برای آن وجود دارد. پس یک طول عمر برای شدت حداکثر می&zwnj توان تعریف کرد. طول عمر شدت ماکزیمم معمولا خیلی کوتاه است. یکی از کاربرد&zwnj های کوتاه بودن عمر شدت&zwnj های بالا در هرتپ، در چشم پزشکی است. مثلا پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می&zwnj شود می&zwnj توان با جوشکاری نقطه&zwnj ای توسط تپ&zwnj های پر شدت نور حاصل از لیزر آرگون با بافت نگهدارنده آن متصل کرد. به علت کوتاه بودن عمر یک تپ، حین عمل نیازی به بیهوشی، بی حرکت کردن طولانی چشم و&hellip وجود ندارد. در کاربرد&zwnj های دیگر پزشکی کوتاه بودن طول عمرتپ مانع از احساس درد در بیماران می&zwnj شود. چرا که زمان هرتپ بسیار کوتاهتر از زمان لازم برای فرستادن پیغام توسط اعصاب به مغز و بازگشت آن به محل درد است. &rlm
ساختمان لیزر
در شکل شماره (1) طرح ساده&zwnj ای از یک لیزر گازی را مشاهده می&zwnj کنید. ساختار اصلی در اکثر لیزرها مشابه است. لیزر در واقع یک نوسان کننده اپتیک است که از یک محیط تقویت&zwnj کننده نور که در داخل یک بازآواگر قرار دارد تشکیل می&zwnj شود. پس اصلی&zwnj ترین قسمت در لیزر محیطی است که بتواند نور عبوری را تقویت کند. در لیزر&zwnj های گازی از مخلوط یک یا چند گاز ( هلیوم، نئون، آرگون و&hellip ) به صورت خالص به عنوان محیط تقویت کننده استفاده می&zwnj شود. بخار فلزی کادمیوم، جیوه، سرب و&hellip نیز در لیزر&zwnj های گازی کاربرد دارد. از انواع دیگر لیزر&zwnj های گازی، لیزر مولکول ازت( &rlm &lrm 2&lrm &rlm &rlm N&rlm ) و لیزر دی اکسید کربن (&rlm CO2&lrm &rlm ) است.&rlm
محیط تقویت کننده معمولا توسط یک محرک بیرونی به کار می&zwnj افتد و شروع به تابش می&zwnj کند. در اثر این تحریک، الکترون&zwnj های هر اتم مدار خود را ترک کرده به مدار پایین تر در اتم مربوط می&zwnj رود. جهت برقراری اصل پایستگی انرژی (به علت وجود اختلاف انرژی بین دو مدار) حین این گذار تابش خواهند کرد. این تابش نسبتا تک فام است زیرا عمل تحریک طوری است که عمل گذار بین تراز&zwnj های یکسان اتفاق بیفتد. در لیزر نشان داده شده این محرک استفاده از روش تخلیه جریان الکتریکی است که به دو نوع تخلیه جریان مستقیم و تخلیه جریان متناوب در لیزر&zwnj های گازی متداول است. روش تخلیه جریان متناوب ساده&zwnj ترین روش تحریک است چرا که منبع تغذیه می&zwnj تواند یک مبدل عمومی ولتاژ که به الکترود&zwnj های فلزی سرد در داخل لامپ متصل می&zwnj شود، باشد. از روش&zwnj های دیگر بر انگیزش الکتریکی محیط لیزری، می&zwnj توان روش تخلیه الکترودی با بسامد بالا ( که در اولین لیزر هلیوم نئون ساخته شده توسط جوان و همکارانش استفاده شده بود. ) و روش تپ&zwnj های فشار قوی ( برای استفاده در لیزر&zwnj های تپی پر توان) اشاره کرد. &rlm
&rlm در قسمت دیگر یک لیزر در دوجداره ابتدا و انتها از دو آینه صاف که با زاویه معلوم نسبت به افق به طور موازی با هم قرار دارد، استفاده می&zwnj شود به چنین سیستم اپتیک، دریچه&zwnj های بروستر گفته می&zwnj شود. کاربرد این دریچه&zwnj ها در قطبیده نمودن پرتوهاست. این دریچه&zwnj ها برای یک جهت قطبیدگی خاص شفاف است ولی برای عبور قطبیدگی عمود بر آن ضریب عبور صفر است و تمام نور بازتابیده خواهد شد. استفاده از این وسیله در لیزر موجب قطبیدگی خطی نور خروجی از لیزر خواهد شد. &rlm
&rlm قسمت مهم دیگر لیزر استفاده از بازآواگر است. بازآواگر وسیله&zwnj ای اپتیکی است که از دو آینه (تخت یا خمیده) تشکیل می&zwnj شود به طوری که محیط تقویت کننده در میان آنها قرار دارد. تابش خروجی از تقویت کننده پس از قطبیده شدن توسط دریچه&zwnj های بروستر به یکی از این آینه&zwnj ها برخورد نموده جزئی از پرتو عبور و جرئی از آن بازتاب می&zwnj یابد. پرتو بازتابیده دوباره مسیر محیط تقویت کننده و دریچه بروستر را پیموده و به آینه سمت مقابل بر خورد می&zwnj کند. به این ترتیب عمل عبور و بازتاب بار&zwnj ها تکرار می&zwnj شود. نهایتا نور خروجی از تقویت کننده در اثر رفت و آمد بین دو آینه به صورت یک موج ایستاده در می&zwnj آید. لازم به ذکر است که برای خروج انرژی از بازآواگر دو آینه به طور جزئی شفاف است. ویژگی پرتو خروجی از بازآواگر تک فام بودن آن است. در وواقع بازآواگر عمل گزینش فرکانس را انجام می&zwnj دهد.
لینک منبع و پست :http://campiran.ir/project-104499-73-%d9%be%d8%b1%d9%88%da%98%d9%87-%d8%a8%d8%b1%d8%b1%d8%b3%db%8c-%d8%a7%d9%86%d9%88%d8%a7%d8%b9-%d9%84%db%8c%d8%b2%d8%b1%d9%87%d8%a7-%d9%88-%da%a9%d8%a7%d8%b1%d8%a8%d8%b1%d8%af-%d8%a2/
- ۹۵/۰۶/۲۳