ریشه لغوی
کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت “تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش” (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس میباشد. به گسیلهای لیزر گونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو “میزر” (MASER) گفته میشود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته میشود.
دید کلی
هیچ میدانید با لیزر معجزه میکنند!
فکر میکنید لیزر برای چه تولید شده است؟
به نظر شما برتری تانکهای مجهز به سیستم مسافت یاب لیزری در چیست؟
بد نیست بدانید که همه شما با لیزر زندگی میکنید و رد پایی که لیزر از خود بر جای میگذارد به زندگی امروزی معنا میدهد. برای همین بشر زندگی خود را در دنیای امروزی مدیون لیزر میداند.
تاریخچه لیزر
پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gordon) ، زیگر (Zeiger) ، تاونز (Townes) ، باسو (Basov) و پروخورو (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کنندههایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر (MASER) را که از ابتدای حروف “Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation” تشکیل شده بود برای آن برگزیدند.
اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک (NH۳) ساخته شد. در سال ۱۹۵۸ اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقالهای توسط اسکاولو (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال ۱۹۶۰ یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن (Mailman) موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال ۱۹۶۱ توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال ۱۹۶۲ نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه هادی مطرح گردید.
سیر تحولی و رشد
اختراع لیزر به سال ۱۹۵۸ با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر میگردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال ۱۹۶۰ دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر میتواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.
دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده میکنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار میباشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده میکند.
بعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال ۱۹۶۴ اختراع شد کاربرد لیزر در زمینههای پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند. امروزه لیزر میتواند وارد بدن گردد، اعمال جراحی را انجام دهد، در صنایع و در کارهای ساختمانی ، در وسایل نظامی و غیره کاربردهای فراوان آنرا میتوان مشاهده نمود.
همدوسی زمانی لیزر
همدوسی زمانی فوتونهای نور لیزر به معنی هماهنگی بین آنها از لحاظ وضعیت ارتعاشی (فاز) آنهاست. همدوسی مکانی نور لیزر به معنی هماهنگی بین فوتونهای تشکیل دهنده نور لیزر از لحاظ راستای انتشار آنهاست. به لحاظ همدوسی زمانی که در نور لیزر وجود دارد، قدرت تأثیر گذاری فوتونهای آن در نقطه هدف بسیار بالاتر از نورهای معمولی است؛ زیرا طبق اصل برهمنهی امواج ، به دلیل همفاز بودن این فوتونها ، میدانهای الکتریکیشان مستقیما باهم جمع شده و میدانی قوی را بوجود میآورند.
همدوسی مکانی لیزر
همچنین به لحاظ همدوسی مکانی نور لیزر ، نور خروجی بصورت باریکهای جهتمند از آن خارج شده و میتواند تا مسافتهای طولانیتری بدون افت چشمگیر توانش طی کند و نیز بوسیله کانونی کردن آن در نقطه کوچکی میتوان به شدتهای بسیار بالایی دست یافت. نور لیزر نوری تقریبا تکرنگ است. مشخصه رنگ در نور به فرکانس آن وابسته است، بنابراین نور فوتونهای لیزر در محدوده کوچک فرکانسی گسیل میشوند، در حالیکه منابع نور معمولی گستره فرکانسی بسیار بالایی را دارند.
معیار تکرنگی یا خلوص نور لیزر ، پهنای فرکانسی آن است که طبق تعریف ، فاصله دو فرکانسی است که منحنی توزیع فرکانسی نورهای گسیلی در نصف ماکزیمم آن دارند. این فاصله در لیزرها فوقالعاده کمتر از منابع نور معمولی یا منابع نور گازی است. این به معنای آن است که اکثر انرژی تابشی لیزرها حول فرکانس مرکزی آن میباشد. در منابع معمولی ، برعکس لیزرها منحنی توزیع فرکانسی بسیار وسیع است و پهنای فرکانسی آن نیز نتیجتا بسیار زیاد است. بنابراین اگر بخواهیم که نور این منابع را با استفاده از مثلا فیلتر و یا یک تجزیهگر بصورت تقریبا تکرنگ در بیاوریم، از شدت آن به مقدار زیادی کاسته خواهد شد.
تقسیم بندی لیزرها
لیزرها بر اساس آهنگ خروج انرژی از آنها به دو دسته “پیوستهکار” و “پالسی” تقسیم بندی میشوند. نور لیزرهای پیوسته کار بطور پیوسته گسیل میشود، ولی نور لیزرهای پالسی در زمانهای کوتاه که به این زمان “دوام پالس” گفته میشود ارائه میگردد. فاصله زمانی ارائه دو پالس متوالی معمولاً خیلی بیشتر از زمان دوام پالس است. لیزرهای پالسی بهدلیل اینکه میتوانند انرژی خود را در زمان کوتاهی ارائه دهند، معمولاً دارای توانهای بالاتری میباشند.
لیزرها را براساس حالت ماده لیزر زا هم به لیزرهای حالت جامد ، لیزرهای گازی ، لیزر رزینه ، لیزرهای نیمههادی (دیودهای لیزری)، و لیزرهای الکترون آزاد تقسیم بندی میکنند. همچنین ممکن است لیزرها را براساس نوع ماده تشکیلدهنده محیط لیزر زایی نیز تقسیم بندی کرد. لیزر یاقوت ، لیزر نئودیوم- یق ، لیزر دی اکسید کربن ، لیزر هلیوم- نئون و انواع لیزرهای دیگر بر این اساس نامگذاری شدهاند.
کاربردهای لیزر
کاربرد لیزر در صنعت: برشکاری ، جوشکاری ، تراشکاری ، سوراخ کردن با لیزر و … .
کاربرد لیزر در پزشکی: جراحی لیزری ، ساخت چاقوی ظریف لیزری ، جلوگیری از خونریزی جراحیها و … .
کاربرد لیزر در صنایع نظامی: ردیاب لیزری ، فاصله یاب لیزری ، بمب لیزری و … .
کاربرد اساسی لیزر در اسپکتروسکوپی است.
سرمایش لیزری و تولید دماهای خیلی پایین
|
+| نوشته شده توسط
حمیدرضا عرب بافرانی در دوشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1387
|
