صفحه اصلی
آشنايي با ليزر
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.
نگاه اجمالي
ليزر كشفي علمي ميباشد كه به عنوان يك تكنولوژي در زندگي مدرن جا افتاده است. ليزرها به مقدار زياد در توليدات صنعتي ، ارتباطات ، نقشه برداري و چاپ مورد استفاده قرار مي‌‌گيرند. همچنين ليزر در پژوهشهاي علمي و براي محدوده وسيعي از دستگاههاي علمي ، موارد مصرف پيدا كرده است. برتري ليزر در اين است كه از منبعي براي نور و تابشهاي كنترل شده ، تكفام و پرتوان توليد مي‌كند. تابش ليزر ، با پهناي نوار طيفي باريك و توان تمركزيابي شديد ، چندين برابر درخشانتر از نور خورشيد است.
تاريخچه
انيشتين در 1917 ميلادي نظريه گسيل القايي را بيان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پايه اين تئوري چهل سال بعد ، تاونز و همكاران او ، نخستين تقويت كننده گسيل القايي را با بكار گيري آمونياك مورد آزمايش قرار داده و سيستمي به اسم ميزر پديد آوردند كه در فركانس 2.3X1011Hzكار مي‌كرد.
نخستين ليزر در 1960 بوسيله ميلمن ، با استفاده از ياقوت قرمز (تركيبي از اكسيد آلومينيوم خالص به همراه 5 درصد اكسيد كروم IIIساخته شد و اولين ليزر گازي He - Neتوسط دكتر علي جوان در آزمايشگاه شركت Bellدر آمريكا ساخته شد. در سال 1986 كشف شد كه منبع ليزر مي‌تواند نور همدوس تابش كند، به گونه‌اي كه دامنه و فاز آن در تمامي نقاط فضا ، قابل سنجش و تعيين باشد. يكي ديگر از خواص ليزر ، همگرايي بالاي آن است. به دليل اين ويژگي ، تمامي انرژي پرتو ليزر تقريبا در يك فركانس متمركز ميشود. لذا تكفامي و بالا بودن شدت آن ايده‌آل است.
نحوه ايجاد پرتو ليزر
اولين شرط ايجاد ليزر ، داشتن ماده يا محيطي است كه بتواند انرژي را در خود ذخيره كند. نمونه‌هايي از اين مواد عبارتند از: بلورهايي مثل ياقوت ، ايتريوم ، آلومينيوم گارنت ، () يا گازهايي مثل CO2 و He - Neو ... و مايعاتي مانند رنگهاي رودآمين – 6Gميباشد. انيشتين در سال 1916 نشان داد كه گسيل القايي نور را مي‌توان از يك اتم برانگيخته بدست آورد.
چنانچه اتم و يا مولكول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتوني با فركانس vبا اتم برانگيخته وارد برهمكنش شود. بطوري كه
hv= E2 _ E1 باشد، در اين صورت احتمال معيني وجود خواهد داشت كه اتم به تراز پايينتر بيافتد. در نتيجه ، دو فوتون حاصل ميشود، فوتون القا كننده و القا شونده ، كه هر دو همفاز هستند.در عين حال ، اگر اتمهايي به تعداد N2 در تراز E1 باشند، مي‌توانند با جذب فوتونهاي فوق ، برانگيخته شده و به تراز انرژي E2 برسند.
چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، بايد سعي شود كه N2 >>N2 گردد، به عبارت ديگر ، تجمع معكوس رخ دهد. فرآيندي كه طي آن تجمع معكوس صورت مي‌‌گيرد، دمش مي‌نامند. وقتي يك سيستم دو ترازي با محيط اطراف خود در حال تعادل گرمايي باشد، جمعيت تراز انرژي بالاتر Njكمتر از جمعيت تراز Niخواهد بود. با استفاده از فرآيند اشباع شدن مي‌توان Niرا با Njمساوي گردانيد. بطوري كه مقدار جذب به صفر تنزل يابد.
چنانچه بتوان مقدار Njرا بيشتر از Niنمود، اكثر اتمهاي سيستم كه به حالت برانگيخته مي‌‌روند، تمايل خواهند داشت كه به حالت انرژي كمتر برگردند. بديهي است كه اين تمايل به وسيله كوانتاي تابش فرودي تشديد مي‌گردد. بدين معني كه سيستم نه تنها فوتون فرودي را جذب نمي‌كند بلكه فوتون فرودي باعث برانگيختگي سيستم برانگيخته شده كه با سقوط به حالت پايينتر دو كوانتا انرژي تابشي از دست ميدهد (فوتون مربوط به اتم برانگيخته به همراه فوتون فرودي). تمام اين فرآيندها تابش ليزر را بوجود مي‌آورند.
قرار دادن محيط توليد ليزر در يك مشدد نوري با انتهاي آينه‌اي كه تابش را در محيط توليد ليزر به جلو و عقب مي‌فرستد، سبب تراكم تابش سطوح بالا در تشديد كننده بوسيله ادامه گسيل القايي ميشود. سپس تابش ليزر از طريق آينه‌اي نيمه شفاف ، از يك انتهاي كاواك به بيرون گسيل ميشود.
تفاوت پرتو ليزر با نور معمولي
پرتو ليزر داراي چهار خاصيت مهم است كه عبارتند از: شدت زياد ، مستقيم بودن ، تكفامي و همدوسي. ليزرها در اشكال گوناگون وجود دارند. ممكن است تصور شود كه پرتو ليزر همانند اشعه ايكس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جايگاهي معين در طيف الكترومغناطيسي را داراست، حال آنكه اين پرتو مي‌تواند هر كدام از فركانسهاي محدوده طيف نامبرده را در برگيرد، با اين تفاوت كه داراي مشخصاتي از قبيل تكفامي ، همدوسي و شدت زياد است.
اينكه چگونه مي‌توان پرتو ليزري با فركانسهاي دلخواه را توليد نمود، كار دشواري است كه عملا با آن روبرو هستيم. مشكل ديرپا در تابش ليزري ، فقدان پوشش گسترده طول موجي در آن است. به دليل اينكه ليزرها به خودي خود فاقد قابليت تنظيم طول موج هستند، پوشش كل طيف نوراني نياز به ابزارهاي متعدد و جداگانه دارد.
نمونه‌هايي از ليزرهاي متداول
ليزرهاي متدوال مادون قرمز (IR (2 _ 10μm: ليزر مونو اكسيد كربن (CO) ، ليزر دي اكسيد كربن (CO2) و بلورهاي هاليدهاي قليايي و ابزار ديودي. ليزر نئودنيوم يق () تابشي در طول موج 1.06 ميكرومتر توليد كرده و ليزرهاي الكساندريت يا ديودهاي مخابراتي قابل تنظيم در IRنزديك هستند. (طول موج از 2000nmتا 700nm)
ليزرهاي محدوده نامرئي (400 _ 700nm): ليزرهاي آرگون _ كريپتون و ليزر هليوم _ نئون، ليزرهاي رنگي و ليزر تيتانيوم_ياقوت كبود.
ليزرهاي محدوده ماوراي بنفش (200 _ 400nm): ليزرهاي اگزايمر (ليزر هاليد گاز نادر) ، نيتروژن ، ليزر رنگي با فركانس دو برابر شده ، ليزرهاي با فركانس چندين برابر شده.
طبقه بندي ليزر در حالت كلي
ليزر پيوسته كار
ليزر پالسي
هولوگرام
هولوگرام يك تصوير سه بعدي است كه با استفاده از ليزر ايجاد مي شود . نور دستگاه ليزر به دو پرتو مي شكند . يكي از پرتوها با انعكاس از روي يك آينه از روي شي به صفحه عكاسي مي تابد . پرتو ديگر به وسيله آينه ديگري بدون برخورد به شي به صفحه عكاسي فرستاده مي شود . صفحه عكاسي در جايي قرار داده مي شود كه دو پرتو تلاقي مي كنند . سپس صفحه عكاسي ظاهر مي شود و ، در صورتي كه به طريق صحيح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پديدار مي كند.
چگونگي ايجاد اين دو دسته تا حدود زيادي بستگي به ساختار دروني محيط توليد ليزر ، مكانيزم ايجاد ليزر و پارامترهاي ديگر دارد كه بررسي آنها خارج از اين مقوله است. از لحاظ كاربردي ، ليزرهاي پالسي با مدت پالس 12-10 ثانيه در دسترس هستند. چنين ليزرهايي در جهت پژوهش در فرايندهايي كه در گازها و مايعات ، با سرعتهاي بسيار بسيار سريع رخ ميدهد، بكار برده مي‌شوند.
منبع: رشد
خورشید است.
نگاه اجمالي
ليزر كشفي علمي ميباشد كه به عنوان يك تكنولوژي در زندگي مدرن جا افتاده است. ليزرها به مقدار زياد در توليدات صنعتي ، ارتباطات ، نقشه برداري و چاپ مورد استفاده قرار مي‌‌گيرند. همچنين ليزر در پژوهشهاي علمي و براي محدوده وسيعي از دستگاههاي علمي ، موارد مصرف پيدا كرده است. برتري ليزر در اين است كه از منبعي براي نور و تابشهاي كنترل شده ، تكفام و پرتوان توليد مي‌كند. تابش ليزر ، با پهناي نوار طيفي باريك و توان تمركزيابي شديد ، چندين برابر درخشانتر از نور خورشيد است.
تاريخچه
انيشتين در 1917 ميلادي نظريه گسيل القايي را بيان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پايه اين تئوري چهل سال بعد ، تاونز و همكاران او ، نخستين تقويت كننده گسيل القايي را با بكار گيري آمونياك مورد آزمايش قرار داده و سيستمي به اسم ميزر پديد آوردند كه در فركانس 2.3X1011Hzكار مي‌كرد.
نخستين ليزر در 1960 بوسيله ميلمن ، با استفاده از ياقوت قرمز (تركيبي از اكسيد آلومينيوم خالص به همراه 5 درصد اكسيد كروم IIIساخته شد و اولين ليزر گازي He - Neتوسط دكتر علي جوان در آزمايشگاه شركت Bellدر آمريكا ساخته شد. در سال 1986 كشف شد كه منبع ليزر مي‌تواند نور همدوس تابش كند، به گونه‌اي كه دامنه و فاز آن در تمامي نقاط فضا ، قابل سنجش و تعيين باشد. يكي ديگر از خواص ليزر ، همگرايي بالاي آن است. به دليل اين ويژگي ، تمامي انرژي پرتو ليزر تقريبا در يك فركانس متمركز ميشود. لذا تكفامي و بالا بودن شدت آن ايده‌آل است.
نحوه ايجاد پرتو ليزر
اولين شرط ايجاد ليزر ، داشتن ماده يا محيطي است كه بتواند انرژي را در خود ذخيره كند. نمونه‌هايي از اين مواد عبارتند از: بلورهايي مثل ياقوت ، ايتريوم ، آلومينيوم گارنت ، () يا گازهايي مثل CO2 و He - Neو ... و مايعاتي مانند رنگهاي رودآمين – 6Gميباشد. انيشتين در سال 1916 نشان داد كه گسيل القايي نور را مي‌توان از يك اتم برانگيخته بدست آورد.
چنانچه اتم و يا مولكول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتوني با فركانس vبا اتم برانگيخته وارد برهمكنش شود. بطوري كه
hv= E2 _ E1 باشد، در اين صورت احتمال معيني وجود خواهد داشت كه اتم به تراز پايينتر بيافتد. در نتيجه ، دو فوتون حاصل ميشود، فوتون القا كننده و القا شونده ، كه هر دو همفاز هستند.در عين حال ، اگر اتمهايي به تعداد N2 در تراز E1 باشند، مي‌توانند با جذب فوتونهاي فوق ، برانگيخته شده و به تراز انرژي E2 برسند.
چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، بايد سعي شود كه N2 >>N2 گردد، به عبارت ديگر ، تجمع معكوس رخ دهد. فرآيندي كه طي آن تجمع معكوس صورت مي‌‌گيرد، دمش مي‌نامند. وقتي يك سيستم دو ترازي با محيط اطراف خود در حال تعادل گرمايي باشد، جمعيت تراز انرژي بالاتر Njكمتر از جمعيت تراز Niخواهد بود. با استفاده از فرآيند اشباع شدن مي‌توان Niرا با Njمساوي گردانيد. بطوري كه مقدار جذب به صفر تنزل يابد.
چنانچه بتوان مقدار Njرا بيشتر از Niنمود، اكثر اتمهاي سيستم كه به حالت برانگيخته مي‌‌روند، تمايل خواهند داشت كه به حالت انرژي كمتر برگردند. بديهي است كه اين تمايل به وسيله كوانتاي تابش فرودي تشديد مي‌گردد. بدين معني كه سيستم نه تنها فوتون فرودي را جذب نمي‌كند بلكه فوتون فرودي باعث برانگيختگي سيستم برانگيخته شده كه با سقوط به حالت پايينتر دو كوانتا انرژي تابشي از دست ميدهد (فوتون مربوط به اتم برانگيخته به همراه فوتون فرودي). تمام اين فرآيندها تابش ليزر را بوجود مي‌آورند.
قرار دادن محيط توليد ليزر در يك مشدد نوري با انتهاي آينه‌اي كه تابش را در محيط توليد ليزر به جلو و عقب مي‌فرستد، سبب تراكم تابش سطوح بالا در تشديد كننده بوسيله ادامه گسيل القايي ميشود. سپس تابش ليزر از طريق آينه‌اي نيمه شفاف ، از يك انتهاي كاواك به بيرون گسيل ميشود.
تفاوت پرتو ليزر با نور معمولي
پرتو ليزر داراي چهار خاصيت مهم است كه عبارتند از: شدت زياد ، مستقيم بودن ، تكفامي و همدوسي. ليزرها در اشكال گوناگون وجود دارند. ممكن است تصور شود كه پرتو ليزر همانند اشعه ايكس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جايگاهي معين در طيف الكترومغناطيسي را داراست، حال آنكه اين پرتو مي‌تواند هر كدام از فركانسهاي محدوده طيف نامبرده را در برگيرد، با اين تفاوت كه داراي مشخصاتي از قبيل تكفامي ، همدوسي و شدت زياد است.
اينكه چگونه مي‌توان پرتو ليزري با فركانسهاي دلخواه را توليد نمود، كار دشواري است كه عملا با آن روبرو هستيم. مشكل ديرپا در تابش ليزري ، فقدان پوشش گسترده طول موجي در آن است. به دليل اينكه ليزرها به خودي خود فاقد قابليت تنظيم طول موج هستند، پوشش كل طيف نوراني نياز به ابزارهاي متعدد و جداگانه دارد.
نمونه‌هايي از ليزرهاي متداول
ليزرهاي متدوال مادون قرمز (IR (2 _ 10μm: ليزر مونو اكسيد كربن (CO) ، ليزر دي اكسيد كربن (CO2) و بلورهاي هاليدهاي قليايي و ابزار ديودي. ليزر نئودنيوم يق () تابشي در طول موج 1.06 ميكرومتر توليد كرده و ليزرهاي الكساندريت يا ديودهاي مخابراتي قابل تنظيم در IRنزديك هستند. (طول موج از 2000nmتا 700nm)
ليزرهاي محدوده نامرئي (400 _ 700nm): ليزرهاي آرگون _ كريپتون و ليزر هليوم _ نئون، ليزرهاي رنگي و ليزر تيتانيوم_ياقوت كبود.
ليزرهاي محدوده ماوراي بنفش (200 _ 400nm): ليزرهاي اگزايمر (ليزر هاليد گاز نادر) ، نيتروژن ، ليزر رنگي با فركانس دو برابر شده ، ليزرهاي با فركانس چندين برابر شده.
طبقه بندي ليزر در حالت كلي
ليزر پيوسته كار
ليزر پالسي
هولوگرام
هولوگرام يك تصوير سه بعدي است كه با استفاده از ليزر ايجاد مي شود . نور دستگاه ليزر به دو پرتو مي شكند . يكي از پرتوها با انعكاس از روي يك آينه از روي شي به صفحه عكاسي مي تابد . پرتو ديگر به وسيله آينه ديگري بدون برخورد به شي به صفحه عكاسي فرستاده مي شود . صفحه عكاسي در جايي قرار داده مي شود كه دو پرتو تلاقي مي كنند . سپس صفحه عكاسي ظاهر مي شود و ، در صورتي كه به طريق صحيح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پديدار مي كند.
چگونگي ايجاد اين دو دسته تا حدود زيادي بستگي به ساختار دروني محيط توليد ليزر ، مكانيزم ايجاد ليزر و پارامترهاي ديگر دارد كه بررسي آنها خارج از اين مقوله است. از لحاظ كاربردي ، ليزرهاي پالسي با مدت پالس 12-10 ثانيه در دسترس هستند. چنين ليزرهايي در جهت پژوهش در فرايندهايي كه در گازها و مايعات ، با سرعتهاي بسيار بسيار سريع رخ ميدهد، بكار برده مي‌شوند.
منبع: رشد