علی حقیقت جمعه 22 مهر 1390 01:56 ب.ظ نظرات ()

نورلیزر کاملا متفاوت، قویتر و درخشانتر از هر نوع نوری که در طبیعت یافت می شود است. این نور قابلیت این را دارد که اجسام بسیار سخت و فلزی حتی الماس را که درجه سختی بلندی که دارد، با درخشش شان سوراخ کند، چون این نور به صورت دسته جمعی منعکس می نمایید بنا به یکجا بودن و تکفام بودن شان می تواند بر هرچیز دیگر غالب شود و آنرا سوراخ کند، این دسته جمعی پخش شدن و تکفام بودن نور یگانه فرق نور لیرزی با انواع دیگر نور که در طبیعت است را به اثبات می رساند. و همچنان نور لیزر را می‌توان خیلی دقیق كنترل كرد و به صورت باریكه مداومی به نام موج ـ پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام تپ (پالس) در آورد.

بنابراین نور لیزر در طبعیت کاربرد زیاد دارد

از جمله کاربرد لیزر را می توان طور ذیل نام برد

لیزر در طبعت دو نوع کاربرد دارد 1- برای جوشکاری اجسام فلیزی و سوراخ کردن اجسام سخت 2- باریكه‌های كم قدرت و فوق‌العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می‌توان برای انجام دادن كارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به كار برد و در دستگاههای ویدیویی از نور لیزر برای "خواندن" دیسكهای ویدیویی و ایجاد تصویر متحرك همراه با صدا استفاده می‌كنند. مقدار زیادی اطلاعات را روی دیسكهای لیزری ضبط می‌كنند تا بعدا روی صفحه كامپیوتر خوانده شوند یا توسط چاپگرهای لیزری به شكل نسخه سخت روی كاغذ چاپ شوند. داکتران از نور لیزر به عنوان نوع جدیدی "چاقوی جراحی" بدون خونریزی استفاده می‌شود و وقتی كه نسجی مثل قسمت معیوب كیسه صفرا بعد از گذاشتن مواد مخصوص، از لیزر استفاده می کنند تا محکم و ثابت بیاید استفاده از لیزر در صنعت:

قسمی که در کاربرد لیزر در قسمت بالا ذکر شد، در صنعت نیز از لیزرها برای عملیات گرمایی فلزات، جوش دادن قسمتها به یكدیگر، و وسایل همترازی دقیق استفاده می‌شود. لیزرها را برای اندازه‌گیری دقیق فاصله‌های خیلی بزرگ و نیز فاصله‌های خیلی كوچك به كار می‌برند. علاوه بر اینها، لیزرها را همراه با تارهای نوری برای انتقال بهتر داده‌ها و بهبود ارتباط تلیفونی به كار می‌گیرند.

لیزر چگونه کار می کند:

هر لیزر قسمت های مشخص دارد، اول این که یک لیزر باید یک چشمه انرژی وجود داشته باشد که این چشمه اغلبا یک الکتریسته است ولی بجای ان می توان یک چشمه پر قدرت نوری معمولی را استفاده کرد و یا حتا می توان از لیزر دیگر استفاده کرد.

قسمت لازم دیگر لیزر را به نام محیط فعال یاد می کند که محیط فعال عبارت از ماده است که میتواند انرژی را جذب و یا آزاد بتواند. که این محیط می تواند جامد باشد مثل یاقوت و یا بلور های دیگر، میتواند مایع باشد مثل بعضی رنگینه ها و می تواند گاز باشد مثل کار بن دای اکساید. که باریکه لیزر در حقیقت در همان قسمت محیط فعال تولید می شود.

آخرین قسمت اساسی لیزرساز و كار پسخوراند است. ساز و كار پسخوراند از دو آینه یا سطوح بازتابنده دیگر تشكیل شده است كه در دو انتهای محیط فعال قرار می‌گیرند. یكی از آینه‌ها، به نام جفتگر خروجی بازتابنده جزیی است.

در حقیقت دستگاه لیزر حكم یك منبع تابش كننده را پیدا می‌كند. بطور خلاصه این دستگاه مولد نور، از اجتماع یك تقویت كننده و دو آینه تشكیل یافته است. فضایی كه تقویت كننده و دو آینه را دربرمی‌گیرد حفره ‌گویند و محیط فعال هم، همین حفره است.

حالا می بینیم که لیزر چگونه کارمی کند.

عمل لیزر در چند مرحله انجام می گیرد. چشمه انرژی درخششی از خود می فرستد و محیط فعال آن را جذب می کند و انرژی جذب شده بعضی از اتم های محیط فعال را بر می انگیزد و آنها به تراز انرژی زیاتر می پرند. درخشش مکرر نور برای برانگیزش، یا پمپ محیط فعال ادامه می دهد. وقتی که در محیط فعال تعداد اتم های انرژی زیاد بیشتر از انرژی کم باشد، برعکس جمعیت یا به اصطلاح وارونه جمعیت بوجود می آید. که پدیده وارونه یا برعکس برای عمل لیزری ضروری است.

در حین عمل لیزری، اتمهای با انرژی زیاد، در حال برگشتن به تراز انرژی كم، انرژی اضافی خود را به صورت مقادیر نوری ظریفی به اسم فوتون تابش می‌كنند. این نور به نوبه خود، اتمهای دیگری را در محیط فعال برمی‌انگیزد و همین اتمها نیز نور آزاد می‌كنند. به این ترتیب اتمهای بیشتر و بیشتری از محیط فعال فوتون تابش می‌كنند و واكنش زنجیره‌ای افزایش انرژی راه می‌افتد. این پدیده به گسیل(فرستادن نور) القایی موسوم است.

آینه‌های دو سر لیزر نور فرستاده شده را به محیط فعال بر می‌گردانند و نور باز هم پرشدت‌تر می‌شود، فرایندی كه تقویت نام دارد. با بیشتر و بیشتر شدن شدت، نور ایجاد شده در لیزر آن قدر قوی می‌شود كه از جفتگر خروجی كه به طور جزیی نقره اندود است به صورت نور لیزر به بیرون می‌گریزد.

معمولا لیزرها را بر حسب محیط فعالشان نامگذاری می‌كنند. مثلا، در لیزر یاقوت محیط فعال تكه جامدی از یاقوت است. در لیزر رودامین از رودامین استفاده می‌كنند. رودامین مایع رنگینه فلویورسانی است كه به عنوان محیط فعال به كار می‌رود. در لیزر گازی كربن دی اكسید از كربن دی اكسید به عنوان محیط فعال بهره می‌گیرند و در لیزر گازی هلیم نیون از مخلوط گازهای هلیم و نیون استفاده می‌شود.

فرق نور لیزری با نور معمولی:

فرق لیزر با دیگر به صورت اشاره در بالا ذکر شده است ولی به صورت مختصر می توان گفت که یگانه فرق نور لیزر و نور معمولی که در طبیعت یافت می شود تکفام بودن شان است. و همچنان نور لیزر به صورت منظم پخش می شود، اما نور معمولی به صورت غیر منظم پخش می شود. که منظم و غیر منظم بودن آن را میتوان به پخش صدای منظم و غیر منظم تشبه کرد.

ویژگی دیگر نور لیزر راستایی بودن آن است. لیزر با باریكه‌های مستقیم حركت می‌كند و نظیر نور معمولی پخش نمی‌شود یکی از فرق های عمده نور معمولی با نور لیزر این است که نور معمولی هنگام عبور از منشور به هفت رنگ دیگر تجزیه می شود، اما نور لیزر با گذشتن از منشور به همان صورت باریكه مستقیم تكفام وارد شده خارج می‌شود.

انواع لیزر های موجود:

در طبیعت لیزر های مختلف وجود دارد که نظر به محیط فعال آن تقسیم می شود.

1- لیزر های جامد:

قمسیکه گفتیم در محیط فعال می توان از جامدات نیز استفاده کرد، یعنی هر نوع جامد نمی تواند در این محیط استفاده شود، پس جامدات باید دارای خاصیت ذیل باشد. بلور باید شفاف باشد تا نور بتواند برای برانگیزش محیط فعال وارد آن شود و خود باریكه لیزر بتواند از آن بگریزد. علاوه بر آن، اتمهای محیط فعال باید بتوانند طول موجهای مورد نظر را به وجود آورند.

جامدات و یا بلورهایی كه برای ایجاد لیزر به كار می‌روند معمولا حاوی مقدار كمی ناخالصی هستند كه در بلور خالص وجود ندارد. بلور خالص ماده میزبان، و فرایند افزودن ناخالصی آلایش نامیده می‌شود. در لیزر یاقوت ماده میزبان اكسید آلومینیم و ماده آلاینده یا ناخالصی اكسید كروم است. به همین منوال می توان بلور های دیگری را نیز در محیط فعال به کار برد. که هر یک دارای مقدار کمی ناخالص هستند.

2- لیزرهای گازی

در لیزرهای گازی نوع خاصی گاز داخل یك اتاقك شفاف بی‌درز مانند لامپ های یا نیون های فلیورسنت در جریان است. وقتی كه گاز جریان می‌یابد، از دو الكترود می‌گذرد، یكی با بار مثبت و دیگری با بار منفی. الكترونهایی كه بین الكترودها جریان دارند الكترونهای داخل اتمهای گاز در حال جریان را به ترازهای انرژی بالا پمپ می‌كنند.

بر خلاف جامد، گاز می‌تواند جریان یابد یا حركت كند. با جریان گاز در داخل لوله، اتمهای برانگیخته موقع دور شدن از الكترودها به تراز انرژی پایینتر می‌افتند. الكترونهای اتمهای گاز برانگیخته با افتادن به تراز انرژی پایینتر نور های را از خود صادر میکند. این فوتونها یا نور ها بین آینه‌ها به جلو و عقب بازتاب می‌كنند و درست مثل لیزر جامد یاقوت تقویت می‌شوند.

وقتی كه نور لیزری در سطح قابل استفاده برقرار شد، باریكه از طریق آینه خروجی نیم شفاف خارج می‌شود. اكنون لیزر گازی هلیم ـ نیون یكی از معمولترین لیزرهای گازی است. همان طور كه از اسم آن برمی‌آید، محیط فعال شامل مخلوطی از تقریبا ده قسمت گاز هلیم و یك قسمت گاز نیون است. در لیزر گازی هلیم ـ نیون باریكه لیزری توسط اتمهای نیون ایجاد می‌شود.

3- لیزرهای مایع

لیزرهایی كه از مایعات به عنوان محیط فعال استفاده می‌‌كنند این مزیت را دارند كه، یك مایع دارای خاصیت همگنی است و سرد كردن آن نیز به سهولت انجام می‌پذیرد. بعلاوه در مایعات می‌توان غلظت را به اختیار و به سهولت تغییر داد. بالاخره مایع را می‌توان به آسانی به هر شكل و حجمی درآورد. در صورتی كه این خواص در بلورها بطور كامل وجود ندارد و بعلاوه عمل تبلور در آنها احتیاج بدقت و زمان زیادی دارد.

خطوط لیزر حاصله از مایع پهن‌تر از خطوط لیزر جامد است. زیرا در مایعات مواد احاطه كننده یونهای فعال مرتبا در حال تغییر حجم هستند. بنابراین مایعاتی را برای لیزر انتخاب می‌كنند كه ترازهای انرژی آنها ثابت مانده و از اغتشاشات خارجی حتی‌الامكان مصون باشد.

 

معرفی سیستم های اندازه گیری لیزری

به طور کلی دو نوع سیستم اندازه گیری لیزری وجود دارد :

سیستم های اندازه گیری بازتابی ( laser reflective ) : 

در این سیستم ها پرتو لیزر پس از برخورد به هدف مورد نظر بازتاب کرده و پرتو بازتابی وارد یک دریافت کننده می شود . و اطلاعات مورد نیاز از آن بدست اورده می شود.

سیستم های اندازه گیری پهن پرتو ( laser thurbeam ):

در این سیستم ها پرتو لیزر توسط یک واحد اپتیکی پهن شده و انتشار می یابد. که هدف مورد نظر در مسیر انتشار این پرتو قرار می گیرد و پرتو موازی پس از عبور از جسم وارد یک دریافت کننده می شود و اطلاعات لازم استخراج می شود. لیزر به وسیله‌ای گفته می‌شود که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. .;كاربرد لیزر

کاربرد لیزر در پزشکی : چاقوی لیزری ، مته لیزری و ...

1. کاربرد لیزر در صنعت : جوشکاری لیزری ،2. برشهای لیزری ،3. برش الماس ،4. مسافت یاب لیزری و ...

5. کاربردهای نظامی : ردیاب لیزری ،6. تفنگ لیزری و ...

7. کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی:اندازه گیری ،8. سنتز مواد و ...

آنچه كه سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگیهای منحصر بفرد آن است كه در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارت‌اند از

1. همدوسی

2. تك رنگی

3. واگرایی كم

4. موازی بودن پرتو

-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 ، ایتریم ، آلومینیم گارنت ، یا گازهایی مثل و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

//////////// نمونه هایی از لیزرهای متداول

لیزرهای متدوال مادون قرمز IR (2 _ 10μm):

لیزر مونو اکسید کربن () ، لیزر دی اکسید کربن () و بلورهای هالیدهای قلیایی و ابزار دیودی.

لیزر نئودنیوم یق () تابشی در طول موج 1.06 میکرومتر تولید کرده و لیزرهای الکساندریت یا دیودهای مخابراتی قابل تنظیم در IR نزدیک هستند. (طول موج از 2000nm تا 700nm)>

لیزرهای محدوده نامرئی (400 _ 700nm):

لیزرهای آرگون _ کریپتون و لیزر هلیوم _ نئون، لیزرهای رنگی و لیزر تیتانیوم_یاقوت کبود.

لیزرهای محدوده ماورای بنفش (200 _ 400nm):

لیزرهای اگزایمر (لیزر هالید گاز نادر) ، نیتروژن ، لیزر رنگی با فرکانس دو برابر شده ، لیزرهای Nd:YAG با فرکانس چندین برابر شده.

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.

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.

- لیزر پیوسته کار

لیزر پالسی

طبقه بندی لیزر در حالت کلی

از لحاظ کاربردی ، لیزر‌های پالسی با مدت پالس 10-12 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.