*تحقیق درباره لیزر و کاربرد آن درصنعت*

لیزر

مقدمه :

لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر ، آنرا از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر ، به خواص مشخصه آن پی برده شد. و ما بصورتی گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده ، در علوم مختلف بخصوص صنعت و پزشکی و ... ایجاد کرده است. به جرأت می‌توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.

پهنای باریکه

از آنجا که نشر القایی ، فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقا یکسان تولید می‌کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود 1mm دارد منجر می‌شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه‌ای نازک و اساس موازی از نور را که معمولا دارای توزیع گاوسی از شدت است، از آینه خروجی به بیرون منتشر می‌کند. زاویه واگرایی باریکه لیزر مقداری در حدود 1mrad است، که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می‌کند.

هر چند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می ود، ولی به ازا اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای روی زمین ایجاد می‌کنند. از آنجا که لیزر باریکه‌ای اصولا موازی از نور را نه در تمام جهتها بلکه در راستای مشخصی نشر می‌کند، مناسبترین معیار شدت ، تابیدگی است. توان: انرژی در واحد زمان.

سطح/توان = I تابیدگی

در این اینجا منظور از توان ، توان خروجی لیزر است، نه توان ورودی به آن. با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده می‌توان تابیدگی را افزایش داد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج می‌باشد. خروجی لیزرها که دارای یک توزیع گوسی از شدت می‌باشد، ماکزیمم شدت (قله یا پیک) تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است. و این شدت ماکزیمم (پیک) حاصل از یک لیزر تپی بطور وارون با مدت تپ متناسب است، روشها گوناگونی برای کاستن از طول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.

همدوسی

همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می‌کند و باز هم این خاصیت ، نتیجه ماهیت فرآیند نشر القایی است. نور حاصل از منابع معمولی که توسط نشر خود به خودی کار می‌کنند، به نور غیر همدوس آشفته موسم است. در این موارد ، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساسا تصادفی بین آنها ، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می‌آید. در مقابل در لیزر ، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می‌شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره ، همفازند.

مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می‌ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می‌شود. بنابراین دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله‌ای کمتر از طول همدوسی ، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی برای انواع مختلف لیزر متفاوت است. مهمترین کاربرد همدوسی لیزری تمام نگاری (هولوگرافی) است، که روش برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار می رود.

*تحقیق لیزر چیست؟*

لیزر چیست؟

نور چهار مشخصه اصلی دارد:

الف- طول موج(length wave) : فاصله بین دو نقطه یکسان موج می‌باشد که مشخص‌کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ انرژی و طول موج می‌توان یک موج را نسبت به دیگر موجها سنجید. بعنوان مثال طول موج‌های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه آبی و فوق بنفش قرار می‌گیرد.در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موجهای بلندتری می‌باشد. فاصله بین این قله‌های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر( ده به توان منفی نه) یا میکرون( ده به توان منفی شش) قرار داده‌اند.

تشعشع الکترومغناطیسی طیف طولانی از موج‌های بلند رادیویی تا طول موج‌های کوتاه اشعه ایکس را شامل می‌شود.

ب- فرکانس(Frequency) : فرکانس طول موج تعداد موج‌های عبور کرده از یک نقطه در یک فاصله زمانی مشخص می‌باشد. واحد آن سیکل بر ثانیه یا هرتز Hz می‌باشد. فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته‌اند.

طول موجهای بلندتر از قبیل نور قرمز در فرکانس‌های پائین‌تر از نور آبی قرار دارند ولی فرکانس در کل خیلی بالا است( ده به توان چهارده هرتز).

ب- (Velocity) : سرعت موج تعیین‌کننده تندی عبور موج از یک محیط مشخص می‌باشد. بعنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سیصدهزار کیلومتر در ثانیه می‌باشد. سرعت در محیط‌هایی مثل شیشه یا آب کاهش می‌یابد.

ت: دامنه(Amplitude) : دامنه یا شنت موج با ارتفاع یا بلندی(height) میدان الکتریکی یا مغناطیسی مشخص می‌شود.

برهم کنش نور یا ماده (interaction of light with matter)

از آنجا که نور دارای میدان الکتریکی و مغناطیسی می‌باشد این میدانها با ماده برهم کنش نشان می‌دهند. میدان مهم میدان الکتریکی است چون با الکترونهای کوچک که در ترکیبات مواد شرکت دارند برهم کنش دارد. این الکترونها همصدا و همآهنگ با موج نور وارده نوسان می‌نمایند و می‌توانن تأثیر یا تغییر در عبور نور از یک ماده به چند طریق انجام دهند:

1- پخش‌کردن(Scsttering) موج نور از مسیر اصلی منحرف می‌شود.

2- انعکاس(Reflection) موج به داخل محیطی خارج از ماده برمی‌گردد.

3- انتقال(Transmission) : موج از یک ماده یا کمترین تغییر شدت عبور می‌نماید.

4- جنب(Absorption) مهمترین پروسه در خیلی جاها جذب می‌باشد که انرژی موج نور در ماده باقی می‌ماند. مقدار زیادی از انرژی باعث ایجاد حرارت و تغییر در خواص ماده می‌شود.

تولید نور Generation of light

چندین فرآیند تعیین‌کننده طیف نور باعث ایجاد تشعشع الکترومغناطیسی می‌شوند.

طیف تشعشع: طیف نوری که از یک جسم ساطع می‌شود شامل رنگها یا نوارهای رنگی جدا از هم می‌باشد. این از طبیعت تولید نور برمی‌خیزد و نشانه آن است که انرژی نورانی ساطع‌شده از آن جسم دارای مقداری مشخص می‌باشد.

انرژی تمام سیستمها کوانتابی می‌باشد که این انرژی می‌تواند در بسته‌های جدا از هم جذب یا آزاد شود انرژی سیستم پس از آنکه انرژی جذب سیستم افزایش می‌یابد و در مرحله بعدی آن انرژی آزاد می‌شود مدتی که این انرژی آزاد می‌شود راندوم یا اتفاقی بوده که نشر خودبخودی نامیده می‌شود.

انرژی را می‌توان توسط جریان الکتریکی، نور از منبع خارجی، واکنش شیمیایی یا گونه‌های دیگر به سیستم وارد نمود. بهرحال مشخص شده‌است که یک موج وارده که دارای انرژی معینی است می‌تواند آزادشدن موجها را از سیستم برانگیخته تحریک کند و باعث آزاد نمودن دو موج می‌شود. به این حالت نشر برانگیخته می‌گویند. این موجها خواص مهمی دارند.

1- همدوس(Coherent) : موجها به صورت همآهنگ هستند.

2- تک رنگ(Monochromatic) : موجها دارای رنگ یکسانی هستند.

3- شدت بالا(High Intensity) : اگر ما به مقدار کافی از این نورهای همدوس(Coherent) تولید کنیم شدت این بسیار بالاتر از منبع نور غیرهمدوس است.

4- واگرایی کم (Low divergence) :لیزر را در مقایسه با نور غیرهمدوس بوسیله لنز تا قطرهای خیلی کمتری می‌توان باریک نمود.

5- طبیعت ضربانی(Pulsed nature): چون انرژی ورودی را در لیزر می‌توان کنترل نمود انرژی خروجی نیز به دنبال آن تغییر می‌یابد. بنابراین اگر برانگیختگی لیزر با پالسهای کوچک انجام شود لیزر با پالسهای کوچک تولید خواهد شد. این خاصیت خیلی مهم است.

* لیزر مخفف عبارتlight amplification by stimulated emission of radiation می‌باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.

* اولین لیزر جهان توسط مایمن اختراع گردید و از یاقوت در آن استفاده شده بود در سال 1962 پروفسور علی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم.

* لیزرها که لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال 1967 فرانسویان توسط اشعه لیزر ایستگاههای زمینی‌شان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کاربردی به نظر آمد.