*تحقیق درباره لیزر و تاریخچه پیدایش و کاربرد آن*

فهرست

عنوان صفحه

مقدمه..............................................................................................................................................4

فصل اول: لیزر

ماهیت نور.......................................................................................................................................6

تاریخچهﻯ پیدایش لیزر...................................................................................................................7

گسیل خود به خود..........................................................................................................................8

گسیل القایی....................................................................................................................................9

لیزر چگونه تولید میشود..............................................................................................................10

ویژگیﻫای نور لیزر.......................................................................................................................12

سوئیچ Q......................................................................................................................................13

انواع لیزر......................................................................................................................................14

فصل دوم: کاربردهای آن

کاربرد لیزر در صنعت...................................................................................................................21

مینیاتوری............................................................................................................................................................23

تمامنگاری (هولوگرافی).....................................................................................................................................23

ثبت با لیزر.........................................................................................................................................................26

ساختمانﺳازی و کشاورزی................................................................................................................................26

سایر کاربردها.....................................................................................................................................................27

کاربرد لیزر در مبحث نظامی.........................................................................................................30

کاربرد لیزر در پزشکی..................................................................................................................33

چشم.................................................................................................................................................................33

پوست................................................................................................................................................................34

دندان پزشکی.....................................................................................................................................................36

جراحی................................................................................................................................................................37

درمان بیماریﻫا....................................................................................................................................................39

لیزرهای باهوش..................................................................................................................................................40

لیزرهای خانگی..................................................................................................................................................40

اثرات لیزر بر بدن...............................................................................................................................................41

خطرات اختصاصی لیزر.................................................................................................................................... 41

کاربرد لیزر در تحقیقات...........................................................................................................................43

کاربرد لیزر در ارتباطات.......................................................................................................................... 48

کاربردهای لیزر ND-YAG....................................................................................................................52

پرتوافشانی بر هنر دیرینهﻯ تاریخ.............................................................................................................52

ایمنی لیزرها .............................................................................................................................................53

فصل سوم: بازدیدها

بیمارستان فارابی........................................................................................................................................58

دندان پزشکی............................................................................................................................................60

دانشگاه شهید بهشتی.................................................................................................................................61

فصل چهارم: نتیجه‌گیری

پیشنهادات..................................................................................................................................................65

خلاصهﺍی از متن با توجه به.....................................................................................................................66

نتیجه‌گیری.................................................................................................................................................68

واژه‌نامه......................................................................................................................................................69

منابع ........................................................................................................................................74

مقدمه

«اقرا بسم ربک الذی خلق» بخوان به نام پروردگارت که تو را آفرید.

خدایا اولین سخن تو با پیامبرت خواندن بود. توخیر بندﻩات را در دانشمند بودن او میﺩانی. پس خدایا شناخت علوم بر ما آسان ساز. یعنی شناختن و دانستن چیزی همان طور که هست واین از صفات خداوند است. از آغاز آفرینش انسان تاکنون میلیونﻫا سال میگذرد. در این سالها انسان شاهد تغییرات زیادی در محیط پیرامونش بودهﺍست. تمامی این تغییرات ناشی از قدرت عقل و قوﻩی اراده و تصمیمگیری اوست.اما امروزه شاهد پیشرفتﻫای شگرفی در علوم مختلف از جمله پزشک، شیمی، زیستشناسی، ارتباطات و... هستیم که بسیاری از این پیشترفتﻫا را مدیون اختراع پرتویی شگفتﺍنگیز به نام لیزر میﺩانیم.

لیزر یا به اصطلاح نور باشکوه نوع کامﻸ جدیدی از نور است که بسیاری از آرزوﻫای رویاگونهﻯ بشر را جامهﻯ عمل پوشاندهﺍست، به طوری درخشانتر از هر چه که در طبیعت یافت میشود. با لیزر میتوان عجایبی به بار آورد و هر مادهﻯ شناخته شده روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کرد.

لیزرها آن چنان قدرتمند هستند که میتوانند فرﺁیند همﺠوشی هستهﺍی را ایجاد نمایند همان فرﺁیندی که در خورشید صورت میگیرد که برای به وجود آمدن آن گرمایی بالغ بر K10 نیاز است.

امروزه لیزرﻫا کاربردﻫای وسیعی در علوم مختلف از جمله: صنعت، پزشکی، کشاورزی، ساختمان سازی، هولوگرافی، شیمی، زیست شناسی و ارتباطات یافتهﺍند.

هدف ما از انجام چنین تحقیقی آشنایی بیشتر با لیزر و کاربردﻫای آن ﺍست تا بتوانیم علت اصلی پیشرفتﻫای بشر را در بسیاری از زمینهﻫای علمی و تحقیقی دریابیم و از آنﻫا در جهت پیشرفتﻫای جدیدی برای کشورمان وتمام جهانیان استفاده کنیم.

فصل اول:

لیزر

ماهیت نور

اسحاق نیوتن در سال 1672 برای اولین بار نظریهﻯ ذرهﺍی بودن نور را بیان کرد و انیشتین نیز با انجام آزمایش فوتوالکتریک نظریهﻯ نیوتن را ﺗﺄیید کرد. نیوتن هم چنین با عبور دادن نور از منشور توانست نور را تجزیه کند.

نور خود یک موج الکترومغناطیسی است و میﺩانیم که موج دارای 3 مشخصهﻯ اصلی: بسامد، دوره و طول موج است. طول موج یکی از مهمترین مشخصهﻫای موج است که با انرژی رابطهﻯ عکس دارد. بنابراین موجﻫای مختلف را میتوان به صورت طیف موجﻫای الکترومغناطیسی نمایش داد.

کریستین هویکینس، فیزیکﺩان هندی برای اولین بار توانست به کمک پخش، بازتاب و شکست نور، ماهیت موجی بودن نور را بیان کند و توماس یانگ با آزمایش پراش نور آن را ثابت کرد.

لیزر در واقع نوعی نور است و با توجه به محیط فعالش در قسمتﻫای مختلف طیف موجﻫای الکترومغناطیسی قرار میگیرد.

تاریخچهﻯ پیدایش لیزر

در سال 1917 میلادی انیشتین تحقیقی را بر روی نظریهﻯ نور و تشعشع آغاز کرد. در پیﺁمد این تحقیقات، انیشتین در مقالهﻯ علمی خود «در نظریهﻯ کوانتومی تشعشع» چگونگی تحریک شدن اتمﻫا و آزاد کردن نور از آنﻫا را شرح داد که در قسمتﻫای بعدی به تشریح کامل آن میﭘردازیم.

بعد از انیشتین، تاونز به در خواست نیروی دریایی آمریکا برای ساخت وسیلهﺍی که بتواند بسامد بالای میکروموج، جهت استفاده در ارتباطات تهیه کند، مشغول به تحقیق در مورد گسیل القایی شد. وی سرانجام در سال1935 با استفاده از ماده فعال آمونیاک توانست میزر را تولید کند. تاونز پس از اختراع میزر که اولین کاربرد عملی اصول انیشتین در مورد گسیل القایی بود به فکر ساخت دستگاهی بود که بتواند طول موجﻫای کوتاهتری نسبت به میکروموج داشته باشد.

سرانجام در سال 1959 دکتر تئودور مایمن فکر تاونز را به نتیجه رسانید و اولین لیزر راساخت. مایمن با قرار دادن میلهﺍی از یاقوت مصنوعی درون شیشهﺍی مار پیچی که دو انتهای میله صیقل داده شده بود، توانست لیزر را تولید کند.

*تحقیق درباره لیزر و طرز تولید آن*

کلمه» لیزر« =Laser = از حروف اختصاری عبارت انگلیسی

Light Amplification by Stimulated Emission Of Radiation

ساخته شده است و به معنای» تقویت نور از طریق تشعشع تحریک شده« به کار می‌رود.

لیزر نوری است متشکل از پرتوهای به غایت دسته شده و همدوس که بسامد امواج الکترومغناطیسی این پرتوها در حوزة بسامدی بین فرابنفش و فروقرمز گسترش می‌یابد. فرآیند لیزر از کوانتومی شدن انرژی در ماده و میدان تشعشع الکترومغناطیسی سر چشمه می‌گیرد و بر اثر تحریک ساختگی تشعشع پدید می‌آید.

وجود پدیده تشعشع تحریک شده را آلبرت اینشتین در سال 1316 ، در ضمن یک برداشت نو از فرمول تشعشع بلانک به دست آورد و پایه‌های فیزیکی آن را همان زمان انشا کرد. اما این نوآوری اینشتین نزدیک به نیم قرن فقط جنبه نظری داشت و از حلقه علاقه دانشمندان فیزیک فراتر نرفت.

اصطلاح» لیزر« از سال 1960 متداول گشت، و این هنگامی بود که تئودور نویمان، از طریق تحریک تشعشع، نخستین لیزر را در بلور یاقوت تولید کرد. یک سال بعد در سال 1961 نیز جوان و همکارانش نخستین لیزر گاز هلیوم – نئون را ساختند. همچنین دیری نگذشت که نخستین لیزر نیمه رسانای ارسینو- گالیوم نیز در سال 1962 به دست دو گروه مستقل( تقریباَ همزمان) تولید شد.

مهمترین لیزرها را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد: لیزر اجسام سخت یا لیزر بلورها، لیزر گازها و لیزر نیمه رساناها. ولی این هر سه نوع لیزر از لحاظ فرآیند تولید در سه عامل اصلی زیر مشترکند:

1. یک ماده فعال( عمل کننده) که به یک نسبت در یک ماده پایه جا می‌گیرد، و اتمهای آن حالت کوانتومی خود را بر اثر دریافت انرژی تغییر می‌دهند، و فرآیند تشعشع تحریک شده را به راه می‌اندازند.
2. یک پمپ که انرژی را به اتمهای ماده عمل کننده فعال منتقل می‌کند، به طوری که اتمهای این ماده حالت عادی تعادل گرمایی جسم را وارونه می‌سازند، به همین ملاحظه این مرحله تولید را وارونه‌سازی می‌خوانند. وارونه‌سازی عموماَ از طریق یک» پمپ‌اپتیکی« انجام می‌شود، به این شرح که ماده آرایش یافته لیزر را تحت تابش نور ناهمدوس قرار می‌دهند و بدین نحو اتمهای ماده فعال را از سطح انرژی پایه به سطوح انرژی تحریک شده منتقل می‌کنند.

سه ظرف با محتوای مایع در سه سطح متفاوت قرار گرفته‌اند، و یک پمپ هیدرولیکی p مایع را از ظرف 1 به ظرف 3 می‌کشاند(رجوع به شکل6). سوپاپهای در لوله‌های اتصال تعبیه شده است، به طوری که مایع می‌تواند به ظرف 2 منتقل گردد و از آنجا به درون ظرف 3 وارد شود، ولی مقدار این جریان البته با حجم مایع درون ظرفها متناسب خواهد بود. چنانچه احتمال انتقال از ظرف 2 به ظرف 1 از احتمال انتقال از ظرف 3 به ظرف 2، یا از ظرف 3 به ظرف 1، بسیار کمتر باشد، یک گزارش بیشتر برای تراکم مایع در ظرف 2 پدید می‌آید، و ظرفهای 1و 2 از حیث تراکم مایع با یکدیگر تعویض می‌شوند. همچنین اگر احتمال انتقال از ظرف 3 به ظرف 2 از احتمال دیگر انتقالها کمتر باشد، این امکان که ظرفهای 3 و 2 از حیث تراکم با یکدیگر تعویض شوند، به وجود خواهد آمد.

*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.