Yaser_Aramesh
2012/03/28, 03:02
مقدمه
فیزیک کلمه ای یونانی و به معنای خواص طبیعت است.پس علم فیزیک را می توان علم مطالعه ی خواص طبیعت تعریف کرد !
فیزیک شاخه های متعددی دارد از جمله فیزیک هسته ای , فیزیک اتمی , نجوم , و....
لیزر یکی از موضاعات گسترده,شیرین و مهم فیزیک است.لیزر یک فناوری است که از قر ن بیستم به بعد نقش بسیار مهمی در زندگی ما یافته.لیزر بیشتر از چیزی که فکرش را بکنید در آسودگی و راحتی ما در زمینه های مختلف نقش دارد.در این مقاله به طور خلاصه به توضیح و تعریف لیزر و کاربردهای آن می پردازیم اما باید بدانید که برای دانستن کامل این فناوری از جمله تاریخچه ی کامل,چگونگی تولید و نحوه ی استفاده ی آن باید صدها یا شاید هزاران کتاب,مقاله و ..... بخوانید !
لیزر چیست ؟
نام Laser مخفف گروه کلمات Light Amplification by Stimulated Emm***on of Radiation و به معنای تقویت نور به روش گسیل القایی است !
اشعه ی لیزر در اصل نوعی نور است که تقویت شده اما تفاوت های بی شماری با نورهای عادی دارد ! لیزر پرتوهای موازی باریکی است که طول موج مشخصی اشته و می تواند بسیار بسیار پرانرژی باشد ! اشعه ی لیزر درخشانتر و قدرتمندتر از هر آن چیزی است که در کره ی زمین می توان ساخت !
گسیل القایی
گسیل القایی فرآیندی است که در آن یک الکترون در اثر تحریک یک فواتون به سطح انرژی پایینتر رفته و در نتیجه یک فوتون دیگر ایجاد می شود.فوتون اولیه ظاهرا دست نخورده باقی می ماند و فوتون جدید نیز با همان زاویه,بسامد,و جهت حرکت فوتون اصلی ایجاد می گردد,به این ترتیب این فرآیند مانند تقویت کننده ی نوری عمل می کند
قابلیت انتخابی لیزر
در 1963 دکتر شاولو قابلیت انتخابی لیزر در حال کار را به نمایش گذاشت.او باریکه ی لیزر را متوجه دو بادکنک (بادکنکی آبی درون بادکنکی شفاف باد شده ) کرد.انرژی باریکه ی لیزر جذب بادکنک شفاف نشد و بدون آسیب از آن می گذشت ولی بادکنک آبی انرژی باریکه لیزر را جذب می کرد و می ترکید.
تاریخچه
در سال 1917 اینشتین یک نظریه با نام گسیل القایی را در مقاله ای بیان کرد و در سال 1953 چارلز تاونز (Charles Townes ) و هکاران او نخستین تقویت کننده ی گسیل القایی را با بکارگیری آمونیاک آزمایش کردند و سیستمی به نام میزر (Microwave Amplification by Stimulated Emm***on of Radiation ) را سا ختند
سپس در سال 1960تئودور مایمن (Theodore H. Maiman ( اولین لیزر را با استفاده از یاقوت قرمز ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم ساخت.
اولین لیزر گازی را نیز دکتر علی جوان به همراه دو همکار در آزمایشگاه Bell در آمریکا با استفاده از هلیم و نئون (He و Ne ) ساخت.
در سال 1986 نیز کشف شد که منبع لیزر می تواند نور همدوس تابش کند به گونه ای که دامنه و فاز (زاویه ) آن در تمامی نقاط فضا قابل سنجش و تعیین باشد.
تفاوت های پرتو لیزر با پرتو نور عادی
به طور کلی می توان گفت پرتوهای لیزر با پرتوهای نور عادی 4 تفاوت اساسی دارند
1 : جهتمندی بالا (واگرایی کم ) 2 : شدت بسیار زیاد 3 : تکفامی 4 : همدوسی
یک تفاوت دیگر نیز وجود دارد که هر کسی با چند وسیله ی کوچک که تهیه ی آنها نیز سخت نیست می تواند آن را آزمایش کند
می دانیم که نور عادی پس از عبور از منشور به هفت رنگ اصلی تجزیه می شود اما پرتوهای لیزر اینگونه نیستند و با همان رنگی که وارد شده اند (قرمز,آبی,سبز یا بنفش ) با همان رنگ نیز خارج می شوند
فوتون
طبق نظریه ی ذره ای نور,نور از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده که با سرعت 458/792/299 متر بر ثانیه منتشر می شوند
بسامد (فرکانس)
به اندازه گیری تعداد دفعاتی گویند که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می افتد.برای محاسبه بسمد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده,تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی تقسیم کرد
همدوسی
اگر نور از یک چشمه نور منتشر شده و به دو قسمت تقسیم شود و بتوان با هر کدام از قسمت ها یک چشمه ی جدید ایجاد کرد (در واقع دو چشمه ی ثانویه ایجاد کرد ) چشمه های به وجود آمده را همدوس و امواج منتشر شده از آنان را امواج همدوسی می نامند.
اجزای اصلی سازنده ی لیزر
1 : دمنده یا چشمه انرژی خارجی 2: محیط تقویت کننده یا فعال 3 : خروجی لیزر
دمنده
دمنده یک چشمه انرژی خارجی است که وارونی جمعیت را در محیط لیزری به وجود می آورد.تقویت موج نور یا میدان تابش فوتون تنها در یک محیط لیزری که در آن وارونگی جمعیت بین دو تراز انرژی وجود داشته باشد روی می دهد.
دمنده ها می توانند از نوع اپتیکی ,شیمیایی,گرمایی و الکتریکی باشند به شرط اینکه انرژی لازمی را فراهم کنند که بتواند با محیط لیزری برای برانگیختن اتم ها و ایجاد وارونی جمعیت لازم همراه شود
محیط تقویت کننده
محیط تقویت کننده می تواند جامد,مایع و گاز باشد.این ماده طول موج لیزر را که مستقیما با انرژی موج لیزر رابطه دارد (هرچه طول موج بیشتر باید انرژی کمتر می شود) تعیین می کند
خروجی لیزر
خروجی لیزرها به دو صورت پالسی و پیوسته می باسد.پالس در اصل همتان نوری است که در محدوده زمانی کوتاه تابیده می شود.این محدوده زمانی امروز به کمتر از فمتوثانیه رسیده است
انواع لیزرها
در طبیعت لیزرهای مختلف وجود دارد که بر حسب نوع محیط فعال یا تقویت کننده تقسیم می شوند !
لیزرهای جامد,لیزرهای گازی و لیزرهای مایع
فیزیک کلمه ای یونانی و به معنای خواص طبیعت است.پس علم فیزیک را می توان علم مطالعه ی خواص طبیعت تعریف کرد !
فیزیک شاخه های متعددی دارد از جمله فیزیک هسته ای , فیزیک اتمی , نجوم , و....
لیزر یکی از موضاعات گسترده,شیرین و مهم فیزیک است.لیزر یک فناوری است که از قر ن بیستم به بعد نقش بسیار مهمی در زندگی ما یافته.لیزر بیشتر از چیزی که فکرش را بکنید در آسودگی و راحتی ما در زمینه های مختلف نقش دارد.در این مقاله به طور خلاصه به توضیح و تعریف لیزر و کاربردهای آن می پردازیم اما باید بدانید که برای دانستن کامل این فناوری از جمله تاریخچه ی کامل,چگونگی تولید و نحوه ی استفاده ی آن باید صدها یا شاید هزاران کتاب,مقاله و ..... بخوانید !
لیزر چیست ؟
نام Laser مخفف گروه کلمات Light Amplification by Stimulated Emm***on of Radiation و به معنای تقویت نور به روش گسیل القایی است !
اشعه ی لیزر در اصل نوعی نور است که تقویت شده اما تفاوت های بی شماری با نورهای عادی دارد ! لیزر پرتوهای موازی باریکی است که طول موج مشخصی اشته و می تواند بسیار بسیار پرانرژی باشد ! اشعه ی لیزر درخشانتر و قدرتمندتر از هر آن چیزی است که در کره ی زمین می توان ساخت !
گسیل القایی
گسیل القایی فرآیندی است که در آن یک الکترون در اثر تحریک یک فواتون به سطح انرژی پایینتر رفته و در نتیجه یک فوتون دیگر ایجاد می شود.فوتون اولیه ظاهرا دست نخورده باقی می ماند و فوتون جدید نیز با همان زاویه,بسامد,و جهت حرکت فوتون اصلی ایجاد می گردد,به این ترتیب این فرآیند مانند تقویت کننده ی نوری عمل می کند
قابلیت انتخابی لیزر
در 1963 دکتر شاولو قابلیت انتخابی لیزر در حال کار را به نمایش گذاشت.او باریکه ی لیزر را متوجه دو بادکنک (بادکنکی آبی درون بادکنکی شفاف باد شده ) کرد.انرژی باریکه ی لیزر جذب بادکنک شفاف نشد و بدون آسیب از آن می گذشت ولی بادکنک آبی انرژی باریکه لیزر را جذب می کرد و می ترکید.
تاریخچه
در سال 1917 اینشتین یک نظریه با نام گسیل القایی را در مقاله ای بیان کرد و در سال 1953 چارلز تاونز (Charles Townes ) و هکاران او نخستین تقویت کننده ی گسیل القایی را با بکارگیری آمونیاک آزمایش کردند و سیستمی به نام میزر (Microwave Amplification by Stimulated Emm***on of Radiation ) را سا ختند
سپس در سال 1960تئودور مایمن (Theodore H. Maiman ( اولین لیزر را با استفاده از یاقوت قرمز ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم ساخت.
اولین لیزر گازی را نیز دکتر علی جوان به همراه دو همکار در آزمایشگاه Bell در آمریکا با استفاده از هلیم و نئون (He و Ne ) ساخت.
در سال 1986 نیز کشف شد که منبع لیزر می تواند نور همدوس تابش کند به گونه ای که دامنه و فاز (زاویه ) آن در تمامی نقاط فضا قابل سنجش و تعیین باشد.
تفاوت های پرتو لیزر با پرتو نور عادی
به طور کلی می توان گفت پرتوهای لیزر با پرتوهای نور عادی 4 تفاوت اساسی دارند
1 : جهتمندی بالا (واگرایی کم ) 2 : شدت بسیار زیاد 3 : تکفامی 4 : همدوسی
یک تفاوت دیگر نیز وجود دارد که هر کسی با چند وسیله ی کوچک که تهیه ی آنها نیز سخت نیست می تواند آن را آزمایش کند
می دانیم که نور عادی پس از عبور از منشور به هفت رنگ اصلی تجزیه می شود اما پرتوهای لیزر اینگونه نیستند و با همان رنگی که وارد شده اند (قرمز,آبی,سبز یا بنفش ) با همان رنگ نیز خارج می شوند
فوتون
طبق نظریه ی ذره ای نور,نور از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده که با سرعت 458/792/299 متر بر ثانیه منتشر می شوند
بسامد (فرکانس)
به اندازه گیری تعداد دفعاتی گویند که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می افتد.برای محاسبه بسمد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده,تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی تقسیم کرد
همدوسی
اگر نور از یک چشمه نور منتشر شده و به دو قسمت تقسیم شود و بتوان با هر کدام از قسمت ها یک چشمه ی جدید ایجاد کرد (در واقع دو چشمه ی ثانویه ایجاد کرد ) چشمه های به وجود آمده را همدوس و امواج منتشر شده از آنان را امواج همدوسی می نامند.
اجزای اصلی سازنده ی لیزر
1 : دمنده یا چشمه انرژی خارجی 2: محیط تقویت کننده یا فعال 3 : خروجی لیزر
دمنده
دمنده یک چشمه انرژی خارجی است که وارونی جمعیت را در محیط لیزری به وجود می آورد.تقویت موج نور یا میدان تابش فوتون تنها در یک محیط لیزری که در آن وارونگی جمعیت بین دو تراز انرژی وجود داشته باشد روی می دهد.
دمنده ها می توانند از نوع اپتیکی ,شیمیایی,گرمایی و الکتریکی باشند به شرط اینکه انرژی لازمی را فراهم کنند که بتواند با محیط لیزری برای برانگیختن اتم ها و ایجاد وارونی جمعیت لازم همراه شود
محیط تقویت کننده
محیط تقویت کننده می تواند جامد,مایع و گاز باشد.این ماده طول موج لیزر را که مستقیما با انرژی موج لیزر رابطه دارد (هرچه طول موج بیشتر باید انرژی کمتر می شود) تعیین می کند
خروجی لیزر
خروجی لیزرها به دو صورت پالسی و پیوسته می باسد.پالس در اصل همتان نوری است که در محدوده زمانی کوتاه تابیده می شود.این محدوده زمانی امروز به کمتر از فمتوثانیه رسیده است
انواع لیزرها
در طبیعت لیزرهای مختلف وجود دارد که بر حسب نوع محیط فعال یا تقویت کننده تقسیم می شوند !
لیزرهای جامد,لیزرهای گازی و لیزرهای مایع