ماهیت نور و بررسی اشعه لیزر

ماهیت نور و بررسی اشعه لیزر
ماهیت نور و بررسی اشعه لیزر
70,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 74 صفحه _ فرمت WORD_ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین

فهرست

مقدمه4
فصل اول: ليزر
ماهيت نور6
تاريخچهﻯ پيدايش ليزر7
گسيل خود به خود8
گسيل القايي9
ليزر چگونه توليد ميشود10
ويژگيﻫاي نور ليزر12
سوئيچ Q13
انواع ليزر14
فصل دوم: کاربردهاي آن
کاربرد ليزر در صنعت21
     مينياتوري23
     تمامنگاري (هولوگرافي23
     ثبت با ليزر26
     ساختمانﺳازي و کشاورزي26
     ساير کاربردها27
کاربرد ليزر در مبحث نظامي30
کاربرد ليزر در پزشکي33
     چشم33
     پوست34
     دندان پزشکي36
    جراحي37
    درمان بيماريﻫا39
     ليزرهاي باهوش40
     ليزرهاي خانگي40
     اثرات ليزر بر بدن41
     خطرات اختصاصي ليزر41
کاربرد ليزر در تحقيقات43
کاربرد ليزر در ارتباطات48
کاربردهاي ليزر ND-YAG52
پرتوافشاني بر هنر ديرينهﻯ تاريخ52
ايمني ليزرها 53
فصل سوم: بازديدها
بيمارستان فارابي58
دندان پزشکي60
دانشگاه شهيد بهشتي61
فصل چهارم: نتيجه‌گيري
پيشنهادات65
خلاصهﺍي از متن با توجه به66
نتيجه‌گيري68
واژه‌نامه69
منابع   74
 
مقدمه
«اقرا بسم ربک الذي خلق»         بخوان به نام پروردگارت که تو را آفريد.
خدايا اولين سخن تو با پيامبرت خواندن بود. توخير بندﻩات را در دانشمند بودن او ميﺩاني. پس خدايا شناخت علوم بر ما آسان ساز. يعني شناختن و دانستن چيزي همان طور که هست واين از صفات خداوند است. از آغاز آفرينش انسان تاکنون ميليونﻫا سال ميگذرد. در اين سالها انسان شاهد تغييرات زيادي در محيط پيرامونش بودهﺍست. تمامي اين تغييرات ناشي از قدرت عقل و قوﻩي اراده و تصميمگيري اوست.اما امروزه شاهد پيشرفتﻫاي شگرفي در علوم مختلف از جمله پزشک، شيمي، زيستشناسي، ارتباطات و... هستيم که بسياري از اين پيشترفتﻫا را مديون اختراع پرتويي شگفتﺍنگيز به نام ليزر ميﺩانيم.
ليزر يا به اصطلاح نور باشکوه نوع کامﻸ جديدي از نور است که بسياري از آرزوﻫاي روياگونهﻯ بشر را جامهﻯ عمل پوشاندهﺍست، به طوري درخشانتر از هر چه که در طبيعت يافت ميشود. با ليزر ميتوان عجايبي به بار آورد و هر مادهﻯ شناخته شده روي زمين را در کسري از ثانيه بخار کرد.
ليزرها آن چنان قدرتمند هستند که ميتوانند فرﺁيند همﺠوشي هستهﺍي را ايجاد نمايند همان فرﺁيندي که در خورشيد صورت ميگيرد که براي به وجود آمدن آن گرمايي بالغ بر K10 نياز است.
امروزه ليزرﻫا کاربردﻫاي وسيعي در علوم مختلف از جمله: صنعت، پزشکي، کشاورزي، ساختمان سازي، هولوگرافي، شيمي، زيست شناسي و ارتباطات يافتهﺍند.
هدف ما از انجام چنين تحقيقي آشنايي بيشتر با ليزر و کاربردﻫاي آن ﺍست تا بتوانيم علت اصلي پيشرفتﻫاي بشر را در بسياري از زمينهﻫاي علمي و تحقيقي دريابيم و از آنﻫا در جهت پيشرفتﻫاي جديدي براي کشورمان وتمام جهانيان استفاده کنيم.
 

فصل اول:
ليزر
 
ماهيت نور
اسحاق نيوتن در سال 1672 براي اولين بار نظريهﻯ ذرهﺍي بودن نور را بيان کرد و انيشتين نيز با انجام آزمايش فوتوالکتريک نظريهﻯ نيوتن را ﺗﺄييد کرد. نيوتن هم چنين با عبور دادن نور از منشور توانست نور را تجزيه کند.
نور خود يک موج الکترومغناطيسي است و ميﺩانيم که موج داراي 3 مشخصهﻯ اصلي: بسامد، دوره و طول موج است. طول موج يکي از مهمترين مشخصهﻫاي موج است که با انرژي رابطهﻯ عکس دارد. بنابراين موجﻫاي مختلف را ميتوان به صورت طيف موجﻫاي الکترومغناطيسي نمايش داد.
کريستين هويکينس، فيزيکﺩان هندي براي اولين بار توانست به کمک پخش، بازتاب و شکست نور، ماهيت موجي بودن نور را بيان کند و توماس يانگ با آزمايش پراش نور آن را ثابت کرد.
ليزر در واقع نوعي نور است و با توجه به محيط فعالش در قسمتﻫاي مختلف طيف موجﻫاي الکترومغناطيسي قرار ميگيرد.
 
تاريخچهﻯ پيدايش ليزر
در سال 1917 ميلادي انيشتين تحقيقي را بر روي نظريهﻯ نور و تشعشع آغاز کرد. در پيﺁمد اين تحقيقات، انيشتين در مقالهﻯ علمي خود «در نظريهﻯ کوانتومي تشعشع» چگونگي تحريک شدن اتمﻫا و آزاد کردن نور از آنﻫا را شرح داد که در قسمتﻫاي بعدي به تشريح کامل آن ميﭘردازيم.
بعد از انيشتين، تاونز به در خواست نيروي دريايي آمريکا براي ساخت وسيلهﺍي که بتواند بسامد بالاي ميکروموج، جهت استفاده در ارتباطات تهيه کند، مشغول به تحقيق در مورد گسيل القايي شد. وي سرانجام در سال1935 با استفاده از ماده فعال آمونياک توانست ميزر را توليد کند. تاونز پس از اختراع ميزر که اولين کاربرد عملي اصول انيشتين در مورد گسيل القايي بود به فکر ساخت دستگاهي بود که بتواند طول موجﻫاي کوتاهتري نسبت به ميکروموج داشته باشد.
سرانجام در سال 1959 دکتر تئودور مايمن فکر تاونز را به نتيجه رسانيد و اولين ليزر راساخت. مايمن با قرار دادن ميلهﺍي از ياقوت مصنوعي درون شيشهﺍي مار پيچي که دو انتهاي ميله صيقل داده شده بود، توانست ليزر را توليد کند.
پس از دو سال آقاي علي جوان، دانشمند ايراني براي نخستين بار ليزر گازي هليوم-نئون (He-Ne) را ساخت. اما به طور کلي علت اصلي مشغول شدن فکر دانشمندان به توليد ليزر، ساخت وسيلهﺍي بود که بتواند نور همدوس توليد کند.
لازم به ذکر است، تفاوت اصلي «ميزر» و «ليزر» که هردو کوتاه شده عباراتي به معاني «تحريک ميکروموج با تابش گسيل القايي» و«تقويت نور با تابش گسيل القايي» هستند، در طول موجشان است و طول موج ميزر بلندتر از طول موج ليزر است. با توجه به اين که طول موج با انرژي رابطه عکس دارد، پس ميتوانيم دريابيم که انرژي ميزر از انرژي ليزر کمتر است.
در ضمن امروزه ليزرها گسترش بسيار زيادي يافتهﺍند و با پيشرفت روز افزون مکانيک کوانتومي و جنبهﻫاي ذرهﺍي نور و توليد آينهﻫايي با توان بالا، دانشمندان ليزرهايي با توان خروجي بهتر (ليزرهاي توان بالا) ساختهﺍند.

 
 گسيل خود به خود
هر اتم از سه قسمت الکترون، پروتون و نوترون تشکيل شدهﺍست که علت اصلي ايجاد ليزر، جابهﺠايي الکترونﻫا بين لايهﻫاي الکتروني است که همﺍکنون به تشريح کامل آن ميﭘردازيم.
همانطور که ميدانيم الکترون در اتم بر روي مداري که از نظر انرژي مشخص شدهﺍست، در گردشﺍند. حال فرض کنيم که الکتروني به طريقي، مﺜﻸ به وسيلهﻯ تحريک الکتريکي به ترازي با انرژي زيادتر انتقال داده شده باشد. بديهي است که اين الکترون تمايل دارد که به مدار پايينتر، يعني مداري که انرژي آن کمتر است، فروﺍفتد. در اين فروﺍفت، الکترون مقداري از انرژي خود را به صورت انرژي الکترومغناطيسي از دست ميﺩهد.
ميﺩانيم که اگر E2 و E1 به ترتيب انرژي مربوط به ترازهاي با انرژي پايينتر اتم باشد، فرکانس نور گسيل شده از رابطه E2-E1=hu0 به دست ميﺁيد. اين فرآيند را گسيل خود به خود (گسيل تابشي) ميگويند. نوري که براي روشنايي منازل از آن استفاده ميكنيم، يا نوري که از خورشيد به ما ميﺮسد و يا چراغﻫاي نئوني که براي تزيين سردرهاي فروشگاهﻫا به چشم ميﺨورد، همگي حاصل تابش خود به خود است.
حال اگر بخواهيم الکتروني را در يک اتم از تراز پايينتر (انرژي کمتر) به تراز بالاتر (انرژي بيشتر) انتقال دهيم، بايد مقداري معين انرژي صرف کنيم. يعني از نظر مقدار، درست برابر با همان انرژي است که الکترون در صورتي که از مدار بالاتر به مدار پايينتر سقوط ميكرد بايد پس ميﺩاد. اين فرآيند را جذب ميگويند. پس بايد در ابتدا عمل جذب صورت گيرد تا منجر به گسيل خود به خود شود.

جذب
 گسيل
 خود به خود
 
گسيل القايي
تابش فرآيندي است که طي آن گرما ميتواند انتقال يابد. توان تابيده به ضريب گسيل Σ بستگي دارد که تابش را به خوبي جذب مﻰکند و جسمي که سطحش صاف و کامﻸ سياه باشد ( يعني جذب كنندهﻯ کامل باشد) گسيلندهﻯ کامل نيز هست که ضريب گسيل آن 1=Σ است وقتي جسمي گرم شود، هم شديدتر تابش ميكند و هم رنگش عوض ميشود، مانند دستهﻯ لامپ التهابي. البته شدت اين تابش به طول موج دما بستگي دارد. پلانک سعي کرد فرمولي براي اين موضوع بيان کند. از اين رو اين نظريه به نظريه پلانک است.
انيشتين با استفاده از نظريهﻯ تابش جسم سياه توانست اثبات کند، علاوه بر تابش خود به خود تابش القايي نيز فوتون توليد ميكند. شرح آن به صورت زير است:
وقتي يک الکترون در تراز بالا قرار دارد، با برخورد به يک فوتون ديگر، مجبور به واکنش با آن فوتون و سقوط به تراز انرژي پايينتر ميشود در اينجا فوتون القاكننده به حرکت خود ادامه ميﺩهد و فوتون القاشونده در اثر رها شدن انرزي الکترون به دست ميﺁيد. فوتون اول (القاكننده) و فوتون دوم (القاشونده) هر دو همﻔاز و همراه هستند. به اين پديده گسيل القايي ميگوييم. زيرا يک فوتون توليد، يک فوتون ديگر را بر ميﺍنگيزد.
در ليزر نور از طريق گسيل القايي ايجاد ميشود. در ضمن واژهﻯ ليزر به خاطر همين فرآيند انتخاب شده است، يعني از به هم پيوستن حروف اول عبارتي انگليسي¹ به معناي تقويت نور به وسيلهﻯ تابش گسيل القايي.
از تفاوت گسيل القايي و خود به خود ميتوانيم تا حدودي به خصوصيات ليزر پي ببريم:
1.    در گسيل خود به خود فوتونﻫا همﻔاز نيستند، در حالي که در گسيل القايي همهﻯ فوتونﻫا در يک جهت منتشر ميشوند.
2.    نور حاصل از گسيل خود به خود ناﻫمدوس و نور حاصل از گسيل القايي همدوس است.


گسيل القايي
                                                 
ليزر چگونه توليد مي شود؟
هر ليزر قسمتﻫاي اساسي و مشخصي دارد که به شرح زير است:                
1- چشمهﻯ انرژي: اغلب به صورت الکتريسيته است اما به جاي آن ميتوان از نور معمولي، واکنش شيميايي يا حتي ليزر ديگر بهره برد. يکي از متداولترين منابع انرژي به کار رفته در ليزرها لامپ درخش است. اين لامپ شبيه لامپ درخش (فلاش) دوربين ولي خيلي قويتر از آن است. لامپ درخش بايد اتمﻫا يا مولکولﻫا را به گونهﺍي سريعتر از آنكه بتوانند با گسيل عادي به حالت پايين برود، در يک حالت برﺍنگيخته بگذارد.
2- محيط فعال: محيط فعال مجموعهﺍي از اتمﻫا، مولکولﻫا يا يونﻫاست که بتواند انرژي را جذب و آزاد کند. اين محيط فعال ميتواند مثل ياقوت يا بلورهاي ديگر جامد يا مثل رنگينهﻫا مايع و يا مثل گاز CO2 باشد. باريكهﻯ ليزر فقط در محيط فعال توليد ميشود. مادﻩﻯ فعال در واقع قلب دستگاه ليزر را تشکيل ميﺩهد . در تعريف ديگر ميتوان گفت محيطي که بتوان در آن وارونگي جمعيت ايجاد کرد، محيط فعال نام دارد.
3- ساز و کار پسخوراند : از دو سطح بازتابنده مثل آينه تشکيل شده است که در دو انتهاي محيط فعال (مثل سطح تخت وصيقل داده شدﻩﻯ ياقوت مصنوعي در ليزر مايمن) قرار ميگيرد که يکي از آينهﻫا به نام "خفتگر" خروجي بازتابنده جزئي است. آينهﻫاي ليزر با دقت زيادي ساخته ميشود. مادهﻯ به کار رفته براي ساخت آينهﻫاي داراي بازتابندگي بسيار زياد بايد در ﺨﻸ تبخير شوند و به صورت لايهﻫاي بسيار نازکي به ضخامتي که ممکن است کمتر از 00002/0 سانتي متر باشد، در روي صفحهﻫاي شيشهﺍي صيقلي رسوب کند. صفحهﻫاي شيشهﺍي که زيرانيد ناميده ميشوند به قدري تختند که هيچ فرورفتگي يا برآمدگي به عمق بزرگتر از 000005/0 سانتي متر ندارد.
براي انجام عمل ليزر چندين مرحله بايد صورت بگيرد. اما براي ايجاد ليزر نيازمند شرايط مخصوصي هستيم که يکي از مهمترين آنﻫا ايجاد وارونگي جمعيت به وﺴيلهﻯ پمپاژ ميﺒاشد که در زير به تشريح کامل آن ميﭘردازيم.
انتقال انرژي بستگي به سطوح انرژي دارد. اگر تعداد الکترونﻫا در تراز پايين بيشتر از تراز بالا باشد عمل جذب و اگر بر عکس باشد (يعني تراز بالا داراي جمعيت بيشتري باشد) عمل گسيل القايي انجام ميشود. تحت شرايطي بالاخص در ترموديناميکي تعداد الکترونﻫا با بالا رفتن سطح انرژي کم ميشود. در صورتي که N1 را تعداد اتمﻫا در تراز پايين و N2 را تعداد مولکولﻫا در تراز بالا بناميم، بنابراين N2<N1 ميشود عمل جذب نور اتفاق ميﺍفتد. اما براي ايجاد گسيل القايي بايد سطوح داراي انرژي بالاتر الکترونﻫاي بيشتري داشته باشند و2>N1 N باشد. وقتي چنين شرايطي ايجاد شود ميگوييم وارونگي جمعيت رخ داده است.
براي آنکه بتوانيم اتمﻫا را از تراز پايينتر به تراز بالاتر بفرستيم احتياج به يک منبع تحريک داريم و به فرآيندي که بدان وسيله اتمﻫا به تراز تحريکي انتقال داده ميشوند پمپاژ (دمش) ميگويند. در ليزرهاي جامد (نظير ياقوت و يا نئوديميئوم ياگ) از لامپﻫاي درخش که در زماني حدود چند صد ميليونيم ثانيه فعال ميشوند استفاده ميكنند. اين روش را پمپاژ اپتيکي ميگويند.
در ليزرهاي گازي توسط يک منبع الکتريکي خارجي عمل پمپاژ را پمپاژ الکتريکي ميگويند که علت اصلي کاربرد آن در ليزرهاي گازي تبديل گاز به پلاسما به وﺴيلهﻯ تخليهﻯ الکتريکي است.
دو نوع پمپاژ اصلي داريم:1- پمپاژ ذرهﺍي   2- پمپاژ پيوسته
 که تفاوت آنﻫا به شرح زير است:
•    در پمپاژ لحظهﺍي عمل پمپاژ به صورت بخشﻫايي انجام ميشود اما در پمپاژ مستمر عمل پمپاژ به صورت هميشگي و مستمر است.
•    در پمپاژ ضربهﺍي نيازي به سرد کردن دستگاه نيست در حالي که در پمپاژ مستمر نياز است.
•    در پمپاژ ضربهﺍي پالسﻫاي ايجاد شده به صورت زنجيره است.
•    قدرت ليزر در پمپاژ ضربهﺍي نسبت به پمپاژ مستمر بسيار بيشتر است. مثلا˝ميتوان ليزري به توان  10¹² را در عرض 10ˉ¹¹ تا10ˉ¹² ثانيه ايجاد کرد.
حال با توجه به مواد گفته شده ميتوان اصول کار ليزر را توضيح داد.
مادﻩﻯ فعال هر چه که باشد در بين دو آينهﻯ نقرهﺍندود و نيمه نقرهﺍندود که به ترتيب آينهﻯ 100% و %80 گفته ميشود قرار ميگيرد. سپس عمل پمپاژ انجام شده و الکترونﻫا به تراز انرژي بالاتر ميﺮوند تا در هنگام بازگشت به حالت پايه فوتون گسيل شود و اين فوتونﻫا با الکترونﻫاي در تراز بالا برخورد کرده و عمل گسيل القايي صورت ميگيرد. اين فوتونﻫا با هم حرکت کرده و در هر جابهﺠايي ميان آينهﻫا تعداد آنﻫا دو برابر ميشود. فوتونﻫﺍ در اثر برخورد با آينهﻯ 100% به طور کامل باز ميگردند اما در اثر برخورد با آينهﻯ 80% تنها %80 فوتونﻫا باز ميگردد و %20 ديگر از دستگاه خارج مي شود که در واقع همان نور ليزري است که ما ميﺒينيم.
نگهﺩارهاي مکانيکي بسيار دقيقي براي ثابت نگهداشتن آينهﻫا و ميلهﻯ ليزر لازم است تا گسيل القايي را دقيقاً در امتداد ميلهﻯ ليزر برگرداند. اگر فوتونﻫا روي خودشان بازتاب نيابند، ليزر کار نخواهد کرد.
همهﻯ فرآيندهاي نوري از جمله ايجاد بلورهاي ميلهﻯ ليزر، ساخت آينهﻫا و صيقل دادن دو انتهاي ميلهﻯ ليزر بايد در شرايط کاملا عاري از آلودگي انجام شود. در اين موارد از اتاقﻫاي خاصي به نام اتاق تميز استفاده ميشود که هيچ گرد و خاک و رطوبت ندارد به ويژه هنگام ساخت بلورهاي ليزر پرهيز کردن از آلودگي مهم است، زيرا مقدار بسيار کمي از ناخالصي ميتواند کارکرد ليزر را متوقف کند.
براي کاربردهاي مختلف از ليزر ناچاريم که خروجي آن را کنترل کنيم. مثلا˝ متمرکز کردن پرتو روي فلزها، انحراف دادن باريکه، ساختن تپ ليزري .
تغيير به دو طريق انجام ميشود:
لازم به ذکر است که خروجي ليزر به دو عامل محيط فعال و کاواک وابسته است. براي مثال براي  جهت داشتن يک ليزر از نوع گازي بايد فشار گاز را افزايش دهيم.
ليزرها را برحسب محيط فعالشان نامگذاري ميكنند. مثلا˝ در ليزر رودامين که مايع رنگينهﻯ فلوئورسانسي است به عنوان مادﻩﻯ فعال استفاده ميشود يا در ليزر نيمه ﺮسانا يا ديودي از بلورها که بخش کوچکي از وسايل الکتروني را تشکيل ميﺩهند، به عنوان مادﻩﻯ فعال استفاده ميكنند.

ويژگيﻫاي نور ليزر
1- نور ليزرها طول موج يکساني دارد. به همين دليل به آن نور خالص ميگويند. امواج نوري ليزر هم زمان با هم گام برميﺩارند و همﻔاز هستند و ﻘله هر موج با ﻘلهﻯ موج ديگر يکي است. از اين جهت، به نور ليزر همدوس ميگويند.
2-به علت يکسان بودن طول موج يا بسامد، نور ليزر هنگام عبور از منشور تجزيه نميشود و به صورت باريكهﻯ کوچکي خارج ميشوند. (به همان صورت که داخل شده است)
3- جهتمندي از خصوصيات ديگر نور ليزر است. نور ليزر چنانچه در محيط جذب نشود ميتواند فواصل زيادي را طي کند بدون آنکه در واگرايي آن تغيير زيادي ايجاد شود.
4- درخشاني يا روشنايي نور ليزر ميليونﻫا بار بزرگتر از چشمهﻫاي ديگر مثل خورشيد است.علت اين امر آن است که نور ليزر همدوس (تکفام) است و در يک جهت حرکت ميكند.
5- چون انرژي ورودي را در ليزر ميتوان کنترل نمود، انرژي خروجي نيز به دنبال آن تغيير مي يابد بنابراين اگر برانگيختگي ليزر با پالسﻫاي کوچک انجام شود، ليزر با پالسﻫاي کوچک توليد خواهد شد.
6- موجﻫا داراي رنگ يکساني هستند و به اصطلاح تکﺮنگ ميﺒاشند.
                                                    
سوئيچ Q:
استفاده از تکنيک سوئيچ Q ايجاد تپﻫاي ليزر با مدت کم (10 تا 30ns) و در نتيجه قله توان بسيار ميﺳازد. اصول تکنيک به قرار زير است. فرض شود که يک بستاور در داخل کاواک ليزري قرار داده شده باشد، اگر بستاور در بسته شود عمل ليزر صورت نخواهد گرفت (تلف کاواک بسيار زياد است). ولي اکنون اگر به طور ناگهاني بستاور باز شود بهره ليزر بسيار زيادتر از تلفات شده و انرژي ذخيره شده به صورت تپي نوراني و سريع رها خواهد شد، چون تکنيک متضمن انتقال سازه Q کاواک از مقدار خيلي پايين به مقدار خيلي بالاست لذا به نام سوئيچ Q معروف است. اگر بستاور در مدت زمان کوتاهي (در مقايسه با زمان ايجاد پالس) باز شود سوئيچ Q را سريع ميگويند و خروجي ليزر به صورت تک تپ خواهد بود ولي چنانچه سوئيچ Q آهسته باشد تپﻫاي متعددي را در خروجي ليزر ميتوان انتظار داشت.
انواع ليزرها
نوع ليزر از روي حفره ليزر (Laser cavity) مشخص ميشود و نشان دهنده توزيع توان ليزر در منطقه ميﺒاشد.
1- ليزرهاي جامد: بلورهاي جامدي که در فرآيند ليزري مورد استفاده قرار ميگيرند بايد شرايط زير را داشته باشند:
•    شفاف باشند تا اولا˝ نور بتواند براي برانگيزش محيط فعال وارد آن شود، ثانيا˝خود باريكهﻯ ليزر بتواند از آن عبور کند.
•    اتمﻫاي محيط فعال بايد بتوانند طول موجﻫاي مورد نظر را به وجود بياورند.
•    بايد داراي مقداري ناخالصي باشند که در بلور خالص آن وجود ندارد. بلور خالص مادﻩﻯ ميزبان و فرآيند افزودن ناخالصي آلاشي نام دارد. مثلا˝ در ليزر ياقوت مادﻩﻯ ميزبان اکسيد آلومينيوم و مادﻩﻯ آلاينده يا ناخالصي اسيد کروم است.
اولين ليزر جامد به وسيلهﻯ دکتر مايمن کشف شد که محيط فعال آن ميلهﺍي از بلور ياقوت مصنوعي است.
يک نوع ليزر جامدي که امروز کاربرد تجاري زيادي دارد، ليزر استريم آلومينيوم گارنت يا ليزر ياگ با ناخالصي نئوديم است.
از طرفي ليزرهاي جامد بازدﻩﻯ زيادي ندارند و مانند ليزرهاي گازي نميتوانند باريكهﻯ نوري پيوﺴتهﺍي ايجاد کنند ولي در عوض ميتوانند تپﻫاي فوقﺍلعاده قدرتمندي از نور ليزر ايجاد کنند.
ليزرهاي حالت جامد در کاربردهاي پرتوان مانند جوشکاري و برشکاري و همچنين دستگاهﻫاي ديواري فروسرخ و پژوهشﻫاي علمي متداولﺍند.

طول موج ليزر    عنصر فعال
نانومتر 1610    اربيم
نانومتر 610    اروپيم
نانومتر 2050    هوليم
نانومتر 1060    نئوديم
نانومتر 710    ساماريم
نانومتر 1120    توليم
نانومتر 1020    ايتريم


2- ليزرهاي گازي: يکي از رايجترين ليزرهاي گازي، ليزر هليم- نئون است. ميزان گاز هليم ده برابر گاز نئون است و باريكهﻯ ليزري توسط اتمﻫاي نئون ايجاد ميشود. اين ليزر تپﻫاي قدرتمندي ايجاد نميكند ولي ميتواند باريكهﻯ ليزري پيوسته توليد نمايد. باريكهﻯ پيوسته همدوس کامل است و با دقت بالايي مي توان آن را کنترل کرد. در ضمن اندازﻩﻯ اين ليزر کوچک و ارزانتر است به همين دليل در مخابرات، مدارس، آزمايشگاهﻫا، صنايع ساختماني و نمايشﻫاي هنري به کار ميﺮود.
در ليزرهاي گازي از دمش الکتريکي براي ايجاد عمل پمپاژ استفاده ميكنند که نتيجهﻯ آن به وجود آمدن پلاسما است. براي ايجاد پلاسما عملي کاملا شبيه ايجاد پرتو کاتدي در لولهﻯ پرتوي کاتدي انجام ميشود. وقتي جريان الکتريکي با ولتاژ بالا اعمال ميشود، الکترونﻫاي آزاد و يونﻫا ايجاد ميشوند که مکانيسم تحريکي آن به شرح زير است که X و X* به ترتيب مربوط به اتم در حالت پايه و در حالت برانگيخته است.                            E + X = X* = ∆E
ليزرهاي گازي اصولا مخلوطي از چند گاز است که شرح کار آن به صورت زير ميﺒاشد:
فرض ميكنيم دو گاز A و B داريم. الکترونﻫاي A انرژي دريافت کرده و به تراز بالاتر رفته اند. انرژي الکترونﻫاي اتم A به اتم B (در حالي که در حالت تحريکي نيمه پايدار باشد) انتقال يافته و عمل ليزري انجام ميشود که مکانيسم آن به شرح زير است:A*+ B = A + B* + ∆E  از گفتهﻫاي بالا ميتوان نتيجه گرفت که الکترونﻫا در تخليهﻯ الکتريکي نقش اساسي دارند که انرژي خود را طي 3 فرآيند زير از دست ميﺩهند:
الف) برخورد غير الاستيک با اتمﻫا که موجب تحريک اتمﻫا و يونيزه شدن آنﻫا ميشود.
ب) برخورد الاستيک با اتم
پ) برخورد الکترون با الکترون

3- ليزرهاي مايع: ليزرهايي که از مايعات به عنوان محيط فعال استفاده ميكنند اين مزيت را دارند که از گازها متراکمترند و مايعات را ميتوان به گردش انداخت و خنک کرد. در ضمن به علت استفاده از رنگينهها که در مايع حلالي مثل الکل يا اتيلن گلوکول (ضد يخ) حل ميشوند ميتوان آن را تنظيم کرد. در اين نوع ليزرها چشمهﻯ انرژي معمولا˝ لامپ درخشي يا يک ليزر ديگر است.
ليزر رودامين 6G نمونهﺍي از ليزرهاي رنگينهﻯ مايع است که وقتي نور برآن ميتابد فلوئورسانس ميشود. از ليزر يوني آرگون يا کريپتون ميتوان به عنوان چشمهﻯ انرژي استفاده کرد.
از جمله استفادهﻫايي که از اين ليزرهاي رنگينهﺍي مي شود عبارتند از:
•    به علت گسيل تپﻫايي از نور ليزر خيلي کوتاه ميتوان از آن براي بررسي واکنشﻫاي شيميايي در طبيعت بهره برد. درست مثل اينکه حرکت موکولﻫا بر فيلم نمايش داده شود.
•    استفاده از ليزرهاي رنگينهﺍي در طيفنمايي و بررسي فرآيندهاي فيزيکي و ترازهاي انرژي داخل اتمﻫا و مولکولﻫا.

4- ليزرهاي نيم رسانا: با نيم رسانا ميتوان ليزرهايي به کوچکي دانهﻫاي نمک ساخت. در اين نوع ليزر که ليزر ديود هم خوانده ميشود، از الکتريسيته به عنوان چشمهﻯ انرژي استفاده ميشود. در ليزر نيم رسانا دو نوع ماده نيم رسانا با خواصي کنار هم قرار ميگيرند تا يک پيوندگاه تشکيل شود. يک ماده با اتمﻫاي باردار منفي آلاييده ميشود که نوع  nنام دارد و ماده دﻴگر با اتمﻫاي باردار مثبت آلاييده ميشود که نوع p نام دارد.
ليرزهاي نيم رسانا را بر حسب خروجي آنﻫا به دو دستهﻯ ليزرهاي تپي و ليزرهاي پيوسته کار تقسيم ميكنند و غالبا˝ ليزرهاي توان بالا از نوع تپي (پالسي) هستند.
5- ليزرهاي رزينهﺍي: مواد آلي داراي خاصيت گسيل تحريکي هستند از اين رو در بعضي ليزرها ميتوان از آنﻫا به عنوان محيط فعال استفاده کرد. در ليزرهاي رزينهﺍي از مواد آلي رنگين به عنوان مادهﻯ فعال استفاده ميشود. مواد آلي رنگين موادي هستند که داراي جذب در موجﻫاي نزديک فرابنفش، مرئي و فروسرخ باشند. از اين تعريف ميتوان به يک خصوصيت ممتاز ليزرهاي رزينهﺍي نسبت به ديگر ليزرها پي برد. از اين ليزر ميتوان در مطالعات شيميايي جداسازي ايزوتوپﻫا، اسپروسکوپي، تعيين آلودگي هوا و استفاده از امور بيولوژيکي و پزشکي بهره برد.

6- ليزر رنگينهﺍي: منبع انرژي ليزر رنگينهﺍي ميتواند لامپ درخش يا يک ليزر ديگر باشد. در حالت اول از يک لامپ درخش خطي در درون يک محفظهﻯ بيضي که رنگينهﻯ ليزر در آن جريان ميﻴابد استفاده ميشود. لامپﻫاي درخش پالسيﺍند. به گونهﺍي که ميتوانند نور کافي براي تحريک مولکولﻫاي رنگينه را بيرون دهند. از طرفي از ليزر ديگري به نام ليزر دمش نيز ميتوان براي تحريک رنگينه استفاده کرد. اين ليزر معمولا ليزر نيتروژني پالسي يا ليزر يون آرگون پيوسته است. هنگامي که از ليزر يون آرگون پيوسته استفاده ميشود، محلول رنگينه به سرعت از يک شيار جريان ميﻴابد تا ورقهﻯ نازکي از رنگينه به ضخامت کمتر از 02/0 سانتي متر به دست آيد. باريکهﻯ ليزر دمش در نقطهﺍي به اندازهﻯ 003/0 سانتي متر در نوارهﻯ رنگينه متمرکز ميشود و بعضي از آينهﻫاي ليزر انحنا ميﻴابند تا باريکهﻯ ليزر رنگينهﺍي را با همان اندازه متمرکز کنند. اين نوع ليزر ميتواند پالسﻫاي بسيار کوتاهي ايجاد کند که دانشمندان از آنﻫﺍ براي بررسي پديدهﻫاي بسيار سريع در طبيعت استفاده ميكنند. ليزرهاي رنگينهﺍي به اندازهﻯ ليزرهاي حالت جامد يا ليزرهاي گازي از نظر انرژي موثر نيستند، به گونهﺍي که نميتوانند توانﻫاي خروجي ميانگين به آن زيادي ايجاد کنند. با وجود اين تنظيم پذيريشان آنﻫا را براي بسياري از کاربردﻫاي ليزر ضروري ساخته است.

7- ليزرﻫاي اکسايمر: ليزرهاي اکسايمر يکي از انواع ليزرهاي گازي است که به عنوان پرتوانترين چشمهﻫاي نور همدوس (ليزري) در ناحيهﻯ ماورابنفش محسوب ميشود. مخلوط گاز آن شامل يک يا چند نوع گاز نادر و يک هالوژن دهنده که متداولترين آنﻫا HCl و NF3 و F2 ميﺒاشند. دمش اين ليزرها با استفاده از تخليهﻯ الکتريکي پالسي يا بارگيري الکتروني پالسي و يا فرکانس راديويي امکان پذير است. اين ليزرها قابليت عملکرد با آهنگ تکرار پالس بالا را دارا هستند. آنﻫﺍ قابليت کانوني شدن در نقاط بسيار کوچک و نيز توليد پالسيﻫاي بسيار کوتاه با قله توان بالا و بازدهي نسبتاٴ خوب اين ليزرها را کاربردپذير ساخته است.

8- اصول ليزر الکترون آزاد با همه ليزرهايي که تاکنون ملاحظه کرديم کاملا متفاوت است. منبع انرژي اصلي پرتوهاي الکتروني نسبي است. (يعني الکترونﻫايي که با سرعت خيلي نزديک به سرعت نور حرکت ميكنند.)

9- ليزر بخار مس از مدتﻫا قبل شناخته شده است ليکن اهميت اخير آن به دليل پيشرفتﻫايي است که در توان خروجي و در زمان عمر آن حاصل شده است. مادهﻯ فعال آن بخار مس است و براي به دست آوردن غلظت کافي مس در لولهﻯ تخليه لازم است در دماي خيلي بالا نگه داشته شود.

10- ليزرهاي اکسيد کربن از مهمترين ليزرها در نوع خود ميﺒاشند و از نظر کاربردهاي منفي ميتوان آن را در زمرهﻯ مهمترين ليزرها قرار داد. اين ليزر با کارايي بالا (تا 30%) و توان بسيار زياد و توان خروجي پيوسته حدود چندين کيلووات ساخته شده است. کاربردهايي از قبيل جوشکاري و برش استيل، الگوبرداري، نظامي و جوش هستهﺍي براي ليزر ممکن است.

11- ليزرهاي بسته بدين معني است که در ليزري مانند هليم نئون گازهاي تحت تخليه الکتريکي کاملا در لولهﻯ تخليه قرار داده شدهﺍند. مشکلي که براي اين ليزرها مشخصاً دي اکسيد کربن وجود دارد اين است که در جريان تخليهﻯ الکتريکي مولکولﻫاي CO2 به CO تبديل ميشود و اين واکنش هم خيلي سريع رخ ميﺩهد.

             ليزر          طول موج کار nm       ميانگين توان خروجي w
آرگون فلوريد    nm193 پالسي    W 25
کريپتون فلوريد    nm248 پالسي    W 50
گزنون کلريد    nm 308 پالسي    W 25
نيتروژن    nm 337 پالسي    W 5
گزنون فلوريد    nm 351 پالسي    W 15
يون آرگون    nm 488 پيوسته    W5
بخار مس    nm 511 پالسي    W 30
يون آرگون    nm 514 پيوسته    W 5
بخار مس    nm 578 پالسي    W 30
بخار طلا    nm 628 پالسي    W 10
هليوم نئون    nm8/632 پيوسته    W 001/0
يون کريپتون    nm 647 پيوسته    W 5
 

فصل دوم:
 کاربردهاي ليزر 
کاربرد ليزر در صنعت
از جمله کاربردهاي مهم ليزر به کارگيري آن در صنعت است که علت اصلي پيشرفتﻫاي بشر در بسياري از زمينهﻫاست.
پرتو ليزر با توجه به ويژگيﻫاي منحصر خود که شامل تکﺮنگي، همدرسي، شدت بالا و واگرايي کم است، نشان داد که با به کارگيري آن ميتوان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلکه تحول کيفي محصولات آن اميد فراواني پيدا نمود. به دنبال ساخت اولين ليزر گاز کربنيک در سال 1964 اين امکان فراهم شد که بتوان با حداقل امکانات ليزرهاي پرقدرتي در ناحيه حرارتي مادون قرمز، همان منطقهﺍي که مورد نياز صنعت است تهيه و به بازار عرضه نمود. اينک وسيلهﺍي پا به عرصه وجود گذاشته بود که امکان فراهم نمودن يک منبع حرارتي قابل کنترل و در عين حال بسيار باريک به راحتي در دسترس کاربران قرار ميگرفت. با يک نگاه گذرا اما عميق به نقش ليزر در صنعت ميتوان به اين نکته واقف شد که ليزر تحولي بي سابقه در اين عرصه ايجاد کرده است که دامنه رشد آن هر روز گسترش مي يابد. امروز اگر شاهد محصولاتي باشيم که به جهت کيفي و مرغوبيت در کمترين زمان به بازار عرضه ميشود، متوجه نقش و اهميت ليزر در صنعت خواهيم بود.
موارد استفاده از ليزر در صنعت عبارتند از:
•    ايجاد سوراخ در تمامي وسايل مانند: پستانک بطري نوزاد، کاغذ، الماس (به وسيله ليزر ياقوتي)، عدسيﻫا و غيره. با تمرکز باريکهﻯ ليزر ميتوان سوراخﻫايي به ابعاد چند ميکرون در مدت زمان  10¯³الي 10¯  ثانيه در سراميک، شيشه و پلاستيک ايجاد کرد.
•    جوش دادن يا متصل کردن دو فلز به يکديگر، خواه کوچکترين سيمﻫا و خواه صفحهﻫاي فولادي عظيم که انجام اين عمل با ليزر دو مزيت دارد:1- جوشﻫاي ايجاد شده با ليزر محکمتر از جوشﻫاي معمولي است. 2- به علت دقيق بودن باريکهﻯ ليزر کمترين تغيير شکل دراثر گرما در فلز مورد نظر پديد مي آيد. ليزر در کنار يک CNC يک سيستم کاملا˝ پيشرفته را براي جوش دادن ايجاد ميكند که صنعت گران قادرند با سرعت زياد، دقت بالا و هزينه کمتر از آن استفاده کنند. مثل جوشکاري چرخ دندهﻫايي که براي هم زمان کردن ساز و کار انتقال در اتومبيل به کار ميﺮوند.
•    بريدن يا حک کردن حروف روي سختترين فلزات با استفاده از ليزر ديﺍکسيدکربن که اين کار با متمرکز کردن ليزر با عدسي بر روي فلز و ايجاد حرارت بيش از C˚4000 است. اما با استفاده از دو آينه ميتوان ليزر را هدايت و هر شکل مورد نظر را در لحظهﺍي بسيار کوتاه به دست آورد. نمونه بارز اين عمل دستگاه حکاک ليزري است که چندي پيش به وسيلهﻯ محققان کشورمان ساخته شد. به اين ترتيب که ابتدا طرح دلخواه به کامپيوتر داده ميشود و سپس ليزر طرح مورد نظر را در زماني بسيار کوتاه حک ميكند. از جمله کاربردهاي آن براي کشيدن هويه بر روي سنگ است.
محاسن برش با ليزر: 1- مواد کاملا متنوعي را ميتوان با ليزر برش داد. 2- برش بسيار دقيق و ظريف است. 3- تغيير شکل و صدمه ﺩيدگي در قطعه بسيار کم است. 4- سيستم قابليت خودکار شدن دارد و لذا در توليد قطعات صنعتي سرعت قابل ملاحظهﺍي دارد.
فلزات را ميتوان با ليزر CO2 و باريکهﻯ گاز اکسيژن برش داد که اين کار چند مزيت دارد: 1-از انرژي با واکنش گرمازايي بين فلز و اکسيژن فراهم ميشود. 2- قطعات بريده شده کيفيت بسيار خوبي دارند زيرا باريکهﻯ اکسيژن موجب خارج شدن مواد ذوب شده ميشود. 3- موجب سرد شدن محل برش ميشود.
•    آلياژکاري سطحي که روشي است براي پردازش ماده که ماده سطحي را با ماده داخلي ديگري با عمليات حرارتي به وسيلهﻯ باريکهﻯ ليزري به هم وصل ميكنند. آلياژکاري سطحي ميتواند مقاومت موادي را که در شرايط کششي زيادي قرار دارند، افزايش دهد. مثلا˝ مقاومت تيغهﻯ ارهﺍي معمولي را با آلياژکاري سطحي ميتوان مستحکمتر کرد.
•    عمليات گرمايي فلزات براي سختي بخشيدن به آنﻫا در توليد اتومبيل، هواپيما  و کشتيﻫا حائز اهميت است. روي محفظهﻯ فلزي واحدهاي هيدروليکي کاميونﻫاي جنرال موتور با ليزرهاي گران قيمت کار ميشود. چرخ دندهﻫا و سطوحي که سيلندرهاي موتور اتومبيلﻫا را مي پوشانن

 

منابع
ليزر تکنولوژي جديد نور/ کارلن بيلينگر/ ناصر مقلبي
ليزر و کاربردهاي آن/ اکبر حريري
فيزيک پايه/ فرانک ج.بلت/ ناصر مقلبي
ليزر نور شگفت انگيز/ ل.و.تاراسف. ن زبودن/ جواد مردي
مقدمهﺍي بر فيزيک ليزر/ بلا. آ. لنجيل/ پروين بيات مختاري و حبيب مجيدي ذوالبنين
ليزر در پزشکي/ پروفسور استفان جوفي و دکتر گريگوري ابستان
تاريخ طبيعي/ پليني کبير
مجموعه مقالهﻫاي کنفرانس ليزر و کاربردهاي آن در ايران (تهران-ايران) سازمان انرژي اتمي ايران/ چاپخانه وزارت نيرو

The Nd-YAG Laser in ophthalmology (Roger F.steinert)
Laser therapy in Glaucoma (wilensdy)
Ophthalmic lasers liespcrance
سايتﻫاي اينترنتي:
www.Yahoo.com
www.Google.com
www.Altavista.com
www.Lycos.com
www.Dogpale.com
www.laserdarmani.com

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه