لیزر

خلاصه :

لیزر دستگاهی است که با تقویت نوری، نور ساطع می کند و این کار از طریق فرایند گسیل خود القایی تشعشعات الکترومغناطیسی انجام می شود.لیزرپرتوهای لیزر در مه، منعکس شده در شیشه جلوی خودروواژه لیزر  به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» می باشد.لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع‌کننده یا فعال‌کننده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرژی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) را انیشتین داد.کار لیزر به این‌گونه است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) برانگیخته، یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند.لیزر از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان‌پذیر نیست.شاید مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر باشد. با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آن‌ها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می‌شود. یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته می‌شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها هم‌زمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربفرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد که در هیچ منبع نور دیگری یافت نمی‌شود. لیزر چهار ویژگی دارد:هم دوسیتک رنگیواگرایی کمموازی بودن پرتوهمچنین لیزرهایی که طول موج کوتاهی دارند مانند لیزر سبز می‌توانند طی چند روز تابش سرطان زا باشند. درسطح بالاتر می‌توان از شتابدهندهء‌های اتمی نیز برای تابش از ذرّات کوارک استفاده کرد . پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سامانه با جمعیت وارون برای تقویت امواج میکروویو به‌طور مستقل را وبر، جوردون، زیگر، باسو، تانز و پروخورو دادند. نخستین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر را که سرواژهٔ عبارت «Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation» است، برای آن برگزیدند.مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در ۱۹۱۶ (میلادی) طی مقاله‌ای مطرح کرد ولی سال‌های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. چارلز تاونز در سال ۱۹۵۳ میزر (تقویت‌کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و خواست آزمایش‌های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم‌زمان این امر میان آزمایشگاه‌های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد. نخستین لیزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکول‌های آمونیاک ساخته تلتبتب در سال ۱۹۵۸ نخستین بار پیشنهاد فعالیت لیزر در فرکانس‌های نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد. عبارت لیزر در همان زمان در مقاله‌ای از «گوردون هولد»، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و تئودور میمن (Theodore H. Maiman) لیزر پالسی یاقوت را در ۱۹۶۰ ساخت. نخستین لیزر گازی را نیز علی جوان فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۶۱ با استفاده از هلیوم و نئون ساخت. در سال ۱۹۶۲ نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه‌هادی مطرح گردید. نور لیزر را تکفام پرتو نیز می‌نامند.از سال ۱۹۶۶ لیزر نیم‌رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانس‌های بسیار زیاد شناخت حاصل شده‌است. محیط لیزرمحیط تقویت‌کننده یا محیط لیزری بخش مهمی از ابزار لیزر است که منبع ساطع‌کننده نور می‌باشد و می‌تواند گاز، مایع یا جامد باشد و طول موج تابش لیزری را تعیین می‌کند. بسیاری از لیزرها از روی نوع محیط لیزری به کار رفته در آن‌ها نامگذاری می‌شوند، برای نمونه هلیم-نئون (He-Ne)، دی اکسیدکربن و نئودیمیم: ایتریم آلومینیم گارنت (Nd:YAG).خروجی لیزرها به دو صورت پالسی و پیوسته می‌باشد. پالس در واقع نوری است که در محدوده زمانی کوتاه تابیده می‌شود. این محدوده زمانی امروزه به کمتر از فمتوثانیه رسیده‌است.کاربردهای لیزرگروهی از ستاره‌شناسان با استفاده از یک تلسکوپ قدرتمند لیزری کهکشان راه‌شیری را مشاهده می‌کنند.فیزیک و شیمیزیست‌شناسی و پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و …صنایع نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری، بمب با هدایت لیزری و …صنعت: لیزر مارکر (حکاکی)، جوشکاری لیزری، برش‌های لیزری، برش الماس، مسافت‌یاب لیزری، صنایع ساختمانیهمجوشی هسته‌ایارتباطات نوریساخت ترانزیستور و مدار مجتمعلیتوگرافی و استریولیتوگرافیفرآوری اطلاعات نوری و ضبط آن‌هافرآوری موادتمام نگاری (هولوگرافی)اندازه‌گیری (سرعت سنجی)بازرسیآزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه‌گیری، سنتز مواد و …لایه نشانی به روش لیزر پالسیانواع لیزرلیزر جامددر این نوع لیزر، ماده فعال ایجادکننده لیزر، یک ماده جامد آلایش یافته با یون‌های فلزی (از عناصر واسطه یا لانتانیدی) می‌باشد. یون‌های فلزی با غلظت کم در داخل ماده جامد بلوری یا غیر بلوری قرار می‌گیرد. ازمهمترین لیزرهای حالت جامد می‌توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزرهای نئودیمیوم (Nd:glass و Nd:YAG) نام برد.لیزر گازی ماده فعال در این سیستم‌ها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از این مواد عبارتنداز: نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم_نئون)، دی‌اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم، آرگون، کریپتون، هگزا فلورئید و ….لیزر مایع از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می‌شود. (اثر رامان). بعضی از این مواد عبارتند از: تولوئن، بنزن و نیتروبنزن. گاهی محیط فعال برخی از این لیزرها را محلول‌های برخی ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول، متانول یا آب تشکیل می‌دهد. این رنگ‌ها اغلب جز رنگ‌های پلی‌متین یا رنگ‌های اگزانتین یا رنگ‌های کومارین هستند.