معرفی آشنايي با ساختار ليزرها و انواع ليزرهاي موجود

[Mahnaazz 13,133]

مقدمه

نور ليزر نوع كاملاً جديدي از نور است و درخشانتر و شديدتر از نوري است كه در طبيعت يافت مي شود.

نور ليزر مي تواند سخت ترين فلزات را سوراخ كند، يا به راحتي از جسم سختي مثل الماس عبور كند و در آن ايجاد حفره كند. بر عكس باريكه هاي كم قدرت و فوق العاده دقيق انواع ديگر ليزر را مي توان براي انجام كارهاي بسيار ظريف مثل جراحي روي چشم انسان به كار برد.نور ليزر را مي توان خيلي دقيق كنترل كرد و بصورت باريكه مداومي به نام موج پيوسته يا انفجارهاي سريعي به نام پالس استفاده كرد.

[Mahnaazz 13,133]

در پزشكي ليزرها كاربردهاي جديدي در درمان توسط ليزر پيداكرده اند.

در صنعت از ليزرها براي عمليات گرمايي فلزات به كار گرفته شده است.

همچنين ليزرها را همراه با فيبرهاي نوري براي انتقال بهتر داده ها و بهبود ارتباط تلفني بكار مي برند.در تكنولوژي ديسكهاي فشرده از باريكه هاي ليزري براي رمزگذاري

اطلاعات و خواندن آنها استفاده مي شود

 

نور معمولي مثلاً نور رشته چراغ از ميليونها اتم كه ذره هاي نور را در دراز مدت در تمامي جهات منتشر مي كنند، ايجاد مي شود. اما نور ليزر از ميليونها اتم موجود در بلور، مخلوط گازي يا يك ديود نيمه هادي پديد مي آيد كه همگي ذرات نور را باهم و دقيقاً در يك جهت گسيل مي كنند.

نور در واقع نوعي از انرژي است، كه در نور معمولي اين انرژي نامرتب و ناهماهنگ است. كارهايي كه نور معمولي مي تواند انجام دهد بسيار محدودند. مثلاً نور معمولي مي تواند روشنايي توليد كند يا اگر به قدر كافي نيرومند باشد مي تواند جسمي را بسوزاند.

اما در نور ليزر انرژي كاملاً متشكل و هماهنگ است و اشعه ليزر قدرت زيادي براي انجام كارهاي مختلف دارد.

[Mahnaazz 13,133]

واژه ليزر LASERمخفف عبارت:

 

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

 

به معني »تقويت نور به وسيله انتشار تحريك شده تشعشع« ميباشد.مسئله اصلي در توليد اشعه ليزر، كنترل نوسانهاي الكتروني درون اتمها است، به نحويكه تمامي توده اتمها بتوانند ذرات نور را با هم پرتاب كنند. در دهه ،1950فيزيكدان آمريكايي ”چارلز تاونير“ توانست به راه حل اين مشكل دست يابد.در سال 1960دانشمند ديگر آمريكايي ”تئودور مايمن“ توانست

نخستين ابزار مولد ليزر را كه ليزر ياقوتي بود را بسازد.

5

[Mahnaazz 13,133]

خواص اشعه ليزر

اشعه ليزر داراي ماهيتي مشابه نور معمولي است، يعني اجزاء تشكيل دهنده آن همان فوتون ها هستند، اما داراي سه خاصيت مهم است كه آنرا از نور معمولي متمايز مي كند.

اين سه خاصيت عبارتند از:

(Monochromatic) تك فامي

(Collimated) هم راستايي

(Coherent) همدوس

[Mahnaazz 13,133]

(Monochromatic) - تك فامي

نور ليزر تنها داراي يك طول موج و يا به عبارت ديگر يك رنگ تنها مي باشد، كه اين خاصيت

را خاصيت تك فامي نور ليزر مي نامند.براي توليد نور تك رنگ كافي است، منبع توليد اشعه ليزر تنها با يك فركانس مشخص

تحريك شود تا نور ليزر با همان فركانس توليد شود.البته هنگام دريافت انرژي به دليل متحرك بودن مولكولها يا اتم، فوتون هاي ساطع شده از آنها در اثر پديده داپلر مقداري تغيير فركانس داده و فركانسي متمايز با فركانس تحريك

خواهند داشت. بنابراين نور ليزر دقيقاً تك فركانس نبوده بلكه داراي طيف با ريكي از فركانس مي باشد.

 

[Mahnaazz 13,133]

(Directionality) هم راستايي

اشعه ليزر معمولاً به صورت يك اشعه كاملاً باريك و موازي توليد مي شود كه قادر است مسافتهاي طولاني را با پراكندگي خيلي كم طي كند.براي ايجاد نور باريك ليزر، در محفظه مولد اشعه ليزر از آينه هاي خاصي استفاده شده است كه باعث مي شود اشعه ليزر در راستاهاي مختلف توسط آينه ها بازتاب كرده و تنها از مسير مشخص شده و به طور موازي خارج شود.

 

[Mahnaazz 13,133]

(Coherence) همدوسی

 

خاصيت همدوسي در نور ليزر بدين معنا است كه امواج توليد شده نور ليزر كاملاً هماهنگ بايكديگر در زمان و مكان حركت كرده و يا به عبارت ديگر با هم فاز هستند.

 

[Mahnaazz 13,133]

ماهيت اشعه ليزر

ماهيت اشعه ليزر با ماهيت نور معمولي يكي است اما تفاوت عمده آن در نحوه گسيل پرتو ها است. گسيل پرتوها توسط الكترونهاي برانگيخته در اتم، به دو صورت امكان پذير است:

 

(١گسيل خودبه خودي

(٢گسيل القايي

[Mahnaazz 13,133]

(Spontaneous Emission) - گسيل خودبخودي

اگر به الكترون هاي يك اتم انرژي داده شود، برانگيخته شده و به سطح انرژي بالاتر مي روند.

الكترون هاي برانگيخته تمايل دارند به مدارهاي با انرژي كمتر فرو افتند.

اين فرو افتادن با از دست دادن انرژي به صورت اامواج الكترومغناطيسي همراه است.

نور لامپهاي روشنائي، نور خورشيد و نور چراغهاي نئون همگي از اين نوع هستند

 

 

[Mahnaazz 13,133]

(Stimulated Emission) - گسيل القايي

اگر الكتروني در آغاز در سطح پرانرژي يا سطح انرژي بالاتر جا داشته باشد و با فوتوني با انرژي اچ در نو تحريك شود، الكترون مجبور به فرو افتادن به سطح انرژي پايين تر خواهد شد.

 

در اين فرو افتادن اتم فوتوني در همان راستاي فوتون تحريك كننده تابش مي كند

[Mahnaazz 13,133]

تفاوت بين گسيل خودبخودي و القايي

در گسيل خودبهخودي تابشهاي گسيل شده در تمام جهات گسترده است. اما در گسيل القايي جهت تابش در يك راستاي معين خواهد بود.

در گسيل خودبخودي فوتونهاي تابشي در اثر گزار بين اتمهاي ترازهاي اتمي يا مولكولي مختلف و متفاوت از هم به وجود ميآيند و اين تابشها طيف گستردهاي از فركانسها را شامل ميشود.

اما در گسيل القايي تابش در اثر گزار بين ترازهاي اتمي يا مولكولي مشابه گسيل ميشود. بنابراين همه تابشها تقريبا فركانس يكساني دارند

[Mahnaazz 13,133]

ماده فعال و وارونگي جمعيت

درصورتيكه اكثر اتم هاي يك ماده برانگيخته باشند و اگر تابشي با فركانس مناسب از اين ماده عبور كند، اين تابش به وسيله ماده تقويت خواهد شد. به چنين ماده اي ماده فعال يا محيط فعال گويند.

 

برانگيخته كردن اتم هاي ماده فعال را دمش يا پمپاژ گويند. در اين حالت گفته مي شود جمعيت اتم ها يا مولكول هاي ماده فعال وارونه شده است.

در توليد نور ليزر دمش ممكن است به صورت اپتيكي، الكتريكي و يا شيميايي باشد.

محيط فعال نيز ممكن است به صورت جامد، مايع يا گاز باشد