mim-shimi 25686 اشتراک گذاری ارسال شده در 26 بهمن، ۱۳۸۸ در فيلم‌ها و كتاب‌‌هاي علمي - تخيلي، فناوري ليزر نقش محوري بازي مي‌كند. شكي نيست كه همين باعث مي‌شود كه اين نوع داستان‌ها همراه با پيش‌بيني كاربرد ليزر مثلا در نبردهاي فضايي يا صيقل دادن فضاپيماها باشد. ولي ليزر ها نقش محوري در زندگي روزمره‌ي دارند. حقيقت اين است كه ليزرها كاربردهاي وسيع و جالبي در توليدهاي صنعتي و فناوري دارند. آنها را مي‌توانيد در همه‌جا ببينيد. از سي‌دي‌خوان‌ها گرفته تا مته‌هاي دندان‌پزشكي يا ماشين‌هاي اصلاح پرسرعت موهاي بدن يا دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، وسايل كاشت مو، عمل چشم و بسياري ديگر. در همهي اين‌ها از ليزر استفاده مي‌شود. ولي ليزر چيست؟ چه عاملي باعث مي‌شود نور ليزر با نور معمولي تفاوت داشته باشد؟ مخصوصا نور ليزر چه تفاوتي با نوفه‌ي جرقه‌هاي نوري دارد؟ ليزرها چگونه طبقه‌بندي مي‌شوند؟ بياييم درباره‌ي انواع مختلف ليزر، طولموجهاي متفاوت و استفاده‌هاي آن مطالبي بررسي‌هايي داشته باشيم. ولي ابتدا ار مباني فناوري ليزر شروع مي‌كنيم: اساس يك اتمفقط حدود 100 نوع اتم در كُل عالم وجود دارد. هرچيزي كه مي‌بينيم از اين 100 نوع اتم در بي‌نهايت تركيب در عالم ساخته شده است. چگونه اين اتم‌ها چيده شده و به‌هم پيوند خورده و يك فنجان آب، يك تكه فل، يا گاز نوشابه و ... را مي‌سازند! اتم‌ها حركت ثابت دارند. آنها بهطور پيوسته در حال ارتعاش، حركت و چرخش هستند. اتم‌ها مي‌توانند در حالت‌هاي مختلف برانگيخته شوند. به‌عبارت ديگر آنها انرژي‌هاي متفاوتي دارند. اگر انرژي زيادي به يك اتم اعمال كنيم، الكترون از اصطلاحا تراز «حالت پايه‌ي» انرژي كنده شده و به تراز بالاتري خواهد رفت. تراز برانگيختگي بستگي به مقدار انرژي دارد كه به‌واسطه‌ي گرما، نور يا الكتريسيته اعمال مي‌كنيم. در اين‌جا تعبيري از شكل اتم داريم: اين اتم ساده شامل يك هسته (پرتون‌ها و نوترون‌ها) و ابر الكتروني است. براي درك بهتر مي‌توان فرض كرد الكترون‌ها در ابر الكتروني دور هسته در مدارهاي مختلفي در گردش هستند. انرژي جذبديدگاه‌هاي نوين فيزيك كوانتم از اين تعبير ساده‌انگارانه‌ي «مدارهاي گسسته» براي الكترون‌ها ديگر استفاده نمي‌كنند ممكن است براي توضيح راحت‌تر اين مدارها از ترازهاي مختلف انرژي در اتم استفاده كنيم (شكل 1). به‌عبارت ديگر اگر مقداري گرما به اتم بدهيم بايد انتظار داشته باشيم كه تعدادي الكترون در مدارهايي با انرژي پايين‌تر به مدارهايي با انرژي بالاتر گذر خواهند كرد. بدين‌ترتيب از هسته دور خواهند شد. اين مدلي كه ارائه داديم شمايه‌اي واقعا ساده‌انگارانه است از آن‌چه واقعا وجود دارد. ولي كاملا نشان‌دهنده‌ي ايده‌ي اصلي است كه چگونه اتم‌ها در ليزر تغيير حالت مي‌دهند. وقتي يك الكترون به مداري با انرژي بالاتر حركت مي‌كند به‌تدريج مي‌خواهد كه به حالت پايه برگردد. وقتي اين اتفاق مي‌افتد انرژي به‌صورت فوتون آزاد مي‌شود (فوتون: بسته‌ي موج كه در فيزيك اصطلاحا مي‌گوييم حامل انرژي است). شما اتم‌هايي را مي‌بينيد كه كاهش انرژي به‌صورت فوتون دايما در حال انتقال است. براي مثال وقتي الماني در توستر نان داغ مي‌شود به‌تدريج قرمز خواهد شد. رنگ قرمز نشانه‌اي از برانگيختگي اتم‌ها توسط گرماست كه در آن فوتون‌هاي قرمز آزاد مي‌شوند. وقتي تصويري را در تلويزيون مي‌بينيد آن‌چه مشاهده مي‌كنيد اتم‌هاي فسفر هستند كه توسط الكترون‌هاي سرعت بالا برانگيخته شده و رنگ‌هاي مختلفي در طيف مرئي نور گسيل مي‌كنند. هر چيزي كه نور توليد مي‌كند (از جمله نورهاي فلوئورسانت، چراغ‌هاي گازي، لامپ‌هاي ملتهب) در كنش با الكترون‌هايي است كه مدار خود را تغيير داده و فوتون آزاد مي‌كنند. ليزر - اتصال اتميليزر ابزاري است براي كنترل مسير فوتون‌هايي كه از اتم آزاد مي‌شوند. ليزر مخفف عنوان فوق است: «تقويت نور به‌وسيله‌ي تابش گسيل حاصل از برانگيختگي» كه بهطور خيلي خلاصه، چگونگي كاركرد ليزر را توصيف مي‌كند. اگرچه ليزر انواع مختلفي دارد ولي همگي يك مشخصه‌ي اساسي و مشترك دارند. در يك ليزر محيط ليزري طوري پمپ مي‌شود كه اتم‌ها به حالت برانگيخته مي‌روند. نوعا فلاش‌هاي بسيار شديد نور يا پمپ دشارژ الكتريكي محيط ليزري را فراهم كرده مجموعه‌ي بزرگي از اتم‌هاي برانگيخته را خلق مي‌نمايد (اتم‌ها با الكترون‌هاي انرژي‌هاي بالاتر). ضروري است كه تعداد زيادي اتم در حالت برانگيخته به‌وجود مي‌آيد كه ليزر را فراهم آورده و كار مي‌كند. عموما اتم‌ها در يك تراز برانگيخته مي‌شوند به‌طوري كه دو يا سه تراز بالاتر از حالت پايه است. اين درجه‌ي واروني جمعيت را افزايش مي‌دهد. جمعيت واروني، تعداد اتم‌هايي است كه در حالت پايه نسبت به تعداد در حالت پايه است. وقتي محيط ليزري پمپ مي‌شود اتم‌هاي زيادي با الكترون‌هايي در حالت برانگيخته دارد. الكترون‌هاي برانگيخته انرژي‌‌هايي بالاتر از الكترون‌هاي عادي در اتم دارند. وقتي الكترون انرژي مي‌گيرد تا به اين حالت برانگيختگي برسد همين مقدار انرژي را آزاد خواهد كرد تا به حالت قبلي بازگردد. همان‌طور كه در شكل 3 مي‌بينيد الكترون به‌سادگي به حالت عادي برگشته و مقداري انرژي آزاد مي‌كند. اين انرژي برانگيخته به‌صورت فوتون (بسته‌هاي نور) ظاهر مي‌شود . فوتون برانگيخته، طول موج (رنگ) خاصي دارد كه بستگي به حالت انرژي الكترون به‌هنگام آزادسازي فوتون دارد. دو اتم مشخص با الكترون‌هايي در حالت‌هاي كاملا معين فوتون‌هايي آزاد مي‌كنند كه طولموجهاي مشخصي دارند. منبع:وبلاگ شیمی 1 لینک به دیدگاه
mim-shimi 25686 مالک اشتراک گذاری ارسال شده در 26 بهمن، ۱۳۸۸ توليد ليزر نور ليزر نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد: نور آزاد شده تك فام (تك رنگ) است. يعني شامل فقط يك طول موج خاص (در نتيجه نور خاص) است. طول موج نور بوسيله‌ي آزاد شدن انرژي به هنگام جابه جايي الكترون از يك مدار به مدار پايين تر (نزديك‌تر به هسته) اندازه گيري مي‌شود. نور آزاد شده همدوس (متمركز) است. هر فوتون همراه با ديگر فوتون‌ها حركت مستقيم و در حين حركت مكان معيني نسبت به ديگر فوتون‌ها دارد. اين بدان معناست كه همهي فوتون‌ها جبهه‌ي موج هماهنگي نسبت به هم دارند. نور كاملا مستقيم است. نور ليزر نوفه‌اي بسيار قوي و متمركز دارد. اين در حالي است كه يك فلاش نور معمولي، در همهي جهات پخش مي‌شود. بسيار ضعيف‌تر و پراكنده‌تر از ليزر است. براي به‌وجود آوردن اين سه ويژگي چيزي به‌نام «گسيل برانگيختگي» بايد اتفاق بيافتد. اين در نور معمولي اتفاق نمي‌افتد. همهي اتم‌ها فوتون‌هاي خودشان را به‌صورت كاتوره‌اي (نامنظم)، آزاد مي‌كنند. در گسيل برانگيخته فوتون گسيلي آرايش منظمي دارد. فوتوني كه هر اتم آزاد مي‌كند، طول موج معيني دارد كه به اختلاف انرژي بين حالت برانگيخته و پايه بستگي دارد. اگر اين فوتون (گذار از يك انرژي و فاز) به اتم ديگري كه الكتروني در حالت مشابه، برخورد كند، گسيل برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. اولين فوتون مي‌تواند آزاد شده يا گسيل القايي داشته باشد؛ به‌طوري‌كه فوتون بعدي (از اتم دوم) با فركانس و جهت يكساني نسبت به اولي ارتعاش خواهد كرد. مسأله‌ي اساسي ديگر در توليد ليزر زوج آينه‌هايي هستند كه هر كدام در يم انتهاي محيط ليزري قرار گرفته اند. فوتون‌ها با طول‌موج و فاز معين در برخورد با آينه‌ها منعكس شده و حركت رفت و برگشتي را در همان محيط انجام مي‌دهند. در چنين فرايندي الكترون‌هاي ديگر را نيز آزاد مي‌كنند. انرژي آزاد مي‌شود و مي‌تواند باعث گسيل فوتون‌هاي بيش‌تري با همان فاز و طول موج شود. در اين‌جاست كه پديده‌‌ي آبشاري اتفاق مي‌افتد و فوتون‌هاي بيش‌تر و بيش‌تري با همان فاز و طول‌موج يكسان منتشر مي‌شود. آينه در يكي از دو انتهاي آينه‌اي «نيمه‌نقره‌اي» باعث انعكاس نور شده و باعث انتشار مقداري نور مي‌شود. اين نور، نور ليزر است. شكل‌هايي كه خواهيد ديد نحوه‌ي توليد ليزر ياقوتي را نشان مي‌دهند. ليزرهاي ياقوتي ليزر ياقوتي شامل لوله‌ي فلاش (مانند فلاش دوربين‌هاي عكاسي)، ميلهي ياقوتي و دو آينه است (يكي از آنها نيمه نقره‌اي است). ميلهي نقره‌اي محيط ليزري است كه لوله‌ي فلاش به آن نور مي‌تاباند. شكل 1 - محيط غير ليزري. شكل 2 - لوله‌ي فلاش روشن مي‌شود و نور را به‌سمت ميلهي ياقوت گسيل مي‌كند. نور اتم‌هاي ميلهي ياقوت را برانگيخته مي‌كند. شكل 3 - تعدادي از اين اتم‌ها فوتون گسيل مي‌كنند. شكل 4. تعدادي از اتم‌ها در جهت موازي با محور ميله حركت مي‌كنند، بنابراين مقيد به حركت در دو جهت داخل و هم راستا با ميله هستند. وقتي از بلوري گذر مي‌كنند، در اتم‌هاي ديگر باعث گسيل مي‌شوند شكل 5 - نور تك فام، تك فاز ميله را از طريق آينه‌ي نيمه نقره‌اي آزاد مي‌كند ... نور ليزر! منبع: وبلاگ شیمی 1 لینک به دیدگاه
mim-shimi 25686 مالک اشتراک گذاری ارسال شده در 26 بهمن، ۱۳۸۸ رده بندي ليزر در سه تراز در شكل 1 آن‌چه كه واقعا اتفاق مي‌افتد مي‌بينيد: انواع ليزر گونه‌هاي مختلفي از ليزرها وجود دارند. محيط ليزري مي‌تواند جامد، گاز، مايع يا نيمه رسانا باشد. ليزرها كلا به انواع زير تقسيم مي‌شوند: ليزرهاي حالت جامد: محيط ليزري در جامد دارند (مثل ياقوت يا نئونيم: ايتريم گارنت «ليزرهاي ياگ». ليزر نئونيم- ياگ نور فروسرخ را در 1064 نانومتر گسيل مي‌كنند. يك نانومتر 1*10-19 متر است. ليزرهاي گازي: (هليم و نئون هليم، HeNe، معمول‌ترين ليزرهاي گازي است). نور اوليه‌ي قرمزي توليد مي‌كنند. ليزرهاي دي اكسيدكربن در «فروسرخ دور» انرژي گسيل مي‌كنند و براي بريدن مواد سخت به‌كار مي‌روند. ليزرهاي اگزيمير (Excimer): {اين نام از جملات برانگيخته (excited) و دي‌مر (dimers) } از گازهاي راديواكتيوي مانند كلورين و فلوئورين در تركيب با گازهاي خنثي مانند آرگون، كريپتون يا زنون استفاده مي‌شود. وقتي به‌صورت الكتريكي آزاد مي‌شوند، شبه مولكولي (دي‌مر) توليد مي‌شود. وقتي محيط ليزري مي‌شود، دي‌مر در گستره‌ي فرابنفش نور توليد مي‌كند ليزرهاي رنگي : از ليزرهايي با رنگ‌هاي مختلف استفاده مي‌كنند (مانند رودامين، 6G در محلول مايع يا تعليق به عنوان محيط ليزري). آنها گستره‌ي كنترل‌پذيري از طول‌موج‌ها هستند. ليزرهاي نيمه‌رسانا: گاهي آن را ليزرهاي ديود هم مي‌نامند ولي با حالت جامد فرق دارند. اين ابزار الكترونيكي عموما كوچك و كم توان است. آنها را مي‌توان در اندازه‌اي بزرگ‌تري مانند منبع چاپ در چاپگرهاي ليزري يا CD خوان‌ها ساخت. طول موج شما چيست؟ يك ليزر ياقوت (قبلا هم راجع به آن گفتيم) يك ليزر حالت جامد بوده و در طول موج 694 نانومتر نور گسيل مي‌كند. ديگر محيط‌هاي ليزري را مي‌توان براساس طول موج گسيلي مورد نظر، توان مورد نياز، و مدت پالس آماده كرد. بعضي از ليزرها مانند دي‌اكسيدكربن بسيار قوي هستند (مي‌توانند فولاد را ببرند). دليل اين‌كه ليزر دي‌اكسيدكربن خطرناك محسوب مي‌شود، اين‌است كه نور ليزر در فروسرخ و ميكروموج (ميكروويو) طيف الكترومغناطيس تابش گسيل مي‌كند. تابش فروسرخ يعني گرما؛ و اين نوع ليزر اساسا هر چيزي را كه نشانه برود ذوب مي‌كند. ديگر ليزرها مانند ليزرهاي ديود، بسيار ضعيف بوده و امروزه از آنها به عنوان ليزرهاي جيبي در سمينارها و غيره استفاده مي‌شود. اين ليزرها نوفه‌ي قرمزي گسيل مي‌كنند كه طول موجي بين 630 تا 680 نانومتر دارد. ليزرها در صنعت و پژوهش براي مصارف متعددي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي مثال با استفاده از نور قوي ليزر براي برانگيخته كردن ديگر مولكول‌ها استفاده مي‌شود تا ببنيم براي آنها چه اتفاق مي‌افتد. در جدول 1 تعدادي از ليزرها را همراه طول موج گسيل‌شان آورده‌ايدم: طول‌موج (نانومتر) نوع ليزر 193 فلورئوريد آرگون (UV) 248 (UV)فلوئورريد كريپتون 308 كلريد زنون(UV) 337 نيتروژن(UV) 488 آرگون (آبي) 514 آرگون (سبز) 543 نئون هليم (سبز) 633 نئون هليم (قرمز) 570-650 رودامين 6G رنگي (تنظيم پذير) 694 ياقوت (قرمز)(CrAlO3) 1064 Nd:Yag (NIR) 10600 دي‌اكسيد كربن (FIR) ليزرها براساس پتانسيل خطر زيستي شان به چهار دسته‌ي اصلي تقسيم مي‌شوند؛ ليزرهايي كه شما با آنها آشنا هستيد يكي از اين چهار دسته هستند: دسته‌ي اول - اين ليزرها نمي‌توانند در حد مضر تابش داشته باشند. دسته‌ي اول - نوع اول – اين اسم خاصي است كه فقط به ليزرهايي اتلاق مي‌شود كه قابل رويت نيست. مانند اسكنرهاي ليزري سوپرماركت‌ها. حد بالاي توان اين دسته 4 مگاوات است. دسته‌ي دوم – اين نوع ليزرها ليزرهاي توان كم و قابل رويت هستند كه حد بالاي سطح دسته‌ي اول هستند. ولي توان تابشي آنها بيش از 1 مكاوات نيست. بدين معني است كه تابش‌ها مضر محسوب مي‌شوند تا لامپي را روشن كنند و در نتيجه شخص را از مضرات آن مصون مي‌كنند. دسته‌ي سوم – نوع اول – اين ليزرهاي حد متوسط (1تا 5 مگاواتي) فقط براي ديد در فراي مرعي خطرناك هستند. بيش‌تر ليزرهاي قلمي (كه آنها را در سمينارها و غيره ديده‌ايد) از اين دسته هستند. دسته‌ي سوم - نوع دوم - ليزرهاي توان متوسط و كم شدت.دسته‌ي چهارم – اين دسته ليزرهاي پُر شدت و قوي هستند (500 مگاوات) كه در حوزه‌ي مرعي تحت هر شرايطي خطرناك محسوب مي‌شوند (مستقيم يا پخش شده). اين نوع ليزرها قابليت ايجاد اتش‌سوزي، و خطر بيماري هاي پوستي را دارند. كنترل ويژه‌اي براي استفاده از اين نوع لازم است. منبع: وبلاگ شیمی 1 لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده