تکنولوزی لمسی در تلفن های هوشمند چگونه کار میکند

[مجید بهره مند 43111]

پیشرفت سریع تکنولوژی لیزر از سال 1960 میلادی ، هنگامی که اولین لیزر با موفقیت تهیه شد ، شروع گردید . لیزر امروزه در زمینه‌های گوناگون از قبیل بیولوژی ، پزشکی ، مدارهای کامپیوتر ،ارتباطات ، سیستم‌های اداری ، صنعت ، اندازه‌گیری در زمینه‌های مختلف و … بکار برده می‌شود . لیزر یک منبع نور خاص است و بطور کلی با نور لامپهای معمولی ، چراغ برق ،نور فلورسانت و غیره تفاوت فاحش دارد و در مقایسه با سایر منابع نور : در رده‌ای بامشخصات فوق‌العاده نوری قرار دارد . این مطلب با عنوان اینکه نور لیزر از همدوستی (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بیان می‌شود. لیزر را می‌توان درمقایسه با سایر مولد‌های نوری که فقط نور را منتشر می‌کنند ، یک فرستنده نوریپنداشت . تا قبل از ظهور لیزر محدوده فرکانس امواج رادیوئی و محدوده نوری از نقطه‌نظر همدوستی با یکدیگر اختلاف داشتند . در فیزیک رادیوئی بطور گسترده‌ای امواج هم دوس مورد استفاده قرار می‌گیرند و این در حالی است که امواج نوری (اپتیکی) غیرهم دوس نیز در اختیار است . در گذشته کتب درسی تنها مکانی بود که امواج لیزری موردبحث قرار می‌گرفت . این امواج هنگامی واقعیت پیدا کردند که لیزر اختراع گردید. دانش مربوط به لیزر درحقیقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه این رشته از دانش فیزیکدر حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تکامل است . معذالک نمودهای نوظهور آن درمعرض کاربردهای جالب قرار گرفته‌اند . آنچه در این تحقیق موردبحث قرار می‌گیرد کاربردهای لیزر و لیزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله باسلاحهای لیزری و قوانین بین‌الملل در مورد این تکنولوژی برتر می‌باشد . بسوی لیزر Light amptificationaly stimnlatcd emission of radiation

فکر ساختن وسیله‌ای که نور هم دوس تولید کند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . درسال 1985 فیزیکدان مشهور آمریکایی چالز تاونز راه این کار را پیدا کرد . دو سال بعددانشمند دیگر آمریکایی ، تئودور مایمن به نظریه تاونز جامه عمل پوشاند و اولین لیزررا با بلوری از یاقوت مصنوعی ساخت این دو بعداً به دریافت جایزه نوبل نایل آمدند .یک لیزر یاقوتی ساده از سه بخش تشکیل می‌شود : استوانه‌ای از یاقوت مصنوعی ، یک چشمه نور ـ مثلاً یک لامپ گزنون که مانند لامپ نئون کار می‌کند . ( گزنون و زنون هردو از گازهای بی‌اثرند یعنی اتمهایشان با اتمهای دیگر مولکول نمی‌سازد . ) ـ و یکبازتابنده که نور را از لامپ گزنون به یاقوت هدایت می‌کند. استوانه یاقوتی ، بخشاصلی دستگاه است . قطر آن در حدود 7 میلیمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صیقل خورده و نقره اندود شده است تا آینه کاملی باشد . قاعده دیگر نیز نقره ان دود است ولی نه کاملاً به طوری که می‌تواند قسمتی از نور را از خود عبور دهد . یاقوت بلور اکسیدآلومینیوم است که در آن تعداد نسبتاً کمی اتم کروم معلق است . اتمهای کروم از طریق گسیل القایی ، کوانتوم نور تولید می‌کنند ، اتمهای اکسیژن و آلومینیم که بقیه بلوررا تشکیل می‌دهند فقط اتمهای کروم را در جایشان نگه می‌دارند. اتمهای کروم نسبتاًبزرگ است و تعداد زیادی الکترون در مدارهایشان دارد . در این جا فقط الکترونی موردتوجه ماست که بیش از دیگران برانگیخته می‌شود . لازم به ذکر است واژهلیزر از حروف اول (( تقویت نور بوسیله گسیل برانگیخته تابش )) در زبان انگلیسی گرفته شده که آن را می‌توان توسعه “maser” تقویت میکروویو بوسیله گسیل برانگیخته تابش در محدوده فوتونی طیف امواج الکترومغناطیسی دانست . در سال 1917 اینشتین برایاولین بار وجود دو فرایند برای گسیل تابش را بصورت زیر پیشگویی کرد.

گسیل خودبخود spantaneous

گسیل برانگیخته stimulated دانشمندانی همانند townes و schawlow در امریکا و basov و prochror از روسیه قدیم امکان استفاده از روش دوم(گسیل برانگیخته) را برای یک طراحی نور همدوس کشف کردند . در سال 1958 میلادی می‌من ( muiman ) اولین لیزر یاقوت سرخ ruby را به نمایش گذاشت . در سال 1960 میلادی علیج.ان در امریکا اولین لیزر گازی He_Ne را ساخت و از آن به بعد لیزرهای گوناگونبمانند گازی ، مایعات ، مواد شیمیایی ، جامدات و تهیه رساناها با قابلیت‌های متفاوت و ویژگیهای گوناگون برای کاربردهای مختلف ساخته و بکار گرفته شد. اجزای اصلی در یک لیزر: محیط فعال (active medium) : محیط فعال مجموعه‌ای از اتم‌ها و مولکول‌ها ، با یونها در حالت جامد ،مایع یا گازی است که همانند تقویت‌کننده عمل می‌کند . منبع تحریک :وسیله‌ایبرای ایجاد شرایط لازم جهت گسیل لیزری که این شرایط اساسی را وارونگی جمعیت (inrerted population) می‌نامند و ممکن است منبع تحریک نورانی و یا الکتریکی و … باشد . مثلاً در یاقوت قرمز این منبع از یک لامپ فلاش و در لیزر He - Ne پتانسیل الکتریکی در حدود چند هزار ولت است . اگر در محیط فعال چگونگی تقویت یا تضعیف رابررسی کنیم خواهیم دید که شدت تحریک I با وارونگی جمعیت وابستگی کمی دارند. اصول کارلیزر محیط فعال و عناصر دیگردر داخل مشدد نوری قرار دارند . مشدد محور نور در لیزر را تعیین و نور ساطع شده درامتداد محور تابش می‌کند . باید توجه داشت که یک لیزر می‌تواند نور را در یک یا دوامتداد مخالف در امتداد محور نوری ساطع کند . ماشه تحریک یک لیزر بوسیله سیستمپمپاز شروع بکار می‌نماید . کار این سیستم تحریکی عناصر فعال است که در اثر آنجمعیت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌کننده ایجاد می‌گردد . مشدد نور (همراه با عناصر) اضافی عمل گزینش را بر روی حالات فوتونی تدارک می‌بینند . درنتیجه ، یک تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش لیزر در امتداد محور حاصل می‌شود .

• محیط‌های فعال و روش‌های تحریک :
  

 

• مواد فعال زیر در لیزرهابکار برده می‌شوند :
  

 

• گازها و یا مخلوطی ازگازها (لیزرهای گازی)
  

 

• بلورها و شیشه‌های ممزوج با یونهای مخصوص (لیزرهای جامد)
  

 

• مایعات (لیزرهای مایع)
  

 

• نیمه‌هادی‌ها (لیزرهاینیمه‌هادی)
  

کاربردهای لیزر : در نظر اول فهم این نکتهمشکل است که چرا با نور لیزر می‌توان یک تیغه را سوراخ کرد ولی با نور معمولی ،مثلاً نور یک لامپ الکتریکی ـ هر قدر هم قوی باشد این کار میسر نیست . این سئوال سه جواب دارد : اولاً نور لامپ ناهمدوساست یعنی فوتونهای لامپ هم فاز نیستند و با مختصری اختلاف زمانی به هدف می‌رسند ، درحالی که فوتونهای تابه لیزری ، همه دقیقاً با هم حرکت می‌کنند و درست در یک نقطه به هدف می‌رسند . دلیل دوم این که نور از چشمه‌های دیگر کوبنده‌تر است ، این است که تابه نور معمولی فقط از یک طول موج معین تشکیل شده است بلکه شامل طیف نسبتاً وسیعیاز طول موج‌هاست . این مطلب ، دلیل سوم را نیز در بر می‌گیرد : نور معمولی بر خلاف نور لیزر به شکل تابه‌ای باریک و موازی تولید نمی‌شود ، بلکه راستاهای مختلف رااختیار می‌کند . نور لیزر برای روشنایی : لیزرهای حالت جامد ولیزرهای تزریقی درخشهای کوتاه بسیار روشنی تولید می‌کند که برای عکسبرداری بسیارسریع ، ایده‌آل است . ما در عصری هستیم که سالانه میلیونها پوند صرف ساختن هوانوردهای سریع ـ اعم از موشک‌های بالستیکی ، قاره‌پیما یا هواپیما می‌شود . بایددانست که سرعتهای زیاد چه بر سر اجسام متحرک می‌آید و یکی از بهترین راههای این کارعکسبرداری از جسم در حال حرکت است . سرعت بعضی از پرتابه‌ها بقدری زیاد است که اغلب ذچندین کیلومتر در ثانیه که حتی عکسی که به کمک سریعترین فلاشهای متداول از آنهاگرفته می‌شود ، چیزی جز تصویری محو نیست . از آنجایی که حتی سریعترین پرتابه‌ها همدر این مدت فاصله بسیار کمی را خواهند پیمود ، عکسی که با درخشش لیزری از اجسام تیزپرواز گرفته می‌شود ، واضح و دقیق خواهد بود . ارتش آمریکا سرگرم آزمایش باتلویزیون لیزری برای استفاده در گشتهای شبانه مخفی با هواپیماست و طراحان نظامی درصدد ساختن کلاهک بمب‌هایی هستندکه هدف را با استفاده از پرتو لیزری نامرئی مادون قرمز پیدا کنند . استفاده از لیزری در نوسازی صنعت : : یافتن فاصله هدف مورد نظر ازمشکلات دائمی توپچیها و ضدهوایی‌ها بوده است . فاصله‌یاب لیزری ، اساساً از یک لیزر، یک منبع توان ، یک سلول فتوالکتریک و یک کامپیوتر رقمی کوچک تشکیل می‌شود . پرتویی که لیزر می‌فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابیده می‌شود و وارد سلول فتوالکتریک می‌گردد . از روی زمان رفت‌وبرگشت فاصله هدف ، توسط کامپیوتر محاسبه وبر حسب هر واحدی که بخواهد ثبت می‌شود .نوعی فاصله‌یاب لیزری که برایناتو ساخته شده ، به اندازه یک تفنگ نسبتاً بزرگی است که منبع توان و کامپیوتر آنرا می‌توان در بسته‌ای روی پشت حمل کرد . فاصله‌یابهای لیزری تا مسافت 11 km را بادقتی حدود 5/4 متر تعیین کرده‌اند . استفاده از لیزر در هوانوردی ودریانوردی : یکی از بدیعیترین وسایل لیزری ، ژیروسکوپ لیزری است . ژیروسکوپ معمولی اساساً چرخ دواری است که بسرعتمی‌چرخد . به دلیل این چرخش ، محور چرخ همواره در یک صفحه باقی می‌ماند . محورژیروسکوپ چرخنده همیشه در یک راستا باقی می‌ماند و تغییر مسیر کشتی تأثیری بر آنندارد . این محور ، کار یک ((خط مبنا)) را انجام می‌دهد که تغییرات جهت کشتی را ازروی آن می‌توان تشخیص داد . سفینه‌های فضایی که غالباً بی‌سرنشینند تنها به کمکژیروسکوپ مسیر خود را حفظ می‌کنند . این ژیروسکوپ متشکل است از یک لیزر گازی مثل اًلیزر هلیوم ، نئون که از هر دو انتهایش نور همدوس خارج می‌شود . با نصب این ژیروسکوپ به سفینه فضایی ، انحراف سفینه از مسیر ، قابل تشخیص است . استفاده از لیزر در پزشکی : لیزر بعنوان یک منبع قویانرژی ، در پزشکی نیز بکار گرفته شده است بخصوصدر امریکا که زادگاه لیزر بود و هنوزهم موطن آن است . به عقیده برخی جراحان ، لیزر برای بریدن اعضایی که رگهای خون یبسیار پیچیده دارد ـ مانند مغز ـ فوق‌العاده مناسب است. تابه لیزر در حین قطع‌کردنرگهای خونی ، با سوزاندن، دهانه آنها را می‌بندند . برخی از چشم‌پزشکان لیزر رابرای جوش‌دادن جداشدگی شبکیه چشم ، مفید یافته‌اند . کاربرد لیزری در نوسازی صنعت : گسترش تکنولوژی لیزر در دهه گذشته در تمامیشاخه‌های زندگی رشد فزاینده‌ای داشته است به گونه‌ای که امروزه لیزر جزء لاینفکزندگی انسان محسوب می‌شود یکی از شاخه‌هائی که لیزر از ابتدای اختراع آن بیش ازدیگر زمینه‌های کاربردی مورد توجه محققین و متخصصین قرار گرفت ،کاربرد صنعتی لیزربوده است . برش‌کاری توسط لیزر از همان روزهای آغازینتولد لیزر مورد توجه بسیاری از علاقه‌مندان و صنعتگران که به آینده درخشان کار خودامید داشتند قرار داشت . پرتو لیزر با توجه به ویژگیهای منحصر خود که شامل تک‌رنگی، همدوسی ، شدت بالا و واگرائی کم است نشان داد که با بکارگیری آن می‌توان نه تنهابه گسترش حوزه صنعت بلکه به تحول کیفی محصولات آن امید فراوانی پیدا نمود . بدنبالساخت اولین لیزر گازکربنیک در سال 1964 این امکان فراهم‌شد که بتوان با حداقلامکانات لیزرهای پرقدرتی در ناحیه حرارتی مادون قرمز ، همان منطقه‌ای که موردنیازصنعت است تهیه و به بازار عرضه نمود . اینک وسیله‌ای پا به عرصه وجود گذاشته بود کهامکان فراهم‌نمودن یک منبع حرارتی قابل کنترل و در عین حال بسیار باریک به راحتی دردسترس کاربران قرار می‌گرفت . با یک نگاه گذرا اما عمیق به نقش لیزر در صنعتمی‌توان به این نکته واقف شد که لیزر تحولی بی‌سابقه در این عرصه ایجاد کرده است کهدامنه رشد آن هر روزه گسترش می‌یابد . امروزه اگر شاهد محصولاتی باشیم که به جهت کیفی و مرغوبیت در کمترین زمان به بازار عرضه می‌شوند ، متوجه نقش و اهمیت لیزر درصنعت خواهیم بود .

اثربخشی لیزر در تمامی زیرشاخه‌های صنعت امری محسوس و غیرقابل انکار است . برای مثال برش‌کاری، سخت‌کاری ، سوراخکاری ، علامت‌زنی، بیشترین کاربردها را در خانواده صنعت عهدا‌دار بوده است . آمارها نشان می‌دهد بیشاز 85% فعالیت‌های صنعتی در همین موارد خلاصه می‌شود. امروزه بکارگیری لیزر در شاخه‌های مورد اشارهبالا امری طبیعی ، روتین و با یک سابقه 20 ساله مملو از تحقیقات و تجربیات فراواناست .در خصوص برشکاری اینامکان فراهم می‌شود که پرتوی لیزر توسط یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده بطوریکهدر زمانی نزریک به یک‌هزارم ثانیه درجه حرارتی بیش از 4000 درجه سانتی‌گراد بر رویقطعه‌کار (فلز) ایجاد می‌کند . نتیجه این عمل ذوب‌شدن لحظه‌ای فلز در یک باریکه‌ای به قطر 1/0 میلی‌متر است . اینک با حرکت‌دادن 2 آینهکه نقش هدایت پرتو لیزر بر روی عدسی مورد‌نظر را دارد این امکان فرهم می‌شود که پرتو لیزر در جهت x و yحرکت نموده و براحتی هر شکلی را که مایل باشیم بر روی قطعهکار ایجاد نماییم . از دیگر مزایای بکارگیری لیزر در برش‌کاری می‌توان به : افزایشسرعت کار ، دقت بالا ، کمترین خسارت حرارتی به قطعه‌کار اشاره کرد . در زمینه جوشکاری نیز بکارگیری لیزر مزایای قابل‌ملاحظه‌ای را در صنعت بدنبال داشته است . در نگاه اول جوشکاری بالیزر بنظر می‌رسد که قادر است براحتی و در کمترین زمان ممکن نه تنها فلزات را درابعاد و اندازه‌های مختلف به یکدیگر جوش دهد بلکه با این تکنیک این امکان فراهم شدهاست که فلزات غیرهمنام نیز به یکدیگر جوش داده شوند . لیزر در کنار یک CNC یک سیستم کامل لیزر جوش را ایجاد می‌کند که با کمک آن صنعت گران قادرند با سرعت زیاد ، دقتبالا و حداقل هزینه مصرفی از قابلیت‌های آن استفاده نمایند . یکی از شاخه‌های صنعت که در دو دهه اخیر مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پدیده بهینه‌سازی وبکارگیری مواد با آلیاژهای مختلف با طول‌عمر بالاست . هر قطعه مکانیکی بعد از یکدوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و باید قطعه‌های نو جایگزین آن شود . قطعاتی مانند مته‌ها ، توربین‌ها ، تیغه اره‌ها و سیلندرها دچار بیشترین ساییدگی وپوسیدگی هستند لذا بیش از عناصر تشکیل‌دهنده مورد توجه قرار گرفته‌اند . امروزه باکمک لیزر می‌توان عمل سخت‌کاری بر روی لایه‌های سطحی فلزات انجام داد . به گونه‌ایکه طول‌عمر آنها به میزان قابل‌توجه‌ای افزایش پیدا‌ کند . این عمل نه تنهاصرفه‌جویی فراوانی را به‌همراه دارد بلکه در حداقل زمان ممکن صورت می‌پذیرد . امروزه عمل سخت‌کاری با دیگر روش‌ها نیز صورت‌ می‌پذیرد اما عملاً هیچیک از آنهانتوانسته جایگزین خوبی برای لیزر باشد .علامت‌زنی بر روی قطعات مختلف با مواد مختلف از نکات حائز اهمیت حوزهصنعت بشمار می‌رود بسیاری از تولیدکنندگان مایلند جهت جلوگیری از سوءاستفادهمحصولات تقلبی به گونه‌ای محصولات اصلی را از نمونه‌ تقلبی متمایز نمایند . حک‌کردنعلامت و یا یک آرم مشخص با دقت بالا یک راه حل خوبی به‌نظر می‌رسد که سالیان سالمورد استفاده قرار گرفته است . به همین خاطر با متمرکز کردن پرتو لیزر در ابعادیحدود 50 میکرون با کمک 2 اسکنر مکانیکی میتوان هر شکل دلخواهی را در اندازه‌هایمختلف بر روی محصولات حک نمود . سرعت حکاکی به قدریبالاست که این فرایند ظرف چند ثانیه به اتمام خواهد رسید . امروزه حک‌نمودن 300 حرفدر یک ثانیه توسط لیزر امری عادی بنظر می‌رسد . از آنجا که تمامی کنترل و هدایت اینفرایند توسط کامپیوتر صورت ‌می‌گیرد ، کاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آنخواهند بود . حکاکی با لیزر هیچگونه محدودیتی جدی به جهت نوع جنس فراهم نخواهد کرد . دستگاههای حکاکی لیزری با قیمت‌های نازلی قابل تهیه از سازندگان آن می‌باشند . یکی از کاربردهای پرطرفدار لیزر در صنعت در امر سوراخکاری می‌باشد . ایجاد نمودند سوراخهای بزرگ و ریز بر روی موادی مانند چوب ، فلز امری عادی بنظر می‌رسد . اماهمین که مایل باشیم این عمل را در ابعاد چند میکرون و بر روی موادی مانند سرامیکها، شیشه و پلاستیک انجام دهیم خود پی می‌بریم که اگر نگوییم غیرممکن ، بسیار مشکل خواهد بود . اما امروزه به کمک لیزر این عمل در کمتر از ثانیه و با آهنگ بالا قابلاجرا و تکرارپذیر است . و این همان چیزی است که صنعتگران سالیان سال بدنبال آنبوده‌اند . امید است در آینده‌ای نه‌چندان دور شاهد بکارگیری این فناوری جدید درعرصه صنعت بوده و با این کار بر دامنه فعالیت‌های لیزر ، این نور شگفت‌انگیزبی افزاییم .

سلاحهای لیزری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری :غیر قابل اجتناب است که میدان جنگ لیزری به طور محسوسی سالهای آینده جنگ را تهدید نکند . این نتیجه نه تنهاتوسعه و استفاده از سلاحهای لیزری مفید است بلکه نتیجه شمار فزاینده‌ای از وسائل لیزری از قبیل مسافت‌یاب و هدف‌یاب می‌باشد . بنابراین در نیروهای مسلح لازم است کهاز حساسه‌ها و توسط اقدامات عامل و غیر عامل الکترومغناطیسی حفاظت شود . تهدیداولیه لیزری از خود سلاحهای لیزری بوجود می‌آید . نگهداری و نحوه مقابله با سلاح های لیزری مسائل مشکلی است که تاکنون حل نشده باقی مانده‌اند.