لیزر چیست؟ لیزر نور تک فامی است که فقط دارای یک طول موج است. لیزر میتواند سیگنالهای پرقدرتی ایجاد کند. اساس کار لیزر گسیل تحریکی میباشد. مفهوماً پدیده ای کوانتومی که درآن، یک فوتون با طول موج معینی با یک الکترون برانگیخته برخورد کرده و در اثر همین برخورد، الکترون از حالت برانگیخته خارج می شود که در نتیجه آن یک فوتون دیگر با خواص یکسان تشکیل شده و به فوتون اول ملحق شده و به این صورت سیگنال تقویت می شود. همچنین لیزر دارای کاربردهای فراوانی است.
لیزر و کاربردهای آن
ازجمله کاربردهای لیزر :
- پرینترهای لیزری
- بارکدخوان ها
- دوربینهای کنترل سرعت
- کاربرد های پزشکی و صنعتی
- برش های لیزری
(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) مخفف واژه لیزر به ﻣﻌﻨﻲ «ﺗﻘﻮﻳﺖ ﻧﻮر ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ اﻧﺘﺸﺎر ﺗﺤﺮﻳﻚ ﺷﺪه ﺗﺸﻌﺸﻊ» است. مسئله اﺻﻠﻲ در ﺗﻮﻟﻴﺪ اﺷﻌﻪ ﻟﻴﺰر، ﻛﻨﺘﺮل ﻧﻮﺳﺎﻧﻬﺎی اﻟﻜﺘﺮوﻧﻲ درون اﺗﻢ ﻫﺎ اﺳﺖ، ﺑﻪ ﻧﺤﻮی که به ﺗﻤﺎﻣﻲ ﺗﻮده اﺗﻢ ﻫﺎ ﺑﺘﻮاﻧﻨﺪ ذرات ﻧﻮر را ﺑﺎ ﻫﻢ ﭘﺮﺗﺎب ﻛﻨد. نور لیزر خطرناک است. برای اینکه نور لیزر می تواند بسیار درخشان و متمرکز باشد و به چشم آسیب های جدی وارد کند.
باریکه ی لیزر میتواند پس از ورود به چشم در ناحیه کوچکی روی شبکه متمرکز شده و موجب آسیب همیشگی شود. قویترین لیزر روی زمین یک سیستم پالسی است که در سازمان ملی انرژی در یک آزمایشگاه تحقیقاتی ذوب مواد نگهداری میشود. این لیزر پرتوهای فرابنفش تولید می کند و خروجی انرژی 50 تراوات دارد. بااین حال، نورآن به صورت پالس های گسسته منتشر می شود و هر شلیک نورآن تنها چند نانو ثانیه به طول می انجامد.
بنابراین انرژی تولیدی آن معادل با سوختن یک چهارم لیوان گازوئیل می باشد. خوبست بدانید که، قدرت تابشی یک لیزر معمولی در حدود 5 میلی وات است. اگر خروجی و دهانه ی آن جنس مرغوبی داشته باشد، می تواند باریکه ای از نور ایجادکند که به ماه برسد. باوجوداین، نورلیزر پس از رسیدن به ماه گسترده شده و بر سطحی گسترده از ماه تابیده خواهدشد.
نخستین تلاشها برای ساخت لیزر
- در دﻫﻪ 1950، ﻓﻴﺰﻳﻜﺪان آﻣﺮﻳﻜﺎﻳﻲ ”ﭼﺎرﻟﺰ ﺗﺎوﻧﻴﺮ“ ﺗﻮاﻧﺴﺖ ﺑﻪ راه ﺣﻞ اﻳﻦ ﻣﺸﻜﻞ دﺳﺖ ﻳﺎﺑﺪ.
- در ﺳﺎل 1960 داﻧﺸﻤﻨﺪ دﻳﮕﺮ آﻣﺮﻳﻜﺎﻳﻲ”ﺗﺌﻮدور ﻣﺎﻳﻤﻦ“ ﺗﻮاﻧﺴﺖ اولین اﺑﺰار ﻣﻮﻟﺪ ﻟﻴﺰر را ﻛﻪ ﻟﻴﺰر ﻳﺎﻗﻮﺗﻲ ﺑﻮد را ایجادکند.
ﺍﻳﻦ ﻟﻴزﺭ ﺑﺮ ﻣﺒﻨﺎﻯ ﺍﺗﻢ ﺳــﻪ ﺗﺮﺍﺯﻯ ﺑﻮﺩ (ﺷــﻜﻞ 1). ﻣﺤﻴﻂ ﺍﻳﻦ ﻟﻴﺰﺭ ﻳﻚ ﻣﻴﻠﺔ یاقوت جامد میباشد ﻛــﻪ ﺩﺭ ﺁﻥ ﺍﺗﻢ های کروم مسئول کار لیزر هستند. این اتمها که در ابتدا در حالت پایه هستند، به کمک یه رشته چشمه ی انرژی خارجی به حالت برانگیخته دمیده می شوند. حالت برانگیخته به سرعت به حالت برانگیخته ی پایینتر وا می پاشد.
شکل 1
که این حالت حالتی شبه پایدار دارااست. اتم برای مدت نسبتا طولانی، شاید 1متر ثانیه، درمدت 0.1 نانو ثانیه برای حالات کوتاه عمر، در آن حالت باقی می ماند. سپس با رفتن به حالت پایه گذار لیزری انجام می دهد. علی جوان، اولین لیزر گازی که همچنان به طور گسترده ای بکار می رود درسال 1960 تقریبا چندماه بعد از مایمن ساخت.
ﻟﻴﺰﺭ ﻫﻠﻴﻢ- ﻧﺌﻮﻥ ﻣﺜﺎﻟﻰ ﺍﺯ ﻳﻚ ﻟﻴﺰﺭ ﭼﻬﺎﺭﺗﺮﺍﺯﻯ ﺍﺳــﺖ (ﺷــﻜﻞ 2).
شکل 2
یک ﺗﺨﻠﻴه ﺍﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻰ ﺑﺎ ﻭﻟﺘﺎژ ﺑﺎﻻ ﺩﺭ ﺩﻭ ﺳــﺮ مخلوط هلیوم نئون درلوله شیشه ای برقرارمی‌شود. اتم وقتی که با گسیل خود به خود فوتونی موازی با محور لوله گسیل کند فرایند لیزرآغاز میشود. این فوتون با گسیل القایی موجب میشود تا اتم دیگری دوفوتون موازی با محورلوله گسیل کند. این ۲ فوتون به نوبه ی خود دو اتم دیگر را القا میکنند و 4 فوتون حاصل میشود.
بنابراین از ۴ فوتون ۸ فوتون بدست می آید. برای اطمینان از اینکه فوتونهای بیشتر و بیشتری با گسیل القایی بوجود آیند، دوانتهای لوله نقره اندود می شوند تا آینه هایی تشکیل شود و فوتون را در مخلوط هلیوم نئون به جلو عقب بازبتاباند. شکل 3 طرحی از یک لیزر هلیوم نئون را نشان می -دهد. همچنین زیاد شدن فوتونها گسیل القایی را نشان می دهد که وقتی رخ می دهد که الکترون اتم نئون القا می شود.
شکل 3
ﺧﻮاص اﺷﻌﻪ ﻟﻴﺰر چیست؟
اﺷﻌﻪ ﻟﻴﺰر دارای ﻣﺎﻫﻴﺘﻲ ﻣﺸﺎﺑﻪ ﻧﻮر ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ اﺳﺖ، ﻳﻌﻨﻲ اﺟﺰاء ﺗﺸﻜﻴﻞ دﻫﻨﺪه آن ﻫﻤﺎن ﻓﻮﺗﻮن ﻫﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ، اﻣﺎ دارای ﺳﻪ ﺧﺎﺻﻴت اصلی اﺳﺖ ﻛﻪ آﻧﺮا از ﻧﻮر ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ﻣﺘﻤﺎﻳﺰ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ.
اﻳﻦ ﺳﻪ ﺧﺎﺻﻴﺖ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از:
- (Monochromatic) ﺗﻚ ﻓﺎﻣﻲ
- (Collimated) ﻫﻢ راﺳﺘﺎﻳﻲ
- (Coherent) ﻫﻤﺪوﺳﻲ
لیزرها انواع مختلفی دارند ازجمله:
- لیزرهای جامد: ﻟﻴﺰر ﺟﺎﻣﺪ ﺷﺎﻣﻞ ﻳﻚ ﻣﺎده ﺟﺎﻣﺪ ﻧﻴﻤﻪ ﺷﻔﺎف، ﻧﻈﻴﺮ ﻳﺎﻗﻮت اﺳﺖ ﻛﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﭘﺎﻟﺲ ﻧﻮر از ﻳﻚ ﻻﻣﭗ ﺟﺮﻗﻪ زن ﮔﺰﻧﻮن، ﺑﻪ داﺧﻞ ﻳﻚ وﺿﻌﻴﺖ ﺗﺤﺮﻳﻚ ﺷﺪه ﭘﻤﭗ ﻣﻲ ﺷﻮد.
- لیزرهای مایع: ﻟﻴﺰرﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ از ﻣﺎﻳﻌﺎت ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺤﻴﻂ ﻓﻌﺎل اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ، مزیتی را دارﻧﺪ ﻛﻪ از ﮔﺎزﻫﺎ ﻣﺘﺮاﻛﻢ ﺗﺮﻧﺪ و ﻣﺎﻳﻌﺎت را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﮔﺮدش اﻧﺪاﺧﺘﻪ و ﺧﻨﻚ ﻛنند.
- لیزرهای گاز
یک ﻣﻮﻟﺪ اﺷﻌﻪ ﻟﻴﺰر ﮔﺎزی از ﺑﺨﺸﻬﺎی زﻳﺮ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ:
- ﻣﺤﻴﻂ ﻓﻌﺎل ﻳﺎ ﺗﻘﻮﻳﺖ ﻛﻨﻨﺪه
- درﻳﭽﻪ ﻫﺎی ﺑﺮوﺳﺘﺮ
- ﺑﺎزآواﮔﺮ
لیزرهای نیمه رسانا
در ﻟﻴﺰر ﻧﻴﻤﻪ رﺳﺎﻧﺎ ﻛﻪ ﻟﻴﺰر دﻳﻮد ﻧﻴﺰ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد، از اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﭼﺸﻤﻪ اﻧﺮژی اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد. اﻳﻦ ﻧﻮع ﻟﻴﺰر ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﻛﻮﭼﻜﻲ و ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﻣﺪوﻻﺳﻴﻮن، ﺑﺮای ﻓﺮﻛﺎﻧﺴﻬﺎی ﺑﺎﻻ، ﻳﻚ اﺑﺰار ﻣﻬﻢ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﻨﺎﺑﻊ ﻧﻮر ﻓﻴﺒﺮﻫﺎی ﻧﻮری در ﻣﺨﺎﺑﺮات می باشد.
ﻣﻮارد اﻳﻤﻨﻲ ﻛﺎر ﺑﺎ ﻟﻴﺰر چیست؟
ﻣﻮارد ﻣﻨﻊ اﺳﺘﻔﺎده از ﻟﻴﺰردر ﺑﺎرداری اﺳﺖ. زیرا ﻫﻨﻮز ﺑﻲ ﺧﻄﺮ ﺑﻮدن آن ﺑﺮای ﺟﻨﻴﻦ اﺛﺒﺎت ﻧﺸﺪه اﺳﺖ. یکی دیگر از موارد منع استفاده از لیزر در ﺑﻴﻤﺎری ﻫﺎی ﺑﺪﺧﻴﻢ است. زیرا ﻟﻴﺰر ﻗﺪرت ﻓﻌﺎل ﻛﺮدن ﺑﻴﻤﺎری را دارد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ اﺳﺘﻔﺎده از اﻳﻦ اﺷﻌﻪ در ﻣﺒﺘﻼﻳﺎن ﺑﻪ ﺑﺪﺧﻴﻤﻲ ﻣﻤﻨﻮع میباشد.
ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﻟﻴﺰر در ﭘﺰﺷﻜﻲ
- ﻛﺎﻫﺶ وﺳﺎﻳﻞ ﺟﺮاﺣﻲ در زﻣﻴﻨﻪ ﻋﻤﻞ ﺟﺮاﺣﻲ
- دﻗﺖ زﻳﺎد
- ﻛﺎﻫﺶ ﺗﻮرم
- ﻛﺎﻫﺶ اﺗﻼف ﺧﻮن و ..
ﻛﺎرﺑﺮد ﻟﻴﺰر در ﭼﺸﻢ ﭘﺰﺷﻜﻲ
ﭼﻨﺪ ﻋﺎرﺿﻪ ﺟﺪی ﭼﺸﻢ اﻧﺴﺎن از ﺟﻤﻠﻪ آب ﻣﺮوارﻳﺪ، آب ﺳﻴﺎه واﻧﻮاع مختلفی از آسیبهای ﺷﺒﻜﻴﻪ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﻨﺪ موجب ﻛﻮری ﺷﻮﻧﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺟﺮاﺣﻲ ﻟﻴﺰری ﭼﺸﻢ، ﻟﻴﺰﻳﻚ ﺑﺮای اﺻﻼح ﻧﺰدﻳﻚ ﺑﻴﻨﻲ، دورﺑﻴﻨﻲ و آﺳﺘﻴﮕﻤﺎﺗﻴﺴﻢ ﻛﺎرﺑﺮد دارد.
عینک های لیزری، به دو روش از نفوذ اشعه خطرناک لیزر به داخل چشم جلوگیری می کنند:
- از طریق بازتاب: در این روش شیشه عینک مانند آینه از ورود نور به داخل شیشه جلوگیری میکند.البته این مدل آینه فقط طول موج حک شده روی شیشه را بازتاب و بقیه طول موج ها را رد می کند که این کار برای سهولت در استفاده کاربرازپشت عینک هست.
- ازطریق جذب: در طول ضخامت شیشه عینک که منجربه گرم شدن شیشه ودر انتها کاهش دوز لیزر خواهدشد.
کاربرد لیزر در صنعت چیست؟
کاربردهای صنعتی لیزر درسـالهای اخیر، رشـد چشمگیری دراستفاده ازتکنولوژی لـیزردرفراوری موادملاحظـه شده است .
ازجمله برخی ازکاربردهای لیزردرصنعت عبارتنداز :
- ماشینکاری ظریف با لیزر
- جوشکاری بالیزر
- برشکاری با لیزر
- لحیم کاری با لیزر
دلیل استفاده از لیزر در صنعت چیست؟
این است که مزایای چشمگیری در مقایسه با سایر روشهای سنتی ساخت تولیدی دارد .
از جمله دلایلی که از لیزر در صنعت استفاده میشود:
- انرژی بسیار متمرکز موضعی
- بی خطر بودن
- دقت بسیار بالا
- سرعت بالا
- شدت انرژی
برش لیزر چیست؟
دراین روش میتوان قطعات کوچک و بادقت بالا و یا قطعات با ابعاد و ضخامت بزرگ را برشکاری کرد.
جوش لیزر جوش کاری لیزر عبارت است از :
- جوش قطعات با هم
- به طور همزمان
به عبارت دبگر ،یک یا چند قطعه مشابه یا متفاوت را با این روش میتوان باهم جوش داد. جوشکاری لیزر برخلاف سایر روشهای جوشکاری دقت بالا و دائمی را درهرشکل از جوشکاری فراهم می آوردکه یکی از مزیت های این روش از جوشکاری می توان مقاومت بالای محل جوش را نام برد.
امواج خروجی لیزر چیست؟
- پیوسته
- گسسته
امواج پیوسته
پرتوی لیزری به صورت پیوسته از محفظه اپتیکی خارج می شود.قدرت خروجی از این لیزرها بازه گسترده ای دارد. مثلا: لیزرهای مایع و یونی
لیزرگسسته
قدرت خروجی ازاین لیزرها به مراتب بیشتر از لیزرهای پیوسته است. لیزریاقوت و ان دی شیشه نمونه هایی از لیزرهای گسسته است.
هریک از این لیزرها خود به دوقسمت تقسیم می شوند:
لیزر فمتوثانیه
وقتی که بازه ی گسستگی امواج لیزر در حد ۵ فمتو ثانیه باشد، به آن لیزر فمتو ثانیه ای می گویند. برخی از لیزر های سیار نمونه ای از این لیزرها هستند.
لیزر پالسی
زمانیکه بازه ی گسستگی موج خروجی از لیزر، درحد میکروثانیه، نانوثانیه، میلی ثانیه، پیکوثانیه باشد به آن لیزر پالسی گفته می شود. مثلا: لیزر اگزمیر
