دانلود تحقیق لیزر چیست؟

نور چهار مشخصه اصلی دارد: الف- طول موج(length wave) : فاصله بین دو نقطه یکسان موج می‌باشد که مشخص‌کننده رنگ موج است.

با تعیین رنگ انرژی و طول موج می‌توان یک موج را نسبت به دیگر موجها سنجید.

بعنوان مثال طول موج‌های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه آبی و فوق بنفش قرار می‌گیرد.در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موجهای بلندتری می‌باشد.

فاصله بین این قله‌های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر( ده به توان منفی نه) یا میکرون( ده به توان منفی شش) قرار داده‌اند.

تشعشع الکترومغناطیسی طیف طولانی از موج‌های بلند رادیویی تا طول موج‌های کوتاه اشعه ایکس را شامل می‌شود.

ب- فرکانس(Frequency) : فرکانس طول موج تعداد موج‌های عبور کرده از یک نقطه در یک فاصله زمانی مشخص می‌باشد.

واحد آن سیکل بر ثانیه یا هرتز Hz می‌باشد.

فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته‌اند.

طول موجهای بلندتر از قبیل نور قرمز در فرکانس‌های پائین‌تر از نور آبی قرار دارند ولی فرکانس در کل خیلی بالا است( ده به توان چهارده هرتز).

ب- (Velocity) : سرعت موج تعیین‌کننده تندی عبور موج از یک محیط مشخص می‌باشد.

بعنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سیصدهزار کیلومتر در ثانیه می‌باشد.

سرعت در محیط‌هایی مثل شیشه یا آب کاهش می‌یابد.

ت: دامنه(Amplitude) : دامنه یا شنت موج با ارتفاع یا بلندی(height) میدان الکتریکی یا مغناطیسی مشخص می‌شود.

برهم کنش نور یا ماده (interaction of light with matter) از آنجا که نور دارای میدان الکتریکی و مغناطیسی می‌باشد این میدانها با ماده برهم کنش نشان می‌دهند.

میدان مهم میدان الکتریکی است چون با الکترونهای کوچک که در ترکیبات مواد شرکت دارند برهم کنش دارد.

این الکترونها همصدا و همآهنگ با موج نور وارده نوسان می‌نمایند و می‌توانن تأثیر یا تغییر در عبور نور از یک ماده به چند طریق انجام دهند: پخش‌کردن(Scsttering) موج نور از مسیر اصلی منحرف می‌شود.

2- انعکاس(Reflection) موج به داخل محیطی خارج از ماده برمی‌گردد.

3- انتقال(Transmission) : موج از یک ماده یا کمترین تغییر شدت عبور می‌نماید.

4- جنب(Absorption) مهمترین پروسه در خیلی جاها جذب می‌باشد که انرژی موج نور در ماده باقی می‌ماند.

مقدار زیادی از انرژی باعث ایجاد حرارت و تغییر در خواص ماده می‌شود.

تولید نور Generation of light چندین فرآیند تعیین‌کننده طیف نور باعث ایجاد تشعشع الکترومغناطیسی می‌شوند.

طیف تشعشع: طیف نوری که از یک جسم ساطع می‌شود شامل رنگها یا نوارهای رنگی جدا از هم می‌باشد.

این از طبیعت تولید نور برمی‌خیزد و نشانه آن است که انرژی نورانی ساطع‌شده از آن جسم دارای مقداری مشخص می‌باشد.

انرژی تمام سیستمها کوانتابی می‌باشد که این انرژی می‌تواند در بسته‌های جدا از هم جذب یا آزاد شود انرژی سیستم پس از آنکه انرژی جذب سیستم افزایش می‌یابد و در مرحله بعدی آن انرژی آزاد می‌شود مدتی که این انرژی آزاد می‌شود راندوم یا اتفاقی بوده که نشر خودبخودی نامیده می‌شود.

انرژی را می‌توان توسط جریان الکتریکی، نور از منبع خارجی، واکنش شیمیایی یا گونه‌های دیگر به سیستم وارد نمود.

بهرحال مشخص شده‌است که یک موج وارده که دارای انرژی معینی است می‌تواند آزادشدن موجها را از سیستم برانگیخته تحریک کند و باعث آزاد نمودن دو موج می‌شود.

به این حالت نشر برانگیخته می‌گویند.

این موجها خواص مهمی دارند.

1- همدوس(Coherent) : موجها به صورت همآهنگ هستند.

2- تک رنگ(Monochromatic) : موجها دارای رنگ یکسانی هستند.

3- شدت بالا(High Intensity) : اگر ما به مقدار کافی از این نورهای همدوس(Coherent) تولید کنیم شدت این بسیار بالاتر از منبع نور غیرهمدوس است.

4- واگرایی کم (Low divergence) :لیزر را در مقایسه با نور غیرهمدوس بوسیله لنز تا قطرهای خیلی کمتری می‌توان باریک نمود.

5- طبیعت ضربانی(Pulsed nature): چون انرژی ورودی را در لیزر می‌توان کنترل نمود انرژی خروجی نیز به دنبال آن تغییر می‌یابد.

بنابراین اگر برانگیختگی لیزر با پالسهای کوچک انجام شود لیزر با پالسهای کوچک تولید خواهد شد.

این خاصیت خیلی مهم است.

* لیزر مخفف عبارتlight amplification by stimulated emission of radiation می‌باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.

* اولین لیزر جهان توسط مایمن اختراع گردید و از یاقوت در آن استفاده شده بود در سال 1962 پروفسور علی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم.

* لیزرها که لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند.

در سال 1967 فرانسویان توسط اشعه لیزر ایستگاههای زمینی‌شان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کاربردی به نظر آمد.

* نوری که توسط لیزر گسیل می‌گردد در یک سو و بسیار پرانرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالایی نیز دارد بطوریکه در الماس فرو می‌رود.

امروزه استفاده از لیزر در صنعت بعنوان جوش آورنده فلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است.

لیزرها سه قسمت اصلی دارند: 1- پمپ انرژی یا چشمه انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیایی و یا حتی یک لیزر دیگر باشد.

ماد پایه و فعال که نام‌گذاری لیزر بواسطه ماده فعال صورت می‌گیرد.

مشدد کننده اپتیکی: شامل دو آینه بازتابنده کلی و جزئی می‌باشد.

طرز کار یک لیزر یاقوتی: پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیکی می‌باشد و یک لامپ مارپیچی تخلیه است(flash tube) که بدور کریستال یاقوت مدادی شکل پیچیده شده (ruby) کریستال یاقوت ناخالص است و ماده فعال آن اکسید برم و ماده پایه آن اکسید آلومینیوم است.

بعد از فعال شدن این پمپ انرژی کریستال یاقوت نورباران می‌شود و بعضی از اتمها را در اثر جذب القایی - Stimulated absorption برانگیخته کرده و به ترازهای بالاتر می‌برد.

پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم + فوتون با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگیخته بیشتر از اتمهای با انرژی کم می‌شود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می‌دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته و به تراز با انرژی کم بر می‌گردند و انرژی اضافی را به صورت فوتون آزاد می‌کنند که به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می‌شود ولی از آنجایی که پمپ اپتیکی مرتب به اتمها فوتون می‌تاباند پدیده دیگری زودتر اتفاق می‌افتد که به آن گسیل القایی- Stimulated emission گفته می‌شود همانطور که در شکل انیمیشن زیر می‌بینید وقتی یک فوتون به اتم برانگیخته بتابد آن را تحریک کرده و زودتر به حالت پایه خود برمی‌گرداند.

گسیل القایی: اتم + دو فوتون = اتم برانگیخته + فوتون این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را برانگیخته می‌کنند و واکنش زنجیروار تکرار می‌شود.

بخشی از نورها درون کریستال به حرکت در می‌آیند که توسط مشددهای اپتیکی درون کریستال برگرداننده می‌شوند و این نورها در همان راستای نور اولیه هستند بتدریج با افزایش شدت نور لحظه‌ای می‌رسد که نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می‌شود.

اسحاق نیوتن در سال 1672 نظریه ذره‌ای بودن نور را ارائه داد وی معتقد بود که یک منبع نور ذرات نور را با سرعت ثابت روی خط راست گسیل می‌کند و هنگامی که این ذرات به شبکیه چشم برخورد نمایند چشم قادر به دیدن خواهد بود وی برای اثبات نظریه خود آزمایش اتاق تاریک را انجام داد بعدها انیشتن نیز با آزمایش اثر فتوالکتریک و معرفی فوتون بعنوان ذرات نور مهر تائیدی بر نظریه ذره‌ای نیوتن زد.

نظریه موجی نور: کریستال هویگنس فیزیکدان هلندی ماهیت نور را موجی دانست و پخش و بازتابش نور و شکست نور را نشانه موجودبودن نور می‌دانست سپس توماس‌یانگ با استفاده از مایش پراش نور در شکاف مضاعف توانست طول موج را اندازه‌گیری نماید و بین ترتیب ماهیت موجی نور نیز اثبات گردید.

جنس امواج نور: امواج نور از نوع الکترومغناطیسی است که برای انتشار احتیاج به محیط مادی ندارد یک موج الکترومغناطیسی ترکیبی است از دو میدان عمود بر هم الکتریکی و مغناطیسی که در شکل زیر به ترتیب با موجهای زردرنگ و آبی نشان داده شده‌است.

امواج نور از نوع الکترومغناطیسی است که برای انتشار احتیاج به محیط مادی ندارد یک موج الکترومغناطیسی ترکیبی است از دو میدان عمود بر هم الکتریکی و مغناطیسی که در شکل زیر به ترتیب با موجهای زردرنگ و آبی نشان داده شده‌است.

خواص امواج الکترومغناطیسی نوری: 1- نور در خلاء دارای سرعت ثابت 300000 کیلومتر بر ساعت هستند که بالاترین سرعت است.

2- نورهای مختلف دارای طول موجهای مختلف و شدت نور متفاوت هستند.

3- سرعت نور در محیط‌های شفاف مختلف تغییر می‌کند.

طیف الکترومغناطیسی نور سفید: همانطور که در شکل زیر دیده می‌شود نور قرمز دارای بیشترین طول موج 700 نانومتر و نور بنفش دارای کمترین موج 400 نانومتر می‌باشد.

کاربردهای لیزر همه زمینه‌های مختلف علمی و فنی فیزیک- شیمی- زیست‌شناسی- الکترونیک و پزشکی را شامل می‌شود.همه این کاربردها نتیجه مستقیم همان ویژگی‌های خاص نور لیزر است.

کاربرد لیزر در فیزیک و شیمی اختراع لیزر و تکامل آن وابسته به معلومات پایه‌ای است که در درجه اول از رشته فیزیک و بعد از شیمی گرفته شده‌اند.

بنابراین طبیعی است که استفاده از لیزر در فیزیک و شیمی از اولین کاربردهای لیزر باشند.

رشته دیگری که در آن لیزر نه تنها امکانات موجود را افزایش داده بلکه مفاهیم کاملاً جدیدی را عرضه کرده‌است طیف نمایی است.

اکنون با بعضی از لیزرها می‌توان پهنای خط نوسانی را تا چند ده کیلوهرتز باریک کرد( هم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ) و با این کار اندازه‌گیری‌های مربوط به طیف‌نمایی با توان تفکیک چند مرتبه بزرگی( 3 تا 6) بالاتر از روشهای معمولی طیف‌نمایی امکان‌پذیر می‌شوند.

لیزر همچنین باعث ابداع رشته جدید طیف‌نمایی خطی شد که در آن تفکیک طیف‌نمایی خیلی بالاتر از حدی است که معمولاً با اثرهای پهن‌شدگی دوپلر اعمال می‌شود.

این عمل منجر به بررسی‌های دقیق‌تری از خصوصیات ماده شده‌است.

در زمینه شیمی از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت‌ناپذیر استفاده شده‌است.( فوتو شیمی لیزری) بویژه در فون تشخیص باید از روش‌های( پراکندگی تشدیدی رامان) و ( پراکندگی یک استوکس همدوس رامان)(CARS) نام ببریم.

بوسیله این روشها می‌توان اطلاعات قابل ملاحظه‌ای درباره خصوصیات مولکولهای چند اتمی بدست آورد( یعنی فرکانس ارتعاشی فعال رامن – ثابتهای چرخشی و ناهمآهنگ بودن فرکانس).

روش CARSهمچنین برای اندازه‌گیری غلظت و دمای یک نمونه مولکولی در یک ناحیه محدود از فضا بکار می‌رود.

از این توانایی برای بررسی جزئیات فرآیند احتراق شعله و پلاسما( تخلیه الکتریکی) بهره‌برداری شده‌است.

شاید جالبترین کاربرد شیمیایی( دست‌کم بالقوه) لیزر در زمینه فوتو شیمی باشد.

اما باید در نظر داشته‌باشیم بخاطر بهای زیاد فوتونهای لیزری بهره‌برداری تجاری از فوتو شیمی لیزری تنها هنگامی موجه است که ارزش محصول نهایی خیلی زیاد باشد.

یکی از این موارد جداسازی ایزوتوپها است.

کاربرد در زیست‌شناسی از لیزر بطور روزافزونی در زیست‌شناسی و پزشکی استفاده می ‌شود.

اینجا هم لیزر می تواند ابزار تشخیص و یا وسیله برگشت‌ناپذیر مولکولهای زنده یک سلول و یا یک بافت باشد.( زیست‌شناسی نوری و جراحی لیزری) در زیست‌شناسی مهمترین کاربرد لیزر بعنوان یک وسیله تشخیص است.

ما در اینجا تکنیک‌های لیزری زیر را ذکر می‌کنیم: الف) فلونورسان القایی بوسیله تپهای فوق‌العاده کوتاه لیزر در DNA در ترکیب رنگی پیچیده DNA و در مواد رنگی مؤثردر فتوسنتز ب) پراکندگی تشدیدی رامان بعنوان روشی برای مطالعه ملکولهای زنده مانند هموگلوبین و یا رودوپسین( عامل اصلی در سازوکار بینایی) ج) طیف‌نمایی همبستگی فوتونی برای بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ساختار و درجه انبوهش انواع مولکولهای زنده.

د) روشهای تجزیه فوتونی درخشی پیکوثانیه برای کاوش رفتار دینامیکی مولکولهای زنده در حالت برانگیخته بویژه باید از روشی موسوم به میکروفلونورمتر جریان یاد کرد.

در اینجا سلولهای پستانداران در حالت معلق مجبور می‌شوند که از یک اتاقک مخصوص جریان عبور کنند که در آنجا ردیف می‌شوند و سپس یکی‌یکی از باریکه کانونی شده لیزر یونی آرگون عبور می‌کنند.

با قراردادن یک آشکارساز نوری در جای مناسب می‌توان این کمیت‌ها را اندازه‌گیری کرد: الف)نور ماده‌ای رنگی که به یک جزء خاص تشکیل دهنده سلول یعنی DNA متصل( که اطلاعاتی راجع به مقدار آن جزء تشکیل‌دهنده سلول را بدست می‌دهد( امتیاز میکورفلونورمتری جریان در این است که اندازه‌گیری‌ها را برای تعداد زیادی از سلولها در مدت زمان محدود میسر می‌سازد.

به این وسیله می‌توانیم دقت خوبی برای اندازه‌گیری آماری داشته باشیم.

در زیست‌شناسی از لیزر برای ایجاد تغییر برگشت‌ناپذیر در ملکولهای زنده و یا اجزای تشکیل‌دهنده سلول هم استفاده می‌شود.

بویژه تکنیک‌های معروف به ریز- باریکه را ذکر می‌کنیم.

در اینجا نور لیزر( مثلاً یک لیزر+Ar تپی) بوسیله یک عدسی شینی میکروسکوپ مناسب در ناحیه‌ای از سلول در حدود طول موج لیزر(5.

)کانونی می‌شود منظور اصلی از این تکنیک مطالعه رفتار سلول پس از آسیبی است که با لیزر در ناحیه خاصی از آن ایجاد شده‌است.

در زمینه پزشکی بیشترین کاربرد لیزرها در جراحی است( جراحی لیزری) اما در بعضی موارد لیزر برای تشخیص نیز بکار می‌رود.( استفاده بالینی از میکروفلونورمتر جریان – سرعت‌سنجی دوپلری برای اندازه‌گیری سرعت خون- فلونورسان لیزری- اندوسکوپی نای برای آشکارسازی تومورهای ریوی در مراحل اولیه در جراحی از باریکه کانونی شده لیزر(اغلب لیزر )بجای چاقوی جراخی معمولی( یا برقی) استفاده می‌شود.

باریکه فروسرخ لیزر به شدت به وسیله مولکوهای آب موجود در بافت جذب می‌شود و موجب تبخیر سریع این مولکولها و در نتیجه برش بافت می‌شود.برتریهای اصلی چاقوی لیزری را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد: الف)دقت بسیار زیاد بویژه هنگامی که باریکه با یک میکروسکوپ مناسب هدایت شود( جراحی لیزر) ب) امکان عمل در نواحی غیر قابل دسترس- بنابراین عملاً هر ناحیه از بدن را که با یک دستگاه نوری مناسب( مثلاً عدسی‌ها و آئینه‌ها) قابل مشاهده باشد می‌توان بوسیله لیزر جراحی کرد.

ج) کاهش فوق‌العاده خونروی در اثر برش رگهای خونی بوسیله باریکه لیزر( قطر رگی حدود 0/5 mm) د) آسیب‌رسانی خیلی کم به بافتهای مجاور( حدود چند میکرومتر) اما در مقابل این برتریها باید اشکالات زیر را هم در نظر داشت: الف) هزینه زیاد و پیچدگی دستگاه جراحی لیزری ب) سرعت کمترچاقوی لیزری ج) مشکلات قابلیت اعتماد و ایمنی مربوط به چاقوی لیزری با این اشاره اجمالی به جراحی لیزری اکنون می‌خواهیم به شرح مفصل‌تری از تعدادی از این کاربردها بپردازیم.

در چشم بیماران مبتلا به مرض قند استفاده شده‌است.

در این مورد باریکه لیزر به وسیله عدسی چشم برروی شبکیه کانونی می‌شود.

پرتو سبز لیزر به شدت بوسیله گلبولهای سرخ جذب می‌شود و اثر حرارتی حاصل باعث اتصال دوباره شبکیه با انعقاد رگهای آن می‌شود.

اکنون لیزر استفاده روز افزونی در گوش و حلق و بینی پیدا کرده‌است.

استفاده از لیزر در این شاخه از جراحی جذابیت خاصی دارد.

زیرا با اعضایی مانند: نای-حلق- گوش میانی سروکار دارد که به علت عدم دسترسی به آنها جراحی معمولی مشکل است.

اغلب در این مورد لیزر همراه با یک میکروسکوپ استفاده می‌شود.

کاهش قابل ملاحظه درد و لخته‌شدن خون ارزش مجدد چاقوی لیزری را بیان می‌کند.

در پوست درمانی اغلب از لیرز برای برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفاده می‌شود.

بالاخره استفاده از لیزرها در جراحی عمومی و جراحی غده امیدوارکننده است.

ارتباط نوری استفاده از باریکه لیزر برای ارتباط در جو بخاطر دو مزیت مهم اشتغال زیادی برانگیخت: الف) اولین علت دسترسی به پهنای نوار نوسانی بزرگ لیزر است.

زیرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روی یک موج حامل متناسب با پهنای نوار آن است.

فرکانس موج حامل از ناحیه میکروموج بخ ناحیه نور مرئی به اندازه 4 10 برابر افزایش می‌یابد و در نتیجه امکان استفاده از یک پهنای بزرگتر را به ما می‌دهد.

ب)علت دوم طول موج کوتاه تابش است.

چون طول موج لیزر نوعاً حدود4 10 مرتبه کوچکتر از امواج میکروموج است با قطر روزنه یکسان D واگرایی امواج میکروموج کوچکتر است.

بنابراین برای دستیابی به این واگرایی آنتن یک سیستم اپتیکی می‌تواند به مراتب کوچکتر باشد.

اما این دو امتیاز مهم با این واقعیت خنثی می‌شوند که باریکه نوری تحت شرایط دید ضعیف در جو به شدت تضعیف می‌شود.

در نتیجه استفاده از لیزرها در ارتباط فضای باز( هدایت نشده) فقط در مورد این موارد توسعه یافته‌اند: الف) ارتباط فضایی بین دو ماهواره و یا بین یک ماهواره و یک ایستگاه زمینی که در یک شرایط جوی مطلوب قرار گرفته‌است.

لیزرهایی که در این مورد استفاده می‌شوند عبارتند از: Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 9 10 بیت در ثانیه) و یا نسبت به Nd:YAG دارای بازدهی بالاتری است ولی دارای این اشکال است که نیاز به سیتسم آشکارسازی پیچیده‌تری دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd:YAG است.

ب) ارتباطات بین دو نقطه در یک مسافت کوتاه مثلاً انتقال اطلاعات درون یک ساختمان برای این منظور از لیزرهای نیم‌رسانا استفاده می‌شود.

اما زمینه اصلی مورد توجه در ارتباطات نوری مبتنی بر انتقال از طریق تارهای نوری است.

انتقال هدایت‌شده نور در تارهای نوری پدیده‌ای است که از سالها پیش شناخته شده‌است اما تارهای نوری اولیه فقط در مسافت‌های خیلی کوتاه مورد استفاده قرار می‌گرفتند مثلاً کاربرد متعارف آنها در وسایل پزشکی برای اندسکوپی است.

بنابراین در اواخر سال 1960 تضعیف در بهترین شیشه‌های نوری در حدودد 1000 دسی‌بل بر کیلومتر بود.

از آن زمان پیشرفت تکنیکی شیشه و کوارتز باعث تغییر شگفت‌انگیز در این عدد شده‌است بطوریکه این تضعیف برای کوارتز به 5/0 دسی‌بل بر کیلومتر رسیده‌است.

این تضعیف فوق‌العاده کوچک‌ آینده مهمی را برای کاربرد تارهای نوری در ارتباطات راه دور نوید می‌دهد.

سیستم ارتباطات تارهای نوری شامل یک چشمه نور یک جفت‌کننده نوری مناسب برای تزریق نور به یک تارها و در انتها یک فوتودیود است که بازهم به تار متصل شده‌است.

تکرارکننده شامل یک گیرنده و یک گسیلنده جدید است.

چشمه نور سیستم اغلب لیزرهای نیم‌رسانای ناهم پیوندی دوگانه است.

اخیراً طول عمر این لیزرها تا حدود6 10 ساعت رسیده‌است.

گرچه تاکنون اغلب لیزر گالیم ارسنیدGaAs استفاده شده‌است ولی روش بهتر استفاده از لیزرهای ناهم پیوندی است که در آنها لایه فعال ترکیبی از آلیاژ چهارگانه به صورت است.

در این حالت لبه‌های p,n پیوندگاه از ترکیب دوگانه InP تشکیل شده‌است و با استفاده از ترکیب می‌توان ترتیبی داد که چهار آلیاژ چهارگانه‌ای شبکه‌ای که با InP جور شود با انتخاب صحیح x طول موج تابش را طوری تنظیم کرد که در اطراف 3/1و یا اطراف 6/1 واقع شود که به ترتیب مربوط به دو مینیمم جذب در تار کوارتز هستند.

بسته به قطر d هسته مرکزی تار ممکن است از نوع تک‌مد باشد برای آهنگ انتقال متداول فعلی حدود 50 مگابیت در ثانیه معمولاً از تارهای چند مدی استفاده می‌شود برای آهنگ انتقال بیشتر تارهای تک‌مدی مناسبتر به نظر می‌رسند.

گیرنده معمولاً یک فوتودیود بهمنی است اگرچه ممکن است از یک دیود PIN و یک دیود تقویت‌کننده حالت جامد مناسب نیز استفاده کرد.

اندازه‌گیری و بازرسی خصوصیات جهت‌بندی درخشایی وتکفامی لیزر باعث کاربردهای مفید زیادی برای اندازه‌گیری و بازرسی در رشته مهندسی سازه و فرآیند صنعتی کنترل ابزار ماشینی شده‌است.

در این بخش تعیین فاصله بین دو نقطه و بررسی آلودگی را نیز مدنظر قرار می‌دهیم.

یکی از معمولترین استفاده‌های صنعتی لیزر هم‌محور کردن است.

برای اینکه یک خط مرجع مستقیم برای هم‌محور کردن ماشین‌آلات در ساخت هواپیما و نیز در مهندسی سازه برای ساخت بناها، پلها و یا تونلها داشته‌باشیم استفاده از جهت‌مندی نیز سودمند است.

در این زمینه لیزر بخوبی جای وسایل نوری مانند کلیماتور و تلسکوپ را گرفته‌است.

معمولاً از یک لیزر هلیم- نئون کم استفاده می‌شود و هم‌محور کردن عموماً به کمک آشکارسازهای حالت جامد به شکل ربع دایره‌ای انجام می‌شود.

محل برخورد باریکه لیزر روی گیرنده با مقدار جریان نوری روی هر ربع دایره معین می‌شود.

در نتیجه هم‌محور شدن بستگی به یک اندازه‌گیری الکتریکی دارد و در نتیجه نیازی به قضاوت بصری آزمایشگر نیست.

در عمل دقت ردیف‌شدن ازحدود 5 تا حدود 25 بدست آمده‌است.

از لیزر برای اندازه‌گیری مسافت هم استفاده شده‌است.

روش استفاده از لیزر بستگی به بزرگی طول مورد نظر دارد.

برای مسافتهای کوتاه تا 50 متر روشهای تداخل‌سنج بکار گرفته می‌شوند که در آنها از یک لیزر هلیم- نئون پایدار شده فرکانسی بعنوان منبع نور استفاده می‌شود.

برای مسافتهای متوسط تاحدود 1 کیلومتر روشهای تله‌متری شامل مدوله‌سازی دامنه بکار گرفته می‌شود.

برای مسافتهای طولانی‌تر می‌توان زمان در راه‌بودن تپ نوری را که از لیزر گسیل شده‌است و ازجسمی بازتابیده می‌شود اندازه‌گیری کرد.

در اندازه‌گیری تداخل‌سنجی مسافت از تداخل‌سنج مایکلسون استفاده می‌شود.

باریکه لیزر بوسیله یک تقسیم‌کننده نور به یک باریکه اندازه‌گیری و یک باریکه مرجع تقسیم می‌شود باریکه مرجع با یک آئینه ثابت بازتابیده می‌شود در حالیکه باریکه اندازه‌گیری از آئینه‌ای که به جسم مورد اندازه‌گیری متصل شده‌است بازتاب پیدا می‌کند.

سپس دو باریکه بازتابیده مجدداً با یکدیگر ترکیب می‌شوند بطوریکه با هم تداخل می‌کنند و دامنه ترکیبی آنها با یک آشکارساز اندازه‌گیری می‌شود.

هنگامی که محل جسم در جهت باریکه نصف طول موج لیزر تغییر کند سیگنال تداخل از یک ماکزیموم به یک مینیموم می‌رسد و سپس دوباره ماکزیموم می‌شود.

بنابراین یک سیستم الکترونیکی شمارش فریزها می‌تواند اطلاعات مربوط به جایجایی جسم را بدست دهد.

این روش اندازه‌گیری معمولاً در کارگاههای ماشین‌تراش دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد و امکان اندازه‌گیری طول با دقت یک در میلیون را می‌دهد.

باید یادآوری کرد که در این روش فقط می‌توان فاصله را نسبت به یک مبدأ اندازه‌گیری کرد.

برتری این روش در سرعت دقیق و انطباق با سیستم‌های کنترل خودکار است.

برای فاصله‌های بزرگتر از روش تله‌متری مدوله‌سازی دامنه استفاده می‌شود و فاصله روی اختلاف فاز بین دو باریکه لیزر مدوله می‌شود و فاصله از روی اختلاف فاز بین دو باریکه گسیل ‌شده و بازتابیده معین می‌وشد.

باز هم دقت یک در میلیون است.

از این روش در مساحی زمین و نقشه‌کشی استفاده می‌شود برای فواصل طولانی تر از 1 کیلومتر فاصله با اندازه‌گیری زمان پرواز یک تپ کوتاه لیزری گسیل شده‌ از لیزر یاقوت و یا لیزر انجام می‌گیرد.

این کاربردها اغلب اهمیت نظامی دارند و در بخشی جداگانه بحث خواهد شد کاربردهای غیرنظامی مانند اندازه‌گیری فاصله بین ماهد و زمین با دقتی حدود 20 سانتی‌متر و تعیین برد ماهواره‌ها هم قابل ذکر است.

درجه بالای تکفامی لیزر امکان استفاده از آن را برای اندازه‌گیری سرعت مایعات و جامدات به روش سرعت‌سنجی دوپلری فراهم می‌سازد.

در مورد مایعات می‌توان باریکه لیزر را به مایع تابانده و سپس نور پراکنده شده از آن را بررسی کرد.

چون مایع روان است فرکانس نور پراکنده شده بخاطر اثر دوپلر کمی با فرکانس نور فرودی تفاوت دارد.

این تغییر فرکانس متناسب با سرعت مایع است.

بنابراین با مشاهده سیگنال زنش بین دو پرتو نور پراکنده شده و نور فرودی دریک آشکارساز می‌توان سرعت مایع را اندازه‌گیری بدون تماس انجام می‌شود ونیز بخاطر تکفامی بالای نور لیزر برای برد وسیعی از سرعتها خیلی دقیق است.

یکی از سرعت‌سنجهای خاص لیزر اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای است.

وسیله‌ای که برای این منظور طراحخی شده‌است ژیروسکوپ لیزر نامیده می‌شود و شامل لیزری است که کاواک آن به شکل حلقه‌ای است که از سه آئینه بجای دو آئینه معمول استفاده می‌شود.

این لیزر می‌تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربه ساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تآمین کند.

فرکانسهای تشدیدی مربوط به هر دو جهت انتشار را می‌توان با استفاده از این شرط که طول تشدید‌کننده( حلقه‌ای) برابر مضرب صحیحی از طول موج باشد بدست آورد.

اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زمانی که لازم است نور یک دور کامل بزند زاویه آئینه‌های تشدید‌‌کننده به اندازه یک مقدار خیلی کوچک ولی محدود حرکت خواهد کرد.

طول مؤثر برای باریکه‌ای در همان جهت چرخش تشدید‌کننده می‌چرخد کمی بیشتر از باریکه‌ای است که در جهت عکس می‌چرخد.

در نتیجه فرکانس‌های دوباریکه‌ای که در خلاف جهت یکدیگر می‌چرخند کمی تفاوت دارد و اختلاف این فرکانسهای متناسب با سرعت زاویه‌ای تشدید‌کننده‌ است.

با ایجاد تنش بین دو باریکه می‌توان سرعت زاویه‌ای را اندازه‌گیری کرد.

زیروسکوپ لیزری امکان اندازه‌گیری با دقتی را فراهم می‌کند که قابل مقایسه با دقت پیچیده‌ترین و گرانترین ژیروسکوپ‌های معمولی است.

کاربرد مصرفی دیگر و یا به عبارت بهتر کاربرد مصرفی واقعی عبارت از دیسک ویدئویی و دیسک صوتی است.

یک دیسک ویدئو حامل یک برنامه ویدئویی ضبط‌شده است که می‌توان آن را برروی دستگاه تلویزیون معمولی نمایش داد.

سازندگان دیسک ویدئویی اطلاعات را با استفاده از یک ساینده روی آن ضبط می‌کنند که این اطلاعات بوسیله لیزر خوانده می‌شود.

یک روش معول ضبط شامل برشهای شیاری با طولها و فاصله‌های مختلف است عمق این شیارها 4/1 طول موج لیزر است که از آن در فرآیند خواندن استفاده می‌شود.

درموقع خواندن باریکه لیزر طوری کانونی می‌شود که فقط برروی یک شیار بیفتد.

هنگامی که شیار در مسیر تکه باریکه لیزر واقع شود بازتاب بخاطر تداخل ویرانگر بین نور بازتابیده از دیوارهای شیار و به آن کاهش پیدا می‌کند.

به عکس نبودن شیار باعث بازتاب قوی می‌شود بدین ظریق می‌توان اطلاعات تلویزیونی را به صورت رقمی ضبط کرد.

کاربرد دیگر ضبط لیزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوری در کامپیوترهاست طیف‌های حافظه نوری هم در توان دسترسی به چگالی اطلاعات حدود مرتبه طول موج است.تکنیک ضبط عبارت است از ایجاد سوراخهای کوچکی در یک ماده مات یا نوعی تغییر خصوصیت عبور و بازتاب ماده زیر لایه که با استفاده از لیزرهای با توان کافی حاصل می‌شود و حتی می‌تواند فیلم عکاسب باشد.

اما هیچیک از این زیرلایه‌ها را نمی‌توان پاک کرد.

حلقه‌های قابل پاک‌کردن براساس گرما مغناطیسی فروالکتریک و فوتوکرومیک ساخته شده‌اند.

همچنین حافظه‌های نوری با استفاده از تکنیک تمام‌نگاری نیز طراحی شده‌اند.

نتیجتاً اگرچه از لحاظ فنی امکان ساخت حافظه‌های نوری بوجود آمده‌است ولی ارزش اقتصادی آنها هنوز جای بحث دارد.

آخرین کاربردی که در این بخش اشاره می‌کنیم گرافیک لیزری است.

در این تکنیک ابتدا باریکه لیزر بوسیله یک سیستم مناسب رویشگر برروی یک صفحه حساس به نور کانونی می‌شود و در حالیکه شدت لیزر بطور همزمان با روبش از نظر دامنه مدوله می‌شود بطوری که بتوان آنرا بوسیله کامپیوتر تولید کرد.( مانند سیستم‌های چاپ کامپیوتری بدون تماس)و یا آنها را به صورت سیگنال الکتریکی از یک ایستگاه دور یافت کرد( مانند پست تصویری).

در مورد اخیر می‌توان سیگنال را بوسیله یک سیتسم خواننده مناسب با کمک لیزر تولید کرد.

وسیله خواندن در ایستگاه دور شامل لیزر با توان کم است که باریکه کانونی‌شده آن صفحه‌ای را که باید خوانده شو می‌روبد.

یک آشکارساز نوری باریکه پراکنده از نواحی تاریک و روشن روی صفحه را کنترل می‌‌کند و آنرا به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

سیستم‌های لیزری رونوشت اکنون بطور وسیعی توسط بسیاری از ناشران روزنامه‌ها برای انتقال رونوشت صفحات روزنامه بکاربرده می‌شود.

کاربردهای نظامی کاربردهای نظامی لیزر همیشه عمده‌ترین کاربردهای آن بوده‌است.

فعلاَ‌ مهمترین کاربردهای نظامی لیزر عبارتند از: الف) فاصله یابهای لیزری ب) علامت‌گذارهای لیزری ج) سلاح هدایت انرژی فاصله یک لیزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی از آنها استفاده می‌شود.

یک تپ کوتاه لیزری( معمولاً با زمان 10 تا 20 نانوثانیه) به سمت هدف نشانه‌گیری می‌شود و تب پراکنده برگشتی بوسیله یک دریافت‌کننده مناسب نوری که شامل آشکارساز نوری است ثبت می‌شود.

فاصله مورد نظر با اندازه‌گیری زمان پرواز این تپ لیزری بدست می‌آید.

مزایای اصلی فاصله‌یاب لیزری را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد: الف) وزن، قیمت و پیچیدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است.

توانایی اندازه‌گیری فاصله حتی برای هنگامی که هدف در حال پرواز در ارتفاع بسیار کمی از سطح زمین و یا دریا باشد.

اشکال عمده این نوع رادار در این است که باریکه لیزر در شرایط نامناسب رؤیت به شدت در جو تضعیف می‌شود فعلاً چند نوع از فاصله‌یابهای لیزری با بردهای تا حدود 15 کیلومتر مورد استفاده‌اند: الف) فاصله‌یابهای دستی برای استفاده سرباز پیاده( یکی از آخرین مدلهای آن در آامریکا ساخته شده که در جیب جای می‌گیرد و وزن آن با باتری حدود 500 گرم است.

ب) سیستم‌های فاصله‌یاب برای استفاده در تانکها ج) سیتسم‌های فاصله‌یاب مناسب برای دفاع ضدهوایی اولین لیزرهایی که در فاصله‌یابی از آنها استفاده شد لیزرهای یاقوتی با سوئیچ Q بودند.

امروزه فاصله‌یابهای لیزری اغلب براساس ننودمیم یا سوئیچ Q طراحی شده‌اند.

گرچه لیزرهای CO نوعTEA در بعضی موارد( مثل فاصله‌یاب تانک‌ها) جایگزین جالبی برای لیزرهای ننودمیم است.

دومین کاربرد نظامی لیزر در علامت‌گذاری است.

اساس کار علامت‌گذاری لیزری خیلی ساده است: لیزری که در یک مکان سوق‌الجیشی قرار گرفته‌است هدف را روشن می‌سازد بخاطر روشنایی شدید نور هنگامی که هدف بوسیله یک صافی نوری یا نوار باریک مشاهد شود به صورت یک نقطه روشن به نظر خواهد رسید.

سلاح که ممکن است بمب-موشک و یا اسلحه منفجرشونده دیگری باشد بوسیله سیتسم احساسگر مناسب مجهز شده‌است.

در ساده‌ترین شکل این احساسگر می‌تواند یک عدسی باشد که تصویر هدف را به یک آشکارساز نوری ربع دایره‌ای که سیستم فرمان حرکت سلاح را کنترل می‌کند انتقال می‌دهد و بنابراین می‌تواند آنرا به سمت هدف هدایت کند.

به این ترتیب هدف‌گیری با دقت بسیار زیاد امکان‌پذیر است.(دقت هدف‌گیری حدود 1 متر از یک فاصله 10 کیلومتری ممکن به نظر می‌رسد.) معمولاً لیزر از نوعNd:YAG است.

درحالیکه لیزرهای بخاطر پیچیدگی آشکارسازهای نوری( که مستلزم استفاده د دماهای سرمازایی است)نامناسب‌اند.

علامت‌گذاری ممکن است از هواپیما، هلیکوپتر و یا از زمین انجام شود.( مثلاً با استفاده از یک علامت‌گذار دستی).

اکنون کوشش قابل ملاحظه‌ای هم در آمریکا و هم در روسیه برای ساخت لیزرهایی که به عنوان سلاح‌های هدایت انرژی بکار می‌روند اختصاص یافته‌است.

در مورد سیستم‌های قوی لیزری مورد نظر با توان احتمالاً در حدود مگاوات( حداقل برای چند ده‌ثانیه) یک سیستم نوری باریکه لیزر را به هدف( هواپیما، ماهواره یا موشک) هدایت می‌کند تا خسارت غیر قابل جبرانی به وسایل احساسگر آن وارد کند و یا اینکه چنان آسیبی به سطح آن وارد کند که نهایتاً در اثر واکنش‌های پروازی دچار صدمه شود سیستم‌های لیزر مستقر در زمین بخاطر اثر معروف به شوفایی گرمایی که درجو اتفاق می‌افتد فعلاً چندان عملی بنظر نمی‌رسد.

جو زمین توسط باریکه لیزر گرم می شود و این باعث می‌شود که جو مانند یک عدسی منفی باریکه را واگرا سازد با قراردادن لیزر در هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع بالا و یا در یک سفینه فضایی می‌توان از این مسأله اجتناب ورزید.

اطلاعات موجود در این زمینه‌ها به علت سری‌بودن آنها اغلب ناقص و پراکنده‌اند.

اما بنظر می‌رسد که این سیستم‌ها کلاً شامل باریکه‌هایی پیوسته با توان 5 تا 10 مگاوات( برای چند ثانیه) با یک وسیله هدایت اپتیکی به قطر 5 تا 10 متر باشند مناسبترین لیزرها برای اینگونه کاربردها احتمالاً لیزرهای شیمیایی‌اند(DF یا HF ).

لیزرهای شیمیایی بویژه برای سیستم‌های مستقر در فضا جالب‌اند زیرا توسط آنها می‌توان انرژی لازم را به صورت انرژی ذخیره‌ فشرده به شکل انرژی شیمیایی ترکیب‌های مناسب تأمین کرد.

تمام‌نگاری تمام‌نگاری(هولوگرافیhttp://www.holographer.org ) یک تکنیک انقلابی است که عکسبرداری سه‌بعدی (یعنی کامل) از یک جسم و یا یک صحنه را ممکن می‌کند.

این تکنیک در سال 1948 توسط گابور ابداع شد( در آن زمان بمنظور بهتر کردن توان تفکیک میکروسکوپ الکترونیکی پیشنهاد شد) و به صورت یک پیشنهاد عملی در آمد و اما قابلیت واقعی این تکنیک پس از اختراع لیزر نشان داده شد.

اساس تمام‌نگاری به این صورت است که باریکه لیزر بوسیله آئینه که قسمتی از نور را عبور می‌دهد به دو باریکه( بازتابیده و عبوری) تقسیم می‌شوند.

باریکه بازتابیده مستقیماً به صفحه حساس به نور برخورد می‌کند درحالی که باریکه عبوری جسمی را که باید تمام‌نگاری شود روشن می‌کند.

به این ترتیب قسمتی از نوری که از جسم پراکنده شده هم روی صفحه حساس( فیلم) می‌افتد.

به علت همدوس‌بودن باریکه‌ها یک نقش تداخلی از ترکیب دو باریکه روی صفحه تشکیل می شود.

حالا اگر این فیلم ظاهر شود و تحت بزرگنمایی کافی بررسی شود می‌توانا این فریزهای تداخلی را مشاهده کرد.

فاصله بین دو فریز تاریک متوالی معمولاً حدود 1 میکرومتر است.

این نقش تداخلی پیچیده است و هنگامی که صفحه را بوسیله چشم بررسی می‌کنیم بنظر نمی‌رسد که حامل تصویر مشابه با جسم اولیه باشد اما این فریزهای تداخلی در واقع حامل ضبط کاملی از جسم اولیه است.