دانلود مقاله لیزر

طرح مساله سخن این کنفرانس روزنه‌ایست به سوی نور و جهانی از علمی که لیزر نامگذاری شده است.

اکنون که لیزر به عنوان یکی از قوی‌ترین منابع انرژی در طبیعت و در اختیار ماست و از این لحاظ حائز اهمیت است، دارای استفاده‌های شایانی نیز در کلیه زمینه‌های علمی می‌باشد و برای پیشرفت‌های در تمامی زمینه‌های علمی، صنعتی اقتصادی و ...

به آن نیازمندیم و باید از آن بهره بگیریم.

به امید آنکه کشورمان در جهت اجرای این طرح برآید.

اهمیت و ضرورت مساله امروزه لیزر کاربردهای فوق العاده مهم و قابل توجهی در رشته‌های مختلف علوم، صنعت و پزشکی پیدا کرده است و کمتر شاخه‌ای از تکنولوژی نوین وجود دارد که پرتو لیزر در آن نقشی نداشته باشد.

پرتو خورشید و ستارگان که بارها در قرآن کتاب آسمانی ما بدان‌ها اشاره شده است، به وسیله پدیده شگرف گداخت Fusion به کره ماه هستی می‌بخشد که از انواع تششع خود به خودی و ماهمدوس است ولی جالب توجه آنکه هر روز صبح در ارتفاع حدود 65 کیلومتری کره مریخ تشعشع حاصل از گسیخته برانگیخته در محیط CO2 آن به عنوان یک لیزر طبیعی پر قدرت نمایان می‌شود که انرژی آن معادل انرژی هزاران بمب هسته آی می‌باشد.

که این خود تلاش‌های زیادی را جهت بهینه سازی این وسیله پر انرژی فرا می‌خوانند.

اهداف پژوهش هدف از جمع آوری این مطالب راهی برای گشودن یک دریچه علمی به سوی لیزر.

آشنایی با چگونگی تشکیل لیزر.

اهمیت و ارزش لیزر در فعالیت‌های مختلف رشته‌های گوناگون.

و از همه مهمتر استفاده از آن و کاربرد لیزر در زمینه‌های گوناگون در دوران اخیر می‌باشد.

فیزیک لیزر: لیزر منبع نوری نوین و نیرومندی است حتی یک لیزر با درخشندگی ملایم پرتویی صادرمیکند که به مراتب از پرتو خورشید نیرومندتراست .

بسیار از لیزرهای مهم در طیف بینایی عمل میکنند و در میدان بینایی می توان آن‌ها را با عدسی, آیینه ومنشور، متمرکز ،منعکس یا منکسر نمود.

محدودیت‌های عمده‌ای را که برای منابع نوری کلاسیک ( منابع نوری غیر لیزر) وجود دارد ، میتوان به ترتیب زیر خلاصه کرد: 1 - انرژی تابشی یک منبع نوری با درخشندگی زیاد در محدوده بینایی نسبتا گسترده‌ای توزیع میشود و منبع نوری تک فام با درخشندگی زیاد عملا وجود ندارد.

2- ستون اشعه به ندرت موازی هم میباشند و این وضع را به قیمت از دست دادن مقدارمنتابهی ازشدت تابش می توان به طور محدود به دست آورد.

3 – نمیتوان درخشندگی یک منبع نوری گسترده را با ایجاد تصویری از آن زیاد نمود.

در عوض اشعه‌لیزر دارای امتیازاتی فیزیکی به قرار زیر است.

1 – تمام نور صادر شده محتوی یک دسته باریک و موازی هم باشند.

2 – نور ساطع از لیزر طول موج گسترده‌ای دارد که به مراتب کوچکتر از منبع نوری غیر لیزر است.

نوری که در دسته به حرکت در می‌آید تکفام میباشد و آن را به نام منسجم یا همدوس می‌خوانند.

به عبارت دیگر صفات اساسی که نور لیزر را برتر از نور طبیعی قرار می‌دهند عبارت‌اند از: درخشندگی زیاد، تکفام بودن و همدوسی تابشی که از بخشهای مختلف منبع نور ناشی می‌‍‌گردد .

بدین وسیله با عدسی‌های مناسب میتوان تمام شعاع‌های صادر شده‌ لیزر را در منطقه کانونی جمع نمود.

1 – a) در منطقه محدود کانون عدسی، تمرکز اشعه می‌تواند فوق‌العاده پرقدرت باشد تمرکز توان در یک سطح به عبارت دیگر توان در واحد سطح را به نام چگالی توان ( Power Density ) می‌خوانند.

آشکار است که این چنین تمرکز توان روی جسم قادر خواهد بود که تمام تابش لیرز را روی سطح نازکی جذب نماید و با بروز حرارت خارق‌العاده در بافتها منجر به پیدایش پدیده تبخیر شود.

البته در اساس این دسته نورانی لیزر با دسته موازی اشعه خورشید، که از ماوراء یک عدسی و تمرکز آن روی قطعه‌ای از کاغذ که فورا آن را به آتش می‌کشد، تفاوتی نخواهد داشت.

پرواضح است که قدرت تمرکزی که از ستون‌ها موازی اشعه لیزر به دست می‌آید با منابع نور غیر لیزر هیچگاه حاصل نمی‌‍گردد.

به همین مناسبت است که از اشعه لیزر به عنوان منبع پر نیرو و قدرتمند نام میبرند.

کاربرد لیزر در اعمال جراحی بر مبنای موازی بودن ستون اشعه‌ای است که از لیزر ساطع میشود و خصوصیت تکفام بودن عملا نقش عمده‌ای را ایفا نمی‌نماید.

«لیزر چگونه تولید می شود؟

» نور ( تابش الکترومغناطیسی بطور عام ) زمانی تولید میشود که سیستم کوانتم ( اتم – مولکول – یون ) از یک انرژی در تراز بالا به انرژی در تراز پائین انتقال یابد.

میتوان چنینی تعبیر کرد که سیستم کوانتم فقط در حالات جداگانه انرژی وجود دارد.E0 = ECystic En وقتی که انرژی در تراز بالاتر Ea به انرژی در تراز پائین ترEb منتقل شود، تفاوت انرژی Ea – Eb تابش الکترو مغناطیسی را تشکیل میدهد، ) که n ضریب ثابت پلانک 6 .

6*10 –34 ژول در ثانیه میباشد .

تواتر Cystic و طول موج λ تابش الکترومغناطیس به وسیله رابط C = y * λ نمایانده میشود ، که در آن C سرعت نور است معادل CM / s 3 * 10 –10 است .

دو نوع نشر تابش به وسیله اتم امکان‌پذیر است : نشر خود به خودی و نشر برانگیخته : نشر خود به خودی تابش ( Spontanlous emission) به طور اتفاقی در طبیعت به وجود می‌آید و آن زمانی است که یک اتم در تراز انرژی بالاتر (Ea) تمایل دارد به تراز انرژی پایین Eb) ) که به نام تراز پایدار خوانده میشود برسد ، بدون آن که به عامل تحریکی نیازمند باشد .

به عبارت دیگر یک فوتون می‌خواهد خود را از حالت ناپایدارتر در تراز انرژی بالاتر به یک حالت پایدارتر در تراز انرژی پایین‌تر برساند لحظه و زمان انتقال، جهت تابش و قطبی شدن ( پولاریزاسیون‌) آن همگی معیارهای اتفاقی و تصادفی هستند.

دنیای کوچک ( ذره )ها پر از نمونه‌هایی است از پدیده نشر خود به خودی تابش.

فعالیت پرتوهای هسته‌ای و انتقال خود به خودی اجزا و ذرات متفاوت عنصر مثال‌های بارزی از این پدیده است.

نشر برانگیخته تابش ( Stimulated Emession ): وقتی که یک اتم در تراز انرژی بالاترEa در اثر یک فوتون تحریی به فوتونی تبدیل شود و به تراز انرژی پایین‌تر سقوطنماید‌، آنچنانکه فوتون محرک با فوتون برانگیخته دارای هماهنگی از نظر جهت و قطبی شدن ( پولاریزاسیون ) باشد .

میگویند پدیده نشر برانگیخته تابش صورت گرفته است .

این پدیده ابتدا به وسیله اینشتن در قرن معاصر توصیف شده اسب جدب تابش : ( Absorption ) : هنگامی که یک اتم از سیستم کوانتم از تراز انرژی بالاتر Ea به تراز انرژی پایینتر Eb برسد آنچنانکه فوتون آن توسط انرژی درتراز پایین گرفته شود پدیده جذب رخ داده است .

خواص تابش لیزر قبل از بحث پیرامون کاربرد های لیزر ، ضروری است با جزئیات بیشتر از قبیل پهنای خط لیزر ، درخشندگی ، ثابت سازی فرکانس لیزر ، آشنا شویم .

قبل از بحث پیرامون کاربردهای لیزر ، ضروری است با جزئیات بیشتر از قبیل پهنای خط لیزر ، درخشندگی ، ثابت سازی فرکانس لیزر ، آشنا شویم .

ویژگی لیزرها کاربردهای آنها، نظیر انتقال انرژی و مخابره تا فواصل دور دست تا گسترده نجومی را نیز مقدور میباشد.

این چشم اندازها فیز یکدانان و مهندسان را در جهت توسعه و تکامل لیزرها به اقدامات جدی واداشته است.

آنها برای انجام این عمل ابتدا به بررسی خواص لیزر پرداخته‌اند، از جمله این خواص عبارتند از پهنای خط لیزر، … پهنای خط لیزر ماده‌ی فعال لیزری ، خروجی لیزر را درناحیه‌ای از بیناب محدود میسازد که توسط پهن شدگی طبیعی خط گذار خاص لیزری ، مشخص میشود .

در عمل پهنای بیناب به دلیل تلفات کاواک و شدت دمش ( فرایندی که بدان وسیله اتمها از تراز یک به تراز سه یا از تراز صفر به تراز سه میروند فرایند دمش (پمپ کردن ) نامیده میشود مقداری کمتر خواهد بود .

وجود کاواک نوری فرکانس‌های نوسان کننده را به مقادیر خاص در داخل این ناحیه محدود میسازد هر فرکانس مجزا یک مد کاواک را تشکیل میدهد راحت‌تر است که مدهای کاواک را به دو دسته تقسیم کنیم ، مدهای محوری یا طولی و عرضی ، مدهای محوری را مانند امواج ایستاده در یک ریسمان میتوان با اعداد صحیح p نامگذاری کرد.

برای کاواک معمولی مقادیر p کاملا بزرگ است تقریبا 10 6 .

مدهای عرضی با دو عدد r , q مشخص میشوند .

فرکانس های نوسان کننده نیز با مقادیر r , q مشخص میشوند و نشان دهنده‌ای مد فضایی نیز میباشند .

برخلاف p ، مقادیر r , q معمولا مقادیر کوچک ‌اند ( کوچکتر از 10 ) .

باید ذکر کنیم که دسته بندی کردن مدها به دو نوع صرفا جهت سهولت است وابستگی فرکانسی مدهای عرضی به مقادیر r , q خیلی پیچیده است .

اگر چیدن مد به طورهمزمان عمل کننده گستردگی کل فرکانس ، تابش لیزری در مرتبه نیم رخ بهره خواهد برد .یک راه برای کاهش گستردگی فرکانس آن است که تعداد مدها را کاهش دهیم به طوریکه فقط یکی از ان‌ها بتواند نوسان کند ، این عمل با واردکردن دیافراگم محدود کننده درکاواک ممکن خواهد بود ، مدهای عرضی با مرتبه بالاتر دارای توزیع فضایی بیشتر در داخل کاواک هستند ودرنتیجه از اتلاف زیادی در داخل کاواک رنج میبرند که از کارکردن آن‌ها با هم جلوگیری مینمایند .

اگر فاصله‌بین فرکانس‌ها را باکاهش طول کاواک افزایش دهیم در عوض تعداد مدهای محوری کاهش میابد وقتی که جدایی مدهای محوری به پهنای منحنی بهره نزدیک میشود امکان آن وجود دارد که فقط یک مد وجود داشته باشد .

بنابراین پهنای خط خروجی لیزر برابر است با یک مد طولی و خیلی بارک .

این در حقیقت به کمیتی بستگی دارد و به نام فاکتور Q کاواک فاکتور کیفیت برای مهندسین الکتریک نیز آشناست ، چرا که برای مدارهای الکترونیکی و تشدید آن ها به کاربرده میشود .

ماده فعال لیزری معمولا انرژی لازم برای مدهای نوسان کننده را تعیین میکند ، از نظرر تئوری مقدار انرژی تلف شده میتواند صفر و متقابلا مقدار Q نامحدد باشد .

لیزر ثابت ثابت سازی فرکانس لیزر دو روش برای ثابت سازی فرکانس لیزرهای گازی معمولا مورد استفاده قرار میگرد که در هردو روش فرکانس کار لیزر را در یک موقعیت خاص نسبت به نیمرخ بهره نگه میدارد .اولین روش با توجه به این که نیمرخ بهره1 نسبت به نقطه‌ی میانی متقارن است انجام میشود .فرض کنید دو مد باشدت مساوی عمل می‌کنند فرکانس آن‌ها باید از دوطرف به یک فاصله از مرکز نیمرخ بهره واقع شود .

هر جابه‌جایی در فرکانس مد باعث افزایش شدت یکی از مدها و کاهش شدت دیگری خواهد شد .

بنابراین ، اگر ما قادر به کنترل و مشاهده شدت هردو موج باشیم میتوانیم اختلاف این دورا به عنوان باز خور تا مدار و طول کاواک را کنترل کند و از این طریق امکان کنترل و ثابت سازی فرکانس عمل لیزر خواهد بود به نظر میرسد اندازه‌گیری شدت مدها مشکل باشد خوشبختانه معمولا مدهای مجاور هم در کاواک به صورت تخت قطبی‌اند و ضخامت قطبش عمود بر یک دیگرند .

لذا فقط باید خروجی لیزر را به دو قسمت تقسم کنیم و ان‌ها را به دو آشکارساز بتابانیم خروجی آشکارسازها با شدت تابش‌ها متناسب است یک راه ساده برای اعمال بازخور این است که هر گونه اختلاف در خروجی آشکارسازها اجازه یابند تا جریان عبوری از یک سیم پیچ حرارتی که اطراف لوله لیزر پیچیده شده است را مدوله سازد هر تغییر نسبی در اثر شدت‌های خروجی دمای لوله لیزر را تغییر خواهد داد و نهایتا طول موثر کاواک را اصلاح خواهد کرد این عمل به نوبه خود فرکانس مد را تغییر خواهد داد.

روش دوم: ثابت‌ساز فرکانس بستگی به پدیده‌ای به نام کودال لمب2 دارد.

برای درک موضوع به علت پهن شدن نیم‌رخ بهره‌ می‌پردازیم.

در لیزرهای گازی، گذاری لیزری به عنوان « گذار پهن شده ناهمگن » شناخته میشود.

این بدین معنی است که گرهی از اتم‌ها که دارای سرعتهای نسبتا متفاوتی نسبت به امتداد تابش هستند، فرکانس‌های متفاوتی را تولید مینمایند.

این امر در حقیقت به دلیل اثر دوپلو است، همان طور که به دلیل حرکت یک منبع صوتی تغییر در فرکانس منبع مشاهده میشود.

هر مد به طور اساسی یک موج ایستاده است که از دو موج با شدت مساوی که در دو جهت مخالف حرکت کنند به وجود می آید.

این دو موج به دلیل فرکانس مساوی ولی حرکت در جهت مخالف یکدیگر، قادر گسیل برانگیخته مشارکت دارند و خروجی لیزر را به وجود می آورند راههای مختلفی برا تغییر طول کاواک وجود دار.

برای مثال با گرم کردن کاواک یا به وسیله نصب یکی از آینه‌ها بر روی بلور پیزوالکتریک، به طور یک موقعیت آینه را بتوان با تغییر ولتاژ اعمال شده در سرتاسر بلور تغییر داد.

و اگرایی پرتو: یکی از خصوصیات مشترک اکثر لیزرها این است که خرجی آنها بصورت پرتوهای تقریبا موازی است، این ویژگی برای تعدادی از کاربرهای خیلی مفید است چراکه میتوان به آسانی تابشهای گسیلی را جمع و با استفاده از یک سیستم عدسی ساده، در ناحیه‌ای بسیار کوچک متمرکز نمود.

همدوس پرتو: یکی از مشخصات گسیل‌های تحویلی این است که امواج برانگیخته با موج برانگیزنده در یک فاز قرار دارند، یعنی تغییرات فضایی و زمانی میدان الکتریکی دو موج با هم یکسان هستند بنابراین در یک لیزر ایده‌آل انتظار داریم که میدان الکتریکی با زمان تغییر کند .دو مقدار مفیدی که به همدوسی زمان مربوطند, عبارتند از; زمان همدوسی و طول همدوسی.

برای درک این موضوع پرتو را به دو قسمت مساوی تقسیم می‌کنیم و مجددا پس از طی مسافت مختلف آنها را با هم ترکیب می‌کنیم.

اگر پرتو اصلی یک موج سینوسی نامحدود باشد آنگاه دو پرتو با هم تداخل خواهند نمود و مجددا ترکیب میشوند.

این به این معنی است که اگر مسیر دو پرتوی اولیه به وجود آید این ترکیب را ترکیب سازنده می‌گویند اما اگر اختلاف راه مضرب فرعی از نصف طول موج باشد, آنگاه دو پرتو یکدیگر را حذف خواهند کرد چون اگر در هر نقطه در زمان و فضا,در طول مسیر, پرتوی مؤلفه های میدان الکتریکی دو پرتوی مساوی و خلاف یکدیگرند و جمع آنها صفر میشود برای مقادیر اختلاف راه بین این مقادیر دامنه‌ای بینابین به دست می‌آوریم.

اما پرتوهای نوری، با زمان عمر حقیقی، نمیتوانند موج سینوسی نامحدود ایجاد کنند.

بدون توجه به لیزر، فرض کنیم گروهی از اتم‌ها گسیل خود به خودی انجام میدهند.

هر اتم به طور مستقل از دیگر اتمها تابش می‌کنند و البته برای مدت زمان محدودی.

درخشندگی: درخشندگی عبارت است از توان گسیل شده از واحد سطح در واحد زاویه فضایی (دیمانسیمون آن در سیستم SI ، وات بر متر مربع بر استدادیان است.

) بعضی از مواقع درخشندگی مخصوص به کاربرد میشود و این درخشندگی بر واحد ناحیه طولی موج است.

واگرایی باریکه لیزر در مقایسه با چشمه‌های معمولی نور عمدتا خیلی کوچک است.

ولی با وجود توان نوری کم، به دلیل زاویه کوچک که باریکه لیزر در مقایسه با چشمه‌های معمولی نور عمدتا خیلی کوچک است.

ولی با وجود توان نوری کم، به دلیل زاویه کوچک باریکه لیزر در آن منتشر میشود لیزر دارای درخشندگی زیادی است.

انواع لیزرها لیزرهای الاییده شده باعایق لیزر یا قوت لیزرهای الکساندریت لیزرهای مرکز رنگی لیزرهای نیمه رسانا لیزرهای گازی لیزرهای اتمی لیزرهای دی‌اکسید کربن لیزرهای با لوله بسته لیزرهای با جریان گاز لیزر اگزایمر لیزرهای الکترون آزاد لیزر بخارمس لیزر مادون قرمز در این لیزرها ماده فعال از یونهای ناخالص که در داخل شبکه بلوری یک جامد ( میزبان ) قرار گرفته‌اند, تشکیل شده است و غالبا ناخالصی‌ها به جای موقعیت هایی که معمولا توسط یونهای میزبان اشغال شده قرار می‌گیرند.

اولین لیزر موفق لیزر یاقوت بود و گرچه هنوز تولید میشود، لکن امروزه زیاد مورد استفاده قرار نمیگیرد ماده فعال این لیز AL2O3 میباشد.

الکساندریت از نظر بنیاب شیر یاقوت است و اولین بار در سال 1973 به عنوان یک لیزر سه ترازی با طول موج 680 نانومتر ساخته شده است.

وقتی نمکهای هیدروکسید سدیم یا آمونیم تحت تابش با انرژی بالا مانند پرتوهای x و یا پرتوهای الکترونی قرار میگیرند به دلیل ایجاد لکهای جدید، در داخل ماده ترازهای انرژی الکترونی جدیدی به وجود می‌آورد.

جذب نوری بین این ترازها باعث رنگی شدن مواد مورد تابش میشود و بنابراین به نام مرکز رنگی نامیده میشود.

گرچه لیزرهای نیمه رسانا از جامد ساخته شده‌اند اما با لیزرهای جامد، از نظر ساختار ترازهای انرژی, متفاوت‌اند.

استفاده از گازها به عنوان ماده فعال لیزری تفاوت جالبی با جامدات دارد.

از سوی دیگر گازها بسیار یکنواخت‌ترو همگن‌تر از جامدات هستند و میتوان برای فلک کردن و دوباره پر کردن، آنها را در یک مدار بسته به حرکت در آورد.

معروفترین لیزر اتمی(در حقیقت یکی از معروفترین لیزرها(لیزر He – Ne است.

ماده فعال آن مخلوطی از هلیوم ونئون است که با نسبت حدود 10 قسمت هلیوم و یک قسمت نئون بدست می‌آید.

لیزرهای اکسیدکربن از مهم‌ترین لیزرهادر نوع خود میباشند و از نظر کاربردهای منفی میتوان آن را در زمره مهمترین لیزرها قرار داد.

و این لیزر با کارائی بالای ( تا30% ) و توان بسیار زیاد، و توان خروجی پیوسته حدود چندین کیلو وات ساخته شده است.

کاربردهائی از قبیل جوشکاری و برش‌کاری استیل، الگوبری، نظامی و جوش هسته‌ای برای لیزر ممکن است.

لیزرهای بسته بدین معنی است که در لیزری مانند هلیوم نئون گازهای تحت تخلیه الکتریکی کاملا در لوله تخلیه قرار داده شده‌اند0 مشکلی که برای این لیزرها مشخصا دی‌اکسید کربن وجود دارد این است که در جریان تخلیه الکتریکی مولکولهای CO2 بهCO تبدیل میشود و این واکنش هم خیلی سریع رخ میدهد و ممکن است پس از چند دقیقه عمل لیزر متوقف شود.

یکی از راهها این است که هیدروژن یا بخار آب به مخلوط گاز اضافه کنیم تا با ترکیب مجدد CO به CO2 تبدیل شود.

) توان خروجی این لیزرها که بصورت خطی یا افزایش طول لیزر افزایش میباید حدود 60 وات است ولی برای توانهای خروجی بیشتر از چندین کیلووات به طول بسیار زیادی لازم است.

) کلمه اگزایمر از عبارت ( دیمر تحریک‌شده ) بدست آمده است که بدین معنی است که یک مولکول دو اتمی وقتی در حالت تحریک واقع است پایدار است و در حالت پایه ناپایدار است.

) اصول لیزر الکترون آزاد با همه لیزرهائی که تاکنون ملاحظه کردیم، کاملا متفاوت است.

منبع انرژی اصلی پرتوهای الکترونی نسبی است.

( یعنی الکترون هایی که با سرعتهای خیلی نزدیک به سرعت نور حرکت میکند.

) ) لیزر بخارمس از مدتها قبل شناخته شده است لکن اهمیت اخیر آن به دلیل پیشرفتهائی است که در توان خروجی و در زمان عمر آن حاصل شده است.

مادهی فعال آن بخارمس است و برای بدست آوردن غلظت کافی مس در لوله تخلیه لازم است در دمای خیلی بالا نگه داشته شود.

) اهمیت این لیزرها بیشتر بدلیل توانایی ارائه اطلاعات از ساختمان تراز – انرژی مولکولهای مورد مطالعه میباشد.

این لیزرها را میتوان به طرحهای قابل تنظیم برای مقاصد بنیاب نمایی و کاربرهای نوری شیمیایی تبدیل نمود.

تدکر: نوع لیزر از روی حفره لیزر ( Laser Cavity ) مشخص میشود و نشان دهنده توزیع توان لیزر در منطقه میباشد.

ویلسون جان- لیزر اصول و کابردها ناشر: دانشگاه یزد تالیف: مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران, منبع اینترنت لیزر و کاربرد آن: مقدمه: از بدو اختراع لیزر استفاده از این ابزار در علوم و فنون‌های مختلف مورد توجه قرار گرفت، از جمله میتوان استفاده از لیزر یاقوت را در تعیین فاصله زمین تا ماه نام برد.

انرژی و یا قدرت بالای لیزر ایجاد گداخت هسته‌ای را نیز ممکن خواهد ساخت.

در حال حاضر اکثر آزمایشگاههای معروف دنیا نظیر لورنس لیور مور و ولاس آلاموس به ترتیب از لیزر پرقدرت Nd: glass و CO2 برای ایجاد گداخت هسته‌ای فعالیت بسیار پر خرجی را دنبال میکنند.

این نوع مطالعات در اروپا و ژاپن نیز دنبال میشود.

از آن جمله در مؤسسه ماکس پلانک آلمان از لیزر ید اتمی برای ایجاد گداخت هسته‌ای استفاده میشود.

جداسازی ایزوتوپها یکی دیگر از مواد استفاده لیزر در تکنولوژی پیشرفته است.

این امر نه تنها در مورد اورانیوم ( بصورت اتم اورانیوم و یا گاز UF6 ) اجرا میشود بلکه برای سایر مواد نظیر گوگرد، کلروکربن و همچنین عناصر سنگین به کار میرود.

از دیگر موارد استفاده لیزر مصارف نظامی است.

امروزه فاصله یابهای لیزری که با نفر حمل میشوند براحتی فاصله 10 km را با دقت چند متر تعیین می‌کنند.

موشکهایی که با لیزر هدایت می‌شوند اکثرا با هواپیماهای جنگی حمل می‌شوند.

باریکه لیزر هدف را روشن ساخته روی آن قفل میشود، موشک و یا بمبی که با همان هواپیما حمل میشود, باریکه را دنبال کرده و به هدف به طور دقیق اصابت میکند.

در نظر است که از لیزرهای بسیار پرقدرت در سرنگونی موشکهای فراصوتی در جو استفاده شود.

تنها عامل بازدارنده فعلی حجیم بودن هواپیمای حامل اینگونه لیزرهاست.

استفاده از لیزرهای پرقدرت اشعه x در خارج از جو مسئله‌‍ای است که به جنگ ستارگان منجر می‍شود.آزمایشها نشان داده‌اند که از لیزرها میتوان برای نابود کردن موشکهای تهاجمی استفاده کرد.

در ارتباطات نیز از لیزر استفاده میشود.

پرتو لیزر توسط تارهای اپتیکی از ناحیه‌ای به ناحیه دیگر منتقل میشوند، این امر ارتباط دو ناحیه وسیع را با رشته نوری ممکن میکند.

لیزرهای سبز – آبی در ارتباطات زیر آبی و یا زیر دریایی‌ها نیز به کار گرفته خواهند شد.

( ضریب جذب آب در ناحیه سبز – آبی کمترین مقدار را دارد).

در امور پزشکی مثلا جراحی‌های بسیار دقیق با خونریزی بسیار کم، چشم پزشکی و نازائی، لیزراستفاده‌های بسیاری را پیدا کرده است.

در تکنولوژی بسیار ظریف، لیزر نقش بسیار حساس و سریعی را اجرا میکند.

ایجاد سوراخهای میکرونی و برشهای پیچ در پیچ به کمک لیزرهای پر قدرت قابل اجرا است.

بطور خلاصه بزودی لیزر در کلیه شئون زندگی بشری برای خود جای بسیار وسیعی را اشغال خواهد کرد.

در دنباله مطلب برخی از کاربردها را ارائه خواهیم کرد.

1 – کاربرد لیزر در جداسازی ایزوتوپها از بدو اختراع لیزر یکی از کاربردهای مهمی که برای این ابزار جدید پیشنهاد شد استفاد از آن در کاربردهای فتو شیمیایی است.

از کلیه برهمکنش‌هایی که به کمک لیزر اجرا میشود.

جداسازی ایزوتوپ مورد توجه بسیار قرار گرفت و علت آن کاربردهای وسیع ایزوتوپها در پزشکی، صنعت، نظامی و مسائل علمی است.

ولیکن جداسازی به کمک لیزر برای عنصر « بور » به اجرا درآمد و امروزه از این تکنیک تقریبا برای جداسازی اکثر عناصر جدول تناوبی در مقیاس آزمایشگاهی و تولید انبوه استفاده می‍شود.

اورانیوم طبیعی مخلوط است از 3/99 درصد اورانیوم 238 و 7/0 درصد اورانیوم 0235 برای آنکه بتوان غلطت اورانیوم 235 را افزایش داد به طوری که قابل استفاده در رآکتورهای شکافت شود, باید از اختلافی که در خواص فیزیکی و شیمیایی این دو ایزوتوپ وجود دارد استفاده کرد.

بنابراین روشهای متداول برای جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم و همچنین سایر عناصر باید مبتنی بر روش فیزیکی جداسازی باشد و این امر با اختلاف جزیی که در جرم ایزوتوپهای مختلف وجود دارد میسر می‌شود.

آنچه که بیشتر از همه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است استفاده از لیزر است.

ایده این جداسازی بسیار ساده است، چون اتمها و یا مولکولهایی که دارای ایزوتوپهای مختلف‌انداز نظر ترازهای انرژی‌, اندکی با یکدیگر تفاوت دارند ( ولذا طیف جذبی آنها نیز قدری متفاوت خواهد بود)، ایزوتوپهای مختلف در فرکانسهای متفاوتی تابش موج الکترومغناطیسی را جذب میکنند.

در نتیجه، تابشی با فرکانس بخصوص میتواند به صورت انتخابی ایزوتوپ مورد نظر را به ترازهای انرژی بالاتر برانگیزد و در عین حال سایر ایزوتوپها را دست نخورده باقی بگذارد.

بدین ترتیب برحسب نوع برانگیختگی، نمونه‌ای که به‌صورت انتخابی برانگیخته شده است را به طریق فیزیکی و یا شیمیایی از بقیه جدا می‌کنند.

2 – ایجاد گداخت هسته‌ای به وسیله لیزر: از تحقیقات اولیه درباره ایجاد انرژی هسته‌ای از طریق گداخت حدود چهل سال میگذرد.

قسمت اعظم این پژوهشها به وسیله روشهای تحدید مغناطیسی ( تتاپینچ و توکاماک ) انجام میشود که هنوز هم ادامه دارد.

از جند سال قبل تحقیقات گروههای مختلف در سایر کشورها برای انجام گداخت به وسیله لیزر فاش گردید.

این پژوهش‌ها همه ساله گسترش بیشتری پیدا کرده و اکنون به مرحله‌ای رسیده است که سالیانه میلیونها دلار بودجه بدان تخصیص داده میشود و هزاران دانشمند، محقق و متخصص در جنبه‌های مختلف آن فعالیت دارند.

انرژی آینده جهان پس از اتمام سوختهای فسیلی و حتی اورانیوم در رآکتورهای شکافت فعلی، از طریق پدیده گداخت تأمین خواهد شد که سوخت آن را ذرات ایزوتوپهای سنگین هیدروژن بنام دوتریم و تریتیم تشکیل میدهد.

تصور ایجاد گداخت هسته‌ای مانند سایر طرحهای سنگین به نظر ساده می‌آید.

در رآکتورهای شکافت از شکسته شدن اورانیوم برای رهایی انرژی هسته‌ای استفاده میشود.

در مورد رآکتورهای گداخت از فشردن عناصر سبک ( دوتریم و تریتیم ) برای ایجاد انرژی استفاده میشود.

این فشرده شدن مستلزم ایجاد گرمایی متجاوز از 40 میلیون درجه کلوین است.

بنابراین هدف از گداخت هسته‌ای به وسیله لیزر ایجاد چگالی بسیار بالای ماده است.

جرم بسیار کوچک از سوخت در اثر تابش کانونی شده ی باریکه بسیار قوی لیزر به چگالی‌های بسیار بالا ( هزار مرتبه بالاتر از چگالی مایع ) برده میشود و طی واکنشی انرژی رها میشود.

3 – فلز کاری با لیزر باریکه لیزر را میتوان توسط یک سیستم نوری به قطر حدود 10 – 100 um روی ماده متمرکز کرد.

بدین ترتیب ایجاد شدت بسیار بالای نوری در نقطه کوچکی روی ماده امکان‌‍پذیر خواهد بود.

کاربردهای فلزکاری بسیار متنوع است از آن جمله سوراخکاری، برش، لحیم‌کاری، حکاکی، سخت‌سازی و … را می‌توان نام برد.

لیزر نه تنها در مورد فلزکاری بکار بده میشود، بلکه قابلیت خود را در مورد سایر مواد مانند سرامیک، عایق‌ها، فیبرها، شیشه، الماس، پارچه، کاغذ و غیره نیز نشان داده است.

4 – جوشکار با لیزر این نوع جوشکاری با جوشکاری‌های عادی نظیر جوشکاری با قوس الکتریکی، مقاومتی و باریکه الکترونی نه تنها در رقابت کامل است بلکه نسبت به جوشکاری‌های عادی دارای محاسن بیشتر است.

به علت آنکه جوشکاری لیزری بدون تماس اجرا میشود ورود ناخالصی‌ها به محل جوش امکان‍پذیر نیست.

جوشکاری لیزری را میتوان در هوا انجام داد.

به علاوه جوشکار لیزری جوش دادن نقاط غیر دسترس را میسر می‌کند.

جوشکاری با لیزر بسیار سریع است و در امتداد خطی که منظور جوشکاری آن است ذوب‌شدگی بسیار کوچک است و این ویژگی، جوشکاری در نزدیک مؤلفه‌های حساس به گرما ( نظیر الکترونیک میکرونی ) را میسر می‌سازد.

در خط تولید کارخانه‌های فلزکاری، جوشکاری اکثرا با لیزرهایی با قدرت 1 تا 10 کیلو وات به طور تمام خودکار اجرا میشود و از آنجمله اتصال خطوط لوله را به یکدیگر نام برد.

برای جوشکاری شیشه توان 100W نیاز است.

در حالی که جوشکاری کوارتز به توان 33W نیاز دارد.

5 – سخت‌کاری با لیزر باریکه لیزر با توان زیاد در برخورد به سطوح موجب گرم شدن سریع سطوح میشود0 با حرکت دادن باریکه به نقطه دیگری از سطح، نقطه‌ای که گرما دیده است نیز به سرعت سرد میشود.

از این روش برای سخت‌سازی قطعات استفاده میشود.

با استفاده از سخت‌کاری به کمک لیزر میتوان سخت کردن نقاطی از سطح را که بیشتر آسیب‌پذیر هستند به طور انتخابی تحقق بخشید، مثلا در صنعت اتومبیل سازی از این روش برای سخت‌کردن پیستون، سوپاپها، دنده‌ها، و غیره میتوان استفاده کرد.

سخت سازی با سرعت زیاد قابل اجراست، بازدهی در تأمین قدرت مکانیکی نیز بالاست و کمترین تغییر در شکل و اندازه قطعه مورد نظر حاصل میشود.

از لیزر همچنین میتوان برا تشکیل آلیاژ سطحی استفاده کرد.

لیزرهایی که برای سخت‌سازی بکار می‌روند غالبا لیزر CO2 موج پیوسته با توان 1KW هستند.

6 – برش با لیزر برش با لیزر دارای محاسن زیر است: مواد کاملا متنوعی را با لیزر میتوان برش داد ( مانند پارچه، کاغذ، چوب، شیشه، سرامیک و ورقه‌‌های فلزی).

برش لیزری بسیار دقیق و ظریف است.

تغییر شکل مکانیکی و صدمه دیدگی حرارتی در قطعه مینیموم است.

برش را میتوان در 2 و یا حتی در 3 بعد اجرا کرد.

سیستم قابلیت خودکار شدن دارد و لذا در تولید قطعات صنعتی سرعت قابل ملاحظه‌ای را میتوان انتظار داشت.

توان مورد نیاز در برش با کمک لیزر به نوع ماده بستگی دارد.

به عنوان مثال چوب به ضخامت 50 mm را میتوان با لیزر 200 وات گازکربنیک برش داد و ضخامت برش حدود 0/7 mm حاصل میشود.

برش شیشه به ضخامت 10 mm به لیزری به قدرت 20 KW نیاز دارد.

وجود باریکه ی گاز اکسیژن, در ایجاد برش, تسریع می‌بخشد.باریکه سریع گاز اکسیژن باعث خارج شدن مواد ذوب شده در اطراف برش خواهد شد و همچنین موجب سرد شدن نواحی اطراف محل برش میشود.

بنابراین با دمیدن اکسیژن، توان مورد نیاز در برش کاهش داده میشود.

عمق و سرعت کار نیز افزایش میباشد، به علاوه لبه‌های برش داده شده از کیفیت بالایی برخورداد خواهند بود.

7 – سوراخکاری با لیزر سوراخکاری با لیزر نسبت به سوراخکاری به کمک روشهای معمولی دارای محاسنی چند است؟

چون از ابزار مکانیکی نظیر مته استفاده نمیشود.

نگرانی کند شدن مته و یا شکستن آن وجود ندارد.

چون نسبت طول به قطر روزنه ( نسبت منظر ) بزرگ است لذا با قطرهای کوچک (mm 5/0 – 2/0 ) میتوان عمق سوراخ ننسبتا بلندی را حاصل کرد.

در سوراخکاری مواد خیلی سخت مانند الماس روشهای معمولی توأم با صرف وقت زیاد است ولی به کمک لیزر، در اجرای عمل سرعت بسیار زیادی حاصل میشود.

منابع لیزر تکنولوژی جدید نور/ کارلن بیلینگر/ ناصر مقلبی لیزر و کاربردهای آن/ اکبر حریری فیزیک پایه/ فرانک ج.بلت/ ناصر مقلبی لیزر نور شگفت انگیز/ ل.و.تاراسف.

ن زبودن/ جواد مردی مقدمهﺍی بر فیزیک لیزر/ بلا.

آ.

لنجیل/ پروین بیات مختاری و حبیب مجیدی ذوالبنین لیزر در پزشکی/ پروفسور استفان جوفی و دکتر گریگوری ابستان تاریخ طبیعی/ پلینی کبیر مجموعه مقالهﻫای کنفرانس لیزر و کاربردهای آن در ایران (تهران-ایران) سازمان انرژی اتمی ایران/ چاپخانه وزار ت نیرو The Nd-YAG Laser in ophthalmology (Roger F.steinert) Laser therapy in Glaucoma (wilensdy) Ophthalmic lasers liespcrance سایتﻫای اینترنتی: www.Yahoo.com www.Google.com www.Altavista.com www.Lycos.com www.Dogpale.com www.laserdarmani.com