ليزر و مادون قرمز

مقدمه:

بدون شك ليزر يكي از برجسته‌ترين ابزار علمي و فني قرن بيستم بشمار مي‌آيد . پيشرفت سريع تكنولوژي ليزر از سال 1960 ميلادي ، هنگامي كه اولين ليزر با موفقيت تهيه شد ، شروع گرديد . ليزر امروزه در زمينه‌هاي گوناگون از قبيل بيولوژي ، پزشكي ، مدارهاي كامپيوتر ، ارتباطات ، سيستم‌هاي اداري ، صنعت ، اندازه‌گيري در زمينه‌هاي مختلف و … بكار برده مي‌شود . ليزر يك منبع نور خاص است و بطور كلي با نور لامپهاي معمولي ، چراغ برق ، نور فلورسانت و غيره تفاوت فاحش دارد و در مقايسه با ساير منابع نور : در رده‌اي با مشخصات فوق‌العاده نوري قرار دارد . اين مطلب با عنوان اينكه نور ليزر از همدوستي (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بيان مي‌شود . ليزر را مي‌توان در مقايسه با ساير مولد‌هاي نوري كه فقط نور را منتشر مي‌كنند ، يك فرستنده نوري پنداشت . تا قبل از ظهور ليزر محدوده فركانس امواج راديوئي و محدوده نوري از نقطه‌ نظر همدوستي با يكديگر اختلاف داشتند . در فيزيك راديوئي بطور گسترده‌اي امواج همدوس مورد استفاده قرار مي‌گيرند و اين در حالي است كه امواج نوري (اپتيكي) غير همدوس نيز در اختيار است . در گذشته كتب درسي تنها مكاني بود كه امواج ليزري مورد بحث قرار مي‌گرفت . اين امواج هنگامي واقعيت پيدا كردند كه ليزر اختراع گرديد . دانش مربوط به ليزر در حقيقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه اين رشته از دانش فيزيك در حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تكامل است . معذالك نمودهاي نوظهور آن در معرض كاربردهاي جالب قرار گرفته‌اند . آنچه در اين تحقيق مورد بحث قرار مي‌گيرد كاربردهاي ليزر و ليزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري و قوانين بين‌الملل در مورد اين تكنولوژي برتر مي‌باشد .

بسوي ليزر:

فكر ساختن وسيله‌اي كه نور همدوس توليد كند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . در سال 1985 فيزيكدان مشهور آمريكايي چالز تاونز راه اين كار را پيدا كرد . دو سال بعد دانشمند ديگر آمريكايي ، تئودور مايمن به نظريه تاونز جامه عمل پوشاند و اولين ليزر را با بلوري از ياقوت مصنوعي ساخت اين دو بعداً به دريافت جايزه نوبل نايل آمدند . يك ليزر ياقوتي ساده از سه بخش تشكيل مي‌شود : استوانه‌اي از ياقوت مصنوعي ، يك چشمه نور ـ مثلاً يك لامپ گزنون كه مانند لامپ نئون كار مي‌كند . ( گزنون و زنون هر دو از گازهاي بي‌اثرند يعني اتمهايشان با اتمهاي ديگر مولكول نمي‌سازد . ) ـ و يك بازتابنده كه نور را از لامپ گزنون به ياقوت هدايت مي‌كند استوانه ياقوتي ، بخش اصلي دستگاه است . قطر آن در حدود 7 ميليمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صيقل خورده و نقره اندود شده است تا آينه كاملي باشد . قاعده ديگر نيز نقره اندود است ولي نه كاملاً به طوري كه مي‌تواند قسمتي از نور را از خود عبور دهد . ياقوت بلور اكسيد آلومينيوم است كه در آن تعداد نسبتاً كمي اتم كروم معلق است . اتمهاي كروم از طريق گسيل القايي ، كوانتوم نور توليد مي‌كنند ، اتمهاي اكسيژن و آلومينيم كه بقيه بلور را تشكيل مي‌دهند فقط اتمهاي كروم را در جايشان نگه مي‌دارند. اتمهاي كروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زيادي الكترون در مدارهايشان دارد . در اين جا فقط الكتروني مورد توجه ماست كه بيش از ديگران برانگيخته مي‌شود . لازم به ذكر است واژه ليزر از حروف اول (( تقويت نور بوسيله گسيل برانگيخته تابش )) در زبان انگليسي گرفته شده كه آن را مي‌توان توسعه “maser” تقويت ميكروويو بوسيله گسيل برانگيخته تابش در محدوده فوتوني طيف امواج الكترومغناطيسي دانست . در سال 1917 اينشتين براي اولين بار وجود دو فرايند براي گسيل تابش را بصورت زير پيشگويي كرد . 1 . گسيل خودبخود spantaneous 2 . گسيل برانگيخته stimulated دانشمنداني همانند townes و schawlow در امريكا و basov و prochror از روسيه قديم امكان استفاده از روش دوم (گسيل برانگيخته) را براي يك طراحي نور همدوس كشف كردند . در سال 1958 ميلادي مي‌من ( muiman ) اولين ليزر ياقوت سرخ ruby را به نمايش گذاشت . در سال 1960 ميلادي علي ج.ان در امريكا اولين ليزر گازي He_Ne را ساخت و از آن به بعد ليزرهاي گوناگون بمانند گازي ، مايعات ، مواد شيميايي ، جامدات و تهيه رساناها با قابليت‌هاي متفاوت و ويژگيهاي گوناگون براي كاربردهاي مختلف ساخته و بكار گرفته شد .

سرگذشت ليزر:

شاولو وتاونزدريافتند كه بسياري ازكريستالها بويژه نمكهاي خاكهاي كمياب مانند نئوديميوم ويژگيهاي طيفي وفلئورسانس دارند كه ممكن است محيط مناسبي براي ليزرباشند همچنين ايشان پي بردند كه خصوصيات خطهاي طيفي اين مواد اميدواركننده مي نمايند زيرا خطها بسيارتيزند وداراي عمرتشعشعي نسبتا درازي هستند به اين معني كه درگذرآنها الكترونهايي كه خطهاي طيفي را به وجود آورد ه اند پس ازتحريك شدن زمان نسبتا درازي طول مي كشد تا به حالت نخستين خود برسند اين خاصيت براي عمل ليزري ضرورت دارد . ياقوت اين گوهرگرانبها كه قبلا فقط به عنوان زيورمورد استفاده قرارمي گرفت چند كاربرد آزمايشگاهي نيز يافت كه مهمترين آنها فعاليت درميزرحالت جامد بود. درواخر1959 واوائل 1960 دكترتي . اچ . مي مان دانشمندي كه درآزمايشگاههاي پژوهشي هيوز سرگرم كاربودمشاهده ي خود را براي اولين بارگزارش داد: دسته ي معيني ازالكترونهاي ياقوت درتراز خود براثرتحريك نوري وآشكارسازي جذب نوري بين دوحالت تحريك شده دراين كريستال تغييرمي كند. ميزر تشعشع همدوس مي گسيلد دويا چند منبع موج هنگامي همدوس گفته مي شوند كه اختلاف فازبين دونقطه ازاين دومنبع هميشه ثابت بماند. اين تعريف براي موجهاي با فركانس يكسان است اما مي تواند درباره ي موجهاي با فركانس متفاوت نيزبه كاررود به شرط آنكه موج ها يكسان باشند.اين قسمت ازهمدوسي(( همدوسي زماني)) موج ناميد ه مي شود. مد ديگري ازهمدوسي ممكن است درجهتهاي عمود برجهت پخش وجود داشته باشد اين ((همدوسي جانبي )) ناميده مي شود. اهميت خصوصيات ضروري همدوسي جانبي براي قابليت استفاده ي موجهاي همدوس بيشتراست. درليزرتشعشع نتيجه ي گسيلش خود بخود گذرهاي اتمي است. چنانكه قبلا مشاهده كرديم تشعشع گسيليده به وسيله ي ليزرهمدوس است .اين خاصيت يكي ازبرجسته ترين جنبه هاي آن است .همدوسي آن اجازه را مي دهد كه ازآْن چنانكه بعدا اشاره خواهد شد به عنوان يك دستگاه مخابراتي براي حمل اطلاعات استفاده شود. ونيزنورهمدوس را طوري مي توان ميزان كردكه حداكثرتمركز انرژي حاصل شود. شاهكاري كه بانورناهمدوس به علت محدويتهاي بنيادي كه شرايط هندسي رجهاي موجي نورايجاد مي كند ناممكن است .

اجزاي اصلي در يك ليزر :

محيط فعال (active medium) : محيط فعال مجموعه‌اي از اتم‌ها و مولكول‌ها ، با يونها در حالت جامد ، مايع يا گازي است كه همانند تقويت‌كننده عمل مي‌كند . منبع تحريك :وسيله‌اي براي ايجاد شرايط لازم جهت گسيل ليزري كه اين شرايط اساسي را وارونگي جمعيت (inrerted population) مي‌نامند و ممكن است منبع تحريك نوراني و يا الكتريكي و … باشد . مثلاً در ياقوت قرمز اين منبع از يك لامپ فلاش و در ليزر He - Ne پتانسيل الكتريكي در حدود چند هزار ولت است . اگر در محيط فعال چگونگي تقويت يا تضعيف را بررسي كنيم خواهيم ديد كه شدت تحريك I با وارونگي جمعيت وابستگي كمي دارند .

اصول كار ليزر:

محيط فعال و عناصر ديگر در داخل مشدد نوري قرار دارند . مشدد محور نور در ليزر را تعيين و نور ساطع شده در امتداد محور تابش مي‌كند . بايد توجه داشت كه يك ليزر مي‌تواند نور را در يك يا دو امتداد مخالف در امتداد محور نوري ساطع كند . ماشه تحريك يك ليزر بوسيله سيستم پمپاز شروع بكار مي‌نمايد . كار اين سيستم تحريكي عناصر فعال است كه در اثر آن جمعيت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌كننده ايجاد مي‌گردد . مشدد نور (همراه با عناصر) اضافي عمل گزينش را بر روي حالات فوتوني تدارك مي‌بينند . در نتيجه ، يك تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش ليزر در امتداد محور حاصل مي‌شود . محيط‌هاي فعال و روش‌هاي تحريك : مواد فعال زير در ليزرها بكار برده مي‌شوند : گازها و يا مخلوطي از گازها (ليزرهاي گازي) بلورها و شيشه‌هاي ممزوج با يونهاي مخصوص (ليزرهاي جامد) مايعات (ليزرهاي مايع) نيمه‌هادي‌ها)ليزرهاي نيمه‌هادي(

كاربردهاي ليزر :

در نظر اول فهم اين نكته مشكل است كه چرا با نور ليزر مي‌توان يك تيغه را سوراخ كرد ولي با نور معمولي ، مثلاً نور يك لامپ الكتريكي ـ هر قدر هم قوي باشد اين كار ميسر نيست . اين سئوال سه جواب دارد : اولاً نور لامپ ناهمدوس است يعني فوتونهاي لامپ همفاز نيستند و با مختصري اختلاف زماني به هدف مي‌رسند ، در حالي كه فوتونهاي تابه ليزري ، همه دقيقاً با هم حركت مي‌كنند و درست در يك نقطه به هدف مي‌رسند . دليل دوم اين كه نور از چشمه‌هاي ديگر كوبنده‌تر است ، اين است كه تابه نور معمولي فقط از يك طول موج معين تشكيل شده است بلكه شامل طيف نسبتاً وسيعي از طول موج‌هاست . اين مطلب ، دليل سوم را نيز در بر مي‌گيرد : نور معمولي بر خلاف نور ليزر به شكل تابه‌اي باريك و موازي توليد نمي‌شود ، بلكه راستاهاي مختلف را اختيار مي‌كند .

نور ليزر براي روشنايي :

ليزرهاي حالت جامد و ليزرهاي تزريقي درخشهاي كوتاه بسيار روشني توليد مي‌كند كه براي عكسبرداري بسيار سريع ، ايده‌آل است . ما در عصري هستيم كه سالانه ميليونها پوند صرف ساختن هوانوردهاي سريع ـ اعم از موشك‌هاي بالستيكي ، قاره‌پيما يا هواپيما مي‌شود . بايد دانست كه سرعتهاي زياد چه بر سر اجسام متحرك مي‌آيد و يكي از بهترين راههاي اين كار عكسبرداري از جسم در حال حركت است . سرعت بعضي از پرتابه‌ها بقدري زياد است كه اغلب چندين كيلومتر در ثانيه كه حتي عكسي كه به كمك سريعترين فلاشهاي متداول از آنها گرفته مي‌شود ، چيزي جز تصويري محو نيست . از آنجايي كه حتي سريعترين پرتابه‌ها هم در اين مدت فاصله بسيار كمي را خواهند پيمود ، عكسي كه با درخشش ليزري از اجسام تيز پرواز گرفته مي‌شود ، واضح و دقيق خواهد بود . ارتش آمريكا سرگرم آزمايش با تلويزيون ليزري براي استفاده در گشتهاي شبانه مخفي با هواپيماست و طراحان نظامي درصدد ساختن كلاهك بمب‌هايي هستند كه هدف را با استفاده از پرتو ليزري نامرئي مادون قرمز پيدا كنند .

استفاده از ليزر در فاصله‌يابي :

يافتن فاصله هدف مورد نظر از مشكلات دائمي توپچيها و ضدهوايي‌ها بوده است . فاصله‌ياب ليزري ، اساساً از يك ليزر ، يك منبع توان ، يك سلول فتوالكتريك و يك كامپيوتر رقمي كوچك تشكيل مي‌شود . پرتويي كه ليزر مي‌فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابيده مي‌شود و وارد سلول فتوالكتريك مي‌گردد . از روي زمان رفت‌وبرگشت فاصله هدف ، توسط كامپيوتر محاسبه و بر حسب هر واحدي كه بخواهد ثبت مي‌شود . نوعي فاصله‌ياب ليزري كه براي ناتو ساخته شده ، به اندازه يك تفنگ نسبتاً بزرگي است كه منبع توان و كامپيوتر آن را مي‌توان در بسته‌اي روي پشت حمل كرد . فاصله‌يابهاي ليزري تا مسافت 11 km را با دقتي حدود 5/4 متر تعيين كرده‌اند

اندازه گيري بوسيله ي ليزر:

امروزه مردم درامريكا وبيشتركشورهاي اروپايي غربي هرچند كيلومتردرمسيرخود ناظرگنبدهاي عظيم را دارهاي رديابي نظامي برفراز تپه ها كه بدون توقف مراقب موشكها يا هواپيماهاي ناشناس يا رادارهاي پنهاني ( گاهگاهي درنزديكي شهرعلامت رادارديده مي شود) كه بوسيله پليس براي رديابي ومشخص كردن راننده هايي كه سرعت اضافي دارند هستند. وظيفه هاي راداررا مي توان به طورجامع به سه زمينه طبقه بندي كرد:
1- جستجوي هدف زميني يا هوايي كه استفاده ازراداربسيارشبيه نورافكن است وبخشهايي اززمين را روشن مي كند موج راداركه به سوي گيرنده دريك هواپيما يا يك برج بازتابيده شده يك پرتو افكني كلي رادارمي تواند بخشهاي وسيعي ازآسمان را به منظورهاي راهبري تعيين هويت وكنترل ترافيك هوايي بپوشاند.
2- فاصله ي يك نقطه ازناظررا مي توان به دست آورد دراين مورد راداربه عنوان يك دستگاه اندازه گيري نسبتا دقيق به كاربرده مي شود .نقشه بردارها وزمينفيزيكدانها دستگاههاي كوچك رادار را براي مشخص كردن فاصله يا نقطه ها ي غيرقابل دسترسي روي زمين جهت اندازه گيري ومنظورهاي مربوطه به كا ربرده اند. تاكنون مورد بسياروسيع دراين زمينه تراگسيل نوسانهاي راداري خيلي نيرومند ( صدها ميليون وات ) تا فاصله اي به دوري سياره ي زهره بوده وسيگنال بازگشتي بوسيله ي يك گيرنده ي ثابت زميني دريافت شده است . اين آزمايش صحيح ترين اندازه ي فاصله ي زهره اززمين را درزمان معين دراختيارگذارده .
3- متداولترين بهره برداريهاي راداردرزمينه ي به اصطلاح دوپلر است كه نه فقط محل هدف بلكه ميزان تغييرمحل ( سرعت با شتاب ) آن را نيز تعيين مي كند . كاربرد رادار(( دوپلر)) براي اندازه گيري تغيير درمحل يك هدف دربرنامه هاي فضايي وموشكي اهميت دارد. دراينجا سرعت وشتاب موشك با سفينه ي فضايي از پايگاه اصلي يا يك ايستگاه كنترل بايد بسيار صحيح تعيين شود .نه فقط براي راهبري موشك يا سفينه ي فضايي به سوي مقصد آن بلكه آشكارساختن انحراف ازمسيرتعيين شده ي پروازودرصورت لزوم انهدام تا ازسقوط آن ميان منطقه ي پرجمعيت جلوگيري به عمل آيد. رادار ليزري براصل فرستادن يك تابه ي ليزر به سوي هدف وتوجه به زمان بازگشت آن درزماني كه به درون يك تلسكوپ درايستگاه گيرنده بازتابيده مي شود متكي است . سيستم رادار ليزري درفضا مؤثرتراست زيرا درفضا برخلاف جو چيزي وجود نداردتا سيگنال را بتنكد وبراي آن ايجاد مزاحمت كند. تا كنون امتيازهاي برجسته اي براي عمليات رادار ليزري زميني يافت نشده به جزدرموارد بسيار استثينايي صافي جو بسياري ازدانشمندان وشركتها كه درزمينه ي تكنولوژي فضايي فعاليت دارند رادار ليزررا دركاربردهاي فضايي مانند مسافت يابي – مخابره ي بين دوسفينه – نزديك شدن مداري يا ملاقات درفضا – يا براي كنترل نزديك شدن يك سفينه ي سرنشين دار به يك اخترمثلا ماه مورد توجه قرارمي دهند.

استفاده از ليزر در هوانوردي و دريانوردي :

يكي از بديعيترين وسايل ليزري ، ژيروسكوپ ليزري است . ژيروسكوپ معمولي اساساً چرخ دواري است كه بسرعت مي‌چرخد . به دليل اين چرخش ، محور چرخ همواره در يك صفحه باقي مي‌ماند . محور ژيروسكوپ چرخنده هميشه در يك راستا باقي مي‌ماند و تغيير مسير كشتي تأثيري بر آن ندارد . اين محور ، كار يك ((خط مبنا)) را انجام مي‌دهد كه تغييرات جهت كشتي را از روي آن مي‌توان تشخيص داد . سفينه‌هاي فضايي كه غالباً بي‌سرنشينند تنها به كمك ژيروسكوپ مسير خود را حفظ مي‌كنند . اين ژيروسكوپ متشكل است از يك ليزر گازي مثلاً ليزر هليوم ، نئون كه از هر دو انتهايش نور همدوس خارج مي‌شود . با نصب اين ژيروسكوپ به سفينه فضايي ، انحراف سفينه از مسير ، قابل تشخيص است .

استفاده از ليزر در پزشكي :

ليزر بعنوان يك منبع قوي انرژي ، در پزشكي نيز بكار گرفته شده است بخصوصدر امريكا كه زادگاه ليزر بود و هنوز هم موطن آن است . به عقيده برخي جراحان ، ليزر براي بريدن اعضايي كه رگهاي خوني بسيار پيچيده دارد ـ مانند مغز ـ فوق‌العاده مناسب است. تابه ليزر در حين قطع‌كردن رگهاي خوني ، با سوزاندن، دهانه آنها را مي‌بندند . برخي از چشم‌پزشكان ليزر را براي جوش‌دادن جداشدگي شبكيه چشم ، مفيد يافته‌اند .

كاربرد ليزري در نوسازي صنعت :

گسترش تكنولوژي ليزر در دهه گذشته در تمامي شاخه‌هاي زندگي رشد فزاينده‌اي داشته است به گونه‌اي كه امروزه ليزر جزء لاينفك زندگي انسان محسوب مي‌شود يكي از شاخه‌هائي كه ليزر از ابتداي اختراع آن بيش از ديگر زمينه‌هاي كاربردي مورد توجه محققين و متخصصين قرار گرفت ، كاربرد صنعتي ليزر بوده است . برش‌كاري توسط ليزر از همان روزهاي آغازين تولد ليزر مورد توجه بسياري از علاقه‌مندان و صنعتگران كه به آينده درخشان كار خود اميد داشتند قرار داشت . پرتو ليزر با توجه به ويژگيهاي منحصر خود كه شامل تك‌رنگي ، همدوسي ، شدت بالا و واگرائي كم است نشان داد كه با بكارگيري آن مي‌توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلكه به تحول كيفي محصولات آن اميد فراواني پيدا نمود .بدنبال ساخت اولين ليزر گازكربنيك در سال 1964 اين امكان فراهم‌شد كه بتوان با حداقل امكانات ليزرهاي پرقدرتي در ناحيه حرارتي مادون قرمز ، همان منطقه‌اي كه موردنياز صنعت است تهيه و به بازار عرضه نمود . اينك وسيله‌اي پا به عرصه وجود گذاشته بود كه امكان فراهم‌نمودن يك منبع حرارتي قابل كنترل و در عين حال بسيار باريك به راحتي در دسترس كاربران قرار مي‌گرفت . با يك نگاه گذرا اما عميق به نقش ليزر در صنعت مي‌توان به اين نكته واقف شد كه ليزر تحولي بي‌سابقه در اين عرصه ايجاد كرده است كه دامنه رشد آن هر روزه گسترش مي‌يابد . امروزه اگر شاهد محصولاتي باشيم كه به جهت كيفي و مرغوبيت در كمترين زمان به بازار عرضه مي‌شوند ، متوجه نقش و اهميت ليزر در صنعت خواهيم بود . اثربخشي ليزر در تمامي زيرشاخه‌هاي صنعت امري محسوس و غيرقابل انكار است .براي مثال برش‌كاري، سخت‌كاري ، سوراخكاري ، علامت‌زني ، بيشترين كاربردها را در خانواده صنعت عهدا‌دار بوده است . آمارها نشان مي‌دهد بيش از 85% فعاليت‌هاي صنعتي در همين موارد خلاصه مي‌شود . امروزه بكارگيري ليزر در شاخه‌هاي مورد اشاره بالا امري طبيعي ، روتين و با يك سابقه 20 ساله مملو از تحقيقات و تجربيات فراوان است . در خصوص برشكاري اين امكان فراهم مي‌شود كه پرتوي ليزر توسط يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده بطوريكه در زماني نزريك به يك‌هزارم ثانيه درجه حرارتي بيش از 4000 درجه سانتي‌گراد بر روي قطعه‌كار (فلز) ايجاد مي‌كند . نتيجه اين عمل ذوب‌شدن لحظه‌اي فلز در يك باريكه‌اي به قطر 1/0 ميلي‌متر است . اينك با حركت‌دادن 2 آينه كه نقش هدايت پرتو ليزر بر روي عدسي مورد‌نظر را دارد اين امكان فرهم مي‌شود كه پرتو ليزر در جهت x و yحركت نموده و براحتي هر شكلي را كه مايل باشيم بر روي قطعه كار ايجاد نماييم . از ديگر مزاياي بكارگيري ليزر در برش‌كاري مي‌توان به : افزايش سرعت كار ، دقت بالا ، كمترين خسارت حرارتي به قطعه‌كار اشاره كرد .در زمينه جوشكاري نيز بكارگيري ليزر مزاياي قابل‌ملاحظه‌اي را در صنعت بدنبال داشته است . در نگاه اول جوشكاري با ليزر بنظر مي‌رسد كه قادر است براحتي و در كمترين زمان ممكن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه‌هاي مختلف به يكديگر جوش دهد بلكه با اين تكنيك اين امكان فراهم شده است كه فلزات غيرهمنام نيز به يكديگر جوش داده شوند . ليزر در كنار يك CNC يك سيستم كامل ليزر جوش را ايجاد مي‌كند كه با كمك آن صنعت گران قادرند با سرعت زياد ، دقت بالا و حداقل هزينه مصرفي از قابليت‌هاي آن استفاده نمايند . يكي از شاخه‌هاي صنعت كه در دو دهه اخير مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پديده بهينه‌سازي و بكارگيري مواد با آلياژهاي مختلف با طول‌عمر بالاست . هر قطعه مكانيكي بعد از يك دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و بايد قطعه‌هاي نو جايگزين آن شود .قطعاتي مانند مته‌ها ، توربين‌ها ، تيغه اره‌ها و سيلندرها دچار بيشترين ساييدگي و پوسيدگي هستند لذا بيش از عناصر تشكيل‌دهنده مورد توجه قرار گرفته‌اند . امروزه با كمك ليزر مي‌توان عمل سخت‌كاري بر روي لايه‌هاي سطحي فلزات انجام داد . به گونه‌اي كه طول‌عمر آنها به ميزان قابل‌توجه‌اي افزايش پيدا‌ كند . اين عمل نه تنها صرفه‌جويي فراواني را به‌همراه دارد بلكه در حداقل زمان ممكن صورت مي‌پذيرد . امروزه عمل سخت‌كاري با ديگر روش‌ها نيز صورت‌ مي‌پذيرد اما عملاً هيچيك از آنها نتوانسته جايگزين خوبي براي ليزر باشد .علامت‌زني بر روي قطعات مختلف با مواد مختلف از نكات حائز اهميت حوزه صنعت بشمار مي‌رود بسياري از توليدكنندگان مايلند جهت جلوگيري از سوءاستفاده محصولات تقلبي به گونه‌اي محصولات اصلي را از نمونه‌ تقلبي متمايز نمايند . حك‌كردن علامت و يا يك آرم مشخص با دقت بالا يك راه حل خوبي به‌نظر مي‌رسد كه ساليان سال مورد استفاده قرار گرفته است . به همين خاطر با متمركز كردن پرتو ليزر در ابعادي حدود 50 ميكرون با كمك 2 اسكنر مكانيكي ميتوان هر شكل دلخواهي را در اندازه‌هاي مختلف بر روي محصولات حك نمود .سرعت حكاكي به قدري بالاست كه اين فرايند ظرف چند ثانيه به اتمام خواهد رسيد . امروزه حك‌نمودن 300 حرف در يك ثانيه توسط ليزر امري عادي بنظر مي‌رسد . از آنجا كه تمامي كنترل و هدايت اين فرايند توسط كامپيوتر صورت ‌مي‌گيرد ، كاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود . حكاكي با ليزر هيچگونه محدوديتي جدي به جهت نوع جنس فراهم نخواهد كرد . دستگاههاي حكاكي ليزري با قيمت‌هاي نازلي قابل تهيه از سازندگان آن مي‌باشند . يكي از كاربردهاي پرطرفدار ليزر در صنعت در امر سوراخكاري مي‌باشد . ايجاد نمودن سوراخهاي بزرگ و ريز بر روي موادي مانند چوب ، فلز امري عادي بنظر مي‌رسد . اما همين كه مايل باشيم اين عمل را در ابعاد چند ميكرون و بر روي موادي مانند سراميكها ، شيشه و پلاستيك انجام دهيم خود پي مي‌بريم كه اگر نگوييم غيرممكن ، بسيار مشكل خواهد بود . اما امروزه به كمك ليزر اين عمل در كمتر از ثانيه و با آهنگ بالا قابل اجرا و تكرارپذير است . و اين همان چيزي است كه صنعتگران ساليان سال بدنبال آن بوده‌اند . اميد است در آينده‌اي نه‌چندان دور شاهد بكارگيري اين فناوري جديد در عرصه صنعت بوده و با اين كار بر دامنه فعاليت‌هاي ليزر ، اين نور شگفت‌انگيز بيافزاييم .
سلاحهاي ليزري و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري :
غير قابل اجتناب است كه ميدان جنگ ليزري به طور محسوسي سالهاي آينده جنگ را تهديد نكند . اين نتيجه نه تنها توسعه و استفاده از سلاحهاي ليزري مفيد است بلكه نتيجه شمار فزاينده‌اي از وسائل ليزري از قبيل مسافت‌ياب و هدف‌ياب مي‌باشد . بنابراين در نيروهاي مسلح لازم است كه از حساسه‌ها و توسط اقدامات عامل و غير عامل الكترومغناطيسي حفاظت شود . تهديد اوليه ليزري از خود سلاحهاي ليزري بوجود مي‌آيد . نگهداري و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري مسائل مشكلي است كه تاكنون حل نشده باقي مانده‌اند .

فضا:

درسال 1964 ناسا توانست ازمركز پروازهاي فضايي گدارد يك تابه ي بازتابيده ي ليزري ماهواره ي مداري را آشكارسازد. درژانويه 1965 دانشمندان نيروي هوايي توانستند ازيك تابه ي نوربازگشته ي ليزري ازماهواره ي لارگوس كه به وسيله ي ناسا درارتفاع 1500 كيلومتري زمين درمدار قرارداده شده بود عكسبرداري كنند. براي دانشمندان ناسا تشخيص سيگنال ليزرازتشعشع زمينه با نوفه دشواربود. اما نيروي هوايي توانست بدون توسل به يك اقدام فني پيچيده دربه دست آوردن يك سيگنال واضح وقابل اندازه گيري ازماهواره پيروزشود.
اين ليزر ودستگاه آشكار سازي آن بربام ساختمان آزمايشگاه مربوط به تسهيلات مركز پژوهشي كمبريج نيروي هوايي درهانس كومب -فيلد بدفورد – ماساچوستس نصب شده بود. پروژه ي نيروي هوايي لارگوس ناميده شد. اين طريقه ي تحصيل مثلثش مستلزم روشن كردن ماهواره هاي ليزري است كه مجهز به بازتابنده هاي گوشه اي باشند وازآنها روي زمينه ي ستاره ها عكسبرداري شود. اين طرح (( مثلثش فضايي ))‌ ناميده شده زيرا دودستگاه يا بيشتر كه محل يكي ازآنها دقيقا شناخته يك تصويردقيق يك لكه به وجود خواهد آمد. دانشمندان نيروهاي هوايي توانستند ازسيگنال بازتابيده كه قطعا كم شدت شده محل ماهواره را درفضا مشخص مي كند ايستگاههاي ديگرممكن است درنزديكي (( ايستگاههاي شناخته شده ))‌ قرارگرفته باشند. اطلاعات درباره ي زاويه ها با عكسبرداري ازتصويرماهواره نسبت به موقعيت معلوم ستاره ها وبردمورب تا ماهواره ازبرد خوانده شده ي تابنده ي رادار ليزري به دست مي آيد. اين انديشه ازعمليات زمين پيمايي ماهواره آنا ناشي شده است ماهواره هاي آنا داراي بيكن ها يي هستند كه بنا به فرمان روشن مي شوند وازآنها درزمينه ستاره ها عكسبرداري مي كنند. لارگوس به سادگي به وسيله ي باز تابنده هاي غيرفعال جانشين منابع نيروي الكترونيكي پيچيده وبيكنهاي ماهواره ها شده است. منبع نوردرروي زمين جايي گذارده شده كه بتوان آنرا تعمير بازرسي ودرصورت نياز تعويض كرد. همچنين لارگوس داراي امكانات جالبي دردادن اطلاعات مربوط به برداست كه به وسيله ي آنا عملي نيست . محاسبات نسان داد كه دست كم 100 ژول انرژي ليزري با يك واگرايي تا به 10 تا 15 دقيقه قوس مورد نياز است. اين واگرايي باري سيستم رادارنوري نسبتا بزرگ است اما لازم است زيرا به سبب اشتباهات تعيين محل ماهواره درآسمان نمي توان ليزررا به طوردقيق روي سفينه فضايي نشانه رفت. نيروي هوايي متوجه شدكه درازي مدت تپه نبايد كمترازيك وبيشتراز3 هزارم ثانيه باشد. ايزرمورد استفاده يك دستگاه ياقوتي بود كه دردماي هيدرژن مايع كارمي كرد. بازتابندگي ازماهواره با عكسبرداري به وسيله photoreceiver گزارش مي شداين دستگاه شامل يك لامپ نورفزوننده بود كه درانتهاي يك تلسكوپ باتابنده ي تنظيم نشده ي 27و1 سانتيمتري با يك پالايه ي 15 آنگسترمي قرارداده شده درمركز 6935 آنگسترم نصب شده اين گيرنده ي نوري روي يك فرستنده ي ليزري سوارشده بود تا نشانه روي را آسان سازد. مسئله اساسي دررديابي ماهوره ها ازاينجا ناشي مي شود كه سرعت اين هدف نسبت به زمين بسيارزياد است. دراين لحظه ماهواره تمام قطرتابه را در6و0 ثانيه طي مي كند ازاينرو مدت تابش بايد كوتاه باشد وگرنه به جاي بوده عكسبرداري كنند. با وجود اين به سادگي عكسهاي آنها قابل تشخيص بود همچنين گيرنده ي عكاسي سيگنال را دريافت كرد ولي نتيجه معين ودقيقي به دست نيامد اما معلوم شد كه اين طرح عقلايي است ودانشمندان نيروي هوايي طرح آزمايشهاي بيشتري را تهيه كرده اند كاربرد گيرنده ي عكاسي سرانجام امكان آشكارسازي وثبت نورليزر را خواهدداد وممكن است ايجاد يك شبكه ي جهاني براي رديابي ماهواره اي ونقشه برداري زميني عملي شود. اما مسائل ديگري باقي مي مانند كه شامل اثرجو روي نورليزر قطبيده ي باريك باند وبه كارانداختن همزمان تعدادي گسيلنده هاي ليزري كه ممكن است فاصله ي زيادي ازيكديگر داشته باشند مي شوند. اما دربرابرتكنولوژي فعلي هيچ مسئله اي نمي تواند دوام داشته باشد ويقين روزي فراخواهد رسيد كه توجيه بسياردقيق نقاط روي زمين امكان پذيرباشد. علاوه براين ليزر دركاربرد خود وظيفه ي ديگري را برعهده خواهد داشت وآن افزايش دقت وراحتي مسافرت هوايي وتكميل طرح نقشه برداري زميني آنا به گونه اي سودمند خواهد بود. برخي بررسيهاي اساسي دراين باره به وسيله ي ال . ايليف وديگران درآزمايشگاههاي پژوهشي كمبريج نيروي هوايي دربدفورد ماساچوستي انجام گرفته است.

ليرزهاي فروسرخ دور:

مشاهد ه كرده ايم كه بيشترگسيلندهاي ليزرنزديك منطقه ي فروسرخ طيف نوركه به طول موج حدود 20 ميكرون گسترش مي يابد كارمي كنند. ليزر گازي هليوم – نئون دراطراف 63و0 ميكرون كارمي كند حال آنكه ياقوتي دراطراف 69و0 ميكرون وليزر گازي نئوديميوم حدود 06و1 ميكرون درمد تپه اي كارمي كنند. گسيلش ديگرليزر نئون هليوم درمنطقه ي 1و1 ميكرون است. حدود كارگزنون 9 ميكرون است . اساسا كوشش كمي درمنطقه ي فروسرخ حدود 50 ميكرون تا نزديك منطقه ي كهموج حدود 1000 ميكرون انجام گرفته است. درسال 1962 نوسانهاي ليزري با گزنون به طور قطع درمنطقه ي 5و18 ميكرون تثبيت شد. دراين جا پرسشي پيش مي آيد كه آيا هنوز بابودن ليزر دروسط يا بالاي منطقه ي فروسرخ بايد آن را (( ليزر))‌ ناميد؟ گارت پيشنهاد كرد ليزري كه درمنطقه ي بالاي فروسرخ وآن سوي 15 ميكرون كار مي كند بايد ميزر ناميده شود .اين پيشنهاد عقلايي است چون وسايل نوري معمولي حتي آنها كه موادي مانند سنگ نمك براي منشورها وعدسيها به كار مي برند متمايل به از دست دادن اثرخود درآن منطقه هستند ولي فيزيك وتركيبات فيزيكي ميزر متمايل به پايداري درآن است. درپايان سال 1963 نوسانهاي همدوس ازنوع ميزر يا ليزر به منطقه ي 133 ميكرون گسترش يافت . اين نوسانها ازراه تغييرحالت پيچيده ي اتمي كه هنوزهم به طوركامل فهميده نشده به دست آمده اند .تمام سازوكارها نوسانهاي گازي تحت نفوذ ميدانهاي برقي ويا مغناطيسي هنوز به طور كامل تجزيه وتحليل ودرك نشده است. ليزرها ياميزرهاي گازي تنها دستگاههاي عملي بوده اند كه تاكنون درمنطقه ي فروسرخ دوركاركرده اند. ليزرهاي جامد نوسانهاي زيادي درآن سوي منطقه ي 2 ميكرون انجام نداده اند . دليل عمده آن است كه گازها برخلاف بيشتر جامدها درمنطقه ي فروسرخ باندهاي وسيع جذب ندارند. وانگهي تغيير بيشترحالات اتمي فروسرخ دوردرجامدها درمقايسه با تغييرات مشابه درگدازه ها بسيارضعيف هستند. دليل مهم ديگر آن است كه درگاز هراتم با همسايه خود فاصله بيشتري دارد تا اتمهاي جامدات نسبت به يكديگر يعني تاثير متقابل بين اتمها كمتراست وهراتم مي تواند بي آنكه امكان دخالت اتم همسايه برود با مد مشخصتري نوسان كند. درنتيجه خطهاي گسيلش مايل به باريك شدن هستند . درميزر اين دوعامل اهميت دارند اما به سبب چگالي كم ماده ي فعال يعني گاز امكان تشعشع شديد نيست . درگازنسبت به جامد تعداد كمتري اتمهاي تشعشع كننده درواحد حجم وجود دارد. درنتيجه نيروي بازداده ي ليزر گاز به طوركلي مقدارقابله توجهي كمترازليزر جامد است. ازسوي ديگر نيروي در داده ي ليزر ياميزر به ميزان قابل توجهي كمترازآن است كه يك ليزر جامد نيازدارد وبا اين ترتيب موقعيت آن طوركه به نظرمي رسد ياس آورنيست . تركيبات فيزيكي ميزرهاي گازي فروسرخ كه گزنون – هليوم يا نئون به كارمي برند ظاهرا مشابه ليزرهاي مخلوط هليوم – نئون معمولي كه پيشتر تشريح شد به نظرمي رسند اما لامپ گازي معمولا تا اندازه اي درازتر وبه ميزان قابل توجهي قطرش بزرگتر ازليزر هليوم – نئون است . وقتي قطر افزايش مي يابد هنگامي كه داراز افزايش يافت بهره ي مجموع نيزافزايش مي يابد . همينكه طول موج افزايش يافت همراه آن لازم است كه قطرلامپ هم به منظور كاهش پراكندگي گسيلش نورافزايش يابد . مشكل تشعشع فروسرخ دورآن است كه آينه هاي بازتاب معمولي يا بازتابي جزي همينكه درليزرهاي گازي فروسرخ نزديك به كارمي روند خيلي خوب كارنمي كنند چون آينه هاي بازتابي جزيي بخش اعظم تشعشع فروسرخ را جذب مي كنند وتقريبا چيزي نمي فرستند . ازاين رو تشعشع ليزرهاي فروسرخ دور ازراه سوراخ كوچكي درمركز آينه گسيليده مي شود . تاحدودي بهمين سبب كارآيي مجموع نيرو خيلي كم است . به عنوان مثال تنها ميكرووات كوچكي درخط 4و75 ميكرون نئون به دست مي آيد حتي با به كاربدرن يك كيلو وات نيرو يا معادل آن كه درگازتخليه شده باشد . همينكه طول موج تا درازترين اندازه اي كه درحال حاضربه طور مداوم قابل حصول است افزايش يابد . اتلاف انرژي بيشتري رخ مي دهد. در4و75 ميكرون يك ميكرووات مي توان به دست آورد اما در133 ميكرون تنها حدود يك ميلي ميكرووات يا يك كيلو وات درداده به دست مي آيد. بنابراين به منظور رسيدن به يك ميزر عملي درمنطقه ي فروسرخ دور پژوهندگان مجبور بوده اند براي به دست آوردن نيروي بازداده قابل استفاده درآن سوي خط 133 ميكرون متوجه ساير گازها وسيستمها شوند. چند دانشمند شامل گروهي درآزمايشگاه ملي فيزيك درانگلستان كوشيدند تا به جاي گازهاي بيحركت اتمي با گازهاي ومولكولي عمل ميزري انجام دهند. درسال 1963 كراكت – ماتيز وجبي با استفاده ازبخارآب به عنوان واسطه ي گازي نوسانهاي نيرومندي به دست آورند.
آنها به تعدادي رديفهاي ميزري نيرومند بين 20 و100 ميكرون دست يافتند.بعدها جبي توانست نوسانهاي تپه اي در337 ميكرون به دست آورد . درتاريخ نوشتن اين كتاب اين درازترين طول موجي است كه تاكنون ازميزرهاي فروسرخ دوربه دست آمده است. متاسفانه هنوزمطالب بسيارديگري بايد درباره ي مد وطبيعت اين نوسانها روشن شود . ونيز اگربايد كارمفيدي با اين ميزرها انجام گيرد نيروهاي بازداده ي بيشتري ضرورت خواهند داشت. اما طول موج گسيلش به آن سوي منطقه ي 133 ميكرون كه ازنئون به دست آمده رانده شده است. ميزرهاي گازملكولي تا كنون تنها بيشتردرمد تپه اي عمل كرده اند تادرمد نوساني مداوم اما حتي دريك سيكل فرضي يك در10000كه درآن نيروي بازداده به طورمطلوب با ميزرها يا ليزرهاي گاز بيحركت مقايسه شده مقاديربيشترنيرو به دست آمده بودند. تكميل اين ميزرها مفهوم تازه اي ازارتعاشهاي شبكه ي كريستالي وتاثيرهاي فوتونها با اشياي جامد شفاف را مي دهد. ارتعاشات شبكه ي كريستالي وتاثيرهاي متقابل فوتونها با اشياي جامد شفاف را مي دهد. ارتعاشهاي شبكه دريك ماده فونون ناميده مي شودازقرار معلوم پديده ي ابررسانايي وابسته به تاثيرهاي متقابل الكترن – فونون است ازاين روفهم كامل ابررسانايي ممكن است با افزايش فهم پديده ي فونون حاصل شود. پيش آمدن مسائل چندي دربه كاربردن ميزرهاي فروسرخ دوربراي پژوهش فيزيكي مقدماتي نوع گفته شده دربالا غيرمنتظره نيست . مسئله آن است كه ميزرهاي فروسرخ دروضع فعلي خود قابل تنظيم نيستند. مسئله ديگروازهمه جديترفقدانآشكارسازهاي فروسرخ است كه داراي حساسيت بيشتري نسبت به آشكارسازهاي كهموج فعلي باشند. پژوهش درزمينه ي تكميل كريستالهاي جديد وروشهاي افزايش حساسيت يك آشكارسازادامه خواهد يافت .شايد ممكن باشد كه سيگنالهاي فروسرخ را به وسيله ي تدارك نيروي نوسانگر محلي ومخلوط كردن آن با سيگنال درداده همانگونه كه دريك گيرنده ي راديو سوپرهترودين عمل مي شود هترودين كنيم . امكانات بسيارزياد دركاربرد اين ميزرها ممكن است درزمينه ي كنترل واكنش شيميايي وجود داشته باشد . شايد روزي فرارسد كه بتوانيم ازراه تحريك تشعشع همدوس فروسرخ دور بنا برانتخاب مولكولهاي شركت كننده درواكنش شيميايي را تحريك كنيم اين عمل را مي توان به طريق كنترل كرد كه يك ارتعاش يا مد بخصوصي ازمولكول به اندازه ي كافي تحريك شود وواكنش را درجهت مورد نظربه وسيله ي آزمايش كننده هدايت كند.

فروسرخ، مادون قرمز، Infrared

امواج فروسرخ یا به عبارتی اشعه مادون قرمز در علم فیزیک به قسمی از طیف پرتوهای الکترومغناطیسی اطلاق می‌گردد که دامنه طول موج آنها از بالای نور سرخ مرئی آغاز و تا امواج غیرمرئی ریزموج یا مایکروویو را دربر می‌گیرند.دامنه طول اینگونه امواج تقریبا بین ۱ میلی متر تا ۷۵۰ نانومتر (معادل ۷۸۰۰-۱۵۰۰۰۰۰ آنگستروم )متغیر بوده بنابراین کوتاه تر از امواج رادیوئی مرسوم طبقه بندی می‌گردند.فرکانس ( تواتر) امواج فروسرخ حداکثر ۴۰۰ تریلون بار در ثانیه(در محدوده بسیار نزدیک به رنگ سرخ قابل دید) تا ۸۰۰ بیلیون بار در ثانیه (نزدیک به محدوده پایانی پرتوهای مایکروویو) اندازه گیری می‌گردند.اصطلاح تابش فروسرخ گرته‌برداری از نام انگلیسی آن یعنی Infrared است. واژه انگلیسی Infrared از ترکیب دو کلمه لاتین Infra به معنی فرو یا پایین و کلمه انگلیسی red به مفهوم سرخ به وجود می‌آید. وجود طول موجی بلندتر از رنگ سرخ (بلند ترین طول موج در عرصه نور مرئی)و بسامد کمتر و یا کوتاهتراز آن را میتوان علت این نامگذاری دانست.(امواج فرو سرخ طول موجشان فروتر ویا پائین تر از دامنه موج مرئی می‌باشد ).تابش فروسرخ رادر فیزیک، عموما با نام دیگری بنام گرمای تابشی و یابه عبارتی از جنس همان گرمائی که از منابعی همانند خورشید، لامپ برقی،ویا حتی از شعله هائی که از یک شمع به اطراف تابیده می‌گردنند، همسان می‌شناسند، زیرا بطور سنتی، چه درست وچه غلط، همه گونه تابش‌های حرارتی رامعمولا به امواج فروسرخ نسبت می‌دهند.
این فرض بعضا باطل، با توجه به تعاریف فوق، البته دلیل مقبولی برای توجیه اینکه چرامنبعی هما نند خورشید در مجموع، تنها قادر به تامین ۵۰٪ گرمای مورد نیاز کره خاکی از منابع تابش غیر مرئی است ومابقی آن ازبرکت تابش امواج طیف تابشی مرئی، تامین می‌شوند،نخواهد بود. نکته ظریف در اینجا، بسیار ساده‌است: هر دو نوع تابش حرارتی مرئی و غیر مرئی دارای گرمای تابشی و یا از نوع گرمای تابشی هستند. تنها تفاوت راباید نزدیکی تابش‌ها به سوی طیف مرئی سرخ و یا دوری از آن به سوی امواج ماکروویو، دانست. طیف خورشید در حالت مرئی به سمت سرخ و زرد متمایل است.هر چند که اینگونه تابش در برخی دامنه‌های نزدیک فروسرخ از طریق پوست کاملا قابل حس بوده اما اینکه الزاما منبع تابش،حتما مبایستی با تابانیدن نور مرئی از خود،آنراقابل ثبت و حس نماید ، منتفی یا مردود است.بطور مثال ،اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاهتر از ۱٫۵ میکرومتر از پوست می‌گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می‌کنند، اما دیده نمی‌شوند. همانگونه که می‌دانیم ، یک اطوی برقی باوجود اینکه هیچگاه ازشدت داغی به سرخی نگرایده و در تاریکی قابل رویت نمی‌باشد وایضا حرارت قسمت‌های مختلف بدن یک گربه در یک غروب پائیزی، همچنان می‌توانند نمونه هائی از منابع تابش فروسرخ را به ما بنمایانند.خلاصه: تابشهای فروسرخ معمولااز طریق ابزار مرسوم از قبیل دوربین‌های چشمی و عکاسی معمولی، عینک‌های آفتابی یا لنزی متعارف، چشمان غیرمسلح انسان وبسیاری دیگر ازموجودات، قابل دیدن نمی‌باشند .سپس می‌توانید تصویر یک سگ کوچک را که در طیف رده بندی تابشی نیمه-فروسرخ یا حرارتیدر رده بندی تابش‌ها گرفته شده‌است، ملاحظه کنید. توجه شمارا به دو نکته در این عکس جلب می‌کنم:
- رنگها غیرواقعی جلوه میکنند.
- عکس مذکور با فیلم حساس به IR گرفته شده‌است.پس ّبه گونه‌ای ساده تر میتوان گفت که هر چیزی یا موجودی ویادستگاهی ،برای نمونه از یک رادیاتور معمولی شوفاژ تا یک موجود زنده ، که بتواند گرمائی غیر مرئی و بیش از گرمای محیط اطراف خود ایجاد نماید، منبع فرآوری انرژی حرارتی و یا به تعریف دیگر تابنده امواج فروسرخ شناخته می‌شود. بعدا ملاحظه خواهید نمود که تمامی موارد یاد شده در بالا،تنها دردامنه‌های متفاوتی از رده بندی تابش ها (جدول زیر ) با هم تفاوت دارند.جهت سهولت در تعاریف، طیف تابشی فروسرخ معمولا به زیرمجموعه هائی به شکل زیر هم نامگذاری می‌شود:

رده بندی تابش‌ها:

-نزدیک فروسرخ با دامنه طول موج ۰٫۷۵-۱٫۴ میکرومتر
-موج کوتاه فروسرخ با دامنه طول موج ۱٫۴-.۰۳ میکرومتر
-موج متوسط فروسرخ با دامنه طول موج ۳٫۰-۸٫۰ میکرومتر
-موج بلند فروسرخ با دامنه طول موج ۸٫۰-۱۵ میکرومتر
-موج بسیار دور فروسرخ Far IR
با دامنه طول موج ۱۵-۱۰۰۰ میکرومتر, هت رویت طیف‌های الکترو مغناطیسی

منابع تولید تابشهای فروسرخ

منبع طبیعی بزرگترین منبع تابشهای فروسرخ ، خورشید است. میزانی از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای تابشهای فروسرخ بلند آن قبلا درلایه‌های مختلف جو (هوا) جذب شده‌اند.

منابع مصنوعی:اجسام ملتهب

بهترین منابع مصنوعی برای امواجفروسرخ ، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز خالص داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز (MnO) وجود دارد، از صافی بگذرانیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب کرده و فقط اشعه فروسرخ را عبور می‌دهند.

عبور جریان الکتریکی از مقاومتها

روش دیگر که هم سهل وهم عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزیست، بطوری که این مقاوتها سرخ شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند. چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده‌است، نیز به نسبت زیاد امواجفروسرخ دارند. در این نوع چراغ نسبت اشعه کوتاه بین ۱ میکرومتر و ۷ میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اندازه گیری اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.چراغ بخار جیوه نیز، امواجفروسرخ با طول موج کوتاه بین ۰٫۹۲ میکرومتر و ۱٫۳ میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری امواج فروسرخ

برای اندازه گیری امواجفروسرخیا اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و آنگاه مقدار حرارت تولید گشته در جسم مزبور را ، اندازه می‌گیرند.

کاربردها

1- دید در شب
 دستگاه دید در شب وسیله‌ای برای دیدن در شرایط کمبود یا نبود نور کافی جهت مشاهده اشیاء است. دستگاه مذکور قادر به شناسائی اشیاء گرمتر نسبت به محیط، توسط ثبت سایه هائی متفاوت از اجسام سردتر از هدف در رده‌های متفاوت بوده که به نیروهای پلیس و نظامی ، امکان شناسائی انسان و یا اتوموبیل و غیره را به راحتی فراهم می‌سازد.یک تفنگ مجهز به دوربین دید در شب، بعنوال مثال، از آنجائی که تابش فروسرخ غیرمرئی بوده، اما رفتاری عینا مانند نور مرئی را از خود نشان می‌دهد، پس بنابراین توسط بازتاب و کنترل آن می‌توان به مثابه یک ابزار کاراء در درگیری‌های جنگی یا پلیسی از خواص آن بهره مند شد.چنین سلاحی به یک منبع تابش فروسرخ و یک عامل بازتاب امواج برگشتی ، در راستای هدف گیریست.
امواج بازیافتی از هدف و یا به عبارت دیگر انرژی بازگشت شده، دریافت و توسط یک سامانه الکترونیکی بصورت یک صحنه مرئی در معرض دید تک تیرانداز ( بعنوان تنها تاظر صحنه)، قرار می‌گیرد.
2- اندازه گیری حرارت از راه دور
سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب بعلاوه رصد اجرام آسمانی
3- تصویر برداری / نقشه برداری
عکسبرداری توسط دوربین‌های حساس به انواع تابش فروسرخ با هواپیما ، بالن، سفینه‌ها وغیره
4- سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب
عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان نقشه‌برداری از موقعیت و حالتهای معین خطوط لوله و از جمله خطوط لوله انتقال نفت و گاز را اعم از باز و زیرزمینی فراهم می‌کند. هر دوی آنها از حرارتی بالاتر از محیط اطراف برخوردارند و لذا حتی در صورت ساخت زیرزمینی خطوط لوله، تفاوتهای حرارتی کافی برای ثبت آنها به وجود می‎آیند. از ارتفاعات پایین با دقت ۲/۰-۱/۰ متری انجام بگیرد. عکسهایی که با این کیفیت گرفته می‎شوند، نشانه‌های بارز خط لوله، قسمتهای وجود آبهای زیرزمینی دور لوله (محل وجود خطر بالای زنگ‌زدگی و فرسایش فلز) و محل ایجاد دهانه‌بند هیدراتی به وضوح دیده می‌شود. امکان ریزش محصولات به گونه‌های مختلف جلوه می‎کنند.در خطوط لوله انتقال گاز به علت انبساط آدبیتیک گاز این قسمتها بسیار سرد نشان داده می‎شوند در حالی که در خطوط لوله انتقال نفت این قسمتها از محیط اطراف گرم‌تر هستند. قسمتهای ریزش نفت در عکسها دقیقاً نشان داده می‎شوند چرا که قدرت بازتاب محل آلوده شده تغییر می‌کند. عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان تشخیص نه تنها احتمال وقوع سانحه بلکه آن قسمتهای خط لوله را می‎دهد که در آستانه سانحه قرار دارند (یعنی کشف سوراخها، جاخالی فراز گاز و غیره
5- مخابرات
-انتقال امواج صوتی و تصویری از باندهای پائین تابش فروسرخ (مایکروویو) نزدیک امواج رادیویی جهت تقویت و تکرار پایداری از مبداء تا به مقصد.
6- گرمادهی
+ -گرما دهی به افراد در سوناها
+ -آب کردن یخ روی بال‌ها و یا سایر اجزاء وادوات پروازی هواپیماها
+ -گرم کردن غذا و سایر خوراکی‌ها بدون گرم کردن هوای اطراف مایکرفر
+ -خشکبار سازی میوه جات در یک دهم زمان متعارف، بدون آلودگی
7- ارتباطات نزدیک بصورت‌های مختلف دیجیتال
انتقال اطلاعات ازطریق تابش فروسرخ در دامنه کوتاه -فروسرخ بین رایانه‌ها و لوازم جانبی دیجیتالی که از استاندارد IrDA برخوردارند، قابل انجام است.دستگاه‌های متناسب با The Ifra Red Data Association ) IrDA )لوازمی اند که قادرند با استفاده ازدیود‌های نور افشان LEDs توسط لنز‌های پلاستیکی، امواج بسیار باریک فروسرخ را منتشر سازند.
8- طیف سنجی
این تصویر با رنگ آمیزی کاذب با تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر گرفته شده‌است و خوشه کروی را نشان می‌دهد که تا چندی پیش در صفحه غبارآلود راه شیری پنهان مانده بود. نوار قرمز رنگ پشت هسته خوشه یک ابر غبار است که احتمالاً نشان دهنده برهمکنش خوشه و صفحه پر گاز و غبار راه شیری است.شاید هم این ابر به طور تصادفی در خط دید اسپیتزر قرار گرفته‌است.درست هنگامی که منجمان فکر می‌کردند آخرین فسیل‌های راه شیری را هم پیدا کرده‌اند یکی دیگر از آنها در نزدیکی خودمان پیدا شد. صفحه کهکشان جای مناسبی برای کشف ناشناخته هاست. زیرا توده‌های غبار و گاز موجود در صفحه اجازه گذر اجرام پشتی را در نور مریی نمی‌دهند اما آنها در نور فروسرخ شفافند. به کمک رصد‌های بعدی که با رصدخانه فروسرخ دانشگاه ویومینگ انجام شد فاصله این خوشه کروی از ما ۹۰۰۰ سال نوری تعیین شد - نزدیکتر از بسیاری از خوشه‌های دیگر - با جرمی معادل ۳۰۰ هزار برابر خورشید. این خوشه در صورت فلکی عقاب جای دارد و اندازه ظاهری آن از زمین مانند دانه برنجی دیده می‌شود که آن را به فاصله یک دست کشیده از چشمان خود نگه داشته‌اید.
9- سامانه‌های فیزولوژیک/ بیولوژیکی
تابش امواج فروسرخ سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی شده وممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نمایند.اگر تابش امواج فروسرخ را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی نیز می‌تواند موثر واقع شود.این تابش خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

منابع:

http://www.hupaa.com
www.webgostarco.com/
www.sharemation.com
alem.ir