لیزر ( با رويكرد كاربردهاي آن )
1 - مقدمه :
2 - دید کلی :
3 - لیزر چیست ؟
4 - ریشه لغوی لیزر :
5 - ماهيت فيزيكي نور ليزر :
این تفاوت ها عبارتند از :
1- نور لیزر ، تک رنگ یا Monochrome می باشد ولی نور مرئی از ترکیب چند رنگ تشکیل شده است .
2- نور لیزر بصورت موازی یا Collimated منتشر می شود در حالی که نور مرئی به صورت واگرا منتشر می شود. ( مثل نوری که از چراغ قوه یا پراژکتور منتشر می شود . )
3- نور لیزر ماهیت یگانه یا Coherent داشته و همجنس می باشد در حالی که نور مرئی به علت چند رنگ بودن از ماهیت یگانه ای برخوردار نیست. ( منظور هم فاز بودن و داشتن طول موج یکسان است. )
6 - طريقه ايجاد نور ليزر :
این مدار بالاتر ( از لحاظ سطح انرژی) خیلی پایدار نبوده و الکترون می تواند با از دست دادن انرژی ( به صورت فوتون نوری ) به سطح اولیه و پایدار خود باز گردد. این پدیده در مورد بعضی الکترون ها خود به خودی صورت می گیرد که به آن Spontaneous Emission یا نشر خود به خودی می گویند.
فوتون های حاصل از نشر خود به خودی به هر سمت و جهتی ممکن است منتشر شوند. ( درست مثل فوتون های نور معمولی ) ولی در هنگام حرکت اگر با الکترون برانگیخته ای که در سطح بالاتری از انرژی قرار دارد برخورد کنند، آن را وادار با از دست دادن انرژی به صورت فوتون نوری و بازگشت به سطح Ground State می کنند.این حالت را نشر القایی یا Induced Emission می نامند.
در نشر القایی از برخورد یک فوتون به یک الکترون برانگیخته دو فوتون که در تمام خصوصیات با هم مشابه هستند به وجود می آید. یعنی این دو فوتون از لحاظ سطح انرژی و طول موج کاملا با هم یکسان بوده با هم هم جهت بوده و هم فاز نیز هستند. این مرحله ی اول تقویت موج نور بوده ، نور حاصل دو برابر نور اولی قدرت دارد. ولی برای تبدیل شدن این نور به نور لیزر هنوز راه زیادی در پیش است.
هرگاه بتوان به وسیله ای این فوتون های نوری را میلیون ها بار یا یکدیگر ترکیب و تقویت نماییم ، نور حاصل از قدرت و توانی فوق العاده برخوردار خواهد شد و بدین ترتیب موفق به ساخت نور لیزر خواهیم شد. پیدا کردن راهی برای انجام این مهم سالیان سال در دستور کار آزمایشگاه های تحقیقاتی فیزیک و دانشمندان این رشته قرار داشت.
سرانجام در سال 1960 یک دانشمند آمریکایی بنام میمن با استفاده از کریستال یاقوت موفق به انجام این کار شد و برای اولین بار نور لیزر را در آزمایشگاه تولید کرد.
در این روش نور حاصل از انتشار القایی را میلیون ها بار بین دو آینه ی موازی به حرکت در آورده و عمل تقویت را تا رسیدن به نتیجه ی نهایی ادامه می دهند .
7 - اجزای لیزر :
1- منبع انرژی یا Power Source که ممکن است نور حاصل از یک Flash Lamp انرژی حاصل از تخلیه ی بار الکتریکی و یا حتی نور یک لیزر دیگر باشد. وظیفه ی منبع انرژی تحریک الکترون های ماده ی واسط و انتقال آنها به سطح انرژی بالاتر از طریق فوتون های نوری پر قدرت است.
2- ماده ی واسط یا Lasing Medium که می تواند از نوع گاز (Co2) ، یا مایع (Dye) ، یا جامد ( Nd-Yag Alexindrite) باشد. ماده ی واسط باید خصوصیات ویژه ای داشته باشد از جمله این که باید قابلیت عبور دادن نور را داشته باشد ( شفاف باشد ) و از طرفی در ساختمان مولکولی خود الکترون هایی داشته باشد که قابلیت تحریک شدن توسط فوتون و افزایش سطح انرژی را دارا باشند.
3- فضای اپتیک (Optical cavity) مناسب برای تشدیدو تقویت نور ، یا فضایی که منبع انرژی و ماده ی واسط را در داخل آن قرار می دهند تا نور تولید شده توسط منبع انرژی به طور تقریبا کامل به Laser Media تابانده شود و به اصطلاح برای ایجاد راندمان بیشتر طراحی شده است.
4- سیستم انتقال انرژی یا Delivery System یا جزئی که عمل جمع آوری انرژی حاصل و هدایت آن تا محل مصرف را به عهده دارد و ممکن است از نوع فیبر نوری یا Articulated Arm و لنز های فوکوس کننده ی متعدد باشد .
8 - دسته بندی لیزر :
دسته اول : اساسا بی خطر : هیچگونه احتمالی برای آسیب رساندن به چشم در این گروه وجود ندارد. این امر میتواند بدلیل توان خروجی محدود آنها( که حتی در تماسهای طولانی هم خطری را متوجه چشم شخص نمیکنند) باشد و یا به این دلیل باشد که محصور بودن آنها و عدم تماس در شرایط طبیعی کار بطور کلی احتمال خطر تماس را از بین میبرد مثل حالتی که در دستگاههای خواندن سی دی وجود دارد.
دسته دوم : واکنش طبیعی یسته شدن چشمها از آسیب جلوگیری خواهد کرد و توان خروجی آنها حدود 1mw می باشد .
دسته سوم اولیه : لیزرهایی که در این دسته قرار میگیرند بواسطهٔ بکار گرفته شدن در ابزاری که ممکن است باریکهٔ نور را تغییر دهند خطرناک در نظر گرفته می شوند. توان خروجی آنها 1-5 mw می باشد . اغلب لیزرهای نقطهای در این گروه قرار دارند.
دسته سوم ثانویه : این دسته زمانی خطرناک محسوب می شوند که باریکه نور مربوط به لیزر مستقیما به درون چشم تابیده و یا منعکس شود. این گروه مربوط به لیزرهایی میشود که قدرتی حدود 500 – 5 mwدارند . انعکاسهایی که با پراکنده شدن باریکهٔ نوری همراه باشند بعنوان یک خطر جدی در نظر گرفته نمیشوند.
دسته چهارم : لیزرهای این دسته بینهایت خطرناکند. حتی اگر انعکاس پراکنده شدهٔ آنها هم به پوست و یا چشم تابیده شود هم میتواند خطرناک باشد. لیزرهایی که توان بیش از 500 mwو یا توانایی تولی امواج نوری داشته باشند در این دسته قرار میگیرند. اگرچه که شدت نور خروجی آنها ممکن است تنها چند برابر نور درخشان خورشید باشد ولی بایستی توجه داشت که این نور مستقیما بر نقطهٔ بسیار کوچکی متمرکز میگردد. نیروهایی که برای لیزرهای بالا ذکر شد انواع معمول توانها میباشند. دسته بندی ما مستقل از طول موج و موجی و یا پیوسته بودن لیزر میباشد و تنها بر ایمنی تاکید دارد.
9 - کاربردهای لیزر :
2 - کاربرد در صنعت : ماشین لیزر حکاکی و برشکاری طلا , اسکنر سه بعدی , کاربرد لیزر در ساختمان و ...
3 - کاربردهای نظامی : جنگندههای لیزری در تعقیب اخترشناسان , سلاح لیزری آوانجر , لیزرهای ضد اسکاد , انهدام موشک بالستیک با لیزر , لیزری که دراعماق اقیانوس میتابد و ...
4 – کاربردهای دیگر : اثبات نظریه نسبیت انیشتین , کشتن پشه با لیزر , لیزر در خیابان و ...
9 – 1 – کاربرد در پزشکی :
9 – 1 – 1 – درمان خروپف در خواب :
9 – 1 – 2 – لیزر در جراحی تومور بدون باز کردن جمجمه :
9 – 2 – کاربرد در صنعت :
9 – 2 – 1 - ماشین لیزر حکاکی و برشکاری طلا :
9 – 2 – 2 – اسکنر سه بعدی :
9 – 2 – 3 - کاربرد لیزر در ساختمان :
الف - دیوار چینی و شاقول کردن
ب – حفا ری و ایجاد استخر با شیب دقیق
ج - بتن ریزی با شیب و عمق یکنواخت
د - قراردادن ستون و ساخت سقف شیب دار
9 – 3 – کاربردهای نظامی :
9 – 3 – 1 - جنگندههای لیزری در تعقیب اخترشناسان :
9 – 3 – 2 - سلاح لیزری آوانجر
هنوز هم سلاحهای تشعشعی که بتوانند تانکها را ذوب کنند، صورت واقعیت به خود نگرفتهاند و هم اکنون استفاده نظامی از لیزرها ، محدود به هدف گیری و اندازه گیری مسافت به منظور افزودن بر دقت گلولههای تفنگ و توپ و نیز بمبهاست .
9 – 3 – 3 - لیزرهای ضد اسکاد :
9 – 3 – 4 - انهدام موشک بالستیک با لیزر :
چند ثانیه پس از اوج گرفتن موشک، هواپیما آن را شناسایی و از لیزر انرژی پایین برای دنبال کردن آن استفاده کرد , سپس لیزر انرژی پایین دوم را برای تشخیص و تنظیم اختلالات جوی به کار گرفت و پس از تنظیمات نهایی ، لیزر انرژی بالای یک مگاواتی مستقر در دماغه هواپیما را روشن کرد و موتورهای موشک را هدف قرار داد. دو دقیقه پس از پرتاب، در حالی که موتورهای موشک هنوز روشن بود، پرتوهای پرانرژی لیزر حرارت بخشی از موشک را تا نقطه شکست سازهای بالا برد و آنرا متلاشی کرد .
9 – 3 – 5 - لیزری که دراعماق اقیانوس میتابد :
9 – 4 - کاربردهای دیگر :
9 – 4 – 1 – اثبات نظریه نسبیت انیشتین :
نظریه نسبیت عمومی پیش بینی کرده است زمانی که اجرامی بزرگ مانند سیاهچاله ها با یکدیگر برخورد می کنند در جریان فضا و زمان امواجی را به وجود می آورند که امواج گرانشی نام دارند .
لیزرهای تابانده شده میان فضاپیماها در نهایت برای اندازه گیری جزئی ترین تغییرات به وجود آمده در فواصل میان هر یک از این مکعبها تحت تاثیر امواج ضعیف گرانشی که منشا آنها پدیده ای شدید و بزرگ در اعماق فضا است، مورد استفاده قرار خواهد گرفت .
9 – 4 – 2 – کشتن پشه با لیزر :
مهندسانی که تعدادی از آنها از سربازان باتجربه برنامه ضد موشکهای بالستیک آمریکا هستند، در حال کار بر روی پروژهای هستند که خودشان، نام آن را حصار فتونیک نامیدهاند. این وسیله از دوربینها و لیزرهایی استفاده میکند که پشه ها را از فاصله مشخصی شناسایی کرده و به طور خودکار آنها را با لیزر، هدف قرار میدهد. این حصار فتونیک را که از نور خورشید انرژی میگیرد، میتوان در اطراف خانه یا دیگر ساختمانها قرار داد تا انسانها را از گزند این حشرات در امان نگاه داشت .
9 – 4 – 3 - لیزر در خیابان :
10 - ایمنی در لیزر :
رهنمودها :
استفاده از پوشش محافظتی برای لیزرهای دستهٔ سوم ثانویه و دستهٔ چهارم بسيار توصیه میشود و طبق نظر سازمان مدیریت خطرات و ایمنی شغلی ایالات متحده الزامیست. با اینهمه تحقیقات صورت گرفته نشان دادهاند که دانشمندان محقق حتی در شرایطی که با لیزرهای گروه چهارم سر و کار دارند معمولا از پوششهای محافظ چشمی استفاده نمیکنند. مشکل اینجاست که محافظهایی همچون عینکها پس از مدت کوتاهی ناخوشایند و عذاب آور خواهند بود. هیچکس نمیتواند بدون استفاده از محافظهای چشمی از تمامی خطرات جلوگیری کند. خصوصا که در برخی محیطهای کاری از پرتوهای نامرئی مادون قرمز استفاده میشود که هیچ نشانهٔ ظاهری هم ندارند. به این ترتیب کار کردن بدون عینک در چنین شرایطی مترادف با معاوظهٔ سلامتی با راحت طلبی است.
بحث در مورد ایمنی لیزر را نمی توان بدون در نظر گرفتن ایمنی الکتریکی در شکل عمومی کامل دانست. لیزرها عموما در ولتاژ بالا هستند. بطور مثال لیزرهای موجی کوچک 5mj ولت به بالا هستند و این میزان به اندازهٔ چندین کیلو ولت برای لیزرهای قوی تر افزوده میگردد. این نیرو در کنار آب پر فشاری که برای خنک کردن لیزرها مورد استفاده قرار میگیرد و یا ابزارهای الکتریکی مربوطه باعث ایجاد خطر بیشتری در خصوص لیزرها میگردد. بطور کلی این کاملا ضروریست که برای جلوگیری از ایجاد شوک الکتریکی در زمان آب گرفتگی احتمالی محل تمام قطعات الکتریکی حداقل 10 اینچ از زمین فاصله داشته باشند. میز نوری، لیزرها و دیگر تجهیزات بایستی بشکل صحیحی نصب گردند.
منابع :
1 – سایت هم اندیشی اساتید به نشاني : www.mums.ac.ir
2 – www.phys.org
3 – سایت خبر آنلاین به نشاني : www.khabaronline.ir
4 - مجله جنگ افزار
5 - وبلاگ تخصصی در زمینه مهندسی اپتیک و لیزر به نشاني : www.bionuclear.mihanblog.com
6 – سایت دانشنامه رشد به نشاني : www.daneshnameh.roshd.ir
7 – سایت انجمنهای تخصصی نظامی به نشاني : www.military.ir
ارسال توسط کاربر محترم سایت : cryingsphere
/ج