دانلود کلیات لیزر و کاربرد آن (docx) 24 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 24 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
عنوان تحقیق:
کلیات لیزر و کاربرد آن
فهرست عناوین
فهرست عناوین ..........................................................................1
کلیدواژگان.................................................................................2
چکیده........................................................................................3
مقدمه.........................................................................................4
خصوصیات لیزر.........................................................................6
قسمتهای تشکیل دهنده لیزر..................................................6
انواع لیزر...................................................................................7
سیر تحول و رشد......................................................................8
ليزر و كاربرد آن.........................................................................9
خطر آفرينی لیزر.....................................................................13
منبع........................................................................................18
کلیدواژگان
لیزر، نور همدوس، نشر نور برانگیخته، فوتن
چکیده
مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در ۱۹۱۶ (میلادی) طی مقاله‌ای مطرح کرد ولی سال‌های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. چارلز تاونز در سال ۱۹۵۳ میزر (تقویت‌کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و خواست آزمایش‌های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم‌زمان این امر میان آزمایشگاه‌های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد. نخستین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکول‌های آمونیاک ساخته شد. در سال ۱۹۵۸ نخستین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانس‌های نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد. عبارت لیزر در همان زمان در مقاله‌ای از «گوردون هولد»، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و تئودور میمن (Theodore H. Maiman) لیزر پالسی یاقوت را در ۱۹۶۰ ساخت. نخستین لیزر گازی را نیز علی جوان فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۶۱ با استفاده از هلیوم و نئون ساخت. در سال ۱۹۶۲ نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه‌هادی مطرح گردید.
از سال ۱۹۶۶ لیزر نیم‌رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانس‌های بسیار زیاد شناخت حاصل شده‌است.
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 مي‌گيرداشنایی کلی با ليزر انواع و كاربردهاي می باشد
لغت لیزر به چه معنی است؟
لیزر به معنای تقویت نشر نور برانگیخته می باشد و از حروف اول این کلمات ساخته شده است :
Laser = Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
برخی مواد می توانند انرژی تابشی را جذب و سپس آن را به صورت نور تابش کنند هنگامی که این امر در اتم به صورت طبیعی روی می دهد نشر خود به خود نامیده می شود و در واقع آن چه در طبیعت به نام نور می شناسیم حاصل نشر خود به خودی است. ایده اولیه تولید لیزر توسط نابغه قرن آلبرت انیشتین در سال (1928) مطرح شد. او برای اولین بار پرش کوانتومی را مطرح کرد که پایه و اساس شکل گیری لیزر در سال 1958 توسط چارلز تانز (charles townes) گردید.
هنگامی که اتم از یک منبع خارجی انرژی دریافت می کند الکترون با گرفتن انرژی (جذب فوتون) از تراز با انرژی پایین، به تراز بالاتر منتقل می شود، این الکترون هنگام بازگشت از مدار تحریکی به تراز پایین تر، انرژی دریافتی خود را به صورت ایجاد فوتون از اتم ساطع می کند که انرژی آن معادل اختلاف ترازهای انرژی مذکور است، حال اگر این برگشت به تراز اولیه و ایجاد فوتون بدون دخالت عوامل خارجی صورت پذیرد نشر خود به خودی نامیده می شود که در آن هیچ گونه ارتباطی بین فوتون ها وجود نداشته و فوتون ها مستقل از هم رفتار می کند؛ در این حالت فوتون حاصل به طور تصادفی در هر جهتی در فضا می تواند انتشار یابد اما در نشر برانگیخته الکترون به علت اثر القا (و نه به طور خود به خودی) از تراز بالاتر به تراز پایین تر منتقل می گردد لذا فوتون حاصل کاملا" مشابه با فوتون اول خواهد بود که به آن نشر برانگیخته گویند فوتون ایجاد شده در این حال کاملا" نظیر فوتون اولیه بوده و فوتون های حاصل از نظر انرژی، طول موج، فرکانس و فاز، شبیه یکدیگر بوده و در یک جهت انتشار می یابند که اساس تشکیل پرتو لیزر می باشد.
اشعه لیزر داری چه خصوصیاتی است؟
تشعشی که توسط لیزر صورت می گیرد دارای خصوصیات زیر است:
1- تک فامیMono choromatic = : تمامی فوتون های نور لیزر دارای یک طول موج مشخص و فرکانس مشابه می باشد.
2- همدوسیCoherency = : در اواج نور لیزر اختلاف فاز وجود نداشته و تمامی امواج با هم گام بر می دارند، در صورتی که نور معمولی غیر همدوس است.
3- واگرایی بسیار کم : Low divergence = نور لیزر به صورت یک باریکه تقریبا“ موازی و نسبتا" مستقیم در مسیر معین منتشر شده و پراکنده نمی شود.
4- شدت بالاHigh intensity = : تمرکز تمامی فوتون های نور لیزر در یک مقطع کوچک باعث درخشندگی و شدت بالا برای لیزر می گردد.
یک لیزر از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟در یک نگاه ساده می توان هر لیزر را متشکل از سه قسمت اصلی به شرح زیر در نظر گرفت:
1- ماده فعال: ماده ای است که بعد از برانگیخته شدن از خود فوتون ساطع می کند و يکی از مهمترين راه های تقسيم بندی دستگاه های ليزر براين اساس است.
2- کاواک: محفظه ای است که ماده فعال در آن قرار می گیرد. دو آینه در انتها و ابتدای این محفظه به صورت موازی قرار گرفته اند که روند موازی سازی و تهییج را فعال می کنند.
3- منبع تغذیه: نقش تأمین انرژی لازم جهت عمل تحرک و ایجاد برانگیختگی در اتم ها و یا یون های تشکیل دهنده محیط فعال را ایفا می کند
انواع لیزر
لیزرها انواع مختلف وزیادی دارند که وجه تمایز و دسته بندی انواع لیزرها راپارامترهایی از قبیل نوع محیط فعال(محیطی که عمل لیزر زایی یا به عبارتی تقویت در ان انجام می گیردکه می تواند جامد،مایع وگازنیز باشد)ونوع ساختار وشرایط فیزیکی حاکم بر ان تعیین می کند.لیزر ها هم می توانند به صورت پالسی و هم پیوسته کار کنند که بستگی به هدف و کاربردمان دارد.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرذيد و از ياقوت در ان استفاده شده بود در سال 1926 پروفسور علي جوان اولين ليزر گازي را به جهانيان معرفي نمود و بعدها نوع سوم و چهارم ليزرها كه ليزرهاي مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال 1967فرانسويان توسط اشعه ليزر از ايستگاههاي زمينيشان دو ماهواره خود را در فضا تعقيب كردند بدين ترتيب ليزر بسيار كار بردي به نظر آمد.نوري كه توسط ليزر گسيل مي گردد در يك سو وبسيار پر انرژي و درخشنده است كه قدرت نفوذ بالايي نيز دارد بطوريكه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چا قوي جراحي بدون درد در پزشكي بسيار متداول است.
طرز كار يك ليزر ياقوتی:
پمپ انرژي در اين ليزر از نوع اپتيكي مي باشد و يك لامپ مارپيچي تخليه است(flash tube)كه بدور كريستال ياقوت مدادي شكلي پيچيده شده(ruby)كريستال ياقوت نا خالص است و ماده فعال ان اكسيد برم و ماده پايه ان اكسيد الو مينيوم است. بعد از فعال شدن اين پمپ انرژي كريستال يا قوت نور باران مي شود و بعضي از اتمها رادر اثرجذب القايي-stimulated absorption برانگيخته كرده وبه ترازهاي بالاتر مي برد
پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهای با انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيل خودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی مرتب به اتمها فوتون می تاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر به حالت پايه emission -stimulated خود بر می گرداند.
گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون
اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند و واکنش زنجير وار تکرار می شود. بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايند که توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستای نور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجی با روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود
. ليزر CO2
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپ مهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِ فوتون مي شود. اولين نوع ِ اين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِ ايمن توسط يك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژي ِ الكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اين انرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقال ِ انرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهاي انرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.
سیر تحول و رشد
با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه‌های ذره‌ای نور و تولید آینه‌هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر (لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند.اختراع لیزر به سال ۱۹۵۸ با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر پرتو فروسرخ و نوری برمی‌گردد. نشر مقالات یاد شده سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سراسر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالس‌ها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال ۱۹۶۰ دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر نور زیادی را تولید کرد که بیش از میلیون‌ها بار روشن تر از نور خورشید بود. پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مانند بارندگی، مه، ابرهای کم ارتفاع، چیزهای موجود در آزمایش‌های مربوط به هوا مانند پرندگان قرار گیرد.دانشمندان نیز طرح‌های نویی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنال‌های تلفن را ارسال کند. اختراع مهم دیگر موج‌بر فیبر نوری بود که شرکت‌های مخابراتی برای ارسال صدا، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای گوناگون نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند.
ليزر و كاربرد آن
فیزیک و شیمی
زیست شناسی و پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و ...
صنایع نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ...
صنعت: جوشکاری لیزری، برش‌های لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری، صنایع ساختمانی
همجوشی هسته‌ای
ارتباطات نوری
فرآوری اطلاعات نوری و ضبط آنها
فرآوری مواد
تمام نگاری (هولوگرافی)
اندازه‌گیری و بازرسی
آزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه گیری، سنتز مواد و ...
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، محصول ارتعاش‌هاي كوچك الكتروني در داخل اتم‌هاست. نور معمولي مثلا" نور يك لامپ برق، به وسيله ميليونها اتم ايجاد ميشود كه در هر لحظه ذرات نور را در همه جهات مي‌پراكنند. نور ليزر حاصل ارتعاش ميليونها اتم يك بلور، يا يك مخلوط گازي يا وسيله‌اي به نام ديود نيمه‌رسانا است، كه همگي ذرات نور را در يك زمان و دقيقا" در يك جهت گسيل مي‌كنند. نور، گونه‌اي از انرژي است. در نور معمولي اين انرژي آشفته و ناهماهنگ است. آنچه از نور معمولي بر مي‌آيد، روشنايي دادن و سوزاندن است (اگر به حد كافي قوي باشد). اما در نور ليزر، انرژي كاملا" هماهنگ و سازمان يافته است. لذا علاوه بر آنچه نور معمولي مي كند، كارهاي ديگري از آن ساخته است. چرا با نور ليزر ميتوان يك تيغ را سوراخ كرد ولي با نور معمولي، اين كار ميسر نيست؟ با يك مثال ميتوان پاسخ روشني داد. پسري در ساحل دريا سطلي پر از ماسه خشك در دست دارد و ماسه‌ها را روي پدرش كه دراز كشيده مي‌ريزد. پدرش احساس درد نمي‌كند. حال اگر به جاي ماسه، قلوه سنگي كه وزن آن برابر ماسه‌ها است، در همان ارتفاع بر روي پدر بريزد، او را زخمي خواهد كرد. البته سنگ هم از ذرات شبيه ماسه تشكيل شده است كه سخت به هم فشرده‌اند. تفاوت ميان اثر سنگ و ماسه نرم در اين است كه در مورد سنگ همه ذرات با هم به هدف برخورد مي كنند، در حالي كه در مورد ماسه اثر هر دانه تا رسيدن دانه بعدي از بين رفته است. در ليزر، فوتونهاي نوري كه با هم حركت مي‌كنند مانند سنگ است. همه ذرات با هم به هدف برخورد مي‌كنند و اثر جمعي آنها شديدتر است. با نور معمولي ميتوان با يك عدسي نور را كانوني كرد يعني در يك نقطه متمركز كرد. اما، كانوني كردن همه فوتونهاي نور معمولي در يك نقطه غيرممكن است. چون اين نور داراي طول موج‌هاي متفاوتي است كه همگي در يك نقطه متمركز نمي‌شوند. اما در نور ليزر چون همه فوتونها در سطح بسيار كوچكي به هدف برخورد مي‌كنند، اثر برخورد بيشتر است. ليزر در صنعت، دفاع، پزشكي، براي روشنايي، فاصله‌يابي، در هوانوردي، در دريانوردي، به عنوان منبع گرما، در ارتباطات، در عكاسي سه بعدي و مسائل گوناگون پژوهشي كاربردهاي فراواني يافته است. ارزش اقتصادي ليزر نه به خاطر كارهايي است كه از آن برمي‌آيد، بلكه به خاطر اين است كه اين كارها را بهتر از ابزارهاي متداول انجام مي‌دهد. اگر يك كوانتم با الكتروني كه قبلا" در مدار پرانرژي‌تر بوده است، برخورد كند، الكترون به مدار كم انرژي‌تر سقوط مي‌كند و دو كوانتم دقيقا" همراه هم آزاد (روان) مي‌شوند. به اين گسيل القايي مي‌گويند.
ليزر در فيزيك و شيمي
اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كه در درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كه استفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشندرشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش داده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكان پذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آن تفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است
در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوس رامان (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا روشCARSمی رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده استشايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زمینه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهاي ليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصول نهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است
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 .
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 .
کاربرد ليزر در بيماريهای پوستی و زيبائی
انواع مختلف ليزر در درمان بيماريهای پوستی و زيبائی کاربرد دارد که بطور اختصار شامل:
۱- درمان ضايعات و خالهای عروقی که رنگ اينها معمولاْ قرمز می باشد که شامل: رگ های واريسی، رگهای قرمز زير پوستی که معمولاْ روی صورت و در اثر آفتاب سوختگی مکرر و يا به هر دليلی که پوست نازک شده باشد بوجود می آيند، ماه گرفتگی، آنژيوم عنکبوتی، گرانولوم پيوژنيکوم و غيره ... در اين بيماريها نقطه هدف پرتو ليزر هموگلوبين می باشد که در گلبولهای قرمز وجود دارد.
۲- درمان انواع ضايعات رنگی و رنگدانه ای پوست که شامل: خال و خالکوبی. در اينجا نقطه هدف پرتو ليزر ملانين و رنگ های خالکوبی می باشد.
۳- درمان و کاهش موهای زائد و نا خواسته. در اينجا نيز نقطه هدف ملانين است که در ساقه و ريشه مو وجود دارد. پس موهای رنگ روسن و سفيد که فاقد ملانين هستند با ليزر از بين نمی رود و نياز به درمان های ديگر مثل الکتروليز دارند.
۴- کاهش چين و چروک، فرورفتگی ها و جای زخم و جوش
۵- درمان بعضی بيماريهای پوستی مانند: زگيل، کلوئيد يا گوشت اضافه، ترک های پوستی ناشی از حاملگی و چاقی و ترميم زخم، داءصدف، پيسی و غيره ...
۶- گاهی از ليزر برای برش بافت و يا برش در مواقع جراحی مشابه تيغ جراحی استفاده ميکنند. در روش ليزر خونريزی کمتر است.
بايد توجه داشت که روش های ديگری نيز بجز ليزر برای درمان بيماری های پوستی و زيبائی وجود دارد که کم هزينه تر هستند. بنابراين در صورت عدم موفقيت ساير روش ها؛ می توان نتايج ليزر را هم امتحان کرد.
استفاده نادرست از ليزر خطر آفرين است
استفاده نادرست از ليزر داخل چشمي ، در کمتر از يک صدم ثانيه شبکه چشم را از بين مي برد.دکتر "عباس مجد آبادي " عضو هيئت علمي سازمان انرژي اتمي ايران ، در گفتگو با ايسنا ، واحد علوم پزشکي ايران ضمن بيان اين مطلب گفت : متاسفانه جايگزيني براي بافتهاي موجود در بدن که از راه ليزر برداشته مي شود ، وجود ندارد حتي ليزر باعث آسيب رساني به بافتهاي سالم بدن نيز مي شود.
وي افزود : سرطانهايي که از راه ليزر ايجاد مي شوند بيشتر از نوع کنسرهاي پوست است که با دارو و درمان کنترل ورفع مي شود ؛ ولي بطور کلي سرطان زا بودن ليزر بسيار نادر است .
وي در باره تاثيرات مثبت ليزر اظهار داشت : " عمل جراحي ليزري " در صورتي که جايگاه مشخصي داشته باشد و بوسيله پزشک متخصص صورت بگيرد مفيد است ولي در غير اين صورت مي تواند خطرات جدي را برجاي بگذارد .
دکتر " مجدآبادي " گفت : جراحي با ليزر بدليل اينکه سرعت و دقت عمل را افزايش داده ، بدون درد و ايجاد ناراحتي براي بيماران است توصيه مي شود؛ ولي هيچ زماني جايگزين تکنيک ها و رو شهاي جراحي نيست. براي مثال ؛ ليزر درباز کردن حفره اشکي کارايي زيادي داشته ، عمل جراحي را سرعت مي بخشد.
وي خاطر نشان کرد : آموزش قبل از کاربرد با ليزر مي تواند ضايعات را بطور جدي کاهش دهد.
اين عضو سازمان انرژي اتمي ايران افزود : کشور ما خصوصا" جهاد دانشگاهي در زمينه هاي کاربرد ليزر " کم توان " و " پوست " بسيار فعال عمل مي کند و حتي مقالات ايراني که سال گذشته در همايش ليزر تراپي در ايتاليا ارائه شد ، بعنوان مقالات برتر شناخته شد.وي در خاتمه گفت : کليه پزشکان بايد قبل از کاربرد با ليزر ، با گذراندن دوره هاي آموزشي اصول ايمني آن را فرا بگيرند
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 .
پاکسازی ديوار نوشته ها به کمک ليزر
آيا پاکسازي نوشته های بي معني روی ديوارها آنهم بکمک اشعه ليزر پر توان عاقلانه است؟. "ديويد ماتيو" اولين کسی است که به فکر استفاده از ليزر برای پاکسازی ديوارها افتاد.او که در خليج "هاف مون" که در حدود نيمساعت با سن فرانسيسکو فاصله دارد زندگی می کند؛ اول بار از يک ليزر آزمايشگاهي برای آزمودن اين ايده استقاده کرد و از نتيجه حاصله شگفت زده شد!.هنوز پيشرفتهای حاصل از محصولات جانبی اين کاربرد در نيمه راه است.اين پيشرفت مديون گروه متخصصان برنامه های ليزری به سرپرستی"لويد هاکل" می باشد. با پيشرفتهای آتی در اين زمينه جدا سازی لايه های سطحی حساس از سطوح غـير حساس امکان پذير خواهد بود.ايده استفاده از ليزرجهت پاک کردن حروف چاپی ازروی کاغـذ سالها پيش به مرحله عـمل درآمده بود. مشکل عمده ای که با آن مواجه ايم هزينه های تلف شده ماليات دهنده گان و آثارمخرب محيطی است که پاکسازی رنگها مانند ديوار نوشته ها و رنگهای سربي از روی سطح ساختمانها به جا ميگذارند. بندر سن فرانسيسکو هر ساله حدود 10 ميليون دلارهزينه و نيو يورک پنج بار بيش از آن صرف مبارزه با ديوار نوشته ها ميکنند که در نهايت هر دو بازنده اند!.
تمام روشهايی که در حال حاضربرای زدودن ديوار نوشته ها بکار ميرود نواقصی دارند. حتي کارگرانی که با رنگ آميزی سطوح سر وکار دارند نيزدراين خرابکاريها دست دارند!. رنگهای"سند بلاست"مقدار زيادی ذرات ماسه و رنگ را از طريق هوا منتقل ميکنند.روشهای شيميايی همچون پاشيدن سودا(بيکربنات سديم) مقدارزيادی ضايعات مايع از خود به جا ميگذارد که مستلزم صرف زمان زيادی برای پاکسازی آنها ميباشد. وجود سطوح خشن زيرين رنگ و همچنين بکار بردن روشهايی که با ملايمت با اين مساله برخورد می کنند؛هر دو به شکست منجر می شوند، چرا که مستلزم مراقبتهای مضاعـف ميباشند.
اصل اساسی استفاده از سيستم ليزر زدايی رنگها کندن رنگ بوسيله فشار امواج "فوتو اکوستيک" است.هنگامي که اشعه ليزر از نظر قدرت و پالس تنظيم گشته و به سطح رنگي مي تابد انرژی حاصله بصورت گرما و امواج صوتي تغيير شکل می دهد.امواج صوتی از ميان لايه رنگ عبور کرده و به سطح محکم زيرين برخورد مي نمايد و بر مي گردد.امواج بازگشتي با امواج ورودی برخورد نموده تداخل مخربي را در لايه رنگ ايجاد مي نمايند که در نهايت منجر به انفجار لايه رنگ و تبديل آن به پودر مي شود.
منبع
آشنایی با اپتیک » ،فرانک ال.پدروتی،لئون اس.پدروتی. ترجمه:محی الدین شیخ الاسلامی
مرگ مخترع، تولد تاریخ»، هم‌میهن، ۲۶ اردیبهشت ۱۳۸۶. شمارهٔ ۶۸