لیزر چیست؟

لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريك شده است.

اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد که از ياقوت در آن 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 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر از ايستگاههاي زمينيشان، دو ماهواره خود را در فضا تعقيب كردند بدين ترتيب ليزر بسيار كاربردي به نظر آمد.

نوري كه توسط ليزر گسيل مي گردد در يك سو و بسيار پر انرژي و درخشنده است و قدرت نفوذ بالايي نيز دارد. به طوري كه در الماس فرو مي رود. امروزه استفاده از ليزر در صنعت به عنوان جوش آورنده فلزات و در پزشكي به عنوان چاقوي جراحي بدون درد بسيار متداول است.
 

ليزرها سه قسمت اصلي دارند:

• پمپ انرژي يا چشمه انرژي: ممكن است اين پمپ اپتيكي يا شيميايي و ياحتي يك ليزر ديگر باشد.

• ماده پايه وفعال كه نام گذاري ليزر بواسطه ماده فعال صو رت مي گيرد.

• تشدید كننده اپتيكي : شامل دو آينه بازتابنده كلي و جزئي مي باشد.

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 (ruby) پيچيده شده است. كريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال آن اكسيد برم و ماده پايه آن اكسيد آلومينيوم است. بعد از فعال شدن اين پمپ انرژي، كريستال ياقوت نور باران مي شود و بعضي از اتمها رادر اثرجذب القايي( stimulated absorption ) برانگيخته كرده وبه ترازهاي بالاتر مي برد.

پديده جذب القايي: اتم برانگيخته = اتم+ فوتون

با ادامه تشعشع پمپ، تعداد اتم هاي برانگيخته بيشتر از اتم هاي با انرژي كم مي شود. به اصطلاح واروني جمعيت رخ مي دهد. طبق قانون جذب و صدور انرژي پلانك، اتم هاي برانگيخته توان نگهداري انرژي زيادتر را نداشته و به تراز با انرژي كم بر مي گردند و انرژي اصافي را به صورت فوتون آزاد مي كنند كه به اين فرايند گسيل خودبخودي گفته مي شود. ولي از انجايي كه پمپ اپتيكي، مرتب به اتم ها فوتون مي تاباند، پديده ديگري زودتر اتفاق مي افتد كه به آن گسيل القايي (stimulated emission ) گفته مي شود. همان طور كه در شكل زير مي بينيد، وقتي يك فوتون به اتم برانگيخته بتابد، آن را تحريك كرده وزودتر به حالت پايه خود بر می گرداند.

گسيل القايي: اتم + دو فوتون = اتم برانگيخته + فوتون

اين فوتونها دوباره بعضي از اتمها را بر انگيخته مي كنند و واكنش زنجير وار تكرار مي شود.  بخشي از پرتوهای نور درون كريستال به حركت در مي آيند كه توسط تشدید کننده های اپتيكي درون كريستال برگرداننده مي شوند و اين پرتوهای نور در همان راستاي نور اوليه هستند. به تدریج با افزايش شدت نور، لحظه اي مي رسد كه نور ليزر از جفتگر خروجي با روشنايي زياد بطور مستقيم خارج مي شود . 

ماهيت ذره اي بودن نور :

اسحاق نيوتن در سال 1627 نظريه ذره اي بودن نور را ارائه داد. وي معتقد بود كه يك منبع نور، ذرات نور را با سرعت ثابت روي خط راست گسيل مي كند و هنگامي كه اين ذرات به شبكيه چشم برخورد نمايند، چشم قادر به ديدن خواهد بود. وي براي اثبات نظريه خود، آزمايش اتاق تاريك را انجام داد. بعدها انيشتين نيز با آزمايش اثر فتوالكتريك و معرفي فوتون به عنوان ذرات نور مهر تاييدي بر نظريه ذره اي نيوتن زد.

نظريه موجي نور:

كريستيان هويگنس فيزيكدان هلندي ماهيت نور را موجي دانست و پخش و بازتابش نور و شكست نور را نشانه موجي بودن نور مي دانست. سپس توماس يانگ با استفاده ازمايش پراش نور در شكاف مضاعف توانست طول موج نور را اندازه گيري نمايد و بدين ترتيب ماهيت موجي نور نيز اثبات گرديد.

جنس امواج نور:

امواج نور از نوع امواج الكترو مغناطيسي است كه براي انتشار احتياج به محيط مادي ندارد. يك موج الكتر مغناطيسي تركيبي است از دو ميدان عمود برهم الكتريكي و مغناطيسي كه در شكل زير به ترتيب با موج هاي زرد رنگ و آبي رنگ نشان داده شده است.

خواص امواج الكترو مغناطيسي نور:

?- نوردر خلاء داراي سرعت ثابت 300000 كيلومتر برساعت است كه بالاترين سرعت مي باشد.

?- نورهاي مختلف داراي طول موج هاي مختلف وشدت نور متفاوت هستند.

?-سرعت نور درمحيط هاي شفاف مختلف تغيير مي كند.

 طيف الكترومغناطيسي نور سفيد:

همانطور كه در شكل زير ديده مي شود نور قرمز داراي بيشترين طول موج (700 نانومتر) ونور بنفش داراي كمترين طول موج (400 نانومتر) مي باشند.

همانطور كه در فرمول   مي بينيد هر چقدر طول موج كمتر باشد، بسامد يا فركانس بيشتر است و طبق فرمول، انرژي فوتون هاي نور انيشتين  E=nhf انرژي نيز بيشتر خواهد شد. به همين علت پرتوهاي نوري بنفش، پر انرژي تر از پرتوهاي نور قرمز هستند   (n=تعداد فوتونهاو h=ثابت پلانك هست). 

عبارات اصلی: لیزر، لیزر چیست، تولید لیزر، طرز کار لیزر