لیزر و کاربرد آن در صنعت

لیزر دستگاهی است كه بوسیله تابش در بسامدهايي در ناحيه مادون قرمز، مرئی يا فرابنفش، طيف موج الكترومغناطيسي ايجاد مي‌كند.

لیزرها پس از گذشت 40 سال، به صورت ابزارهایی کاملا توسعه یافته در صنعت تبدیل شده‌اند.

در زیر به توضیح اجمالی پیرامون لیزر و کاربرد آن در صنعت می‌پردازیم.

مولفه‌هاي اساسي يك لیزر :

• محيط فعال که شامل مجموعه مناسبي از اتم‌ها، مولكول‌ها، يون‌ها و يا نيمه‌رساناهاست.
• فرآيند دمش كه قادر است اين اتم‌ها و يا مولكول‌ها را به ترازهاي با انرژي بالاتر تحريك سازد.
• عناصر بازخور مناسب كه به باريكه تابش اجازه مي‌دهد كه در محيط فعال نوسان كند (به اين امر نوسان ليزر مي‌گويند) و يا آن‌كه باريكه نور از محيط فعال يك بار بگذرد (كه به آن تقويت تك عبور مي‌گويند) و ممكن است تعداد عبورها زيادتر شود.

عناصر بازخور در واقع از دو آينه تشكيل شده است.

آينه انتهايي تمام بازتابنده است و آينه ديگر نيمه شفاف است.

با رفت و بازگشت باريكه بين دو آينه، هر بار عمل تقويت براي باريكه حاصل می‌گردد.

هنگامي كه بهره سيستم از كل تلفات بيشتر گردد، عمل ليزر آغاز و خروجي ليزر را از طرف آينه نيمه شفاف دريافت مي‌دارند.

تاريخچه لیزر :

لیزر با اصل كلي كه در بسامدهاي ميكروموج اختراع گرديده بود و به آن ميزر (تقويت ميكروموج توسط گسيل تابش القايي) گفته مي‌شد، كار مي‌كنند.

وقتي طول موج نوسان به ناحيه بسامدهاي اپتيكي مي‌رسد، به آن لیزر (تقويت نور توسط گسيل تابش القايي) گفته مي‌شود.

اختراع اولين لیزر به سال 1960 توسط مايمن بازمي‌گردد که يك ليزر ياقوت با لامپ درخش فعال مي‌شود.

جالب است بدانيم كه امروزه ليزرهاي حالت جامد (نظير ياقوت، نئوديميوم ياگ) نيز كم و بيش به صورت همان تكنيك قديمي خود كار مي‌كنند.

روش دميدن محيط فعال از طريق اپتيكي است.

حضور ليزرهاي نيمه رسانا و تابش آن‌ها در ناحيه جذب شديد بلورهاي ليزر، تكنولوژي بسيار جديد امروزي را كه دمش ليزرهاي حالت جامد توسط ليزرهاي نيمه رساناست متحول ساخته است.

اين ليزرها كه با باريكه لیزر نيمه رسانا دميده مي‌شوند، بسيار كوچك و قابل حمل و كم مصرف و با بازدهي بالايي هستند.

حتي در اين خصوص پا فراتر گذاشته شده است و ليزرهاي پرقدرت كه در حجم كوچك ساخته مي‌شوند قادر به توليد باريكه‌هاي پرتوان براي مصارف صنعتي مي‌باشند.

برندگان جايزه نوبل در زمينه لیزر :

دانشمندان بسيار زيادي در چند دهه گذشته در اهداف مرتبط با فيزيك كه به نحوي با لیزر سر و كار پيدا مي‌كند موفق به دريافت جايزه نوبل شده اند.

در اينجا اسامي چند دانشمند كه مستقيماً در ارتباط با ليزر جوايز نوبل را دريافت كرده‌اند را ذكر خواهيم نمود.

• چارلز اچ تاونز به خاطر اختراع ميزر آمونياك (1964).
•  نيكلا جي باسوف، و الكساندر پروكرف براي سهم خود در ميزرها و ليزرها (1964).
•  دنيس گابور ، براي ارائه تصاوير سه بعدي (هولوگرافي) (1971).
•  نيكلاس بلومبرگن و آرتورشالو براي سهم آنها در ميزر سه ترازي، اپتيك غيرخطي و اسپكتروسكپي ليزري (1981).
•  احمد ذويل (كه دانشمند مصري است) براي كاربرد ليزر در شيمي (1999).

اقدامات دیگر در زمينه ليزر، اختراع پرفسور علي جوان دانشمند ايراني به خاطر اولين ليزر گازي هليوم نئون و C.K.N pottle (دانشمند هندي) براي اختراع ليزر CO2 می‌باشد.

گسترش كاربردهاي آن بسيار وسيع بوده و در تمام زندگي بشري، از جراحي‌هاي ظريف گرفته تا صنعت، مسائل دفاعي و حتي خريد از فروشگاه‌ها قابليت خودرا نشان داده‌اند.

مفاهيم اساسي لیزر

ليزرها بر پایه برهمكنش تابش و ماده فعال مي‌شوند.

اين برهمكنش شامل ارسال خود به خود، گسيل القايي و جذب مي‌باشد.

گسيل خود به خود: فرض كنيم توانسته باشيم اتم‌هاي زيادي را به تراز بالاتر اتم و يا مولكول با تحريك خارجي فرستاده باشيم.

تعداد اين اتم‌ها يا مولكول‌ها در واحد حجم در تراز بالاتر را با N2 نمايش مي‌دهيم.

اين اتم يا مولكول به صورت خودبه خود به تراز پايين‌تر فرو مي‌افتد.

اگر اين فروافت توام با گسيل موج الكترومغناطيسي باشد، به آن فروافت تابشي يا گسيل خودبه خود مي‌گويند.