لیزر و اپتیک

در زمينه پزشكي، بيشترين كاربرد ليزرها در جراحي است (جراحي ليزري)، اما در بعضي موارد ليزر براي تشخيص نيز به كار مي رود؛ مانند استفاده باليني از ميكروفلوئورمتر جريان (سرعت سنجي دوپلري براي اندازه گيري سرعت خون) و فلوئورسان ليزري (آندوسكوپي ناي براي آشكارسازي تومورهاي ريوي در مراحل اوليه)

در جراحي از باريكه كانوني شده ليزر ( اغلب ليزر CO2 ) به جاي چاقوي جراحي معمولي ( يا برقي ) استفاده مي شود. باريكه فروسرخ ليزر CO2 به شدت به وسيله ملكولهاي آب موجود در بافت جذب مي شود و موجب تبخير سريع اين ملكولها و در نتيجه برش بافت مي شود. برتريهاي اصلي چاقوي ليزري را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

الف) دقت بسيار زياد به ويژه هنگامي كه باريكه با يك ميكروسكوپ مناسب هدايت شود (جراحي ليزر)

ب) امكان عمل در نواحي غير قابل دسترس، بنابراين عملا هر ناحيه از بدن كه با يك دستگاه نوري مناسب ( مثلا عدسي ها و آينه ها) قابل مشاهده باشد مي توان به وسيله ليزر جراحي كرد.

ج) كاهش فوق العاده خونروي در اثر برش رگهاي خوني به وسيله باريكه ليزر ( قطر رگي حدود 0/5 mm )

د) آسيب رساني خيلي كم به بافتهاي مجاور ( حدود چند ميكرومتر)

اما در مقابل اين برتريها بايد اشكالات زير را هم در نظر داشت :

الف) هزينه زياد و پيچيدگي دستگاه جراحي ليزري

ب) سرعت كمتر چاقوي ليزري

ج) مشكلات قابليت اعتماد و ايمني مربوط به چاقوي ليزري

با اين اشاره اجمالي به جراحي ليزري، شرح مفصلتري از تعدادي از اين كاربردها طرح می شود. دستگاه لیزر در درمان چشم بيماران مبتلا به مرض قند استفاده شده است. در اين مورد، باريكه ليزر به وسيله عدسي چشم بر روي شبكيه كانوني مي شود. پرتو سبز ليزر به شدت به وسيله گلبول هاي سرخ جذب مي شود و اثر حرارتي حاصل باعث اتصال دوباره شبكيه يا انعقاد رگهاي آن مي شود.

ليزر استفاده روزافزوني در گوش و حلق و بيني هم پيدا كرده است. استفاده از ليزر در اين شاخه از جراحي جذابيت خاصي دارد. زيرا با اعضايي مانند ناي، حلق و گوش مياني سروكار دارد كه به علت عدم دسترسي به آن ها جراحي معمولي مشكل است. اغلب در اين مورد ليزر همراه با يك ميكروسكوپ استفاده مي شود. همچنين ليزر براي جراحي داخل دهان نيز مفيد است ( براي برداشتن غده هاي مخاطي). امتيازات اصلي در اينجا جلوگيري از خونريزي و فقدان لختگي خون و درد پس از عمل جراحي و بهبود سريع بيمار است. ليزر همچنين اهميت خود را در بهبود خونريزيهاي سنگين در جهاز هاضمه ثابت كرده است. در اين حالت باريكه ليزر ( معمولا ليزر نئودميوم يا آرگون يوني) به وسيله يك تار نوري مخصوص كه در داخل يك آندوسكوپي داخلي قرار گرفته است به ناحيه مورد معالجه هدايت مي شود. ليزر همچنين در بيماري زنان مفيد است درحالي كه اغلب به همراه يك ميكروسكوپ استفاده مي شود. كاهش قابل ملاحظه درد و لخته شدن خون ارزش مجدد چاقوي ليزري را بيان مي كند. در پوست درماني اغلب از ليزر براي برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفاده مي شود. ضمنا برای رفع تاتو و برخی از ضایعات پوستی نیز از لیزر استفاده می شود. بالاخره استفاده از ليزرها در جراحي عمومي و جراحي غده اميدوار كننده است.

www.noorafareen.com

نوشته شده در شنبه سی ام مرداد 1389 ساعت 0:54 توسط م √ ج|

در صنعت عمدتا از دو نوع لیزر استفاده می شود. این دو نوع لیزر عبارتند از لیزر Co2 و لیزر YAG. نوع اول عمدتا برای برش، حكاكي، مارك زنی و جوشكاری غیرفلزات كاربرد دارد. لیزرهای YAGنیز برای برش، حكاكی، مارك زنی و جوشكاری انواع فلزات و شیشه كاربرد دارد. این نوع لیزر را مي توان برای كار بر روی بعضی از انواع پلاستیك ها نیز مورد استفاده قرار داد. شکل زیر لیزر صنعتی YAG را در حال برش ورقه فلزی نشان می دهد. برش ورق فلزی با لیزر

 موارد عمده کاربرد لیزر در صنعت به طور کلی عبارتند از:

  • برش ورقه های غیرفلزی. برای برش بسیاری از انواع ورق های غیر فلزی مانند مانند ورق چوب یا MDF برای ساخت مصنوعات چوبی از دستگاه های برش لیزری استفاده می شود. همین طور در مواردی برای برش رول های پارچه یا ورقه های چرم مصنوعی برای تهیه لباس یا ساخت مبل از لیزر استفاده می شود. از لیزر برای برش ورق های پلکسی برای ساخت محصولات صنعتی نیز استفاده می شود. لیزر را برای برش و ساخت واشر نیز مورد استفاده قرار می دهند.  

  • برش مواد فلزی (ورقه های فلزی مانند آهن و فولاد). دستگاه های لیزر به خاطر انعطاف پذیری و دقت بالا برای برش ورقه های فلزی و ساخت تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. از این دستگاه ها عمدتا برای برش فلزات با رسانایی پایین استفاده می شود.

  • حکاکی قطعات. برای حکاکی آرم، تاریخ یا متن و شماره سریال بر روی بسیاری از قطعات از دستگاه های لیزری استفاده می شود. استفاده از لیزر برای حکاکی قطعات صنعتی، به خاطر سرعت، ظرافت و سادگی استفاده از دستگاه های لیزر است.

  • جوش لیزری. یکی از کاربردهای دیگر لیزر است.  برای مواردی که نیاز به جوشکاری ظریف است می توان از لیزر استفاده کرد. شعاع کوچک پرتو لیزر و سهولت کنترل این شعاع، امکان استفاده از آن را برای انجام جوشکاری های ظریف یا دقیق فراهم می کند.

  • سخت کاری لیزری. در صورتی که لازم باشد ناحیه خاصی از یک قطعه تا عمق مشخصی سخت کاری شود، لیزر یکی از بهترین گزینه هاست. در سخت کاری لیزری، پرتو لیزر منطقه ای را که باید سختکاری شود اصطلاحا اسکن می کند. دمای نقاطی که تحت پرتوی لیزر قرار می گیرند به شدت افزایش پیدا می کند و پس از رد شدن پرتو لیزر سرد می شود. این فرآیند باعث افزایش سختی ناحیه ای که به آن لیزر تابانیده شده می شود.

  • اندازه گیری. از لیزر به روش های مختلف برای اندازه گیری فاصله و سرعت و سایر کمیت ها استفاده می شود. در صنایع مختلف از تجهیزات لیزری برای سنجش عمق مخازن، سرعت اجسام متحرک، سنجش فواصل اجسام، سنجش تراز بودن سطوح و ... استفاده می شود.

  • www.noorafareen.com

نوشته شده در شنبه سی ام مرداد 1389 ساعت 0:48 توسط م √ ج|

لیزر به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريك شده است. به عبارت بسیار ساده، لیزر مجموعه های از پرتوهای هماهنگ هستند که به خاطر هماهنگی این پرتوها، شعاع لیزر قدرت نفوذ بسیار بالایی دارد.

آنچه كه سبب می شود پرتو ليزر از نورهای ديگر متمايز شود در حقيقت ويژگي های منحصر بفرد آن است كه در هيچ منبع نوری ديگر يافت نمی شود. چهار ويژگی عمده ليزر عبارت‌اند از:

  1. همدوسی

  2. تك رنگی

  3. واگرايی كم

  4.  موازی بودن پرتو

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد لیزر می توانید صفحه لیزر چیست را ببینید.

امروزه ليزر كاربردهاي بيشماري دارد كه همه زمينه هاي مختلف علمي و فني فيزيك، شيمي، زيست شناسي، الكترونيك و پزشكي را شامل مي شود. همه اين كاربردها نتيجه مستقيم همان ويژگي هاي خاص نور ليزر است.

كاربرد 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 باشند.

رشته 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). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.

شايد جالبترين كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زيمنه 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.

كاربرد در زيست شناسي

از ليزر به طور روزافزوني در زيست شناسي و پزشكي استفاده مي شود. اينجا هم ليزر مي تواند ابزار تشخيص و يا وسيله برگشت ناپذير مولكولهاي زنده يك سلول و يا يك بافت باشد. ( زيست شناسي نوري و جراحي ليزري)

در زيست شناسي مهمترين كاربرد ليزر به عنوان يك وسيله تشخيصي است. ما در اينجا تكنيك هاي ليزري زير را ذكر مي كنيم :

الف) فلوئورسان القايي به وسيله تپهاي فوق العاده كوتاه ليزر در DNA در تركيب رنگي پيچيده DNA و در مواد رنگي موثر در فتوسنتز

ب) پراكندگي تشديدي رامان به عنوان روشي براي مطالعه ملكولهاي زنده مانند هموگلوبين و يا رودوپسين ( عامل اصلي در سازوكار بينايي)

ج) طيف نمايي همبستگي فوتوني براي بدست آوردن اطلاعاتي در مورد ساختار و درجه انبوهش انواع ملكولهاي زنده

د) روشهاي تجزيه فوتوني درخشي پيكوثانيه اي براي كاوش رفتار ديناميكي مولكولهاي زنده در حالت برانگيخته

به ويژه بايد از روشي موسوم به ميكروفلوئورمتر جريان ياد كرد. در اينجا سلولهاي پستانداران در حالت معلق مجبور مي شوند كه از يك اتاقك مخصوص جريان عبور كنند كه در آنجا رديف مي شوند و سپس يكي يكي از باريكه كانوني شده ليزر يوني آرگون عبور مي كنند. با قرار دادن يك آشكارساز نوري در جاي مناسب مي توان اين كميت ها را اندازه گيري كرد :

الف) نورماده اي رنگي كه به يك جزء خاص تشكيل دهنده سلول يعني DNA متصل ( كه اطلاعاتي راجع بع مقدار آن جزء تشكيل دهنده سلول را به دست مي دهد) امتياز ميكروفلوئورمتري جريان در اين است كه اندازه گيري ها را براي تعداد زيادي از سلولها در مدت زمان محدود ميسر مي سازد. به اين وسيله مي توانيم دقت خوبي براي اندازه گيري آماري داشته باشيم.

در زيست شناسي از ليزر براي ايجاد تغيير برگشت ناپذير در ملكولهاي زنده و يا اجزاي تشكيل دهنده سلول هم استفاده مي شود. به ويژه تكنيك هاي معروف به ريز - باريكه را ذكر مي كنيم. در اينجا نور ليزر ( مثلا يك ليزر Ar+ تپي ) به وسيله يك عدسي شيئي ميكروسكوپ مناسب در ناحيه اي از سلول با قطري در حدود طول موج ليزر (05 µm) كانوني مي شود منظور اصلي از اين تكنيك مطالعه رفتار سلول پس از آسيبي است كه با ليزر در ناحيه خاصي از آن ايجاد شده است.

کاربرد لیزر در پزشکی (استفاده از لیزر مو، لیزر پوست و سایر لیزرهای پزشکی) را به طور جداگانه مطرح میشود.

ارتباط نوري

استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيت مهم اشتياق زيادي برانگيخت :

الف) اولين علت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموج بخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده از يك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.

ب) علت دوم طول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواج ميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبت به واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتن يك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند :

الف) ارتباطات فضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جوي مطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :

Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 با آهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاتري است و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.

ب) ارتباطات بين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اين منظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.

اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقال از طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه از سالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورد استفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپي است. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسي بل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيز در اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتر رسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري در ارتباطات راه دور نويد مي دهد سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفت كننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم به تار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نور سيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرها تا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعال تركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x مي توان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شود كه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هسته مركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيت در ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشتر تارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چه ممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفاده كرد.

اندازه گيري و بازرسي

خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيد زيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترل ابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيز مد نظر قرار مي دهيم

يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيز در مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمندي ليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور و تلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود و هم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام مي شود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معين مي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجه نيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دست آمده است.

از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روش استفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد

براي مسافتهاي كوتاه تا 50 متر روشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدار شده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1 كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافت هاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و از جسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.

در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسون استفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيري و يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود در حالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده است بازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند به طوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري مي شود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنال تداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراين يك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دست دهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كرد كه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اين روش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.

براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنه استفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله از روي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك در ميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصل طولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيل شده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظامي دارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصله بين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكر است.

درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازه گيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعات مي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نور فرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهده سيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعت مايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزر براي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.

يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اي است. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شامل ليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمول استفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربه ساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهت انتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابر مضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زماني كه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدار خيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخش تشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجه فركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلاف اين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دو باريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازه گيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترين ژيروسكوپ هاي معمولي است.

كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعي عبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبط شده است كه مي توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسك ويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات به وسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصله هاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندن استفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يك شيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخل ويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكس نبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را به صورت رقمي ضبط كرد.

كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوري در كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبه طول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعي تغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافي حاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها را نمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك و فوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگاري نيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجود آمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.

آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزري است. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحه حساس به نور كانوني مي شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظر دامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانند سيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يك ايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را به وسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاه دور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي راكه بايد خوانده شود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه را كنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشت اكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحات روزنامه به كار برده مي شود.

كاربردهاي نظامي

كاربردهاي نظامي ليزر هميشه عمده ترين كاربردهاي آن بوده است . فعلا مهمتريم كاربردهاي نظامي ليزر عبارت اند از: الف) فاصله يا بهاي ليزري ب) علامت گذارهاي ليزري ج) سلاح هاي هدايت انرژي

فاصله ياب ليزري مبتني بر همان اصولي است كه در رادارهاي معمولي از آن ها استفاده مي شود. يك تپ كوتاه ليزري ( معمولا با زمان 10 تا 20 نانوثانيه) به سمت هدف نشانه گيري مي شود و تپ پراكنده برگشتي بوسيله يك دريافت كننده مناسب نوري كه شامل آشكارساز نوري است ثبت مي شود. فاصله مورد نظر با اندازه گيري زمان پرواز اين تپ ليزري به دست مي ايد. مزاياي اصلي فاصله ياب ليزري را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

الف) وزن - قيمت و پيچيدگي آن به مراتب كمتر از رادارهاي معمولي است.

ب) توانايي اندازه گيري فاصله حتي براي هنگامي كه هدف در حال پرواز در ارتفاع بسيار كمي از سطح زمين و يا دريا باشد.

اشكال عمده اين نوع رادار در اين است كه باريكه ليزر در شرايط نامناسب رويت به شدت در جو تضعيف مي شود. فعلا چند نوع از فاصله يابهاي ليزري با بردهاي تا حدود 15 كيلومتر مورد استفاده اند :

الف) فاصله ياب هاي دستي براي استفاده سرباز پياده ( يكي از آخرين مدل هاي آن در آمريكا ساخته شده كه در جيب جا مي گيرد و وزن آن با باتري حدود 500 گرم است.

ب) سيستم هاي فاصله ياب براي استفاده در تانكها

ج) سيستم هاي فاصله ياب مناسب براي دفاع ضد هوايي

اولين ليزرهاي كه در فاصله يابي از آن ها استفاده شد ليزرهاي ياقوتي با سوئيچ Q بودند. امروزه فاصله يابهاي ليزري اغلب بر اساس ليزرهاي نئودميم با سوئيچ Q طراحي شده اند. گرچه ليزرهاي CO2 نوع TEA در بعضي موارد ( مثل فاصله ياب تانك ها ) جايگزين جالبي براي ليزرهاي نئودميم است.

دومين كاربرد نظامي ليزر در علامت گذاري است. اساس كار علامت گذاري ليزري خيلي ساده است : ليزري كه در يك مكان سوق الجيشي قرار گرفته است هدف را روشن مي سازد به خاطر روشنايي شديد نور هنگامي كه هدف به وسيله يك صافي نوري با نوار باريك مشاهده شود به صورت يك نقطه روشن به نظر خواهد رسيد. سلاح كه ممكن است بمب - موشك - و يا اسلحه منفجر شونده ديگري باشد بوسيله يك سيستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترين شكل اين احساسگر مي تواند يك عدسي باشد كه تصوير هدف را به يك آشكارساز نوري ربع دايره اي كه سيستم فرمان حركت سلاح را كنترل مي كند انتقال مي دهد و بنابراين مي تواند آن را به سمت هدف هدايت كند. به اين ترتيب هدف گيري با دقت بسيار زياد امكان پذير است. ( دقت هدف گيري حدود 1 متر از يك فاصله 10 كيلومتري ممكن به نظر مي رسد.) معمولا ليزر از نوع Nd: YAG است. در حالي كه ليزرهاي CO2 به خاطر پيچيدگي آشكارسازهاي نوري ( كه مستلزم استفاده در دماهاي سرمازايي است) نامناسب اند. علامت گذاري ممكن است از هواپيما - هليكوپتر و يا از زمين انجام شود. ( مثلا با استفاده از يك علامت گذار دستي ). اكنون كوشش قابل ملاحظه اي هم در آمريكا و هم در روسيه براي ساخت ليزرهايي كه به عنوان سلاحههاي هدايت انرژي به كار مي روند اختصاص يافته است. در مورد سيستم هاي قوي ليزري مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل براي چند ده ثانيه ) يك سيستم نوري باريكه ليزر را به هدف ( هواپيما - ماهواره يا موشك ) هدايت مي كند تا خسارت غير قابل جبراني به وسايل احساسگر آن وارد كند و يا اينكه چنان آسيبي به سطح آن وارد كند كه نهايتا در اثر تنش هاي پروازي دچار صدمه شود سيستم هاي ليزر مستقر در زمين به خاطر اثر معروف به شوفايي گرمايي كه در جو اتفاق مي افتد فعلا چندان عملي به نظر نمي رسند. جو زمين توسط باريكه ليزر گرم مي شود و اين باعث مي شود كه جو مانند يك عدسي منفي باريكه را واگرا سازد با قرار دادن ليزر در هواپيماي در حال پرواز در ارتفاع بالا و يا در يك سفينه فضايي مي توان از اين مساله اجتناب ورزيد. اطالعات موجود در اين زمينه ها به علت سري بودن آن ها اغلب ناقص و پراكنده اند. اما به نظر مي رسد كه اين سيستم ها كلا شامل باريكه هايي پيوسته با توان 5 تا 10 مگا وات (براي چند ثانيه ) با يك وسيله هدايت اپتيكي به قطر 5 تا 10 متر باشند مناسب ترين ليزرها براي اينگونه كاربرد ها احتمالا ليزرهاي شيميايي اند ( DF يا HF) . ليزرهاي شيميايي به ويژه براي سيستم هاي مستقر در فضا جالب اند زيرا توسط آن ها مي توان انرژي لازم را به صورت انرژي ذخيره فشرده به شكل انرژي شيميايي تركيب هاي مناسب تامين كرد.

تمام نگاري

تمام نگاري ( هولوگرافي http://www.holographer.org/ ) يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداري سه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپ الكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اين تكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.

اساس تمام نگاري به اين صورت است كه باريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيده و عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد مي كند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اين ترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. به علت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شود حالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهاي تداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظر نمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقع حامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.

حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه در معرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنون با فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجاد مي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كه انگار هنوز هم جسم در آنجاست.

يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازي شده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرف ديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي را براورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي در روي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگام تاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محل نسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند. ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخلي را ضبط كند.

تمام نگاري به عنوان يك تكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترين موفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساس تمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيله اي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شده است.

کاربردهای صنعتی. این مورد کاربرد، به طور جداگانه مطرح میشود.

نوشته شده در شنبه سی ام مرداد 1389 ساعت 0:45 توسط م √ ج|

لیزر، رعد و برق، باران

 

 در پنجاهمین سالگرد اختراع لیزر، دانشمندان به روشی تازه برای تولید باران مصنوعی دست یافته‌اند. آن‌ها با تاباندن پرتوهای لیزر به ابرها و ایجاد ردهای یونیزه، محیطی برای چگالش ریزقطرات آب ایجاد کرده‌اند. با استفاده از فناوری لیزری می‌توان رقص باران را به یکی از نوآوری‌های قرن بیست و یکم تبدیل کرد. نورشناسان اثبات کرده‌اند که شلیک کردن لیزرها به درون هوا می‌تواند منجر به شکل‌گیری قطرات باران شود. آنها امیدوارند این تکنیک روزی برای شبیه‌سازی بارش باران مورد استفاده قرار گیرد.

به گزارش نیچر، بیش از 50 سال است که تلاش‌ها برای تولید باران مصنوعی روی بارور کردن ابرها متمرکز شده که با پراکنده کردن ذرات کوچک یون‌های نقره در هوا باعث تولید باران مصنوعی می‌شود.

جروم کاسپاریان، فیزیک‌دان دانشگاه ژنو در سوئیس در این باره گفت: «مشکل این است که هنوز مشخص نیست بارور کردن ابرها روش کارآمدی باشد و به خوبی کار ‌کند. هم‌چنین نگرانی‌هایی وجود دارد که پراکنده کردن یون‌های نقره در فضا ممکن است برای محیط‌زیست خطرناک باشد».

کاسپارین و همکارانش متوجه شدند که روش‌های جایگزین بهتری هم وجود دارد که برای محیط زیست مشکل کم‌تری ایجاد می‌کند. شلیک کردن پالس‌های کوتاه لیزر در هوا می‌تواند مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن را در اطراف اشعه لیزر، یونیزه کرده و پلاسمایی تولید کند که در نهایت باعث تولید یک کانال پلاسمایی از مولکول‌های یونیزه می‌شود. این مولکول‌های یونیزه شده می‌توانند مانند یک میعان کننده طبیعی عمل کنند.

برای آزمایش این که آیا این تکنیک می‌تواند باعث تولید قطرات باران شود، محققان یک لیزر قدرتمند را داخل یک محفظه شبیه‌ساز ابرهای جوی در آزمایشگاه که شامل هوای اشباع از بخار آب بود، شلیک کردند. آن‌ها داخل این محفظه را با کمک یک لیزر کم‌قدرت استاندارد دیگر روشن کردند تا بتوانند قطرات تولید شده را مشاهده و ابعاد آن‌ها را اندازه‌گیری کنند.

بلافاصله بعد از شلیک لیزر، قطرات باران به اندازه 50 میکرومتر (0.05 میلی‌متر) در طول کانال پلاسمایی تولید شدند. سه ثانیه بعد و بعد از آمیخته شدن قطرات باران، اندازه آن‌ها به 80 میکرومتر رسید. نتیجه این تحقیات در نشریه آنلاین Nature Photonics به چاپ رسیده است.

باران ساز
قدم بعدی برای کاسپارین و تیم همراهش کاربرد این تکنیک در محیط خارج است. محققان قبلا استفاده از کانال‌های پلاسمایی را برای تغییر هوا تجربه کرده‌اند. در سال 2008 آن‌ها اثبات کردند که یک اشعه لیزر تراموبایل قدرتمند می‌تواند به داخل ابرها شلیک شود و یک تخلیه الکتریکی به وجود بیاورد.

هم‌چنین این اشعه می‌توانست بدون انحراف به هدف خودش برسد ، چرا که کانال پلاسمایی تولید شده، سرعت حرکت را طوری تغییر می‌دهد که گویی نور درون هوا و نه محیطی فشرده‌تر حرکت می‌کند، یعنی در مرکز اشعه سرعت کاهش پیدا کرده و در کناره‌ها افزایش پیدا می‌کند. این باعث می‌شود که اشعه لیزر دائما خود را متمرکز کرده و در مسافت‌های طولانی، شدت خود را بالا نگاه دارد.

این بار کاسپارین و همکارانش لیزر تراموبایل را در چند شب مختلف و در شرایط رطوبتی مختلف مورد آزمایش قرار دادند و میزان میعان صورت گرفته را با اندازه‌گیری شدت انعکاس نور لیزر دوم توسط قطرات تولید‌شده اندازه‌گیری کردند.

در شرایطی که رطوبت هوا کم بود، لیزر تراموبایل نتوانست قطرات باران را تولید کند؛ اما زمانی که میزان رطوبت هوا افزایش پیدا کرد، دانشمندان توانستند تا 20 برابر حالت قبل بازگشت معکوس نور لیزر دوم را اندازه‌گیری کنند که این نشان می‌دهد میعان قطرات باران با موفقیت انجام شده است.

رونالد سائربری یک کارشناس فیزیک لیزری در مرکز تحقیقاتی FZD Dresden در آلمان در این باره گفت: «این تیم تحقیقاتی می‌توانند با این روش یک تکنولوژی جدید و پیشرفته را به وجود بیاورند. این اولین بار است که از لیزر برای میعان و تولید قطرات باران استفاده شده است».

کاسپارین نیز در این بار گفت: «این تکنیک هنوز هم در مراحل اولیه خود قرار دارد. ما فقط توانستیم در طول کانال لیزری عملیات میعان را انجام دهیم. بنابراین نباید انتظار داشت که ما فردا بتوانیم با کمک این روش باران تولید کنیم».

در حال حاضر تیم تحقیقاتی او سعی می‌کنند که با استفاده از پخش کردن لیزر در آسمان، میعان سازی را در محدوده گسترده‌تری انجام دهند.

توماس لیسنر ، فیزیک‌دان جوشناس در موسسه تکنولوژی کارلسروهه آلمان در مورد امکان‌پذیر بودن گسترش مساحت تاثیر این تکنیک مشکوک است و می‌گوید: «من مطمئن نیستم که بتوان از این روش برای تولید قطرات باران استفاده کرد. اما این تکنولوژی می‌تواند کاربردهای دیگری هم داشته باشد. محققان باید رابطه بین میزان میعان‌سازی صورت گرفته توسط لیزر و شدت غالب بودن شرایط جوی را اندازه‌گیری کنند. می‌توان با استفاده از میزان میعان صورت گرفته توسط لیزر برای اندازه‌گیری اشباع آب در هوا و پیش‌بینی احتمال بارش باران استفاده کرد».

www.khabaronline.ir

نوشته شده در جمعه بیست و نهم مرداد 1389 ساعت 13:55 توسط م √ ج|

 

فیزیک‌دانان موفق شده‌اند با عملی کردن یکی از آرزوهای دیرین خود، تپی از نور را آن قدر کوتاه تولید کنند که تنها حاوی یک نوسان از موج نور باشد. این دستاورد می‌تواند صنایع ارتباطی فیبر نوری و محاسبات نوری را دگرگون کند.

پرتوهایی از نور که فقط یک بار نوسان می‌کنند


به گزارش نیوساینتیست، درخش‌های تولیدشده تقریبا به همان اندازه کوتاهند که قوانین فیزیک پیش‌بینی می‌کنند. قدرت یک تپ تک‌چرخه‌ای به مراتب بیشتر از تپ‌های حاوی چند چرخه نوسانی است؛ چرا که انرژی بیشتری در بازه زمانی کوتاه‌تری آزاد می‌شود. از این تپ های ابرکوتاه می‌توان به عنوان فلاش‌هایی جهت آشکار ساختن رویدادهای بسیار کوچک و فوق‌العاده سریع استفاده کرد، مانند تعامل یک تک فوتون (ذره تشکیل‌دهنده نور) با یک الکترون.

در اوایل قرن بیستم، ورنر هایزنبرگ، فیزیک‌دان آلمانی و برنده جایزه نوبل، موفق شد اصل عدم قطعیت را تدوین کند که براساس آن، برای کوتاه‌ترین زمان ممکن یک پالس نور در هر طول‌موجی، محدودیتی بر اساس تعداد نوسان‌های موج نور وجود دارد.

آلفرد لیتنشتورفر و همکارانش در دانشگاه کنستانز در آلمان برای تولید این لیزر، از لیزرهای بلورین، فیبرهای نوری و پرتوهایی با طول‌موج استاندارد که در مخابرات به‌کار می‌رود، استفاده کردند. به‌عنوان مثال در لیزرهای فروسرخ، اصل عدم قطعیت مانع از این می‌شود که تپ لیزری با زمان کم‌تر از یک فمتوثانیه (هر یک میلیون میلیارد فمتوثانیه برابر یک ثانیه است) تولید شود.

برای دست‌یابی به کوتاه‌ترین پالس لیزر، گروه کنستانتز لیزری را به درون یک رشته فیبر نوری شلیک کرد و سپس، آن‌را که درون دو رشته فیبر نوری یکسان تقسیم کرد. این فیبرهای نوری حاوی اربیوم (از گروه فلزات خاکی نادر) بود تا امواج نور را تقویت کند. هر فیبر، شامل مرحله دومی نیز بود که طول‌موج نور را تغییر می‌داد؛ به‌طوری‌که در یک رشته طول‌موج پرتوی لیزر را 40 درصد افزایش و در رشته دیگر، 40 درصد کاهش می‌داد.

سپس، پژوهشگران پرتوهای خروجی از دو رشته فیبر نوری را با یکدیگر ادغام کردند و با ایجاد تداخلی ویرانگر، شرایطی را به‌وجود آوردند که بیشتر امواج یکدیگر را خنثی کردند و تنها، یک نوسان نور باقی ماند که 4.3 فمتوثانیه دوام آورد.

پیش‌از این پژوهشگران توانسته بودند با استفاده از لیزرهایی که طول‌موج آن‌ها 50درصد کوتاه‌تر بود؛ پالس‌هایی کوتاه‌تر حتی با مدت 3.9 فمتوثانیه تولید کنند؛ اما تمام آنها حاوی بیشتر از یک نوسان بودند، یکی 2 نوسان و دیگری 1.3 نوسان.

نوشته شده در جمعه بیست و نهم مرداد 1389 ساعت 13:46 توسط م √ ج|

 

 

مهندسان برنامه دفاع ضد موشک‌های بالستیک، دستگاهی ساخته‌اند که پشه‌ها را از فاصله‌ای مشخص، شناسایی و با تاباندن لیزر، آنها را از بین می‌برد. ادعا می‌شود کارایی این دستگاه در مقابله با بیماری مالاریا بسیار عالی است.

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 پشهها 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.

تصویر، پشه‌ای را نشان می‌دهد که در حین آزمایش وسیله جدید ضد پشه مالاریا با یک لیزر مورد هدف قرار گرفته است. حق امتیاز این ابزار به نام شرکت Intellectual Ventures ثبت شده است

یکی از مهم‌ترین سوال‌هایی که طی این تحقیقات مطرح شد، این بود که چه میزان نیرو برای کشتن یک پشه لازم است. شاید به میزانی که به دی.ان.ای آن آسیب برساند، اما باعث بلند شدن دود از آن نشود.

نوشته شده در جمعه بیست و نهم مرداد 1389 ساعت 13:31 توسط م √ ج|

دانش > فناوری  - در پنجاهمین سالگرد اختراع پرتوی لیزر، نگاهی داریم به بازار چند میلیارد دلاری پرتوهای لیزر و کاربردهای گسترده آن در زندگی روزمره. جالب اینجاست که حتی بشر امروز هم تنها از بخش اندکی از توانایی‌های فراوان لیزر استفاده می‌کند. لیزر ، از گذشته تا آینده

ابوالفضل کریمی: لیزر تاکنون تاثیرات شگرفی روی زندگی روزانه ما داشته است، اما دانشمندان معتقدند ما فقط از بخشی از قابلیت‌های این تکنولوژی استفاده کرده‌ایم.

به گزارش بی‌بی‌سی، یک‌شنبه 26 اردیبهشت، پنجاهمین سالگرد اختراع پرتوی لیزر یاقوتی در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیوز در آمریکاست. در طول این مدت، پرتوهای لیزر به هزاران شکل مختلف، از بارکد‌خوان‌های فروشگاه‌ها گرفته تا تلاش برای تشخیص امواج گرانشی حاصل از برخورد سیاه‌چاله‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

اما محققان معتقدند در دهه‌های آینده استفاده از فناوری لیزر پیشرفت‌های قابل‌توجهی خواهد داشت.

دیوید هانا، استاد بازنشسته مرکز تحقیقاتی اپتوالکترونیک از دانشگاه سوث‌هامپتون انگلستان در این باره گفت: «لیزر نسبت به دیگر منابع نوری قابلیت‌های بسیاری برای ما فراهم کرده، به طوری که بدون آن این پیشرفت‌های شگفت‌انگیز در طول چند دهه گذشته امکان‌پذیر نبود».

اما این پایان راه نیست و فقط با قوه تخیل می‌توان قابلیت‌های عجیب و شگفت‌انگیز لیزر را درک کرد.

آغاز لیزر
لیزر اولین بار توسط تئودور مایمن اختراع شد. او نور فلاش عکاسی را به یک میله یاقوتی تاباند و آن را طوری برانگیخته کرد که پرتوهای باریک و شدید نور را تولید کند. این نور اولین پرتو لیزر ساخته شده توسط بشر بود.

در آن زمان، رقابت شدیدی برای تولید لیزر یا "تقویت نور به روش گسیل القایی تابش" وجود داشت و سرانجام، این مایمن بود که توانست در تاریخ 16 می 1960 / 26 اردیبهشت 1339 برای اولین بار پرتوی لیزر را تولید کند.

قابلیت لیزر برای هدایت جریانی از انرژی از یک مکان به مکان دیگر، به قدری کارایی داشت که در مدت چند دهه این تکنولوژی به هزاران شکل مورد استفاده قرار گرفت.

اکنون اسکن کردن بارکد یک قوطی کنسرو در فروشگاه‌ها با کمک فناوری لیزر صورت می‌گیرد. هر کس که به موسیقی‌های روی یک سی.‌دی گوش می‌دهد، در حقیقت از لیزر برای خواندن اطلاعات روی دیسک استفاده می‌کند. هر کس که اقدام به ارسال یک نامه الکترونیکی می‌کند، از شبکه‌های ارتباطی فیبر نوری جهان که با استفاده از نور لیزر عمل می‌کنند، بهره می‌برد. هر زمان که شخصی داخل خودروی خود می‌نشیند، در حقیقت وارد اتاقکی می‌شود که ساختش را مدیون تکنولوژی لیزر است.

تیم هولت، مدیر اجرایی موسسه فوتونیک از دانشگاه Strathclyde در این باره می‌گوید: «پردازش‌های لیزری بسیار زیادی بر روی یک خودرو صورت می‌گیرد که شاید شما نتوانید باور کنید. برش لیزری، علامت‌گذاری لیزری، اندازه‌گیری لیزری، مته‌کاری با لیزر، فرآیند سخت‌سازی لیزری، لحیم‌کاری با کمک لیزر و جوشکاری لیزری، همه کاربردهای لیزر را در ساخت یک خودرو نشان می‌دهد. به عبارت دیگر بدون کمک لیزر ساخت خودروهای مدرن امروزی به هیچ وجه امکان‌پذیر نبود».

بازار میلیاردی لیزر
بازار جهانی لیزرها سالانه رقمی بین 5 تا 7 میلیارد دلار را شامل می‌شود. بیش‌تر ارزش این بازار مربوط به لیزرهایی است که به خروجی کارخانه‌ها و برای پردازش مواد، فروخته می‌شود. اما دو بازار عمده دیگر لیزر استفاده از آن در سیستم‌های ارتباطی و ذخیره سازی اطلاعات است.

اما با وجود نفوذ لیزر در بسیاری از فرآیندهای دنیای امروز، دانشمندان معتقدند هنوز هم این پرتوهای شگفت‌انگیز کاربردهای بسیار بیش‌تری می‌تواند داشته باشد. امیدهای زیادی وجود دارد که لیزر بتواند منابع انرژی پاک تقریبا بدون محدودیت ر ا برایمان فراهم کند.

در ایالات متحده، تاسیسات ملی احتراق به زودی از 192 پرتوی لیزر غول‌پیکر استفاده می‌کند تا با متمرکز کردن آن‌ها به گلوله کوچکی از سوخت هیدروژنی، این عنصر را به هلیوم تبدیل کرده و در این فعل و انفعالات انرژی بسیار زیادی را آزاد کند؛ درست همان فرآیندی که هم‌اکنون در هسته خورشید در حال انجام است.

در اروپا محققان می‌خواهند این روش را در پروژه ای موسوم به HiPER به پیش ببرند که می‌تواند نمونه اولیه برای کارخانه‌های تولید برق آینده باشد.

دکتر کیت لانکستر از تاسیسات مرکزی لیزر در دیکوت انگلستان در این باره گفت: «می‌توان از لیزر برای گرم کردن و متلاشی کردن ماده تا دمایی ده برابر دمای مرکز خورشید استفاده کرد. یک لیزر استاندارد نزدیک به یک میلی‌وات انرژی دارد، اما ما در حال نزدیک شدن به ساخت لیزرهای یک پتاواتی هستیم که قدرتی بیش از ده‌هزار میلیارد برابر یک لامپ معمولی دارد».

هم‌چنین با کمک لیزر می‌توان هم‌جوشی هسته‌ای را بسیار کارآمدتر انجام داد، اما استفاده از لیزر برای رسیدن به این هدف بسیار مشکل است.

لیزر در اخترشناسی
در نجوم نیز لیزرها برای بهبود کیفیت و دقت تصاویر بهترین تلسکوپ‌های حال حاضر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با در نظر گرفتن یک ستاره مرجع در آسمان، دانشمندان قادرند دقت و صحت رصدهای خود را تخمین زده و میزان تحریف ناشی از آشفتگی‌های جوی را بررسی کنند.

اما اکنون لیزر در حال پیشتازی در شکل جدیدی از نجوم است که به دنبال واکاوی جهان بدون نیاز به شناسایی نور است. تداخل‌سنج‌های لیزری می‌توانند اختلالات ناشی از انفجار داخلی ستارگان بزرگ را اندازه‌گیری کنند که به امواج گرانشی معروف هستند.

این امواج گرانشی بسیار ضعیف هستند و فقط لیزرها دارای این دقت هستند که بتوانند آن‌ها را شناسایی کنند. اگر این تکنیک به درستی کار کند، می‌توان امواج گرانشی باقی‌مانده از لحظه تولید جهان را نیز شناسایی و مشاهده کرد.

لیزر و پزشکی
در پزشکی نیز کاربردهای لیزر بی حد و حصر است. دکتر لنکستر در این باره می‌گوید: «لیزر می‌تواند برای دستکاری کردن اتم‌ها و مولکول‌ها مورد استفاده قرار گیرد. لیزر می‌تواند به ذرات شتاب دهد و این قابلیت در درمان سرطان کاربرد خواهد داشت. در حال حاضر که ما از پرتودرمانی برای نابودی سلول‌های سرطانی استفاده می‌کنیم، فوتون‌ها به داخل بدن وارد شده و انرژی خود را علاوه بر قسمت‌های سرطانی به بافت‌های سالم بدن نیز وارد می‌کنند. اما زمانی که فوتون‌ها و یون‌ها به داخل بدن وارد می‌شوند، آن‌ها اکثر انرژی خود را در محدوده انتهایی خود تخلیه می‌کنند و بنابراین ما می‌توانیم از لیزر استفاده کرده و فوتون‌ها را طوری تنظیم کنیم که انرژی را فقط در قسمت‌های سرطانی تخلیه کنند».

همراه با قدرتمند‌تر شدن لیزر، نرخ پالس‌های آن نیز وارد مرزهای جدیدی شده‌اند. دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از لیزر، زمان را در اندازه فمتوثانیه یا یک قسمت از هزار میلیون میلیونیم ثانیه تقسیم‌بندی کنند. در حال حاضر دانشمندان سرگرم تحقیقات روی لیزرهای اتوثانیه هستند که زمان را با بخش‌های یک میلیون میلیون میلیونوم ثانیه می‌شمارد.

با این اندازه‌ها می‌توان چگونگی کار کردن مواد را دید. برای مثال می‌توان لحظه‌ای را که یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد، ثابت کرد.

پروفسور هانا در این باره گفت: «در اندازه‌های زمانی فمتو ثانیه، اتم در یک مولکول نوسان خواهد داشت. بنابراین می‌توان نگاه دقیقی به آن چیزی که در یک مولکول اتفاق می‌افتد داشته باشیم».

www.khabaronline.ir

 

نوشته شده در جمعه بیست و نهم مرداد 1389 ساعت 13:17 توسط م √ ج|

کلمه لیزر (laser) در واقع از حروف نخست کلمات Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation که به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است، گرفته شده است.

نگاه اجمالی

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌ ، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است.

تاریخچه

انیشتین در 1917 میلادی نظریه گسیل القایی را بیان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پایه این تئوری چهل سال بعد ، تاونز و همکاران او ، نخستین تقویت کننده گسیل القایی را با بکار گیری آمونیاک مورد آزمایش قرار داده و سیستمی‌ به اسم میزر پدید آوردند که در فرکانس 2.3X1011Hz کار می‌کرد.

نخستین لیزر در 1960 بوسیله میلمن ، با استفاده از
یاقوت قرمز (ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم III ساخته شد و اولین لیزر گازی He - Ne توسط دکتر علی جوان در آزمایشگاه شرکت Bell در آمریکا ساخته شد. در سال 1986 کشف شد که منبع لیزر می‌تواند نور همدوس تابش کند، به گونه‌ای که دامنه و فاز آن در تمامی‌ نقاط فضا ، قابل سنجش و تعیین باشد. یکی دیگر از خواص لیزر ، همگرایی بالای آن است. به دلیل این ویژگی ، تمامی انرژی پرتو لیزر تقریبا در یک فرکانس متمرکز می‌‌شود. لذا تکفامی و بالا بودن شدت آن ایده‌آل است.

نحوه ایجاد پرتو لیزر

اولین شرط ایجاد لیزر ، داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه‌هایی از این مواد عبارتند از: بلورهایی مثل یاقوت ، ایتریوم ، آلومینیوم گارنت ، ( ) یا گازهایی مثل CO2 و He - Ne و ... و مایعاتی مانند رنگهای رودآمین – 6G می‌‌باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می‌توان از یک اتم برانگیخته بدست آورد.

چنانچه اتم و یا مولکول در تراز بالاتر E2 واقع شود و فوتونی با فرکانس‌ v با اتم برانگیخته وارد برهمکنش شود. بطوری که
hv = E2 _ E1 باشد، در این صورت احتمال معینی وجود خواهد داشت که اتم به تراز پایینتر بیافتد. در نتیجه ، دو
فوتون حاصل می‌‌شود، فوتون القا کننده و القا شونده ، که هر دو همفاز هستند.در عین حال ، اگر اتمهایی به تعداد N2 در تراز E1 باشند، می‌توانند با جذب فوتونهای فوق ، برانگیخته شده و به تراز انرژی E2 برسند.

چنانچه هدف به دست آوردن تابش همدوس باشد، باید سعی شود که N2 >> N2 گردد، به عبارت دیگر ، تجمع معکوس رخ دهد. فرآیندی که طی آن تجمع معکوس صورت می‌‌گیرد، دمش می‌نامند. وقتی یک سیستم دو ترازی با محیط اطراف خود در حال تعادل گرمایی باشد، جمعیت تراز انرژی بالاتر Nj کمتر از جمعیت تراز Ni خواهد بود. با استفاده از فرآیند اشباع شدن می‌توان Ni را با Nj مساوی گردانید. بطوری که مقدار جذب به صفر تنزل یابد.

چنانچه بتوان مقدار Nj را بیشتر از Ni نمود، اکثر اتمهای سیستم که به حالت برانگیخته می‌‌روند، تمایل خواهند داشت که به حالت انرژی کمتر برگردند. بدیهی است که این تمایل به وسیله کوانتای تابش فرودی تشدید می‌گردد. بدین معنی که سیستم نه تنها فوتون فرودی را جذب نمی‌کند بلکه فوتون فرودی باعث برانگیختگی سیستم برانگیخته شده که با سقوط به حالت پایینتر دو کوانتا انرژی تابشی از دست می‌دهد (فوتون مربوط به اتم برانگیخته به همراه فوتون فرودی). تمام این فرآیندها تابش لیزر را بوجود می‌آورند.

قرار دادن محیط تولید لیزر در یک مشدد نوری با انتهای آینه‌ای که تابش را در محیط تولید لیزر به جلو و عقب می‌فرستد، سبب تراکم تابش سطوح بالا در تشدید کننده بوسیله ادامه گسیل القایی می‌شود. سپس تابش لیزر از طریق آینه‌ای نیمه شفاف ، از یک انتهای کاواک به بیرون گسیل می‌شود.

img/daneshnameh_up/f/f9/leizer.jpg




نور لیزر

وقتی که نور در دستگاه لیزر توسط کوانتومها
تولید شد، با رفت و برگشت بین آینه‌ها
متمرکزتر می‌شود.

 

تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از: شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌ و همدوسی. لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو می‌تواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی ، همدوسی و شدت زیاد است.

اینکه چگونه می‌توان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری ، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌ خودی ‌خود فاقد قابلیت تنظیم
طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد.

نمونه‌هایی از لیزرهای متداول

·         لیزرهای متدوال مادون قرمز (IR (2 _ 10μm: لیزر مونو اکسید کربن (CO) ، لیزر دی اکسید کربن (CO2) و بلورهای هالیدهای قلیایی و ابزار دیودی. لیزر نئودنیوم یق ( ) تابشی در طول موج 1.06 میکرومتر تولید کرده و لیزرهای الکساندریت یا دیودهای مخابراتی قابل تنظیم در IR نزدیک هستند. (طول موج از 2000nm تا 700nm)
>

·         لیزرهای محدوده نامرئی (400 _ 700nm): لیزرهای آرگون _ کریپتون و لیزر هلیوم _ نئون، لیزرهای رنگی و لیزر تیتانیوم_یاقوت کبود.

·         لیزرهای محدوده ماورای بنفش (200 _ 400nm): لیزرهای اگزایمر (لیزر هالید گاز نادر) ، نیتروژن ، لیزر رنگی با فرکانس دو برابر شده ، لیزرهای با فرکانس چندین برابر شده.

طبقه بندی لیزر در حالت کلی

·         لیزر پیوسته کار

·         لیزر پالسی

هولوگرام

هولوگرام یک تصویر سه بعدی است که با استفاده از لیزر ایجاد می شود . نور دستگاه لیزر به دو پرتو می شکند . یکی از پرتوها با انعکاس از روی یک آینه از روی شی به صفحه عکاسی می تابد . پرتو دیگر به وسیله آینه دیگری بدون برخورد به شی به صفحه عکاسی فرستاده می شود . صفحه عکاسی در جایی قرار داده می شود که دو پرتو تلاقی می کنند . سپس صفحه عکاسی ظاهر می شود و ، در صورتی که به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پدیدار می کند.

چگونگی ایجاد این دو دسته تا حدود زیادی بستگی به ساختار درونی محیط تولید لیزر ، مکانیزم ایجاد لیزر و پارامترهای دیگر دارد که بررسی آنها خارج از این مقوله است. از لحاظ کاربردی ، لیزر‌های پالسی با مدت پالس 12-10 ثانیه در دسترس هستند. چنین لیزرهایی در جهت پژوهش در فرایندهایی که در
گازها و مایعات ، با سرعتهای بسیار بسیار سریع رخ می‌‌دهد، بکار برده می‌شوند.

img/daneshnameh_up/e/e1/hologram.jpg


ایجاد هولوگرام
با استفاده از لیزر ، می‌توان
تصویری ایجاد کرد که هرگاه به طریق
صحیح به آن نور تابانده شود،
سه بعدی به نظر می‌رسد.

 http://daneshnameh.roshd.ir

نوشته شده در جمعه بیست و نهم مرداد 1389 ساعت 12:52 توسط م √ ج|


مطالب پيشين
»
» لیزرهای فیبری با کاربردی مدرن در چشم پزشکی
» فیبر نوری
» نقاشی با نــــور فریما
» نسبيت با دستكاري آدميزاد و لیزر
» ماوراي سرعت نور؟بله يا خير؟
» نور و طبيعت نا شناخته ان - اتر و ارتباط آن با مغناطیس
» ديدن اجسام پشت ديوار هم امكان‌پذير شد
»
» لیزر به زبان ساده
قالب وبلاگ : پارس اسكين