__فیزیک لیزر__ (__Laser Physics__)



__فهرست مقالات فیزیک لیزر__

__مباحث علمی__	__مباحث کاربردی و تجربی__
((خواص نور لیزر))	((سرمایش لیزری اتمها))
((ماهیت نور))	((میزر آمونیاکی))
((انواع نشر))	((میزر سه ترازی))
((انواع جذب))	((لیزر یاقوت))
((سیستم دو ترازی))	((لیزر نئون|لیزر گازی هلیوم نئون))
((تجمع معکوس))	((تداخل سنج مایکلسون ))
((تابش جسم سیاه))	((پمپاژ لیزر))
((همدوسی))	((بهینه سازی کوپلاژ خروجی لیزر| بهینه‌سازی کوپلاژ))
((همدوسی رمانی))	((جرقه زنی لیزر))
((همدوسی فضایی))	((مشدد لیزری))
((امواج همدوس))	((تداخل سنج فابری پرو))
((حالات انرژی گسسته))	((ضریب کیفیت لیزر))
((اعداد کوانتومی))	((نحوه انتخاب مد عرضی و طولی))
((چندگانگی در طیف اتم))	((آینه لیزری))
((علائم و اصطلاحات طیف سنجی))	((دریچه بروستر))
((قواعد گزینش انتقالات ترازی|قواعد گزینش))	((لیزرهای گازی))
((نشر))	((لیزر حالت جامد))
((جذب))	((مدولاسیون خروجی لیزر))
((طیف مولکولی))	((نحوه انتخاب خطوط نشر لیزری|قواعد انتخاب))
((تراز انرژی اتمی در جامدات))	((کلیدزنی Q))
((ضرایب انیشتین و طیف سنجی))	((آسیب نوری))
((پهن شدگی طیف))	((پایدارسازی فرکانس خروجی لیزر|پایدارسازی فرکانس))
((معادلات تحول در لیزر))	((گودال سوزان لیزر))
((سیستم لیزر سه ترازی))	((ذخیره سازی در گودال))
((سیستم لیزر چهار ترازی))	((برشکاری لیزر))
((پهن شدگی فرکانس))	((تراشکاری لیزری))
((فیدبک نوری))	((مته لیزری))
((مد محوری لیزر))	((چاقوی لیزری))
((مد طولی لیزر))	((لیزر در پزشکی))
((مد عرضی لیزر))	((لیزر در دندانپزشکی))
((حفره لیزری))	((لیزر در صنعت))
((ماده فعال لیزر))	((لیرز در چشم پزشکی))
((شرایط پایداری تابش لیزری|شرایط پایداری))	((لیزر در تحقیقات))
((پدیده الکترو اپتیک))	((لیزر در گرافیک))
((پدیده کر))	((لیزر در مخابرات))
((پدیده پاکلس))	((لیزر در صنعت نظامی))
((پدیده فاراده))	((لیزر در طیف سنجی))
((پدیده‌های غیر خطی لیزر))	((سرمایش لیزری))
((دو برابر سازی فرکانس چشمه تابش با لیزر|دو برابر سازی فرکانس))	((لامپ فلاش))
((قفل زنی مد لیزر))	((لیزر دیودی))
((گسیل خودبخودی))	((پمپاژ با مکانیزم دینامیک گازی|پمپاژ دینامیک گازی))
((گسیل تحریکی))	((پمپاژ لیزر با الکترونهای شتابدار|پمپاژ الکترونی))
((لیزر میلمن))	((لیزر الکترون آزاد))
((تفاوت منابع معمولی با لیزر))	((لیزر پالسی))
((اانواع گذار انرژی))	((لیزر پیوسته کار))
((انتقالات الکترونی در مولکول))	((اندرکنش اتم با فونون))
((ساختار مولکولی))	((آزمایش دو شکاف یانگ|آزمایش یانگ))
((یونهای فعال لیزرهای حالت جامد))	((کلید زنی لیزر با روش دوار|کلید زنی آینه‌ای لیزر))
((پدیده اشتارک))	((کلید زنی لیزر با کلید الکترو اپتیکی|کلید زنی الکترو اپتیکی لیزر ))
((عوامل اتلاف در لیزر))	((کلید زنی لیزر با روش فوتو شیمیایی|کلید زنی فوتو شیمیایی لیزر))
((شرایط طراحی لیزر خوب))	((کلید زنی لیزر با روش فیلم قابل انفجار|کلید زنی فیلمی لیزر))
((پهن شدگی برخوردی))	((کلید زنی لیزر با روش کریستال مایع|کلید زنی کریستال مایع لیزر))
((پهن شدگی طبیعی))	((پمپاژ الکتریکی لیزر))
((پهن شدگی دوپلری))	((پمپاژ نوری لیزر))
((پهن شدگی میدان))	((پمپاژ لیزری))
((پهن شدگی اندرکنش فوتون با فونون|پهن شدگی اندرکنشی))	((پمپاژ لیزر نیم رسانا))
((ساختمان لیزر ساده))	((تنطیم آینه‌های لیزری))
((آرایشهای لیزری ))	((کریستال لیزری))
((کلید زنی لیزر با مواد اشباع))	((لیزر پرتوان))
((میزر))	((کاربرد لیزر در پزشکی))

!ریشه لغوی
کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت "تقویت ((نور)) بوسیله ((گسیل القایی)) تابش" (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) در لاتین ساخته شده است که معمولاً در ((امواج مادون قرمز|طول موجهای مادون قرمز)) نزدیک ، ((نور مرئی|مرئی)) و ((امواج ماورای بنفش|ماورای بنفش)) ((طیف الکترومغناطیس)) می‌باشد. به ((همدوسی|گسیلهای لیزر گونه)) طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو "((میزر))" (MASER) گفته می‌شود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می‌شود.
!دید کلی
*هیچ می‌دانید با لیزر معجزه می‌کنند!


*فکر می‌کنید لیزر برای چه تولید شده است؟


*به نظر شما برتری تانکهای مجهز به سیستم ((مسافت یاب لیزری)) در چیست؟


بد نیست بدانید که همه شما با لیزر زندگی می‌کنید و رد پایی که لیزر از خود بر جای می‌گذارد به زندگی امروزی معنا می‌دهد. برای همین بشر زندگی خود را در دنیای امروزی مدیون لیزر می‌داند.
!تاریخچه لیزر
پیشنهاد استفاده از ((گسیل القایی)) از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت ((امواج میکروویو)) بطور مستقل بوسیله __وبر__ (Weber) ، __جوردون__ (Gordon) ، __زیگر__ (Zeiger) ، __تاونز__ (Townes) ، __باسو__ (Basov) و __پروخورو__ (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام ~~green:میزر~~ (~~green:MASER~~) را که از ابتدای حروف "~~green:Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation~~" تشکیل شده بود برای آن برگزیدند.

اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای ((آمونیاک)) (~~green:__NH₃__~~) ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط __اسکاولو__ (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، __میلمن__ (Mailman) موفق به ساخت ((لیزر یاقوت|لیزر پالسی یاقوت)) شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که ((لیزر هلیوم-نئون|لیزر گازی هلیوم نئون)) بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد ((لیزر نیمه ‌هادی|لیزرهای نیمه ‌هادی)) مطرح گردید.
!سیر تحولی و رشد
اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر ((اشعه مادون قرمز)) و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر 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 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.

دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای ((تلفن)) را ارسال دارد. 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 ((فوتون|فوتونها)) استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم ((طول موج)) یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند.

بعد از اینکه ((لیزر دی اکسید کربن)) در سال 1964 اختراع شد ((کاربرد لیزر در پزشکی|کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی)) خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن گردد، اعمال جراحی را انجام دهد، در صنایع و در کارهای ساختمانی ، در وسایل نظامی و غیره کاربردهای فراوان آنرا می‌توان مشاهده نمود.
!همدوسی زمانی لیزر
همدوسی زمانی فوتونهای نور لیزر به معنی هماهنگی بین آنها از لحاظ وضعیت ارتعاشی (فاز) آنهاست. ((همدوسی|همدوسی مکانی نور لیزر)) به معنی هماهنگی بین فوتونهای تشکیل دهنده نور لیزر از لحاظ راستای انتشار آنهاست. به لحاظ همدوسی زمانی که در نور لیزر وجود دارد، قدرت تأثیر گذاری فوتونهای آن در نقطه هدف بسیار بالاتر از نورهای معمولی است؛ زیرا طبق ((اصل برهمنهی امواج)) ، به دلیل همفاز بودن این فوتونها ، میدانهای الکتریکی‌شان مستقیما باهم جمع شده و میدانی قوی را بوجود می‌آورند.
!همدوسی مکانی لیزر
همچنین به لحاظ همدوسی مکانی نور لیزر ، نور خروجی بصورت باریکه‌ای جهتمند از آن خارج شده و می‌تواند تا مسافتهای طولانی‌تری بدون افت چشمگیر توانش طی کند و نیز بوسیله کانونی کردن آن در نقطه کوچکی می‌توان به شدتهای بسیار بالایی دست یافت. نور لیزر نوری تقریبا تکرنگ است. مشخصه رنگ در نور به فرکانس آن وابسته است، بنابراین نور فوتونهای لیزر در محدوده کوچک فرکانسی گسیل می‌شوند، در حالیکه منابع نور معمولی گستره فرکانسی بسیار بالایی را دارند.

معیار تکرنگی یا خلوص نور لیزر ، پهنای فرکانسی آن است که طبق تعریف ، فاصله دو فرکانسی است که منحنی توزیع فرکانسی نورهای گسیلی در نصف ماکزیمم آن دارند. این فاصله در لیزرها فوق‌العاده کمتر از منابع نور معمولی یا منابع نور گازی است. این به معنای آن است که اکثر انرژی تابشی لیزرها حول فرکانس مرکزی آن می‌باشد. در منابع معمولی ، برعکس لیزرها منحنی توزیع فرکانسی بسیار وسیع است و پهنای فرکانسی آن نیز نتیجتا بسیار زیاد است. بنابراین اگر بخواهیم که نور این منابع را با استفاده از مثلا فیلتر و یا یک تجزیه‌گر بصورت تقریبا تکرنگ در بیاوریم، از شدت آن به‌ مقدار زیادی کاسته خواهد شد.

{img src=img/daneshnameh_up/9/99/lasermov.gif}

{img src=img/daneshnameh_up/c/c5/laser-intro.jpg}

!تقسیم بندی لیزرها
لیزرها بر اساس آهنگ خروج انرژی از آنها به دو دسته "~~green:__پیوسته‌کار__~~" و "~~green:__پالسی__~~" تقسیم ‌بندی می‌شوند. نور ((لیزر پیوسته ‌کار|لیزرهای پیوسته‌ کار)) بطور پیوسته گسیل می‌شود، ولی نور ((لیزر پالسی|لیزرهای پالسی)) در زمانهای کوتاه که به این زمان "__دوام پالس__" گفته می‌شود ارائه می‌گردد. فاصله زمانی ارائه دو پالس متوالی معمولاً خیلی بیشتر از زمان دوام پالس است. لیزرهای پالسی به‌دلیل اینکه می‌توانند انرژی خود را در زمان کوتاهی ارائه دهند، معمولاً دارای توانهای بالاتری می‌باشند.

لیزرها را براساس حالت ماده لیزر زا هم به ((لیزر حالت جامد|لیزرهای حالت جامد)) ، ((لیزر گازی|لیزرهای گازی)) ، ((لیزر رزینه)) ، ((لیزر نیمه‌هادی|لیزرهای نیمه‌هادی)) (دیودهای لیزری)، و لیزرهای الکترون آزاد تقسیم ‌بندی می‌کنند. همچنین ممکن است لیزرها را براساس نوع ماده تشکیل‌دهنده محیط لیزر زایی نیز تقسیم‌ بندی کرد. ((لیزر یاقوت)) ، ((لیزر نئودیوم- یق)) ، لیزر دی اکسید کربن ، لیزر هلیوم- نئون و انواع لیزرهای دیگر بر این اساس نامگذاری شده‌اند.
!کاربردهای لیزر
*__~~green:کاربرد لیزر در صنعت~~:__ برشکاری ، جوشکاری ، تراشکاری ، سوراخ کردن با لیزر و ... .


*__~~green:کاربرد لیزر در پزشکی~~:__ جراحی لیزری ، ساخت چاقوی ظریف لیزری ، جلوگیری از خونریزی جراحیها و ... .


*__~~green:کاربرد لیزر در صنایع نظامی~~:__ ((ردیاب لیزری)) ، ((فاصله یاب لیزری)) ، ((بمب لیزری)) و ... .


*کاربرد اساسی لیزر در ((اسپکتروسکوپی)) است.


*سرمایش لیزری و تولید دماهای خیلی پایین.