لیزر چیست؟ انواع لیزر و اجزاء آن Laser
کلمه LASER مخفف عبارت Light amplification by stimulated emission of radiation به معنی تقویت نور با انتشار تحریک شده تشعشع است.
لیزر چیست؟
لیزر وسیله ای است که نور تولید می کند. این نورها در طبیعت وجود ندارند. نورها را می توان از طریق فرآیند تقویت نوری بر اساس انتشار تحریک شده تابش الکترومغناطیسی تولید کرد. لیزر از سه جهت با نور معمولی متفاوت است. اولاً نورهای لیزر فقط یک رنگ یا طول موج دارند، به همین دلیل به آن «تک رنگ یا مونوکروماتیک» می گویند. ثانیاً تمام طول موج ها در فاز هستند و به همین دلیل به عنوان نوری منسجم شناخته می شود. و ثالثاً پرتوهای نور لیزر بسیار باریک هستند و می توانند روی یک نقطه کوچک متمرکز شوند. این خاصیت موجب می شود به عنوان «همسو» شناخته شود. اینها نیز از ویژگی های لیزر هستند.
لیرز چگونه کار میکند؟
برای عملکرد لیزر، وارونگی جمعیت بسیار مورد نیاز است. وقتی گروهی از اتم ها یا مولکول ها بدون الکترون در حالت برانگیخته نسبت به حالت های انرژی پایینتر وجود داشته باشند، وارونگی جمعیت صورت می گیرد. اکنون، زمانی که یک الکترون در حالت برانگیخته قرار دارد، ممکن است به یک حالت خالی انرژی پایین تر حرکت کند. اگر یک الکترون بدون تأثیر خارجی تجزیه شود و یک فوتون ساطع کند، به آن گسیل خود به خودی می گویند.
اما اگر الکترون توسط یک موج نوری (فوتون) تحریک شود و موج دوم را ساطع کند و به سطح پایینتر بازگردد، به آن گسیل تحریک شده می گویند. عملاً در گسیل تحریک شده، یک فوتون به یک الکترون برخورد می کند و دو فوتون تولید می شود. حال، اگر وارونگی جمعیت قابل توجهی وجود داشته باشد، انتشار تحریک شده می تواند تقویت قابل توجهی از نور ایجاد کند. فوتون هایی که در گسیل تحریک شده تولید می شوند، نور منسجمی تولید می کنند، زیرا رابطه فازی مشخصی دارند.
اصل لیزر برای اولین بار توسط اینشتین در سال 1917 کشف شد، اما سال 1958 بود که لیزر با موفقیت توسعه یافت.
لیزر کاربردهای بسیار مهمی دارد. لیزر در دستگاه های مصرف کننده رایج مانند پخش کننده های CD و DVD، پرینترها و اسکنرها استفاده می شوند. آن ها در پزشکی برای اهداف جراحی و درمان های مختلف پوست و در صنعت برای برش و جوش مواد استفاده می شوند. انواع لیزرها در دستگاه های نظامی و انتظامی برای علامت گذاری اهداف و اندازه گیری برد استفاده می شوند. لیزرها همچنین کاربردهای مهم بسیاری در تحقیقات علمی دارند.
اجزای لیزر
هر لیزر از سه جزء اصلی تشکیل شده است.
- مواد لیزری یا محیط فعال.
- منبع انرژی خارجی.
- تشدید کننده نوری.
- محیط فعال توسط منبع انرژی خارجی (منبع پمپ) برای ایجاد وارونگی جمعیت تحریک می شود. در محیط بهره که گسیل خود به خود و تحریک شده فوتون ها اتفاق می افتد، منجر به پدیده بهره نوری یا تقویت می شود. نیمه هادی ها، رنگ های آلی، گازها (He، Ne، CO2، و غیره)، مواد جامد (YAG، یاقوت کبود (یاقوت) و غیره) معمولاً به عنوان مواد لیزر استفاده می شوند و اغلب لیزرها به دلیل موادی که به عنوان یک میانه استفاده می شوند نامگذاری می شوند.
- منبع تحریک، منبع پمپ انرژی مورد نیاز برای وارونگی جمعیت و انتشار تحریک شده به سیستم را فراهم می کند. پمپاژ را می توان به دو صورت انجام داد: روش تخلیه الکتریکی و روش نوری. نمونه هایی از منابع پمپ عبارتند از تخلیه الکتریکی، لامپ فلاش، لامپ قوس الکتریکی، نور از لیزری دیگر، واکنش های شیمیایی و غیره.
- راهنمای رزوناتور (تشدید کننده) اساساً راهنمایی در مورد فرآیند انتشار شبیه سازی شده ارائه می دهد. توسط فوتون های با سرعت بالا القا می شود. در نهایت یک پرتو لیزر تولید خواهد شد.
لیزر در اکثر سیستم ها از دو آینه تشکیل شده است. یک آینه کاملاً بازتابنده و دیگری تا حدی بازتابنده است. هر دو آینه بر روی محور نوری موازی با یکدیگر تنظیم می شوند. محیط فعال در حفره نوری بین هر دو آینه استفاده می شود. این آرایش فقط فوتون هایی را که در امتداد محور آمده اند فیلتر می کند و بقیه فوتون ها توسط آینه ها به محیط بازتاب می شوند، که ممکن است با انتشار تحریک شده تقویت شود.
انواع لیزر
انواع مختلفی از لیزرها برای اهداف مختلف در دسترس هستند. بسته به منابع می توان آن ها را به شرح زیر توصیف کرد.
- لیزر حالت جامد: در این نوع لیزرهای حالت جامد، از مواد به عنوان محیط فعال استفاده می شود. مواد حالت جامد می توانند یاقوت سرخ، نئودیمیم-YAG (گارنت آلومینیوم ایتریوم) و غیره باشند.
- لیزر گازی: این لیزرها حاوی ترکیبی از هلیوم و نئون هستند. این مخلوط در یک تیوب شیشه ای بسته بندی می شود. به عنوان میانه فعال عمل می کند. می توانیم از آرگون یا کریپتون یا زنون به عنوان میانه استفاده کنیم. لیزر از CO2 و نیتروژن نیز می تواند ساخته شود.
- لیزر رنگی یا مایع: در این نوع لیزرها از رنگ های آلی مانند رودامین 6G در محلول مایع یا سوسپانسیون به عنوان محیط فعال در داخل تیوب شیشه ای استفاده می شود.
- لیزر اگزایمر: لیزرهای اگزایمر (نامی که از excited and dimers گرفته شده است) از گازهای واکنش پذیر مانند کلر و فلوئور مخلوط شده با گازهای بی اثر مانند آرگون یا کریپتون یا زنون استفاده می کنند. این لیزرها نوری در محدوده فرابنفش تولید می کنند.
- لیزر شیمیایی: لیزر شیمیایی لیزری است که انرژی خود را از یک واکنش شیمیایی به دست می آورد. نمونه هایی از لیزرهای شیمیایی عبارتند از: لیزر شیمیایی اکسیژن (COIL)، لیزر ید تمام فاز گاز (AGIL) و لیزر فلوراید هیدروژن، لیزر فلوراید دوتریوم و غیره.
- لیزر نیمه هادی: در این لیزرها از دیودهای پیوندی استفاده می شود. نیمه هادی توسط پذیرندگان و اهداکنندگان دوپینگ می شود. این لیزرها به عنوان دیودهای لیزر تزریقی شناخته می شوند. هر زمان که جریان عبور می کند، نور در خروجی دیده می شود.
