لکه‌های سوسو زن لیزر

پیسه‌های لیزری

 

مقدمه:

آیا تاکنون به تابش پرتو لیزر بر روی دیوار دقت کرده‌اید؟ به خصوص وقتی که نور لیزر واگرا شده و دیوار را روشن می‌کند، کاملا با تاباندن یک چراغ قوه به دیوار متفاوت است.

اگر زمانی که نور لیزر تابیده بر روی صفحه کاغذ، دیوار و یا پرده واگرا شده، به آن نگاه کنید، متوجه سوسو زدن نور خواهید شد. در واقع، وقتی که نور لیزر روی سطح دیوار (یا هر سطح دیگری) پخش شده باشد، لکه‌های روشن و تاریکی در نور بازتابی از سطح دیوار دیده می‌شوند که با تکان دادن سر و یا جابجا شدن بیننده، آنها نیز جابجا می‌شوند. این لکه‌ها را پیسه‌های لیزری می‌نامند.

 شاید وجود این لکه‌ها به نوعی نشان‌دهنده این باشد که منبع نور تابیده، لیزر است چون این لکه‌ها به خاطر همدوسی نور لیزر و تداخل بیشمار پرتوهای بازتابی از دیوار، ایجاد می‌شود. همدوسی فضایی و زمانی نور لیزر به قدری است که باعث می‌شود پرتوهایی که از قسمت‌های مختلف دیوار به یک نقطه می‌رسند، با یکدیگر تداخل کرده و در محل تلاقی، لکه‌ای روشن و یا تاریک را ایجاد نمایند. این پدیده در مورد نورهای غیر لیزری رخ نخواهد داد، زیرا همدوسی در آن حد نیست که بتواند ارتباط فازی میان پرتوهای مختلف رسیده به یک نقطه را به میزان قابل توجهی ثابت نگه دارد. البته اگر منبع نور خیلی ریز باشد به خاطر وجود همدوسی فضایی می‌توان نوعی سو سو زدن را انتظار داشت. این مسئله را در نور ستاره‌ها تجربه می‌کنیم. در مورد پرتوهای لیزر، تداخل می‌تواند در هر نقطه از فضا رخ دهد و در واقع این لکه‌ها نه بر سطح پرده، بلکه در تمام نقاط فضای مقابل آن ایجاد شده‌اند. افراد نزدیک‌بین و دوربین بدون استفاده از عینک نیز چنین صحنه‌ای را کماکان واضح مشاهده خواهند کرد، چون این لکه‌ها در هر نقطه‌ای از فضا تشکیل می‌شوند و هر دیدی متناسب با شرایطش می‌تواند لکه‌ها در فاصله مناسب را واضح ببیند. هر چند اندازه لکه‌ها به خاطر تفاوت در موقعیت لکه قابل مشاهده، متفاوت خواهد بود. تغییر در اندازه به این علت است که شخص نزدیک‌بین تنها قادر است که لکه‌های نزدیک به  چشم خود را مشاهده کند و شخص دوربین لکه‌های دورتر را می‌بیند و لذا اندازه لکه‌ها و نحوه حرکت آن‌ها متفاوت خواهد بود.

دو نوع پیسه لیزری قابل مشاهده است: یکی وقتی نور لیزر واگرا شده و به یک سطح پخشنده مثل دیوار یا کاغذ بتابد و پیسه‌ها در فضای اطراف تشکیل شده و چشم، آن‌ها را روی شبکیه تصویر می‌کند که منجر به حرکت آن‌ها با حرکت سر هستیم. و دیگری وقتی که لکه کانونی شده لیزر را روی سطح مات عبوری یا بازتابی بتابانیم و در بازگشت شاهد تصویر شدن پیسه‌ها روی پرده در فاصله مشخص هستیم. پیسه‌های نوع اول سوسو می‌زنند و با حرکت سر حرکت می‌کنند ولی پیسه‌های نوع دوم روی پرده ثابت هستند و با تغییر سطح پخشنده و یا جابجایی آن تغییر وضعیت می‌دهند.

 

هدف:

وقتی که پرتو لیزر به سطحی مانند کاغذ یا دیوار می‌تابد، در تمام جهات پخش می‌شود. همدوسی فضایی بالای نور لیزر باعث می‌شود که پرتوهای بازتابی از دیوار در هرنقطه از فضا با هم تداخل کنند و برهم نهی آن‌ها سازنده یا مخرب باشد و نهایتا لکه‌ای روشن یا تاریک در فضا ایجاد کنند. چشم ما با توجه به وضعیتش می‌تواند برخی از لکه‌ها را تطبیق داده و واضح ببیند. در این آزمایش با اهمیت این لکه‌ها و نقش آن‌ها در برخی اندازه‌گیری‌ها آشنا می‌شویم .

  

 چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

پیسه‌های لیزری با روشن کردن لیزر و تاباندن آن به هر سطحی به خصوص وقتی که واگرا شده باشد، قابل مشاهده است. برای بررسی این پدیده به اقلام زیر نیاز داریم:

 

آزمایش:

  • ابتدا لیزر را روی پایه‌ای مستقر کرده و عدسی آن را خارج کنید تا پرتو به صورت واگرا روی پرده تابیده شود. حال با روشن کردن لیزر، پیسه‌ها قابل مشاهده خواهند بود.

  • روی پرده، سطوح صاف و زبر مختلفی را قرار دهید. می‌بینید که شکل کلی پیسه‌ها برای تمامی سطوح یکسان و اندازه آن‌ها شبیه یکدیگر است. ولی در این سطوح بسته به مقدار زبری، کنتراست یا نمایانی این لکه‌ها متفاوت خواهد بود.
  • در مرحله بعد، اثر فاصله شما تا پرده یا دیوار قابل بررسی است. هنگامی که از دیوار دور یا به دیوار نزدیک می‌شوید، پیسه ها را ارزیابی کنید. خواهید دید که هرچه دورتر شوید، پیسه‌ها درشتر و هرچه نزدیکتر شوید، پیسه‌ها کوچکتر می‌شوند. به نحوی که اگر از فاصله خیلی نزدیک، دیوار را مشاهده کنید، پیسه‌ها خیلی ریز خواهند شد.
  • حال در یک فاصله مستقر شوید و اثر قطر مردمک چشمرا بررسی کنید. مقابل چشم خود یک روزنه خیلی کوچک مانند سوراخ ایجاد شده در فویل آلومینیوم، نگه دارید و از درون آن به پیسه‌ها نگاه کنید. می‌بینید که پیسه‌ها درشت‌تر خواهند شد.
  • در این مرحله، یک بار با استفاده از عینک و بار دیگر بدون عینک به پیسه‌ها نگاه کنید. در صورتیکه چشم شما نزدیک‌بین باشد، با برداشتن عینک و حرکت دادن سر، شاهد خواهید بود که پیسه‌ها در جهتی مخالف حرکت سر شما حرکت می‌کنند و اگر چشم شما دوربین باشد، عکس این موضوع اتفاق خواهد افتاد. اگر چشم شما سالم است، می­توانید با قرار دادن یک عینک مثبت، یک عدسی همگرا یا یک ذره‌بین، وضعیتی مشابه یک چشم نزدیک‌بین را تداعی کنید. حال با قرار دادن یک عدسی واگرا می‌توانید این وضعیت را تصحیح کنید. در نتیجه، در این وضعیت، شما همانند یک فرد نزدیک‌بین بدون عینک می‌توانید شاهد حرکت پیسه‌ها در خلاف جهت سر خود باشید. برعکس اگر یک عینک واگرا و یا یک عدسی واگرا  را به چشم می‌زنید، شاهد حرکت پیسه‌ها در جهت حرکت سر خواهید بود.

 

آزمایش (پیشرفته‌تر):

  • علاوه بر این می‌توانید شاهد نوع دیگری از پیسه‌ها باشید که روی پرده ثبت می‌شوند. مثلاً اگر لیزر را به یک شیشه مات یا یک کاغذ کالک بتابانید، پشت آن شیشه یا کاغذ شاهد پیسه‌هایی خواهید بود که با دور کردن پرده پشتی از کاغذ، درشت‌تر می‌شوند. با ثابت کردن پرده پشتی و کانونی کردن لیزر نیز می‌توانید شاهد تغییر اندازه پیسه‌ها باشید. اندازه پیسه‌ها به اندازه لکه کانونی‌شده لیزر روی سطح مات بستگی دارد. هر چه لکه لیزر ریزتر کانونی شده باشد، پیسه‌های درشت‌تری ایجاد می‌کند.
  • ابتدا عدسی لیزر را روی آن نصب کنید به طوریکه لیزر به صورتیک لکه‌ای نورانی روی کاغذ کالک یا شیشه بیفتد.

  • عدسی لیزر را با کمک پیچ مربوطه تنظیم کرده و بدین طریق اندازه لکه کانونی شده لیزر را کم و زیاد کنید. اگر این لکه در کوچکترین ابعاد خود قرار داشته باشد، یعنی کانونی شده باشد، پس بزرگترین پیسه‌ها را در پرده پشت صفحه ایجاد می‌کند.دقت داشته باشید که برای مشاهده پیسه‌ها، کاغذ کالک باید به اندازه کافی از لیزر دور باشد. این پیسه‌ها سوسو نمی‌زنند و با حرکات دادن سر تکان نمی‌خورند چون به جای اینکه در فضا و سپس روی شبکیه چشم تصویر شوند، روی پرده ایجاد می‌شوند. می‌توانید بدین وسیله از کانونی شدن لیزر روی سطح مات اطمینان حاصل کنید و حتی اندازه لکه لیزر را روی سطح مات در این حالت بدست آورید.

 

 کاربرد:

  • از بررسی پیسه‌های لیزری در اندازه‌گیری قطر ظاهری ستارگان، مطالعه و اندازه‌گیری زبری سطوح، مطالعه ابیراهی اپتیکی، سنجش جابجایی محوری، جابجایی، چرخش یا لرزش یک شی پخشنده و … بهره می‌گیریم.
  • امکان اندازه‌گیری لکه کانونی لیزر روی سطح مات به وسیله پیسه‌های لیزری می‌باشد که برای بدست آوردن کوچکترین لکه یا کانونی ترین وضعیت می‌توان از آن استفاده کرد.

  

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • می‌توانید راجع به علت تشکیل پیسه‌ها و ارتباط عوامل مختلفی که ذکر شد فکر کنید و رابطه به دست بیاورید.
  • راجع به کاربرد هر دو نوع پیسه‌ها با توجه به وابستگی‌های ابعادی آن‌ها فکر کنید. به طور مثال می توان حرکت اجسام را توسط پیسه‌ها ثبت کرد.
  • برای ارزیابی زبری سطح با توجه به کنتراست پیسه ها راه حل پیشنهاد دهید.
  • اگر لیزر واگرا شده را روی یک طبل بتابانید انتظار می‌رود در مواضعی که حرکت ندارد، شاهد پیسه‌ها باشیم و بقیه مواضعی که ارتعاش می‌کند، پیسه‌ها دیده نشوند. در نتیجه می‌توانشاهد مدهای ارتعاش بود.

  

 آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

 

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با