بازتاب نور لیزر

پرسش:

انعکاس نور لیزر از سطح اجسام تا چه اندازه به کیفیت سطح و رنگ جسم بستگی دارد؟

پاسخ:

قطعا بازتابش نور از هر سطحی به کیفیت و رنگ بستگی دارد و این را در مشاهدات روزمره شاهد هستیم. مسئله به نظر ساده می‌آید ولی می‌تواند خیلی اجزای زیادی داشته باشد.

جسم ممکن است انواع مختلف داشته باشد. دو ویژگی مهم در هر محیطی نشان دهنده وضعیت اپتیکی آن جسم است یکی جذب و یکی پراکندگی. وقتی می‌گوییم شیشه‌ای شفاف است در واقع منظور پراکندگی آن است چون ممکن است شیشه قرمز ولی شفاف باشد و بدون پراکندگی طرف دیگر دیده شود. ولی وقتی شیشه مات است یعنی سمت دیگر واضح نیست نه بخاطر رنگی بودن بلکه بخاطر پراکنده کردن نور که می‌تواند در سطح این اتفاق بیفتد، باشد. مثل شیشه‌های سند بلاست شده و مات یا در داخل پراکننده. البته جالب است که هر دو جذب و پراکندگی به طول موج وابسته هستند. مثلا شیشه قرمز برای نور قرمز جذبی ندارد ولی برای نور سبز جاذب است و از طرف دیگر سطحی که برای نور سفید مات به نظر می‌آید ممکن است برای نور فروسرخ صیقلی محسوب شود.

منظور از جذب این است که اگر در محدوده مرئی بررسی می‌کنیم، آیا جسم رنگ خاصی دارد یا خیر و یا سفید، سیاه یا خاکستری است. اگر جسم رنگی است حتما در طول موج خاصی جذب متفاوتی دارد. اگر در ناحیه مرئی جسم شفاف باشد مثل آب یا شیشه، یعنی در این ناحیه جذبی ندارد. ولی همیشه می توانید در ناحیه غیر مرئی نیز ویژگی‌های جسم را بررسی کنید. اگر جسم کاملا شفاف باشد، مثل شیشه و سطح آن صیقلی باشد در این صورت نور ازآن بازتاب آینه‌ای خواهد داشت و در صورت ایده‌ آل بودن همه چیز، نور بدون اتلاف و تغییر وضعیت فقط تغییر جهت می‌دهد. البته وضعیت ایده آل بی‌معنی است و حتما مقداری هرچند ناچیز جذب و بخصوص پراکندگی خواهیم داشت. مثلا وقتی که لیزری را به سطح یک شیشه شفاف و صیقلی بتابانیم بالاخره لکه نور را روی سطح می‌بینیم که نشان دهنده پراکندگی از سطح است که توضیح داده خواهد شد. اگر این شیشه همچنان شفاف ولی رنگی باشد، طبعا روی بازتاب نور اثر دارد. مثلا اگر شیشه قرمز باشد و نور سفید به آن بتابد، بازتاب رنگ قرمز خواهد داشت. وقتی شیشه قرمز دیده می شود یعنی نور قرمز را عبور یا بازتاب می‌کند ولی نورهای غیر از قرمز مثلا سبز را جذب می‌کند چه در داخل و در عبور و چه در سطح و در بازتاب.

پراکندگی یکی دیگر از ویژگی‌های جسم است که در موضوع مورد بحث به شدت مؤثر است. پراکندگی هم مثل جذب ممکن است در سطح یا در داخل ماده اتفاق بیفتد. مثلا اگر چند قطره شیر در یک آکواریوم آب بریزیم محیط پراکننده می‌شود و آب کدر و مات می‌شود. از طرف دیگر ممکن است بجای شیر، روی آب مقداری خاک اره که روی آب بماند بریزیم. در این صورت آب از بقل شفاف است ولی از بالا شفاف نیست. در اینجا فقط سطح شفافیت خود را از دست داده. درست مثل سند بلاست کردن شیشه یا مات کردن سطح شیشه. پس پراکندگی هم در سطح و هم در عمق ممکن است. همانطور که روشن است پراکندگی بستگی به ابعاد ذرات پراکننده یا خلل و فرج سطح دارد. مثلا فرض کنید در یک شیشه آب کمی روغن بریزیم. اگر شیشه را خوب تکان بدهیم قطرات روغن ریز و ریزتر می‌شوند. هرچه قطرات روغن ریزتر شوند روی نوع پراکندگی اثر دارند. پراکندگی انواع مختلف دارد که بر اساس اندازه پراکننده‌ها و شکل آن‌ها، مدل‌های مختلفی برای آن‌ها ایجاد شده است، مثل پراکندگی ریلی یا پراکندگی می.

برگردیم به سراغ پرسش شما، فعلا رنگ را فراموش کنیم که ممکن است سطحی یا عمقی باشد، اگر سطح مورد نظر در طول موج مشخص مثلا در ناحیه مرئی، کاملا صیقلی باشد، بازتاب اصطلاحا آینه‌ای یا متناظر خواهد بود. اگر لیزری به آن بتابانیم فقط شاهد تغییر جهت خواهیم بود و نه تغییری در باریکه و شدت. ولی همانطور که گفته شد این حالت ایده آل است و تقریب. در حالت واقعی بالاخره سطح به میزانی پراکندگی دارد که باعث می‌شود علاوه بر جهت آینه‌ای کمی در جهات دیگر هم نور بازتاب شود که نشانه آن همان لکه نور است که از هر زاویه‌ای قابل دیدن است. اگر ما عمدا سطح صیقلی را مات کنیم، میزان پراکندگی بیشتر می‌شود و سهم بازتاب آینه‌ای کمتر می‌شود. به این بازتاب، بازتابش پخشیده می‌گویند. اگر سطح به شکل ایده آلی مات شود، سطح پخشیده ایده آل می‌شود که مثل سطح صیقلی ایده آل وجود ندارد و فقط یک تخمین است. شاید بهترین مصداق چنین سطحی دیواری باشد که تازه گچکاری شده است بدون آنکه با ماله سطح صاف شود. این سطح ویژگی جالبی دارد که اگر نور لیزر به آن با زاویه ای بتابد، شدت نور در تمام زوایای بازتابی یکسان است. حال اگر سطح رنگ هم داشت یک عامل جذب نور متناسب با رنگ، به آن اضافه می‌شود.

بسیاری از مسائل مربوط به جذب و پراکندگی با چند لیزر رنگ‌های مختلف و سطوح و مواد مختلف قابل بررسی است و موضوع از دید الکترومغناطیس و کوانتوم ابعاد بسیار گسترده‌ای دارد که می‌توان بررسی‌های زیادی برای شناخت بیشتر پدیده انجام داد که جای آن در چنین پاسخی نیست.