لیزر

لیزر یک منبع نور است که شیوه تولید نور در آن متمایز بوده و به همین دلیل هم ویژگی‌های جالب و منحصر به فردی دارد. علی‌رغم آنکه سابقه ساخت لیزر به سال 1960 میلادی بازمی‌گردد، اما ایده اساسی، مربوط به طرز کار چنین دستگاهی مدت‌ها پیش از آن، توسط آینشتاین، در خلال معرفی مفهوم “گسیل تحریکی” مطرح شده بود. در مسئله گسیل تحریکی، آینشتاین عنوان کرد که اگر ماده‌ای تحریک شود، الکترون از یک تراز به تراز بالاتر منتقل می‌گردد و سپس به صورت خود به خودی به  تراز پایین سقوط کرده و فوتونی را گسیل می‌نماید. با این حال اگر پیش از سقوط خودبه‌خودی آن، بتوانیم به کمک فوتونی دیگر از همین طول موج را وادار به سقوط کنیم، این گسیل را گسیل تحریکی می‌نامند که نتیجه آن ایجاد دو فوتون هم‌سو و هم‌فاز و همدوس است. ایده استفاده از فوتون‌های تحریکی برای ایجاد فوتون‌های همدوس و هم‌فاز، سال‌ها ذهن بشر را به خود مشغول کرده بود. در حقیقت، مشکل کار در ایجاد جمعیت وارونه نهفته بود. منظور از جمعیت وارونه آن است که نور با تحریک ماده، باعث افزایش جمعیت الکترون‌ها در تراز بالا میشود به نحوی که تعداد الکترون‌های موجود در تراز بالا بیشتر از تعداد الکترون‌های موجود در تراز پایین گردد، در حالی که به طور معمول قوانین فیزیک، اجازه این افزایش را نمی‌دهند. البته ممکن است شرایطی ایجاد شود که به کمک آن بتوان جمعیت را وارونه کرد. در این صورت، با ایجاد اولین گسیل خودبه‌خودی، فوتون حاصله به اتم‌های دیگر برخورد کرده و بقیه اتم‌ها را وادار به گسیل می‌نماید. از آنجا که جمعیت تراز بالا بیشتر از تراز پایین است، این محیط به جای جذب نور، آن را تقویت می‌کند. با نصب دو آینه در دو سوی این محیط، با توجه به رفت و برگشت نور، هر بار به جمعیت فوتون‌های همدوس اضافه شده و نور لیزر ایجاد می‌گردد. به دلیل شیوه ایجاد این نور و صورت گرفتن گسیل تحریکی، نور لیزر چند ویژگی جالب را دارا می‌باشد. مهمترین ویژگی آن است که نور لیزر همدوس است و این به آن معناست که نظم فازی میان فوتون‌ها برقرار است. این نور همچنین دارای شدت زیادی است که به دلیل جهتمندی بالای نور لیزر ایجاد شده چون به جای آنکه نور در جهات مختلف پراکنده باشد، با شدت بالا در یک ناحیه بسیار کوچک متمرکز بوده و به دلیل نحوه ایجاد نور لیزر، واگرایی ناچیزی دارد. از طرف دیگر از آنجا که تمام فوتون‌های تحریک شده مربوط به تراز خاصی هستند، نور لیزر تکفام محسوب شده و در یک طول موج خاص می‌باشد. البته تا حدودی این امر مفهومی ایده‌آل محسوب می‌شود و در واقع باریکه لیزر هم مانند تمام نورهای دیگر دارای یک گستره طول موجی است که البته در قیاس با سایر انواع نور، میزان تکفامی بسیار بالایی دارد. از دیگر ویژگی‌های لیزر که دارای کاربردهای زیادی است، قابلیت کنترل پروفایل‌های زمانی و فضایی می‌باشد. منظور از این عبارت را می‌توان با ذکر یک مثال روشن کرد. برای روشن و خاموش کردن سریع یک لامپ با محدودیت سرعت مواجهیم و نمی‌توانیم با سرعتی بالاتر از یک حد مجاز این کار را انجام دهیم و درصورتیکه با این روش یک پالس نورانی ایجاد کنیم، سرعت این پالس حداکثر در حد میلی‌ثانیه و یا نهایتاً میکروثانیه خواهد بود. اما مکانیزم ایجاد نور توسط لیزر قابلیت ایجاد پالس‌های نانوثانیه، پیکوثانیه و فمتوثانیه و حتی بازه‌های زمانی کوتاه‌تر را به دست می‌دهد. منظور از پروفایل فضایی نیز آن است که در حین کار با نور معمولی، قابلیت کنترل شکل پرتوها، چه در فاصله نزدیک و چه در دور دست، زیاد نیست. ولی با استفاده از لیزر امکان کنترل سطح مقطع و شکل پرتو و آنچه که روی پرده می‌تابد، بیشتر است. برای مثال می‌توان یک توزیع یکنواخت، توزیعی با شدت بیشتر در مرکز و کمتر در اطراف و یا توزیعی با شدت کمتر در مرکز و بیشتر در اطراف را ایجاد کرد که هر کدام دارای کاربردهای خاص خود می‌باشند. کاربردهای لیزر بیشمار بوده و تکنولوژی روز بر پایه این خواص منحصر به فرد نور ساطع شده از این ابزار استوار است. این کاربردها عمدتاً نتیجه ویژگیهایی است که ذکر شد. در بسیاری از کاربردها از جهتمندی نور لیزر به خصوص در تداخل سنجی، از همدوسی بالای نور لیزر و در برخی دیگر از کاربردها، از تکفامی و شدت بالای آن و نیز سایر خواص نور لیزر بهره گرفته می‌شود.

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