دفعات مشاهده: 5495 تاريخچه: PRK مخفف كلمات فتوريفراكتيو كراتكتومي است كه در آن با استفاده از اشعه ليزر اگزايمر از ميزان نزديك بيني بيمار مي كاهند. با استفاده از اين روش لايه بسيار نازكي از قرنيه در حد چند ده ميكرون برداشته شده و با تغيير ايجاد شده در انحناي قرنيه، از ميزان عيب انکساري چشم كاسته مي شود. اساس اين روش به اوايل دهه 1980 برمي گردد كه محققان آزمايشگاه پژوهشي IBM از اين ليزر براي تراش قطعات كامپيوتري استفاده مي كردند، در اين زمان آقاي دكتر Srinivasin متوجه توانايي هاي اين ليزر در تداخل با بافت هاي زنده شد. سپس آقاي دكتر Steven Trokel در انجام عمل ليزر اگزايمر براي تراش مجدد قرنيه پيشقدم شد و در نتيجه عمل PRK در سال 1987 متولد شد. هنگام عمل: با استفاده از ليزر اكسايمر، عيب انکساري اصلاح مي شود. پس از عمل: در پايان عمل از ميزان تحدب قرنيه كاسته مي شود. تكنيك عمل: عمل PRK به صورت يك عمل سرپايي در كلينيك انجام مي شود. ابتدا با استفاده از قطره هاي موضعي، چشم بي حس مي شود و پس از برداشتن لايه سطحي قرنيه (اپي تليوم) درمان با اگزايمر ليزر شروع مي شود و بعد از شكل گيري مجدد قرنيه اين عمل متوقف مي شود. بعد از خاتمه عمل معمولا" از يك لنز تماسي قرنيه (كنتاكت لنز) براي پوشانيدن سطح قرنيه تا زماني كه لايه سطحي آن مجددا" ترميم شود استفاده مي شود. سپس از قطره هاي آنتي بيوتيك بمدت يك هفته و كورتيكوستروئيد براي مدت چند ماه استفاده مي شود. در كلينيك نور بيماراني كه نزديك بيني بين 4 تا 7 ديوپتر دارند پس از عمل PRK محل عمل به داروي ميتومايسين آغشته مي شود كه مطالعات نشان داده است كه باعث بهبود نتيجه عمل و كاهش قابل ملاحظه احتمال كدورت قرنيه مي شود. نتايج: با وجودي كه نمي توان نتيجه عمل را در هر شخص به طور دقيق پيش بيني كرد ولي با توجه به اطلاعات فراواني كه در طول سال ها جمع شده و به بيش از 300000 مورد درمان تكيه دارد، براي درمان ميوپي از 1- تا 6- ديوپتر دقت عمل پي.آر.كي. در حد ليزيك قرار دارد به طوري كه احتمال ايجاد ديد 20/20 هشتاد و پنج درصداست. پي.آر.كي.در ايالات متحده براي درمان ميوپي از 1- تا 7- ديوپتر تأييد شده است. مزايا: كوتاه تر بودن طول عمل نسبت به ليزيك نبودن عوارض مربوط به ايجاد فلاپ عدم نياز به ميكروكراتوم و تكنولوژي مربوطه عدم بروز التهاب هاي عمقي قرنيه (DLK) قابليت انجام آن در قرنيه هاي نازك معايب: طولاني تر بودن دوره درد و ناراحتي بعد از عمل طولاني تر بودن زمان بهبود طولاني تر بودن طول مدت تجويز دارو محدوديت انجام عمل به شماره هاي پايين احتمال بيشتر بروز كدورت هاي قرنيه عوارض: اگرچه عمل PRK جزء كم عارضه ترين اعمال چشم به شمار مي آيد ولي عوارض احتمالي چندي در آن ديده مي شود كه اهم آنها عبارتند از: حساسيت به نور كه ممكن است گاهي تا چند ماه ادامه يابد احساس پخش نور و هاله دور منابع نوري به ويژه در شب تغييرات ميزان بينايي در طول روز كه ممكن است تا 6 ماه بعد از عمل ادامه يابد احتمال عفونت قرنيه (كراتيت) ايجاد لك و اسكار قرنيه كه احتمال آن در اصلاح درجات بالاتر ميوپي بيشتر است لذا ترجيح داده مي شود كه در ميوپي بالاتر از 7 ديوپتر از عمل ليزيك استفاده شود.

تاريخچه:

PRK مخفف كلمات فتوريفراكتيو كراتكتومي است كه در آن با استفاده از اشعه ليزر اگزايمر از ميزان نزديك بيني بيمار مي كاهند. با استفاده از اين روش لايه بسيار نازكي از قرنيه در حد چند ده ميكرون برداشته شده و با تغيير ايجاد شده در انحناي قرنيه، از ميزان عيب انکساري چشم كاسته مي شود. اساس اين روش به اوايل دهه 1980 برمي گردد كه محققان آزمايشگاه پژوهشي IBM از اين ليزر براي تراش قطعات كامپيوتري استفاده مي كردند، در اين زمان آقاي دكتر Srinivasin متوجه توانايي هاي اين ليزر در تداخل با بافت هاي زنده شد. سپس آقاي دكتر Steven Trokel در انجام عمل ليزر اگزايمر براي تراش مجدد قرنيه پيشقدم شد و در نتيجه عمل PRK در سال 1987 متولد شد.

هنگام عمل: با استفاده از ليزر اكسايمر، عيب انکساري اصلاح مي شود.	پس از عمل: در پايان عمل از ميزان تحدب قرنيه كاسته مي شود.

تكنيك عمل:

عمل PRK به صورت يك عمل سرپايي در كلينيك انجام مي شود. ابتدا با استفاده از قطره هاي موضعي، چشم بي حس مي شود و پس از برداشتن لايه سطحي قرنيه (اپي تليوم) درمان با اگزايمر ليزر شروع مي شود و بعد از شكل گيري مجدد قرنيه اين عمل متوقف مي شود. بعد از خاتمه عمل معمولا" از يك لنز تماسي قرنيه (كنتاكت لنز) براي پوشانيدن سطح قرنيه تا زماني كه لايه سطحي آن مجددا" ترميم شود استفاده مي شود. سپس از قطره هاي آنتي بيوتيك بمدت يك هفته و كورتيكوستروئيد براي مدت چند ماه استفاده مي شود. در كلينيك نور بيماراني كه نزديك بيني بين 4 تا 7 ديوپتر دارند پس از عمل PRK محل عمل به داروي ميتومايسين آغشته مي شود كه مطالعات نشان داده است كه باعث بهبود نتيجه عمل و كاهش قابل ملاحظه احتمال كدورت قرنيه مي شود.

نتايج:

با وجودي كه نمي توان نتيجه عمل را در هر شخص به طور دقيق پيش بيني كرد ولي با توجه به اطلاعات فراواني كه در طول سال ها جمع شده و به بيش از 300000 مورد درمان تكيه دارد، براي درمان ميوپي از 1- تا 6- ديوپتر دقت عمل پي.آر.كي. در حد ليزيك قرار دارد به طوري كه احتمال ايجاد ديد 20/20 هشتاد و پنج درصداست. پي.آر.كي.در ايالات متحده براي درمان ميوپي از 1- تا 7- ديوپتر تأييد شده است.

مزايا:

• كوتاه تر بودن طول عمل نسبت به ليزيك
• نبودن عوارض مربوط به ايجاد فلاپ
• عدم نياز به ميكروكراتوم و تكنولوژي مربوطه
• عدم بروز التهاب هاي عمقي قرنيه (DLK)
• قابليت انجام آن در قرنيه هاي نازك

معايب:

• طولاني تر بودن دوره درد و ناراحتي بعد از عمل
• طولاني تر بودن زمان بهبود
• طولاني تر بودن طول مدت تجويز دارو
• محدوديت انجام عمل به شماره هاي پايين
• احتمال بيشتر بروز كدورت هاي قرنيه

عوارض:

اگرچه عمل PRK جزء كم عارضه ترين اعمال چشم به شمار مي آيد ولي عوارض احتمالي چندي در آن ديده مي شود كه اهم آنها عبارتند از:

• حساسيت به نور كه ممكن است گاهي تا چند ماه ادامه يابد
• احساس پخش نور و هاله دور منابع نوري به ويژه در شب
• تغييرات ميزان بينايي در طول روز كه ممكن است تا 6 ماه بعد از عمل ادامه يابد
• احتمال عفونت قرنيه (كراتيت)
• ايجاد لك و اسكار قرنيه كه احتمال آن در اصلاح درجات بالاتر ميوپي بيشتر است لذا ترجيح داده مي شود كه در ميوپي بالاتر از 7 ديوپتر از عمل ليزيك استفاده شود.
• اربرد ليزر در مصارف نظامي
  
  كاربردهاي نظامي ليزر هميشه عمده ترين كاربردهاي آن بوده است . فعلا مهمتريم كاربردهاي نظامي ليزر عبارت اند از:
  
  الف) فاصله يا بهاي ليزري
  
  ب) علامت گذارهاي ليزري
  
  ج) سلاح هاي هدايت انرژي
  
  فاصله ياب ليزري مبتني بر همان اصولي است كه در رادارهاي معمولي از آن ها استفاده مي شود. يك تپ كوتاه ليزري ( معمولا با زمان 10 تا 20 نانوثانيه) به سمت هدف نشانه گيري مي شود و تپ پراكنده برگشتي بوسيله يك دريافت كننده مناسب نوري كه شامل آشكارساز نوري است ثبت مي شود. فاصله مورد نظر با اندازه گيري زمان پرواز اين تپ ليزري به دست مي ايد. مزاياي اصلي فاصله ياب ليزري را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :
  
  الف) وزن - قيمت و پيچيدگي آن به مراتب كمتر از رادارهاي معمولي است.
  
  ب) توانايي اندازه گيري فاصله حتي براي هنگامي كه هدف در حال پرواز در ارتفاع بسيار كمي از سطح زمين و يا دريا باشد.
  
  اشكال عمده اين نوع رادار در اين است كه باريكه ليزر در شرايط نامناسب رويت به شدت در جو تضعيف مي شود. فعلا چند نوع از فاصله يابهاي ليزري با بردهاي تا حدود 15 كيلومتر مورد استفاده اند :
  
  :الف) فاصله ياب هاي دستي براي استفاده سرباز پياده ( يكي از آخرين مدل هاي آن در آمريكا ساخته شده كه در جيب جا مي گيرد و وزن آن با باتري حدود 500 گرم است.
  
  :ب) سيستم هاي فاصله ياب براي استفاده در تانكها
  
  :ج) سيستم هاي فاصله ياب مناسب براي دفاع ضد هوايي
  
  اولين ليزرهاي كه در فاصله يابي از آن ها استفاده شد ليزرهاي ياقوتي با سوئيچ Q بودند. امروزه فاصله يابهاي ليزري اغلب بر اساس ليزرهاي نئودميم با سوئيچ Q طراحي شده اند. گرچه ليزرهاي CO2 نوع TEA در بعضي موارد ( مثل فاصله ياب تانك ها ) جايگزين جالبي براي ليزرهاي نئودميم است.
  
  دومين كاربرد نظامي ليزر در علامت گذاري است. اساس كار علامت گذاري ليزري خيلي ساده است : ليزري كه در يك مكان سوق الجيشي قرار گرفته است هدف را روشن مي سازد به خاطر روشنايي شديد نور هنگامي كه هدف به وسيله يك صافي نوري با نوار باريك مشاهده شود به صورت يك نقطه روشن به نظر خواهد رسيد. سلاح كه ممكن است بمب - موشك - و يا اسلحه منفجر شونده ديگري باشد بوسيله يك سيستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترين شكل اين احساسگر مي تواند يك عدسي باشد كه تصوير هدف را به يك آشكارساز نوري ربع دايره اي كه سيستم فرمان حركت سلاح را كنترل مي كند انتقال مي دهد و بنابراين مي تواند آن را به سمت هدف هدايت كند. به اين ترتيب هدف گيري با دقت بسيار زياد امكان پذير است. ( دقت هدف گيري حدود 1 متر از يك فاصله 10 كيلومتري ممكن به نظر مي رسد.) معمولا ليزر از نوع Nd: YAG است. در حالي كه ليزرهاي CO2 به خاطر پيچيدگي آشكارسازهاي نوري ( كه مستلزم استفاده در دماهاي سرمازايي است) نامناسب اند. علامت گذاري ممكن است از هواپيما - هليكوپتر و يا از زمين انجام شود. ( مثلا با استفاده از يك علامت گذار دستي ).
  
  اكنون كوشش قابل ملاحظه اي هم در آمريكا و هم در روسيه براي ساخت ليزرهايي كه به عنوان سلاحههاي هدايت انرژي به كار مي روند اختصاص يافته است. در مورد سيستم هاي قوي ليزري مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل براي چند ده ثانيه ) يك سيستم نوري باريكه ليزر را به هدف ( هواپيما - ماهواره يا موشك ) هدايت مي كند تا خسارت غير قابل جبراني به وسايل احساسگر آن وارد كند و يا اينكه چنان آسيبي به سطح آن وارد كند كه نهايتا در اثر تنش هاي پروازي دچار صدمه شود سيستم هاي ليزر مستقر در زمين به خاطر اثر معروف به شكوفايي گرمايي كه در جو اتفاق مي افتد فعلا چندان عملي به نظر نمي رسند. جو زمين توسط باريكه ليزر گرم مي شود و اين باعث مي شود كه جو مانند يك عدسي منفي باريكه را واگرا سازد با قرار دادن ليزر در هواپيماي در حال پرواز در ارتفاع بالا و يا در يك سفينه فضايي مي توان از اين مساله اجتناب ورزيد. اطلاعات موجود در اين زمينه ها به علت سري بودن آن ها اغلب ناقص و پراكنده اند. اما به نظر مي رسد كه اين سيستم ها كلا شامل باريكه هايي پيوسته با توان 5 تا 10 مگا وات (براي چند ثانيه ) با يك وسيله هدايت اپتيكي به قطر 5 تا 10 متر باشند مناسب ترين ليزرها براي اينگونه كاربرد ها احتمالا ليزرهاي شيميايي اند ( DF يا HF) . ليزرهاي شيميايي به ويژه براي سيستم هاي مستقر در فضا جالب اند زيرا توسط آن ها مي توان انرژي لازم را به صورت انرژي ذخيره فشرده به شكل انرژي شيميايي تركيب هاي مناسب تامين كرد.

• كاربرد ليزري در نوسازي صنعت

  گسترش تكنولوژي ليزر در دهه گذشته در تمامي شاخه هاي زندگي رشد فزاينده اي داشته است به گونه اي كه امروزه ليزر جزء لاينفك زندگي انسان محسوب مي شود. يكي از شاخه هايي كه ليزر از ابتداي اختراع آن بيش از ديگر زمينه هاي كاربردي مورد توجه محققين و متخصصين قرار گرفت، كاربرد صنعتي ليزر بوده است. برش كاري توسط ليزر از همان روزهاي آغازين تولد ليزر مورد توجه بسياري از علاقه مندان و صنعت گران كه به آينده درخشان كار خود اميد داشتند، قرار داشت.

  پرتو ليزر با توجه به ويژگيهاي منحصر خود كه شامل تك رنگي، همدوسي،شدت بالا و واگرايي كم است نشان داد كه با بگارگيري آن مي توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلكه به تحول كيفي محصولات آن اميد فراواني نمود. به دنبال ساخت اولين ليزر گاز كربنيك در سال 1964 اين امكان فراهم شد كه بتوان با حداقل امكانات ليزرهاي پرقدرتي در ناحيه حرارتي مادون قرمز، همان منطقه اي كه مورد نياز صنعت است تهيه و به بازار عرضه نمود. اينك وسيله اي پا به عرصه وجود گذاشته بود كه امكان فراهم نمودن يك منبع حرارتي قابل كنترل و در عين حال بسيار باريك به راحتي در دسترس كاربران قرار مي گرفت.

  با يك نگاه گذرا اما عميق به نقش ليزر در صنعت ميتوان به اين نكته واقف شد كه ليزر تحولي بي سابقه در اين عرصه ايجاد كرده است كه دامنه رشد آن هر روزه گسترش مي يابد. امروزه اگر شاهد محصولاتي باشيم كه به جهت كيفي و مرغوبيت در كمترين زمان توليد به بازار عرضه مي شوند، متوجه نقش و اهميت ليزر در صنعت خواهيم بود. اثر بخشي ليزر تقريبا در تمامي زير شاخه هاي صنعت امري محسوس و غير قابل انكار است. براي مثال برش كاري، سخت كاري، سوراخ كاري و علامت زني بيشترين كاربردها را در خانواده صنعت عهده دار بوده است. آمارها نشان مي دهد بيش از 85% فعاليتهاي صنعتي در همين موارد خلاصه مي شود.

  امروزه بكارگيري ليزر در شاخه هاي مورد اشاره بالا امري طبيعي، روتين و با يك سابقه 20 ساله مملو از تحقيقات و تجربيات فراوان است.

  در خصوص برشكاري اين مكان فراهم مي شود كه پرتو ليزر توسط يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده به طوري كه در زمان نزديك به يك هزارم ثانيه درجه حرارتي بيش از 4000 درجه سانتي گراد بر روي قطعه كار(فلز) ايجاد مي كند.

   نتيجه اين عمل ذوب شدن لحظه اي فلز در يك باريكه اي به قطر 1/0 است اينك با حركت دادن 2 آينه كه نقش هدايت پرتو ليزر بر روي عدسي مورد نظر را دارد اين امكان فراهم مي شود كه پرتو ليزر در هر جهت حركت نموده و براحتي هر شكلي را كه مايل باشيم بر روي قطعه كار ايجاد نمائيم.

   از ديگر مزاياي بكارگيري ليزر در برش كاري مي توان به افزايش سرعت كار، دقت بالا، كمترين خسارت حرارتي به قطعه كار، كاهش هزينه ها ، صرفه جويي در زمان، تنوع جنس و اندازه قطعه كار اشاره كرد.

  در زمينه جوشكاري نيز بكارگيري ليزر مزاياي قابل ملاحظه اي را در صنعت بدنبال داشته است. در نگاه اول جوشكاري با ليزر بنظر مي رسد كه قادر است براحتي و در كمترين زمان ممكن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه هاي مختلف به يكديگر جوش دهد بلكه با اين تكنيك اين امكان فراهم شده است كه فلزات غير همنام نيز به يكديگر جوش داده شوند.ليزر در كنار يك CNC يك سيستم كامل ليزر جوش را ايجاد مي كند كه با كمك آن صنعت گران قادرند با سرعت زياد، دقت بالا و حد اقل هزينه مصرفي از قابليتهاي آن استفاده نمايند.

  يكي از شاخه هاي صنعت كه در دو دهه اخير مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پديده بهينه سازي و بكارگيري مواد با آلياژهاي مختلف با طول عمرهاي بالا است.  هر قطعه مكانيكي بعد از يك دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و بايد قطعه هاي نو جايگزين آن شود.

  قطعاتي مانند مته ها، توربين ها، تيغه اره ها و سيلندرها دچار بيشترين سائيدگي و پوسيدگي هستند لذا بيش از عناصر تشكيل دهنده در يك سيستم مورد توجه قرار گرفته اند. امروزه با كمك ليزر ميتوان عمل سخت كاري بر روي لايه هاي سطحي فلزات انجام داد،به گونه اي كه طول عمر آنها به ميزان قابل توجهي افزايش پيدا مي كند. اين عمل نه تنها صرفه جويي فراواني را به همراه دارد، بلكه در حداقل زمان ممكن صورت مي پذيرد. امروزه عمل سخت كاري با ديگر روشها نيز صورت مي پذيرد اما عملا هيچيك از آنها نتوانسته است جايگزين خوبي براي ليزر باشد.

  علامت زني بر روي قطعات مختلف با مواد متفاوت از نكات حائز اهميت حوزه صنعت به شمار مي رود. بسياري از توليد كنندگان مايلند جهت جلوگيري از سوء استفاده محصولات تقلبي به گونه اي محصولات اصلي را از نمونه تقلبي متمايز نمايند. حك كردن يك علامت و يا آرم مشخص با دقت بالا يك راه حل خوبي بنظر مي رسد كه ساليان سال مورد استفاده قرار گرفته است. به همين خاطر با متمركز نمودن پرتو ليزر در ابعادي در حدود 50 ميكرون با كمك 2اسكنر مكانيكي ميتوان هر شكل دلخواهي را در اندازه هاي مختلف بر روي محصولات حك نمود.

  سرعت حكاكي به قدري بالا است كه اين فرايند ظرف چند ثانيه به اتمام خواهد رسيد. امروزه حك نمودن 300 حرف در يك ثانيه توسط ليزر امري عادي به نظر مي رسد. از آنجا كه تمامي كنترل و هدايت اين فرآيند توسط كامپيوتر صورت مي گيرد كاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود. حكاكي با ليزر هيچگونه محدوديتي جدي به جهت نوع جنس فراهم نخواهد كرد. دستگاههاي حكاكي ليزري با قيمتهاي نازلي قابل تهيه از سازندگان آن مي باشند.

  يكي ديگر از كاربردهاي پر طرفدار ليزر در صنعت در امر سوراخكاري مي باشد. هر فردي قدر مسلم در دوران زندگي خود عمل سوراخكاري توسط دريلهاي مكانيكي را به تعداد فراوان انجام داده است. ايجاد نمودن سوراخهاي بزرگ و ريز بر روي موادي مانندچوب،فلز امري عادي به نظر مي رسد اما همين كه مايل باشيم اين عمل را در ابعاد چند ميكرون و بر روي موادي مانند سراميكها،شيشه و پلاستيك انجام دهيم، خود پي مي بريم كه اين فراآيند اگر نگوئيم غير ممكن، بسيار مشكل خواهد بود. اما امروزه به كمك ليزر اين عمل در كمتر از ثانيه و با آهنگ بالا قابل اجراء و تكرار پذير است و اين همان چيزي است كه صنعتگران ساليان سال به دنبال آن بوده اند.

  همان گونه كه اشاره شد دامنه بكارگيري ليزر هر روز گسترده تر شده و بر تعداد كاربران آن افزوده مي شود. امروز يكي از شاخصهاي مرغوبيت محصولات در بكارگيري ليزر در واحدهاي صنعتي خلاصه شده است. بازار داغ رقابتهاي بين المللي سبب شده است كه هر يك از سازندگان در كمترين فاصله محصولات خود را به بازارهاي جهاني عرضه نمايند. امروز اين مهم با كمك ليزر و ديگر شاخه هاي تكنولوژي مانند روباتها براحتي فراهم شده است.

  به عنوان مثال يك واحد خودروسازي با كمك يك ليزر روباتيك كه بر روي پنج مخور قابل حركت است تقريبا تمامي كارهاي برش و جوش بدنه، دربها و شاسي خودرو را انجام مي دهد. با انجام اين فرآيند سازندگان خودرو توانسته اند نه تنها صرفه جويي فراواني نمايند بلكه بر سرعت و مرغوبيت محصولات خود بيفزايند. اين ذقيقا همان چيزي است كه صنعت كشور ما بدان نيازمند است. به جرات مي توان گفت بدون وارد شدن به عرصه ليزر عملا نوسازي صنعت ايران اگر نگوئيم غير ممكن بلكه بسيار دشوار خواهد بود. اين راهي است كه ديگران در دهه گذشته پيموده، تجربيات و موفقيتهاي فراواني را كسب كرده اند. اميد است در آينده اي نچندان دور شاهد بكارگيري اين فن آوري جديد در عرصه صنعت بوده و با اين كار بر دامنه فعاليتهاي ليزر، اين نور شگفت انگيز بيفزائيم.

• 

   جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .
  اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :
  به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 . در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .
  محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .
  از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .
  در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است .
  در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .
  طراحي اتصال در جوشكاري ليزر : بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .
  مزاياي جوشكاري ليزر :
  - حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود ( باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .
  - محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .
  - در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .
  - از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .
  - اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .
  - به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .
  - جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .
  محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :
  سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .
  موارد استفاده اشعه ليزر :
  از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.

  انجمن مهندسي ساخت و توليد ايران

• ليزر و پروفسور علی جوان

   

  
  ليزر مخفف عبارت

  light amplification by stimulated emission of radiation

   

   می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است

  

   

  اولين ليزر جهان توسط تئودور مایمن اختراع گرذيد و از ياقوت در ان استفاده شده بود در سال ۱۹۶۲ پرو فسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود وبعدها نوع سوم وچهارم
  ليزرها که ليزرهای مايع ونيمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال ۱۹۶۷ فرانسویان توسط اشعه لیزر ایستگاههای زمینی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر امد
  نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو وبسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نیز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چا قوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.
  لیزرها سه قسمت اصلی دارند:
  ۱-پمپ انر ژی یا چشمه انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیا یی و یاحتی یک لیزر دیگر باشد
  ۲- ماد پایه وفعال که نام گذاری لیزر بواسطه ماده فعال صو رت می گیرد
  ۳- مشدد کننده اپتیکی : شامل دو اینه بازتابنده کلی و جزئی می باشد
   

  طرز کار یک لیزر یاقوتی
  پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیکی میباشد ویک لامپ مارپیچی تخليه است

  (flash tube)

  که بدور کریستال یاقوت مدادی شکلی پیچیده شده

  (ruby)

   کريستال ياقوت نا خالص است و ماده فعال ان اکسید برم و ماده پایه ان اکسید الو مینم است.
  بعد از فعال شدن این پمپ انرژی کریستال یا قوت نور باران می شودو بعصی از اتمها رادر اثرجذب القایی-

  stimulated  absorption

  برانگیخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد

  
  پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم+فوتون
  
  با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگیخته بیشتر از اتمهای با انرژی کم میشود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر میگردند وانر ژی اصافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می شودولی از انجایی که پمپ اپتیکی
  مرتب به اتمها فوتون می تاباند پدیده دیگریزودتر اتفاق می افتد که به ان گسیل القایی-

  stimulated emission

   گفته می شود همانطور که در شکل انیمیشین زیر می بینید وقتی یک فوتون به اتم برانگیخته بتابد ان را تحریک کرده وزودتر به حالت پایه خود بر می گرداند
  
  گسیل القایی: اتم+دو فوتون = اتم برانگیخته+ فوتون
  
  این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگیخته میکنند و واکنش زنجیر وار تکرار می شود
  بخشی از نور ها درون کریستال به حرکت در می ایند که توسط مشددهای اپتیکی درون کریستال برگرداننده می شوند واین نورها در همان راستای نور اولیه هستد بتدرج با افزایش شدت نور لحظه ای می رسد که نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می شود

   

  

  انواع لیزر

   

  لیزر حالت جامد

  در این نوع لیزر ، ماده فعال ایجاد کننده لیزر ، یک یون فلزی است که با غلظت کم در شبکه یک بلور یا درون شیشه ، به صورت ناخالصی قرار داده شده است. فلزاتی که برای این منظور به کار می‌روند عبارتند از

  اولین سری فلزات واسطه

  لانتانیدها

  آکتنیدها

  ازمهمترین لیزرهای حالت جامد می‌توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزرهای نئودنیوم

  (Nd:glass , Nd:YAG)

   می‌توان نام برد

   

  لیزر گازی

  ماده فعال در این سیستم‌ها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از این مواد عبارتنداز  نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم_نئون) ، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم ، آرگون ، کریپتون ، هگزا فلورئید و

   

  لیزر مایع

  از مایعات به کار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می‌شود. (اثر رامان). بعضی از این مواد عبارتند از : تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن. گاهی محیط فعال برخی از این لیزرها را محلولهای برخی ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول ، متانول یا آب تشکیل می‌دهد. این رنگها اغلب جز رنگهای پلی‌متین یا رنگهای اگزانتین و یا رنگهای کومارین هستند

   

  لیزر نیم رسانا

  این نوع لیزرها به لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز معروفند. نیم رساناها از دو ماده که یکی کمبود الکترون داشته ، (نیم رسانای نوع

  p

   و دیگری الکترون اضافی دارد، (نیم رسانای نوع

  n

   تشکیل شده‌اند. وقتی این دو به یکدیگر متصل می‌شوند، در محل اتصال ناحیه‌ای به نام منطقه اتصال

  p_n

  به وجود می‌آید. آن منطقه جایی است که عمل لیزر در آن رخ می‌دهد

  الکترونهای آزاد از ناحیه

   n

   و از طریق این منطقه به ناحیه

   p

   مهاجرت می‌کنند. الکترون هنگام ورود به منطقه اتصال ، انرژی کسب می‌کند و هنگامی‌ که می‌خواهد به ناحیه

  p

  وارد شود، این انرژی را به صورت فوتون از دست می‌دهد. اگر ناحیه

  p

   به قطب مثبت و ناحیه

  n

   به قطب منفی یک منبع الکتریکی وصل شود، الکترونها از ناحیه

  n

   به ناحیه

  p

   حرکت کرده و باعث می‌شوند تا در منطقه اتصال ، غلظت زیادی از مواد فعال به وجود آید. با از دست دادن فوتون ، تابش الکترومغناطیسی حاصل می‌گردد

  چنانچه دو انتهای منطقه اتصال را صیقل دهند، آنگاه یک کاواک لیزری بوجود خواهد آمد. اصولا این نوع لیزرها را طوری می‌سازند که با استفاده از ضریب شکست دو جز

  p و n ،

   کار تشدید پرتو لیزر انجام شود. یکی از نقاط ضعف لیزرهای نیم رسانا همین است، زیرا با تغییر دما ، میزان ضریب شکست و به دنبال آن خواص پرتو حاصله ، تفاوت خواهد کرد. به همین دلیل لیزرهای دیودی نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند

  در یک نوع از این لیزرها از بلور گالیم_آرسنید استفاده می‌شود که در آن تلوریم و روی به عنوان ناخالصی وارد می‌شوند. هنگامی که در بلور فوق به جای برخی از اتمهای آرسنیک ، اتم تلوریم قرار داده شود، جسم حاصل نیم رسانایی از نوع

  n

  برده و وقتی که اتمهای روی مستقر می‌گردند، ماده بدست آمده از خود خاصیت نیم رسانای p را نشان خواهد داد

   

  لیزر شیمیایی

  در این نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فراورده‌ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می‌شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می‌افتد. تجزیه هالید نیتروزیل

  ,

  

   و  توسط نور را می‌توان به عنوان مثال ذکر نمود. در تجزیه هالید نیتروزیل

  

   و در تجزیه

  

  ،

   برانگیخته می‌شود.

  

   می‌تواند کلر یا برم باشد

   

  لیزر کی‌لیتی

  به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی‌لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستمها چندان مورد توجه نبوده است. این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است. یکی از مکانیسمهای پیشنهادی برای این فرایند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه برمی‌گردد

  این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است.

   β-

   دی‌کتونها از جمله لیگاندهایی هستند که با لانتانیدها تولید ترکیبات کی‌لیتی می‌نمایند. در چنین سیستمهایی می‌توان با استفاده از یونهای فلزی گوناگون ، لیزرهای کنترل شده به دست آورد. لکن نیاز به درجه حرارت پایین جهت تامین کارایی خوب ، از توجه و مطالعه در مورد این سیستمها کاسته است

   

  لیزر یاقوت

   

  نگاه اجمالی

  اولین لیزری که بکار انداخته شد، لیزر یاقوت بود و هنوز نیز مورد استفاده است. یاقوت که متجاوز از صدها سال به عنوان سنگ طبیعی پر بها شناخته شده است، بلور

  

  سنگ سنباده) است که بعضی از یونهای

  

   آن با یونهای

  

   عوض شده‌اند. به عنوان ماده لیزری ، این بلور را معمولا از رشد مخلوط مذاب

  

  تقریبا 0.05% وزنی) و

  

   تهیه می‌کنند. لیزر یاقوت یک دستگاه سه ترازی است.
   

  مکانیزم لیزر یاقوت

  ماده فعال این لیزر

  

   با حدود 0.05% وزنی کروم به عنوان ناخالصی در آن بدست می‌آید. یونهای فعال

  

   هستند که با یونهای آلومینیوم در شبکه جایگزین می‌شوند. ترازهای مهمی در انجام ، عمل لیزر را نشان می‌دهد. گذار لیزری(در

  694

   میلیمتر) بین ترازهای اخیر

  E و ⁴A₂²

   و ترازهای حالت پایه واقع می‌شود و لذا یاقوت یک دستگاه لیزری سه ترازی است. به همین دلیل لازم است بیش از نصف تعداد یونها به حالت ²E دمش شوند، تا جمعیت معکوس شود.
  
  عمل دمش از طریق دو باند پهن

  T₁ و ⁴T₂⁴

   انجام می‌گیرد. (مانند لیزر

   Nd:YAG

    با استفاده از لامپ فلاش می‌توانیم لیزر ضربانی بدست آوریم. ایجاد لیزر با پرتو مداوم به دلیل نیاز به پمپاژ بیشتر بسیار مشکل است. برای این منظور لامپ جیوه با فشار بالا که خروجی آن با باندهای جذبی یاقوت مطابقت دارد، کاملا مناسب است

   

  ساختار لیزر یاقوت

  یاقوت از نظر ساختار شیمیایی از

  

   تشکیل شده است که در آن درصد کمی از

  

   با

  

   جایگزین می‌شود. برای این کار مقداری پودر

  

   به

  

   خیلی خالص ذوب شده ، اضافه می‌کنند.
  
   

  

  
  
  بلور یاقوت و اکثر بلورهای لیزری ، به روش رشد بلور چکرالسکی قابل تولید هستند
   

  ساختار بلوری یاقوت

  تک بلورهای میزبان ، تک محور و دارای ساختاری شش گوش می‌باشند. بلور دارای یک محور تقارن است. در فرایند آلایش به جای یکی از یونهای آلومینیم یون ناخالصی (مانند

  

  می‌نشیند. به روش چکرالسکی میله‌های لیزری به طول 15 سانتیمتر و قطر 3.5 سانتیمتر قابل رشد می‌باشد. در فرایند رشد ، بلور بر روی نطفه اولیه با خلوص بالا رشد داده شده و به آهستگی از داخل ماده مذاب مایع بیرون کشیده می‌شود. مقدار آلایش ، 0.05 درصد وزنی

  

   است.
   

  لیزرهای شبیه یاقوت

  بلور

  

   با یون

  

   نیز آلائیده می‌شود و فرایند رشد آن شبیه یاقوت است. لیزر

  

   یکی از سیستمهای لیزری حالت جامدی است که ناحیه قابل تنظیم طول موجی آن خیلی وسیع و در حدود 300 نانومتر می‌باشد.
   

  جایگزین لیزرهای یاقوت

  لیزرهای یاقوت که زمانی بسیار مورد توجه بوده‌اند، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چه رقبایشان لیزرهای

  Nd:YAG

   یا نئودیمیم _ شیشه

  (Nd:glass)

   جانشین آنها شده‌اند. در واقع از آنجا که لیزر یاقوت با طرح سه ترازی کار می‌کند، انرژی آستانه دمش مورد نیاز در حدود یک مرتبه بزرگی از انرژی آستانه دمش برای لیزر Nd:YAG به همان ابعاد بزرگتر است. ولی لیزرهای یاقوت هنوز هم برای برخی از کاربردهای علمی نظیر تمام نگاری تپی و آزمایشهای فاصله یابی (مثال فاصله یابهای نظامی) استفاده می‌شوند

• لیزر گازی

   

  حتماً تا کنون درباره

  DVD یا CD

   و یا جراحی چشم با لیزر و غیره چیزهایی شنیده اید، و حتماً این بزرگترین اختراع علوم را تا کنون به عناوین مختلف استفاده کرده اید؛ بدون آنکه از خودتان سؤال کرده باشید که مخترع لیزر چه کسی بوده است. آیا میدانید که مخترع لیزر یک ایرانی بوده است؟ اولین نوع لیزر؛ لیزر گازی بود (که در سیستم درمانی و صنایع بطور گسترده بکار برده می شود)، که توسط آقای علی جوان متخصص فیزیک اختراع شد

   

  لیزر - یک امکان در سال 1930

  در دنیای علمی و علوم، این مثل همیشه گفته می شود که وقتی که زمان برای یک اختراع یا یک کشف درست شده و شما آنرا انجام ندهید، کس دیگری انجام خواهد داد. این مثل تا حد زیادی حقیقت دارد. اما همیشه اینطور نیست. بعضی وقتها آدمها یک فکر خوب را از دست میدهند.
  
  وقتی که نوبت برسد به لیزر، لیزر گازی، میتوانست در سال 1930 اختراع شده باشد، نه پس از سی سال در سال 1960 که من آنرا اختراع کردم. اگر شما به تاریخ علمی نگاه کرده باشید، مخصوصاً به فیزیکدانان اروپایی، آنها به اختراع لیزر در سالهای 1937 و

  1938

   خیلی نزدیک شده بودند. دانشمندان در حال مطالعه بر روی اتمها بودند، که چگونه امواج نوری را بیرون بدهند (تقویت نور در گازها به وسیله گسیل القائی پرتوافکنی)، و آنها به اختراع لیزر خیلی نزدیک شده بودند. از نوشتجات آنها شما میتوانید ببینید که آنها به راه درست رفته بودند، اما بعداً راه را اشتباه رفته و از مسیر اصلی منحرف شدند. اگر من در همان سالها بودم مطمعناً آنرا اختراع میکردم. مبالغه نمیکنم و میدانم که آنرا انجام میدادم
  
  من میدانم که این دانشمندان چرا آنرا از دست دادند؛ آنها عمیقاً درگیر با دارایی های موضوع در تعادل گرمایی بودند. با این وجود در لیزرها، اتم ها باید در یک حالت تعادل غیر گرمایی باشند؛ که این قدری پیچیده می شود و از حوصله این بحث خارج است. البته تمام آنها اکنون تمام شده است، ولی آن دانشمندان پیشروان این راه بوده اند.
  لیزر و جنگ جهانی دوم
  
  ما فقط میتوانیم فکر کنیم که اگر این تکنولوژی (لیزر) در زمان جنگ جهانی دوم وجود داشت، چگونه بکار برده می شد. امروزه لیزر در مقطع دفاعی خیلی استفاده دارد. پس بنابراین در آنموقع، مشکل است که گفته شود چه اتفاقی ممکن است افتاده باشد، مخصوصاً آنکه در آنموقع تکنولوژی امروزه را دارا نبوده اند. بدون هیچگونه شبهه، اگر لیزر در 65 سال پیش اختراع شده بود نه در

  35

   سال پیش، کاربردهای آن نسبت به حالا بسیار گسترش یافته بود
  
  علم همیشه در گذشته به توسعه کارها در آینده کمک کرده است. وقتی که نیوتون قانون جاذبه را کشف کرد، این را گفت که "او بر شانه های غولها ایستاده و دورترها را دیده بود". همیشه یک پایه ای برای دانش ما وجود داشته است که توسط گذشتگان بوجود آمده است.
  
  لیزر نتیجه شناخت ما از طبیعت اتم ها است؛ مخصوصاً طبیعت موجی اتمها. اتم ها فیزیک امواج هستند، و طبیعت ذره ای آنها خاصیت فیزیک امواج خودشان است. ما طبیعت اتم ها را کشف کرده ایم و آنها چیزی اند که بوسیله ساتع شدن نور بیرون میدهند. در سال 1920 ساختار اتمها تا کوچکترین جزء، شناخته شده بود. کتابهایی در این رابطه نوشته شده بود. در آنزمان بزرگانی مانند

  Bohr، Schrodinger،

  و انشتین و دیگران بودند که این اکتشافات را دنبال و پیگیری میکردند
  
  مشکل است که شما با دقت بخواهید بگویید که در چه موقع یک نظر خلاق ظهور کرده است. من تصور میکنم که نقطه آغازی در ابتدای این خط بوده است، اما چه کسی میداند. شما در لحظه ای همه چیز را درباره اختراعتان می شناسید؛ با وجود اینکه شما از انجام آن آگاه و باخبر نیستید و نمیدانید که در حال انجام آن هستید. و سپس بطور ناگهانی همه چیز درست از آب درآید و شما آن کشف را درست انجام داده باشید.
  موقعی که من نظریه ام را در رابطه با لیزر گازی دادم، بعضی از قسمتهای آنرا، اگر تما آن را نه، بر اساس گرفتاری من در کارهایی بود که مشغول انجام آن بودم. اما من میدانستم که بالاخره این لیزه گازی را میتوانم اختراع کنم در غیر اینصورت اصلاً دنبال آن کار را نمیگرفتم.
  
  کسانی که از همان ابتدا نظر من را میدانستند، خیلی به آن بدبین بودند. حتی آنهایی که در تیم من بودند و با من کار میکرند، در این رابطه شک داشتند. من این شک را در بسیاری از آنها دیده ام. حتی فیزیکدانان خوب هم بعضی از وقتها در عقاید خودشان نامطمئن هستند، و آنها با تردید منزلزل می شوند.
  
  یادم می آید موقعی که با یکی از شاگردانم بر روی این لیزر گازی در حال کار کردن بودیم، و آن وقتی که برای آزمایش نهایی آماده شده بود، من بشوخی رو به آن کرده و گفتم "هی، اگر من سویچ را بزنم و هیچ اتفاقی بوجود نیاید، چه!"، ناگهان صورت آن سفید شده و آثار ترس در آن هویدا گردید. من شروع به خنده کردم، و گفتم "نه، نه. حتماً کار میکند". من این را بخاطر اطمینان او بیان کردم. سپس کلید را زدیم و همه چیز بخوبی انجام گرفت. اما این اغلب برای کسانی که در حال کشف و اختراع چیزی هستند اتفاق می افتد. آنها نامطمئن و مضطربند، حتی وقتی که هیچ چیزی برای ترسیدن و اضطراب وجود ندارد.
  البته بعضی وقتها آزمایشات بزرگی هستند که ما درباره آنها صحبت میکردیم، و بعضی وقتها جای تردید وجود داشته است، بخاطر آنکه پایه علمی دانسته نیست. به عنوان یک دانشمند شما مجبور هستید که نظرات خود را آزمایش کنید و آنها را انجام دهید، حتی اگر شما دقیقاً ندانید که نتیجه چه خواهد بود. اما شما بهتر است که مطماً شوید که جواب بدست آمده حتماً شما را به راهی که دنبال میکنید نزدیک کند.
  
  اما تنها چیزی که برای من مهم بود این بود که این لیزر گازی حتماً کار بکند. قبل از شروع هر گونه اقدامی و بکار گیری تیمی که بتواند در این اقدام من را یاری دهد، باید حتماً مطمعاً میشدم که پروژه کار می کند.
  
  در آن موقع، من تازه به گروهی که در حال تحقیق در لابراتوار تلفن بل در هیل موری نیوجرسی بودند ملحق شدم؛ و در آنجا آنها را متقاعد کردم که دستهای من را در راه این کار باز گذارند که من بتوانم هر گونه آزمایشی که لازم است در رابطه با این لیزر گازی انجام دهم.
  
  درست در همان زمان دو محقق دیگر آقایان چارلز اچ. تاونس و آرتور ال. شاولو راهی دیگر را برای دست یابی به لیزر پیشنهاد کردند. در واقع نظریه آنها مبنی بر این اساس بود که، ما اکنون آنرا بعنوان «پمپ کردن لیزرهای نوری) می شناسیم، نور لیزرها را با توسط مکش با یک منبع نور زیاد استخراج کرد.
  
  نظریه من تماماً با آنها متفاوت بود. من در این راه از جریانات برقی استفاده کردم (نه یک منبع نور زیاد)، که انرژی الکتریکی را تبدیل می کند به نور لیزری، که همگان حالا آنرا به نام "لیزر گازی" می شناسند. این دو اختراع "پمپ کردن لیزرهای نوری" و "لیزر گازی" بطور کلی با همدیگر تفاوت زیادی دارند و برای مقاصد تماماً متفاوت بکار گرفته می شوند

   

  

  نمایی از لیزر گازی دکتر علی جوان. مجله

  فاصله یاب لیزری

   

  ریشه لغوی

  لیزر در واقع حروف اول عبارت

   Light Amplification by Stimulation Emission Of Radiation

   به معنای تقویت نور به وسیله گسیل القایی تابش می‌باشد

   

  دید کلی

  کاربردهای نظامی لیزر همواره رقم سنگینی را در تولید سیستمهای لیزری به خود اختصاص داده است. یکی از مهمترین کاربردهایی که امروزه در زمینه‌های نظامی وجود دارد فاصله یاب لیزری است. توانایی لیزر در تعیین موقعیت هدف با دقت بالا و سرعت بالا غیر قابل انکار است. لیزرها به علت داشتن واگرایی کم بعد از طی مسافت زیاد به عنوان فاصله یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. اینک وضعیت به گونه‌ای است که هر هواپیمای جنگی که برای ضربه زدن به هدفهای زمینی از روش فرود و خیز استفاده می‌کنند، شانس زیادی به مصون ماندن در مقابل موشکهای زمین به هوای پیچیده پدافند موجود در اکثر نیروهای مسلح دنیا ندارد. در اینجا می‌خواهیم بطور ساده ساز و کار فاصله یاب لیزری و استفاده آن صحبت کنیم.
   

  مسیر تحولی در رشد

  تکنولوژی نبرد مدرن تانک از جنگ جهانی دوم به این طرف تا چنان حدی پیشرفت کرده است که اینک رای بر کمال مطلوب برای تانکها اختصاص اولین ضربه به خود و تخریب ماشین زرهی دشمن پیش از امکان واکنش آن است. بیشتر حملات آمریکائیها در ویتنام شمالی با استفاده از سلاحهای هدایت شده با لیزر صورت گرفت و کارایی آن بسیار خوب بود. در آن زمان از بمبهای معمولی دستکاری شده که با کلاهکهای جستجو گر لیزری مجهز شده بود استفاده شد. این توانایی اندازه گیری سریع و دقیق که با جدیت بسیار در دستگاههای مسافت یاب و هدف یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، اکنون بر روی هواپیماهای جنگی نظیر هاریر

  (Harriers)

  و جگوار

  ( Jagvars of R.A.F (Royal Air Craft Force

   قرار داده می‌شوند
   

  نقش در زندگی

  لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و ... استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن از پدافندهای مجهز به لیزر باید در ارتفاع کم و با سرعت زیاد حرکت کنند، لذا خلبان ممکن است فقط چند ثانیه برای پیدا کردن هدف ، نشانه گیری و انداختن مهمات خود دقت داشته باشد. با یک لیزر خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند

  10

   تا 20 بار در ثانیه انجام شود.
  بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند.
  
   

  طرز کار

  طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری

  YAG و یا CO₂

  به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب

  Nd: YAG

   متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای

  L₁ و L₂

   روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه

  t₀

   تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی در لحظه

  t₁

   آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت

  C

   در مدت زمان

  t₁ - t₀

   فاصله

   2x

  رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله

  x

   بدست می‌آید
  
   

  X = (1/2) C(t₁ -t₀)

  
  مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. سیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زما

   t₁ - t₀

   فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود
   

  مزایا و اشکالات فاصله یاب های لیزری

  مزایا

  1. وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت به رادارهای عادی

  2. قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالای سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

  معایب

  اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید مستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا

  15km

   بکار برده می‌شوند عبارتند از
   

  یک - فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم

  10Km

  و دقت کمتر از

  10m
  
  دو -فاصله یابهایی که روی تانک سوارند

  سه - فاصله یابهای ضد هوایی

   

  یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

  یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری)

  Laser Ranger Marked Target Seeker

   است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط شرکت فرانتی

  (Ferranti Limited)

   تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.
  
  با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای از خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  
  بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. حال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب - گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد. یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست
   

  چشم انداز آینده

  در اینکه در چند سال آینده پیشرفت زیادی در هدف گیری سلاحها و شلیک آنها با استفاده از لیزر انجام خواهد گرفت، تردیدی وجود ندارد. در حال حاضر بر همگان معلوم است که رده‌های توپخانه هدایت شده با لیزر بطور موفقیت آمیزی به نمایش گذارده شده‌اند و دلیلی ندارد که هدایت لیزری در زمانی کوتاه و بطور نیمه در بیشتر انواع ساز و برگ جنگی بکار برده نشود

  لیزرهای حالت جامد

   

  لیزر حالت جامد لیزری است که در آن ماده لیزری بلور یا شیشه‌ای است که دارای خط طیفی فلوئورسان تیزی است. این ماده تحت برانگیختگی اپتیکی قوی به منزله یک نوسانگر یا تقویت کننده در طول موج فلوئورسانس عمل می‌کند. لیزرهای نیم رسانا و پلاستیکی با وجود اینکه ماده جامدند، معمولا جزو لیزرهای حالت جامد محسوب نمی‌شوند

   

  سیر تحولی رشد

  اولین لیزر حالت جامد که در ژوئن 1960 با موفقیت عمل کرد، لیزر یاقوت بود. اخیرا تحقیق روی لیزر حالت جامد با اندازه کوچک انجام گرفته است که در آن یون

  

   نه به عنوان یک ناخالصی با غلظت پایین بلکه به عنوان یک جز متشکله اصلی برای آهنگ بالای تکرار یک یا عملیات CW بکار می‌رود. اگرچه در اکثر لیزرها طول موج می‌تواند فقط در محدوده یک درصد تغییر یابد، ولی اخیرا لیزرهای حالت جامد قابل تنظیم روی یک گسترده خیلی پهنتر نیز ساخته شده‌اند.
  
  لیزرهای قابل تنظیم حالت جامد در طیف سنجی‌های فیزیکی و شیمیایی بکار گرفته شده‌اند و کاربرد آنها تحول شگرفی را در طیف سنجی اتمها و مولکولها ایجاد کرده است. طیف سنجی رامانه و طیف سنجی پیکووفمتر ثانیه‌ای بیش از همه از وجود لیزرهای قابل تنظیم بهره برده‌اند. لیزرهای حالت جامد موجب پیشرفت و توسعه چشمگیر مخابرات تار نوری شده است. ساخت لیدارهای پیشرفته کشف و سنجش از راه دور مرهون بکارگیری سیستمهای لیزری تمام حالت جامد می‌باشد

   

  انواع لیزرهای جامد

  لیزر یاگ (YAG)

  در حال حاضر ، کاربردی‌ترین لیزر حالت جامد که برای پردازش و ماشین کاری مواد بکار می‌رود، لیزر یاگ

  YAG

   است که از بلور

  

   (سنگ آلومینیوم ایتریم) که به آن 0.1 تا 1 درصد یون نئودیمیم

  

   اضافه شده است، ساخته می‌شود. طول موج گسیلی این لیزر 1.06 میکرون و گاهی 1.32 میکرون است

   

  لیزر حالت جامد یون فلزی

  لیزرهای حالت جامد فلزی از نظر تنوع مواد لیزری ، امکان ساخت انواع مختلف سیستمهای لیزری و بالا بردن کیفیت پرتوهای خروجی از پتانسیل بالایی برخوردارند. هر سیستم لیزری حالت جامد یون فلزی دارای سه بخش مهم زیر است
   

  1.  ماده میزان با خواص ماکروسکوپیکی ، مکانیکی ، حرارتی و اپتیکی مناسب
     
      

  2. یونهای فعال
     
      

  3. چشمه‌های دمش اپتیکی

   

  لیزر 

  Nd:YAG
  
  در میان لیزرهای حالت جامد یون فلزی ، لیزر

  Nd:YAG

   بیشترین کاربرد را دارد. لعل یوتریم آلومینیم

  (YAG)

   آلاییده به نئودیمیم دارای خواص ویژه‌ای است که آن را برای عمل لیزری مناسب ساخته است. بلور میزبان

  YAG

  سخت است و کیفیت اپتیکی خوب و ضریب هدایتی بالایی دارد. این لیزر پهنای خط باریک ، بهره بالا و آستانه لیزری پایینی دارد

   

  لیزرهای Er

  لیزرهای ایربیوم به خاطر داشتن دو طول موج ویژه اهمیت دارند، اما از نظر انرژی خروجی مانند لیزرهای

  Nd

   خیلی قابل توجه نیستند. بلور YAG که با چگالی بالا به یونهای ایربیوم آلاییده شده است یک خروجی در 2.9 متر و شیشه فسفات آلاییده به ایربیوم خروجی در 1.54 میکرومتر دارند. هر دو این طول موجها توسط آب جذب می‌شوند که باعث می‌شود این لیزرها کاربردهای جالبی در پزشکی برای طول موج 2.9 میکرومتر و برای فاصله یابهای ایمن چشم در طول موج 1.54 میکرومتر داشته باشند

   

  لیزر نئودیمیم

  لیزرهای نئودیمیم متداولترین نوع لیزر حالت جامد هستند. محیط لیزری معمولا یا بلوری از

  

   است (که غالبا YAG نامیده می‌شود) که در آن یونهای

  

   جایگزین برخی یونهای

  

   شده‌اند، یا شیشه‌ای است که با یونهای

  

   در آن ناخالصی بوجود آورده‌اند. لیزرهای نئودیمیم روی چندین خط می‌توانند نوسان کنند که قویترین و لذا متداول‌ترین آنها در طول موج 1.06 میکرومتر است. طرح تراز انرژی برای نئودیمیم _ شیشه

  (Nd:glass)

   بسیار نزدیک به

  Nd:YAG

   است، چون ترازهای انرژی درگیر ، زیاد تحت تاثیر میدان بلور قرار نمی‌گیرند

  پلانك و مكانيك كوانتومي

   

  مردي كه فصلي را در دنياي فيزيك گشود
  
  در يكي از روزهاي زمستان سال 1900 ميلادي در شهر برلين يك استاد 42 ساله دانشگاه پسر كوچكش را براي پياده روي بيرون برده بود. در طول راه او رازي را براي فرزندش آشكار كرد ( امروز چيزهايي به ذهن من رسيدند كه به اندازه افكاري كه به ذهن اسحاق نيوتن خطور كردند تحول برانگيزو بزرگند). آن استاد كسي نبود جز ماكس پلانك و تنها چند ساعت پيش از آن او بينشي نسبت به ماهيت واقعيت يافته بود كه فيزيك كلاسيك را از هم مي پاشيد و نحوه تفكر در دنياي نوين را تغيير مي داد. اين عقايد از طريق عاملي پيش پا افتاده به ذهن پلانك خطور كرده بودند همانند بسياري از فيزيكدانان ديگر
  
  در يك قرن پيش پلانك روي مسائلي در ارتباط با ويژگي هاي اساسي حرارت كار مي كرد. هنگامي كه او در تلاش بود تا ماهيت آزمايش‌هاي مربوط به گرما و نور برخاسته از يك جسم ساده گرم و درخشان «جسم سياه) را دريابد، متوجه شد كه ناگزير است عقيده اي به ظاهر مسخره را بپذيرد. اينكه انرژي تابشي برخاسته از اجسام نه به صورت پيوسته بلكه در بسته هايي مجزا به اطراف پراكنده مي شود
  
  پلانك هر يك از اين بسته ها را يك "كوانتوم" ناميد. كه واژه اي برگرفته از لاتين و به معناي "چه مقدار" است و در جمع "كوانتا" خوانده مي شود. و رابطه اي را روي كاغذ آورد كه انرژي آنها را به فركانس ربط مي داد. با اين كار او پدر نظريه مكانيك كوانتومي شد. اين نظريه شامل قوانيني بود كه بر اين بسته هاي انرژي حاكم بودند. و البته به زودي مشخص شد كه دامنه نفوذ آنها بسيار فراتر از همين بسته هاست.
  
  امروزه مي دانيم كه نظريه مكانيك كوانتومي ، حاكم بر تمامي مسائل است كه در عالم وجود دارند. از كوچكترين ذرات زيراتمي گرفته تا نيروهاي فضا زمان. اين نظريه توضيح مي دهد كه
  
  ريز تراشه ها چگونه كار مي كنند؟
  
  چرا گچ سفيد است؟
  
  اتم ها چگونه انرژي هسته اي خود را آزاد مي كنند؟
  
  نظريه مكانيك كوانتومي شالوده كل صنعت الكترونيك است. و در عين حال ممكن است منشا عالم «انفجار بزرگ) را نيز توضيح دهد. پلانك آنقدر زنده ماند تا ببيند كه كوانتاي او چه گستره وسيعي از پديده ها را توضيح مي دهند. گستره اي كه هنوز هم انتهايي بر آن متصور نيست. اما او همچنان يك "انقلابي ميل" باقي ماند.
  
  پلانك سالها در جستجوي راههايي براي رهايي از كوانتوم ها وقت صرف كرد. براي او مايه شرمساري بود كه سبب شهرتش دنبال مفهومي باشد كه خود او به سختي آن را باور داشت. اما درنهايت اكتشافات بنياد افكن پلانك بيش از آن كه ناشي از استعداد هاي علمي باشد، از صداقت خلل ناپذير او برخاسته بود.
  
  پلانك با اينكه باورهاي خودش را واژگون شده و ادراكش از واقعيت را ديگر گونه مي ديد. سرانجام آنچه را كه معادلاتش به او مي گفتند، پذيرفت. او به يكي از همكاران فيزيكدانش پس از اينكه ستيز براي احتراز از مفاهيم نظريه مكانيك كوانتومي را وانهاده بود، اين طور گفته بود: "اين كار هيچ فايده اي ندارد ما مجبوريم با نظريه مكانيك كوانتومي زندگي كنيم
  
  كشفي كه به يك انقلاب منجر شد
  
  در ادامه مطالعه جسم سياه ، در عرض چند ساعت پلانك رابطه اي را يافت كه به نظر مي رسيد قادر به انجام چنين كاري است. او دريافت كه طول موج تابش هر مقدار كه باشد، پاسخ صحيح را به دست مي دهد. ساير دانشمندان به سرعت كشف او را به عنوان پيشرفتي كليدي مورد تحسين قراردادند، اما براي پلانك تنها اين كافي نبود او مي خواست بداند كه چرا رابطه اش كار مي كند؟
  
  در جستجوي پاسخي براي اين پرسش او در ذهن خود مجسم كرد كه جسم سياه از نوسانگرهاي بسيار كوچكي ساخته شده است كه هر يك از آنها تابش هاي الكترومغناطيسي از خود گسيل مي كنند. اين گامي بسيار اساسي بود كه پلانك برداشت. در آن زمان فيزيكدانان اندكي آنقدر شهامت داشتند كه به تشكيل يافتن ماده از اتم ها معتقد باشند. تشكيل شدن انرژي از اجزا كوچك كه ديگر جايي براي خود داشت. با اين حال به نظرمي رسيد كه اين نگرش كار آمد است.
  
  با استفاده از نظريه الكترومغناطيسي پلانك دريافت كه مدلي كه او به اين ترتيب از جسم سياه ساخته است، بخشي از رابطه رياضي انرژي ساطع شده از جسم سياه را به دست مي دهد «محاسبه انرژي تابشي جسم سياه). تمام آنچه كه مي ماند، تبديل كردن اين رابطه به شكل رابطه اي بود كه پلانك در آن عصر يكشنبه سرهم كرده بود. اينجا بود كه پلانك كشف تاريخي اش را انجام داد.
  
  كشف تاريخي پلانك
  
  پلانك دريافت كه براي دستيابي به هماهنگي لازم با رابطه يافته شده ، بايد فرض را بر اين بگذارد كه نوسانگرهاي كوچك نمي توانند تحت هر فركانسي كه دلشان خواست نوسان كنند. براي فيزيكداني كه با هزاران سال تحقيق و پژوهش در مورد نوسان اشباع شده بود، اين كار ارتداد محض بود. حتي يونانيان باستان هم مي دانستند كه سيم هاي كشيده شده را مي توان تحت هر فركانسي به نوسان در آورد. حتي اگر نتيجه كار چندان هم موسيقي يايي نباشد.
  
  با اين وجود ، براي اينكه رابطه پلانك بتواند كار آمد باشد، او مي بايست اين را مي پذيرفت كه نوسان گرهاي كوچك در جسم سياه همانند يك زه ويولن هستند كه مي توانند دو نت موسيقي متوالي را توليد كند، اما قادر به توليد هيچ صدايي بين آن دو نيست. پلانك تلاش كرد تا از يافته عجيب خودش سردرآورد. اما در دانش شناخته شده فيزيك در آن روز چيزي وجود نداشت كه بتواند به او كمك كند.
  
  در آنچه كه او بعدها آن را "عملي از روي ناچاري" ناميد، پلانك پذيرفت كه انرژي تابش شده در واحدهاي بسته بندي شده اي كه او آنها را كوانتا ناميده، گسيل مي شود. و دليل او نيز چيزي بيش از آن نبود كه رابطه حاصل از اين رويكرد كار آمد است و به پاسخ هاي درست منتهي مي شود. در عين حال پلانك احساس مي كرد كه كشفي بزرگ را به انجام رسانده ، همان كشفي كه هنگام قدم زدن در آن روز زمستاني براي پسرش از آن صحبت مي كرد.
  
  يكي از منافع جنبي كشف او رابطه ساده اي بود كه مقدار انرژي موجود در اين بسته ها را به طول موج آنها ربط مي داد. هر چه طول موج كوتاهتر باشد انرژي بيشتر خواهد بود. ارتباط اين دو متغيير را كميتي كه با h نشان داده مي شد، برقرارمي كرد. چيزي كه در حال حاضر ثابت پلانك خوانده مي شود. هم اكنون مشخص شده است كه اين ثابت همراه با سرعت نور C و ثابت گرانش نيوتن از لحاظ كيهان شناسي اهميت بسيار زيادي دارد.
  
  پلانك به قله دانش صعود مي كند
  
  هم اكنون فيزيك كوانتومي به عنوان موفق ترين نظريه علمي شناخته مي شود. زيرا مبدع اين نظريه پلانك افتخارات بسياري از جمله جايزه نوبل فيزيك 1918 را از آن خود كرد. در آن هنگام پلانك 60 ساله باقي توان خود را بر گرد آوردن بهترين فيزيكدانان دوران از جمله آلبرت انيشتين در برلين ، براي كار روي نظريه مكانيك كوانتومي متمركز كرده بود. اين كار ارزشمند را پلانك در حالي انجام مي داد كه در زندگي شخصي خود با رويدادهاي غم انگيز هولناكي رو در رو بود.
  
  حوادث ناگوار پلانك
  
  در سال 1916 پسر او ، همان كسي كه كشفش را اولين بار براي او بازگو كرده بود، در يك عمليات نظامي در وردون كشته شد كه در آن زمان چندين سال از مرگ همسر اولش مي گذشت.
  
  طي سه سال هر دو دختر او هنگام وضع حمل از دنيا رفتند.
  
  در سال 1944 آخرين پسر او كه مظنون به شركت در نقشه اي براي قتل هيتلر بود، توسط نازيها اعدام شد.
  
  پلانك در سال 1947 در سن 89 سالگي در آلمان از دنيا رفت
  
  آلبرت انيشتين وقتي از مرگ يكي از قهرمانان علمي اش خبردار شد، نامه اي به بيوه پلانك نوشت و در آن از خاطرات كار با مردي گفت كه نگاهش به حقايق جاوداني بود. اما در عين حال فعالانه درگير همه آن چيزهايي بود كه به پيشرفت مربوط است

• فيزيک ليزر 2

   

  1- مقدمه Introduction
  2- بر هم کنش نور با ماده Interaction of light with Matter
  3- توليد نور Generation of Light
  4- ليزر Laser
  5- قانون توان وانرژي Concept of Power and Energy
  6- واگرايي اشعه Beam Divergence
  7- خلاصه Summary

   

  مقدمه
  نور چهار مشخصه اصلي دارد
  الف- طول موج

  (wave length)

   فاصله بين دو نقطه يکسان موج مي باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعيين رنگ، انرژي و طول موج مي توان يک موج را نسبت به ديگر موج ها سنجيد. به عنوان مثال طول موج هاي کوتاه در طيف مرئي در ناحيه بين آبي و فوق بنفش قرار مي گيرد در حاليکه رنگ قرمز داراي طول موج هاي بلندتري مي باشد. فاصله بين اين قله هاي موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفي نه ) يا ميکرون (ده به توان منفي شش ) قرار داده اند.
  تشعشع الکترومغناطيسي طيف طولاني از طول موج هاي بلند راديويي تا طول موج هاي کوتاه اشعه ايکس را شامل مي شود.
   

  ب- فرکانس

  (Frequency)

   فرکانس موج تعداد موج هاي عبور کرده از يک نقطه در يک فاصله زماني مشخص مي باشد . واحد آن سيکل بر ثانيه يا هرتز

   Hz

   مي باشد. فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته اند
  طول موج هاي بلند تر از قبيل نور قرمز در فرکانس هاي پايين تراز نور آبي قرار دارند ولي فرکانس در کل خيلي بالا است ( ده به توان چهارده هرتز
   

   ب - سرعت

  (Velocity)

    سرعت موج تعيين کننده تندي عبور موج از يک محيط مشخص مي باشد. به عنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سيصد هزار کيلو متر در ثانيه مي باشد. سرعت در محيط هايي مثل شيشه يا آب کاهش مي يابد
   

  ت- دامنه

  (Amplitude)

   دامنه يا شدت موج با ارتفاع يا بلندي

  (height )

   ميدان الکتريکي يا مغناطيسي مشخص ميشود
  
   

  بر هم کنش نور با ماده

  (interaction of light with matter )
  
  از آنجا که نور داراي ميدان الکتريکي و مغناطيسي مي باشد اين ميدانها با ماده بر هم کنش نشان مي دهند . ميدان مهم ميدان الکتريکي است چون با الکترونهاي کوچک که در ترکيبات مواد شرکت دارند بر هم کنش دارد. اين الکترونها همصدا وهماهنگ باموج نور وارده نوسان مي نمايند و مي توانند تأثير يا تغيير در عبور نور از ميان يک ماده به چند طريق انجام دهند.
   

  1- پخش کردن

  (Scsttering )

   موج نور از مسير اصلي منحرف ميشود.
   

  2- انعکاس

  (Reflection )

   موج به داخل محيطي خارج از ماده برميگردد

  
  3- انتقال

  (Transmission )

   موج از ماده با کمترين تغيير شدت عبور مي نمايد

  
  4- جذب (Absorption ) مهمترين پروسه در خيلي جاها جذب مي باشد که انرژي موج نور در ماده باقي مي ماند. مقدار زيادي از انرژي باعث ايجاد حرارت و تغيير در خواص ماده مي شود
  
   

  توليدنور

  Generation of light

  
  چندين فرآيند تعيين کننده طيف نور باعث ايجاد تشعشع الکترومغناطيس مي شوند.
  طيف تشعشع: طيف نوري که از يک جسم ساطع مي شود شامل رنگها يا نوارهاي رنگي جدا از هم مي باشد.اين از طبيعت توليد نور برميخيزد و نشانه آن است که انرژي نوراني ساطع شده از آن جسم داراي مقداري مشخص ميباشد.
  انرژي تمام سيستمها کوانتايي مي باشد که اين انرژي مي تواند در بسته هاي جدا از هم جذب يا آزاد شود.انرژي سيستم پس از آنکه انرژي جذب آن سيستم شود افزايش مي يابد و در مرحله بعدي آن انرژي آزاد مي شود. مدتي که اين انرژي آزاد مي شود راندوم يا اتفاقي بوده که نشر خودبخودي ناميده مي شود.
  انرژي را مي توان توسط جريان الکتريکي، نور از منبع خارجي، واکنش شيميايي يا گونه هاي ديگربه سيستم وارد نمود. بهر حال مشخص شده است که يک موج وارده که داراي انرژي معيني است مي تواتد آزاد شدن موجها را ازسيستم بر انگيخته تحريک کند و باعث آزاد نمودن دو موج شود. به اين حالت نشر بر انگيخته مي گويند.اين موج ها خواص مهمي دارند.
   

  1- همدوس

  (Coherent )

    موجها به صورت هماهنگ هستند

  
  2- تک رنگ

  (Monochromatic )

   موجها داراي رنگ يکساني هستند
   

  3- شدت بالا

   (High Intensity )

   اگر ما به مقدار کافي از اين نورهاي همدوس

  (Coherent )

   توليد کنيم شدت آن بسيار بالاتر از منابع نور غير همدوس است
   

  4- واگرايي کم

  (Low divergence)

   ليزر را در مقايسه با نور غير همدوس بوسيله لنزتا قطرهاي خيلي کمتري مي توان باريک نمود
   

  5- طبيعت ضرباني

  (Pulsed nature )

    چون انرژي ورودي را در ليزر مي توان کنترل نمود انرژي خروجي نيز به دنبال آن تغيير مي يابد. بنا بر اين اگر برانگيختگي ليزر با پالسهاي کوچک انجام شود ليزر با پالسهاي کوچک توليد خواهد شد. اين خاصيت خيلي مهم است
  
   

  ليزر
  
  نشر برانگيخته را مي توان در وسيله اي بنام ليزر ايجاد نمود. کلمه ليزر مخفف کلمات زير است:
  LightAmplificationStimulatedEmission ofRadiation
  که به معني نور تقويت شده با نشر برانگيخته مي باشد.
  
   قانون توان و انرژي
  
  شدت نور ليزر به حدي است که مي تواند باعث تبخير مواد و ايجاد تغييرات غير قابل برگشت شود. اشعه ليزر مي تواند به نقطه هايي با اندازه هاي مختلف تنظيم (فوکوس ) شود و به همين صورت توليد شدت هاي مختلف نور را مي کند.
  
  حفره ليزر
  
  ( Cavity)يک حفره ليزر با مجموعه اي از آينه ها تعريف مي شود که امواج نور را در محيط ليزر به جلو و عقب مي فرستد. آينه عقب معمولأ کاملأ منعکس مي کند در حاليکه آينه جلو به مقدار کمي از نور ليزر اجازه عبور مي دهد. آينه ها بايد دقيقاً تنظيم شده و بطور مطمئني بسته شوند.

  توان يا پاور دنسيتي

  (power density )
  
  يک تشعشع ، توان نور ليزر بر واحد سطح با واحد وات بر سانتي متر مربع

  ( Watt/ Cm2 )

   است
  مساحت نقطه نور و توان ليزر مشخص کننده

  Power density 

  مي باشد
  
  انرژي
  
   معرف کل انرژي نور مي باشد و واحد آن ژول است . يک ژول برابر با يک وات براي مدت يک ثانيه مي باشد. قدرت ليزر با انرژي تقسيم بر زمان ( يا طول مدت يک پالس ) رابطه دارد.

   Fluence

   سرعت انتقال انرژي را تعيين مي کند. به عنوان مثال ، 100 ژول را مي توان در 1 ثانيه با 100 وات و يا در 100 ثانيه با 1 وات منتقل نمود
  
   

  اندازه نقطه

  (Spot Size )
  
  اندازه نقطه ليزر يکي از دو فاکتور کنترل

  power density

   مي باشد.اندازه نقطه با موارد زير مشخص مي شود.

  1- فاصله کانوني لنز فوکوس کننده.

  
  2- طول موج ليزر

  
  3- نوع ليزر نوع ليزر از روي حفره ليزر

  ( laser cavity)

   مشخص مي شود و نشان دهنده توزيع توان ليزر در يک نقطه مي باشد.

   

  واگرايي اشعه

  (Beam Divergence)

  واگرايي اشعه ميزان پخش اشعه مي باشد. واگرايي با زاويه بين محور اپتيکي و بردار اشعه خارجي تر بيان ميشود زاويه با راديان اندازه گيري مي شود (راديان = 180 درجه ) . واگرايي اشعه 1 ميلي راديان معادل است باافزايش در قطر يک اشعه به اندازه يک ميلي متر در فاصله يک متري.
  
  خلاصه
  توليد نور ليزر به وسيله وادار نمودن ماده به رفتن به سطوح انرژي بالاتر مي باشد. بر هم کنش بعدي توليد نوع خيلي مهمي از نور مي نمايد که مي تواند برنقاط فوق العاده کوچک فوکوس نموده يا به مدت خيلي کوتاه توليد شود. بر هم کنش ميدان الکتريکي ليزر با ماده باعث شروع نتايج مورد انتظار مي گردد. نور با شدت بالا مي تواند نتايج خوبي ايجاد نمايد. متنوع ترين محيط مورد انتظار عرصه پزشکي است. چون اثر نور بر محيط هاي گوناگون بيولوژيکي خيلي باهم متفاوت است

  نگارنده:  دکتر سيد مهدي مهدوي مرتضوي