هر‌ آنچه درباره لیزر ها و طرز کارشان باید بدانید

فناوری لیزر؛ راهی برای افزایش ایمنی خودروهای آینده
ژانویه 8, 2019
تکنولوژی فرستنده اسلحه لیزرتگ
ژانویه 15, 2019

هر‌ آنچه درباره لیزر ها و طرز کارشان باید بدانید

هر‌ آنچه درباره لیزر ها و طرز کارشان باید بدانید

هر‌ آنچه درباره لیزر ها و طرز کارشان باید بدانید

در تمام مدت روز با لیزر‌ها به‌صورت مستقیم و غیر مستقیم در ارتباط هستیم. اما آیا طرز کار آن‌ها را می‌دانیم؟ چطور می‌توان نوری پرانرژی داشت که حتی با آن بتوان فلزات را برید؟ این انرژی چگونه توسط نور حمل می‌شود؟

لیزر چیست؟

لیزر‌ها تفاوت بسیاری با نور معمولی دارند. برای درک بهتر این تفاوت، فقط امواج آبی که در وان حمام تشکیل می‌شوند با امواج بزرگ دریا مقایسه کنید. اگر دقت کرده باشید، می‌توانید با حرکت دست خود به سمت جلو و عقب، امواج نسبتا بزرگی در وان حمام تشکیل بدهید که هر‌چه این کار را بیشتر ادامه بدهید، امواج بزرگ‌تر و قوی‌تر می‌شوند.

اگر می‌توانستید شبیه این کار را در یک اقیانوس انجام دهید، مسلما بعد از چند میلیون بار تکرار، امواج بسیار بزرگ و پرقدرتی توسط دست شما تشکیل می‌شوند. یک لیزر، کاری مشابه همین را با امواج نور انجام می‌دهد. فرایند تقویت نور در یک لیزر، با نور بسیار ضعیف شروع می‌شود و آنقدر انرژی به موج نور اضافه می‌شود تا در نهایت یک موج نور متمرکز و قوی داشته باشیم.

لیزر

ویژگی‌ها‌ی نور لیزر

لامپ‌ها یا منابع نور معمولی دیگر، نور سفید دارند که ترکیبی از تمام فرکانس‌ها‌ی مرئی نور است. اما لیزر‌ها پهنای فرکانسی بسیار باریکی دارند و در شرایط ایده‌آل، تک‌فرکانس هستند. برای مثال ممکن است لیزر‌های قرمز، سبز یا آبی را دیده باشید و حتی لیزر‌ها‌ی مادون قرمز یا فرابنفش. بنابر‌این هرچه پهنا‌ی فرکانس لیزر باریک‌تر باشد، لیزر بازده بیش‌تری خواهد داشت.

اگر دقت کرده باشید یا از این پس دقت کنید، می‌توانید بینید که لامپ‌ها و منابع نور معمولی، نور را در همه‌ی جهت‌ها پخش می‌کنند. برخلاف منابع نور دیگر، لیزر‌ها یک باریکه‌ی نوری بسیار نازک و کم‌پهنا گسیل می‌کنند که این مسئله باعث تمرکز انرژی تمام پرتو‌‌ها‌ی نور در یک نقطه‌ی کوچک می‌شود.

نور‌ها‌ی معمولی، شامل پرتو‌ها‌ی غیر هم‌فازی هستند که هر کدام از آن‌ها با فاز خاصی نوسان می‌کند و هیچ نظم مشخصی بین تمامی آن‌ها نیست. درحالی‌که پرتو‌های نوری تشکیل‌دهنده‌ی نور لیزر همگی فاز یکسانی دارند؛ به این معنا که همه باهم به مقدار بیشینه و کمینه می‌رسند.

می‌توانید یک نور معمولی را مثل جمعیتی که در یک پیاده‌رو به‌طور نامنظم در حال حرکت هستند تصور کنید که به هم برخورد می‌کنند یا روی زمین می‌افتند یا هر بی‌نظمی دیگری در حرکت آن‌ها دیده می‌شود. در مقابل، نور لیزر را دسته‌ای از سرباز‌ها‌ی ارتش تصور کنید که با نظم بسیار در حال رژه رفتن هستند.

این سه ویژگی، باعث می‌شود که لیزر‌ها از دیگر نور ها متمایز شوند.

برای ساخت یک لیزر به چه چیزهایی احتیاج داریم؟

۱. فضایی که از اتم‌ها‌ی یک ماده پر شده باشد: این ماده می‌تواند گاز، مایع یا جامد باشد و به نام ماده فعال لیزرشناخته می‌شود. بسته به حالت ماده فعال می‌توانیم لیزر‌ها‌ی گازی یا لیزر‌های جامد داشته باشیم. ویژگی مهم ماده فعال، قابلیت برانگیخته شدن آن است.

۲. سیستمی لازم داریم که با آن بتوانیم ماده‌ی محیط فعال را برانگیخته کنیم. منظور از برانگیخته کردن این است که با انرژی دادن به الکترون‌ها‌ی اتم‌ها، آن‌ها را از حالت پایه‌ی انرژی یعنی کم‌ترین انرژی به حالت برانگیخته منتقل کنیم.

برای ایجاد یک لیزر قرمز معمولی، می‌توان از یاقوت به‌عنوان ماده‌ی فعال لیزر استفاده کرد. در تصویر پایین، ماده‌ی فعال با رنگ قرمز نشان داده شده است. سیم‌ها‌ی زیگزاگ زردرنگ به دور آن پیچیده شده است و جربان آن مانند لامپ‌ها‌ی فلش، دائما قطع و وصل می‌شود.

اختراع لیزر

می‌توانیم تولد لیزر را به دو دهه‌ی اول قرن بیستم مربوط بدانیم. زمانی که آلبرت انشتین نظریه‌ی کوانتومی نور را در سال ۱۹۰۵ ابداع و منتشر کرد. همچنین در سال ۱۹۱۷ مکانیزم گسیل القایی بیان شد. این دو مکانیزم، کلید‌ها‌ی دست‌یابی به علم مربوط به لیزر‌ها هستند.

لیزر

طرح اصلی از لیزر طراحی‌شده توسط چارلز و آرتور در دهه‌ی ۱۹۵۰. قسمت‌ها‌ی اصلی به‌صورت رنگی مشخص شده‌اند.

لیزر‌ها پس از میزر‌ها به وجود آمدند. میزر‌ها هم شبیه به لیزر‌ها هستند با این تفاوت که میزر به جای نور مرئی،امواج ماکروویو تولید می‌کنند. میزر در دهه‌ی ۱۹۵۰ توسط چارلز تاونز و آرتور کاولو اختراع شد. کار آن‌ها نوبل سال ۱۹۶۴ برای چارلز و نوبل سال ۱۹۸۱ برای آرتور در پی داشت. پس لیزر از کجا آمد؟ در سال ۱۹۵۷ یکی از دانشجویان چارلز به نام گوردون گولد در دفتر آزمایشگاه خود به‌صورت تئوری، طرز کار یک میزر را که با نور مرئی کار می‌کند صورت‌بندی کرد و کلمه‌ی لیزر را ابداع کرد؛ اما متأسفانه هیچ‌گاه کار خود را به ثبت نرساند.

با اینکه چارلز و آرتور را به‌عنوان او این کسانی که ایده‌ی لیزر را دادند می‌شناسیم، اولین کسی که یک لیزر ساخت تئودور میمن بود که متأسفانه هیچ‌گاه آن‌گونه که شایسته بود از او تقدیر نشد.

لیزر

لیزر طراحی‌شده توسط گوردون گولد. طراحی کاملا متفاوت اما کار‌کرد مشابه لیزر‌ها‌ی کنونی

دیدگاه ها بسته شده است