مقاله لیزر و طرز تولید آن

این مقاله در مورد لیزر و طرز تولید آن است و به بررسی اصول علمی، اجزای لیزر، فرآیند تولید پرتو همدوس، انواع لیزرها و کاربردهای صنعتی، پزشکی و آموزشی می پردازد.

مقدمه
لیزر، واژه ای که از حروف اختصاری عبارت انگلیسی Light Amplification by Stimulated Emission Of Radiation ساخته شده است، به معنای «تقویت نور از طریق تشعشع تحریک شده» است و به عنوان یکی از پیشرفته ترین دستاوردهای علمی قرن بیستم شناخته می شود. این فناوری، پرتوهایی از نور را تولید می کند که به شدت همدوس، متمرکز و دسته بندی شده هستند و دامنه بسامد آنها از فرابنفش تا فروقرمز گسترده است. اساس علمی لیزر بر پایه مفاهیم کوانتومی و پدیده تشعشع تحریک شده استوار است، پدیده ای که نخستین بار توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ در چارچوب نظریات خود درباره تشعشع و انرژی مطرح شد، اما تا چند دهه پس از آن بیشتر در حد یک نظریه علمی باقی ماند و کاربرد عملی نداشت.

استفاده عملی از لیزر از سال ۱۹۶۰ آغاز شد، زمانی که تئودور مایمان نخستین لیزر یاقوتی را تولید کرد و پرتو همدوس آن، تحولی عظیم در علوم و فناوری های مرتبط ایجاد نمود. اندکی بعد، در سال ۱۹۶۱، لیزر گاز هلیوم-نئون توسط جوان و همکارانش ساخته شد و به دنبال آن، نخستین لیزر نیمه رسانای ارسنیک-گالیوم در سال ۱۹۶۲ تولید گردید. این پیشرفت ها نشان داد که لیزرها می توانند در شکل ها و انواع مختلف ساخته شوند، اما از نظر فرآیند تولید، تمام آنها بر سه عنصر اساسی مشترک تکیه دارند: ماده فعال، پمپ انرژی و مشدد اپتیکی.

ماده فعال، بخش اصلی لیزر است که اتم های آن با دریافت انرژی از سطح پایه به سطوح انرژی بالاتر منتقل می شوند و فرآیند تشعشع تحریک شده را آغاز می کنند. این پدیده، اساس تولید نور همدوس و پرتوان لیزر را تشکیل می دهد و امکان کنترل دقیق طول موج و شدت پرتو را فراهم می آورد. پمپ انرژی، که غالباً به صورت پمپ نوری است، انرژی لازم برای وارونه سازی جمعیت اتم ها را تأمین می کند. در این فرآیند، اتم ها از سطح انرژی پایه به سطوح انرژی تحریک شده منتقل می شوند و با بازگشت به سطح انرژی میانی، پرتوهای نور تولید می کنند که زمینه ای برای تقویت و همدوسی ایجاد می شود.

عنصر سوم در تولید لیزر، مشدد اپتیکی است که پرتوها را در فضای محدود بین دو آینه محصور می کند و با تشدید امواج نوری، نور همدوس و تقویت شده را به وجود می آورد. این مشدد، نقش حیاتی در کنترل مسیر و همدوس بودن پرتوها دارد و تنها به پرتوهای محوری اجازه خروج می دهد. فرآیند تشدید در مشدد اپتیکی مشابه نوسان های مکانیکی یک تار است، با این تفاوت که در اینجا طول موج های نور جایگزین نوسان های مکانیکی می شوند و فاصله بین آینه ها باید دقیقاً با طول موج پرتوهای تحریک شده منطبق باشد تا همدوسی و تقویت کامل حاصل شود.

لیزرها بر اساس نوع ماده فعال و فناوری تولید، به سه گروه اصلی تقسیم می شوند: لیزر اجسام سخت یا لیزر بلورها، لیزر گازها و لیزر نیمه رساناها. هر یک از این گروه ها کاربردها و ویژگی های خاص خود را دارند، اما اصول پایه تولید پرتوهای همدوس و پرتوان در همه آنها مشابه است. لیزر یاقوت، لیزر هلیوم-نئون و لیزر دیود گالیوم-ارسنیک نمونه های بارز این سه دسته هستند که علاوه بر ارزش آموزشی، در تحقیقات و صنایع مختلف کاربرد گسترده ای یافته اند.

پرتوهای لیزر به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود، نقش مهمی در علوم و فناوری های نوین ایفا می کنند. از صنایع و تولید گرفته تا آزمایش های آموزشی، رادار، عکسبرداری سریع، پزشکی، مخابرات، تصویربرداری تلویزیونی و هولوگرافی، لیزرها امکان دسترسی به دقت، قدرت و کنترل بی نظیر را فراهم کرده اند. این گستردگی کاربردها، اهمیت درک علمی اصول تولید و فناوری لیزر را دوچندان می کند و آن را به یکی از مباحث کلیدی در فیزیک، مهندسی و فناوری های نوین تبدیل کرده است.

با توجه به اینکه لیزرها ترکیبی از مفاهیم کوانتومی، فیزیک نور و مهندسی دقیق هستند، مطالعه طرز تولید و ویژگی های هر نوع لیزر، پایه ای برای درک بهتر عملکرد آنها و به کارگیری مؤثر در حوزه های مختلف فراهم می آورد. شناخت مراحل تولید، نقش هر یک از اجزای لیزر و نحوه تقویت و همدوس کردن پرتوها، ابزار علمی و عملیاتی لازم برای بهره برداری کامل از این فناوری را ارائه می دهد و درک عمیقی از فرآیندهای پیچیده پشت تولید نور همدوس فراهم می سازد.

فهرست مطالب
لیزر یاقوت ۵
لیزر هلیوم – نئون ۹
لیزر دیود گالیوم- ارسنیک ۱۲
کاربرد پرتوهای لیزر ۱۷
در صنایع ۱۸
در آزمایشهای آموزشی ۱۹
در دستگاههای رادار ۱۹
در عکسبرداری سریع ۲۰
در پزشکی ۲۱
در فن مخابرات و بخش تصویرهای تلویزیونی ۲۲
در هولوگرافی ۲۳