لیزرها در انواع مختلفی از محصولات و فناوری ها استفاده می شوند، و تنوع آن شگفت انگیز است. از سی دی پلیرها، دریل های دندانپزشکی، برش های فلزی با سرعت بالا تا سیستم های اندازه گیری،به نظر مياد که همه چيز يه ليزر در سايه اش دارهاما لیزر دقیقاً چیست؟ تفاوت بین یک پرتوی لیزر و یک پرتوی چراغ قوه چیست؟
مرکز تحقیقاتی لانگلی ناسا
دستگاه آزمایش آستانه آسیب نوری دارای سه لیزر است: نودیم-یتریوم آلومینیوم پالس انرژی بالا
ليزرهاي گرانت، ليزرهاي تيتانيوم و زعفران و ليزرهاي ريزانسي هني.
مرکز تحقیقاتی لانگلی ناسا
دستگاه آزمایش آستانه آسیب نوری دارای سه لیزر است: نودیم-یتریوم آلومینیوم پالس انرژی بالا
ليزرهاي گرانت، ليزرهاي تيتانيوم و زعفران و ليزرهاي ريزانسي هني.
فقط حدود ۱۰۰ اتم مختلف در کل جهان وجود دارد. هر چیزی که می بینیم از بیش از ۱۰۰ اتم تشکیل شده است که به روش های بی نهایت ترکیب شده اند.روش ترتيب دادن اين اتم ها بين همديگه مشخص ميکنه که آيا چيزي که شکل ميگيره يک ليوان آب است يا نه، يه تکه فلز يا يه فوم تو بطري نوشيدني
اتم ها در حرکت دائمی هستند. آنها به طور مداوم تکان می خورند، حرکت می کنند و چرخش می کنند، و حتی اتم هایی که صندلی های ما را تشکیل می دهند در حرکت مداوم هستند. جامد ها در واقع در حال حرکت هستند!اتم ها چندین حالت هیجان متفاوت دارنداگر انرژی کافی به یک اتم داده شود، می تواند از سطح انرژی حالت پایه به سطح انرژی حالت هیجان زده افزایش یابد.سطح انرژی حالت تحریک شده بستگی به مقدار انرژی به اتم در قالب گرما دارد.، نور، برق و غیره
نمودار زیر ساختار اتم ها را به خوبی نشان می دهد:
ساده ترین مدل اتمی
از یک هسته اتمی و الکترون هایی که دور آن می چرخند تشکیل شده است.
از یک هسته اتمی و الکترون هایی که دور آن می چرخند تشکیل شده است.
یک اتم ساده از یک هسته (که حاوی پروتون ها و نوترون ها است) و ابری از الکترون ها تشکیل شده است.ما می توانیم از الکترون ها در یک ابر الکترون به عنوان سفر در تعدادی از مدارهای مختلف در اطراف هسته فکر می کنم.
حتی اگر ما با تکنولوژی مدرن به اتم ها نگاه کنیم، نمی توانیم مدارهای متمایز الکترون ها را ببینیم، اما این کمک می کند که این مدارها را به عنوان سطوح انرژی مختلف اتم ها در نظر بگیریم. به عبارت دیگراگر ما یک اتم را گرم کنیم، برخی از الکترون ها در اوربیتال های کم انرژی ممکن است برای پریدن به اوربیتال های با انرژی بالاتر که از هسته دورتر هستند هیجان زده شوند.
جذب انرژی:
اتم ها می توانند انرژی را به صورت گرما، نور، برق و غیره جذب کنند. الکترون می تواند از یک مدار انرژی پایین به یک مدار انرژی بالا پرید.
اگرچه این توصیف ساده است، اما اصل اصلی چگونگی تشکیل لیزر توسط اتم ها را نشان می دهد.
پس از انتقال الکترون به یک مدار با انرژی بالاتر، در نهایت به حالت پایه باز می گردد. در طول این فرآیند، الکترون ها انرژی را به شکل فوتون ها (نوعی ذرات نور) آزاد می کنند.می بینید که اتم ها به طور مداوم در قالب فوتون ها انرژی تولید می کنند.به عنوان مثال، عنصر گرمایش در یک کوره به رنگ قرمز روشن تبدیل می شود، که رنگ قرمز فوتون قرمز است که توسط اتم های تحریک شده توسط گرما آزاد می شود.آنچه که می بینید رنگ های مختلفی از نور است که توسط اتم های فسفر که توسط الکترون های با سرعت بالا تحریک می شوند، منتشر می شود.هر شیء درخشان، از جمله لامپ های فلورسنت، لامپ های گاز و لامپ های روشن، با تغییر مدار الکترون ها و آزاد کردن فوتون ها، نور را منتشر می کند.
لیزر دستگاهی است که انتشار فوتون ها را از اتم های تحریک شده کنترل می کند..این نام به طور خلاصه نحوه کار لیزر را توصیف می کند.
اگرچه انواع زیادی از لیزر وجود دارد، اما همه آنها دارای برخی از ویژگی های اساسی هستند. در لیزر، محیط لیزر باید پمپاژ شود تا اتم ها در حالت هیجان زده باشند. به طور کلی،یک فلش یا تخلیه با شدت بالا می تواند محیط را پمپ کند، که به نوبه خود تعداد زیادی از اتم ها (اتوم هایی که حاوی الکترون های پر انرژی هستند) را در حالت هیجان زده تولید می کند.باید تعداد زیادی اتم در حالت هیجان داشته باشدبه طور کلی، اتم ها باید هیجان زده شوند تا به دو یا سه سطح انرژی بالاتر از حالت پایه برسند. این درجه معکوس جمعیت را افزایش می دهد.معکوس جمعیت نسبت تعداد اتم ها در حالت تحریک شده و اتم ها در حالت پایه است.
هنگامی که محیط لیزر پمپاژ می شود، شامل تعدادی از اتم با الکترون های تحریک شده است. انرژی الکترون تحریک شده بالاتر از الکترون سطح پایین است.درست مثل الکترون که می تواند مقدار معینی انرژی را جذب کند تا به حالت هیجان زده برسدهمان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، تا زمانی که الکترون به سطح پایین تر برسد، بخشی از انرژی خود را آزاد می کند.انرژی آزاد شده به شکل فوتون ها (انرژی نور) تبدیل می شودفوتون منتشر شده دارای یک طول موج خاص (رنگ) است که بستگی به حالت انرژی الکترون در زمان انتشار دارد.دو اتم با حالت الکترونيکي مشابه فوتون هاي طول موج مشابهي را منتشر مي کنند.
نور لیزر بسیار متفاوت از نور معمولی است. آن ویژگی های زیر را دارد:
لیزر منتشر شده تک رنگ است. لیزر حاوی نور با طول موج خاص (یعنی رنگ خاص) است.طول موج نور توسط انرژی آزاد شده توسط الکترون ها در هنگام بازگشت به مدار انرژی پایین تعیین می شود.
لیزر منتشر شده همبستگی خوبی دارد. ساختار لیزر بهتر است، و هر فوتون فوتون دیگر را دنبال می کند. یعنی، خط موج همه فوتون ها دقیقاً یکسان است.
لیزر هدایت خوبی دارد. پرتوهای لیزر جمع و جور، متمرکز و بسیار پر انرژی هستند. برعکس، نور منتشر شده توسط چراغ قوه در جهت های مختلف پراکنده می شود.و انرژی نور ضعیف است و غلظت آن کم است.
برای دستیابی به این سه خاصیت، یک فرآیند به نام انتشار تحریک شده مورد نیاز است. این پدیده در یک چراغ قوه معمولی دیده نمی شود زیرا اتم های آن به صورت تصادفی فوتون ها را منتشر می کنند.در انتشار محرک، اتم ها به صورت سازمان یافته فوتون ها را منتشر می کنند.
فوتونی که توسط اتم منتشر می شود دارای طول موج خاصی است که به تفاوت انرژی بین حالت تحریک شده و حالت پایه بستگی دارد.اگر یک فوتون (با انرژی و فاز مشخصی) با اتم دیگری که الکترون در حالت تحریک شده مشابه آن را دارد، تماس بگیرداولین فوتون می تواند اتم را تحریک یا هدایت کند تا فوتون را منتشر کند و فوتون منتشر شده (یعنیفوتون منتشر شده توسط اتم دوم) در همان فرکانس و جهت فوتون ورودی نوسان می کند..
یکی دیگر از اجزای کلیدی لیزر، یک جفت آینه است که در هر انتهای رسانه لیزر قرار دارد.فوتون های طول موج و فاز خاصی از طریق بازتاب بازتابگرها در هر دو طرف، بین محیط لیزر به جلو و عقب حرکت می کننددر این کار، آنها الکترون های بیشتری را تحریک می کنند تا از مدارهای انرژی بالا به مدارهای انرژی پایین پر شوند، که فوتون های بیشتری از همان طول موج و فاز را منتشر می کنند،که به دنبال آن باعث می شود که آبشار به نوبه خود، تعداد زیادی فوتون با همان طول موج و فاز به سرعت در لیزر جمع می شوند. آینه در یک انتهای رسانه لیزر نیمه بازتاب پوشش است ، یعنیفقط بخشی از نور را منعکس می کندنوري که عبور ميکنه ليزره
لیزر یاقوت شامل یک لوله فلش مشابه فلش دوربین، یک میله ی یاقوت و دو آینه (که یکی از آنها یک آینه نیمه بازتاب دهنده است) است. میله ی یاقوت واسطه لیزر است،و لوله فلش منبع پمپ است.