مقاله لیزر

موضوع : لیزر

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

ليزر يا به اصطلاح نور باشکوه نوع کامﻸ جديدي از نور است که بسياري از آرزوﻫاي روياگونهﻯ بشر را جامهﻯ عمل پوشاندهﺍست، به طوري درخشانتر از هر چه که در طبيعت يافت ميشود. با ليزر ميتوان عجايبي به بار آورد و هر مادهﻯ شناخته شده روي زمين را در کسري از ثانيه بخار کرد.
ليزرها آن چنان قدرتمند هستند که ميتوانند فرﺁيند همﺠوشي هستهﺍي را ايجاد نمايند همان فرﺁيندي که در خورشيد صورت ميگيرد که براي به وجود آمدن آن گرمايي بالغ بر K10 نياز است.
امروزه ليزرﻫا کاربردﻫاي وسيعي در علوم مختلف از جمله: صنعت، پزشکي، کشاورزي، ساختمان سازي، هولوگرافي، شيمي، زيست شناسي و ارتباطات يافتهﺍند.
هدف ما از انجام چنين تحقيقي آشنايي بيشتر با ليزر و کاربردﻫاي آن ﺍست تا بتوانيم علت اصلي پيشرفتﻫاي بشر را در بسياري از زمينهﻫاي علمي و تحقيقي دريابيم و از آنﻫا در جهت پيشرفتﻫاي جديدي براي کشورمان وتمام جهانيان استفاده کنيم.
 فصل اول:
             ليزر
 ماهيت نور
اسحاق نيوتن در سال 1672 براي اولين بار نظريهﻯ ذرهﺍي بودن نور را بيان کرد و انيشتين نيز با انجام آزمايش فوتوالکتريک نظريهﻯ نيوتن را ﺗﺄييد کرد. نيوتن هم چنين با عبور دادن نور از منشور توانست نور را تجزيه کند.
نور خود يک موج الکترومغناطيسي است و ميﺩانيم که موج داراي 3 مشخصهﻯ اصلي: بسامد، دوره و طول موج است. طول موج يکي از مهمترين مشخصهﻫاي موج است که با انرژي رابطهﻯ عکس دارد. بنابراين موجﻫاي مختلف را ميتوان به صورت طيف موجﻫاي الکترومغناطيسي نمايش داد.
کريستين هويکينس، فيزيکﺩان هندي براي اولين بار توانست به کمک پخش، بازتاب و شکست نور، ماهيت موجي بودن نور را بيان کند و توماس يانگ با آزمايش پراش نور آن را ثابت کرد.
ليزر در واقع نوعي نور است و با توجه به محيط فعالش در قسمتﻫاي مختلف طيف موجﻫاي الکترومغناطيسي قرار ميگيرد.
 تاريخچهﻯ پيدايش ليزر
در سال 1917 ميلادي انيشتين تحقيقي را بر روي نظريهﻯ نور و تشعشع آغاز کرد. در پيﺁمد اين تحقيقات، انيشتين در مقالهﻯ علمي خود «در نظريهﻯ کوانتومي تشعشع» چگونگي تحريک شدن اتمﻫا و آزاد کردن نور از آنﻫا را شرح داد که در قسمتﻫاي بعدي به تشريح کامل آن ميﭘردازيم.
بعد از انيشتين، تاونز به در خواست نيروي دريايي آمريکا براي ساخت وسيلهﺍي که بتواند بسامد بالاي ميکروموج، جهت استفاده در ارتباطات تهيه کند، مشغول به تحقيق در مورد گسيل القايي شد. وي سرانجام در سال1935 با استفاده از ماده فعال آمونياک توانست ميزر را توليد کند. تاونز پس از اختراع ميزر که اولين کاربرد عملي اصول انيشتين در مورد گسيل القايي بود به فکر ساخت دستگاهي بود که بتواند طول موجﻫاي کوتاهتري نسبت به ميکروموج داشته باشد.
سرانجام در سال 1959 دکتر تئودور مايمن فکر تاونز را به نتيجه رسانيد و اولين ليزر راساخت. مايمن با قرار دادن ميلهﺍي از ياقوت مصنوعي درون شيشهﺍي مار پيچي که دو انتهاي ميله صيقل داده شده بود، توانست ليزر را توليد کند.
پس از دو سال آقاي علي جوان، دانشمند ايراني براي نخستين بار ليزر گازي هليوم-نئون (He-Ne) را ساخت. اما به طور کلي علت اصلي مشغول شدن فکر دانشمندان به توليد ليزر، ساخت وسيلهﺍي بود که بتواند نور همدوس توليد کند.
لازم به ذکر است، تفاوت اصلي «ميزر» و «ليزر» که هردو کوتاه شده عباراتي به معاني «تحريک ميکروموج با تابش گسيل القايي» و«تقويت نور با تابش گسيل القايي» هستند، در طول موجشان است و طول موج ميزر بلندتر از طول موج ليزر است. با توجه به اين که طول موج با انرژي رابطه عکس دارد، پس ميتوانيم دريابيم که انرژي ميزر از انرژي ليزر کمتر است.
در ضمن امروزه ليزرها گسترش بسيار زيادي يافتهﺍند و با پيشرفت روز افزون مکانيک کوانتومي و جنبهﻫاي ذرهﺍي نور و توليد آينهﻫايي با توان بالا، دانشمندان ليزرهايي با توان خروجي بهتر (ليزرهاي توان بالا) ساختهﺍند.
 گسيل خود به خود
هر اتم از سه قسمت الکترون، پروتون و نوترون تشکيل شدهﺍست که علت اصلي ايجاد ليزر، جابهﺠايي الکترونﻫا بين لايهﻫاي الکتروني است که همﺍکنون به تشريح کامل آن ميﭘردازيم.
همانطور که ميدانيم الکترون در اتم بر روي مداري که از نظر انرژي مشخص شدهﺍست، در گردشﺍند. حال فرض کنيم که الکتروني به طريقي، مﺜﻸ به وسيلهﻯ تحريک الکتريکي به ترازي با انرژي زيادتر انتقال داده شده باشد. بديهي است که اين الکترون تمايل دارد که به مدار پايينتر، يعني مداري که انرژي آن کمتر است، فروﺍفتد. در اين فروﺍفت، الکترون مقداري از انرژي خود را به صورت انرژي الکترومغناطيسي از دست ميﺩهد.
ميﺩانيم که اگر E2 و E1 به ترتيب انرژي مربوط به ترازهاي با انرژي پايينتر اتم باشد، فرکانس نور گسيل شده از رابطه E2-E1=hu0 به دست ميﺁيد. اين فرآيند را گسيل خود به خود (گسيل تابشي) ميگويند. نوري که براي روشنايي منازل از آن استفاده ميكنيم، يا نوري که از خورشيد به ما ميﺮسد و يا چراغﻫاي نئوني که براي تزيين سردرهاي فروشگاهﻫا به چشم ميﺨورد، همگي حاصل تابش خود به خود است.
حال اگر بخواهيم الکتروني را در يک اتم از تراز پايينتر (انرژي کمتر) به تراز بالاتر (انرژي بيشتر) انتقال دهيم، بايد مقداري معين انرژي صرف کنيم. يعني از نظر مقدار، درست برابر با همان انرژي است که الکترون در صورتي که از مدار بالاتر به مدار پايينتر سقوط ميكرد بايد پس ميﺩاد. اين فرآيند را جذب ميگويند. پس بايد در ابتدا عمل جذب صورت گيرد تا منجر به گسيل خود به خود شود.
جذب
  گسيل
 خود به خود
 گسيل القايي
تابش فرآيندي است که طي آن گرما ميتواند انتقال يابد. توان تابيده به ضريب گسيل Σ بستگي دارد که تابش را به خوبي جذب مﻰکند و جسمي که سطحش صاف و کامﻸ سياه باشد ( يعني جذب كنندهﻯ کامل باشد) گسيلندهﻯ کامل نيز هست که ضريب گسيل آن 1=Σ است وقتي جسمي گرم شود، هم شديدتر تابش ميكند و هم رنگش عوض ميشود، مانند دستهﻯ لامپ التهابي. البته شدت اين تابش به طول موج دما بستگي دارد. پلانک سعي کرد فرمولي براي اين موضوع بيان کند. از اين رو اين نظريه به نظريه پلانک است.
انيشتين با استفاده از نظريهﻯ تابش جسم سياه توانست اثبات کند، علاوه بر تابش خود به خود تابش القايي نيز فوتون توليد ميكند. شرح آن به صورت زير است:
وقتي يک الکترون در تراز بالا قرار دارد، با برخورد به يک فوتون ديگر، مجبور به واکنش با آن فوتون و سقوط به تراز انرژي پايينتر ميشود در اينجا فوتون القاكننده به حرکت خود ادامه ميﺩهد و فوتون القاشونده در اثر رها شدن انرزي الکترون به دست ميﺁيد. فوتون اول (القاكننده) و فوتون دوم (القاشونده) هر دو همﻔاز و همراه هستند. به اين پديده گسيل القايي ميگوييم. زيرا يک فوتون توليد، يک فوتون ديگر را بر ميﺍنگيزد.
در ليزر نور از طريق گسيل القايي ايجاد ميشود. در ضمن واژهﻯ ليزر به خاطر همين فرآيند انتخاب شده است، يعني از به هم پيوستن حروف اول عبارتي انگليسي¹ به معناي تقويت نور به وسيلهﻯ تابش گسيل القايي.
 فهرست مطالب
مقدمه4
فصل اول: ليزر
ماهيت نور6
تاريخچهﻯ پيدايش ليزر7
گسيل خود به خود8
گسيل القايي9
ليزر چگونه توليد ميشود10
ويژگيﻫاي نور ليزر12
سوئيچ Q13
انواع ليزر14
فصل دوم: کاربردهاي آن
کاربرد ليزر در صنعت21
     مينياتوري23
     تمامنگاري (هولوگرافي)23
     ثبت با ليزر26
     ساختمانﺳازي و کشاورزي26
     ساير کاربردها27
کاربرد ليزر در مبحث نظامي30
کاربرد ليزر در پزشکي33
     چشم33
     پوست34
     دندان پزشکي36
    جراحي37
    درمان بيماريﻫا39
     ليزرهاي باهوش40
     ليزرهاي خانگي40
     اثرات ليزر بر بدن41
     خطرات اختصاصي ليزر 41
کاربرد ليزر در تحقيقات43
کاربرد ليزر در ارتباطات 48
کاربردهاي ليزر ND-YAG52
پرتوافشاني بر هنر ديرينهﻯ تاريخ52
ايمني ليزرها 53
فصل سوم: بازديدها
بيمارستان فارابي58
دندان پزشکي60
دانشگاه شهيد بهشتي61
فصل چهارم: نتيجه‌گيري
پيشنهادات65
خلاصهﺍي از متن با توجه به66
نتيجه‌گيري68
واژه‌نامه69
منابع   74