لیزر و کاربردهای آن

[*مینا*]

ليزر يك نوع نور برانگيخته شده و پرانرژي است كه در شرايط عادي در طبيعت ديده نمي شود ولي با تكنولوژي و وسايل خاص مي توان آن را ايجاد كرد. ليزر با نور معمولي تفاوتهايي دارد كه اين ويژگيها باعث توانايي و كاربردهاي خاص ليزر مي شود.
به گزارش خبرگزاري دانشجويان ايران واحد علوم پزشكي تهران كاربرد ليزر در پزشكي و از جمله بيماري هاي پوستي از حدود 40 سال پيش به صورت تحقيقاتي شروع شده و با آمدن دستگاههاي جديدتر كه مؤثرتر و كم عارضه تر هستند جايگاه ويژه و وسيعي در درمان بيماري ها، پيدا كرده است.
مكانيسم اثر ليزر جذب انرژي نوراني توسط مولكول هاي بافتي است. همانطوري كه در اثر تابش نور خورشيد اشياء به تدريج گرم مي شوند، تابش ليزر نيز باعث گرم شدن، داغ شدن و نهايتاً تخريب بعضي مولكولهاي حساس بافتي مي شود.
از آنجايي كه ليزر تك طول موج مي باشد، فقط باعث داغ شدن و تخريب ساختمان هاي خاصي مي شود. درحالي كه افزايش حرارت در ساختمان هاي مجاور كه حساس نيستند زياد قابل توجه نمي باشد. لذا با انتخاب ليزر مناسب و با دانستن ويژگيهاي بافتي مي توان ضايعه موردنظر را تخريب كرد در حالي كه كمترين صدمه ممكن به ساختمان هاي مجاور آن وارد شود. به طور مثال ليزري كه طول موج حدود 585 نانومتر مي باشد (Pulse dye Laser) بيشتر روي ساختمان عروقي اثر مي كند. لذا در مورد عروق واريسي پوست، ضايعات همانژيومي و لكه ها و خال هاي عروقي به كار مي رود. كاربرد ليزر در بيماري هاي پوستي و زيبايي
به طور كلي كاربردهاي ليزر را به شكل زير مي توان دسته بندي كرد: درمان ضايعات و خال هاي عروقي كه معمولاً رنگ اين ضايعات قرمز روشن يا تيره مي باشد، درمان انواع ضايعات رنگي و رنگدانه اي پوست كه شامل خال هاي رنگي پوست و خالكوبي ها مي شود، درمان و كاهش موهاي زائد و ناخواسته بدن، كاهش چين و چروك، فرورفتگي ها و جاي زخم هاي ناشي از بعضي بيماري هاي پوستي از قبيل آكنه.
درمان بعضي از انواع بيماري هاي پوستي از قبيل زگيل، جاي زخم هاي برجسته و خارش دار (كلوئيد)، ترك هاي پوستي ناشي از حاملگي و چاقي (Striae) و ترميم زخم و همچنين استفاده از آن به عنوان وسيله اي براي برش بافت از كارايي هاي مهم اين پديده است.
انواع دستگاه هاي ليزر و كاربرد آنها
براي درمان ضايعات عروقي كه شامل رگ هاي واريسي پوست (درصورت، اندام ها و بدن)، لكه هاي قرمز عروقي و خال هاي عروقي (ماه گرفتگي هاي قرمز) و بعضي تومورهاي عروقي (گرانولوم پيوژنيكوم) مي باشد، ليزرهاي (Pulse dye laser)P.D.L، Nd-YAG، آرگون قابل استفاده هستند كه P.D.L مناسب تر مي باشد.
براي درمان خال ها و لكه هاي تيره پوستي (ماه گرفتگي آبي و يا قهوه اي)، خالكوبي ها (آبي، سياه، گاهي قرمز) از انواع اين ليزرها مي توان استفاده كرد:
Q- Switch Ruby, Q- Switch Alexandrite, Q- Switch Nd-YAG
براي درمان و كاهش موهاي ناخواسته نيز از انواع ليزرهاي Ruby laser، Alexandrite، Diode، Nd-YAG مي توان استفاده نمود.
همچنين يك سيستم جديد به نام (I.P.L) Intense Pulse Light كه نور پرانرژي معمولي است و از جنس ليزر نمي باشد در كاهش موهاي ناخواسته مؤثر است اما تأثير ليزر در كاستن موهاي زائد، دائمي نمي باشد.
براي كاهش چين و چروك و فرورفتگي هاي جاي زخم آكنه و ساير بيماري ها مي توان از ليزرهاي CO2 و Erbium YAG استفاده كرد.
ليزر CO2 پوست را عميق تر مي تراشد و دركاهش چين و چروك مؤثرتر است ولي عوارض آن از جمله ايجاد جاي زخم و لكه هاي تيره شايع تر مي باشد لذا براي كاهش عوارض ناخواسته، Erbium YAG مناسب تر است. نتيجه اين ليزرها هيچكدام صددرصد نمي باشد ولي دركاهش عمق چين و چروك و زخم ها مؤثر هستند.
انواع مختلف ليزر در درمان بيماريهاي مختلف پوستي كاربرد دارند ولي بايد توجه داشت كه براي اين بيماري ها، درمان ها و روش هاي ديگر و ارزان تر نيز وجود دارند، لذا درصورت عدم موفقيت ساير روش ها مي توان نتايج ليزر را نيز امتحان كرد.




منبع:ISNA

 

[S H i M A]

انواع لیزر در آنالیز دستگاهی

انواع لیزر در آنالیز دستگاهی

لیزر گازی : ماده فعال در اینگونه سیستم ها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه

گازهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. بعضی از این مواد عبارتند از :


نئون به همراه هلیم ، کربن دی اکسید به همراه نیتروژن و هلیم ، آرگون ، کلر ، بخارید ، برم ،

بخار آب، کربن منوکسید ، گوگرد ، هگزا فلورید ، بخار جیوه به همراه هلیم .



لیزر مایع : از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر

استفاده می شود ( اثر رامان ) . بعضی از این مواد عبارتند از:


تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن .



لیزر نیمه رسانا : به این نوع لیزرها ، لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز گفته می شود. نیمه

رساناها تشکیل شده اند از دو ماده که یکی کمبود الکترون داشته و دیگر الکترون اضافی

دارد . ماده اول را نوع p و ماده دوم را نوع n می گویند . وقتی که این دو به یکدیگر متصل می

شوند در محل اتصال ناحیه هایی به نام منطقه اتصال n – p به وجود می آید و آن جایی است

که عمل لیزر در آن رخ می دهد . الکترونهای آزاد از ناحیه n و از طریق این منطقه به ناحیه p

مهاجرت می کنند . الکترون هنگام ورود به منطقه اتصال ، انرژی کسب می نماید و هنگامی

که می خواهد به ناحیه p داخل شود، این انرژی را به صورت فوتون از دست می دهد . اگر

ناحیه p به قطب مثبت و ناحیه n به قطب منفی یک منبع الکتریکی وصل شود ، الکترونها از

ناحیه n به طرف ناحیه p حرکت کرده و باعث می شوند تا در منطقه اتصال، غلظت زیادی از

مواد فعال به وجود آید. با از دست دادن فوتون، یک تابش الکترومغناطیس حاصل می گردد .

چنانچه دو انتهای منطقه اتصال را صیقل دهند آنگاه یک کاواک لیزری به وجود خواهد آمد. اصولا

این نوع لیزرها به گونه ای ساخته می شوند که با استفاده از ضریب شکست دو جزء p و n ،

کار تشدید پرتو لیزر انجام می شود . یکی از نقاط ضعف لیزرهای نیم رسانا همین است، زیرا

با تغییر دما، میزان ضریب شکست و بالطّبع 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 بلورگالیم – آرسنید استفاده می شود که در آن تلوریم ورودی به

عنوان ناخالصی وارد می شوند ، هنگامی که در بلور فوق به جای برخی از اتمهای آرسنیک ،

اتم تلوریم قرار داده شود ، جسم حاصل نیمه رسانایی از نوع n بوده و وقتی که اتمهای روی

مستقر می گردند ماده به دست آمده از خود خاصیت نیمه رسانای p را نشان خواهد داد .


در حال حاضر در آزمایشگاه های پژوهشی جنرال موتور از یک لیزر دیودی به منظور مطالعه

نمونه های بیولوژیکی و تشخیص طبّی استفاده می شود. قدرت جداسازی طیفی این لیزر

حدودا cm-1 -4 10 بوده که یک منبع تک فام مناسب در ناحیه فرو سرخ می باشد و تشخیص

طیفی مولکولهای ایزوتوپی توسط آن به سهولت انجام می گیرد . ۵- لیزر شیمیایی : در این

نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده ها

و در نتیجه وارونگی جمعیت می شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می افتد . تجزیه نیتروزیل

هالیدها ( NOX ) و C2N2 توسط نور را می توان به عنوان مثال ذکر نمود:


در تجزیه نیتروزل هالیدها NO و در تجزیه C2N2 ، CN برانگیخته می شود .


X می تواند کلر یا برم باشد .




اخیرا دو نوع لیزر شیمیایی توسط پژوهشگران انستیتو تکنولوژی جورجیا در آمریکا اختراع

شده است که یک پیوسته و دیگری به صورت ضربانی عمل می کند.

در لیزر پیوسته ، وارونگی جمعیت توسط مولکولهای سدیم هالید و مولکولی از دو اتم سدیم

که دارای انژی لازم برای وارونگی جمعیت هستند به وجود می آید.

به مجرد اینکه مولکلولهای برانگیخته، تابش کرده و به حالت پایه برگشتند، با اتمهای هالوژن

اضافی ترکیب شده، موجب ادامه روند وارونگی جمعیت و پیوستگی عمل لیزر می گردند.


در لیزر ضربانی ، انتقال انرژی از مولکلول منوکسید برانگیخته، که از ترکیب سیلسیم یا

ژرمانیم با اوزون به وجود می آیند ، به اتم تالیم صورت می گیرد که در برگشت تالیم به حالت

پایه ، پرتو لیزر تابش می شود .




لیزر کی لیتی : به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی

لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستم ها چندان مورد توجه نبوده است .


این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است . یکی از مکانسیم های پیشنهاد شده برای

این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون

مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت می گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش

فلورسانس به تراز پایه برمی گردد . این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است .

 

[shimi86]

کتاب هولاس ترجمه دکتر حسن پور در مورد لیزر خیلی خوب نوشته است ... برای اطلاعات بیشتر به هولاس مراجعه کنید

 

[S H i M A]

در فيلم‌ها و كتاب‌‌هاي علمي - تخيلي، فناوري ليزر نقش محوري بازي مي‌كند. شكي نيست كه همين

باعث ميشود كه اين نوع داستان‌ها همراه با پيش‌بيني كاربرد ليزر مثلا در نبردهاي فضايي يا صيقل دادن

فضاپيماها باشد.

ولي ليزر ها نقش محوري در زندگي روزمره‌ي دارند. حقيقت اين است كه ليزرها كاربردهاي وسيع و

جالبي در توليدهاي صنعتي و فناوري دارند.

آن‌ها را مي‌توانيد در همه‌جا ببينيد. از سي‌دي‌خوان‌ها گرفته تا مته‌هاي دندان‌پزشكي يا ماشين‌هاي

اصلاح پرسرعت موهاي بدن يا دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، وسايل كاشت مو، عمل چشم و بسياري

ديگر.

در همه‌ي اين‌ها از ليزر استفاده مي‌شود.

ولي ليزر چيست؟

چه عاملي باعث مي‌شود نور ليزر با نور معمولي تفاوت داشته باشد؟ مخصوصا نور ليزر چه تفاوتي با

نوفه‌ي جرقه‌هاي نوري دارد؟ ليزرها چگونه طبقه‌بندي مي‌شوند؟

بياييم درباره‌ي انواع مختلف ليزر، طول‌موج‌هاي متفاوت و استفاده‌هاي آن مطالبي بررسي‌هايي داشته

باشيم. ولي ابتدا ار مباني فناوري ليزر شروع مي‌كنيم:

اساس يك اتم فقط حدود 100 نوع اتم در كُل عالم وجود دارد. هرچيزي كه مي‌بينيم از اين 100 نوع اتم

در بي‌نهايت تركيب در عالم ساخته شده است. چگونه اين اتم‌ها چيده شده و به‌هم پيوند خورده و يك

فنجان آب، يك تكه فل، يا گاز نوشابه و ... را مي‌سازند!

اتم‌ها حركت ثابت دارند. آن‌ها به‌‌طور پيوسته در حال ارتعاش، حركت و چرخش هستند. اتم‌ها مي‌توانند

در حالت‌هاي مختلف برانگيخته شوند. به‌عبارت ديگر آن‌ها انرژي‌هاي متفاوتي دارند.

اگر انرژي زيادي به يك اتم اعمال كنيم، الكترون از اصطلاحا تراز «حالت پايه‌ي» انرژي كنده شده و به

تراز بالاتري خواهد رفت.

تراز برانگيختگي بستگي به مقدار انرژي دارد كه به‌واسطه‌ي گرما، نور يا الكتريسيته اعمال مي‌كنيم.


در اين‌جا تعبيري از شكل اتم داريم:

اين اتم ساده شامل يك هسته (پرتون‌ها و نوترون‌ها) و ابر الكتروني است. براي درك بهتر مي‌توان فرض

كرد الكترون‌ها در ابر الكتروني دور هسته در مدارهاي مختلفي در گردش هستند.

انرژي جذبديدگاه‌هاي نوين فيزيك كوانتم از اين تعبير ساده‌انگارانه‌ي «مدارهاي گسسته» براي الكترون‌ها

ديگر استفاده نميكنند ممكن است براي توضيح راحت‌تر اين مدارها از ترازهاي مختلف انرژي در اتم استفاده

كنيم.

به‌عبارت ديگر اگر مقداري گرما به اتم بدهيم بايد انتظار داشته باشيم كه تعدادي الكترون در مدارهايي با

انرژي پايين‌تر به مدارهايي با انرژي بالاتر گذر خواهند كرد. بدين‌ترتيب از هسته دور خواهند شد.

اين مدلي كه ارائه داديم شمايه‌اي واقعا ساده‌انگارانه است از آن‌چه واقعا وجود دارد.

ولي كاملا نشان‌دهنده‌ ايده‌ي اصلي است كه چگونه اتم‌ها در ليزر تغيير حالت مي‌دهند.

وقتي يك الكترون به مداري با انرژي بالاتر حركت مي‌كند به‌تدريج ‌مي‌خواهد كه به حالت پايه برگردد. وقتي

اين‌ اتفاق مي‌افتد انرژي به‌صورت فوتون آزاد مي‌شود (فوتون: بسته‌ي موج كه در فيزيك اصطلاحا مي‌گوييم

حامل انرژي است). شما اتم‌هايي را مي‌بينيد كه كاهش انرژي به‌صورت فوتون دايما در حال انتقال است.

براي مثال وقتي الماني در توستر نان داغ مي‌شود به‌تدريج قرمز خواهد شد.

رنگ قرمز نشانه‌اي از برانگيختگي اتم‌ها توسط گرماست كه در آن فوتون‌هاي قرمز آزاد مي‌شوند.

وقتي تصويري را در تلويزيون مي‌بينيد آن‌چه مشاهده‌ مي‌كنيد اتم‌هاي فسفر هستند كه توسط الكترون‌

هاي سرعت بالا برانگيخته شده و رنگ‌هاي مختلفي در طيف مرئي نور گسيل مي‌كنند.

هر چيزي كه نور توليد مي‌كند (از جمله نورهاي فلوئورسانت، چراغ‌هاي گازي، لامپ‌هاي ملتهب) در

كنش با الكترون‌هايي است كه مدار خود را تغيير داده و فوتون آزاد مي‌كنند.


ليزر - اتصال اتميليزر ابزاري است براي كنترل مسير فوتون‌هايي كه از اتم آزاد مي‌شوند. ليزر مخفف

عنوان فوق است:

«تقويت نور به‌وسيله‌ي تابش گسيل حاصل از برانگيختگي» كه به‌طور خيلي خلاصه‌، چگونگي كاركرد

ليزر را توصيف مي‌كند.

اگرچه ليزر انواع مختلفي دارد ولي همگي يك مشخصه‌ي اساسي و مشترك دارند. در يك ليزر محيط

ليزري طوري پمپ مي‌شود كه اتم‌ها به حالت برانگيخته مي‌روند.

نوعا فلاش‌هاي بسيار شديد نور يا پمپ دشارژ الكتريكي محيط ليزري را فراهم كرده مجموعه‌ي بزرگي

از اتم‌هاي برانگيخته را خلق مي‌نمايد (اتم‌ها با الكترون‌هاي انرژي‌هاي بالاتر). ضروري است كه تعداد

زيادي اتم در حالت برانگيخته به‌وجود مي‌آيد كه ليزر را فراهم آورده و كار مي‌كند.

عموما اتم‌ها در يك تراز برانگيخته مي‌شوند به‌طوري كه دو يا سه تراز بالاتر از حالت پايه است.

اين درجه‌ي واروني جمعيت را افزايش مي‌دهد. جمعيت واروني، تعداد اتم‌هايي است كه در حالت پايه

نسبت به تعداد در حالت پايه است.

وقتي محيط ليزري پمپ مي‌شود اتم‌هاي زيادي با الكترون‌هايي در حالت برانگيخته دارد. الكترون‌هاي

برانگيخته انرژي‌‌هايي بالاتر از الكترون‌هاي عادي در اتم دارند.

وقتي الكترون‌ انرژي مي‌گيرد تا به اين حالت برانگيختگي برسد همين مقدار انرژي را آزاد خواهد كرد

تا به حالت قبلي بازگردد.

همان‌طور كه مي‌بينيد الكترون به‌سادگي به حالت عادي برگشته و مقداري انرژي آزاد ميكند.اين انرژي

برانگيخته به‌صورت فوتون (بسته‌هاي نور) ظاهر مي‌شود .

فوتون برانگيخته، طول موج (رنگ) خاصي دارد كه بستگي به حالت انرژي الكترون به‌هنگام آزادسازي

فوتون دارد. دو اتم مشخص با الكترون‌هايي در حالت‌هاي كاملا معين فوتون‌هايي آزاد مي‌كنند كه

طول‌موج‌‌هاي مشخصي دارند.

 

[S H i M A]

امروزه لیزر کاربردهای بیشماری در جنبه‌های مختلف علوم دارد و زمینه تحقیقاتی گسترده‌ای برای

تمام علوم و از جمله شیمی فراهم آورده است. تکفامی و شدت زیاد ، لیزر را برای استفاده در

شیمی و بویژه شاخه طیف سنجی مناسب ساخته است. در زمینه شیمی ، از لیزر هم برای

تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است.


لیزر و ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی

کشف و استفاده از لیزر ، باعث ایجاد تغییرات مهمی در رشته‌های علمی از جمله شیمی شده

است.

ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی مانند طیف‌نمایی غیر خطی و فتوشیمی لیزری از آن جمله است.


کاربردهای لیزر در شیمی

1- جداسازی ایزوتوپها

به علت بهای زیاد فوتونهای لیزری ، این روش وقتی استفاده می‌شود که ارزش محصولات نهایی بالا

باشد. به عنوان مثال ، جداسازی اورانیوم 235 از اورانیوم طبیعی (حاوی 99.2% اورانیوم 238 و 7%

اورانیوم 235) با لیزر گزنون و کریپتون.


2- تکنیکهای جهش دما

تغییر دادن تعادل یک واکنش به وسیله افزایش ناگهانی درجه حرارت برای مطالعه واکنش هایی که

سرعتشان بین 10-2 تا 10-6 ثانیه است. مانند تشکیل پیوند هیدروژنی و استخلاف لیگاند. لیزر ید

برای انجام این کار مناسب است.


3- طیف سنجی

توان زیاد پرتو لیزری، کاربرد آن را در اندازه گیری جذب نمونه‌های چگال، امکانپذیر میسازد.حساسیت

روش ، بسیار بالاست و لیزر ، همزمان کار چندین لامپ هالوکاتد را انجام می‌دهد. یکی از کاربردهای

طیف سنجی با لیزر ،‌ اندازه گیری غلظت با لیزر|اندازه گیری غلظت خاکهای نادر در محلولهای آبی

یا مخلوط آنها می‌باشد.


4- تجزیه مقادیر ناچیز و تک اتم

حساسیت فوق العاده یونیزاسیون با لیزر برای دستیابی به حد تشخیص بی‌نهایت کم از شگفت‌انگیز

ترین نتایجی است که دانشمندان را برای تشخیص یک اتم یا یک مولکول ، بیش از پیش امیدوار کرده

است.


5- طیف سنجی مولکولی

از مطالعات لیزر در طیف سنجی لیزر در طیف سنجی مولکولی، میتوان لومنیسانس و فتویونیزاسیون

را نام برد که نتایج درخشانی در تفکیک کامل طیفی و گزینش پذیری در جذب چند فوتونی برای اندازه

گیری مقادیر کم اجسام ، حاصل شده است.


6- طیف سنجی جرمی

در چندین سال اخیر ، علاقه زیادی به ترکیب لیزر و طیف سنجی جرمی (MS) معطوف شده است.

این ترکیب در بر گیرنده دو روش است: روشهای چند فوتونی و شیوه‌های دفع سطحی.


7- سایر کاربردهای لیزر در شیمی

استفاده از لیزر در شیمی ، گسترده‌تر از آن است که در این بحث مطرح شود. از دیگر کاربردهای

لیزر را ، می‌توان طیف سنجی پیکوثانیه به کمک لیزرهای پالسی ، استفاده در آشکارسازهای

کروماتوگرافی ، همراستا کردن اجزاء داخلی و ابزار دقیق آزمایشگاهی و انواع فراورشهای شیمیایی

نام برد.


لیزر و آینده علم شیمی

لیزر با وجود استفاده وسیع و روز افزون در رشته‌های مختلف علوم و از جمله شیمی ، هنوز هم

نویدهای زیادی برای آینده دارد. با توجه به ساخت لیزرهای جدید با کاربری وسیع و تکامل روشهای

قدیمی ، در آینده می‌توان شاهد تحولات عظیم در شیمی تجزیه و استفاده گسترده از لیزر در

فراوشها و سنتزهای شیمیایی بود.

همچنین استفاده از لیزر برای سنتز و مطالعه اجزا ، خوشه‌های فلزی و کربن در آینده مورد توجه

خاص خواهد بود. چشم انداز آینده ، استفاده از لیزر در تولید و سنتز مواد حیاتی مهم با کمترین

هزینه خواهد بود.

 

[S H i M A]

یونیزاسیون با لیزر:

تجزیه مواد جامد بدون حل کردن آنها همواره مورد توجه شیمیدانان تجزیه بوده است. از زمان

توسعه طیف سنجی استفاده از جرقه بعنوان روشی برای ایجاد یون بدون حل کردن نمونه‌ها

دانشمندان در پی کشف روشهای کاربردی‌تر بوده‌اند. امروزه با پیشرفت لیزر ، برانگیختگی

با لیزر و تجزیه جرمی یونهای ایجاد شده بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، در حالیکه در

روش جرقه باید نمونه‌ها به اجزایی با رسانش گرمایی تبدیل شوند. با استفاده از لیزر به

چنین مرحله‌ای نیاز نخواهد بود.

​

تاریخچه

استفاده از لیزر به عنوان یک منبع تولید یون از سال 1960 مورد توجه دانشمندان بوده است.

اولین مطالعات در این زمینه شامل تبخیر گرافیت، تبخیر زغال سنگ با لیزر القایی برای طبقه‌

بندی انواع زغال سنگها، تجزیه عنصری فلزات، اندازه گیری نسبت ایزوتوپی و ... بوده است.

در سال 1969 با استفاده از تحقیقات فوق استفاده از لیزر به نمونه‌های زیست شناختی

گسترش یافت و در سال 1970 یونهای مولکولی از نمکهای غیر فرار آلی با استفاده از لیزر

ایجاد شدند.


​

مکانیزم یونیزاسیون با لیزر

مکانیسم تشکیل یون در اثر تابش پرتو لیزر به جامدات تاکنون بخوبی درک نشده است، اما

نتایج بدست آمده از آزمایشهای مختلف با لیزرهای گوناگون نشان میدهد که طول موج لیزر

عامل مهمی در یونیزاسیون نیست، بلکه آن چیزی که اهمیت دارد مدت و شکل ضربانهای

لیزر است. کارایی یونیزاسیون با چگالی لیزر تغییر می‌کند.

عامل مهم دیگر تغییرات کارایی یونیزاسیون برای عناصر مختلف در یک بافت خاص می‌باشد.

نمونه مورد آزمایش در خلا قرار داده شده ، با فعال نمودن لیزر برانگیخته ، نمونه مورد نظر

تبخیر شده و ایجاد میکروپلاسمایی می‌کند که شامل تکه‌های خنثی همراه با یون های

مولکولی ، عنصری و تکه‌های یونی با بار واحد خواهد بود.

​

مراحل یونیزاسیون با لیزر

1. یونیزاسیون مستقیم جسم جامد توسط پرتو لیزر
   
   ​
2. دفع سطحی و یونیزاسیون جسم جامد در منطقه نزدیک به ضربان لیزر
   
   ​
3. یونیزاسیون سطحی
   
   ​
4. واکنشهای یون - مولکول در فاز گازی
   
   ​
5. انتشار ذرات خنثی بر حسب تشکیل یون

یونیزاسیون با لیزر


یونیزاسیون مستقیم در منطقه ای اتفاق می‌افتد که دمایی ما بین 3000 تا 6000 درجه

سانتیگراد دارد. بنابر این تنها یونهای اتمی و تکه‌های مولکولی کوچک در این مرحله تولید

می‌شود. مرحله 2 در منطقه‌ای با گرادیان گرمایی بالا انجام می‌شود. این منطقه توسط

امواج ضربه‌ای حاصل از برخورد پرتو لیزر با پلاسما تحت تاثیر است و یونهای با وزن مولکولی

بالا و اجزای خنثی از این منطقه ساطع می‌شود.

با اینکه این منطقه دارای دمای پلاسما نیست اما واکنشهای حالت جامد که در این منطقه

اتفاق می‌افتد در گسترش یونها موثر می‌باشد. یونیزاسیون سطحی در منطقه نزدیک به

پرتو لیزر اتفاق می‌افتد.

در مورد اهمیت مراحل 4 و 5 هنوز جای سئوال باقی است. انتشار یونی از مناطق نزدیک

ضربان لیزر همزمان با تابش لیزر روی نمونه اتفاق می‌افتد و بعد از خاموش شدن لیزر هم

ادامه دارد. بنابراین یک انتقال فاز بین یونهای ثانوی و آنهایی که از ضربان لیزر حاصل میشوند

بوجود می‌آید. چون یونیزاسیون مرحله‌ای با انرژی بالاتر نسبت به انتشار اجزا خنثی است.

انتشار اجزای خنثی نیز احتمالا پس از اتمام انتشار یونها از نمونه ادامه خواهد یافت.


بعد از انجام یونیزاسیون با استفاده از روش طیف سنجی جرمی نمونه ، شناسایی خواهد

شد که در بحثهای بعدی به آن پرداخته خواهد شد.

 

[S H i M A]

تئوري ساخت ليزر گازي co2

(برگرفته از: شبکه فیزیک هوپا)


اصول كلي تابش ليزر:

وقتي كه الكترون در يكي از مدارهاي مجاز يا حالت پايه قرار دارد هيچ انرژي توسط اتم

ساتع نمي شود . هر يك از اين مدار هاي مجاز به يك تراز انرژي معين يا حالت انرژي

معين مربوط مي شوند. الكترونها و اتم ها با حركت از يك مدار با انرژي بالاتر (دورتر از

هسته) به يك مدار با انرژي كمتر ( نزديكتر به هسته ) ، انرژي از دست مي دهند. اين

انرژي به صورت يك فوتون با انرژياست.

در اتمها مدارهاي مجزا و متعددي وجود دارد و بنابر اين انتقالات مختلفي ممكن اسن

انجام شود . از اين رو يك اتم انرژي هاي مختلفي را مي تواند گسيل كند.به طور كلي

هر اتم تمايل دارد در حالت انرژي هاي پايينتر قرار گيرد از اين رو براي ايجاد طيف اتمي

الكترونها را با تحريك كردن به تراز هاي بالاتر ميفرستند. اين عمل در لوله هاي تخليه

و به كمك حرارت يا برخورد الكترونهاي ديگر و يا به كمك تابش با طول موجهاي مناسب

انجام پذير است. هر طول موجي كه توسط اتم در حال تحريك گسيل شود، ميتواند

توسط آن وقتي كه در تراز هاي پايين انرژي قرار دارد جذب شود . البته انرژي فوتون

هاي برخورد كننده بايد خيلي نزديك به اختلاف انرژي بين دو تراز انرژي اتم درگير

باشد. اين حالت را جذب تشديدي مي گويند.

اگر اتم در يك تراز پايين تر تحت تابش با فركانس قرار بگيرد ، احتمال بسيار زيادي

وجود دارد كه اتم با جذب اين فوتون تحريك شده و به تراز بالاتر برود. اين فرآيند را

جذب برانگيخته مي گويند.اتم بلافاصله (چند نانو ثانيه) بعد از تحريك شدن به تراز

بالاتر انرژي مي رود و با گسيل فوتوني با انرژي به تراز پايين انرژي باز مي گردد.

فرآيند گسيل پرتو مي تواند به دو صورت خود به خودي يا تحريكي انجام شود.

دو نكته در رابطه با گسيل تحريكي وجود دارد :

1 - فوتوني كه با گسيل برانگيخته توليد مي شود داراي همان انرژي و فركانس

فوتون تحريك كننده است.

2 - امواج نوري مربوط به هر دو فوتون هم فازند و داراي پولاريزاسيون مشابه

هستند.

به اين معني كه در اتمي كه به صورت برانگيخته مجبور به تابش نوري مي شود،

موجي كه باعث ايجاد فرآيند شده به فوتون اضافه مي شود به طوري كه يكديگر

را تقويت مي كنند و دامنه هاي آنها افزايش ميابد . پس ما امكان تقويت نور به

وسيله گسيل هاي تحريكي تابش را خواهيم داشت.

تابش هاي تحريك شده همدوس هستند. يعني همه امواج سازنده چنين تابش

هايي هم فاز هستند .

اين فرايند با گسيل خود به خودي تفاوت اساسي دارد. چون در آنجا اتمها كاملا به

صورت اتفاقي كسيل مي كنند به طوري كه رابطه خاص فازي بين امواج وجود

ندارد و اينگونه تابش ها غير همدوس هستند.


دمش:

فرآيند تحريك ماده ليزريبراي تغيير تراز و آزاد كردن انرژي را دمش مي گويند. عمل

دمش از طريق چندين راه امكان پذير است از قبيل :

دمش اپتيكي – دمش به كمك تخليه الكتريكي – دمش به كمك آزاد كردن انرژي

شيميايي .

با توجه به ليزر هاي متفاوت و نوع ماده ليزري از روش هاي متفاوت دمش استفاده

مي شود. به طو ر مثال در لبزر هاي گازي مانند ليزر CO2 از روش تخليه الكتريكي

استفاده مي شود.


تشديد كننده هاي نوري:

براي داشتن پرتو خروجي از ليزرها و انرژي بهينه و با توان بالا نياز داريم كه پرتو هاي

تحريك كننده جهت تحريك ماده ليزري و افزايش انرژي را تقويت كنيم.

در بيشتر حالات تقويت كلي توسط قرار دادن آينه هايي با درصد بازتابش بالا در دو

انتهاي كاواك ليزر انجام مي شود . پرتوي نوري بيش از حدود 100 بار بين دو اينه رفت

و برگشت مي كند و به اين ترتيب طول موثر ماده افزايش مي يابد. آينه ها تشكيل

يك كاواك نوري يا تشديد كننده مي دهند و به همراه ماده فعال ليزري يك نوسان

كننده مي سازند . آينه ها در اصل مانند يك بازخور نوري از ماده تقويت كننده عمل

مي كنند. اساسا گسيل خود به خودي يك تغيير كوچك در فركانس عبوري از ماده

ايجاد مي كند و آن را به دليل گسيل برانگيخته تقويت مي كند.

در برخورد با آينه هاي انتهايي اكثر انرژي به داخل كاواك باز مي گردد . اين نور تقويت

شده مجددا با برخورد به آينه ديگر بيشتر تقويت مي شود و اين <رايند مدام تكرار

مي شود. اين تغييرات تااين نوسانات به يك حالت پايدار برسند افزايش مي يابد .

در اين حالت رشد دامنه امواج داخل كاواك افزايش مي يابد و هر انرژي كه به دليل

گسيل برانگيخته ظاهر ميشود به عنوان خروجي ليزر منظور مي گردد.

تا اينجا فرض بر اين بود پرتوهايي كه بين دو آينه رفت و برگشت مي كنند موازي

هستند . ولي در واقع اينطور نيست. به دليل اثرات پراش در لبه آينه ها يك باريكه

كاملا موازي نمي تواند با اندازه محدود ابقا شود چون بخشي از تابش از كناره هاي

آينه ها پخش مي شود و اين اتلاف ها در اثر پراش را مي توان با استفاده از آينه

هاي مقعر و در عمل با آينه هاي با انحناي متفاوت و شكل هاي مختلف، بسته

به نوع ليزر ، كاهش داد. به اينگونه سيستم ها كاواك پايدار گفته مي شود.

برخي از سيستمهاي كاواك پايدار در شكل زير نشان داده شده است.

كاواكهاي پايدار علاوه بر پايدار نگه داشتن پرتو ويژگي ديگري نيز دارند و آن تنظيم

خروجي ليزر است. اين عمل به سادگي و با تغيير فاصله آينه ها و بدين ترتيب با

تغيير دادن مقدار تابش در طرف آينه كوچكتر كه خروجي ليزر را مي سازد ممكن

خواهد بود.


ليزر هاي واقعي:

در قلب هر ليزر ماده فعالي وجود دارد كه باعث ايجاد خروجي ليزر در باريكه اي از

طول موجها است.در حقيقت ليزر ها با نام ماده فعال آنها شناخته مي شوند. به

طور كلي ماده هاي متفاوتي بعنوان ماده فعال ليزري مورد استفاده قرار ميگيرد.

بطور مثال اولين ليزر در سال 1960 با استفاده از كريستال صورتي ياقوت ساخته

شد.

امروزه تعداد و انواع مواد استفاده شده به عنوان ماده فعال ليزري افزايش يافته

است به طوري كه انسان احساس مي كند از هر ماده اي ميتواند با استفاده از

روش دمش خاص براي ليزر استفاده كند.

بطور كلي ليزر ها را با توجه به نوع ماده فعال آن ها به چهار دسته اصلي تقسيم

مي كنند:

1 - ليزر هاي آلائيده شده با عايق

2 - ليزر هاي نيمه هادي

3 - ليزر هاي گازي

4 - ليزر هاي رنگ

در اينجا به برسي ليزر هاي گازي مي پردازيم.

ليزر هاي گازي:

ليزر هايي را كه ماده فعال آنها گاز است ، ليزر هاي گازي ميگويند. ليزر هاي گازي

معمولا حجيم هستند و و هر چه پر قدرت تر باشند ، اندازه آنها بزرگتر خواهد بود.

نكته مفيد در رابطه با ليزر هاي گازي اين است كه از آنجا كه گازها بسيار يكنواخت

تر و همگن تر از جامدات هستند، مي توان براي پر كردن و خنك نمودن آنها از يك

مدار بسته استفاده كرد.

از آنجا كه اتمها خطوط جذبي بسيار باريكي در گازها دارند ، تقريبا تقريبا غيرممكن

است بتوان به كمك دمش نوري در آنها انرژي آزاد كرد. بنابر اين در ليزر هاي گازي

از روش دمش تخليه الكتريكي استفاده مي شود.

ليزر هاي گازي خود به سه دسته تقسيم مي شوند:

1- ليزر هاي اتمي

2- ليزر هاي يوني

3- ليزر هاي مولكولي

با توجه به به نوع ليزر ، گزار ليزري بين دو تراز انرژي اتم و يو ن يا مولكول به وقوع

مي پيوندد.

يكي از مهمترين انواع ليزر هاي گازي، ليزر مولكولي CO2 است .


ليزر CO2 (دي اكسيد كربن) :

ليزر CO2 از مهمترين ليزر ها در نوع خود است و از نظر كاربرد فني آن را در زمره

مهمترين ليزر ها دسته بندي مي كنند.

اين ليزر با كارايي بالا (30%) و توان خروجي زياد و پيوسته حدود چندين كيلوولت

ساخته ميشود.ليزر هاي دي اكسيد كربن كاربردهاي زيادي در زمينه هاي مختلف

از جمله جوشكاري، برش استيل، الگوبري، جوش هسته اي و كاربردهاي متنوع

نظامي دارند.


عملكرد ليزر هاي CO2 در توليد پرتو :

تحريك مولكول هاي CO2 در دو مرحله انجام مي گيرد. در ليزر هاي CO2 از گاز

نيتروژن به عنوان گاز كمكي به منظور تحريك استفاده مي شود. بعضي تراز هاي

نيتروژن كه كاملا نزديك به ترازهاي CO2 هستند براحتي در تخليه الكتريكي دمش

مي شوند . وقتي نيتروژن تحريك شده به اتمهاي CO2 كه در حالت پايه قرار دارند

برخورد كند ، ممكن است انرژي خود را به انها بدهد و آنها را تحريك كند و به تراز

تحريكي مورد نظر CO2 بفرستد.

ترازهاي نيتروژن و CO2 دقيقا بر روي هم منطبق نيستند ولي اختلاف آنها خيلي

كم است .اين اختلاف با انرژي جنبشي اتمها در تبادل انرژي تقريبا جبران ميشود.

اتمهاي CO2 تحريك شده با بازگشت به تراز خود انرژي آزاد كرده و يك فوتون ايجاد

ميككند كه اين فوتون داراي طول موجي بين 9.2 تا 10.8 ميكرون است و قويترين

طول موج آن طول موج 10.6 ميكرون مي باشد.

فوتون آزاد شده با توجه به جهت ميدان الكتريكي كه از آنود به كاتود است بطرف

آينه حركت مي كند و با برخورد به آينه اي كه در سمت آنود قرار دارد منعكس شده

با برخورد مجدد به مولكول هاي CO2 آنها را تحريك كرده و يك فوتون ديگر آزاد ميكند.

اين دو فوتون با برخورد مجدد به آينه ها و بازتابش خود فوتونهاي بيشتري ازاد ميكنند

و اين عمل تا آنجا ادامه مي يابد كه روند توليد فوتون به يك مقدار پايدار برسد كه در

آن موقع خروجي بهينه ليزر آغاز مي شود . لازم به ذكر است كه قبل از رسيدن به

حد آستانه نيز از ليزر پرتو هايي خارج ميشود كه به دليل ضعيف بودن قرت چنداني

ندارد و ناكارامد است.


دمش به روش تخليه الكتريكي :

همان طور كه بحث شد تحريك در ليزر هاي CO2 طي دو مرحله است كه ابتدا تحريك

نيتروژن انجام مي شود.

در ليزر هاي CO2 تحريك به كمك تخليه الكتريكي با ولتاژ هاي بالا انجام مي شود.

كاواك ليزر داراي كاتد و آندي از جنس آلومينيوم است . با اعمال ولتاژ بالا در قسمت

كاتد ، الكترون هاي مربوط به لايه سطحي آلومينيوم و يا الكترونهاي مربوط به اكسيد

روي سطح كاتد جدا شده و در جهت ميدان الكتريكي به سمت آند حركت مي كنند

و در مسير خود به اتم هاي نيتروژن برخورد كرده و آنها را تحريك مي كنند و به تراز

هاي بالاتر انرژي مي فرستند. اتمهاي نيتروژن نيز در بازگشت به تراز هاي قبلي

خود انرژي خود را به مولكول هاي CO2 منتقل مي كنند و ان ها را تحريك مينمايند

و به همين روند پرتو ها تقويت شده تا خروجي ليزر آغاز گردد.

 

[S H i M A]

انواع ليزر هاي CO2 :

1 - ليزر با لوله بسته

2 - ليزر با جريان گاز

3 - ليزر هاي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر ( TEA )


1 - ليزر با لوله بسته

در اين گونه ليزر ها گاز CO2 و نيتروژن در لوله هاي تخله قرار دارند. مشكلي كه براي

اين ليزر ها وجود دارد اين است كهدر جريان تخليه الكتريكي مولوكول هاي CO2 به CO

تبديل مي شوند . اين واكنش خيلي سريع است و اگر تمهيداتي به كار گرفته نشود ،

عمل ليزر پس از چند دقيقه متوقف مي شود.يكي از راهها اين است كه هيدروژن يا

بخار آب به مخلوط گاز اضافه كنيم تا با تركيب مجدد CO را به CO2 تبديل كند.

سرد كردن گاز در اين گونه ليزرها از ديگر مشكلاتي است كه ميتواند توان ليزر را به 100

وات محدود كند .طرح هاي لوله بسته خيلي مرسوم نيستند ولي در طرحهاي موج بر

به كار برده مي شوند . در موجبر ها ابعاد داخلي لوله كوچك (در حد ميليمتر ) است و

موجبر دي الكتريك را به وجود مي آورد . كيفيت پرتوي عالي و خروجي نسبتا زياد با

توجه به قطر هاي كوچك لوله بدست مي آيد .

تحريك به كمك ميدان الكتريكي قوي يا ميدان RF كه به داخل ماده موجبر هدايت ميشود

انجام مي گيرد.

ليزر با لوله بسته

ليزر موجبر






2 - ليزر هاي با جريان گاز:

دو مشكل تجزيه CO2 و سرد كردن گاز را مي توان با حركت دادن گاز در سر تا سر

لوله برطرف كرد .در طرح هاي ساده جريان گاز و تخليه الكتريكي هر دو در سرتاسر

لوله ليزر انجام مي شود. اگر اقدامي براي تبديل گاز انجام نشود ، گاز بايد به طور

مداوم به بيرون جريان يابد. ولي از آنجا كه فشار گاز پايين است مقدار گاز مصرفي

زياد نخواهد بود. توان خروجي ين ليزر ها به طور خطي با افزايش طول لوله افزايش

مي يابد .

حدود 60 وات به ازاي هر متر . ولي براي توان هاي بيشتر از چند كليو ولت به طول

هاي بزرگ نياز داريم .

افزايش ماكزيمم توان خروجي ، با جريان عرضي و سريع ممكن خواهد بود .تخليه

الكتريكي را نيز مي توان هم جهت با جريان گاز انجام داد . اين طرح امكان توان تا

حدود ده ها كيلو ولت و به صورت مداوم را ممكن مي سازد . خروجي هاي بيشتر

نيز امكانپذير است اما ابعاد بزرگ ليزر و منابع تغذيه موردنياز، كاربرد آن را در صنعت

با مشكل رو برو مي كند.


3 - ليزر هاي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر (TEA) :

تاكنون براي افزايش توان خروجب ليزر CO2 طول تيوپ و سرعت جريان گاز را افزايش

داديم . اما يك راه ديگر براي افزايش توان ليزر افزايش فشار است .

متاسفانه با افزايش فشار به ولتاژ هاي بزرگي براي تخليه الكتريكي و تحريك دي

اكسيد كربن نياز است و تجهيزات مورد نياز عظيم مي باشد . لذا در اين روش تخليه

در لوله هاي به طول چند متر مشكل خواهد بود . از طرفي تخليه الكتريكي عرضي

براي حدود 10 ميليمتر يا اين حدود قابل قبول تر است . عمل ليزر به طور مداوم بدليل

عدم پايداري تخليه در فشار هاي بالاتر از 100 ميليمتر جيوه مشكلاتي بهمراه خواهد

داشت .بنابر اين ليزر هاي با فشار گار بالا بايد به صورت ضرباني كار كنند و به صورت

عرضي تخليه شوند .

چنين ليزر هايي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر ، (TEA) ناميده مي شوند . گرچه

فشار گاز ممكن است متغير و حدود چند اتمسفر باشد ،اما توسط اين ليزر ها ميتوان

ضربان هايي با توان بالا و دوره هاي حدود 50 نانو ثانيه و با انرژي 100 ژول بدست آورد.

در فشار هاي خيلي بالا و حدود 10 اتمسفر ، بخورد هاي مولكولي باعث پهن كردن

خطوط طيف ليزر شده و تنظيم ليزر را روي طول موج هاي مختلف مقدور مي سازد.

​

 

[S H i M A]

اكنون پس از توضيحاتي كه در مورد ليزر ها و انواع آنها داده شد، به بررسي

ساخت يك نمونه از ليزر دي اكسيد كربن با جريان گاز مي پردازيم.

اجزاي سازنده ليزر CO2 با جريان گاز :

تيوپ ليزر

آينه هاي ليزر

منبع گاز CO2 و N2 و He

پمپ خلا

منبع ولتاژ بالا

آند و كاتد

سيستم خنك كننده

پيچ ها و پايه هاي تنظيم


نقشه هاي ليزر با جريان گاز :

نقشه سه بعدي ليزر



سيستم خلا و گازهاي ليزر :

همانطور كه در طرح ساخت بيان شد ، از سيستم جريان گاز با تخلي الكتريكي

ولتاژ بالا استفاده مي شود. در ادامه نكات مهمي در مورد راه اندازي سيتم خلا

و جريان گاز بيان مي شود:

- تمام هواي داخل لوله بايد تخليه شود . تخليه بايد تقريبا بطور كامل انجام شود

چرا كه وجود هواي پس ماند در لوله باعث ضعيف شدن پرتوي خروجي يا عدم

خروجي ليزر مي شود.

- هر گونه آلودگي را از روي تيوپ ليزر پاك كنيد چرا كه ممكن است باعث اختلال

در پرتوي خروجي شود.توجه شود كه برخي از مواد خلا مانند گريش و مواد پوشاننده

درز ها مشكلي ايجاد نمي كند.

- فشار گاز ليزر را به صورت تكي يا مخلوط ، چه در ابتداي كار و چه به هنگام عمل

ليز كنترل كنيد .

ابتدا ورودي گاز ليزر را ميبنديم و سپس از طرف ديگر توسط پمپ تخليه كاواك را به

طور كامل تخليه مي كنيم . منبع گاز را با توجه با جدول بالا پر ميكنيم و سپس آن

را به ورودي كاواك متصل ميكنيم. سپس شير ورودي را باز كرده تا مخلوط گاز وارد

كاواك شود به منظور برقرار كردن جريان گاز در طول كاواك بايد خروجي ليزر را به

پمپ خلا متصل كنيم تا با مكشي كه ايجاد ميكند ، گاز در طول لوله جريان يابد .

راه ديگر براي ايجاد جريان گاز اين است كه خروجي كاواك را به يك مخزن خالي

گاز با فشار كمتر از مخزن ورودي متصل كنيم . توجه شود كه بايد مسير جريان

گاز در طول لوله از آند به كاتد باشد تا تخليه الكتريكي هم مسير با عبور جريان

انجام شود . لوله هايي كه مخزن گاز و پمپ خلا را به ليزر متصل مي كنند بايد

انعطاف پذير باشند . محل اتصال لوله ها به ليزر بايد كاملا عايق بندي شود تا

هيچ گونه نشط به بيرون نداشته باشد و باعث افت فشار نشود .

تيوپ ليزر :

مهمترين قسمت ليزر co2 تيوپ آن ميباشد. تيوپ هاي ليزر را معمولا از جنس

لوله تخليه پلاسما يا از جنس شيشه مي سازند . اما كاواك هاي شيشه اي

مرسو تر هستند زيرا دست رسي و ساخت آنها آسان تر است .

بهترين شيشه به منظور ساخت كاوا ليزر ، شيشه پريكس نسوز است كه در

مقابل تغيير دما مقاومت بالايي دارد . چرا كه سيستم ليزر با توليد گرماي زيادي

همراه است.

با توجه به طرح ساخت، طول تيوپ ليزر را 45 سانتي متر و قطر مقطع آن را 2.5

سانتي متر در نظر مي گيريم . جهت اتصال لوله هاي ورودي و خروجي گاز ، دو

سوراخ در قسمتهاي ابتدا و انتهاي تيوپ ليزر تعبيه مي كنيم يا اينكه تيوپ را به

هنگام ساخت به گونه اي مي سازيم كه قابليت اتصال دو لوله به ابتدا و انتهاي

ان وجود داشته باشد.

تيوپ ليزر ابتدا در يك لوله شيشه اي بزرگتر كه همان لوله سيستم خنك كننده

است قرار مي گيرد و سپس بر رويه پايه هاي نگه دارنه ليزر محكم مي شود.

سيستم خنك كننده :

از انجا كه عمل ليز گرماي زيادي ايجاد مي كند و توان ليزر را تا حد زيادي

كاهش مي دهد پس بايد به فكر راهي براي خنك كردن تيوپ ليزر و آينه

ها باشيم.يك روش خنك كردن سيستم استفاده از جريان گاز مي باشد.

و روش ديگر استفاده از سيستم خنك كننده ي گردش آب ميباشد.به اين

منظور بايد كاواك را در يك لوله شيشه اي بزرگ قرار دهيم . طرز كار به گونه

اي است كه تيوپ ليزر در وسط لوله بزرگتر قرار دارد و آب از اطراف آن جريان

مي يابد و آن را خنك مي كند. جهت اجاد جريان اب در سيستم خنك كننده

بايد دو سوراخ در لوله شيشه اي بزرگ به منظور اتصال لوله هاي ورودي و

خروجي آب تعبيه كنيم . و با اتصال آن از طريق لوله ها به يك پمپ ، آب را از

يك مخزن درون لوله شيشه اي به جريان بيندازيم . جهت پمپ آب ميتوان از

پمپ آكواريوم يا پمپ كولرهاي آبي استفاده كرد كه اب را از يك منبع به داخل

سيستم خنك كننده جريان مي دهند.

در بستن لوله هاي آب و سيستم خنك كننده به هم سعي شود تا هيچگونه

نشط آب به بيرون وجود نداشته باشد.

طبق طرح طول لوله شيشه اي سيستم خنك كننده 30 سانتي متر و قطر آن

5 سانتي متر مي باشد .

آينه ها و نصب آنها در ليزر:

همانطور كه در قسمت تشديد كننده هاي نوري بيان شد براي افزايش توان

ليزر و موازي كردن مسير بازتاب پرتوها در كاواك از آينه هايي با درصد بازتابش

بالا استفاده ميشد تا فوتونها بتوانند بين دو آينه بازتاب كننده براي جلوگيري

از تلفات بدليل جلوگيري از پراش در لبه هاي آينه ها از سيستمي استفاده

مي شود كه در آن يك آينه تخت با در صد بازتابش تقريبا 100% و يك آينه مقعر

با در صد بازتابش تقريبا 90%در دو طرف كاواك تعبيه شده باشد. با توجه به

در صد بازتابش آينه مقعر با بازتابش 90% مي باشد.از آنجا كه خروجي ليزر

هاي co2 در محدوده 10.6 ميكرون است از قطعات اپتيكي مثل شيشه و يا

كوارتز جهت ساختن آينه هاي ليزر نمي توان استفاده كرد .چون اين مواد در

محدوده 10.6 جذب زيادي دارند بنابراين خروجي ليزر را به شدت كاهش مي

دهند و در اثر گرماي زيادي كه در اثر فرايند جذب در آنها ايجاد ميشود ممكن

است بشكنند يا ذوب شوند. بنابراين براي ساختن آينه هاي ليزر از موادي

مانند ژرمانيوم – گاليوم - آرسنايد- سولفيد روي- طلا و هالوژن ها مي توان

استفاده كرد. در ميان اين آينه ها هالوژنها كمترين جذب را دارند ولي جذب

رطوبت و نرم بودن آنها مشكلاتي را فراهم مي كند.

آينه هاي فلزي با در صد بازتاب 100% نيز مي توانند براي استفاده در اين

طول موجها مورد استفاده قرار گيرند.

ما در ساخت ليزر co2 با جريان گاز از آينه ژرمانيوم و طلا استفاده مي كنيم.

به اين صورت كه آينه تخت را از جنس آينه ژرمانيوم و آينه مقعر را از جنس آينه

طلا انتخاب مي كنيم.

تقريبا بيشترين هزينه در ساخت ليزر co2 مربوط به تهيه آينه هاست.

لازم به تذكر است كه آينه مقعر طلا كه مورد استفاده قرار مي گيرد داراي

شعاع انحناي cm 120 بايد باشد در ضمن خروجي ليزر هم از همين آينه

هاست.

نكته ديگري كه بايد هنگام تهيه آينه ها در نظر گرفت اين است كه آينه ها

بايد از طرف جلوي آينه پوشش داده شده باشند يعني پوشش طلا يا ژرمانيوم

بايد بر روسي سطح ِنه باشد نه پشت آينه.

در صورتي كه در تهيه آينه طلا با مشكل مواجه شديم مي توانيم از آينه

آلومينيوم نيز استفاده كرد.

گاهي اوقات نيز در ساخت آينه ها سطح آينه را با استفاده از چند ماده مختلف

با در صد بازتابش بالا در طول موجهاي متفاوت استفاده مي شود. ولي ضخامت

پوش هر ماده بر روسي سطح آينه برابر با نصف طول موج نوري است كه آينه

براي آن طراحي شده است.

در انتخاب آينه مقعر بايد توجه كرد كه شعاع انحناي آن بايد بزرگتر از طول كاواك

ليزر باشد.

 

[S H i M A]

نصب آينه ها و پيچهاي تنظيم:

نصب آينه ها به صورت ثابت ولي حركت در دو انتهاي كاواك ممكن است

مشكلاتي از قبيل عدم موازي بودن پرتوها و يا ضعيف شدن توان خروجي

ليزر براي ما ايجاد كند.

بنابر اين بهترين كار اين است كه آينه ها را بر روي پايه هاي متحرك با پيچ

تنظيم نصب كنيم تا بتوانيم ان را به راحتي حركت داده و تنظيم كنيم. از

انجا كه تهيه يك تنظيم كننده ايدهآل كه با سيستم خلا كاواك ليزر سازگار

باشد بسيار هزينه بر است پس يك راهكار پيشنهادي ارائه مي كنيم.


مطابق شكل ارائه شده با دوقطعه فلز در ابتدا ، نگهدارنده اي براي آينه

ها ميسازيم و براي تعبيه پيچ هاي تنظيم دو سوراخ در آنها ايجاد ميكنيم.

براي اتصال اينه ها به كاواك خلا ، به ورقه اي از جنس آلومينيوم انعطاف

پذير نياز داريم . فويل الومينيوم را به صورت زيگ زاگ مطابق شكل بصورت

استوانه اي كه قطر سطح مقطع ان برابر با قطر كاواك است شكل مي

دهيم و لبه هاي آن را توسط چسب قابل انعطافي مانند چسب آكواريوم

به هم مي چسبانيم . سپس يك انتهاي استوانه انعطاف پذير ساختگي

خود را به آينه مي چسبانيم و طرف ديگر آن را به كاواك ليزر . با قرار دادن

پيچ هاي تنظيم مطابق شكل پس از چك كردن عدم نشط گاز به بيرون با

روشن كردن ليزر ، آينه ها را تنظيم مي كنيم . لازم به ذكر است كه اين

سيستم بايد براي هر دو آينه تخت و مقعر به كار برده شود .

تنظيم پرتوي خروجي:

جهت استفاده از پرتوي ليزر بايد قادر باشيم آن را در جهات مختلف هدايت

كنيم.

قبل از هر چيزي بايد از موازي بودن پرتو هاي خروجي اطمينان حاصل كنيم.

براي اين منظور كاغذي را از وسط سوراخ كرده به گونه اي در جلوي كاواك

ليزر قرار ميدهيم كه محور مركزي گذرنده از كاواك هم راستا با سوراخ باشد.

سپس با دستكاري پيچهاي تنظيم آينه ها پرتوي خروجي از ليزر را به گونه اي

تنظيم مي كنيم تا از مركز سوراخ عبور كند.

اكنون ما يك دسته پرتوي مستقيم داريم . از قبل لازم به ذكر است كه به دليل

نوع اينه هاي استفاده شده و سيتم بازتابش رفت و برگشت فوتون بين دو آينه

پرتوي خروجي يك پرتوي موازي است.اكنون مي خواهيم پرتو را با قطر هاي

متفاوت بر روي نقطه مورد نظر متمركز كنيم.

جهت اين كار مي توان از سيستم عدسي هاي مركب استفاده كرد.چند نمونه

از سيتم هاي عدسي مركب به منظور هدايت پرتو در شكل نشان داده شده

كه باتوجه به انها مي توانيم با استفاده از عدسي هاي گوناگون با فاصله كانوني

ها وشعاع هاي انحناي مختلف پرتوي خروجي را به گونه اي كه تمايل داريم

هدايت كنيم .

نكته ي ديگر در تنظيم پرتوي خروجي استفاده از پهن كننده پرتو است . پهن

كننده ها شعاع پرتو هاي نوري را افزايش داده و ما ميتوانيم با عبور دسته

پرتوي گسترده تر از عدسي ، سطح كانوني كوچك تري بدست آوريم و پرتو

را بيشتر متمركز كنيم .

راه ديگري كه در انتقال پرتو ها مفيد است استفاده از تارهاي نوري موج بر

است كه مي توانند با قابليت انعطاف پذيري خود ، پرتو را به نقاط مختلف

انتقال دهند.

اصولا اين تارهاي نوري داراي قطرهاي كوچك ، از جنس شيشه يا كوارتز

هستند و داراي يك هسته مركزي با ضريب شكست بزرگتر از محيط اطراف

خود مي باشند.پرتو نور قادر به حركت در داخل هسته مركزي به صورت

زيگ زاگ به دليل بازتاب كلي از فصل مشترك هسته مركزي با جداره مي

باشد.

متاسفانه اين روش براي طول موجهاي تا 1.6 ميكرون به كار مي رود .

چون ميزان جذب براي طول موج هاي بزرگتر زياد است ، از اين روش براي

انتقال پرتو در ليزر co2 نمي توان استفاده كرد .

ولتاژها:

همان طور كه قبلا نيز بيان شد، دمش در ليزرهاي گازي از نوع تخليه الكتريكي

است كه توسط ولتاژ هاي بالا انجام مي شود .از آنجا كه دمش در ليزر هاي

co2 طي دو مرحله انجام مي شود، بنابر اين ابتدا بايد توسط تخليه الكتريكي

ولتاژ بالا اتم هاي نيتروژن را تحريك كنيم تا به حالت برانگيخته برسند و با

انتقال انرژي خود به مولكول هاي co2 عمل ليز آغاز شود .

اوين حالت تحريكي ازت تقريبا در 0.3 الكترون ولت است . بنا بر تجربه براي

شروع عمل ليز به 2 الكترون ولت انرژي نياز دارد .

لازم به ذكر است كه ليزر هاي co2 با جريانDC يا جريان متناوب AC با فركانس

خيلي پايين كار مي كند. البته جريان هاي AC در ليزر هايي استفاده ميشود

كه به صورت ضرباني دمش مي شوند و خروجي ناپيوسته دارند .

در مورد ليزر هاي co2 ولتاژي را برابر با 10 تا 15 كيلو ولت DC به ازاي هر متر

تخليه الكتريكي استفاده مي كنيم . كه حدود جريان الكتريكي ما بين 10 تا

15 ميلي آمپر است .

براي ايجاد جريان DC ميتوانيم از يكسو كننده هاي جريان AC استفاده كنيم

تا به ولتاژ آغازين 10 كيلو ولت برسيم . در ليزر هاي co2 نياز نداريم كه از

سيستمهاي ولتاژ بالا با قابليت تنظيم استفاده كنيم.اما استفاده كردن از

چنين سيستمي كه قابليت تنظيم ولتاژ خروجي را داشته باشد براي تنظيم

قدرت خروجي ليزر مناسب ست.چرا كه هر چه ولتاژ بالاتري به كار ببريم ،

عمل ليز با قدرت بيشتري انجام مي شود.ولتاژ بالاي اعمال شده به دو سر

تيوپ ليزر اعمال ميشود، يك ميدان يكنواخت در سر تا سر لوله ايجاد ميكند

و الكترونها در اين ميدان شتاب مي گيرند و با برخورد به ديگر اتم ها آنها را

تحريك مي كنند.

گاهي اوقات قبل از عمل تخلي گاز را كمي يونيزه مي كنند . اين عمل به

كمك يك پالس ولتاژ بالا كه به يكي از الكترود ها اعمال مي شود يا به كمك

يک سيم كوتاه كه به دور لوله پيچيده شده ، انجام مي گيرد . در اين روش

هم الكترون ها و هم يون ها و هم مولكول هاي خنثي در محيط وجود دارند.

الكترونهايآزاد توسط ميدان الكتريكي شتاب گرفته و به سمت آنود حركت

مي كنند.

نكته اي كه به هنگام تنظيم ولتاژ مناسب در نظر مي گيريم اين است كه

ولتاژ اعمال شده را از مرز 15 كيلو ولت آغاز ميكنيم.

ولتاژ را اندك اندك افزايش ميدهيم تا يك باريكه نوري موازي و درخشان در

مركز كاواك ليزر مشاهده شود . در چنين حالتي ولتاژ اعمال شده ولتاژ

مناسبي است.

لازم به ذكر است كه استفاده از ولتاژ هاي بالا به مراقبت بسيار زيادي نياز

دارد .

از سيم هاي رابط عايق استفاده كنيد و هر جا كه سيم پوشش خود را از

دست مي دهد آان را عايق كنيد . سيستم ولتاژ بالا و خود دستگاه ليزر بايد

بر روي پايه هاي محكم و بدون لغزش نصب شده باشد تا از هر گونه لغزش

و خطر احتمالي برخورد سيم ها جلو گيري شود.

به هنگام كار كردن با چنين سيستمي بسيار دقت كنيد تا سيمهاي كاتد و

اند 2 اينچ به ازاي هر 10 كيلو ولت از هم فاصله داشته باشند. تا از هرگونه

جرقه زدن و اتصال كوتا اجتناب شود.


الكترود ها :

يكي از مهمترين اجزاي يك ليزر الكترود هاي آن مي باشد. همان طور كه

قبلا نيز اشاره شد ، الكترود ها با آزاد كردن الكترون هاب اوليه نقش مهمي

در شروع عمل ليز ، ايفا مي كنند . در ليزر هاي مختلف ، انواع متعددي از

الكترودها استفاده مي شود.

در ليزر هاي co2 به طور معمول از الكترود هايي از جنس آلو مينيوم استفاده

مي شود. چراكه آلومينيوم داراي الكتونهاي ظرفيت مناسب جهت ازاد شدن

توسط ولتاژ بالا مي باشد .

همچنين از انجاكه سطح الومينيوم هميشه پوشيده از يك لايه اكسيد آلومينيوم

است اين امر به ازاد كردن الكترون هاي بيشتري كمك مي كند. در طرح ليزر

از ورقه هاي نازك و انعطاف پذير آلومينيوم براي ساخت كاتد و آنود استفاده

مي كنيم . روش كار به اين صورت است كه درو قطعه ورقه الومينيوم با عرض

3 و طول 15 سانتي متر تهيه مي كنيم . سپس اين ورقه ها را به شكل

استوانه هايي هم قطر با تيوپ ليزر يعني به قطر 2.5 سانتي متر لوله مي

كنيم و در دو انتهاي تيوپ ليزر فرو ميكنيم . سپس يك سانتي متر از هر طرف

را از لوله خارج كرده و بر روي خود تيوپ خم مي كنيم . پس از اتصال سيم

هاي رابط جريان به ورقه هاي آلومينيوم ، آن قسمت از تيوپ را كه ورقه هاي

آلومينيوم بر روي آن تا خورده به شدت عايق بندي مي كنيم تا از هرگونه

تماس با آن ها غير ممكن شود .

لازم به ذكر است ، سيتم آينه ها و پيچ هاي تنظيم كه قبلا توضيح داده شد

بايد پس از عايق بندي الكترود ها و لوله كاواك به انتهاي ليزر متصل شود.

چراكه اگر بدون عايق بندي عمل شود ، خطر برق گرفتگي وجود دارد.


محاسبه تقريبي توان ليزر :

ليزر هاي گونتگون با نوجه به سيستمي كه در ساخت آنها به كار برده شده از

قبيل :

نوع ماده ليزي ، طول كاواك ليزر ، روش هاي گوناگون دمش و نوع سيستم

خنك كننده داراي توان هاي خروجي متفاوتي هستند.

براي محاسبه توان خروجي ليزر روش هاي گوناگوني وجود دارد كه بسياري از

آنها حاوي فرمول هاي سخت و پيچيده است و نياز مند اطلاعات دقيقي از

قسمت هاي مختلف دستگاه مي باشد .

در اينجا يك راه پيشنهادي و ساده جهت محاسبه توان تقريبي ليزر ارائه مي

شود كه مي تواند مفيد باشد .

جهت محاسبه توان خروجي، پرتوي ليزر را به يك مايع كه ظرفيت گرمايي آن

براي ما مشخص است مي تابانيم و در مدت زمان تابش ، تغييرات دمايي را

اندازه مي گيريم . با محاسبه انرژي گرمايي مي توان توان خروجي ليزر را از

رابطه معروف p=w/t بدست آورد . يكي از مناسب ترين مايعاتي كه مي توان

از آن استفاده كرد آب مي باشد . چرا كه ظرفيت گرمايي آن مشخص است

و به راحتي در دسترس مي باشد . اما براي محاسبه توان دقيق بايد ضريب

بازتابش سطح آب را نيز به هنگام محاسبات در نظر بگيريم .چرا كه مقداري

از پرتوي تابيده شده به سطح آب ، توسط سطح بازتابيده مي شود .

استفاده از مايعاتي با ظريب بازتابش كمتر ، محاسبات را دقيقتر مي كند.


تلفات ليزر :

راه هاي متفاوتي براي اتلاف در ليزر وجود دارد كه به كاهش توان خروجي

ليزر منجر مي شود . در زير به برخي از آنها اشاره مي شود كه تلاش براي

رفع هر كدام از موارد ذكر شده باعث افزايش توان خروجي ليزر است .

- جذب و پراكنده كردن نور توسط آينه ها .

- پراش از لبه آينه ها .

- عبور نور از آينه ها قبل از رسيدن به حد آستانه تابش .

- پخش و پراكندگي پرتوها توسط ماده ليزري به دليل عدم يك نواختي ماده

از نظر اپتيكي .

- جذب ماده ليزري و گسيل تابش هايي كه مورد نظر ما نيست.

- كاهش توان خروجي به دليل گرماي حاصله از عمل ليز كه ميتواند باعت بالا

رفتن دماي آينه ها ، كاواك ليزر و يا الكترود ها شود .

- كاهش توان خروجي به دليل عدم وجود خلا كامل در كاواك قبل از جريان دادن

گاز درون كاواك.

تعدادي از عوامل اتلاف ذكر شده از جمله تلفات ناشي از گرم شدن سيستم و

يا پراش از لبه هاي آينه ها قابل رفع است كه قبلا در مورد آنها توضيح داده شد .

تعدادي ديگر از عوامل نيز با استفاده از مواد مناسب در ساخت ليزر قابل رفع

است .

به طور كلي هر جه بيشتر بتوانيم در رفع عوامل بالا تلاش كنيم ، توان خروجي

بيشتري خواهيم داشت .


ايمني ليزر :

بيشتر ليزر ها تابشي گسيل مي كنند كه با احتمال خطر همراه است . درجه

خطرناكي ليزر به مشخصات خروجي ليزر ، طريقه استفاده و تجربه فردي كه

از آن استفاده مي كند بستگي دارد .

از مشخصه هاي تابش ليزر جمع شوندگي پرتوي آن است . اين امر به همراه

انرژي بالاي ليزر مي تواند انرژي زيادي به بافت هاي فيزيو لوژيكي بدن منتقل

كند.از آنجا كه پرتو هاي ليزر داراي طول موج هاي متفائتي هستند ، ميتوانند

به بافت هاي مختلف بدن با توجه به قابليت جذب آنها آسيب برسانند . جذب

تابش باعث افزايش دما مي شود و به قطع شدن اتصالات مولكولي مي انجامد.

يكي از آسيب پذير ترين قسمت هاي بدن تا آنجا كه به تابش ليزر مربوط مي

شود ، چشم انسان است . اين امر به اين دليل است كه عدسي چشم ،

پرتوي تابيده شده از ليزر را در ناحيه اي به شعاع حدود چندين برابر طول

موج ليزر با چگالي بالاي انرژي متمركز مي كند .

ميزان خسارت به طول موج بستگي دارد به طوري كه تابش در نواحي ماورائ

بنفش و مادون قرمز كه توسط قرنيه جذب مي شود ، باعث صدمه ديدن آن

مي شود و جذب در ناحيه مريي باعث آسيب ديدن شبكيه مي گردد.

اين جذب ها توسط چشم مي تواند به سوختگي يا نقص بينايي منجر شود.

پوست مي تواند بيشتر از چشم مورد تابش قرار گيرد . پوست ممكن است

در تابندگي سطح بالا تاول بزند و يا آسيب كمتري ببيند . در مورد پوست هم

ميزان خسارت به طول موج تابش و ميزان جذب بستگي دارد بويژه در محدوده

پرتوهاي ماورائ بنفش .

معمولا مكان هايي كه دستگاه هاي ليزر در آن ها قرار دارد ، با چراغ هاي

اخطار و متوقف كننده هاي پرتو تجهيز مي شوند . در اين مكان ها از موادي

كه بازتاب كننده پرتو هستند نيز استفاده مي گردد . به هنگا كار كردن با لبزر

ها بايد از عينك هاي محافظ چشمي استفاده كرد و با توجه به اينكه در ليزر

ها معمولا از مولد هاي ولتاژ بالا استفاده مي شود ، رعايت نكات ايمني در

اين مورد نيز ضروري مي باشد .



منابع :

Sams FAQ in laser construction

Laser principle and application /J.Wilson – J.F Havaks

Laser miloni

كارگاه هواشناسي و پژوهشگاه ليزر و نانو تكنولوژي

 

[termah]

مکانيسم برانگيختگي در ليزرهاي رنگي

مکانيسم برانگيختگي در ليزرهاي رنگي

يکي ديگر از سيستمهاي توسعه يافته ليزري که براي انتخاب طول موج پيوسته مورد استفاده قرار مي گيرد ليزر رنگي است. ليزرهاي رنگي ساده ترين و متداولترين منابع در نواحي مرئي و فرابنفش طيف الکترومغناطيس مي باشند. مواد آلي مورد استفاده در اين ليزرها آن سري از مواد هستند که قادر به جذب نور در نواحي فرابنفش نزديک ، مرئي و فرو سرخ نزديک مي باشند.
حالت فيزيکي اين مواد مي تواند هر کدام از حالات سه گانه جامد ، مايع و يا گاز باشد. پايين ترين تراز انرژي مولکول رنگي يک تراز يکتايي است که خود شامل چند ريز تراز انرژي ، ارتعاشي و چرخشي مي باشد. فاصله ترازهاي ارتعاشي 1400 تا cm-1 1700مي باشد و فاصله ترازهاي چرخشي کمتر از اين مقادير است ، به طوري که مي توان ادعا کرد که ترازهاي چرخشي تقريبا پيوسته بوده و هر تراز انرژي الکتروني مجموعه اي از ترازهاي انرژي پيوسته خواهد بود. جهشهاي الکتروني بين اين ترازها باعث ايجاد نوارهاي جذبي و يا نشري پهن مي گردد.

مولکول رنگي با جذب نور از ترازهاي انرژي پايين به ترازهاي ارتعاشي ( يا چرخشي ) بالاتر ، برانگيخته مي شود. در زمان بسيار کوتاهي به اندازه 11-10 ثانيه توزيع مجدد تابش بين زير ترازها اتفاق مي افتد. اين جهشها به صورت گرمايي انجام مي گيرند.
براي اغلب مولکولها جهش هاي بدون تابش به پايين ترين تراز ارتعاشي انجام مي گيرد. برانگيخته شدن از ترازي به تراز ديگر نيز امکان پذير است که متعاقب آن براي اغلب مولکولهاي رنگي جهش بدون تابش در زماني حدود 10- 10 الي 11-10 ثانيه اتفاق مي افتد. ساير جهشها از قبيل جهش بدون تابش نيز امکان پذير هستند. طول عمر مربوط به حالت سه تايي بيشتر از طول عمر فلورسانس بوده و اين به خاطر غير مجاز بودن انتقال است. از آنجا که جهش مجاز است. اين انتقال ممکن است توسط جذب نور نشر شده از انتقال صورت پذيرد و لذا اين فرايند مزاحم عمل ليزر خواهد بود. براي حذف اين مزاحمت از يک فرونشاننده استفاده مي شود. بدين منظور تعدادي مواد ديگر به ماده رنگي افزوده مي شود. اکسيژن و اغلب دي ان ها ، مثل پي پريلين ، سيکلواکتادي ان ، 1 و 3 سيکلواکتادي ان مثال هايي از اين گونه مواد مي باشند. به اين ترتيب عمل ليزر اتفاق خواهد افتاد. مواد آلي که در ليزرهاي رنگي مورد استفاده قرار مي گيرند اغلب از خانواده اکسازول ، زانتن ، پلي متين ، آکريدين ، آنتراسين و کومارين مي باشند.

منبع اطلاعاتي: kimiagaran.blogfa.com

 

[S H i M A]

تکنیک افزایش یونیزاسیون با لیزر (LEI)

در طیف سنجی اتمی ، به‌منظور برانگیختن و یونیزاسیون اتم ، از منابع گرمایی مانند شعله،

پلاسما و کوره استفاده می‌شود. توانایی چنین منابعی بستگی به پتانسیل یونیزاسیون اتم

دارد. در یک شعله با دمای

، در هر ثانیه بیش از

برخورد اتفاق می‌افتد. احتمال

یونیزاسیون برای اتمها و مولکولها در هر برخورد با توجه به معادله آرنیوس و با درنظرگرفتن این

نکته که پتانسیل یونیزاسیون برابر با انرژی تراز اتمی یا مولکولی باشد و مقدار KT برابر با

0.2ev باشد، احتمال یونیزاسیون نزدیک به یک می‌باشد.

با افزایش هر الکترون‌ولت ، اختلاف بین دو تراز انرژی ( E[SUB]j[/SUB] و E[SUB]i[/SUB] ) ، احتمال یونیزاسیون صد برابر

کاهش می‌یابد.

برانگیختن اتمها به تراز بالاتر ، سرعت یونیزاسیون را افزایش می‌دهد و این همان کاریست که

تکنیک ( LEI ) انجام می‌دهد.

= احتمال یونیزاسیون . معادله آرنیوس


درجه حرارت مطلق = T

ثابت بولتزمن = k

انرژی تراز اتمی یا مولکولی = E[SUB]j[/SUB]

پتانسیل یونیزاسیون= E[SUB]i

[/SUB]
در تکنیک LEI ، معمولا از چهار روش برای برانگیختن اتمها به تراز بالا استفاده می‌شود که

این روشها عبارتند از:


غیر رزونانسی

غیر رزونانسی مرحله‌ای

رزونانسی

مرحله‌ای


در روشهای غیر رزونانسی و غیر رزونانسی مرحله‌ای ، عمل برانگیختن از تراز پایه انجام

نمی‌شود، بلکه از یک حالت برانگیخته اولیه صورت می‌گیرد و از این نظر با روشهای رزونانسی

و مرحله‌ای تفاوت دارد.

روشهای غیررزونانسی ، زمانی کاربرد دارند که اولین تراز برانگیخته ، نزدیک به تراز پایه باشد.

روشهای مرحله‌ای برای عناصر با پتانسیل یونش بالا ، حساسیت زیادتری نشان می‌دهند.


آشکارسازی یونهای تولید شده

یونهای تولید شده با LEI با ایجاد میدان الکتریکی در شعله آشکار می‌گردند. جریان تولید شده

متناسب با یونهای تولید شده در سانتی‌متر مکعب و در یک ثانیه می‌باشد که از جریان مستقیم

مربوط به یونیزاسیون اجزاء شعله قابل تشخیص است.

منبع لیزر معمولا به‌صورت لیزر پالسی می‌باشد و اگر از لیزر پیوسته‌کار استفاده شود، با یک

برشگر قطع و وصل می‌شود.

علامتی که در آشکارساز تولید می‌شود، بطور خطی با غلظت عنصری که بطور رزونانسی در

شعله برانگیخته شده است، تغییر می‌کند.

مزایای روش افزایش یونیزاسیون با لیزر

در این روش ، چون از یک منبع لیزری برای برانگیختن اتم استفاده می‌شود و در ضمن به علت

اینکه فقط اتمهای برانگیخته شده یونیزه می‌گردند، گزینش‌پذیری ، بالا می‌باشد.

مزیت دیگر این روش ، قابل تنظیم بودن منبع نوری می‌باشد و از طرفی چون علائم بوجود آمده

به انرژی پتانسیل عنصر مورد اندازه گیری و نیز به ترازهای انرژی آن بستگی دارد،لذا همپوشانی

طیفی عناصر ، کمتر از سایر روشهای طیف سنجی اتمی می‌باشد و این خود، باعث افزایش

گزینش‌پذیری می‌شود.

اجزایی که در طیف‌سنجی شعله ایجاد مزاحمت می‌کنند، در اینجا بدلیل پتانسیل یونیزاسیبون

بالا ، دخالتی ندارند.


نواقص تکنیک (LEI)

حد شناسایی این روش درحد تک اتم نمیباشد و درحال حاضر دانشمندان روی تکنیکهایی مطالعه

می‌کنند که حد تشخیص این روش را به آشکارسازی یک اتم برساند. بعضی از عناصر که اکسید

های پایداری تشکیل می‌دهند، در این روش ایجاد مزاحمت می‌کنند.


کاربرد

بیشتر عناصر جدول تناوبی ، در نمونه‌های محصول با استفاده از این روش تا حد نانوگرم در میلی‌

لیتر شناسایی شده‌اند. عناصری که پتانسیل یونیزاسیون آنها بالاتر از 2.9ev می‌باشد، (مانند

طلا) ، حتی در مقادیر کمتر از 1 نانوگرم در میلی‌لیتر اندازه گیری شده‌اند.

 

[termah]

كاربرد ليزر در اسپكتروسكوپي

كاربرد ليزر در اسپكتروسكوپي

كاربرد ليزر در اسپكتروسكوپي :

طيفي بيني عبارت است از مطالعه ي وابستگي طول موج يا فركانس هرفرآيندي نوري كه در آن ماده ي ،‌در اثر بر همكنش با تابش انرژي به دست مي آورد با از دست مي دهد. مزيت مطالعه ي وابستگي به طول موج آن است كه اطلاعات بسيار بيشتري را مي توان از طريق آن بدست آورد. چون پاسخ دقيق طيفي منحصراً با تركيب شيميايي نمونه تعيين مي شود ، دو زمينه ي كاربردي مجزا به وجود مي آيد اول ، از طيف بيني مي توان براي تهيه ي اطلاعات بيشتري درباره ي ساختاري مولكولي و ديگر خواص فيزيكي شيميايي مواد خالص استفاده كرد ، چنين كاربردهايي پژوهشي اند دوم ، از ماهيت مشخص كننده ي پاسخ طيف بيني مي توان براي آشكار سازي گونه هاي شيميايي ويژه در نمونه هايي حاوي چند تركيب شيميايي استفاده كرد ،‌ چنين كاربردهايي تجزه اي اند. در ساليان اخير ، ليزرها تأثير چشمگيري در هر دو زمينه داشته اند.
هر چند در تجزيه ي طيف بيني ، فرآيندهاي كلاسيك جذب و نثر ساده ي نور به كار مي رود امروزه از تعداد بسيار زيادي بر همكنش تابشي ديگر نيز براي مقاصد طيف بيني استفاده مي شود. حتي هنگام وقوع تك فرآيندي مانند جذب ، از حيطه ي وسيعي از تكنيك هاي ليزري مي توان براي آشكارسازي آن استفاده كرد. همچنين بر حسب ناحيه ي مورد استفاده از طيف الكترومغناطيسي ،‌چند رده ي طيف بيني جذبي ذاتاً‌ متفاوت وجود دارد. براي مثال طيف هاي جذب مولكولي در ناحيه ي زير قرمز اصولاً از گذارهاي ارتعاشي در نمونه حاصل مي شود و بنابراين اطلاعاتي درباره ي ساختار چارچوب هسته ارتئه مي كنند. حال آنكه طيف هاي جذبي در مرئي يا فرابنفش ناشي از گذارهاي الكتروني اند و بدين ترتيب با آرايش هاي الكتروني ارتباط دارند.
يكي از دلايل كاربرد ليزر در اسپكتروسكوپي تكنامي ليزر مي باشد ؛ زيرا پهناي خط بسيار باريك كه به طور كلي قابل حصول است براي تكنيك هاي طيف بيني با تفكيك زياد بسيار مناسب است به علاوه واگرايي اندك باريكه ، استفاده از طول مسيرهاي عبور بلند از درون نمونه را آسان مي كند و بدين ترتيب در نمونه هايي كه پاسخ طيفي خيلي ضعيفي دارند ، حساسيت بهبود مي يابد. به طور كلي تفكيك در هر نوع روش طيف بيني ، به هر دو پهناي خط تابش و نمونه بستگي دارد پهناي خط منبع ليزر به عوامل گوناگوني وابسته است مانند تعريض طبيعي خط ، تعريض برخوردي، تعريض دوپلري ، تعريض زمان پرواز و تعريض تواني يا سيرشدگي ،‌همين فرآيندها نيز مي توانند در تعريض خصوصيات طيف بيني نمونه دخيل باشند.
به طور ايده آل ، هرگذار مسئول نسر ليزر بايد در يك فركانس كاملاً مشخص كه از فاصله ي بين ترازهاي انرژي مربوط تعيين مي شود ، رخ دهد. با اين حال ، چند فرآيند تعريض خط باعث انحرافهاي آماري از فركانس ايده آل مي شوند خصوصيات اين فرآيند ها برحسب ماهيت محيط فعال تغيير مي كنند.

منبع
cafedaneshjoo.com

 

[S H i M A]

Solid State Lasers
300 صفحه



Liquid Lasers
83 صفحه



Gas Lasers
718 صفحه



Other Lasers
43 صفحه
​

 

[S H i M A]

سنتز پودرهای شیمیایی با لیزر

تابش لیزر ، امکان حرارت دهی سریع و فرونشانی بیشتری را از فرآیندهای متداول شیمی،

فراهم می‌سازد. بنابراین می‌توان آن‌ را برای کنترل سینیتکی واکنشها بکار برد. سرامیکها ،

گروهی از مواد هستند که از امکان گرمادهی سریع با لیزرهای پرتوان IR بهره‌مند میشوند.

چند سال پیش در موسسه شیمی فیزیک مسکو و راسترم ری دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا

تبدیل پودر گرافیت را به الماس برای اولین بار با استفاده از حرارت‌دهی سریع و فرونشانی

توسط لیزر گزارش دادند.

امروزه هم بسیاری از پودرهای شیمیایی مهم را با استفاده از لیزر سنتز می‌کنند.


تولید پودرهای ریز از طریق گرما لیزر

لیزرها را می‌توان برای تولید پودرهای ریز از طریق گرمایی از واکنشگرهای گازی ، بدست

آورد. واکنشها ، عملا در محیط بدون دیوار انجام می‌شود. زیر منطقه داغ ، محدود به فضایی

است که جریان واکنشگر گازی با پرتو لیزر برهمکنش می‌دهد. طراحی واکنشگاهها طوری

ست که این ناحیه داغ با هیچ سطحی در تماس نباشد. سرعت گرمادهی می‌تواند بیشتر

از 106 درجه در ثانیه باشد و مهمتر اینکه ، سرعت گرمادهی و زمان دمای بالا را می‌توان

برای تغییر فرآورده ، کنترل نمود. این تکنیک برای تهیه پودرهای بسیار ریز و نامتراکم‌تر در

دماهای زیاد بکار می‌رود، بدون اینکه آلودگی سطحی در فرآورده‌ها ایجاد کند.


کاربرد پودرهای ریز

این پودرها در مطالعات کاتالیزوری بکاربرده میشوند و یا در ساخت سرامیکهای صنعتی

که خصوصیات مکانیکی بهتری در نتیجه فشرده شدن بهتر و فضاهای خالی کمتر دارند،

به کلوخه تبدیل می‌گردند.


نمونه‌ای از پودرهای ریز سنتز شده با لیزر

پژوهشگران انستیتو تکنولوژی ماساچوست ، آلایدسیگنال و دوکمیکال لیزرها را در سنتز

پودرهای فوق ریز از ذرات سیلسیم، کاربید، نیترید سیلسیم، نیترید بور، بورید زیرکونیوم ،

دی‌اکسید تیتانیوم و ذرات سیلسید آهن و همچنین کاربید آهن و کاربید تعدادی از فلزات

واسطه بکار برده‌اند.


سنتز نیترید بور با لیزر

بور نیترید ، ترکیبی است که از هر دو دیدگاه علمی و عملی مورد توجه است. این ماده ،

سه ساختار بلوری دارد:

هگزاگونال ، ورتزیت و مکعبی بلاندروی.

بسیاری از خصوصیات فیزیکی نیترید بور قابل قیاس با الماس است.از جمله این خصوصیات

میتوان به چگالی کم، رسانش گرمایی زیاد، مقاومت زیاد در برابر فرسودگی و مقاومتهای

الکتریکی زیاد می‌باشند.

نخستین رشد موفقیت آمیز نوارهای نیترید بور خالص هم بلور ، با گرمازایی لیزری بر روی

بسترهای سیلسیمی بوسیله "گری دال" و همکارانش از دانشگاه میشیگان به انجام

رسید.


روش سنتز

یک لیزر اگزایمر فلویورید کریپتون (248nm) بر روی هدفی از هگزا گونال نیترید بور (hBN)

در یک محفظه خلاء با فشار نیتروژن 10 میلی‌ تور متمرکز می‌گردد و از طریق مکانیزم گرما-

زایی لیزری نیترید بور مکعبی تولید می‌شود.

بستر سیلسیمی در زمان ته‌نشینی در دمای° 500C نگهداشته می‌شود. پراش اشعه

ایکس و بررسی با میکروسکوپ الکترونی عبوری، نشان میدهد که نوار فیلمها از فلزات

مکعبی خالص تشکیل یافته‌اند. فیلمها در حدود 1000°A ضخامت دارند، آزمایش برای

رشد نوارهای ضخیمتر در جریان است.


جنبه اقتصادی سنتز

سنتز لیزری با پودرها ، باعث ایجادی محدوده‌ای وسیع از موادی شده که ساخت آنها

بطور معمولی مشکل است. از نظر اقتصادی این امر بیشتر به هزینه مواد خام و گرمازا

یا گرماگیر بودن واکنشها بستگی دارد تا هزینه مربوط به خود لیزر.سنتز نیترید سیلسیم

بسیار خالص با استفاده از لیزرهای تجارتی موجود ، در حال حاضر با فراورش متداول از

نظر اقتصادی رقابت می‌کند.

نیترید سیلسیم پیوند یافته از طریق واکنش که از پودر سیلسیم سنتزی توسط لیزر

ساخته شده است، 4 تا 5 برابر محکمتر از نوع معمولی است.


لیزرهای تجاری

از نظر اندازه، هزینه و توانایی کار در محیطهای صنعتی، لیزرهای CO2 که برای جوشکاری

و برشکاری لیزری توسعه یافته‌اند، برای این گونه سنتزها ایده‌آل هستند.

در حال حاضر ، دانشمندان سعی می‌کنند پودرهایی را سنتز کنند که این پودرها دارای

واکنش پذیریهای خوب و گزینش پذیری غیر عادی در مقایسه با مواد دارای اجزای معمولی

باشند. مشخصه برتر این ترکیبات سنتزی با لیزر احتمالا اندازه کوچک ذرات و سطح زیاد

به همراه خلوص خوب سطحی خواهد بود. بیشترین پژوهشها روی پودرهای سیلسیم

و پودهای آهنی انجام گرفته است.

 

[termah]

خواص نور لیزر و کاربردهای آن

خواص نور لیزر و کاربردهای آن

خواص نور لیزر و کاربردهای آن

از نخستین روزهای بررسی تکنولوژی لیزر ، پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می کند. در این بخش ، به چگونگی ظهور این خواص از ماهیت فرایند لیزر می پردازیم و به اختصار مثالهایی را از چگونگی استفاده از آنها برای کاربردهای ویژه لیزر ، در نظر می گیریم. واضح است که چنین مباحثی باید بسیار گزینشی باشد و مثالهای ارایه شده در اینجا بیشتر برای نشان دادن تنوع و گوناگونی کاربردهای لیزر انتخاب شده اند تا هر دلیل دیگری.
از آنجا که نشر القایی ،‌فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقاً یکسان تولید می کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود m m ? دارد منجر می شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه ای نازک و اساساً موازی از نور را که معمولاً دارای توزیع گاوسی از شدت است ، از آینه خروجی به بیرون نشر می کند.
زاویه واگرایی باریکه مقداری در حدودm radian ? است که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می کند، لیزرهای اکسی پلکس واگرایی باریکه کمتر از ??? میکرورادیان دارند. هرچند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می شود ،‌ولی با ابزار اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. به عنوان مثالی از اینکه باریکه لیزر تا چه حد قابل موازی سازی است، به این مطلب توجه کنید که می توان بازتابش نور لیزر را از روی بازتابنده هایی که فضانوردان طی ماموریت فضایی آپولو در سطح کره ماه کار گذاشتند، در زمین مشاهده کرد.
همراستا سازی نوری یکی از کاربردهای بسیار برجسته موازی سازی و پهنای باریکه نازک لیزرها در صنعت سازه و نظارت بر آلودگی اتمسفر مورد استفاده قرارمی گیرد . در مورد اخیر، با بهره گیری از پهنای باریکه نازک لیزر است که امکان نظارت بر گازهای خروجی از دودکش کارخانه ها ، با تجزیه و تحلیل نور پراکنده ، از روی سطح زمین امکان پذیر می شود.


● شدت:
شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای شناخته شده روی زمین را ایجاد می کنند. از آنجا که لیزر باریکه ای موازی از نور را نه در تمام جهتها ، بلکه در راستای مشخصی نشر میکند، مناسبترین معیار شدت، تابیدگی است . از آنجا که انرژی در واحد زمان برابر توان است، داریم:
سطح / توان I = تابیدگی
با این حال در استفاده از این معادله باید تاکید کرد که منظور از «توان» ، توان خروجی لیزر است و نه توان ورودی آن.برای بررسی درست تابیدگی یک نوع لیزر، می توان به این نکته توجه کرد که شدت میانگین آفتاب روی سطح زمین به اندازه یک کیلووات بر متر مربع یعنی m W ?? است.
ابتدا یک لیزر قدرتمند آرگون را که توانی در حدود W ?? در طول موج nm ??? نشر می کند، در نظر می گیریم. با فرض سطح مقطعی برابر mm ? برای باریکه ،‌این مقدار باعث ایجاد تابیدگی mW ?? = ( m ?? )/ (W ??) می شود . در واقع با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده ، می توان تابیدگی را افزایش داد. از این جنبه نیز نور لیزر به طور مشخصی خواص غیر عادی را نشان می دهد، به گونه ای که با متمرکز کردن آن می توان به شدتهایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می رود.معمولاً امکان چنین چیزی برای منابع معمولی نور وجود ندارد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج است، بنابراین در مثال فوق ، سطح مقطع m ?? غیر واقعی نیست و باعث ایجاد شدت متمرکز شده ای برابرmW?? می شود.
با این حال، در لیزرها که ابتدا انرژی را در اثر وارونگی جمعیت ذخیره می کنند و سپس آن را از طریق نشر یک تپ نور رها می کنند، یافتن بیشترین شدتهای خروجی نامنتظره نیست. اگر چه باید به یاد داشت که شدت پیک تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است.
برای مثال یک لیزر یاقوت سوییچ شده مناسب که تپهای ns ?? (s ?? = ns? ) در طول موج nm ??? نشر می کند ، می تواند در هر تپ ، خروجی پیکی برابر GW ? با باریکه پهنی به سطح مقطع mm ??? ایجاد کند. بدین ترتیب تابیدگی میانگین هر تپ تقریباً برابر W m ?? × ? است که با تمرکز مناسب می توان دست کم آن را به اندازه ?? برابر افزایش داد. باید توجه کرد که در تمام این محاسبات تقریبی ، به طور ضمنی تصور شده است که درطول دوام هر تپ، مقدار شدت ثابت است. حال آنکه در حقیقت ، در ابتدا یک صعود و در انتها یک واپاشی مشخص وجود دارد، به بیان دیگر یک نیمرخ زمانی هموار در آنجا هست. از آنجا که شدت پیک حاصل از یک لیزر تپی به طور وارون با مدت تپ متناسب است، روشهای گوناگونی برای کاستن ازطول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.
اکنون به چند کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد، نگاهی کوتاه می اندازیم. یک مثال بسیار واضح در صنعت، همان برش و جوشکاری با لیزر است. در چنین مقاصدی به ویژه لیزرهای پرتوان کربن دیوکسید Nd:YAG و که تابش زیر قرمز دارند، مناسب اند. چنین لیزرهایی تقریباً هر نوع ماده ای را می توانند ببرند، هر چند در برخی موارد مانند چوب یا کاغذ برای جلوگیری از سوختگی باید فواره ای از گاز بی اثر به کار برده شود، از سوی دیگر، فواره اکسیژن باعث تسهیل برش فولاد می شود. برای مثال یک لیزر متمرکز در گستره mW ?? می تواند mm ? فولاد را در تقریباً s ?، یا mm ? چرم را درs ??، ببرد. کاربردهایی از این نوع را می توان در صنایع زیادی از هوافضا تا نساجی ، پیدا کرد و تنها در آمریکا، چند هزار سیستم لیزر برای این هدف به کار می روند.
یکی از نوید بخش ترین کاربردهای پزشکی در جراحی چشم است که تا کنون برای این منظور چندین روش بالینی به خوبی ارایه شده است. مثلاً، پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می شود، می توان با« جوشکاری نقطه ای » توسط تپهای پرشدت نور حاصل از لیزر آرگون، با بافت نگه دارنده آن ( یعنی کورویید ) متصل کرد. مزایای بسیار زیادی برای استفاده از لیزر در چنین جراحیهایی وجود دارد ، روش لیزری تخریبی نیست و نیازی به بیهوشی نداردو با توجه به مدت کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت کردن طولانی چشم وطی درمان احساس نمی شود.


● همدوسی:
همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می کند و بازهم این خاصیت ، نتنجه ماهیت فرایند نشر القایی است. اغلب، نور حاصل از منابع معمول گرمایی که توسط نشر خودبه خودی کار می کنند، به نور آشفته موسوم است، معمولاً در این موارد، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساساً تصادفی بین آنها، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می آید. در مقابل در لیزر، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره، همفازند. مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می شود و از رابطه زیر به دست می آید:
tc= ۱/u
که در آن u پهنای خط نشر است. طول همدوسی مستقیماً با این عامل ارتباط دارد.
tc = ctc
بنابراین ، دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله ای کمتر از طول همدوسی، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی یک مد خروجی حاصل از یک لیزر گازی ممکن است m ??? باشد، ولی این مقدار برای یک لیزر نیم رسانا ، تقریباً mm ? است. اندازه گیری طول یا زمان همدوسی یک لیزر با طیف بینی افت و خیز شدت ، انجام می شود و وسیله مناسبی برای تعیین پهنای خط نشر فراهم می کند.
همان طور که در دو نمودار شکل ?. ?? نشان داده شده است، تابش آشفته و همدوس آمار فوتونی کاملاً متفاوتی دارند. این نمودار نشان دهنده توزیع احتمال یافتن N فوتون در حجمی است که در یک متوسط زمانی، تعداد میانگین M را در خود دارد. نور آشفته در توزیع بوز ـ اینشتین صدق می کند:
آشفتهM/(M+۱)=PN
حال آنکه نور همدوس معمولاً در توزیع پواسون صدق می کند:
همدوس Me / N = PN
هر چند اگر این دو نور، تابیدگی میانگین یکسانی داشته باشند (با I V/hc u M = به M ارتباط پیدا می کند )، بیشتر فرایندهای شامل برهم کنش نور و ماده نمی توانند تمایزی بین آنها قایل شوند، ولی در فرایندهای چند فوتونی چنین نخواهد بود.
بر خلاف انتظار، کاربردهای اندکی برای همدوسی لیزر وجود دارد، مهمترین کاربرد آن به اصطلاح، تمام نگاری است، که روشی برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار میرود. این فرایند شامل تهیه یک نوع تصویر ویژه ، به نام تمام نگاشت روی صفحه ای حاوی امولسیون مناسب عکاسی است بر خلاف بیشتر انواع متداول تصاویر عکاسی تمام نگاشت حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از موضوع نیز هست واضح است که با منبع نور آشفته نمی توان به چنین تصویری دست یافت. نورپردازی عکس، تصویر سه بعدی واقعی را بازسازی می کند. در حال حاضر یکی از مشکلات اصلی آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشتهای تکفام وحود دارد، زیرا اگر برای تهیه تصویر اصلی از گستره ای از طول موجها استفاده شود، اطلاعات مربوط به فاز از بین می رود، هر چند اکنون به راحتی می توان تمام نگاشت را در نور سفید به وضوح مشاهده کرد، ولی رنگهای این تصاویر تنها در اثر تداخل به وجود می آیند و رنگهای اصلی جسم نیستند.


● تکفامی:
آخرین مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد. تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از آن حقیقت منشا می گیرد که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه، نشر می شوند و بنابراین تقریباً‌ فرکانسهای دقیقاً یکسانی دارند. با وجود این، همواره گستره کوچکی از توزیع فرکانسها وجود داردکه ممکن است چندین فرکانس یا طول موج گسسته را در بر گیرد و باعث برقراری شرط موج ایستا شود.
نتیجه آن است که تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، به طوری که برای رسیدن به تکفامی بهینه، باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس در لیزر تعبیه کرد. معمولاً برای این کار از یک سنجه استفاده می شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می گیرد و به گونه ای تنظیم می شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی، به طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند. در لیزرهایی با خروجی پیوسته، تهیه پهنای خط نشر به کوچکی cm ? ، کاری بسیار ساده است و در لیزرهای با فرکانس تثبیت شده، پهنای خط میتواند چهار تا پنج توان ده کوچکتر داشته باشد. عامل کیفیت Q که برابر با نسبت فرکانس نشر شده u به پهنای خط Du است، یکی از عاملهای مهمی است که لیزر را توصیف می کند.
Q = u/Du
بدین ترتیب، مقدار عامل Q به سادگی می تواند به بزرگی ?? باشد و این مقدار به وضوح از اهمیت زیادی در طیف بینی تفکیک بالا برخوردار است. اغلب متخصصان طیف بینی ترجیح می دهند که پهنای خط را بر حسب واحدهای طول موج یا عدد موج بیان کنند، که مورد آخر نشان دهنده تعداد طول موجهای تابش در واحد طول معمولاً‌ در سانتی متر، است (u=?/l) . روابط سودمند بین بزرگی پرامترهای مربوط به پهنای خط به قرار زیر است:
Dl=l/Q
Du=Dl/l
جداسازی ایزوتوپ زمینه مهم دیگری برای کاربرد فن تکفامی زیاد منبع لیزر است. از آنجا که مولکولهایی که از نظر محتوای ایزوتوپی با هم متفاوت اند، معمولا فرکانسهای جذب اندک متفاوتی دارند، با استفاده از لیزری با پهنای خط بسیار باریک، به طور گزینشی می توان مخلوطی از مواد را برانگیخت و سپس با وسایل دیگری جدا کرد. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته ای نامنتظره نیست.




منبع : مرکز تخصصی آموزش کامپیوتر و اینترنت

 

[S H i M A]

تعدادي از ليزرها همراه طول موج گسيل‌شان:

طول‌موج (نانومتر)​	نوع ليزر ​
193​	فلورئوريد آرگون (UV)​
248​	(UV)فلوئورريد كريپتون ​
308​	كلريد زنون(UV)​
337​	نيتروژن(UV)​
488​	آرگون (آبي) ​
514​	آرگون (سبز)​
543​	نئون هليم (سبز)​
633​	نئون هليم (قرمز)​
570-650​	رودامين 6G رنگي (تنظيم پذير)​
694​	ياقوت (قرمز)(CrAlO3) ​
1064​	Nd:Yag (NIR)​
10600​	دي‌اكسيد كربن (FIR)​