مقاله تحلیلی: ليزر چيست و چگونه كار مي‌كند؟

آيا مي‌دانيد كه واژه‌يليزر در حقيقت مخفف چند كلمه است؟

واژه‌ ليزر (LASER) مخفف عبارت Light Amplication by the Stimulated Emission of Radiation، به معناي « تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است. به عبارت ساده‌، ذرات نور (فوتون‌) توسط انتشار يك جريان آزادشده از انرژي به شكل نور، تحريك مي‌شوند. اين نور به‌صورت بسته‌بندي و دسته‌اي هدايت مي‌شود و به‌این‌ترتیب پرتوهاي ليزر شكل مي‌گيرند.

ليزرها يكي از مهم‌ترین اختراعات بشر هستند و نقشي اساسي در زندگي روزمره ما ايفا مي‌كنند؛ آن‌ها تقریباً در هر حوزه‌اي كه بتوان تصور کرد مانند الكترونيك، طب نوين، دفاع و غيره كاربرد دارند.

در صنعت نيز، ليزرها به‌طور روزمره براي مواردي مثل حكاكي، علامت‌گذاري (مارك)، جوشكاري، برش، حفاري، اندازه‌گيري، تشخيص و غيره به كار مي‌روند. به‌واقع، ليزر به يكي از قدرتمندترين ابزار ما تبدیل‌شده است!

ليزر چگونه كار مي‌كند؟

همه ليزرها از 3 قسمت تشکیل‌شده‌اند:

• چشمه انرژی خارجی
• محیط تقویت‌کننده
• تشدیدکننده‌ اپتیکی

چشمه انرژی، انرژي بيروني را به ليزر هدايت مي‌كند.

محیط تقویت‌کننده، در داخل ليزر قرارگرفته است. بنا به نوع طراحي، این محیط مي‌تواند از يك تركيب گازي (CO2 laser)، يك كريستال جامد (YAG laser) و يا فايبرگلاس (fibre laser) تشکیل‌شده باشد. هنگامی‌که این محیط توسط پمپ به داخل ليزر منتقل مي‌شود، انرژي به‌صورت تابش منتشر مي‌گردد.

محیط تقویت‌کننده در ميان دو آينه قرارگرفته است كه به آن رزوناتور (تشدیدکننده) گفته مي‌شود. يكي از اين آينه‌ها يك جهته است. اشعه‌‌ي حاصل از محیط تقویت‌کننده، توسط رزوناتور تقويت مي‌شود. ضمناً، بخش از اشعه از رزوناتور توسط آينه‌ يك-جهته خارج شود و اين تابش هدایت‌شده، در حقيقت همان اشعه‌ي ليزر است.

مشخصه‌هاي يك اشعه‌ي ليزر

تشعشع ليزر داراي 4 ويژگي اساسي است:

تک‌رنگی

نور طبيعي، شامل مجموعه‌اي از طول موج‌هايي است كه از ماوراي بنفش تا مادون‌قرمز را شامل می‌شود. درحالی‌که ليزر، نواري از نور با يك طول موج است. چنين خاصيتي، تک‌رنگی نام دارد. تک‌رنگی، خاصيتي است كه انعطاف‌پذيري بيشتري را در طراحي اپتيكي مقدور مي‌سازد و اين، دقت طراحي‌ها را چنان افزايش مي‌دهد كه پرتوهاي ليزري را بتوان در فواصل بسيار زياد انتقال داد و يا آن‌ها را در يك مساحت خيلي كوچك، متمركز ساخت.

قابليت جهت‌يابي فوق‌العاده

جهت‌يابي، ويژگي حفظ جهت نور در هنگام حركت آن در فضا است. اين قابليت عالي، نشان مي‌دهد كه راستاي نور، با پراكندگي و گسترش محدود و درعین‌حال بسيار متمركز حفظ می‌شود. نور طبيعي، مجموعه‌اي از نوارهاي نور است كه در تمامي جهات پخش شده‌اند، درحالی‌که نور ليزر، بسيار عالي جهت‌يابي و هدایت‌شده است و اين خاصيت، براي طراحي سيستم‌هاي نوري‌ مناسب است كه بايستي مانع از پراكنده شدن نور در فواصل زياد ‌شوند.

قابليت همدوسي عالي

همدوسي، بيانگر ميزان تداخل نور با خودش است. اگر نور را به‌عنوان يك موج در نظر بگيريم، مي‌توان گفت كه هرچقدر پرتو نور يكنواخت‌تر باشد، همدوسي در آن بيشتر است. با توجه به اينكه فاز، طول موج و جهت نور ليزر تغيير نمي‌كند، يك موج قوي مي‌تواند پرتو‌هاي ليزر را در يك فاصله‌ طولاني، بدون اينكه پراکنش رخ دهد، منتقل كند. اين بدان معني است كه امكان متمركز كردن نور در يك ناحيه‌ي كوچك و با يك لنز، وجود دارد.

انرژي بالا

با توجه به اينكه پرتوهاي ليزري داراي خواص تك‌رنگي، جهت‌يابي و همدوسي فوق‌العاده‌اي هستند، مي‌توانند در يك منطقه بسيار كوچك متمركز شوند، در نتيجه نوري با انرژي بالا خلق مي‌كنند. همچنين در حين متمركز شدن نور ليزر در يك ناحيه خيلي كوچك، مي‌توان شدت (توان) آن را افزايش داد مثلاً تا اندازه‌اي كه انرژي كافي براي برش فلزات به دست آيد.

به لطف چنين ويژگي‌هايي، نور ليزر در بسياري از زمينه‌ها بكار مي‌رود. همچنين همدوسي بسيار عالي، كه شدت و توان بالاي اين پرتوها را موجب مي‌شود را می‌توان با كمك لنزها افزايش داد. پرتوهاي ليزري جذب سطح فلزات شده و با حرارت دادن آن‌ها، عمليات حكاكي بر روي فلز شكل مي‌گيرد. چنين حرارتي، باعث مي‌شود كه مواد از سطح فلزات برداشته شوند و يا حتي كاملاً تبخير گردند و اين امر، قابليت حكاكي، علامت‌گذاري و يا برش طيف وسيعي از مواد را مقدور مي‌سازد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.