[تاري]

مقدمه:
از گذشته ها معلوم است که فیزیک در زندگی بشر کاربرد بیشتری دارد، دانشمندان و علما کوشیده اند تا مفاهیمی فیزیکی را برای متباقی بشر کشف و تقدیم نماید.
چون موضوع بحث ما مفاهیم اپتیکی است بنا باید در رابطه به فزیک اپتیک ابراز نظر نماییم.
از همان بدو خلقت اپتیک نقش و تاثیر خودش را در زندگی داشته و از همان اوایل نیز بررسیها و مطالعات در این زمینه شروع و اختراعاتی به ثبت رسیده است، یکی از شاخه‌های اساسی فیزیک در تمام سطوح تحصیلی ، اپتیک می‌باشد. اغلب ما و شما در زندگی روزمره پدیده‌های اپتیکی و وسایل اپتیکی(قطعات نوری)را دیده و بکار گرفته‌ایم.
برخی ها دنبال این هستند که چرایی این پدیده‌ها را پیدا کنند، اما برخیها دنبال ابزارهایی هستند که این پدیده‌ها را مشاهده کنند. علم جدید پیشنهاد می‌کند که هر دو گروه خودش را به معادله عدسی نازک، قوانین اسنل، چگونگی ردیابی پرتو و ... مجهز نماید. یک فرد کنجکاو وقتی پدیده اپتیکی را می‌بیند سریعا دنبال طراحی دستگاه های اپتیکی می‌رود.
اما باید بدانیم که بدون مجهز شدن به علم اپتیک نمی‌توانیم سیستم اپتیکی بسازیم و بدون سیستم اپتیکی زندگی نیز برای بشر مشکل خواهد بود.


لیزر چیست؟
نورلیزر کاملا متفاوت، قویتر و درخشانتر از هر نوع نوری که در طبیعت یافت می شود است. این نور قابلیت این را دارد که اجسام بسیار سخت و فلزی حتی الماس را که درجه سختی بلندی که دارد، با درخشش شان سوراخ کند، چون این نور به صورت دسته جمعی منعکس می نمایید بنا به یکجا بودن و تکفام بودن شان می تواند بر هرچیز دیگر غالب شود و آنرا سوراخ کند، این دسته جمعی پخش شدن و تکفام بودن نور یگانه فرق نور لیرزی با انواع دیگر نور که در طبیعت است را به اثبات می رساند. و همچنان نور ليزر را مي‌توان خيلي دقيق كنترل كرد و به صورت باريكه مداومي به نام موج ـ پيوسته يا انفجارهاي سريعي به نام تپ (پالس) در آورد.
بنابراین نور لیزر در طبعیت کاربرد زیاد دارد.
کاربرد لیزر:
از جمله کاربرد لیزر را می توان طور ذیل نام برد.
لیزر در طبعت دو نوع کاربرد دارد 1- برای جوشکاری اجسام فلیزی و سوراخ کردن اجسام سخت 2- باريكه‌هاي كم قدرت و فوق‌العاده دقيق انواع ديگر ليزر را مي‌توان براي انجام دادن كارهاي بسيار ظريف مثل جراحي روي چشم انسان به كار برد و در دستگاههاي ويدیويي از نور ليزر براي "خواندن" ديسكهاي ويدیويي و ايجاد تصوير متحرك همراه با صدا استفاده مي‌كنند. مقدار زيادي اطلاعات را روي ديسكهاي ليزري ضبط مي‌كنند تا بعدا روي صفحه كامپيوتر خوانده شوند يا توسط چاپگرهاي ليزري به شكل نسخه سخت روي كاغذ چاپ شوند. داکتران از نور ليزر به عنوان نوع جديدي "چاقوي جراحي" بدون خونريزي استفاده مي‌شود و وقتي كه نسجي مثل قسمت معيوب كيسه صفرا در خلال جراحي برداشته مي‌شود رگهاي خوني بسته مي‌شوند. كارهاي داکتران دندان با ليزر درد كمتري دارند و برای پرکاری دندان بعد از گذاشتن مواد مخصوص، از ليزر استفاده می کنند تا محکم و ثابت بیاید.
استفاده از لیزر در صنعت:
قسمی که در کاربرد لیزر در قسمت بالا ذکر شد، در صنعت نیز از ليزرها براي عمليات گرمايي فلزات، جوش دادن قسمتها به يكديگر، و وسایل همترازي دقيق استفاده مي‌شود. ليزرها را براي اندازه‌گيري دقيق فاصله‌هاي خيلي بزرگ و نيز فاصله‌هاي خيلي كوچك به كار مي‌برند. علاوه بر اينها، ليزرها را همراه با تارهاي نوري براي انتقال بهتر داده‌ها و بهبود ارتباط تلیفوني به كار مي‌گيرند.
لیزر چگونه کار می کند:
هر لیزر قسمت های مشخص دارد، اول این که یک لیزر باید یک چشمه انرژی وجود داشته باشد که این چشمه اغلبا یک الکتریسته است ولی بجای ان می توان یک چشمه پر قدرت نوری معمولی را استفاده کرد و یا حتا می توان از لیزر دیگر استفاده کرد.
قسمت لازم دیگر لیزر را به نام محیط فعال یاد می کند که محیط فعال عبارت از ماده است که میتواند انرژی را جذب و یا آزاد بتواند. که این محیط می تواند جامد باشد مثل یاقوت و یا بلور های دیگر، میتواند مایع باشد مثل بعضی رنگینه ها و می تواند گاز باشد مثل کار بن دای اکساید. که باریکه لیزر در حقیقت در همان قسمت محیط فعال تولید می شود.
آخرين قسمت اساسي ليزرساز و كار پسخوراند است. ساز و كار پسخوراند از دو آينه يا سطوح بازتابنده ديگر تشكيل شده است كه در دو انتهاي محيط فعال قرار مي‌گيرند. يكي از آينه‌ها، به نام جفتگر خروجي بازتابنده جزیي است.
در حقيقت دستگاه ليزر حكم يك منبع تابش كننده را پيدا مي‌كند. بطور خلاصه اين دستگاه مولد نور، از اجتماع يك تقويت كننده و دو آينه تشكيل يافته است. فضایي كه تقويت كننده و دو آينه را دربرمي‌گيرد حفره ‌گويند و محيط فعال هم، همين حفره است.
حالا می بینیم که لیزر چگونه کارمی کند.
عمل لیزر در چند مرحله انجام می گیرد. چشمه انرژی درخششی از خود می فرستد و محیط فعال آن را جذب می کند و انرژی جذب شده بعضی از اتم های محیط فعال را بر می انگیزد و آنها به تراز انرژی زیاتر می پرند. درخشش مکرر نور برای برانگیزش، یا پمپ محیط فعال ادامه می دهد. وقتی که در محیط فعال تعداد اتم های انرژی زیاد بیشتر از انرژی کم باشد، برعکس جمعیت یا به اصطلاح وارونه جمعیت بوجود می آید. که پدیده وارونه یا برعکس برای عمل لیزری ضروری است.
در حين عمل ليزري، اتمهاي با انرژي زياد، در حال برگشتن به تراز انرژي كم، انرژي اضافي خود را به صورت مقادير نوري ظريفي به اسم فوتون تابش مي‌كنند. اين نور به نوبه خود، اتمهاي ديگري را در محيط فعال برمي‌انگيزد و همين اتمها نيز نور آزاد مي‌كنند. به اين ترتيب اتمهاي بيشتر و بيشتري از محيط فعال فوتون تابش مي‌كنند و واكنش زنجيره‌اي افزايش انرژي راه مي‌افتد. اين پديده به گسيل(فرستادن نور) القایي موسوم است.
آينه‌هاي دو سر ليزر نور فرستاده شده را به محيط فعال بر مي‌گردانند و نور باز هم پرشدت‌تر مي‌شود، فرايندي كه تقويت نام دارد. با بيشتر و بيشتر شدن شدت، نور ايجاد شده در ليزر آن قدر قوي مي‌شود كه از جفتگر خروجي كه به طور جزیي نقره اندود است به صورت نور ليزر به بيرون مي‌گريزد.
معمولا ليزرها را بر حسب محيط فعالشان نامگذاري مي‌كنند. مثلا، در ليزر ياقوت محيط فعال تكه جامدي از ياقوت است. در ليزر رودامين از رودامين استفاده مي‌كنند. رودامين مايع رنگينه فلویورساني است كه به عنوان محيط فعال به كار مي‌رود. در ليزر گازي كربن دي اكسيد از كربن دي اكسيد به عنوان محيط فعال بهره مي‌گيرند و در ليزر گازي هليم نیون از مخلوط گازهاي هليم و نیون استفاده مي‌شود.
فرق نور لیزری با نور معمولی:
فرق لیزر با دیگر به صورت اشاره در بالا ذکر شده است ولی به صورت مختصر می توان گفت که یگانه فرق نور لیزر و نور معمولی که در طبیعت یافت می شود تکفام بودن شان است. و همچنان نور لیزر به صورت منظم پخش می شود، اما نور معمولی به صورت غیر منظم پخش می شود. که منظم و غیر منظم بودن آن را میتوان به پخش صدای منظم و غیر منظم تشبه کرد.
ويژگي ديگر نور ليزر راستايي بودن آن است. ليزر با باريكه‌هاي مستقيم حركت مي‌كند و نظير نور معمولي پخش نمي‌شود. مثلا، باريكه نور چراغ قوه كه بر ديواري در فاصله حدود 320 متر مي‌افتد دايره‌اي به قطر 65 متر را روشن مي‌كند. ولي، باريكه ليزر بر همين ديوار و در همين فاصله دايره‌اي به قطر حدود 3/0 متر را مي‌پوشاند.
یکی از فرق های عمده نور معمولی با نور لیزر این است که نور معمولی هنگام عبور از منشور به هفت رنگ دیگر تجزیه می شود، اما نور ليزر با گذشتن از منشور به همان صورت باريكه مستقيم تكفام وارد شده خارج مي‌شود.
انواع لیزر های موجود:
در طبيعت لیزر های مختلف وجود دارد که نظر به محیط فعال آن تقسیم می شود.
1- لیزر های جامد:
قمسیکه گفتیم در محیط فعال می توان از جامدات نیز استفاده کرد، یعنی هر نوع جامد نمی تواند در این محیط استفاده شود، پس جامدات باید دارای خاصیت ذیل باشد. بلور بايد شفاف باشد تا نور بتواند براي برانگيزش محيط فعال وارد آن شود و خود باريكه ليزر بتواند از آن بگريزد. علاوه بر آن، اتمهاي محيط فعال بايد بتوانند طول موجهاي مورد نظر را به وجود آورند.
جامدات و یا بلورهايي كه براي ايجاد ليزر به كار مي‌روند معمولا حاوي مقدار كمي ناخالصي هستند كه در بلور خالص وجود ندارد. بلور خالص ماده ميزبان، و فرايند افزودن ناخالصي آلايش ناميده مي‌شود. در ليزر ياقوت ماده ميزبان اكسيد آلومينيم و ماده آلاينده يا ناخالصي اكسيد كروم است. به همین منوال می توان بلور های دیگری را نیز در محیط فعال به کار برد. که هر یک دارای مقدار کمی ناخالص هستند.
2- ليزرهاي گازي
در ليزرهاي گازي نوع خاصي گاز داخل يك اتاقك شفاف بي‌درز مانند لامپ های یا نیون های فلیورسنت در جريان است. وقتي كه گاز جريان مي‌يابد، از دو الكترود مي‌گذرد، يكي با بار مثبت و ديگري با بار منفي. الكترونهايي كه بين الكترودها جريان دارند الكترونهاي داخل اتمهاي گاز در حال جريان را به ترازهاي انرژي بالا پمپ مي‌كنند.
بر خلاف جامد، گاز مي‌تواند جريان يابد يا حركت كند. با جريان گاز در داخل لوله، اتمهاي برانگيخته موقع دور شدن از الكترودها به تراز انرژي پايينتر مي‌افتند. الكترونهاي اتمهاي گاز برانگيخته با افتادن به تراز انرژي پايينتر نور های را از خود صادر میکند. اين فوتونها یا نور ها بين آينه‌ها به جلو و عقب بازتاب مي‌كنند و درست مثل ليزر جامد ياقوت تقويت مي‌شوند.
وقتي كه نور ليزري در سطح قابل استفاده برقرار شد، باريكه از طريق آينه خروجي نيم شفاف خارج مي‌شود. اكنون ليزر گازي هليم ـ نیون يكي از معمولترين ليزرهاي گازي است. همان طور كه از اسم آن برمي‌آيد، محيط فعال شامل مخلوطي از تقريبا ده قسمت گاز هليم و يك قسمت گاز نیون است. در ليزر گازي هليم ـ نیون باريكه ليزري توسط اتمهاي نیون ايجاد مي‌شود.
3- ليزرهاي مايع
ليزرهايي كه از مايعات به عنوان محيط فعال استفاده مي‌‌كنند اين مزيت را دارند كه، يك مايع داراي خاصيت همگني است و سرد كردن آن نيز به سهولت انجام مي‌پذيرد. بعلاوه در مايعات مي‌توان غلظت را به اختيار و به سهولت تغيير داد. بالاخره مايع را مي‌توان به آساني به هر شكل و حجمي درآورد. در صورتي كه اين خواص در بلورها بطور كامل وجود ندارد و بعلاوه عمل تبلور در آنها احتياج بدقت و زمان زيادي دارد.
خطوط ليزر حاصله از مايع پهن‌تر از خطوط ليزر جامد است. زيرا در مايعات مواد احاطه كننده يونهاي فعال مرتبا در حال تغيير حجم هستند. بنابراين مايعاتي را براي ليزر انتخاب مي‌كنند كه ترازهاي انرژي آنها ثابت مانده و از اغتشاشات خارجي حتي‌الامكان مصون باشد.