سلاحهای لیزری

[رزیتا]

اصول کار لیزر

مقدمه

اصطلاح لیزر (Laser) از حروف اول کلمات انگلیسی به معنی تقویت نور توسط نشر القایی تابش (Light Amplification by Stimulation Emession of Radiation ) درست شده است. از آنجا که این وسیله مبتنی بر همان اصول میزر (بجای نور لیزر ، میکروموج استفاده شده) است، تا مدتی به آن میزر (MASER: Microware Amplification by Stimulation Emession of Radiation) نیز اطلاق می‌شود، ولی نام آن به سرعت به لیزر که عبارتی ساده‌تر تبدیل شد. نور حاصل از لیزر ، همان نور معمولی است، تنها چیزی که نور لیزری را از نورهای معمولی متمایز می‌سازد هماهنگی ایجاد شده در نور لیزری می‌باشد. و این هماهنگی ویژگیهای خاص و کاربردهای مختلف آنرا در زمینه‌های بسیاری توجیه می‌کند.

فرض کنید یک کامیون کمپرسی پر از ماسه داریم، که ابتدا دانه‌های ماسه را یکی یکی بر روی فردی که روی زمین دراز کشیده می‌ریزیم، فرد هیچ گونه احساس فشار و ضربه و ناراحتی نکرده ، اگر همان ماسه را یکباره بر روی آن بریزیم چه اتفاقی می‌افتد. تقریبا تفاوت نور معمولی با نورهای حاصل از لیزر مشابه همین حالت می‌باشد. بطور کلی لیزرها انواع مختلف و زیادی دارند که وجه تمایز و دسته بندی انواع لیزرها را پارمترهایی از قبیل نوع محیط فعال (محیطی که عمل لیزر زایی یا به عبارتی تقویت در آنجا انجام می‌گیرد که می‌تواند جامد ، مایع و گاز نیز باشد) و نوع ساختار و شرایط فیزیکی حاکم بر آن تعیین می‌کند. لیزرها هم می‌توانند به صورت پالسی و هم پیوسته کار کنند، که بستگی به هدف و کاربردمان دارد.

آرایش دستگاههای لیزری

دستگاههای لیزر را محیط فعال ، آینه‌های لیزر و وسیله دمش (پمپاژ) تشکیل می‌دهند. بطور کلی ساختار یک لیزر نوعی به صورت زیر است:


آینه‌های مورد استفاده در لیزر ، با روشهای مختلف و پیشرفته لایه گذاری ساخته می‌شوند، بطوری که آینه خروجی دستگاه که باریکه لیزری از آن خارج می‌شود نیمه بازتاب و آینه اولی کاملا بازتاب کننده می‌باشد. آینه‌های لیزری به دو صورت می‌توانند روی سیستم سوار شوند:

1. آینه‌های داخلی: روی تیوپ نصب می‌شوند.
2. آینه‌های خارجی: آینه‌های خارجی دارای مزایایی بر آینه‌های داخلی هستند: در تماس با محیط خارجی فعال (بخصوص در لیزرهای گازی) فرسایش نمی‌یابند و قابلیت انعطاف بیشتری دارند.

چند نوع کاواک نوری (یا مشدد لیزری) متداول

روشهای دمش (پمپاژ) لیزری

1. دمش نوری لیزر: لامپ فلاش - نور لیزر (در لیزرهای حالت جامد به خاطر پهنای گذار تابشی)
2. دمش الکتریکی لیزر (در لیزرهای گازی)

خود دمش لیزری با طرحهای مختلفی انجام می‌گیرد. برای درک مفاهیم عمل لیزر ، لازم است که عبارات مهم نشر القایی ، تجمع معکوس و همدوسی و جهت مندی کاملا تشریح شوند.
نشر القایی

بنا به نظریه کوانتومی مدارهای الکترون (ترازهای انرژی) محدود به اندازه‌های منفصلی می‌باشند (غیر از این هم ممکن نیست) و انرژِی که هر اتم یا مولکول می‌تواند داشته باشد، به یکی از این مقادیر محدود می‌شود. به عبارت دیگر ، انرژی اتم یا مولکول و یا یون بر حسب اینکه الکترون چه مداری را اشغال کند، مقادیر منفصلی به خود می‌گیرد. به علاوه وقتی انرژی اتم با حرکت الکترون به مدارهای مجاز ، کاهش می‌یابد، فوتونی منتشر می‌شود که انرژی E∆ آن برابر اختلالف انرژی اتم در قبل و بعد از انتقال الکترون می‌باشد. این فوتون می‌تواند به صورت موجی در نظر گرفته شود که فرکانس ν آن از رابطه انیشتین E = hν بدست می‌آید، که در این رابطه h ثابت پلانک می‌باشد.

هر اتم را می‌توان بصورت مجموعه‌ای از ترازهای انرژی ممکنه در نظر گرفت که هر تراز مربوط به شکل پذیری خاص الکترون می‌باشد. پایینترین حالت انرژی را حالت پایه اتم یا مولکول گویند، که اکثرا در هر لحظه در این پایه قرار دارند. گذار اتم به ترازهای با انرژی بالاتر (ترازهای بالا) با صرف انرژی به صورت فوتون تابشی و انتقال انرژی فوتون تابشی به اتم صورت می‌گیرد. این حالت به پدیده جذب موسوم بوده و فرکانس و انرژی فوتون تابشی با رابطه انیشتین که اشاره شد بهم مربوطند.

در نتیجه جذب تابشی ، اصطلاحا گفته می‌شود اتم به حالت برانگیخته ارتقاء می‌یابد. از آنجا که تنها ترازهای گسسته انرژی وجود دارند، لذا در مورد فرکانسهایی از تابش که توسط هر ترکیب خاص جذب می‌شوند، گزینش پذیری معینی برقرار است. فرآیند معکوس جذب تابش ، نشر حاصل از تغییر اتم از یک حالت انرژی بالا به حالت انرژی پایین است. انیشتین نشان داد که در حقیقت نشر به دو طریق می‌تواند صورت بگیرد:

1. با تغییر اتم به حالت پایینتر بطور اتفاقی ، که این عمل نشر خودبخودی نامیده می‌شود.
2. اندرکنش اتم با فوتونی که دارای انرژی برابر با اختلاف انرژی دو تراز که اتم در حالت بالایی آن قرار دارد، سبب می‌شود که اتم به سطح پایین تغییر کرده و ایجاد اتم ثانوی نماید. این عمل معکوس عمل جذب بوده و به نام نشر تحریکی یا نشر القایی شناخته می‌شود. نشر خودبخودی مستقل از هر گونه عامل خارجی می‌باشد.
   
   حال به بیان دو نقطه مهم تحریکی می‌پردازیم که خواص لیزری به آنها بستگی دارد. اول اینکه فوتون حاصل از نشر تحریکی تقریبا هم انرژی با فوتون ایجاد کننده نشر تحریکی است و از اینرو فرکانس آنها تقریبا باید مساوی باشد. ثانیا امواج نوری مربوط به این دو فوتون همفاز هستند و همدوس گفته می‌شود. در حالت نشر خودبخودی تولید اتفاقی فوتونها امواجی با فاز اتفاقی شده که نور ناهمدوس گفته می‌شوند.

تجمع معکوس

دو سیستم انرژی دو ترازی در نظر بگیرید که در یکی از آنها اتمی در حالت برانگیخته (بالا) و دیگری در حالت پایه (یایینی) باشد. فرض کنید فوتونی با انرژی برابر اختلاف بین دو تراز به این اتمها نزدیک شود. احتمال وقوع کدام یک از پدیده جذب یا نشر تحریکی بیشتر است؟ انیشتین نشان داد که تحت شرایط معمولی احتمال اتفاق هر دو پدیده یکی است. بنابراین واضح است که در سیستمی که تعداد زیادی اتم (یا مولکول) وجود دارد، پدیده غالب بستگی به تعداد نسبی اتمهای موجود در حالت بالایی و پایینی خواهد داشت.

تجمع بیشتر (یعنی تعداد اتمهای بیشتر) در تراز بالا سبب غالب بودن نشر تحریکی خواهد شد، در صورتی که اگر تعداد بیشتری اتم در تراز پایین موجود باشند، جذب بیشتر از نشر تحریکی خواهد بود. برای غالب بودن نشر تحریکی ، لازم است که به تجمع تراز بالایی افزوده شود که تجمع آن بیشتر از تجمع حالت پایین باشد، حالتی که به نام تجمع معکوس شناخته می‌شود. پس شرط اصلی لیزر زایی ، اعمال و فراهم آوردن شرایطی جهت تجمع معکوس می‌باشد.

همدوسی

همدوسی فضایی

از مشخصات تحریکی این است که امواج برانگیخته با موج برانگیزنده در یک فاز قرار دارند، یعنی تغییرات فضایی و زمانی میدان الکتریکی دو موج باهم یکسان هستند. بنابراین در یک لیزر ایده‌ال انتظار داریم که میدان الکتریکی با زمان تغییر کند، به مانند هر نقطه دیگری سطح مقطع پرتو چنین پرتوی دارای همدوس فضایی کامل است.
همدوس زمانی

همدوس زمانی به ارتباط فازی نسبی میدان الکتریکی بر حسب زمان بستگی دارد. اگر فاز بطور یکنواخت با زمان تغییر کند، پرتو از نظر همدوس زمانی کامل است. دو مقدار مفیدی که به همدوس زمانی مربوطند عبارتند از: زمان همدوسی و طول همدوسی.


برای درک این موضوع ، پرتوی را به دو قسمت مساوی تقسیم می‌کنند و مجددا پس از طی مسافت مختلف آنها را باهم ترکیب می‌کنند، این فرآیند اساس وسیله‌ای به نام تداخل سنج مایکلسون است.
جهتمندی (Directionality)

یک منبع نور معمولی (مانند لامپهای تخلیه و ...) در تمام جهات دلخواه تابش می‌کند و نور حاصل از آنها جهتمند نیست. این در حالی است که خروجی یک لیزر ممکن است خیلی نزدیک به یک موج تخت باشد که واگرایی آن فقط بخاطر اثرات پراش است. خروجی یک لیزر معمولا دارای یک توزیع شدت عرضی است. برای مثال یک لیزر He - Ne که در مود اساسی خود نوسان میکند، دارای یک توزیع دامنه گوسی است:

و

که در آن انتشار در راستای Z بوده و کمیت

مشخص کننده اندازه لکه باریکه است. هر قدر که اندازه

بزرگ باشد واگرایی کم است. این کار با استفاده از یک سیستم ساده متشکل از دو عدسی صورت میگیرد. جهت مندی بالای باریکه لیزری ، باعث میشود که بتوان آنرا در در لکه بسیار کوچکی کانونی کرد و چنین شدتهای بالای لیزری منجر به کاربردهای فراوان در صنعت نظیر جوشکاری ، سوراخ کاری و برش کاری و ... می‌شود.
مباحث مرتبط با عنوان

• آرایش آینه‌های لیزر
• ایمنی لیزری
• تجمع معکوس
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• دمش الکتریکی لیزر
• دمش نوری لیزر
• سلاحهای لیزری
• فاصله یاب لیزری
• فیزیک لیزر
• ماهیت نور همدوس لیزر
• میزر
• فیزیک لیزر
• لیزر
• نشر القایی
• نشر خودبخودی
• همدوسی

[رزیتا]

انواع لیزر

لیزر حالت جامد

در این نوع لیزر ، ماده فعال ایجاد کننده لیزر ، یک یون فلزی است که با غلظت کم در شبکه یک بلور یا درون شیشه ، به صورت ناخالصی قرار داده شده است. فلزاتی که برای این منظور بکار می‌روند عبارتند از:

• اولین سری فلزات واسطه
• لانتانیدها
• آکتنیدها

ازمهمترین لیزرهای حالت جامد می‌توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزرهای نئودنیوم (Nd:glass , Nd:YAG) می‌توان نام برد.

لیزر گازی

ماده فعال در این سیستمها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از این مواد عبارتنداز: نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم_نئون) ، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم ، آرگون ، کریپتون ، هگزا فلورئید و ... .
لیزر مایع

از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می‌شود. (اثر رامان). بعضی از این مواد عبارتند از: تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن. گاهی محیط فعال برخی از این لیزرها را محلولهای برخی ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول ، متانول یا آب تشکیل می‌دهد. این رنگها اغلب جز رنگهای پلی‌متین یا رنگهای اگزانتین و یا رنگهای کومارین هستند.
لیزر نیم رسانا

این نوع لیزرها به لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز معروفند. نیم رساناها از دو ماده که یکی کمبود الکترون داشته ، (نیم رسانای نوع p) و دیگری الکترون اضافی دارد، (نیم رسانای نوع n) تشکیل شده‌اند. وقتی این دو به یکدیگر متصل می‌شوند، در محل اتصال ناحیه‌ای به نام منطقه اتصال p_n بوجود می‌آید. آن منطقه جایی است که عمل لیزر در آن رخ می‌دهد.

الکترونهای آزاد از ناحیه n و از طریق این منطقه به ناحیه p مهاجرت می‌کنند. الکترون هنگام ورود به منطقه اتصال ، انرژی کسب می‌کند و هنگامی‌ که می‌خواهد به ناحیه p وارد شود، این انرژی را به صورت فوتون از دست می‌دهد. اگر ناحیه p به قطب مثبت و ناحیه n به قطب منفی یک منبع الکتریکی وصل شود، الکترونها از ناحیه n به ناحیه p حرکت کرده و باعث می‌شوند تا در منطقه اتصال ، غلظت زیادی از مواد فعال بوجود آید. با از دست دادن فوتون ، تابش الکترومغناطیسی حاصل می‌گردد.

چنانچه دو انتهای منطقه اتصال را صیقل دهند، آنگاه یک کاواک لیزری بوجود خواهد آمد. اصولا این نوع لیزرها را طوری می‌سازند که با استفاده از ضریب شکست دو جز p و n ، کار تشدید پرتو لیزر انجام شود. یکی از نقاط ضعف لیزرهای نیم رسانا همین است، زیرا با تغییر دما ، میزان ضریب شکست و به دنبال آن 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 بلور گالیم_آرسنید استفاده می‌شود که در آن تلوریم و روی به عنوان ناخالصی وارد می‌شوند. هنگامی که در بلور فوق بجای برخی از اتمهای آرسنیک ، اتم تلوریم قرار داده شود، جسم حاصل نیم رسانایی از نوع n برده و وقتی که اتمهای روی مستقر می‌گردند، ماده بدست آمده از خود خاصیت نیم رسانای p را نشان خواهد داد.

لیزر شیمیایی

در این نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده‌ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می‌شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می‌افتد. تجزیه هالید نیتروزیل (

) و

توسط نور را می‌توان به عنوان مثال ذکر نمود. در تجزیه هالید نیتروزیل

و در تجزیه

،

برانگیخته می‌شود.

می‌تواند کلر یا برم باشد.
لیزر کی‌لیتی

به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی‌لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستمها چندان مورد توجه نبوده است. این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است. یکی از مکانیسمهای پیشنهادی برای این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه برمی‌گردد.

این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است. β - دی‌کتونها از جمله لیگاندهایی هستند که با لانتانیدها تولید ترکیبات کی‌لیتی می‌نمایند. در چنین سیستمهایی می‌توان با استفاده از یونهای فلزی گوناگون ، لیزرهای کنترل شده) بدست آورد. لکن نیاز به درجه حرارت پایین جهت تامین کارآیی خوب ، از توجه و مطالعه در مورد این سیستمها کاسته است.
مباحث مرتبط با عنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• پیدایش لیزر
• فیزیک لیزر
• لیزر الکترون آزاد
• لیزر دی اکسید کربن
• لیزر شیمیایی
• لیزر گاز دی اکسید کربن
• لیزر نیم رسانا
• لیزر هلیوم - نئون
• لیزر یاقوت
• لیزرهای حالت جامد
• لیزرهای دیودی
• لیزرهای گازی

[رزیتا]

ایمنی لیزری

مقدمه

هر چند لیزرها سابقه خوبی از نظر ایمنی دارند، بسیاری از خطرات مربوط به عملیات لیزری بطور مستقیم به خود باریکه ارتباط ندارد. در واقع ، بزرگترین خطر اغلب ناشی از منبع تغذیه ولتاژ بالایی است که معمولا برای لیزرها و تجهیزات الکترواپتیکی مربوط همراه آنها بکار می‌رود. در ضمن مشخص شده که بیشتر حوادث جدی که کاربران لیزر تاکنون با آن مواجه بوده‌اند، ناشی از برق گرفتگی بوده است. اغلب خطرهای اضافی دیگری نیز وجود دارند، مانند خطرهای کار با تجهیزات سرمازایی مورد استفاده برای خنک کردن منابع پرتوان و مواردی از این قرار که با اتخاذ روشهای پیشگیرانه واضح و کاملا مدون می‌توان بیشتر چنین خطرهایی را رفع کرد. لذا بیشتر به خطرهای ناشی از تابشهای نوری همراه باریکه لیزر توجه می‌کنیم.

ایمنی باریکه لیزری

بیشتر لیزرها تابشی گسیل می‌دارند که با احتمال خطر همراه است. درجه خطرناکی بستگی به مشخصات خروجی لیزر ، طریق استفاده از آن و تجربه فردی که با آن کار می‌کند، دارد. روشی که تابش لیزر ایجاد صدمه می‌نماید، شبیه به همه دستگاههای بیولوژیکی است و با فرآیندهای حرارتی ، صوتی - حرارتی و شیمیایی - نوری همراه است. درجه‌ای که هر یک از این مکانیسمها باعث خسارت می‌شود، بستگی به مشخصات چشمه لیزر مانند طول موج ، زمان پالس ، توان و اندازه تصویر و چگالی انرژی دارد. اولین عامل صدمه ، جذب تابش توسط سیستم بیولوژیکی است. جذب در تراز اتم و یا مولکول است و بنابراین به طول موج بستگی دارد. بنابراین در مرحله اول این طول موج لیزر است که تعیین می‌کند بافت آسیب پذیر کدام است.

بطور کلی ، ارتباط بین مکانیزم خسارت به دلیل در معرض نور قرار گرفتن بسیار پیچیده می‌باشد. احتمال ورود باریکه موازی شده لیزر ، هم بطور مستقیم و هم در اثر بازتاب به درون چشم ، بزرگترین عامل نگرانی است. بسته به طول موج ، شدت و زمان قرار گرفتن چشم در معرض باریکه ، انواع آسیبهای مختلف می‌تواند به چشم وارد شود. مکانیسم دقیق آسیب دیدن بافتها در نواحی زیر قرمز و مرئی ناشی از آثار گرمایی یا حتی در بعضی موارد به علت ضربه‌های فوتوآکوستیکی است. در حالیکه در فرابنفش ، آسیب در اثر فرآیندهای نور شیمیایی آغاز می‌شود.

با توجه به اینکه اکثر تابشهای لیزر در فرابنفش یا زیر قرمز قرار دارند، به دلیل نامرئی بودن نور احتمال آسیب دیدگی تصادفی چشم زیاد است. چنین تابشی روی شبکیه متمرکز نمی‌شود، بلکه قرنیه و عدسی آنرا جذب می‌کنند و این باعث آسیب می‌شود. در حالیکه تابش در ناحیه مرئی و نزدیک مادون قرمز ، باعث صدمه به شبکیه می‌شود. به بیان عمومی ، پوست بیشتر از چشم می‌تواند مورد تابش قرار گیرد، که در این مورد میزان خسارت به طول موج و به خصوص به تابش ماورا بنفش بستگی دارد. هر سازمانی که از لیزرها استفاده می‌کند باید که ایمنی تجربه را ارائه کند که بایستی براساس دسته بندی لیزرها باشد.

دسته بندی لیزر بر اساس "Bss4803"

کلاس1

توان خروجی به قدری کم است که ذاتا ایمن است.
کلاس2

چنین لیزرهایی در قسمت مرئی بیناب کار می‌کنند و توان خروجی آن 1mW (میلی ولت) محدود برای کارکرد به صورت مداوم (Cw) می‌شود. چنین لیزرهایی ذاتا ایمن نیستند. اما بعضی محافظهای چشمی توسط عکس‌العمل طبیعی چشم ، مانند عکس‌العمل پلکها وجود دارد. خطرات را می‌توان با مراحل نسبتا ساده‌ای کنترل نمود.
کلاس 3A

این لیزرها در قسمت مرئی بیناب (400nm - 700nm) کار می‌کنند و خروجی آنها به 5mW برای عمل به صورت مداوم (CW) می‌باشد. بعضی از حفاظها از طریق عکس‌العمل ذاتی صورت می‌گیرد. نگاه کردن مستقیم به کمک تجهیزات نوری ممکن است خطرناک باشد.
کلاس 3B

این لیزرها در قسمتی از طیف الکترومغناطیسی بین طول موجهای 200nm تا 1mm، عمل می‌کنند. توان خروجی آنها 500mW برای عملکرد مداوم (CW) است. نگاه کردن مستقیم به آن زیانبار است و باید از آن پرهیز شود. بازتابهای مستقیم ممکن است خطرناک باشد. اما بازتابهای پخش شده عموما خطرناک نیستند. در هیچ شرایطی باریکه نور بوسیله تجهیزات نوری نباید دیده شود. کنترل بیشتر و دقیقتر در اندازه‌ گیریها ضروری است.
کلاس 4

این لیزرها هم در طول موجهای ناحیه 200nm و هم در 1mm کار می‌کنند و توان خروجی آنها از 500mW تجاوز می‌کند. نه تنها مشاهده مستقیم باریکه ، بازتابهای مستقیم آن خطرناک است در بعضی از شرایط مشاهده بازتابهای پخش شده نیز برای چشم مضر است. به علاوه احتمال خطر برای پوست ، در اثر تابش مستقیم لیزر و بازتابهای غیر مستقیم مرتبه اول نیز وجود دارد. باریکه چنین لیزرهایی قادر به ایجاد شعله در مواد است، لذا باید احتمال خطر و آتش سوزی را کاهش داد. استفاده از لیزرهای کلاس 4 احتیاج به احتیاط بسیار زیاد برای ایمنی هم برای کاربر و هم برای پرسنل دیگر دارد. در صورت امکان باید سیستم کلا جدا باشد.

احتیاطهای ایمنی

استفاده ایمن لیزرها غالبا با تهیه قفلهای داخلی و چراغ اخطار در درهای ورودی اتاقها ، جائیکه لیزرها مورد استفاده قرار می‌گیرند، به همراه متوقف کننده پرتو و ایجاد حصار همراه است. موادی که پخش کننده بازتاب هستند، باید حتی‌الامکان بکار برده شوند. عینکهای محافظ چشم خاص برای ناحیه طول موجهای به خصوص استفاده شوند.
مباحث مرتبط با عنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• ایمنی لیزری
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• سلاحهای لیزری
• طیف سنجی جرمی با لیزر
• فاصله یاب لیزری
• فیزیک لیزر
• پیدایش لیزر
• لیزر الکترون آزاد
• لیزر دی اکسید کربن
• لیزر گاز دی اکسید کربن
• لیزر نیم رسانا
• لیزر هلیوم - نئون
• لیزر یاقوت
• لیزرهای حالت جامد
• لیزرهای دیودی
• لیزرهای گازی
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد پزشکی لیزر
• کاربرد لیزر در اندازه گیری و بازرسی
• کاربرد لیزر در هولوگرافی
• کاربرد لیزر در مصارف نظامی

[رزیتا]

تمام نگاری

نگاه اجمالی

واژه holography ریشه یونانی دارد و در اصل به معنی"تصویر سراسری" است، که معادل فارسی آن را تمام نگاری گفته‌اند که نتیجه عمل تمام نگاشتها است. تمام نگاشتها انواع بسیار متفاوتی دارند، ولی جملگی در یک ویژگی شاخص مشترکند و آن این است، تصویرهای واقعی سه بعدی اجسام اصلی را باز آفرینی می‌کنند.

تاریخچه

مبحث تمام نگاری در سال 1947 با ابتکار عمل دیش گابور کشف شد. وی در سال 1971 جایزه نوبل در فزیک را دریافت کرد. در اوایل دهه 1960 امت لایث (Emet - Lais) و جوریس پویا تنیکس ( Joris -yopatniks) از ایلات متحده آمریکا و جود نیس یوک (u - ***** - yok) از روسیه بطور مستقل از یکدیگر روشهای دیگر را برای بهره گیری از نور لیزر در ساختن تمام نگاشتها کشف کردند.
تمام نگاشت چیست؟

دو یا چند باریکه نور که از چشمه لیزر یکسانی سرچشمه می‌گیرند، تنشهایی تداخلی می‌سازند و تمام نگاشت محیطی حساس نسبت به نور ( قبل امولسیون عکاسی) است که این نقش را روی خودش ثبت می‌کنند. در طرح متداول ساخت تمام نگاشت، باریکه‌ای لیزری با استفاده از آینه نیم بازتابنده به دو باریکه تقسیم می‌شود. یکی از باریکه‌ها پس از گستره شدن بوسیله عدسی یا آینه خمیده ، یه سمت لایه امولسیون که روی یک سطح شیشه‌ای قرار دارد تابانده می‌شود. این باریکه مربع را (R) می‌گویند.

بقیه نور گسترده می‌شود تا به جسم سه بعدی که می‌خواهیم تصویر آنرا تشکیل دهیم، تابانده شود. نوری را که از جسم پراکنده می‌شود به سمت صفحه عکاسی می‌رود، باریکه جسم (O) می‌گویند. نظر به اینکه تمام پرتوهای نور از یک چشمه لیزر می‌آیند، دو باریکه نسبت به هم همدوس هستند و نقشهای تداخلی مشخصی را بوجود می‌آورند.
نحوه ایجاد تمام نگاشت

برای درک بهتر این فرآیند ، ابتدا ساده‌ترین جسم یعنی یک نقطه در فضا در نظر بگیرید که در فاصله زیادی از صفحه عکاسی قرار گرفته‌اند و تحت زاویه 90ْ نسبت به یکدیگر باهم تداخل می‌کنند. نقش تداخلی ایجاد شده ، دقیقا همانند نقش تداخلی حاصل از دو شکاف یانگ برای حالتی است که فاصله بین فریزها بسیار زیاد باشد. تمام نگاشتی که تحت تابش قرار گرفته و ظاهر شده است، توری پراشی است با d = λ (برابر با طول موج) که در آن d فاصله بین فریزها و λ طول موج نور است.

نور لیزر که از نقطه R می‌آید تمام نگاشت را روشن می‌کند. نور پراشیده بنابر معادله mλ = d SinΘ به ازای زاویه Θ = 90ْ بدست می‌دهد. پراش مرتبه‌های بالاتر ممکن نیست به این ترتیب تمام نور پراشیده شده تصویر مجازی از O بوجود می‌آورد. اگر پرتوها به سمت عقب و بسوی R جهت داده شوند (′R .(O نیز بسوی عقب بازسازی می‌شود، اگر پرده‌ای حل ′O قرار گیرد، تصویر حقیقی جسم را نشان خواهد داد.
تمام نگاشت تراگسیلی

اگر بجای نقطه O یک جسم سه بعدی که با نور لیزر روشن شده است قرار دهیم، باریکه جسم O در این حالت از مجموعه وسیعی از چشمه‌های نقطه‌ای تشکیل می‌شود که نشان دهنده نقاط پراکندگی جسم است. اکنون آنچه روی صفحه عکاسی ثبت می‌شود، برهمنهی از توریهای پراش خواهد بود. در صورتی که این صفحه را به کمک R یا ′R روشن کنیم به ترتیب ، تصویر مجازی یا حقیقی از جسم را می‌توان مشاهده کرد. حاصل ثبت تصویر به روش بالا را تمام نگاشت تراگسیلی می‌نامند.

این تمام نگاشت دارای این خاصیت که هر قسمت کوچکی از آن می‌تواند تصویر کامل جسم را بازسازی کنند. این موضوع را می‌توان با تشخیص این نکته که هر مساحت کوچکی از تمام نگاشت خود تمام نگاشت کوچکتری است درک کرد.
ساخت تمام نگاشتهای ساده

• نور لیزر هلیوم - نئونی با توان 1 تا 5 میلی وات به کمک آینه کاری ، که سطح جلوی آن نقره اندود شده پخش می‌شود. قسمتی از نور مستقیما به صفحه عکاسی می‌رسد باریکه مرجع را تشکیل می‌دهد. که در اینجا R همان کانون آینه است. قسمت دیگری از نور ، جسم مورد نظر را روشن می‌کند و پس از پراکندگی از آن به صفحه عکاسی می‌رسد و باریکه جسم را تشکیل می‌دهد. صفحه عکاسی و جسم را روی صفحه فولادی قرار داده که خود آن روی تیوب لاستیک باد شده‌ای مستقر شده است تا ارتعاشات مکانیکی را از زیر جذب کند.
  
  تمام اجزای این آزمایش ، به کمک آهنربا یا بوسیله چسب سر جای خود ثابت نگه داشته می‌شوند. این کار ضروری است زیرا در خلال نور دهی که ممکن است چندین ثانیه طول بکشد، هر حرکت نسبی جسم و صفحه عکاسی سبب محو شدن آن نقشهای تداخلی میکروسکوپیکی که در حال ثبت شدن است می‌شود و کار بی‌نتیجه می‌ماند. در حالت کلی برای روشن کردن صفحه‌های بزرگ به صورتی هنرمندانه یا مقیدتر ، به تجهیزات نوری بسیار مفصلتری نیاز است.
• با بهره گیری از لیزر یاقوتی ، که می‌تواند بیش از 1 ژول انرژی نوری را در زمانی کوتاهتر از 20 نانو ثانیه گسیل دارد. می‌توان تمام نگاشتی از توده‌ای از اجسام متحرک مانند اشخاص زنده ، را تهیه کرد. زمان نور دهی بسیار کوتاه ، امکام ثبت نقشهای تداخلی را بدون محو شدگی بدست می‌آورد. واضح است که در این موارد ، اقدامات احتیاطی لازم جهت محافظت از چشم اشخاص باید صورت بگیرد. توجه کنید که در اینجا جسم در تماس با صفحه عکاسی و در طرف مقابل نور مرجع R قرار دارد.
  
  نظر به اینکه تمام نگاشت ، تمام نگاشت حجمی است، فاصله میان صفحات براگ منجر به تعیین طول موج بازسازی شده می‌شود. اگر از انبساط و انقباض امولسیون در مراحل عملیاتی جلوگیری کنیم، تصویر بازسازی به کمک نور سفید ، به رنگ نور لیزری خواهد بود که هنگام ثبت مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از امولسیونی که نسبت به طول موجهای سرخ ، سبز و آبی حساس شده باشد می‌توان به تصاویر تمام رنگی است را که بطور شگفت آوری واقعی هستند.

انواع تمام نگاشت

گونه‌های ترکیبی فراوانی از تمام نگاشتهای تراگسلی بازتابی وجود دارد. متداولترین نوع تمام نگاشت آنهایی هستند که برای مقاصد امنیتی ، مانند مورد کاستهای اعتباری ، بکار گرفته می‌شوند. اینگونه تمام نگشاتها در واقع نگاشتهای تراگسیلی هستند که روی سطحی بازتابان برجسته کاری شده‌اند و معمولا در این نوع تمام نگاشتها از اختلاف نظر قائم صرف نظر می‌شود.

• نوع دیگری از تمام نگاشتهای رایج ، تمام نگاشت انتگرالی است. این نوع تمام نگاشت با استفاده ا از ترکیب تعدادی تصویرهای دو بعدی (مانند عکس ، تصویرهای گرافیکی رایانه‌ای) بطور مصنوعی ساخته می‌شود.

کاربردها

علاوه بر موارد استفاده آشکار تمام نگاری در هنر و تولید تصویر در کنار استفاده فرعی آن در امور امنیتی ، سه زمینه اصلی کاربرد آن به شرح زیر است:
ذخیره اطلاعات

وقتی ′R به سوی 1mm2 از تمام نگاشت تراگسیلی تابانده شود. تصویر حاوی هشت مگابیت اطلاعات با سرعت نور روی پرده تصویر (صفحه عکاسی) پدید می‌آید. در فاصله 30 سانتیمتری بین تمام نگاشت و پرده تصویر ، این مقدار اطلاعات در حکم تخلیه یک مگا بایت اطالاعات در هر نانو ثانیه است! به لحاظ نظری ، هر مکعبی به حجم λ3 می‌تواند مقدار یک اطلاعات تمام نگاشتی را در خود ذخیره کند.

به این ترتیب ، تمام نگاشتی با حجم 1Cm3 می‌تواند مقدار یک ترابایت (1012 بایت) اطلاعات در خود ذخیره کند که بدون استفاده از سیم در فضا قابل انتقال است (اتصال در فضای تهی)، این توانایی امروزه در آزمایشگاه به نمایش گذاشته می‌شود. با بهره‌گیری از بلورهای مصنوعی خارق العاده ، این سیستم حافظه تمام نگاشتی می‌تواند بخواند و بنویسد. به این ترتیب ، تمام نگاشتها در رایانه‌های اپتیکی که در آینده نزدیک وارد عرصه فعالیت می‌شوند، نقش پیشگامانه بر عهده خواهند داشت.
عناصر اپتیکی تمام نگاشتی (HOE)

تمام نگاشتها را می‌توان چنان ساخت که مانند عدسی و یا اینکه عمل کنند. به علاوه اپتیک تمام نگاشتی را می‌توان بوسیله رایانه چنان طراحی کرد که انجام عملیاتی که در اپتیک استاندارد غیر ممکن است امکان پذیر شود. در حال حاضر تراشه‌های الکترواپتیکی که در آنها الکترونیک با لیزرهای میکروسکوبیکی و تارهای نوری و تمام نگاری طراحی شده با رایانه ترکیب شده است، فعالانه مورد مطالعه هستند.

توانمندی ذاتی اپتیک در پردازش موازی ، برای برطرف کردن مشکل تراکم ورودی - خروجی که هم اکنون در رایانه‌های الکترونیکی وجود دارد، کمک خواهد کرد. علاوه بر رایانه عناصر اپتیکی تمام نگاشتی بطور موفقیت آمیزی در روبش ، صفحه نمایش سر بالا (پنجره شفافی که از طریق آن یک راننده می‌تواند همینطور که سرش بالاست و به جلو نگاه می‌کند اطلاعات مورد نیازش را بخواند و در ابزارهای گوناگون پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است.)
تداخل سنجی

درست به همان ترتیبی که آلبرت مایکسون با بهره گیری از تداخل سنجی قادر بود طول متر را با بیشترین دقت تعیین کند، تداخل سنجی تمام نگاشتی (تمام سنجی) را نیز می‌توان برای اندازه گیری سه بعدی با دقت بسیار زیاد مورد استفاده قرار داد. این به این صورت امکان پذیر است که از تمام نگاشت نگاه کنیم و بطور همزمان تصویر مجازی ذخیره شده و جسم حقیقی را مشاده کنیم. تصویر مجازی ، در زمان حقیقی با نور پراکنده شده از جسم حقیقی تداخل می‌کند و اختلاف دما را به کمک فریزهای زنده نشان می‌دهد.
مباحث مرتبط با عنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• فیزیک لیزر
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد لیزر در هولوگرافی

[رزیتا]

خواص نور لیزر


مقدمه

لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر ، آنرا از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر ، به خواص مشخصه آن پی برده شد. و ما بصورتی گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده ، در علوم مختلف بخصوص صنعت و پزشکی و ... ایجاد کرده است. به جرأت می‌توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.

پهنای باریکه

از آنجا که نشر القایی ، فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقا یکسان تولید می‌کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود 1mm دارد منجر می‌شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه‌ای نازک و اساس موازی از نور را که معمولا دارای توزیع گاوسی از شدت است، از آینه خروجی به بیرون منتشر می‌کند. زاویه واگرایی باریکه لیزر مقداری در حدود 1mrad است، که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می‌کند.

هر چند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می ود، ولی به ازا اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای روی زمین ایجاد می‌کنند. از آنجا که لیزر باریکه‌ای اصولا موازی از نور را نه در تمام جهتها بلکه در راستای مشخصی نشر می‌کند، مناسبترین معیار شدت ، تابیدگی است. توان: انرژی در واحد زمان.

سطح/توان = I تابیدگی

در این اینجا منظور از توان ، توان خروجی لیزر است، نه توان ورودی به آن. با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده می‌توان تابیدگی را افزایش داد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج می‌باشد. خروجی لیزرها که دارای یک توزیع گوسی از شدت می‌باشد، ماکزیمم شدت (قله یا پیک) تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است. و این شدت ماکزیمم (پیک) حاصل از یک لیزر تپی بطور وارون با مدت تپ متناسب است، روشها گوناگونی برای کاستن از طول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.
همدوسی

همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می‌کند و باز هم این خاصیت ، نتیجه ماهیت فرآیند نشر القایی است. نور حاصل از منابع معمولی که توسط نشر خود به خودی کار می‌کنند، به نور غیر همدوس آشفته موسم است. در این موارد ، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساسا تصادفی بین آنها ، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می‌آید. در مقابل در لیزر ، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می‌شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره ، همفازند.

مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می‌ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می‌شود. بنابراین دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله‌ای کمتر از طول همدوسی ، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی برای انواع مختلف لیزر متفاوت است. مهمترین کاربرد همدوسی لیزری تمام نگاری (هولوگرافی) است، که روش برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار می رود.
تکفامی

مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد، تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از این حقیقت منشأ می‌گیرند که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه ، نشر می‌شوند و بنابراین تقریبا فرکانسهای دقیقا یکسانی دارند. تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر ، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، بطورری که برای رسیدن به تکفامی بهینه باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس لیزر تعبیه کرد. معمولا برای این کار از یک نسخه استفاده می‌شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می‌گیرد و به گونه‌ای تنظیم می‌شود، که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی ، بطور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند.

کاربردهای مهم پهنای کم باریکه

در صنعت سازه مثلا در حفر تونلها دریابی و فاصله‌ یابی و نظارت بر آلودگی اتمسفر (امکان نظرات بر گازهای خروج از دودکش کارخانه‌ها ، با تجزیه و تحلیل نور پراکنده از روی سطح زمین امکان پذیر است.
کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد

برش و جوشکاری با لیزر ، صنعت هوافضا و نساجی ، جراحی چشم و جراحیهای دیگر، مزایای بسیار زیادی برای استفاده از لیزر در چپنین جراحیهایی وجود دارد، روش لیزری تخریبی نیست و نیازی به بیهوشی ندارد و با توجه به مدت زمان کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت نگهداری طولانی عضو نیست.
کاربرد همدوس لیزر

هولوگرافی (تمام نگاری) ، که از خود این روش درست قطعات خودرو تأسیسات ، ترکیدگی داخلی لاستیکهای هواپیما ، فشرده سازی اطلاعات (اعم از تصاویر و متن و ...) و بازسازی اطلاعات.
کاربرد تکفامی نور لیزری

جداسازی ایزوتوپها ، صنایع هسته‌ای.
مباحث مرتبط با عنوان

• میزر
• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• ایمنی لیزری
• تمام نگاری
• سلاحهای لیزری
• طیف سنجی جرمی با لیزر
• فاصله یاب لیزری
• فیزیک لیزر
• پیدایش لیزر
• لیزر الکترون آزاد
• لیزر دی اکسید کربن
• لیزر گاز دی اکسید کربن
• لیزر نیم رسانا
• لیزر هلیوم - نئون
• لیزر یاقوت
• لیزرهای حالت جامد
• لیزرهای دیودی
• لیزرهای گازی
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد پزشکی لیزر
• کاربرد لیزر در اندازه گیری و بازرسی
• کاربرد لیزر در هولوگرافی
• کاربرد لیزر در مصارف نظامی

[رزیتا]

طیف سنجی جرمی با لیزر

نوعی طیف سنج جرمی
نگاه کلی

بعد از اینکه دانشمندان توانستند عمل یونیزاسیون را توسط لیزر انجام دهند، با تلفیق این روش با طیف سنجی‌ جرمی توانستند با تبخیر نمونه و ایجاد یون ، از طریق طیف‌سنجی قادر به شناسایی یونهای ایجاد شده گردند. در روش طیف‌سنجی جرمی از یک منبع لیزر ضربانی با شدت زیاد برای تبخیر و یونش مقدار کمی از جسم جامد استفاده می‌شود. سپس یونهای مولکولی و عنصری توسط یک طیف سنج جرمی ، مجهز به تحلیلگر زمان پرواز مورد تجزیه قرار می‌گیرد. حساسیت بالا ، سرعت زیاد در کاربرد در زمینه تجزیه مواد آلی و معدنی از مزایای این روش می‌باشد.

در روش طیف‌سنجی جرمی لیزری یونهای فراوانی را می‌توان با استفاده از یک لیزر ضربانی با عمر ضربه زیاد بدست آورد. این یونها دارای انرژی جنبشی متفاوت هستند، بطوری که یک تجزیه جرمی موفق ، به دستگاههای تمرکز دهنده مضاعف همراه با عبور طیف جرمی خیلی کم بستگی دارد.
تاریخچه

اولین مطالعات راجع به سیستم لیزر به کار رفته در طیف سنجی جرمی لیزری درسال 1963 توسط "هانینگ" گزارش شد. در این روش از یک لیزر ضربانی یاقوت با قطر پرتو 150µm و عمر ضربه 50µs به همراه یک طیف‌سنج جرمی با تمرکز دهنده مضاعف استفاده شده بود. با مطالعات فراوان روی کاهش عمر ضربات لیزر و کاهش قطر نقاط متمرکز درسال 1966 اولین استفاده حقیقی از طیف سنج جرمی لیزری ، با استفاده از یک لیزر یاقوت با طول ضربانهایی درحدود نانوثانیه و قطر پرتو در حدود 20µm ، گزارش شد.

"هایلن کامپ" و همکارانش در سال 1975 با استفاده از تمرکز دهنده‌های مخصوص ، قطر پرتو لیزر را به 0.5µm رساندند. با این روش حد تشخیص 0.2ppm برای لیتیم روی سطح نازکی ( 1µm - 0.1 ) از رزین اپوکسی بدست آمد. توسعه بعدی در این زمینه توسط "خزورنگ" و همکارانش درسال 1978 صورت گرفت. ایشان با استفاده از یک بازتابشگر یون ( تمرکر دهنده زمانی ) در یک طیف‌سنجی جرمی زمان پرواز ، درجه تفکیک جرم را افزایش دادند.
روشهای طیف سنجی جرمی با لیزر

در چندین سال اخیر ، توجه زیادی در میان دانشمندان شیمی تجزیه‌ای به دو شاخه جدید در طیف‌سنج جرمی لیزری معطوف شده است.
روشهای چند فوتونی

این روش شامل برهمکنش مستقیم بین فوتونهای تابش لیزر با مولکولها ، اتمها و یونها در فاز گاز می‌باشد و خود شامل دو روش می‌باشد:

• یونیزاسیون: یونیزاسیون چندفوتونی که ممکن است رزونانسی یا غیر رزونانسی باشد و برای تجزیه عنصری در حساسیت‌های بالا بکار می‌رود.
• تفکیک نوری: این روشها شامل جهش‌های الکترونی هستند و برای اتمها یا مولکولهای خاصی گزینش پذیری دارند.

روشهای دفع سطحی

این روش شامل برهمکنش پرتو لیزر با نمونه در فاز جامد می‌باشد که بدین وسیله یونهای مولکولی و تکه‌های ساختاری مهم از مولکولهای پیچیده ، فرار و بسیار بزرگ تولید می‌شوند. بطور کلی حالتهای مختلفی برای ایجاد یون از جسم جامد بکار برده می‌شوند که از همه مهمتر روش دفع سطحی با لیزر و تبخیر با لیزر می‌باشد.
طیف‌سنجی جرمی رزونانس - یونیزاسیون

برای متخصصان طیف‌سنجی روشهای چند فوتونی امکان مطالعه جهش‌های الکترونی در مولکولهای خنثی را فراهم می‌سازد. یونیزاسیون چند فوتونی حساسیت طیف‌های جذبی جهش‌های غیر مجاز را افزایش می‌دهد. روشهای رزونانسی بازده زیادی از نظر یونیزاسیون داشته و از گزینش پذیری بالایی برخوردارند، درحالیکه یونیزاسیون غیررزونانسی حساسیت و گزینش پذیری کمتری داشته و تکه‌های کمتری ایجاد می‌کند.

با استفاده از روش یونیزاسیون رزونانسی طیف‌سنجی جرمی می‌توان فراوانی ایزوتوپی عناصر را حتی در غلظتهای بسیار کم و یا در حضور مزاحمتهای ایزوباری حذف نمود. تکنیکهای رزونانس - یونیزاسیون بر مبنای برانگیختن نوری الکترونها در اتمهای آزاد (حالت گازی) پایه‌ریزی شده است. در این روش تعداد الکترونهای آزادی که در مرحله برانگیختگی یونی ایجاد می‌شود، می‌تواند افزایش یافته ، توسط یک شمارشگر نسبی گازی تشخیص داده شود.
زمان تجزیه

مهمترین مزیت طیف‌سنجی جرمی با لیزر ، توانایی این روش در تجزیه بسیار سریع و فوق‌العاده مواد آلی و معدنی موجود در مقدار اندکی از نمونه است. در فاصله چند دقیقه بعد از برقراری خلأ ، بعد از انتخاب سطح تجزیه‌ای ، نمونه تجزیه شده ، طیف حاصله به کامپیوتر منتقل می‌گردد.
مزایای روش

مزایای عمده یونیزاسیون و طیف‌سنجی جرمی با لیزر ، قابل تغییر بودن قدرت لیزر برای ایجاد محدوده‌ای از شرایط یونیزاسیون می‌باشد. یکی از خصوصیات جالب این روش ، توانایی آن در ایجاد پیکهای اصلی از بسیاری از ترکیبات غیر فرار با وزن مولکولی بالاست که امکان دیدن آنها با طیف‌سنجهای جرمی معمولی وجود ندارد.
مزاحمتها

دو نوع مزاحمت در این روش وجود دارد.

• مزاحمتهای طیفی ناشی از تفکیک جرمی محدودی است که اغلب برای تشخیص تکه‌های عنصری و مولکولی ممکن کافی نیست.
• مزاحمتهای شیمیایی همواره به خاطر اثرات زمینه مقادیر بسیار کم ناخالصیها بوجود می‌آیند.

نوعی دگیر از انواع طیف سنج جرمی
حد تشخیص

روشهای طیف سنجی جرمی لیزری در زمره حساس‌ترین روشها برای تجزیه مقادیر کم به حساب می‌آید. حد تشخیص در حدود 20-10 تا 8-10 می‌باشد، ولی از لحاظ تکرار پذیری این روش دقت خوبی ندارد و این ، به علت تغییرات (در چگالی پرتو) تابیده شده به نمونه می‌باشد.
کاربردها

• تجزیه کیفی و نیمه کیفی برای تشخیص و حدس درباره زمینه و عناصر با مقادیر بسیار کم نمونه
• به عنوان وسیله‌ای برای دنبال کردن تغییرات ناشی از عوامل خارجی در ساختار نمونه
• به عنوان وسیله‌ای برای تشخیص ( اثر انگشت خاص ) ، یک نمونه
• برای حصول اطلاعات مربوط به اجزای مولکولی موجود
• به عنوان وسیله‌ای برای ترسیم ساختار شیمیایی نمونه‌های ناهمگن

این روش در تجزیه فلزات به منظور تعیین کربن و اکسیژن و نیتروژن آنها بکار می‌رود. در اندازه گیری ایزوتوپی ، عناصری مانند اورانیوم و پلوتونیوم استفاده می‌شود. برای تعیین ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا در ریز بلورها استفاده می‌شود. دسته زیادی از ترکیبات معدنی شامل غیرفلزات ، فلزات ، اکسیدهای فلزی و نمکها و کمپلکسها و همچنین پلیمرها توسط روش دفع سطحی با لیزر ، طیف‌سنجی جرمی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.
مباحث مرتبط باعنوان

• آرایشهای لیزری
• اصول کار لیزر
• انواع لیزر
• ایمنی لیزری
• تمام نگاری
• خواص نور لیزر
• سلاحهای لیزری
• طیف سنجی جرمی با لیزر
• فاصله یاب لیزری
• فیزیک لیزر
• پیدایش لیزر
• لیزر الکترون آزاد
• لیزر دی اکسید کربن
• لیزر گاز دی اکسید کربن
• لیزر نیم رسانا
• لیزر هلیوم - نئون
• لیزر یاقوت
• لیزرهای حالت جامد
• لیزرهای دیودی
• لیزرهای گازی
• میزر
• همدوسی
• ماهیت نور همدوس لیزر
• کاربرد پزشکی لیزر
• کاربرد لیزر در اندازه گیری و بازرسی
• کاربرد لیزر در هولوگرافی
• کاربرد لیزر در مصارف نظامی

[رزیتا]

فاصله یاب لیزری

ریشه لغوی

لیزر در واقع حروف اول عبارت: Light Amplification by Stimulation Emission Of Radiation به معنای تقویت نور به وسیله گسیل القایی تابش می‌باشد.

دید کلی

کاربردهای نظامی لیزر همواره رقم سنگینی را در تولید سیستمهای لیزری به خود اختصاص داده است. یکی از مهمترین کاربردهایی که امروزه در زمینه‌های نظامی وجود دارد فاصله یاب لیزری است. توانایی لیزر در تعیین موقعیت هدف با دقت بالا و سرعت بالا غیر قابل انکار است. لیزرها به علت داشتن واگرایی کم بعد از طی مسافت زیاد به عنوان فاصله یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. اینک وضعیت به گونه‌ای است که هر هواپیمای جنگی که برای ضربه زدن به هدفهای زمینی از روش فرود و خیز استفاده می‌کنند، شانس زیادی به مصون ماندن در مقابل موشکهای زمین به هوای پیچیده پدافند موجود در اکثر نیروهای مسلح دنیا ندارد. در اینجا می‌خواهیم بطور ساده ساز و کار فاصله یاب لیزری و استفاده آن صحبت کنیم.
مسیر تحولی در رشد

تکنولوژی نبرد مدرن تانک از جنگ جهانی دوم به این طرف تا چنان حدی پیشرفت کرده است که اینک رای بر کمال مطلوب برای تانکها اختصاص اولین ضربه به خود و تخریب ماشین زرهی دشمن پیش از امکان واکنش آن است. بیشتر حملات آمریکائیها در ویتنام شمالی با استفاده از سلاحهای هدایت شده با لیزر صورت گرفت و کارایی آن بسیار خوب بود. در آن زمان از بمبهای معمولی دستکاری شده که با کلاهکهای جستجو گر لیزری مجهز شده بود استفاده شد. این توانایی اندازه گیری سریع و دقیق که با جدیت بسیار در دستگاههای مسافت یاب و هدف یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، اکنون بر روی هواپیماهای جنگی نظیر هاریر (Harriers) و جگوار ( Jagvars of R.A.F (Royal Air Craft Force قرار داده می‌شوند.
نقش در زندگی

لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و ... استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن از پدافندهای مجهز به لیزر باید در ارتفاع کم و با سرعت زیاد حرکت کنند، لذا خلبان ممکن است فقط چند ثانیه برای پیدا کردن هدف ، نشانه گیری و انداختن مهمات خود دقت داشته باشد. با یک لیزر خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند 10 تا 20 بار در ثانیه انجام شود.
بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند.

طرز کار

طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری YAG و یا CO2 به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب Nd: YAG متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای L1 و L2 روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه t0 تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی در لحظه t1 آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت C در مدت زمان t1 - t0 فاصله 2x (رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله x بدست می‌آید:

(X = (1/2) C(t1 - t0

مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. سیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زمان t1 - t0 فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود.
مزایا و اشکالات فاصله یاب های لیزری

مزایا

1. وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت به رادارهای عادی.
2. قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالای سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

معایب

اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید مستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا 15Km بکار برده می‌شوند عبارتند از:

1. فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم 10Km و دقت کمتر از 10m.
2. فاصله یابهایی که روی تانک سوارند.
3. فاصله یابهای ضد هوایی.

یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری) Laser Ranger Marked Target Seeker است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط شرکت فرانتی (Ferranti Limited) تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.

با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای از خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. حال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب - گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد. یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست.
چشم انداز آینده

در اینکه در چند سال آینده پیشرفت زیادی در هدف گیری سلاحها و شلیک آنها با استفاده از لیزر انجام خواهد گرفت، تردیدی وجود ندارد. در حال حاضر بر همگان معلوم است که رده‌های توپخانه هدایت شده با لیزر بطور موفقیت آمیزی به نمایش گذارده شده‌اند و دلیلی ندارد که هدایت لیزری در زمانی کوتاه و بطور نیمه در بیشتر انواع ساز و برگ جنگی بکار برده نشود.