دانلود تحقیق لیزر

لیزر
________________________________________
مقدمه
بدون شک لیزر یکی از برجسته‌ترین ابزار علمی و فنی قرن بیستم بشمار می‌آید .

پیشرفت سریع تکنولوژی لیزر از سال 1960 میلادی ، هنگامی که اولین لیزر با موفقیت تهیه شد ، شروع گردید .

لیزر امروزه در زمینه‌های گوناگون از قبیل بیولوژی ، پزشکی ، مدارهای کامپیوتر ، ارتباطات ، سیستم‌های اداری ، صنعت ، اندازه‌گیری در زمینه‌های مختلف و … بکار برده می‌شود .

لیزر یک منبع نور خاص است و بطور کلی با نور لامپهای معمولی ، چراغ برق ، نور فلورسانت و غیره تفاوت فاحش دارد و در مقایسه با سایر منابع نور : در رده‌ای با مشخصات فوق‌العاده نوری قرار دارد .

این مطلب با عنوان اینکه نور لیزر از همدوستی (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بیان می‌شود .

لیزر را می‌توان در مقایسه با سایر مولد‌های نوری که فقط نور را منتشر می‌کنند ، یک فرستنده نوری پنداشت .

تا قبل از ظهور لیزر محدوده فرکانس امواج رادیوئی و محدوده نوری از نقطه‌ نظر همدوستی با یکدیگر اختلاف داشتند .

در فیزیک رادیوئی بطور گسترده‌ای امواج همدوس مورد استفاده قرار می‌گیرند و این در حالی است که امواج نوری (اپتیکی) غیر همدوس نیز در اختیار است .

در گذشته کتب درسی تنها مکانی بود که امواج لیزری مورد بحث قرار می‌گرفت .

این امواج هنگامی واقعیت پیدا کردند که لیزر اختراع گردید .

دانش مربوط به لیزر در حقیقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه این رشته از دانش فیزیک در حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تکامل است .

معذالک نمودهای نوظهور آن در معرض کاربردهای جالب قرار گرفته‌اند .

آنچه در این تحقیق مورد بحث قرار می‌گیرد کاربردهای لیزر و لیزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری و قوانین بین‌الملل در مورد این تکنولوژی برتر می‌باشد .

بسوی لیزر
Light amptificationaly stimnlatcd emission of radiation
فکر ساختن وسیله‌ای که نور همدوس تولید کند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود .

در سال 1985 فیزیکدان مشهور آمریکایی چالز تاونز راه این کار را پیدا کرد .

دو سال بعد دانشمند دیگر آمریکایی ، تئودور مایمن به نظریه تاونز جامه عمل پوشاند و اولین لیزر را با بلوری از یاقوت مصنوعی ساخت این دو بعداً به دریافت جایزه نوبل نایل آمدند .

یک لیزر یاقوتی ساده از سه بخش تشکیل می‌شود : استوانه‌ای از یاقوت مصنوعی ، یک چشمه نور مثلاً یک لامپ گزنون که مانند لامپ نئون کار می‌کند .

( گزنون و زنون هر دو از گازهای بی‌اثرند یعنی اتمهایشان با اتمهای دیگر مولکول نمی‌سازد .

) و یک بازتابنده که نور را از لامپ گزنون به یاقوت هدایت می‌کند
استوانه یاقوتی ، بخش اصلی دستگاه است .

قطر آن در حدود 7 میلیمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است .

دو قاعده استوانه صیقل خورده و نقره اندود شده است تا آینه کاملی باشد .

قاعده دیگر نیز نقره اندود است ولی نه کاملاً به طوری که می‌تواند قسمتی از نور را از خود عبور دهد .

یاقوت بلور اکسید آلومینیوم است که در آن تعداد نسبتاً کمی اتم کروم معلق است .

اتمهای کروم از طریق گسیل القایی ، کوانتوم نور تولید می‌کنند ، اتمهای اکسیژن و آلومینیم که بقیه بلور را تشکیل می‌دهند فقط اتمهای کروم را در جایشان نگه می‌دارند.

اتمهای کروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زیادی الکترون در مدارهایشان دارد .

در این جا فقط الکترونی مورد توجه ماست که بیش از دیگران برانگیخته می‌شود .

لازم به ذکر است واژه لیزر از حروف اول (( تقویت نور بوسیله گسیل برانگیخته تابش )) در زبان انگلیسی گرفته شده که آن را می‌توان توسعه “maser” تقویت میکروویو بوسیله گسیل برانگیخته تابش در محدوده فوتونی طیف امواج الکترومغناطیسی دانست .

در سال 1917 اینشتین برای اولین بار وجود دو فرایند برای گسیل تابش را بصورت زیر پیشگویی کرد .

1 .

گسیل خودبخود spantaneous
2 .

گسیل برانگیخته stimulated
دانشمندانی همانند townes و schawlow در امریکا و basov و prochror از روسیه قدیم امکان استفاده از روش دوم (گسیل برانگیخته) را برای یک طراحی نور همدوس کشف کردند .

در سال 1958 میلادی می‌من ( muiman ) اولین لیزر یاقوت سرخ ruby را به نمایش گذاشت .

در سال 1960 میلادی علی ج.ان در امریکا اولین لیزر گازی He_Ne را ساخت و از آن به بعد لیزرهای گوناگون بمانند گازی ، مایعات ، مواد شیمیایی ، جامدات و تهیه رساناها با قابلیت‌های متفاوت و ویژگیهای گوناگون برای کاربردهای مختلف ساخته و بکار گرفته شد .

اجزای اصلی در یک لیزر:
محیط فعال (active medium) : محیط فعال مجموعه‌ای از اتم‌ها و مولکول‌ها ، با یونها در حالت جامد ، مایع یا گازی است که همانند تقویت‌کننده عمل می‌کند .

منبع تحریک :وسیله‌ای برای ایجاد شرایط لازم جهت گسیل لیزری که این شرایط اساسی را وارونگی جمعیت (inrerted population) می‌نامند و ممکن است منبع تحریک نورانی و یا الکتریکی و … باشد .

مثلاً در یاقوت قرمز این منبع از یک لامپ فلاش و در لیزر He - Ne پتانسیل الکتریکی در حدود چند هزار ولت است .

اگر در محیط فعال چگونگی تقویت یا تضعیف را بررسی کنیم خواهیم دید که شدت تحریک I با وارونگی جمعیت وابستگی کمی دارند .

اصول کار لیزر
محیط فعال و عناصر دیگر در داخل مشدد نوری قرار دارند .

مشدد محور نور در لیزر را تعیین و نور ساطع شده در امتداد محور تابش می‌کند .

باید توجه داشت که یک لیزر می‌تواند نور را در یک یا دو امتداد مخالف در امتداد محور نوری ساطع کند .

ماشه تحریک یک لیزر بوسیله سیستم پمپاز شروع بکار می‌نماید .

کار این سیستم تحریکی عناصر فعال است که در اثر آن جمعیت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌کننده ایجاد می‌گردد .

مشدد نور (همراه با عناصر) اضافی عمل گزینش را بر روی حالات فوتونی تدارک می‌بینند .

در نتیجه ، یک تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش لیزر در امتداد محور حاصل می‌شود
محیط فعال و عناصر دیگر در داخل مشدد نوری قرار دارند .

در نتیجه ، یک تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش لیزر در امتداد محور حاصل می‌شود .

محیـط‌هـای فعـال و روش‌هـای تحـریـک: مواد فعال زیر در لیزرها بکار برده می‌شوند : گازها و یا مخلوطی از گازها (لیزرهای گازی) بلورها و شیشه‌های ممزوج با یونهای مخصوص (لیزرهای جامد) مایعات (لیزرهای مایع) نیمه‌هادی‌ها (لیزرهای نیمه‌هادی) کـاربـردهـای لیـزرمقــدمــتهامروزه لیزر کاربردهای بیشماری دارد که همه زمینه های مختلف علمی و فنی فیزیک-شیمی-زیست شناسی - الکترونیک و پزشکی را شامل می شود.

همه این کاربردها نتیجه مستقیم همان ویژگی های خاص نور لیزر است.کـاربـرد لیـزر در فیـزیک و شیمـیاختراع لیزر و تکامل آن وابسته به معلومات پایه ای است که در درجه اول از رشته فیزیک و بعد از شیمی گرفته شده اند.

بنابراین طبیعی است که استفاده از لیزر در فیزیک و شیمی از اولین کاربردهای لیزر باشند رشته دیگری که در آن لیزر نه تنها امکانات موجود را افزایش داده بلکه مفاهیم کاملا جدیدی را عرضه کرده است طیف نمایی است.

اکنون با بعضی از لیزرها می توان پهنای خط نوسانی را تا چند ده کیلوهرتز باریک کرد ( هم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ ) و با این کار اندازه گیری های مربوط به طیف نمایی با توان تفکیک چند مرتبه بزرگی ( 3 تا 6) بالاتر از روش های معمولی طیف نمایی امکان پذیر می شوند.

لیزر همچنین باعث ابداع رشته جدید طیف نمایی غیر خطی شد که در آن تفکیک طیف نمایی خیلی بالاتر از حدی است که معمولا با اثرهای پهن شدگی دوپلر اعمال می شود.

این عمل منجر به بررسیهای دقیقتری از خصوصیات ماده شده است.

در زمینه شیمی از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است.

( فوتو شیمی لیزری) به ویژه در فون تشخیص باید از روش های (پراکندگی تشدیدی رامان ) و ( پراکندگی پاد استوکس همدوس رامان ) (CARS) نام ببریم.

به وسیله این روشها می توان اطلاعات قابل ملاحظه ای درباره خصوصیات مولکولهای چند اتمی به دست آورد ( یعنی فرکانس ارتعاشی فعال رامن - ثابتهای چرخشی و ناهماهنگ بودن فرکانس).

روش CARS همچنین برای اندازه گیری غلظت و دمای یک نمونه مولکولی در یک ناحیه محدود از فضا به کار می رود.

از این توانایی برای بررسی جزئیات فرایند احتراق شعله و پلاسما ( تخلیه الکتریکی) بهره برداری شده است.

شاید جالبتری کاربرد شیمیایی ( دست کم بالقوه ) لیزر در زیمنه فوتو شیمی باشد.

اما باید در نظر داشته باشیم به خاطر بهای زیاد فوتونهای لیزری بهره برداری تجاری از فوتوشیمی لیزری تنها هنگامی موجه است که ارزش محصول نهایی خیلی زیاد باشد.

یکی از این موارد جداسازی ایزوتوپها است.کـاربـرد در زیسـت شنـاسـی ▲از لیزر به طور روزافزونی در زیست شناسی و پزشکی استفاده می شود.

اینجا هم لیزر می تواند ابزار تشخیص و یا وسیله برگشت ناپذیر مولکولهای زنده یک سلول و یا یک بافت باشد.

( زیست شناسی نوری و جراحی لیزری) در زیست شناسی مهمترین کاربرد لیزر به عنوان یک وسیله تشخیصی است.

ما در اینجا تکنیک های لیزری زیر را ذکر می کنیم : الف) فلوئورسان القایی به وسیله تپهای فوق العاده کوتاه لیزر در DNA در ترکیب رنگی پیچیده DNA و در مواد رنگی موثر در فتوسنتز ب) پراکندگی تشدیدی رامان به عنوان روشی برای مطالعه ملکولهای زنده مانند هموگلوبین و یا رودوپسین ( عامل اصلی در سازوکار بینایی) ج) طیف نمایی همبستگی فوتونی برای بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ساختار و درجه انبوهش انـواع ملکـولهـای زنـده د) روشهای تجزیه فوتونی درخشی پیکوثانیه ای برای کاوش رفتار دینامیکی مولکولهای زنده در حالت برانگیخته به ویژه باید از روشی موسوم به میکروفلوئورمتر جریان یاد کرد.

در اینجا سلولهای پستانداران در حالت معلق مجبور می شوند که از یک اتاقک مخصوص جریان عبور کنند که در آنجا ردیف می شوند و سپس یکی یکی از باریکه کانونی شده لیزر یونی آرگون عبور می کنند.

با قرار دادن یک آشکارساز نوری در جای مناسب می توان این کمیت ها را اندازه گیری کرد : الف) نورماده ای رنگی که به یک جزء خاص تشکیل دهنده سلول یعنی DNA متصل ( که اطلاعاتی راجع بع مقدار آن جزء تشکیل دهنده سلول را به دست می دهد) امتیاز میکروفلوئورمتری جریان در این است که اندازه گیری ها را برای تعداد زیادی از سلولها در مدت زمان محدود میسر می سازد.

به این وسیله می توانیم دقت خوبی برای اندازه گیری آماری داشته باشیم.

در زیست شناسی از لیزر برای ایجاد تغییر برگشت ناپذیر در ملکولهای زنده و یا اجزای تشکیل دهنده سلول هم استفاده می شود.

به ویژه تکنیک های معروف به ریز - باریکه را ذکر می کنیم.

در اینجا نور لیزر ( مثلا یک لیزر Ar+ تپی ) به وسیله یک عدسی شیئی میکروسکوپ مناسب در ناحیه ای از سلول با قطری در حدود طول موج لیزر (05 µm) کانونی می شود منظور اصلی از این تکنیک مطالعه رفتار سلول پس از آسیبی است که با لیزر در ناحیه خاصی از آن ایجاد شده است.

در زمینه پزشکی بیشترین کاربرد لیزرها در جراحی است ( جراحی لیزری) اما در بعضی موارد لیزر برای تشخیص نیز به کار می رود.

( استفاده بالینی از میکروفلوئورمتر جریان - سرعت سنجی دوپلری برای اندازه گیری سرعت خون - فلوئورسان لیزری - آندوسکوپی نای برای آشکارسازی تومورهای ریوی در مراحل اولیه در جراحی از باریکه کانونی شده لیزر ( اغلب لیزر CO2 ) به جای چاقوی جراحی معمولی ( یا برقی ) استفاده می شود.

باریکه فروسرخ لیزر CO2 به شدت به وسیله ملکولهای آب موجود در بافت جذب می شود و موجب تبخیر سریع این ملکولها و در نتیجه برش بافت می شود.

برتریهای اصلی چاقوی لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد : الف) دقت بسیار زیاد به ویژه هنگامی که باریکه با یک میکروسکوپ مناسب هدایت شود ( جراحی لیزر) ب) امکان عمل در نواحی غیر قابل دسترس..

بنابراین عملا هر ناحیه از بدن را که با یک دستگاه نوری مناسب ( مثلا عدسی ها و آینه ها) قابل مشاهده باشد می توان به وسیله لیزر جراحی کرد.

ج) کاهش فوق العاده خونروی در اثر برش رگهای خونی به وسیله باریکه لیزر ( قطر رگی حدود 0/5 mm ) د) آسیب رسانی خیلی کم به بافتهای مجاور ( حدود چند میکرومتر) اما در مقابل این برتریها باید اشکالات زیر را هم در نظر داشت : الف) هزینه زیاد و پیچیدگی دستگاه جراحی لیزری ب) سرعت کمتر چاقوی لیزری ج) مشکلات قابلیت اعتماد و ایمنی مربوط به چاقوی لیزری با این اشاره اجمالی به جراحی لیزری اکنون می خواهیم به شرح مفصلتری از تعدادی از این