دانلود تحقیق کاربرد لیزر
| دسته بندی | الکترونیک و مخابرات |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 401 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 59 |
مقدمه
امروزه 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
لیزر چیست ؟
نور لیزر نوع کاملاً جدیدی از نور است؛ درخشان‌تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت میشود. می‌توان نور لیزری آن‌چنان قوی تولید کرد که هر ماده‌ی شناخته شده‌ی روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کند. می تواند سخترین فلزات را سوراخ کند یا به راحتی جسم سختی مثل الماس را سوراخ کند و از آن بگذرد.
برعکس، باریکه‌ی کم قدرت و فوق‌‌العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می‌توان برای انجام دادن کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را می‌توان خیلی دقیق کنترل کرد و به صورت باریکه‌ی مداومی به نام موج پیوسته یا انفجارهای سریعی به نام پالس درآورد.
اگرچه اصول بنیادی لیزر از 40 سال پیش شناخته شده بود، نمایش اولین لیزر، دریچه‌‌ای را به طرف یکی از هیجان انگیزترین و پردامنه‌ترین پیشرفت های تکنولوژی قرن بیستم گشود. در ظرف چند سال پس از نمایش اولین لیزر، انواع بسیار گوناگونی از لیزرها به صورت ابزارهای عملی به صور گوناگون به کار گرفته شدند. لیزرها در تکنولوژی انقلابی جدید پدید آورده‌اند و تأ ثیر آنها بر زندگی ما در آینده نیز ادامه خواهد داشت.
امروزه گستره‌‌ی وسیعی از لیزرها در همه جا به کار گرفته شده‌اند. فروشگاه‌های بزرگ و بسیاری از انبارهای بزرگ خورده‌فروشی برای جستجوی خود‌به‌خود، ثبت قیمت‌‌ها و صورت‌برداری از اقلام خریداری شده، در قسمت حساب کننده از لیزر بهره می‌گیرند. در دستگاه‌‌های ویدئویی از نور لیزر برای خواندن دیسکهای ویدئویی و ایجاد تصویر متحرک همراه با صدا استفاده می‌کنند. مقدار زیادی اطلاعات را روی دیسکهای لیزری ثبت می‌کنند تا بعداً روی صفحه‌ی کامپیوتر خوانده شوند یا توسط چاپگرهای لیزری به شکل نسخه‌ی سخت روی کاغذ چاپ شوند.
در پزشکی نور لیزر به عنوان نوع جدیدی چاقوی جراحی بدون خونریزی استفاده میشوند و وقتی که نسجی مثل قسمت معیوب کیسه‌ی صفرا در خلال جراحی برداشته میشود، رگ‌های خونی بسته میشوند. کارهای دندانپزشکی با لیزر درد کمتری دارند و برای روکش و پل دندان از لیزرها استفاده میشود.
در صنعت از لیزرها برای عملیات گرمایی فلزات، جوش دادن قسمت‌ها به یکدیگر و وسایل هم‌ترازی دقیق استفاده میشود. لیزرها را برای اندازه‌گیری دقیق فاصله‌های خیلی بزرگ و نیز فاصله‌های خیلی کوچک به کار می‌برند. افزون بر این‌ها لیزرها را همراه با تارهای نوری، برای انتقال بهتر داده‌ها و بهبود ارتباط تلفنی به کار می‌گیرند. لیزرها در حال تغییر دادن نحوه‌ی پژوهش دانشمندان هستند. لیزرها می‌توانند چشمه‌ی جدیدی از قدرت الکتریکی بیافرینند، مشابه فرایندی که در خورشید برای تولید انرژی به وجود میآید.
خواص نور لیزر و کاربردهای آن
از نخستین روزهای ساخت لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه‌ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع، متمایز می‌کند. در ابتدا به این ویژگی‌ها و نحوه ایجاد آنها توسط لیزر اشاره خواهیم کرد. لیزر دارای سه ویژگی مهم است:
تک‌فامی
در توضیح این ویژگی لازم است ابتدا با مفهوم گسیل القایی ( نشر القایی)آشنا شویم. گسیل پرتو توسط الکترونهای برانگیخته در داخل اتم به دو صورت است :1 ) گسیل خود به‌خودی 2) گسیل القایی
فرض کنید 1 e و e2 دو تراز متوالی از یک اتم با انرژیهای 1 E و2 E باشد و الکترونی در تراز e1 در حالت پایه خود قرار گرفته باشد. اگر به هر دلیلی این الکترون از تراز 1 e به تراز بالاتر 2 e برود گفته میشود اتم تحریک شده است یا در حالت برانگیخته قرار دارد. چون این حالت یک حالت ناپایدار است اتم تمایل دارد هرچه زودتر به حالت پایدار باز گردد. به همین دلیل الکترون مزبور بلافاصله به حالت قبلی در تراز1 e بر خواهد گشت. از طرفی چون این دو تراز اختلاف انرژی 1 E E 2- دارد بنا بر اصل پایستگی انرژی، انرژی اضافی الکترون به صورت تابش با فرکانس V، حین بازگشت به تراز اول گسیل میشود. به این فرآیند گسیل خودبه‌خودی گویند. حال اگر الکترونی در تراز2 e در حالت پایه خود قرار داشته باشد و ما به طریقی اتم را تحریک کنیم ( میدان الکترومغناطیسی، تابش، حرارت و... ) در اثر این القا الکترون مزبور تراز 2 E را ترک نموده وبه تراز E1برود و حین این انتقال ( بنا به اصل پایستگی انرژی ) تابش گسیل کند به این تابش گسیل القایی یا نشر القایی گویند.
هر کدام از این فرآیندها ویژگی‌های خاص خود را دارد. در گسیل خودبه‌خودی تابش‌های گسیل شده به صورت کاتوره‌ای و در تمام جهات گسترده است. اما در گسیل القایی جهت تابش در یک راستای معین خواهد بود. از طرفی در گسیل خودبخودی فوتونهای تابشی در اثر گزار بین اتمهای ترازهای اتمی یا مولکولی مختلف و متفاوت از هم به وجود می‌آیند پس این تابش‌ها طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها را شامل میشود.
اما در گسیل القایی تابش در اثر گزار بین ترازهای اتمی یا مولکولی مشابه گسیل میشود. بنابراین همه تابش‌ها تقریبا فرکانس یکسانی دارد. معمولا در لیزر از فرآیند گسیل القایی استفاده میشود. اما برای داشتن گسیل القایی طولانی مدت به مولکول‌هایی شامل دوتراز که تراز بالایی آن پروتراز پایینی آن خالی باشد، نیاز داریم. اما آنچه که نظریه‌های کوانتومی بیان می‌کنند این است که بنا به قاعده گزینش در اتمها ابتدا ترازهای پایین‌تر پر میشود. بنابراین به وضعیت به‌وجود آمده در لیزر، وارونگی جمعیت گویند. نحوه ایجاد وارونگی جمعیت بسته به نوع لیزر متفاوت است. مثلا در لیزر هلیوم نئون مخلوط کردن این دو گاز منجر به جفت شدن برخی تراز‌ها ی اتمی آن دو شده و وارونگی جمعیت مورد نیاز را تامین می‌کند. به این ترتیب لیزر قادر به ایجاد تابشی تک فرکانس خواهد بود. با این وجود برای تک فرکانس شدن بیشتر از یک عنصر اپتیک مانند بازآواگر( سنجه) نیزدر لیزر استفاده میشود.
ویژگی تک‌فامی نور لیزر بیشتر کاربرد شیمیایی دارد. به عنوان مثال برای جدا سازی ایزوتوپ‌های یک عنصر به یک منبع تک‌فام مانند لیزر نیاز است. ایزوتوپ‌های یک عنصر از نظر محتوا باهم متفاوت است پس فرکانس‌های جذب آنها نیز اندکی متفا وت خواهد بود که تنها نور لیزر قادر به تفکیک آنها است. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته‌ای نیز غیرمنتظره نیست.
فایل ورد 59 ص
دانلود تحقیق لیزر و طرز تولید لیزر
| دسته بندی | الکترونیک و مخابرات |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 314 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 24 |
کلمه» لیزر« =Laser = از حروف اختصاری عبارت انگلیسی
Light Amplification by Stimulated Emission Of Radiation
ساخته شده است و به معنای» تقویت نور از طریق تشعشع تحریک شده« به کار می‌رود.
لیزر نوری است متشکل از پرتوهای به غایت دسته شده و همدوس که بسامد امواج الکترومغناطیسی این پرتوها در حوزة بسامدی بین فرابنفش و فروقرمز گسترش می‌یابد. فرآیند لیزر از کوانتومی شدن انرژی در ماده و میدان تشعشع الکترومغناطیسی سر چشمه می‌گیرد و بر اثر تحریک ساختگی تشعشع پدید میآید.
وجود پدیده تشعشع تحریک شده را آلبرت اینشتین در سال 1316 ، در ضمن یک برداشت نو از فرمول تشعشع بلانک به دست آورد و پایه‌های فیزیکی آن را همان زمان انشا کرد. اما این نوآوری اینشتین نزدیک به نیم قرن فقط جنبه نظری داشت و از حلقه علاقه دانشمندان فیزیک فراتر نرفت.
اصطلاح» لیزر« از سال 1960 متداول گشت، و این هنگامی بود که تئودور نویمان، از طریق تحریک تشعشع، نخستین لیزر را در بلور یاقوت تولید کرد. یک سال بعد در سال 1961 نیز جوان و همکارانش نخستین لیزر گاز هلیوم – نئون را ساختند. همچنین دیری نگذشت که نخستین لیزر نیمه رسانای ارسینو- گالیوم نیز در سال 1962 به دست دو گروه مستقل( تقریباَ همزمان) تولید شد.
مهمترین لیزرها را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد: لیزر اجسام سخت یا لیزر بلورها، لیزر گازها و لیزر نیمه رساناها. ولی این هر سه نوع لیزر از لحاظ فرآیند تولید در سه عامل اصلی زیر مشترکند:
- یک ماده فعال( عمل کننده) که به یک نسبت در یک ماده پایه جا می‌گیرد، و اتمهای آن حالت کوانتومی خود را بر اثر دریافت انرژی تغییر می‌دهند، و فرآیند تشعشع تحریک شده را به راه می‌اندازند.
- یک پمپ که انرژی را به اتمهای ماده عمل کننده فعال منتقل می‌کند، به طوری که اتمهای این ماده حالت عادی تعادل گرمایی جسم را وارونه می‌سازند، به همین ملاحظه این مرحله تولید را وارونه‌سازی می‌خوانند. وارونه‌سازی عموماَ از طریق یک» پمپ‌اپتیکی« انجام میشود، به این شرح که ماده آرایش یافته لیزر را تحت تابش نور ناهمدوس قرار می‌دهند و بدین نحو اتمهای ماده فعال را از سطح انرژی پایه به سطوح انرژی تحریک شده منتقل می‌کنند.
سه ظرف با محتوای مایع در سه سطح متفاوت قرار گرفته‌اند، و یک پمپ هیدرولیکی p مایع را از ظرف 1 به ظرف 3 می‌کشاند(رجوع به شکل6). سوپاپهای در لوله‌های اتصال تعبیه شده است، به طوری که مایع می‌تواند به ظرف 2 منتقل گردد و از آنجا به درون ظرف 3 وارد شود، ولی مقدار این جریان البته با حجم مایع درون ظرفها متناسب خواهد بود. چنانچه احتمال انتقال از ظرف 2 به ظرف 1 از احتمال انتقال از ظرف 3 به ظرف 2، یا از ظرف 3 به ظرف 1، بسیار کمتر باشد، یک گزارش بیشتر برای تراکم مایع در ظرف 2 پدید میآید، و ظرفهای 1و 2 از حیث تراکم مایع با یکدیگر تعویض میشوند. همچنین اگر احتمال انتقال از ظرف 3 به ظرف 2 از احتمال دیگر انتقالها کمتر باشد، این امکان که ظرفهای 3 و 2 از حیث تراکم با یکدیگر تعویض شوند، به وجود خواهد آمد.
اینک اگر سطوح انرژی را منطبق با ظرفهای مذکور بدانیم و سوپاپهای تعبیه شده را در حکم احتمال انتقال اتمها به تصور آوریم، می‌توان گفت که مشابه همین وضع در مورد وارونه‌سازی از طریق پمپ اپتیکی پیش میآید. به عبارت دیگر، یونهای ماده فعال تحت تابش نور ناهمدوس (پمپ اپتیکی) از سطح انرژی 1 به سطح انرژی 3 منتقل میشوند و پس از توقف کوتاه در این سطح که به صورت نوار پهن ظاهر میشود، به سطح انرژی 2 سقوط می‌کنند- بعداَ خواهیم دید که پیدایش این نوار پهن برای تشعشع پرتوهای لیزر لازم است.
هر گاه شدت نور پمپ به اندازه کافی باشد، سطوح انرژی 1و2 از حیث چگالی عدد اشغال وارونه میشوند، و ماده لیزر برای صدور پرتوهای همدوس آماده است.
3- فضایی به عنوان مشدد اپتیکی و به منظور تقویت امواج نور. این مشدد اپتیکی غالباَ از نوع تداخل‌سنج فابری- پرو است که به وسیله دو آینه (یکی سراسر منعکس کننده و دیگری بخشی منعکس کننده و بخشی عبوردهنده) از دو طرف محصور میشود و ماده آرایش یافته لیزر را در فضای خود جا می‌دهد.
اینک کوانتومهای نوری صادر شده، پس از انعکاس در سطح آینه‌ها، در ضمن هر رفت یا برگشتی پی‌در پی تشدید میشوند، و بذین ترتیب پرتوهای تقویت شده لیزر به وجود می‌آیند. این وضع در واقع مشابه وضع امواج مکانیکی یک تار مرتعش است که در دو انتها به دو نقطه ثابت شده باشد، با این تفاوت که در مشدد اپتیکی مسئله بر سر امواج نوریی است که طول موج آنها در ردیف قرار می‌گیرد. پس برای آنکه موجهای نور یکدیگر را تقویت کنند، فاصله دو آینه باید یک مضرب صحیح از طول موج پرتو تحریک شده باشد.
وظیفه مشدد اپتیکی، علاوه بر همدوس کردن پرتوها در سطح آینه‌ها، این است که فقط به پرتوهای محوری عمود بر سطح آینه اجازه خروج بدهد.
پس از این مقدمات، ساختمان سه لیزر نمونه را، که از لحاظ آموزشی قابل توجه‌اند، اجمالاَ بررسی می‌کنیم و در این میان با طرز تولید پرتوهای سه گروه لیزر اجسام سخت و لیزر گازها و نیز لیزر نیمه رساناها آشنا می‌شویم.
لیزر یاقوت
ماده پایه در این لیزر تک بلور اکسید آلومینیوم(Al2O3) است. ماده فعال را اکسید کرم(Cr2O3) تشکیل می‌دهد، بدین نحوه که به ازای تقریباَ هر هزار یون آلومینوم، یک یون کرم در شبکه بلور جایگزین یک یون آلومینیوم میشود. شکل 7 نمودار ترسیمی سطوح انرژی را در مورد بلور یاقوت در حالت تعادل گرمایی نمایش می‌دهد. E1 و E2 به ترتیب دو حالت تحریک شده با چگالیهای اشغال n1 وn2 را نمایش می‌دهند، حال آنکه حالت پایه با چگالی عدد اشغال n0 را معرفی می‌کند. اینک با توجه به ارتباط ریاضی بین چگالی عدد اشغال (ص 464) یک نمودار ترسیمی برای توزیع یونها در بلور یاقوت به دست می‌آوریم(شکل 8). این نمودار ترسیمی نشان می‌دهد که چگالی عدد اشغال در سطح انرژی پایه از چگالیهای عدد اشغال در دو سطح انرژی تحریک شده به مراتب بزرگتر است. پس بلور یاقوت در حالت عادی برای تولید پرتوهای لیزر به کار نمی‌آید، بلکه سطوح انرژی آن از حیث عدد اشغال ابتدا باید وارونه شود. به این منظور این وارونه‌سازی در بلور یاقوت، عموماَ از نور سبز مایل به زرد یک لامپ تخلیه استفاده میشود( شکل9). این لامپ مارپیچی ی قطعه بلور یاقوت آرایش یافته و قلمی تراشیده شده را به طول5 تا 10 سانتی‌متر در درون خود جا می‌دهد. نور لامپ یونهای فعال را از سطح انرژی پایه0E به نوار انرژی2E می‌رساند( عمل اپتیکی)× . اینک همین یونهای کرم، پس از یک توقف کوتاه، بر اثر خوبخودی به سطح 1E سقوط می‌کنند واز آنجا، در ضمن صدور کوانتومهای نور، به سطح انرژی پایه بر می‌گردند( رجوع شود به شکل 7). سپس کوانتومهای نور در درون قطعه بلور یاقوت، که خود در حکم یک مشدد اپتیکی عمل می‌کند، تشدید شده امواج نور تقویت شده را به وجود می‌آورند. ااین امواج تقویت شده در امتداد محور مشدد و عمود بر سطح آینه از بخش قابل عبور آینه به صورت پرتوهای لیزر خارج میشوند.
× ) نور لامپ تخلیه( بخار جیوه) مرکب از کوانتومهای با انرژیهای متفاوت است. از این رو سطح انرژی2E به صورت یک نوار پهن متشکل از سطوح انرژی متفاوت و نزدیک بهم ظاهر میشود.
فایل ورد 24 ص