تحقیق در مورد کلیات لیزر و کاربرد آن


عنوان تحقیق:
کلیات لیزر و کاربرد آن

فهرست عناوین

فهرست عناوین ………………………………………………………………..1
کلیدواژگان………………………………………………………………………2
چکیده…………………………………………………………………………….3
مقدمه……………………………………………………………………………..4
خصوصیات لیزر……………………………………………………………….6
قسمتهای تشکیل دهنده لیزر…………………………………………..6
انواع لیزر………………………………………………………………………..7
سیر تحول و رشد…………………………………………………………….8
لیزر و کاربرد آن……………………………………………………………….9
خطر آفرینی لیزر……………………………………………………………13
منبع…………………………………………………………………………….18

کلیدواژگان

لیزر، نور همدوس، نشر نور برانگیخته، فوتن

چکیده

مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در ۱۹۱۶ (میلادی) طی مقاله ای مطرح کرد ولی سال های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. چارلز تاونز در سال ۱۹۵۳ میزر (تقویت کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و خواست آزمایش های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم زمان این امر میان آزمایشگاه های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد. نخستین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکول های آمونیاک ساخته شد. در سال ۱۹۵۸ نخستین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانس های نوری در مقاله ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد. عبارت لیزر در همان زمان در مقاله ای از "گوردون هولد"، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و تئودور میمن (Theodore H. Maiman) لیزر پالسی یاقوت را در ۱۹۶۰ ساخت. نخستین لیزر گازی را نیز علی جوان فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۶۱ با استفاده از هلیوم و نئون ساخت. در سال ۱۹۶۲ نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه هادی مطرح گردید.

از سال ۱۹۶۶ لیزر نیم رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانس های بسیار زیاد شناخت حاصل شده است.

مقدمه

بدون شک لیزر یکی از برجسته ترین ابزار علمی و فنی قرن بیستم بشمار می آید .
پیشرفت سریع تکنولوژی لیزر از سال 1960 میلادی ، هنگامی که اولین لیزر با موفقیت تهیه شد ، شروع گردید . لیزر امروزه در زمینه های گوناگون از قبیل بیولوژی ، پزشکی ، مدارهای کامپیوتر ، ارتباطات ، سیستم های اداری ، صنعت ، اندازه گیری در زمینه های مختلف و … بکار برده می شود . 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 رده ای با مشخصات فوق العاده نوری قرار دارد . این مطلب با عنوان اینکه نور لیزر از همدوستی (coherence) فوق العاده برخوردار است ، بیان می شود .
لیزر را می توان در مقایسه با سایر مولد های نوری که فقط نور را منتشر می کنند ، 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 گسترده ای امواج همدوس مورد استفاده قرار می گیرند 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 می گرفت . 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 گرفته اند .
آنچه در این تحقیق مورد بحث قرار می گیرداشنایی کلی با لیزر انواع و کاربردهای می باشد

لغت لیزر به چه معنی است؟
لیزر به معنای تقویت نشر نور برانگیخته می باشد و از حروف اول این کلمات ساخته شده است :
Laser = Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
برخی مواد می توانند انرژی تابشی را جذب و سپس آن را به صورت نور تابش کنند هنگامی که این امر در اتم به صورت طبیعی روی می دهد نشر خود به خود نامیده می شود و در واقع آن چه در طبیعت به نام نور می شناسیم حاصل نشر خود به خودی است.
ایده اولیه تولید لیزر توسط نابغه قرن آلبرت انیشتین در سال (1928) مطرح شد. او برای اولین بار پرش کوانتومی را مطرح کرد که پایه و اساس شکل گیری لیزر در سال 1958 توسط چارلز تانز (charles townes) گردید.
هنگامی که اتم از یک منبع خارجی انرژی دریافت می کند الکترون با گرفتن انرژی (جذب فوتون) از تراز با انرژی پایین، به تراز بالاتر منتقل می شود، این الکترون هنگام بازگشت از مدار تحریکی به تراز پایین تر، انرژی دریافتی خود را به صورت ایجاد فوتون از اتم ساطع می کند که انرژی آن معادل اختلاف ترازهای انرژی مذکور است، حال اگر این برگشت به تراز اولیه و ایجاد فوتون بدون دخالت عوامل خارجی صورت پذیرد نشر خود به خودی نامیده می شود که در آن هیچ گونه ارتباطی بین فوتون ها وجود نداشته و فوتون ها مستقل از هم رفتار می کند؛ در این حالت فوتون حاصل به طور تصادفی در هر جهتی در فضا می تواند انتشار یابد اما در نشر برانگیخته الکترون به علت اثر القا (و نه به طور خود به خودی) از تراز بالاتر به تراز پایین تر منتقل می گردد لذا فوتون حاصل کاملا" مشابه با فوتون اول خواهد بود که به آن نشر برانگیخته گویند فوتون ایجاد شده در این حال کاملا" نظیر فوتون اولیه بوده و فوتون های حاصل از نظر انرژی، طول موج، فرکانس و فاز، شبیه یکدیگر بوده و در یک جهت انتشار می یابند که اساس تشکیل پرتو لیزر می باشد.

اشعه لیزر داری چه خصوصیاتی است؟
تشعشی که توسط لیزر صورت می گیرد دارای خصوصیات زیر است:
1- تک فامیMono choromatic = : تمامی فوتون های نور لیزر دارای یک طول موج مشخص و فرکانس مشابه می باشد.
2- همدوسیCoherency = : در اواج نور لیزر اختلاف فاز وجود نداشته و تمامی امواج با هم گام بر می دارند، در صورتی که نور معمولی غیر همدوس است.
3- واگرایی بسیار کم : Low divergence = نور لیزر به صورت یک باریکه تقریبا" موازی و نسبتا" مستقیم در مسیر معین منتشر شده و پراکنده نمی شود.
4- شدت بالاHigh intensity = : تمرکز تمامی فوتون های نور لیزر در یک مقطع کوچک باعث درخشندگی و شدت بالا برای لیزر می گردد.
یک لیزر از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟
در یک نگاه ساده می توان هر لیزر را متشکل از سه قسمت اصلی به شرح زیر در نظر گرفت:
1- ماده فعال: ماده ای است که بعد از برانگیخته شدن از خود فوتون ساطع می کند و یکی از مهمترین راه های تقسیم بندی دستگاه های لیزر براین اساس است.
2- کاواک: محفظه ای است که ماده فعال در آن قرار می گیرد. دو آینه در انتها و ابتدای این محفظه به صورت موازی قرار گرفته اند که روند موازی سازی و تهییج را فعال می کنند.
3- منبع تغذیه: نقش تامین انرژی لازم جهت عمل تحرک و ایجاد برانگیختگی در اتم ها و یا یون های تشکیل دهنده محیط فعال را ایفا می کند

انواع لیزر
لیزرها انواع مختلف وزیادی دارند که وجه تمایز و دسته بندی انواع لیزرها راپارامترهایی از قبیل نوع محیط فعال(محیطی که عمل لیزر زایی یا به عبارتی تقویت در ان انجام می گیردکه می تواند جامد،مایع وگازنیز باشد)ونوع ساختار وشرایط فیزیکی حاکم بر ان تعیین می کند.لیزر ها هم می توانند به صورت پالسی و هم پیوسته کار کنند که بستگی به هدف و کاربردمان دارد.اولین لیزر جهان توسط تئودور مایمن اختراع گرذید و از یاقوت در ان استفاده شده بود در سال 1926 پروفسور علی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها که لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال 1967فرانسویان توسط اشعه لیزر از ایستگاههای زمینیشان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط لیزر گسیل می گردد در یک سو وبسیار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالایی نیز دارد بطوریکه در الماس فرو میرود . امروزه استفاده از لیزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چا قوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است.
طرز کار یک لیزر یاقوتی:
پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیکی می باشد و یک لامپ مارپیچی تخلیه است(flash tube)که بدور کریستال یاقوت مدادی شکلی پیچیده شده(ruby)کریستال یاقوت نا خالص است و ماده فعال ان اکسید برم و ماده پایه ان اکسید الو مینیوم است. بعد از فعال شدن این پمپ انرژی کریستال یا قوت نور باران می شود و بعضی از اتمها رادر اثرجذب القایی-stimulated absorption برانگیخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد
پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگیخته بیشتر از اتمهای با انرژی کم میشود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر میگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می شود ولی از انجایی که پمپ اپتیکی مرتب به اتمها فوتون می تاباند پدیده دیگری زودتر اتفاق می افتد که به ان گسیل القایی گفته می شود .وقتی یک فوتون به اتم برانگیخته بتابد ان را تحریک کرده و زودتر به حالت پایه emission -stimulated خود بر می گرداند.
گسیل القایی: اتم+دو فوتون = اتم برانگیخته+ فوتون
این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگیخته میکنند و واکنش زنجیر وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کریستال به حرکت در می ایند که توسط مشددهای اپتیکی درون کریستال برگرداننده می شوند واین نورها در همان راستای نور اولیه هستد بتدرج با افزایش شدت نور لحظه ای می رسد که نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می شود
.
لیزر CO2
لیزرهای گازی نوع خاصی از لیزر است که در آن گازی داخل یک لوله ی شفاف مثل لامپ مهتابی می رود. عبور جریان از این لوله باعث رفت و آمد ِ فوتون می شود. اولین نوع ِ این لیزرها هلیم نئون بود. یعنی همین لیزرهای خانگی و مدارس. این لیزر ِ ایمن توسط یک ایرانی در موسسه ی بل به نام دکتر علی جوان اختراع شد. نوع دیگر لیزر لیزر CO2 است. البته در محفظه ی آن هلیوم و مقداری نیتروژن هم هست. کاز نیتروژن انرژی ِ الکترودها را ذخیره می کند. پس از برخورد مولکولهای نیتروژن به مولکول CO2 این انرژی انتقال می یابد. مولکولهای CO2 برانگیخته می شوند. گاز هلیوم به انتقال ِ انرژی کمک می کند. همچنین کمک می کند تا مولکولهای دی اکسید کربن زودتر به ترازهای انرژی عادی یا حالت عادی خود برگردند. این لیزرها بازده خوبی دارند.
سیر تحول و رشد
با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه های ذره ای نور و تولید آینه هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر (لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند.اختراع لیزر به سال ۱۹۵۸ با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر پرتو فروسرخ و نوری برمی گردد. نشر مقالات یاد شده سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سراسر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تایید نمودند. اما اینکه چگونه پالس ها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال ۱۹۶۰ دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر نور زیادی را تولید کرد که بیش از میلیون ها بار روشن تر از نور خورشید بود. پرتو لیزر می تواند خیلی تحت تاثیر شرایط جوی مانند بارندگی، مه، ابرهای کم ارتفاع، چیزهای موجود در آزمایش های مربوط به هوا مانند پرندگان قرار گیرد.دانشمندان نیز طرح های نویی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنال های تلفن را ارسال کند. اختراع مهم دیگر موج بر فیبر نوری بود که شرکت های مخابراتی برای ارسال صدا، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای گوناگون نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می کند.
لیزر و کاربرد آن
* فیزیک و شیمی
* زیست شناسی و پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و …
* صنایع نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و …
* صنعت: جوشکاری لیزری، برش های لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری، صنایع ساختمانی
* همجوشی هسته ای
* ارتباطات نوری
* فرآوری اطلاعات نوری و ضبط آن ها
* فرآوری مواد
* تمام نگاری (هولوگرافی)
* اندازه گیری و بازرسی
* آزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه گیری، سنتز مواد و …
در نظر اول فهم این نکته مشکل است که چرا با نور لیزر می توان یک تیغه را سوراخ کرد ولی با نور معمولی ، مثلاً نور یک لامپ الکتریکی ـ هر قدر هم قوی باشد این کار میسر نیست . این سئوال سه جواب دارد :اولاً نور لامپ ناهمدوس است یعنی فوتونهای لامپ همفاز نیستند و با مختصری اختلاف زمانی به هدف می رسند ، در حالی که فوتونهای تابه لیزری ، همه دقیقاً با هم حرکت می کنند و درست در یک نقطه به هدف می رسند . دلیل دوم این که نور از چشمه های دیگر کوبنده تر است ، این است که تابه نور معمولی فقط از یک طول موج معین تشکیل شده است بلکه شامل طیف نسبتاً وسیعی از طول موج هاست . این مطلب ، دلیل سوم را نیز در بر می گیرد : نور معمولی بر خلاف نور لیزر به شکل تابه ای باریک و موازی تولید نمی شود ، بلکه راستاهای مختلف را اختیار می کند .نور، محصول ارتعاش های کوچک الکترونی در داخل اتم هاست. نور معمولی مثلا" نور یک لامپ برق، به وسیله میلیون ها اتم ایجاد می شود که در هر لحظه ذرات نور را در همه جهات می پراکنند. نور لیزر حاصل ارتعاش میلیون ها اتم یک بلور، یا یک مخلوط گازی یا وسیله ای به نام دیود نیمه رسانا است، که همگی ذرات نور را در یک زمان و دقیقا" در یک جهت گسیل می کنند. نور، گونه ای از انرژی است. در نور معمولی این انرژی آشفته و ناهماهنگ است. آن چه از نور معمولی بر می آید، روشنایی دادن و سوزاندن است (اگر به حد کافی قوی باشد). اما در نور لیزر، انرژی کاملا" هماهنگ و سازمان یافته است. لذا علاوه بر آن چه نور معمولی می کند، کارهای دیگری از آن ساخته است. چرا با نور لیزر می توان یک تیغ را سوراخ کرد ولی با نور معمولی، این کار میسر نیست؟ با یک مثال می توان پاسخ روشنی داد. پسری در ساحل دریا سطلی پر از ماسه خشک در دست دارد و ماسه ها را روی پدرش که دراز کشیده می ریزد. پدرش احساس درد نمی کند. حال اگر به جای ماسه، قلوه سنگی که وزن آن برابر ماسه ها است، در همان ارتفاع بر روی پدر بریزد، او را زخمی خواهد کرد. البته سنگ هم از ذرات شبیه ماسه تشکیل شده است که سخت به هم فشرده اند. تفاوت میان اثر سنگ و ماسه نرم در این است که در مورد سنگ همه ذرات با هم به هدف برخورد می کنند، در حالی که در مورد ماسه اثر هر دانه تا رسیدن دانه بعدی از بین رفته است. در لیزر، فوتون های نوری که با هم حرکت می کنند مانند سنگ است. همه ذرات با هم به هدف برخورد می کنند و اثر جمعی آن ها شدیدتر است. با نور معمولی می توان با یک عدسی نور را کانونی کرد یعنی در یک نقطه متمرکز کرد. اما، کانونی کردن همه فوتون های نور معمولی در یک نقطه غیرممکن است. چون این نور دارای طول موج های متفاوتی است که همگی در یک نقطه متمرکز نمی شوند. اما در نور لیزر چون همه فوتون ها در سطح بسیار کوچکی به هدف برخورد می کنند، اثر برخورد بیشتر است. لیزر در صنعت، دفاع، پزشکی، برای روشنایی، فاصله یابی، در هوانوردی، در دریانوردی، به عنوان منبع گرما، در ارتباطات، در عکاسی سه بعدی و مسائل گوناگون پژوهشی کاربردهای فراوانی یافته است. ارزش اقتصادی لیزر نه به خاطر کارهایی است که از آن برمی آید، بلکه به خاطر این است که این کارها را بهتر از ابزارهای متداول انجام می دهد. اگر یک کوانتم با الکترونی که قبلا" در مدار پرانرژی تر بوده است، برخورد کند، الکترون به مدار کم انرژی تر سقوط می کند و دو کوانتم دقیقا" همراه هم آزاد (روان) می شوند. به این گسیل القایی می گویند.
لیزر در فیزیک و شیمی
اختراع 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 باشندرشته 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). همچنین برای اندازه گیری غلظت و دمای یک نمونه مولکولی در یک ناحیه محدود از فضا روشCARSمی رود. از این توانایی برای بررسی جزئیات فرایند احتراق شعله و پلاسما ( تخلیه الکتریکی) بهره برداری شده استشاید جالبتری کاربرد شیمیایی ( دست کم بالقوه ) لیزر در زمینه 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

نور لیزر برای روشنایی :

لیزرهای حالت جامد و لیزرهای تزریقی درخشهای کوتاه بسیار روشنی تولید می کند که برای عکسبرداری بسیار سریع ، ایده آل است . ما در عصری هستیم که سالانه میلیونها پوند صرف ساختن هوانوردهای سریع ـ اعم از موشک های بالستیکی ، قاره پیما یا هواپیما می شود . باید دانست که سرعتهای زیاد چه بر سر اجسام متحرک می آید و یکی از بهترین راههای این کار عکسبرداری از جسم در حال حرکت است . سرعت بعضی از پرتابه ها بقدری زیاد است که اغلب چندین کیلومتر در ثانیه که حتی عکسی که به کمک سریعترین فلاشهای متداول از آنها گرفته می شود ، چیزی جز تصویری محو نیست . از آنجایی که حتی سریعترین پرتابه ها هم در این مدت فاصله بسیار کمی را خواهند پیمود ، عکسی که با درخشش لیزری از اجسام تیز پرواز گرفته می شود ، واضح و دقیق خواهد بود . ارتش آمریکا سرگرم آزمایش با تلویزیون لیزری برای استفاده در گشتهای شبانه مخفی با هواپیماست و طراحان نظامی درصدد ساختن کلاهک بمب هایی هستند که هدف را با استفاده از پرتو لیزری نامرئی مادون قرمز پیدا کنند .

استفاده از لیزر در فاصله یابی :
یافتن فاصله هدف مورد نظر از مشکلات دائمی توپچیها و ضدهوایی ها بوده است . فاصله یاب لیزری ، اساساً از یک لیزر ، یک منبع توان ، یک سلول فتوالکتریک و یک کامپیوتر رقمی کوچک تشکیل می شود . پرتویی که لیزر می فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابیده می شود و وارد سلول فتوالکتریک می گردد . از روی زمان رفت وبرگشت فاصله هدف ، توسط کامپیوتر محاسبه و بر حسب هر واحدی که بخواهد ثبت می شود .نوعی فاصله یاب لیزری که برای ناتو ساخته شده ، به اندازه یک تفنگ نسبتاً بزرگی است که منبع توان و کامپیوتر آن را می توان در بسته ای روی پشت حمل کرد . فاصله یابهای لیزری تا مسافت 11 km را با دقتی حدود 5/4 متر تعیین کرده اند .
استفاده از لیزر در هوانوردی و دریانوردی :

یکی از بدیعیترین وسایل لیزری ، ژیروسکوپ لیزری است . ژیروسکوپ معمولی اساساً چرخ دواری است که بسرعت می چرخد . به دلیل این چرخش ، محور چرخ همواره در یک صفحه باقی می ماند . محور ژیروسکوپ چرخنده همیشه در یک راستا باقی می ماند و تغییر مسیر کشتی تاثیری بر آن ندارد . این محور ، کار یک ((خط مبنا)) را انجام می دهد که تغییرات جهت کشتی را از روی آن می توان تشخیص داد . سفینه های فضایی که غالباً بی سرنشینند تنها به کمک ژیروسکوپ مسیر خود را حفظ می کنند . این ژیروسکوپ متشکل است از یک لیزر گازی مثلاً لیزر هلیوم ، نئون که از هر دو انتهایش نور همدوس خارج می شود . با نصب این ژیروسکوپ به سفینه فضایی ، انحراف سفینه از مسیر ، قابل تشخیص است .
استفاده از لیزر در پزشکی :

لیزر بعنوان یک منبع قوی انرژی ، در پزشکی نیز بکار گرفته شده است بخصوصدر امریکا که زادگاه لیزر بود و هنوز هم موطن آن است . به عقیده برخی جراحان ، لیزر برای بریدن اعضایی که رگهای خونی بسیار پیچیده دارد ـ مانند مغز ـ فوق العاده مناسب است. تابه لیزر در حین قطع کردن رگهای خونی ، با سوزاندن، دهانه آنها را می بندند . برخی از چشم پزشکان لیزر را برای جوش دادن جداشدگی شبکیه چشم ، مفید یافته اند .
کاربرد لیزر در بیماریهای پوستی و زیبائی

انواع مختلف لیزر در درمان بیماریهای پوستی و زیبائی کاربرد دارد که بطور اختصار شامل:
۱- درمان ضایعات و خالهای عروقی که رنگ اینها معمولاْ قرمز می باشد که شامل: رگ های واریسی، رگهای قرمز زیر پوستی که معمولاْ روی صورت و در اثر آفتاب سوختگی مکرر و یا به هر دلیلی که پوست نازک شده باشد بوجود می آیند، ماه گرفتگی، آنژیوم عنکبوتی، گرانولوم پیوژنیکوم و غیره … در این بیماریها نقطه هدف پرتو لیزر هموگلوبین می باشد که در گلبولهای قرمز وجود دارد.
۲- درمان انواع ضایعات رنگی و رنگدانه ای پوست که شامل: خال و خالکوبی. در اینجا نقطه هدف پرتو لیزر ملانین و رنگ های خالکوبی می باشد.
۳- درمان و کاهش موهای زائد و نا خواسته. در اینجا نیز نقطه هدف ملانین است که در ساقه و ریشه مو وجود دارد. پس موهای رنگ روسن و سفید که فاقد ملانین هستند با لیزر از بین نمی رود و نیاز به درمان های دیگر مثل الکترولیز دارند.
۴- کاهش چین و چروک، فرورفتگی ها و جای زخم و جوش
۵- درمان بعضی بیماریهای پوستی مانند: زگیل، کلوئید یا گوشت اضافه، ترک های پوستی ناشی از حاملگی و چاقی و ترمیم زخم، داءصدف، پیسی و غیره …
۶- گاهی از لیزر برای برش بافت و یا برش در مواقع جراحی مشابه تیغ جراحی استفاده میکنند. در روش لیزر خونریزی کمتر است.

باید توجه داشت که روش های دیگری نیز بجز لیزر برای درمان بیماری های پوستی و زیبائی وجود دارد که کم هزینه تر هستند. بنابراین در صورت عدم موفقیت سایر روش ها؛ می توان نتایج لیزر را هم امتحان کرد.
استفاده نادرست از لیزر خطر آفرین است
استفاده نادرست از لیزر داخل چشمی ، در کمتر از یک صدم ثانیه شبکه چشم را از بین می برد.دکتر " عباس مجد آبادی " عضو هیئت علمی سازمان انرژی اتمی ایران ، در گفتگو با ایسنا ، واحد علوم پزشکی ایران ضمن بیان این مطلب گفت : متاسفانه جایگزینی برای بافتهای موجود در بدن که از راه لیزر برداشته می شود ، وجود ندارد حتی لیزر باعث آسیب رسانی به بافتهای سالم بدن نیز می شود.
وی افزود : سرطانهایی که از راه لیزر ایجاد می شوند بیشتر از نوع کنسرهای پوست است که با دارو و درمان کنترل ورفع می شود ؛ ولی بطور کلی سرطان زا بودن لیزر بسیار نادر است .
وی در باره تاثیرات مثبت لیزر اظهار داشت : " عمل جراحی لیزری " در صورتی که جایگاه مشخصی داشته باشد و بوسیله پزشک متخصص صورت بگیرد مفید است ولی در غیر این صورت می تواند خطرات جدی را برجای بگذارد .
دکتر " مجدآبادی " گفت : جراحی با لیزر بدلیل اینکه سرعت و دقت عمل را افزایش داده ، بدون درد و ایجاد ناراحتی برای بیماران است توصیه می شود؛ ولی هیچ زمانی جایگزین تکنیک ها و رو شهای جراحی نیست. برای مثال ؛ لیزر درباز کردن حفره اشکی کارایی زیادی داشته ، عمل جراحی را سرعت می بخشد.
وی خاطر نشان کرد : آموزش قبل از کاربرد با لیزر می تواند ضایعات را بطور جدی کاهش دهد.
این عضو سازمان انرژی اتمی ایران افزود : کشور ما خصوصا" جهاد دانشگاهی در زمینه های کاربرد لیزر " کم توان " و " پوست " بسیار فعال عمل می کند و حتی مقالات ایرانی که سال گذشته در همایش لیزر تراپی در ایتالیا ارائه شد ، بعنوان مقالات برتر شناخته شد.وی در خاتمه گفت : کلیه پزشکان باید قبل از کاربرد با لیزر ، با گذراندن دوره های آموزشی اصول ایمنی آن را فرا بگیرند

کاربرد لیزری در نوسازی صنعت :

گسترش تکنولوژی لیزر در دهه گذشته در تمامی شاخه های زندگی رشد فزاینده ای داشته است به گونه ای که امروزه لیزر جزء لاینفک زندگی انسان محسوب می شود یکی از شاخه هائی که لیزر از ابتدای اختراع آن بیش از دیگر زمینه های کاربردی مورد توجه محققین و متخصصین قرار گرفت ، کاربرد صنعتی لیزر بوده است .

برش کاری توسط لیزر از همان روزهای آغازین تولد لیزر مورد توجه بسیاری از علاقه مندان و صنعتگران که به آینده درخشان کار خود امید داشتند قرار داشت . پرتو لیزر با توجه به ویژگیهای منحصر خود که شامل تک رنگی ، همدوسی ، شدت بالا و واگرائی کم است نشان داد که با بکارگیری آن می توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلکه به تحول کیفی محصولات آن امید فراوانی پیدا نمود . بدنبال ساخت اولین لیزر گازکربنیک در سال 1964 این امکان فراهم شد که بتوان با حداقل امکانات لیزرهای پرقدرتی در ناحیه حرارتی مادون قرمز ، همان منطقه ای که موردنیاز صنعت است تهیه و به بازار عرضه نمود . اینک وسیله ای پا به عرصه وجود گذاشته بود که امکان فراهم نمودن یک منبع حرارتی قابل کنترل و در عین حال بسیار باریک به راحتی در دسترس کاربران قرار می گرفت . با یک نگاه گذرا اما عمیق به نقش لیزر در صنعت می توان به این نکته واقف شد که لیزر تحولی بی سابقه در این عرصه ایجاد کرده است که دامنه رشد آن هر روزه گسترش می یابد . امروزه اگر شاهد محصولاتی باشیم که به جهت کیفی و مرغوبیت در کمترین زمان به بازار عرضه می شوند ، متوجه نقش و اهمیت لیزر در صنعت خواهیم بود .

اثربخشی لیزر در تمامی زیرشاخه های صنعت امری محسوس و غیرقابل انکار است . برای مثال برش کاری، سخت کاری ، سوراخکاری ، علامت زنی ، بیشترین کاربردها را در خانواده صنعت عهدا دار بوده است . آمارها نشان می دهد بیش از 85% فعالیت های صنعتی در همین موارد خلاصه می شود .
امروزه بکارگیری لیزر در شاخه های مورد اشاره بالا امری طبیعی ، روتین و با یک سابقه 20 ساله مملو از تحقیقات و تجربیات فراوان است .
در خصوص برشکاری این امکان فراهم می شود که پرتوی لیزر توسط یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده بطوریکه در زمانی نزریک به یک هزارم ثانیه درجه حرارتی بیش از 4000 درجه سانتی گراد بر روی قطعه کار (فلز) ایجاد می کند .
نتیجه این عمل ذوب شدن لحظه ای فلز در یک باریکه ای به قطر 1/0 میلی متر است . اینک با حرکت دادن 2 آینه که نقش هدایت پرتو لیزر بر روی عدسی مورد نظر را دارد این امکان فرهم می شود که پرتو لیزر در جهت x و yحرکت نموده و براحتی هر شکلی را که مایل باشیم بر روی قطعه کار ایجاد نماییم . از دیگر مزایای بکارگیری لیزر در برش کاری می توان به : افزایش سرعت کار ، دقت بالا ، کمترین خسارت حرارتی به قطعه کار اشاره کرد . در زمینه جوشکاری نیز بکارگیری لیزر مزایای قابل ملاحظه ای را در صنعت بدنبال داشته است .
در نگاه اول جوشکاری با لیزر بنظر می رسد که قادر است براحتی و در کمترین زمان ممکن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه های مختلف به یکدیگر جوش دهد بلکه با این تکنیک این امکان فراهم شده است که فلزات غیرهمنام نیز به یکدیگر جوش داده شوند . لیزر در کنار یک CNC یک سیستم کامل لیزر جوش را ایجاد می کند که با کمک آن صنعت گران قادرند با سرعت زیاد ، دقت بالا و حداقل هزینه مصرفی از قابلیت های آن استفاده نمایند . یکی از شاخه های صنعت که در دو دهه اخیر مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پدیده بهینه سازی و بکارگیری مواد با آلیاژهای مختلف با طول عمر بالاست . هر قطعه مکانیکی بعد از یک دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و باید قطعه های نو جایگزین آن شود . قطعاتی مانند مته ها ، توربین ها ، تیغه اره ها و سیلندرها دچار بیشترین ساییدگی و پوسیدگی هستند لذا بیش از عناصر تشکیل دهنده مورد توجه قرار گرفته اند . امروزه با کمک لیزر می توان عمل سخت کاری بر روی لایه های سطحی فلزات انجام داد . به گونه ای که طول عمر آنها به میزان قابل توجه ای افزایش پیدا کند . این عمل نه تنها صرفه جویی فراوانی را به همراه دارد بلکه در حداقل زمان ممکن صورت می پذیرد . امروزه عمل سخت کاری با دیگر روش ها نیز صورت می پذیرد اما عملاً هیچیک از آنها نتوانسته جایگزین خوبی برای لیزر باشد .علامت زنی بر روی قطعات مختلف با مواد مختلف از نکات حائز اهمیت حوزه صنعت بشمار می رود بسیاری از تولیدکنندگان مایلند جهت جلوگیری از سوءاستفاده محصولات تقلبی به گونه ای محصولات اصلی را از نمونه تقلبی متمایز نمایند . حک کردن علامت و یا یک آرم مشخص با دقت بالا یک راه حل خوبی به نظر می رسد که سالیان سال مورد استفاده قرار گرفته است . به همین خاطر با متمرکز کردن پرتو لیزر در ابعادی حدود 50 میکرون با کمک 2 اسکنر مکانیکی میتوان هر شکل دلخواهی را در اندازه های مختلف بر روی محصولات حک نمود .
سرعت حکاکی به قدری بالاست که این فرایند ظرف چند ثانیه به اتمام خواهد رسید . امروزه حک نمودن 300 حرف در یک ثانیه توسط لیزر امری عادی بنظر می رسد . از آنجا که تمامی کنترل و هدایت این فرایند توسط کامپیوتر صورت می گیرد ، کاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود . حکاکی با لیزر هیچگونه محدودیتی جدی به جهت نوع جنس فراهم نخواهد کرد . دستگاههای حکاکی لیزری با قیمت های نازلی قابل تهیه از سازندگان آن می باشند . یکی از کاربردهای پرطرفدار لیزر در صنعت در امر سوراخکاری می باشد . ایجاد نمودن سوراخهای بزرگ و ریز بر روی موادی مانند چوب ، فلز امری عادی بنظر می رسد . اما همین که مایل باشیم این عمل را در ابعاد چند میکرون و بر روی موادی مانند سرامیکها ، شیشه و پلاستیک انجام دهیم خود پی می بریم که اگر نگوییم غیرممکن ، بسیار مشکل خواهد بود . اما امروزه به کمک لیزر این عمل در کمتر از ثانیه و با آهنگ بالا قابل اجرا و تکرارپذیر است . و این همان چیزی است که صنعتگران سالیان سال بدنبال آن بوده اند . امید است در آینده ای نه چندان دور شاهد بکارگیری این فناوری جدید در عرصه صنعت بوده و با این کار بر دامنه فعالیت های لیزر ، این نور شگفت انگیز بیافزاییم .

سلاحهای لیزری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری :
غیر قابل اجتناب است که میدان جنگ لیزری به طور محسوسی سالهای آینده جنگ را تهدید نکند . این نتیجه نه تنها توسعه و استفاده از سلاحهای لیزری مفید است بلکه نتیجه شمار فزاینده ای از وسائل لیزری از قبیل مسافت یاب و هدف یاب می باشد . بنابراین در نیروهای مسلح لازم است که از حساسه ها و توسط اقدامات عامل و غیر عامل الکترومغناطیسی حفاظت شود . تهدید اولیه لیزری از خود سلاحهای لیزری بوجود می آید . نگهداری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری مسائل مشکلی است که تاکنون حل نشده باقی مانده اند .
پاکسازی دیوار نوشته ها به کمک لیزر
آیا پاکسازی نوشته های بی معنی روی دیوارها آنهم بکمک اشعه لیزر پر توان عاقلانه است؟. "دیوید ماتیو" اولین کسی است که به فکر استفاده از لیزر برای پاکسازی دیوارها افتاد.او که در خلیج "هاف مون" که در حدود نیمساعت با سن فرانسیسکو فاصله دارد زندگی می کند؛ اول بار از یک لیزر آزمایشگاهی برای آزمودن این ایده استقاده کرد و از نتیجه حاصله شگفت زده شد!.هنوز پیشرفتهای حاصل از محصولات جانبی این کاربرد در نیمه راه است.این پیشرفت مدیون گروه متخصصان برنامه های لیزری به سرپرستی"لوید هاکل" می باشد. با پیشرفتهای آتی در این زمینه جدا سازی لایه های سطحی حساس از سطوح غـیر حساس امکان پذیر خواهد بود.ایده استفاده از لیزرجهت پاک کردن حروف چاپی ازروی کاغـذ سالها پیش به مرحله عـمل درآمده بود. مشکل عمده ای که با آن مواجه ایم هزینه های تلف شده مالیات دهنده گان و آثارمخرب محیطی است که پاکسازی رنگها مانند دیوار نوشته ها و رنگهای سربی از روی سطح ساختمانها به جا میگذارند. بندر سن فرانسیسکو هر ساله حدود 10 میلیون دلارهزینه و نیو یورک پنج بار بیش از آن صرف مبارزه با دیوار نوشته ها میکنند که در نهایت هر دو بازنده اند!.
تمام روشهایی که در حال حاضربرای زدودن دیوار نوشته ها بکار میرود نواقصی دارند. حتی کارگرانی که با رنگ آمیزی سطوح سر وکار دارند نیزدراین خرابکاریها دست دارند!. رنگهای"سند بلاست"مقدار زیادی ذرات ماسه و رنگ را از طریق هوا منتقل میکنند.روشهای شیمیایی همچون پاشیدن سودا(بیکربنات سدیم) مقدارزیادی ضایعات مایع از خود به جا میگذارد که مستلزم صرف زمان زیادی برای پاکسازی آنها میباشد. وجود سطوح خشن زیرین رنگ و همچنین بکار بردن روشهایی که با ملایمت با این مساله برخورد می کنند؛هر دو به شکست منجر می شوند، چرا که مستلزم مراقبتهای مضاعـف میباشند.
اصل اساسی استفاده از سیستم لیزر زدایی رنگها کندن رنگ بوسیله فشار امواج "فوتو اکوستیک" است.هنگامی که اشعه لیزر از نظر قدرت و پالس تنظیم گشته و به سطح رنگی می تابد انرژی حاصله بصورت گرما و امواج صوتی تغییر شکل می دهد.امواج صوتی از میان لایه رنگ عبور کرده و به سطح محکم زیرین برخورد می نماید و بر می گردد.امواج بازگشتی با امواج ورودی برخورد نموده تداخل مخربی را در لایه رنگ ایجاد می نمایند که در نهایت منجر به انفجار لایه رنگ و تبدیل آن به پودر می شود.

منبع
* آشنایی با اپتیک " ،فرانک ال.پدروتی،لئون اس.پدروتی. ترجمه:محی الدین شیخ الاسلامی
* مرگ مخترع، تولد تاریخ"، هم میهن، ۲۶ اردیبهشت ۱۳۸۶. شمارهٔ ۶۸
24