پژوهش بررسی جامع لیزر چیست ؟ - دانلود
پایان نامه بررسی جامع لیزر چیست ؟ در 88 صفحه ورد قابل ویرایش
پژوهش بررسی جامع لیزر چیست ؟ در 88 صفحه ورد قابل ویرایش
فهرست مطالب
پیش گفتار------------------------------------------------------ 1
فصل اول : لیزر چیست ؟
ریشه لغوی ----------------------------------------------------- 3
تاریخچه لیزر --------------------------------------------------- 3
سیر تحولی و رشد ------------------------------------------------ 4
گزیده ای از سخنان علی جوان --------------------------------------- 5
فصل دوم : لیزر از دید فیزیك
مشخصات اصلی لیزر---------------------------------------------- 8
برهم كنش نور با ماده --------------------------------------------- 9
تولید نور ----------------------------------------------------- 10
قانون توان و انرژی ---------------------------------------------- 12
نحوه ایجاد پرتو لیزر --------------------------------------------- 14
تفاوت پرتور لیزر با نور معمولی ------------------------------------- 16
نمونه هایی از لیزرهای متداول -------------------------------------- 16
هولوگرام ----------------------------------------------------- 17
طرز كار یك لیزر یاقوتی ------------------------------------------ 18
اسكن میكروسكوپی لیزری هم كانون ---------------------------------- 20
ارتقاء كیفیت با بكارگیری اصول هم كانونی ----------------------------- 23
رهنمودها ----------------------------------------------------- 25
كاربردهای لیزر ------------------------------------------------- 29
فصل سوم : لیزر و شیمی
دید كلی ----------------------------------------------------- 37
لیزر و ایجاد شاخه های جدید در شیمی-------------------------------- 37
تكنیكهای جهش دما ---------------------------------------------- 37
طیف سنجی --------------------------------------------------- 38
طیف سنجی مولكولی -------------------------------------------- 38
سایر كاربردهای لیزر در شیمی -------------------------------------- 39
لیزر و آینده علم شیمی ------------------------------------------- 39
پهنای باریكه --------------------------------------------------- 40
تكفامی ------------------------------------------------------ 42
كاربردهای مهم پهنای كم باریكه ------------------------------------- 43
كاربرد تكفامی نور لیزری ------------------------------------------ 44
مكانیزم لیزر یاقوت ---------------------------------------------- 45
ساختار بلوری یاقوت --------------------------------------------- 46
لیزرهای شبیه یاقوت --------------------------------------------- 47
فصل چهارم : لیزرها در علم پزشكی
لیزر چیست ؟ -------------------------------------------------- 49
لیزر پزشكی چیست ؟--------------------------------------------- 50
چه بیماریهایی با لیزر كم توان درمان می شوند ؟ -------------------------- 51
در چه مواردی نباید از لیزر درمانی استفاده شود ؟ ------------------------- 53
مطالعه بر روی حیوان ، تأثیر لیزر درمانی بر آسیب شدید اعصاب محیطی --------- 55
مواردی كه عموماً برای لیزر درمانی مناسب نیستند ------------------------- 59
مواردی كه در بعضی مواقع برای لیزر درمانی مناسب نیستند ------------------- 61
مواردی كه به اشتباه برای لیزر درمانی مناسب تشخیص داده نشده اند ------------ 64
لیزر درمانی كم توان --------------------------------------------- 66
كاربرد لیزر در لیزر درمانی ----------------------------------------- 68
پروتكل درمانی در خار پاشنه --------------------------------------- 69
درمان بیماری دیابت با لیزر كم توان ---------------------------------- 70
لیزر و پوست -------------------------------------------------- 73
فصل پنجم : اخبار دنیای لیزر
بازنمایی مسجد اباصوفیه توسط لیزر ---------------------------------- 76
جایگزینی PLDD بجای عمل جراحی فتق دیسك بین مهره ای ---------------- 77
درمان بیماری دیابت با لیزر كم توان ---------------------------------- 78
كارایی بالینی با لیزر كم توان در استئوارتریت گردنی ----------------------- 80
تاثیر لیزرگالیم آرسناید در درمان كمردرد مزمن --------------------------- 81
اثر لیزر كم توان در فتق دیسك كمری HLD----------------------------- 82
نتیجه گیری ---------------------------------------------------- 83
منابع -------------------------------------------------------- 85
پیش گفتار
امروزه تقریباً همه لیزر و موارد كاربرد آن را می دانند . در تمام دنیا و به ویزه در كشور با استفاده از لیزر و مشتقات آن به طور شگفت انگیزی افزایش داشته است .
هم چنین لیزر در پژوهش های علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی موارد مصرف پیدا كرده است . برتری لیزر در این است كه از منبعی برای نور و تابش های كنترل شده تك فام و پرتوان تولید می كند . تابش لیزر با پهنای نور طیف های باریك توان تمركزیابی می شود . چندین برابر درخشانتر از خورشید است .
لیزر كشفی علمی می باشد كه به عنوان یك تكنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است . لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات نقشه برداری و چاپ مورد استفاده قرار می گیرند .
ریشه لغوی
کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت "تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش" (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس میباشد. به گسیلهای لیزرگونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو "میزر" (MASER) گفته میشود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته میشود.
تاریخچه لیزر
پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gor، don) زیگر (Zeiger) ، تاونز (Townes) ، باسو (Basov) و پروخورو (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر (MASER) را که از ابتدای حروف "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" تشکیل شده بود برای آن برگزیدند.
اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک (NH3) ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن (Mailman) موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه هادی مطرح گردید.
سیر تحولی و رشد
اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر میتواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.
دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار میباشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده میکند.
سبعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند.
گزیده‌ای از سخنان علی جوان در مورد اختراع لیزر
در دنیای علمی و علوم ، این مثل همیشه گفته میشود که وقتی که زمان برای یک اختراع یا یک کشف درست شده و شما آنرا انجام ندهید، کس دیگری انجام خواهد داد. این مثل تا حد زیادی حقیقت دارد، اما همیشه اینطور نیست. بعضی وقتها آدمها یک فکر خوب را از دست می‌دهند. وقتی که نوبت برسد به لیزر ، لیزر گازی ، می‌توانست در سال 1930 اختراع شده باشد، نه پس از سی سال در سال 1960 که من آنرا اختراع کردم. اگر شما به تاریخ علم نگاه کرده باشید، مخصوصا به فیزیکدانان اروپایی ، آنها به اختراع لیزر در سالهای 1937 و 1938 خیلی نزدیک شده بودند.
تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی
پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از: شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌و همدوسی. لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش (UV) و مادون قرمز (IR) ، جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو میتواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی ، همدوسی و شدت زیاد است.
اینکه چگونه میتوان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری ، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌خودی خود فاقد قابلیت تنظیم طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد.
نمونه‌هایی از لیزرهای متداول
· لیزرهای متدوال مادون قرمز (IR (2 _ 10?m: لیزر مونو اکسید کربن (CO) ، لیزر دی اکسید کربن (CO2) و بلورهای هالیدهای قلیایی تابشی در طول موج 1.06 میکرومتر تولید کرده و لیزرهای الکساندریت یا دیودهای مخابراتی قابل تنظیم در IR نزدیک هستند.(طول موج2000)
لیزرهای محدوده نامرئی (400 _ 700nm): لیزرهای آرگون _ کریپتون و لیزر هلیوم _ نئون، لیزرهای رنگی و لیزر تیتانیوم_یاقوت کبود.
لیزرهای محدوده ماورای بنفش (200 _ 400nm): لیزرهای اگزایمر (لیزر هالید گاز نادر) ، نیتروژن ، لیزر رنگی با فرکانس دو برابر شده.
طبقه بندی لیزر در حالت کلی
لیزر پیوسته کار ، لیزر پالسی
هولوگرام
1 -هولوگرام یک تصویر سه بعدی است که با استفاده از لیزر ایجاد می شود . نور دستگاه لیزر به دو پرتو می شکند . یکی از پرتوها با انعکاس از روی یک
آینه از روی شی به صفحه عکاسی
می تابد . پرتو دیگر به وسیله آینه دیگری بدون برخورد به شی به صفحه عکاسی فرستاده
می شود . صفحه عکاسی در جایی قرار داده می شود که دو پرتو تلاقی می کنند . سپس صفحه عکاسی ظاهر می شود و ، در صورتی که به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، هولوگرام را پدیدار می کند.
چگونگی ایجاد این دو دسته تا حدود زیادی بستگی به ساختار درونی محیط تولید لیزر ، مکانیزم ایجاد لیزر و پارامترهای دیگر دارد که بررسی آنها خارج از این مقوله است. از لحاظ کاربردی ، لیزرهای پالسی با مدت پالس 12-10 ثانیه در دسترس هستند. چنین لیزرهایی در جهت پژوهش در فرایندهایی که در گازها و مایعات ، با سرعتهای بسیار بسیار سریع رخ می‌‌دهد، بکار برده می‌شوند.
کاربردهای لیزر
کاربرد لیزر در پزشکی : چاقوی لیزری، مته لیزری و ...
کاربرد لیزر در صنعت : جوشکاری لیزری، برشهای لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری
و ...
کاربردهای نظامی : ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ...
امروزه استفاده از لیزر در صنعت به عنوان جوش آورنده ی فلزات و چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است. لیزرها سه قسمت اصلی دارند : 1) پمپ انرژی یا چشمه ی انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیایی و یا حتی یک لیزر دیگر باشد. 2) ماده ی پایه و فعال: که نام گذاری لیزر بواسطه ی ماده ی فعال صورت می‌‌گیرد. 3) مشدّد کننده ی اپتیکی: كه شامل دو آینه ی بازتابنده ی کلی و جزئی میباشد.
جنس امواج نور امواج نور از نوع امواج الکترومغناطیسی هستند که برای انتشار احتیاجی به محیط مادی ندارند. یک موج الکترومغناطیسی ترکیبی است از دو میدان عمود بر همِ الکتریکی و مغناطیسی که در شکل زیر به ترتیب با موجهای زرد رنگ و آبی رنگ نشان داده شده اند.
خواص امواج الکترومغناطیسی نور: 1) نور در خلأ دارای سرعت ثابتِ 300000 (سیصد هزار) کیلومتر برساعت (بالاترین سرعت) است. 2) نورهای مختلف دارای طول موج های مختلف و شدت نور متفاوت هستند. 3) سرعت نور در محیط های شفافِ مختلف تغییر میکند.
کاربردهای لیزر الف) کاربرد لیزر در مصارف نظامی امروزه لیزر کاربردهای بی شماری دارد که همه ی زمینه‌های مختلف علمی و فنی، فیزیک، شیمی، زیست شناسی، الكترونیك و پزشکی را شامل میشود. همه ی این کاربردها نتیجه ی مستقیم همان ویژگی های خاص نور لیزر است. کاربردهای نظامی لیزر همیـشه عمـده ترین کـاربردهای آن بوده است. مهمترین کاربردهای نظامی لیزر عبارت اند از: الف) فاصله یاب های لیزری ب) علامت گذارهای لیزری ج)
سلاح های هدایت انرژی الف) فاصله یاب های لیزری: فاصله یاب لیزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی از آن ها استفاده میشود. یک تپ کوتاه لیزری (معمولا با زمان 10 تا 20 نانوثانیه) به سمت هدف نشانه گیری میشود و تپ پراکنده ی برگشتی بوسیله ی یک دریافت کننده ی مناسب نوری (که شامل آشکارساز نوری است) ثبت میشود.
فاصله ی مورد نظر با اندازه گیری زمان پرواز این تپ لیزری به دست می‌‌آید. مزایای اصلی فاصله یاب لیزری را میتوان به صورت های زیر خلاصه کرد: 1) وزن, قیمت و پیچیدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است. 2) توانایی اندازه گیری فاصله حتی برای هنگامی که هدفِ در حال پرواز در ارتفاع بسیار کمی از سطح زمین و یا دریا باشد. اِشکال عمده ی این نوع رادارها در این است که باریکه ی لیزر در شرایط نامناسبِ رؤیت به شدت در جو تضعیـف میشود. هم اكنون چندنوع از فاصله یاب های لیزری با بردی در حدود 15 کیلومتر مورد
استفاده اند: 1) فاصله یاب های دستی برای استفاده ی سرباز پیاده (یکی از آخرین مدل های آن در آمریکا ساخته شده؛ این فاصله یاب در جیب جا می‌‌گیرد و وزن آن با باتری حدود 500 گرم است. ) 2) سیستم های فاصله یاب برای استفاده در تانکها 3) سیستم های فاصله یاب مناسب برای دفاع ضد هوایی اولین لیزرهایی که در فاصله یابی از آن ها استفاده شد لیزرهای یاقوتی با سوئیچ Q بودند. امروزه فاصله یاب های لیزری اغلب بر اساس لیزرهای نئودمیم با سوئیچ Q طراحی شده اند. اگر چه لیزرهای CO2 نوعTEA در بعضی موارد (مثل فاصله یاب تانک ها) جایگزین جالبی برای لیزرهای نئودمیم است. ب) علامت گذارهای لیزری: دومین کاربرد نظامی لیزر در علامت گذاری است. اساس کار علامت گذاری لیزری بسیار ساده است. لیزری که در یک مکان سوق الجِیشی قرار گرفته است هدف را روشن می‌‌سازد. به خاطر روشنایی شدید نور, هنگامی که هدف به وسیله ی یک صافی نوری با نوار باریک مشاهده شود به صورت یک نقطه ی روشن به نظر خواهد رسید. سلاح ممکن است بمب, موشک و یا اسلحه? منفجر شونده ی دیگری باشد كه به وسیله ی یک سیستم احساسگر مناسب مجهز شده است.
در ساده ترین شکل, این احساسگر میتواند یک عدسی باشد که تصویر هدف را به یك
آشکار ساز نوری ربع دایره‌ای که سیستم فرمان حرکت سلاح را کنترل میکند انتقال می‌‌دهد و بنابراین میتواند آن را به سمت هدف هدایت کند. به این ترتیب هدف گیری با دقت بسیار زیاد امکان‌پذیر است. معمولا لیزر از نوع ND:YAG است در حالی که لیزرهای CO2 به خاطر پیچیدگی آشکارسازهای نوری (که مستلزم استفاده در دماهای سرد است) نامناسب اند. علامت گذاری ممکن است از هواپیما, هلی کوپتر و یا از زمین انجام شود.
(مثلا با استفاده از یک علامت گذار دستی) ج) سلاح های هدایت انرژی: اکنون کوشش قابل ملاحظه‌ای در دو کشور آمریکا و روسیه برای ساخت لیزرهایی که به عنوان سلاح های هدایت انرژی به کار می‌‌روند اختصاص یافته است. در مورد سیستم های قوی لیزری مورد نظر, با توان احتمالاً در حدود مگاوات (حداقل برای چند ده ثانیه) یک سیستم نوری باریکه ی لیزر را به هدف (هواپیما, ماهواره یا موشک) هدایت میکند تا خسارت غیر قابل جبرانی به وسایل احساسگر آن وارد کند و یا اینکه چنان آسیبی به سطح آن وارد کند که نهایتاً در اثر تنش های پروازی دچار صدمه شود.