نمودار تولید لیزر لیزر به وسیله‌ای گفته می‌شود كه نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریكی كه طول موج مشخصی دارند ساطع می‌كنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع كننده یا فعال كنده نور تشكیل شده كه درون محفظه تشدید نور قرار دارد.

لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریك شده است.

دستگاه تولید پرتو لیزر

اولین لیزر جهان توسط تئودور مایمن اختراع گردید که از یاقوت در آن استفاده شده بود. در سال 1926، پروفسور علی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها كه لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال 1967 فرانسویان توسط اشعه لیزر از ایستگاههای زمینیشان، دو ماهواره خود را در فضا تعقیب كردند بدین ترتیب لیزر بسیار كاربردی به نظر آمد.

علی جوان و مدال جهانی با تصویر انیشتن

نوری كه توسط لیزر گسیل می گردد در یك سو و بسیار پر انرژی و درخشنده است و قدرت نفوذ بالایی نیز دارد. به طوری كه در الماس فرو می رود. امروزه استفاده از لیزر در صنعت به عنوان جوش آورنده فلزات و در پزشكی به عنوان چاقوی جراحی بدون درد بسیار متداول است.
 

لیزرها سه قسمت اصلی دارند:

  • پمپ انرژی یا چشمه انرژی: ممكن است این پمپ اپتیكی یا شیمیایی و یاحتی یك لیزر دیگر باشد.

  • ماده پایه وفعال كه نام گذاری لیزر بواسطه ماده فعال صو رت می گیرد.

  • تشدید كننده اپتیكی : شامل دو آینه بازتابنده كلی و جزئی می باشد.


طرز كار یك لیزر یاقوتی:

پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیكی می باشد و یك لامپ مارپیچی تخلیه است (flash tube) كه بدور كریستال یاقوت مدادی شكلی (ruby) پیچیده شده است. كریستال یاقوت ناخالص است و ماده فعال آن اكسید برم و ماده پایه آن اكسید آلومینیوم است. بعد از فعال شدن این پمپ انرژی، كریستال یاقوت نور باران می شود و بعضی از اتمها رادر اثرجذب القایی( stimulated absorption ) برانگیخته كرده وبه ترازهای بالاتر می برد.

پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم+ فوتون

با ادامه تشعشع پمپ، تعداد اتم های برانگیخته بیشتر از اتم های با انرژی كم می شود. به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد. طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانك، اتم های برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته و به تراز با انرژی كم بر می گردند و انرژی اصافی را به صورت فوتون آزاد می كنند كه به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می شود. ولی از انجایی كه پمپ اپتیكی، مرتب به اتم ها فوتون می تاباند، پدیده دیگری زودتر اتفاق می افتد كه به آن گسیل القایی (stimulated emission ) گفته می شود. همان طور كه در شكل زیر می بینید، وقتی یك فوتون به اتم برانگیخته بتابد، آن را تحریك كرده وزودتر به حالت پایه خود بر می گرداند.

گسیل القایی: اتم + دو فوتون = اتم برانگیخته + فوتون

این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگیخته می كنند و واكنش زنجیر وار تكرار می شود.  بخشی از پرتوهای نور درون كریستال به حركت در می آیند كه توسط تشدید کننده های اپتیكی درون كریستال برگرداننده می شوند و این پرتوهای نور در همان راستای نور اولیه هستند. به تدریج با افزایش شدت نور، لحظه ای می رسد كه نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می شود . پرتو نور

 نمودار تولید لیزر

 

ماهیت ذره ای بودن نور :

اسحاق نیوتن در سال 1627 نظریه ذره ای بودن نور را ارائه داد. وی معتقد بود كه یك منبع نور، ذرات نور را با سرعت ثابت روی خط راست گسیل می كند و هنگامی كه این ذرات به شبكیه چشم برخورد نمایند، چشم قادر به دیدن خواهد بود. وی برای اثبات نظریه خود، آزمایش اتاق تاریك را انجام داد. بعدها انیشتین نیز با آزمایش اثر فتوالكتریك و معرفی فوتون به عنوان ذرات نور مهر تاییدی بر نظریه ذره ای نیوتن زد.

 

نظریه موجی نور:

كریستیان هویگنس فیزیكدان هلندی ماهیت نور را موجی دانست و پخش و بازتابش نور و شكست نور را نشانه موجی بودن نور می دانست. سپس توماس یانگ با استفاده ازمایش پراش نور در شكاف مضاعف توانست طول موج نور را اندازه گیری نماید و بدین ترتیب ماهیت موجی نور نیز اثبات گردید.

 

نور

جنس امواج نور:

امواج نور از نوع امواج الكترو مغناطیسی است كه برای انتشار احتیاج به محیط مادی ندارد. یك موج الكتر مغناطیسی تركیبی است از دو میدان عمود برهم الكتریكی و مغناطیسی كه در شكل زیر به ترتیب با موج های زرد رنگ و آبی رنگ نشان داده شده است.

تصویر نور به شکل موج

 

خواص امواج الكترو مغناطیسی نور:

?- نوردر خلاء دارای سرعت ثابت 300000 كیلومتر برساعت است كه بالاترین سرعت می باشد.

?- نورهای مختلف دارای طول موج های مختلف وشدت نور متفاوت هستند.

?-سرعت نور درمحیط های شفاف مختلف تغییر می كند.

 طیف الكترومغناطیسی نور سفید:

همانطور كه در شكل زیر دیده می شود نور قرمز دارای بیشترین طول موج (700 نانومتر) ونور بنفش دارای كمترین طول موج (400 نانومتر) می باشند.

طول موج رنگ های مختلف نور

همانطور كه در فرمول   می بینید هر چقدر طول موج كمتر باشد، بسامد یا فركانس بیشتر است و طبق فرمول، انرژی فوتون های نور انیشتین  E=nhf انرژی نیز بیشتر خواهد شد. به همین علت پرتوهای نوری بنفش، پر انرژی تر از پرتوهای نور قرمز هستند   (n=تعداد فوتونهاو h=ثابت پلانك هست).