Posted on

فوتون چیست

فوتون

فوتون ها از طریق فضای خالی با سرعت حدود 186،282 مسی (299،792 کیلومتر) در ثانیه حرکت می کنند. این درست نیست مهم نیست که طول موج الکترومغناطیسی. در رسانه های غیر خلاء، سرعت کاهش می یابد. به عنوان مثال، نور مرئی از شیشه به آرامی از طریق فضای بیرون حرکت می کند. امواج رادیویی از طریق پلی اتیلن در یک خط انتقال آهسته تر از آنچه که از طریق جو انجام می شود، حرکت می کنند. نسبت سرعت فوتون ها در یک محیط خاص به سرعت آنها در خلاء عامل فاکتور است . این عامل همیشه بین 0 و 1 (یا 0 و 100 درصد) است و به نوعی به طول موج بستگی دارد.

هرچه طول موج یک اختلال الکترومغناطیسی کوتاه تر باشد، انرژی بیشتری در هر فوتون وجود دارد. در واقع، این رابطه دقیق است که یک فرمول ریاضی به کار می رود. اگر e نشان دهنده انرژی (واحد اندازه گیری joule ) موجود در هر فوتون و s نشان دهنده طول موج الکترومغناطیسی (در متر)، پس از آن

e = hc / s

جایی که hثابت پلانک است (تقریبا برابر با 6.626 بار برابر 10-34 joule-second است) و c سرعت انتقال میدان الکترومغناطیسی در رسانه مورد نظر است (حدود 2.998 بار 10 8 متر در ثانیه در یک خلاء). یک فرمول ساده برایفرکانس استفاده می شود . اگر f نشان دهنده فرکانس میدان الکترومغناطیسی (در هرتز ) باشد، سپس

e = hf

انرژی موجود در فوتون تک به شدت تابش بستگی ندارد. در هر طول موج خاص – می گویند، طول موج نوری که توسط یک لیزر هلیوم نئون تولید می شود، هر فوتون دارای دقیقا همان مقدار انرژی است، به عبارتی که منبع به اندازه شمع یا همان نور خورشید کم است. درخشندگی یا شدت، تابعی از تعداد فوتون هایی است که بر روی یک سطح مشخص شده در یک واحد زمان می گذارند.

 

 

لیزررچیست 

Posted on

انواع لیزر

بدون شک یونانی ها اولین قومی بودند که به توضیح نور و اینکه اشیا چگونه دیده می شوند پرداختند. مدتها بعد تجربه های علمی، دو نظریه را راجع به نور مطرح ساخت. اولین نظریه مرتبط با نظریه ذره ای نور است که ابتدا توسط نیوتن مطرح گردید، وی پیشنهاد کرد که نور شامل جریانی از ذره است که از قوانین دینامیکی حرکت که خود از بنیان گذار آن بود تبعیت می کند. دومین نظریه توسط هوک و هویگنس پیشنهاد شد که فرض کردند که نور دارای طبیعت موجی است.

برای همین نظریه نور که بتواند قابل قبول باشد، لازم است که این نظریه پاسخگوی پدیده های مشاهده شده هم باشد. پراش واژه ایست که برای بیان انحراف نور از “لبه ها و گوشه ها” انتخاب شده است، بنابراین سایه های اجسام روی صفحه ای دور از جسم کاملا تیز نیستند. تداخل نور نیز نشان می دهد که نور دارای طبیعت موجی است. پدیده فوتوالکتریک، از جهت دیگر، با پذیرفتن طبیعت ذره ای نور قابل توضیح می باشد. بنابراین هر دو نظریه موجی بودن و ذره ای بودن نور قادرند به توضیح پدیده های فیزیکی که با نور سر و کار دارند بپردازند.

 

“حروف واژه لیزر(LASER) به ترتیب حرف اول کلمه های Light(نور) Amplification(تقویت)،  Stimulated (القایی)،)Emissionگسیل)) Radiation تابش) و به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش می باشد. لیزر دستگاهی است برای تولید، تقویت و انتقال باریکه های نوری همدوس باریک و با شدت زیاد گاهی عنوان میزر اپتیکی نیز به لیزر اطلاق می شود.”

 

انواع مختلف لیزر:

لیزرها را می توان به دسته های مختلفی دسته بندی کرد:

  1. بر اساس حالت محیط فعال:جامد مایع گاز یا پلاسما که در این قسمت به آن می پردازیم.
  2. گستردگی بینابی طول موج لیزر:مریی، فرو سرخ و نظایر آن
  3.  روش تحریک یا پمپاژمحیط فعال(دمش): دمش نوری، دمش الکتریکی و غیره
  4. مشخصه تابش صادر شده توسط لیزر
  5. تعداد ترازهای انرژی که درفرآیند تقویت نور شرکت می کنند.

 

انواع مختلف لیزر بر حسب محیط فعال

محیط فعال تعیین کننده نوع لیزر است و به همین دلیل در بعضی از تقسیم بندیها نام لیزر رابا نام محیط فعال آن مشخص می کنند. منظور ازمحیط فعال مجموعهای ازاتمها و یا مولکولها ست که می توان در آن جمعیت وارون ایجادکردو درنتیجه تابش الکترو مغناطیسی توسط گسیل القایی را حاصل نمود. از میان نمونه های متعدد می توان لیزر خاص پرتو ایکس را معرفی کرد.

 

 

لیزرهای پرتو ایکس

در این لیزرها، هدف از یک ورقه نازک سلنیوم یا عنصر دیگری با عدد اتمی بالا که برای افزایش سختی روی زیر لایه ای از وینیل نشانده می شود، تشکیل می شود. هدف از دو طرف توسط یک جفت پالس لیزری از لیزر پر توان که تمرکز ان چند صد بار بزرگتر از عرض آن است، تحت تابش قرار می گیرد.

در اثر این تابش، ورقه سلنیوم منفجر می گردد و پلاسمایی از یون های سلنیوم که از 24 الکترون تهی شده است بوجود می آید. یون حاصل دارای بار الکتریکی بسیار زیادی است. اختلاف انرژی الکترون های بیرونی یون مناسب با مربع Z است(Z بار یون است) ، و این منجر به گسیل های پرتو ایکس با طول موج خیلی کوتاه می گردد.

از آنجا که آهنگ واپاشی یا فروافت خود به خودی متناسب با توان چهارم z است، منبع پمپاژ باید 1000 برابر انرژی بیشتری را در زمانی ده هزار بار سریعتر از لیزر اپتیکی به هدف تحویل دهد. حل این مسئله توسط یون های با z کم امکان پذیر است.

ممکن است لازم نباشد که تعداد زیادی الکترون را از یک عنصر با عدد اتمی بالا جدا کنیم. می توان به وسیله  سایر گذارهای پرتوی ایکس، از جمله الکترون های داخلی که توسط الکترون های بیرونی حفاظ نشده اند و نیروی کامل بار هسته ای را احساس می کنند به عمل لیزر ایکس با جدیت کمتری دست یافت.

همچنین، نتایج امیدوار کننده ای از گذارهای پرتو ایکس قوی در الکترون های داخلی میکرو خوشه های اتمی بدست آمده است. در حال حاضر بازدهی اینگونه لیزرها خیلی کم است زیرا بیشتر بر اساس تحریک برخوردی استوار است. می توان با خنک سازی سریع که منجر به پمپاژ ترکیب مجدد سه ذره ای پلاسمای به شدت یونیزه می گردد، به بازدهی بسیار بیشتری دست یافت. به نظر می رسد که ترکیبی از روشها، شامل خنک سازی تماسی و انبساط بی در رو  از همه امیدوار کننده تر است.

 

بیوهولوگرافی

با استفاده از کوتاه بودن طول موج لیزرهای پرتو ایکس پالسی می توان عکسهای فوری سه بعدی از یک بیومولکول تنها در داخل سلول زنده تهیه کرد. این امکان برای میکروبیولوژیستها فراهم می شود که مولکول های آلی لطیف و پیچیده را در محیط طبیعی خودشان، در حالی که در داخل سلول زنده باقی می مانند، بررسی و آزمایش کنند. تحت شرایط مناسبی حتی می توان این مولکول ها را در حین تغییرات مهم شیمیایی و در طول عملکرد طبیعی خود، مورد مطالعه قرار داد. دیگر نیازی به کار مشکل منزوی سازی، خالص سازی و رشد بلورهای کامل در شاتل های فضایی و غیره نیست.

اغلب بیومولکول های بزرگتر، وقتی از محیط آبی طبیعی خود یا از دیواره سلولها خارج می شوند، شکل خود را تغییر می دهند. در طول مدت فرایند خالص سازی، اطلاعات حیاتی در مورد عملکرد و مکان هندسی و آرایش داخل سلول زنده، از دست می رود.

تمام این مسائل و مشکلات با هولوگرافی پرتو ایکس برطرف می گردد. طول موج در داخل پنجره آبی جایی که ضریب جذب نا پیوسته، اجازه می دهد که پرتو ایکس نسبتا بدون مانع در مقایسه با دیگر مولفه های اتمی بیومولکولی مثل کربن، عبور کند، تنظیم می گردد. باریکه باید از لایه نسبتا نازک آب شامل سلول عبور کند. از مؤلفه های مختلف سلولی می توان همزمان تصویر برداری سه بعدی انجام داد. به احتمال بسیار زیاد بعد از تابش، سلول به طرز جبران ناپذیری صدمه خواهد دید. با این وجود، اطلاعات ساختاری ارزشمندی به طور پیوسته در هلوگرام ثبت خواهد شد.

تنها فناوری دیگری که امروزه این توانایی را دارد،بیناب سنجی تشدید مغناطیسی است. با این وجود توانایی آن برای تعیین ساختمان هندسی دقیق و مکان های بیومولکول ها در داخل سلول زنده تا حدودی غیر مستقیم و نظری است.

توانایی تصویر برداری مستقیم از بیو مولکول ها باعث می شود که پیشرفت های بسیار زیادی در ژنتیک و دیگر زمینه ها صورت گیرد.

 

نجوم

داده های بدست آمده اخیر از گروه پژوهشی اخترشناسی با پرتوایکس نشان می دهد که لیزر پرتوایکس، در کوازارهای در حال کارکردن است. این شاهد برجسته، تامین کننده و پشتیبان قوی نظریه ستاره لیزری  است: پدیده جمعیت وارون شدیدی می تواند در هر طول موجی، از میکروموج تا ناحیه مرئی و پرتوایکس، در جو ستاره ای به وجود آید.

لیزرهای اپتیکی

قبل از اختراع لیزر یاقوت، تقویت در ناحیه میکرو موج در محیط گاز آمونیاک توسط تاونز مشاهده گردیده بود. به ابزاری که در این ناحیه از میکروموج کار می کرد میزر گفته شد. پس از آنکه لیزر یاقوت اختراع گردید، در واقع گستردگی فرکانس به ناحیه اپتیکی که بشر قادر به دیدن آن است رسید. به ابزاری که حاصل گردید “میزر اپتیکی” و یا لیزر گفته شد و از آن تاریخ به بعد، کم و بیش، به نور و یا دستگاهی که بتواند در هر فرکانسی بر اساس گسیل القایی فعال باشد “لیزر” گفته شد.

توصیف کوانتومی

پس از آنکه شالو و تاونز مقاله خود را در مورد امکان عمل لیزری  در ناحیه فروسرخ و مرئی به چاپ رساندند، طولی نکشید که پژوهشگران فراوانی، به طور جدی کار بر روی دستگاه آزمایشی را شروع کردند. اغلب پژوهشگران فکر می کردند که گازها اولین تقویت کننده لیزری در ناحیه مرئی و فروسرخ می باشند. ولی با کمال تعجب یاقوت اولین ماده ای بود که نور لیزری را در ناحیه مرئی تولید کرد. یک درگیری قانونی تلخی در مورد کسی که این لیزر را اختراع کرد هم وجود داشت.

ابتدا تصور می شد که پمپاژ اپتیکی با نوار پهن ناکارا باشد، ولی دیده شد که این فقط در مورد یون های با تشدیدهای خیلی باریک مثل مورد گازها و پلاسماها صادق است.

وقتی یون ها در داخل جامد قرار گیرند، می توانند تابش را در یک نوار وسیع تری از طول موج ها جذب کنند. تابش اپتیکی با طول موجی حدود 550 نانومتر توسط یون های کروم که به صورت رقیقی در شبکه بلوری سنگ سنباده یا اکسید آلومینیوم تزریق شده اند، جذب می گردد و سپس انتقالی غیر حرارتی سریع به یک تراز شبه پایدار پایین تر با عمر 5 میلی ثانیه صورت می گیرد. چنانچه توان پمپاژ از مقدار آستانه بالاتر باشد، جمعیت وارون می تواند بین این حالت شبه پایدار و حالت پایه بوجود آید.

با قرار دادن آن در یک تشدیدگر اپتیکی، عمل لیزری به میزان قابل توجهی بهبود می یابد.

تشریح مکانیکی

اولین لیزر اپتیکی توسط مایمن در سال 1340 هجری(1960 میلادی) به طور موفقیت آمیز ساخته شد. این لیزر از بلور یاقوت در داخل لامپ درخشش مارپیچی شکل تشکیل شده و مجموعه در داخل حفره استوانه ای شکل آلومینیومی براق قرار گرفته است و استوانه توسط هوای فشرده خنک می شود. استوانه یاقوت تشکیل کاواک فابری-پرو را می دهد که دو انتهای آن به صورت اپتیکی صیقل داده شده است. هریک از دو انتها توسط بخار نقره پوشیده می شود و یکی از دو انتها کمتر بازتاب کننده است، تا بخشی از تابش بتواند از آن خارج شود و به صورت یک پرتوی لیزری درآید. عمل پمپاژ توسط تخلیه سریع لامپ درخش صورت می گیرد. اولین لیزرهای یاقوت به دلیل پخش گرما و نیاز به توان پمپاژ بالا در حالت پالسی کار می کردند.

در سال 1340 هجری(1961 میلادی)نلسون و بویل با جایگزین کردن لامپ درخشش توسط یک لامپ قوس الکتریک، لیزر پیوسته را ساختند. در شکل زیر نمایش طرز کار لیزر یاقوت که توسط مایمن طراحی، ساخته و شروع به کار کرده آورده شده است.

استفاده عملی

مدت کوتاهی پس از ساخت موفقیت آمیز اولین لیزر اپتیکی، آزمایشگاه های جهان آزمایش بر روی مواد و یونهای مختلف از قبیل خاک های کمیاب از گروه لانتانیدها و حتی اورامنیم را انجام دادند و عمل لیزری در آنها مشاده شد. مواد مختلفی در آزمایش قرار گرفتند که عبارتند از ایتریم آلومینیوم گارنت(YAG) و شیشه. با پیشرفت فناوری، ساخت این لیزرها به سرعت از آزمایشگاه خارج شده و کاربردهای تجاری پیدا کردند.

 

لیزرهای گازی

 

در بخش بزرگ و مهمی از لیزرها یک نوع گاز یا مخلوطی از گازها به عنوان محیط فعال مورد استفاده قرار می گیرند. عمل تحریک اتم ها معمولا با عبور جریان الکتریکی از داخل گاز صورت می گیرد. لیزرهای گازی هم به صورت پیوسته و هم به صورت پالسی می توانند کار کنند. یک نوع لیزر گازی شامل مخلوطی از گاز هلیوم و گاز نئون است که در شکل زیر نشان داده شده است.

مخلوط گازی، در داخل لوله شیشه ای محفظه بسته به نام لوله “پلاسما” و در فشار خیلی پایین وجود دارد. ساز و کار تحریک لیزر هلیم-نئون تخلیه جریان مستقیم در داخل گاز است و این جریان با عث تحریک اتمهای هلیم به حالتهای اتمی بر انگیخته می گردد. انرژی اتمهای هلیوم برانگیخته از طریق برخورد با اتمهای نئون به آنها منتقل می شود و در نتیجه اتمهای نئون به یک تراز انرژی پایین تر که منجر به عمل لیزری می گردد، انتقال می یابند. ساز و کار پس خوراند(feedback) شامل یک جفت آیینه است که در دو انتهای لوله ی پلاسما تعبیه شده اند. یکی از این آیینه ها به نام جفت کننده خروجی یک تا دو درصد نور را به شکل پرتو پیوسته عبور می دهد که پرتو خروجی لیزر را تشکیل می دهند.

 

فوتون چیست 

Posted on

لیزر چیست

 تفاوت لیزر با سایر نورها چیست؟

نور یک موج الکترو مغناطیسی است. هر موج روشنایی و رنگ دارد و در زاویه ی معینی نوسان می کند که به آن قطبش می گویند. این امر در مورد لیزر هم صحت دارد. اما پرتوهای نور لیزر از هر منبع نوری دیگری موازی ترند. تمام قسمت های پرتو (تقریباً) در یک جهت خاص بوده و به این ترتیب پرتو خیلی کم منحرف یا خم می شود. با یک لیزر خوب می توان شیئ در فاصله یک کیلومتری را با نقطه ای به شعاع حدود 60 میلی متر روشن کرد.

از آن جا که نور لیزر کاملاً موازی است می تواند در ضخامت های خیلی کم هم متمرکز شود و در محل تمرکز نور انرژی به قدری زیاد می شود که شما می توانید با آن اشیا را بریده یا حک کنید. از این خاصیت می توان برای روشن کردن و دیدن جزییات خیلی ریز هم استفاده کرد.

از همین خاصیت در وسایل جراحی و CD player ها استفاده می شود. در ضمن می توان نور لیزر را تک رنگ کرد. یعنی کاری کرد که فقط یک طول موج داشته باشد. نور سفید متشکل از تمام نورهای طیف است اما نورهای رنگی مثل دیود نوری قرمز شامل طیف پیوسته ای از طول موج های قرمز است.

از طرف دیگر گسیل های لیزری وقتی به انرژی تبدیل می شوند، معمولاً خیلی پر قدرت نیستند. یک نوع لیزر قوی که در لیزرهای نمایشی استفاده می شود، نورش بیشتر از یک چراغ برق خیابان نیست. تنها تفاوت آن ها با نور معمولی درمیزان موازی بودن پرتو های دو منبع است.

گسیل القایی

اتم ها و مولکول ها به طور طبیعی در زمان ها و جهات و فازهای تصادفی نور گسیل می کنند. همه ی نورهای تولید شده از منابع نوری عادی، نظیر لامپ ها، شمع ها لامپ های نئونی و حتی خورشید هم از این راه به وجود می آیند.
اگر انرژی در اتم ها ذخیره شود و نوری با طول موج صحیح (مناسب ) از نزدیکی آن عبور کند، چیزی غیر از این رخ می دهد. اتم نوری گسیل می کند که کاملاً همزمان با آن نور عبوری است. این بدین معناست که نور عبوری تقویت شده است

معمولاً اتم ها و مولکول هایی نور گسیل می کنند که این دو شرط را داشته باشند:

*در اثر گرما و یا در تابش نور قبلی انرژی ذخیره کرده باشند.
*از زمان ذخیره انرژی شان مدتی گذشته باشد.
نوری که به این طریق گسیل می شود در جهات تصادفی (رندم)، با فازها و زمان های تصادفی است.

*انرژی در اتم ذخیره شود (مانند قبل)
*قبل از آن که دیر شود، نور به قدر کافی به اتم نزدیک شده و به این ترتیب نور به شکل تصادفی همان گونه که در بالا توصیف شد گسیل می شود.
*نور گذرا دارای طول موج مناسب اتم باشد.
فرآیندی که در این جا صورت می گیرد، گسیل القایی نامیده می شود که با بازخورد یافتن درون یک حفره آینه ای تشدید شده و شرایط لیزر را فراهم می سازد .

وقتی لیزر کشف شد هیچ کس نمی دانست فایده و کاربرد آن چیست. در روزهای نخستین کشف لیزر این جمله خیلی مشهور بود:” راه حلی در انتظار یک مسئله”. زمان زیادی لازم است تا یک کشف جدید بتواند به طور ملموس و کاربردی مورد استفاده قرار گیرد.
بله ممکن است 30 سال و یا بیشتر طول بکشد تا مردم اهمیت واقعی یک اکتشاف را دریابند. امروزه لیزر در زمینه های مختلفی نظیر تحقیقات و پژوهش ها، ارتباطات، صنعت، پزشکی و حفاظت از محیط زیست به کار گرفته می شود.

کاربردهای صنعتی لیزر

امروزه لیزر در گستره وسیعی از کاربردها در صنعت یافت می شود، مثلاً در ابزارهایی نظیر وسایل نشانه گیری یا اندازه گیری در صنعت کارخانه ای. لیزر برای اندازه گیری دقت گردی گلوله یاطاقان ها مورد استفاده قرار می گیرد. به این شکل که پراکندگی یک نور لیزری هنگام بازتاب از سطح گلوله مورد مشاهده و بررسی واقع می شود.

دیگر استفاده آن اندازه گیری نوارهای فولادی با استفاده از نور لیزری برای بررسی ضخامت نوار است. در صنعت آسیاب کردن خمیر کاغذ، غلظت آب قلیایی با مشاهده چگونگی بازتاب پرتو لیزری از آن اندازه گیری می شود.در ضمن لیزرمی تواند نقش یک تراز حبابدار را هم داشته باشد و یک پرتو لیزری با جارو کردن یک سطح می تواند هموار بودن سطح را نشان دهد. برای مثال، این روش برای ساختن دیوار زمین های در حال ساخت مورد استفاده قرار می گیرد. در صنعت معدن لیزر جهت حفاری را نشان می دهد.

 کاربردهای زیست محیطی

فن آوری لیزر حتی در زمینه محیط زیست هم کاربرد دارد. یک نمونه اش، قابلیت تعیین میزان سم وارد شده به محیط از یک محفظه مملو از دود، آن هم از فاصله دور است.
نمونه های دیگر شامل قابلیت پیش بینی و اندازه گیری اوزون و دود و مه فتوشیمیایی، چه در سطح زمین – که مورد نیاز نیست – و چه در لایه های بالاتر جو – که به آن نیاز است – می شود. ضمن این که لیزر نقش عمده ای در تصفیه آب فاضلاب ها دارد.

ارتباطات

لیزر به عنوان یک منبع نوری در تمامی فیبرهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. پهنای باند این فیبرها 100 هزار برابر بیشتر از یک کابل مسی معمولی است. لیزر نسبت به تداخل میدان های الکتریکی و مغناطیسی خارجی حساس نیست و شنیدن مکالمه تلفنی دیگری به ندرت اتفاق می افتد.فیبرهای نوری در انتقال داده ها و مخابرات در سراسر دنیا به وفور یافت می شوند.

تحقیقات
لیزر به مهم ترین ابزار پژوهشی در زمینه های فیزیک، شیمی، زیست شناسی و پزشکی در سراسر دنیا تبدیل شده است و در موارد زیر استفاده قرار می گیرد:
• ثبت فرآیندهای شیمیایی فراسریع ( بسیار سریع ) نظیر تشکیل پیوندهای شیمیایی اتم ها برای تشکیل مولکول ها.
• مطالعه شکاف سلولی ( دو نیم شدن سلول ها ) و یا ورود ویروس ها به سلول.
• کاهش بسیار زیاد دمای مولکول ها.
• انتقال بیشترین انرژی ممکن به مواد مختلف در یک بازه زمانی کوتاه برای دریافت انواع گسیل های مختلف.
پزشکی
لیزر در پزشکی برای پیشرفت کارهای دقیقی مانند جراحی ها استفاده می شود. جراحی مغز نمونه ای از یک جراحی دقیق و ظریف است که جراح نیاز دارد ناحیه مورد نظرش را با دقت بسیار زیاد مورد بررسی قرار دهد. برای اطمینان بیشتر، لیزرها هم به منظور اندازه گیری و هم به منظور نشانه گیری ناحیه تحت درمان کاربرد دارند. ماه گرفتگی، زگیل و تغییر پوست به سادگی با یک لیزر غیر متمرکز از میان می روند. این جراحی ها هم با سرعت بیشتری انجام می گیرد و هم سریع تر بهبود می یابد و بهتر از همه آن که نسبت به جراحی های معمولی که با تیغ جراحی صورت می گیرند، درد کمتری دارد .

کاربردهای روزمره لیزر

زندگی روزمره ما کم و بیش با کاربردهای لیزر احاطه شده است. امروزه نجارها به جای تراز از لیزر استفاده می کنند و شکارچیان نیز لیزر را جایگزین تلسکوپ های معمولی نشانه گیریشان کرده اند و احتمالا کاربرد لیزر بیش از هر چیزی هنگام گوش کردن به موسیقی اهمیت پیدا می کند.

دستگاه DVD player لیزری دارد که فقط برای ایجاد پرتوهای موازی نیست، بلکه بیشتر به این منظور کاربرد دارد که از یک نقطه بسیار کوچک نوری ساطع می کند که می تواند روی لایه های مختلف دیسک متمرکز شود. با حرکت جانبی لنز دسترسی به عمق های مختلف دیسک را فراهم می شود. اطلاعات، یعنی صفرها و یک ها، در چندین لایه روی دیسک ذخیره شده اند و در یک زمان واحد تنها یکی از لایه ها قابل خواندن است هر نقطه روی یک لایه مشخص طی هر گردش دیسک خوانده می شود.

برای این که فضای لازم برای ذخیره ساختن اطلاعات فراوان روی یک دیسک به وجود آید، پرتو تابشی باید تا آن جا که ممکن است دقیقاً به اندازه  آن نواحی کوچک متمرکز شود و این امر با هیچ منبع نوری دیگری غیراز لیزر نمی تواند صورت گیرد. امروزه اندازه این نواحی کو چک به حدود نصف میکرومتر مربع کاهش یافته است که هر میلی متر آن جای 20 مگابیت (mgabit) مگابایت (MByte) اطلاعات است.

نشانگر های لیزری

نشانگرهای لیزری از لیزرهای نیمه رسانای کم قیمتی ساخته شده اند که همراه با یک لنز پرتو های نور موازی تولید می کند. این پرتوها برای ساختن یک نقطه نورانی برای نشانه دادن آن است.
گستره این پرتوها (لیزر) خیلی وسیع است. اگر نقطه ای در فاصله 200 متری را در تاریکی با نشانگر روشن کنیم، کسی که در نزدیکی شی نشانه گیری شده (هدف) ایستاده باشد، به راحتی می تواند نقطه ای نورانی را مشاهده کند. البته یک فرد دیگر باید لیزر را نگه دارد. از طرف دیگر شخصی که لیزر را نگه می دارد به دشواری می تواند نقطه نورانی را ببیند.

نشانه گیر لیزری تفنگ (مگسک لیزری تفنگ)

نشانه گیر لیزری تفنگ ها بر اصل متفاوتی استوار است. برخی پرتوهای لیزری موازی با مسیر گلوله فرستاده می شوند تا نقطه ی اصابت گلوله را بررسی و قابل رؤیت کنند. این روش ویژه ی تیراندازان ماهر و نشانه گیر های حرفه ای است.
بعضی دیگر داخل کادر نشانه گیری اسلحه، به جای خط صلیبی شکل داخل دوربین اسلحه نقطه ای قرمز  دارند. در هر دو مورد، ممکن است در اطراف نقطه یک حلقه باشد.

اندازه گیری سرعت با استفاده از لیزر

روش پلیس برای اندازه گیری سرعت اتومبیل ها بر اساس یک سیگنال لیزری است که به سوی هدف فرستاده می شود. این پرتو پس از برخورد با هدف بازگشته و با نوری که هنوز با اتومبیل برخود نکرده، ترکیب می شود.

حاصل این ترکیب یک نوسان است که هرچقدر هدف سریعتر حرکت کند، فرکانس بالاتری پیدا می کند یا زیرتر می شود. سرعت باید مستقیماً از مقابل یا از پشت سر اندازه گیری شود اگر جهت اندازه گیری زاویه دار باشد سرعت اندازه گیری شده از مقدار واقعی سرعت کمتر خواهد بود.این بدان معنی است که امکان اندازه گیری ارقام اشتباه خیلی بزرگ وجود ندارد.
موفقیت این نوع اندازه گیری بستگی به این دارد که اتومبیل بخش یا قسمت مناسبی برای بازتاب داشته باشد. پلاک اتومبیل برای این منظور بسیار مناسب است چون ممکن است از گونه های مختلف اشیاء بازتاب دهنده ساخته شده باشد. سطوح کدر نیز قابل قبولند اما بیشینه مسافت را کاهش می دهند.

مسافت پیمای لیزری

امروزه عمده ترین کاربران مسافت پیمای لیزری، نقشه برداران و ساختمان سازها هستند.اما صنعت اتومبیل سازی نیز به این مهم دست یافته است. استفاده نه چندان چشم گیر این وسیله در چیزی به نام کمک پارک دیده می شود که به راننده کمک می کند تا هنگام پارک کردن فاصله ی خود را با اتومبیل پشت سرش تخمین بزند.
در کاربردهای جدیدتر، فاصله ی اتومبیل جلویی نیز به هنگام رانندگی در بزرگراه ها یا جاده ها برای راننده معلوم خواهد شد. شما می توانید به منظور حفظ فاصله خود با اتومبیل جلویی دستگاه را در یک مسافت معین قفل کنید. این کار رانندگی را بهتر و سریع تر خواهد کرد.این نوع لیزر در بیشتر روبات هایی که دید مکانیکی دارند، یافت می شود.

کابل نوری بلندگوها

امروزه همه ی تقو یت کننده ها ( آمپلی فایرها ) یک کابل نوری جهت انتقال به بلندگو دارند. مزیت این روش آن است که سیستم نسبت به تداخل میدان های ا لکترومغناطیسی حساس نیست. این تداخل ممکن است به علت وجود قطعات الکتریکی یا فرستنده های رادیویی نظیر تلفن های همراه رخ دهند. منبع نوری که به عنوان فرستنده استفاده می شود یک لیزر نیمه رسانای کوچک است.

تاریخچه لیزر

خط زمانی پدید آمدن لیزر:

گسیل القایی – 1947
آلبرت انیشتن فرآیندی را که امکان تشکیل لیزر را فراهم می کرد، برای اولین بار پیشنهاد کرد. این فرآیند گسیل القایی نام داشت.
هولوگرافی – 1947
گابور  نظریه هولوگرافی را که برای فهمش نیاز به نور لیزری داشت، توسعه داد. او در سال 1971 برای این کارش برنده جایزه نوبل فیزیک شد.
میزر – 1954
اولین مقالات مربوط به میزر درسال 1954 به چاپ رسید که نتیجه پژوهش های همزمان و البته مستقل تاونز و همکارانش در دانشگاه کلمبیای نیویورک و بازف و پروخوروف در موسسه لبدف مسکو بود. فعالیت های آن ها در سراسر دهه های 60 و70 ادامه داشت. آن ها برای این کار، در سال 1964 برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.
لیزر – 1958
تاریخ استفاده ازمیزر نوری و یا لیزر به سال 1958 باز می گردد. در آن زمان امکان به کارگیری اصول میزر در ناحیه نوری توسط شالو و تاونز همانند موسسه لبدف به خوبی مورد تحلیل و بررسی قرارگرفت. طیف نمایی لیزر توسط شالو و همکارانش در دانشگاه استانفورد گسترش یافت و بلومبرگن و همکارانش نور شناخت غیر خطی را که کاربرد ویژه ای در طیف نمایی لیزر دارد، توسعه دادند. به همین منظور جایزه نوبل فیزیک در سال 1981 به آنها تعلق گرفت.
لیزر یاقوت -1960
اولین لیزر در سال 1960 به کار برده شد و لیزر یاقوتی رنگی بود که از پالس های (تپ های) پر قدرت نور قرمز نشات می گرفت.
نیمه رسانا -1963
آلفروف و کرامر مستقلا در سال 1963 اصل نیمه رسانای با ساختار غیر هم شکل را پیشنهاد دادند که بعد ها در لیزر نیمه رسانا مورد استفاده قرار گرفت. لیزر نیمه رسانا امروزه از عمده ترین لیزرهاست. برای این کار آن ها در سال 2000 برنده جایزه نوبل شدند.
الیاف شیشه – 1980
فیبر نوری که از الیاف شیشه ای ساخته شده است، تلفات خیلی کمی دارد. تا جایی مکالمات تلفنی و مخابرات می تواند کیلومترها با کمک نور لیزری منتقل شود.
سرد کردن لیزری – 1980
در دهه 80 چو، کوهن و تانوجی روی سرد کردن اتم ها کار کردند. به همین منظور درسال 1997 جایزه نوبل فیزیک به آنها اهدا شد.

آلبرت انیشتن از سال 1917 نظریه ی گسیل القایی را تشریح کرد اما 30 سال طول کشید تا مهندسین توانستند این اصل را برای اهداف کاربردی مورد استفاده قرار دهند دانشمندان از این کشف فنی جدید و مهم شگفت زده شدند اما فن آوری لیزری به خودی خود در واقع هیچ هدفی نداشت این امر تنها در مورد لیزر استثنا نیست اکتشافات برای آن که از مورد استفاده قرار گیرند نیاز به زمان دارند امروزه لیزر در مخابرات صنعت، پزشکی، حفاظت از محیط زیست و پژوهش ها به کار گرفته می شود لیزر در سراسر دنیا به یکی از قدرتمندترین ابزارهای دانشمندان در رشته های فیزیک شیمی زیست شناسی و پزشکی تبدیل شده است یکی از مباحثی که خیلی جالب به نظر می رسد روش متفاوت در سرد کردن و به دام انداختن اتم ها با استفاده از لیزر است ما هنوز نمی دانیم که این دانش و فن آوری در آینده چه کار برد خواهد داشت، اما یقین داریم که کاربردهای آینده ی آن بر مبنای پژوهش های امروز خواهد بود.

جایزه های نوبل در رشته فیزیک

اغلب عادت کرده ایم که از وسایل استفاده کنیم بی آنکه در موردشان فکر کنیم آیا تا کنون به این موضوع اندیشیده اید که هنگام گوش کردن به یک cd یا نشانه گیر لیزری اکتشافی که برنده ی جایزه ی نوبل بوده است را به دست گرفته اید؟ خوب، اگر چنین نبود، بدانید که فقط شما نیستید که به این موضوعات فکر نمی کنید.

اتفاق سال 1964
دانشمندانی که به طور مشترک برای کار علمی بنیادی شان که بعدها منجر به ساخت لیزر شد، برنده جایزه نوبل شدند، نظریه ی لیزرها را یافتند و چگونگی ساخت آن ها با استفاده از چیزی شبیه وسیله ای که امروزه در مایکرویوها وجود دارد و نامش میزر است را شرح دادند. میزر طی سال های دهه ی 50 شناسانده شد.

این اکتشاف چه پیامدی داشت ؟
این کشف بعدها به ساخت لیزرهای بزرگ و تقریبا بد شکلی در آغاز دهه ی 60 منتهی شد. هنوز هم، نظریه ی آن ها در رابطه با تاثیرات لیزر، نظریه ای است که اساساً تمامی لیزرها را تشریح می کند. وقتی به یک cd گوش می کنید و یا با یک نشانه گیر لیزری هدفی را نشانه می گیرید در واقع کشف این افراد در دست دارید.

اتفاق سال 1971
گابور به تنهایی برنده  جایزه شد، چون اساس ایده روشن هولوگرافیک ( تصویر سازی سه بعدی لیزری ) را یافت. روشی که از معروف ترین و چشم گیرترین فن آوری های لیزر است. در ابتدا روش ساخت تصاویر سه بعدی فقط ابزار مفیدی برای مشاهده اجسام در حال نوسان بود اما امروزه بیشتر آنچه را ما در مورد سازهای موسیقی و صداهای تولید شده شان می دانیم،  مدیون استفاده از هولوگرام ها هستیم.

این اکتشاف چه پیامدی داشت ؟
علاوه بر هولوگرام هایی که فروخته شده و به دیوار آویخته می شوند، هولوگرام های ساده تری هم هستند که در بسیاری چیزهای دیگر که ممکن است انتظارش را نداشته باشید، یافته می شوند. هولوگرام های کوچک در بسیاری از کارت های شناسایی و یا کارت های اعتباری به کار برده می شوند تا جعل این اسناد را دشوار سازند.

اتفاق سال 1997
شالو و بلومبرگن برای شرکت در توسعه طیف نمایی لیزر برنده ی جایزه نوبل شدند. از نمونه های کاربردی این کار استفاده در نور شناخت غیر خطی است. یعنی روش های تاثیر یک پرتو بر دیگری و پیوستن به چند پرتو لیزری به طور ثابت است.
این پدیده ها بدین معناست که در اصل یک پرتو نور می تواند با یک پرتو نور دیگر هدایت شود اگر در آینده کسی بخواهد یک کامپیوتر نوری بسازد که در ذخیره داده ها خیلی سریعتر و کار آمدتر عمل خواهد کرد، باید اساس کار خود را بر مبنای نور شناخت غیر خطی قرار دهد.

این اکتشاف چه پیامدی داشت ؟
هنگام استفاده از فیبرهای نوری، برای مثال در کاربردهای باند گسترده، کلید ها و تقویت کننده ها (آمپلی فایرها) همگی نیازمند نور شناخت غیر خطی هستند.

اتفاق سال 1997
چو، کوهن، فیلیپس و تانوجی جایزه نوبل را دریافت کردند زیرا توانستند روش های سرد کردن و به دام انداختن اتم ها را با نور لیزری توسعه دهند. با این روش القایی اتم ها انرژی گرمایی شان را به نور لیزری داده و به این ترتیب دمایشان پایین و پایین تر می رود. وقتی دمای اتم ها به نزدیکی صفر مطلق نزول می کند، اتم ها به شکل متراکمی درآمده و توده های اتمی می سازند به گونه ای که برخی از جنبه های درونی طبیعت را آشکار می سازند و این کاربرد مهم سرد کردن لیزری است که ما با ساختارهای طبیعی بیشتر آشنا می کند. خیلی زود دیگر دانشمندان برای استفاده از این تکنیک (فن) دست به کار شدند و در زمینه های مربوطه پیشرفت هایی را عملی کردند.

این اکتشاف چه پیامدی داشت؟
پاسخ کوتاه: تا به امروز، هیچ.
وقتی لیزر در سال 1960برای اولین بار معرفی شد به جز مقدار کمی از فیزیک دانان، کسی چیزی در مورد کار برد های آن نمی دانست فن آوری لیزر راه حلی بود که به دنبال مسئله اش می گشت.

اتفاق سال 2000
آلفروف و کرامر برای فعالیت هایشان در زمینه ی فیزیک نیمه رساناها برنده جایزه نوبل شدند. آن ها نوعی از ماده را مورد بررسی قرار دادند که برای اولین بار برای ساخت لیزرهای نیمه رسانا مورد استفاده قرار گرفت، نوعی لیزرهای بسیار کوچک که امروزه ارزان ترین، سبک ترین و کوچک ترین لیزرهای موجود هستند.
هدف از ساختن آنها تولید همزمان منبع نوری و ذخیره انرژی با قرار دادن آینه هایی در یک کریستال بود ( با رویه ای کمتر از mm 1 و ردیف های بسیار زیاد ) این کشف نه تنها اساس کار بسیاری از وسایل ارزان و قابل حمل شد بلکه منجر به ساخت اطلاعات نوری (اپتیکی) شبکه های اینترنتی شد.