دانلودرایگان متن کامل پروژه درباره لیزرها و - دانلود رایگان
دانلود رایگان
دانلود رایگان
| دانلودرایگان متن کامل پروژه درباره لیزرها و کاربرد آن در صنعت 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؛ درخشان تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت می شود. می توان نور لیزری آن چنان قوی تولید کرد که هر ماده ی شناخته شده ی 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، باریکه ی کم قدرت و فوق العاده دقیق انواع دیگر لیزر را می توان برای انجام دادن کارهای بسیار ظریف مثل جراحی روی چشم انسان به کار برد. نور لیزر را می توان خیلی دقیق کنترل کرد و به صورت باریکه ی 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، دریچه ای را به طرف یکی از هیجان انگیزترین و پردامنه ترین 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 آورده اند و تأ ثیر آن ها بر زندگی ما در آینده نیز ادامه خواهد داشت. امروزه گستره ی وسیعی از لیزرها در همه جا به کار گرفته شده اند. فروشگاه های بزرگ و بسیاری از انبارهای بزرگ خورده فروشی برای جستجوی خود به خود، ثبت قیمت ها و صورت برداری از اقلام خریداری شده، در قسمت حساب کننده از لیزر بهره می گیرند. در دستگاه های ویدئویی از نور لیزر برای خواندن دیسک های ویدئویی و ایجاد تصویر متحرک همراه با صدا استفاده می کنند. مقدار زیادی اطلاعات را روی دیسک های لیزری ثبت می کنند تا بعداً روی صفحه ی کامپیوتر خوانده شوند یا توسط چاپگرهای لیزری به شکل نسخه ی سخت روی کاغذ چاپ شوند. در پزشکی نور لیزر به عنوان نوع جدیدی چاقوی جراحی بدون خونریزی استفاده می شوند و وقتی که نسجی مثل قسمت معیوب کیسه ی صفرا در خلال جراحی برداشته می شود، رگ های خونی بسته می شوند. کارهای دندانپزشکی با لیزر درد کمتری دارند و برای روکش و پل دندان از لیزرها استفاده می شود. در صنعت از لیزرها برای عملیات گرمایی فلزات، جوش دادن قسمت ها به یکدیگر و وسایل هم ترازی دقیق استفاده می شود. لیزرها را برای اندازه گیری دقیق فاصله های خیلی بزرگ و نیز فاصله های خیلی کوچک به کار می برند. افزون بر این ها لیزرها را همراه با تارهای نوری، برای انتقال بهتر داده ها و بهبود ارتباط تلفنی به کار می گیرند. لیزرها در حال تغییر دادن نحوه ی پژوهش دانشمندان هستند. لیزرها می توانند چشمه ی جدیدی از قدرت الکتریکی بیافرینند، مشابه فرایندی که در خورشید برای تولید انرژی به وجود می آید. خواص نور لیزر و کاربرد های آن از نخستین روزهای ساخت لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع، متمایز می کند. در ابتدا به این ویژگی ها و نحوه ایجاد آنها توسط لیزر اشاره خواهیم کرد. لیزر دارای سه ویژگی مهم است: تک فامی 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 به خودی 2) گسیل القایی فرض کنید 1 e و e2 دو تراز متوالی از یک اتم با انرژی های 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 می شود. به این فرآیند گسیل خودبه خودی 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 ویژگی های خاص خود را دارد. در گسیل خودبه خودی تابش های گسیل شده به صورت کاتوره ای 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 می آیند پس این تابش ها طیف گسترده ای از فرکانس ها را شامل می شود. اما در گسیل القایی تابش در اثر گزار بین ترازهای اتمی یا مولکولی مشابه گسیل می شود. بنابراین همه تابش ها تقریبا فرکانس یکسانی دارد. معمولا در لیزر از فرآیند گسیل القایی استفاده می شود. اما برای داشتن گسیل القایی طولانی مدت به مولکول هایی شامل دوتراز که تراز بالایی آن پروتراز پایینی آن خالی باشد، نیاز داریم. اما آنچه که نظریه های کوانتومی بیان می کنند این است که بنا به قاعده گزینش در اتم ها ابتدا ترازهای پایین تر پر می شود. بنابراین به وضعیت به وجود 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 تراز ها ی اتمی آن دو شده و وارونگی جمعیت مورد نیاز را تامین می کند. 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 می شود. ویژگی تک فامی نور لیزر بیشتر کاربرد شیمیایی دارد. به عنوان مثال برای جدا سازی ایزوتوپ های یک عنصر به یک منبع تک فام مانند لیزر نیاز است. ایزوتوپ های یک عنصر از نظر محتوا باهم متفاوت است پس فرکانس های 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 هسته ای نیز غیرمنتظره نیست. همدوسی تابش الکترو مغناطیس به وسیله بارهای الکتریکی نوسان کننده تولید می شود. بسامد نوسان نوع تابشی را که گسیل می شود، معین می کند. اگر در یک چشمه، بارها ی الکتریکی به طور هماهنگ نوسان کند چشمه را همدوس و تابش حاصل را تابش همدوس می نامیم. همانطور که قبلا گفته شد در لیزر از گسیل القایی استفاده می شود. در این فرآیند می توان اتم را به نحوی تحریک کرد که همه الکترونهای برانگیخته فقط به تراز های خاصی برود و در نتیجه فرکانس تابشی آنها همه در یک محدوده خواهد بود. پس تمام این تابش ها با هم هماهنگ است که این همان تعریف چشمه همدوس است. از همدوسی نور لیزر می توان در تمام نگاری استفاده کرد. تمام نگاری روشی جهت تهیه تصاویر سه بعدی است. در این روش تصویر ویژه ای به نام تمام نگاشت روی فیلم عکاسی تشکیل می شود که بر خلاف دیگر تصاویر متداول عکاسی، حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از جسم نیز هست. واضح است که منبع نور آشفته چون خود دارای پرتو هایی با فازهای مختلف است قادر به تشکیل چنین تصویری نخواهد بود. تنها مشکل موجود برای چنین تصاویری آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشت های تک فام وجود دارد زیرا برای تشخیص رنگهای واقعی جسم باید از تابش طول موج های مختلف به طور همزمان استفاده کرد که در آن صورت اطلاعات مربوط به فاز از بین می رود. شدت زیاد شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدت های شناخته شده روی زمین را ایجاد می کند. از آنجا که لیزر باریکه ای موازی از نور را نه در تمام جهت ها، بلکه در راستای مشخصی گسیل می کند. مناسب ترین معیار شدت، تابیدگی است. بنا بر رابطه بین توان تابش شده وتابیدگی: I = P / A که در آن P توان و A مساحت است می توان در مورد شدت ها ی زیاد بحث کرد. ازآنجایی که خروجی منابع نور معمولی اکثرا پرتو های واگرا است با دور شدن از چشمه به علت افزایش مساحت با ثابت ماندن توان (توان به ویژگی خود چشمه بستگی دارد )میزان شدت آن کاهش می یابد اما در لیزر به علت موازی بودن پرتوها، هر چه فاصله از منبع بیشتر شود با ثابت ماندن توان، مساحت سطح مقطع باریکه خروجی نیز تقریبا ثابت است و در نتیجه شدت در فاصله دوراز منبع همان مقداری را دارد که پرتو خروجی از منبع دارد. اما اینکه چرا شدت خروجی از لیزر تا به این اندازه زیاد است، به توان لیزر بر می گردد. داخل لیزر سیستمی وجود دارد که نور ورودی به هنگام خروج تقویت می شود. همچنین با استفاده از ابزارهای اپتیک مناسب در لیزر می توان به شدت هایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر رود. لازم به توضیح است که شدت نور خروجی از لیزر دارای توزیع گوسی است، یعنی شدت برای لحظه کوتاهی بیشترین مقدار خود را دارد. در ابتدا یک صعود ودر انتها یک نزول برای آن وجود دارد. پس یک طول عمر برای شدت حداکثر می توان تعریف کرد. طول عمر شدت ماکزیمم معمولا خیلی کوتاه است. یکی از کاربرد های کوتاه بودن عمر شدت های بالا در هرتپ، در چشم پزشکی است. مثلا پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می شود می توان با جوشکاری نقطه ای توسط تپ های پر شدت نور حاصل از لیزر آرگون با بافت نگهدارنده آن متصل کرد. به علت کوتاه بودن عمر یک تپ، حین عمل نیازی به بیهوشی، بی حرکت کردن طولانی چشم و… وجود ندارد. در کاربرد های دیگر پزشکی کوتاه بودن طول عمرتپ مانع از احساس درد در بیماران می شود. چرا که زمان هرتپ بسیار کوتاهتر از زمان لازم برای فرستادن پیغام توسط اعصاب به مغز و بازگشت آن به محل درد است. ساختمان لیزر در شکل شماره (1) طرح ساده ای از یک لیزر گازی را مشاهده می کنید. ساختار اصلی در اکثر لیزرها مشابه است. لیزر در واقع یک نوسان کننده اپتیک است که از یک محیط تقویت کننده نور که در داخل یک بازآواگر قرار دارد تشکیل می شود. پس اصلی ترین قسمت در لیزر محیطی است که بتواند نور عبوری را تقویت کند. در لیزر های گازی از مخلوط یک یا چند گاز ( هلیوم، نئون، آرگون و… ) به صورت خالص به عنوان محیط تقویت کننده استفاده می شود. بخار فلزی کادمیوم، جیوه، سرب و… نیز در لیزر های گازی کاربرد دارد. از انواع دیگر لیزر های گازی، لیزر مولکول ازت( 2 N) و لیزر دی اکسید کربن (CO2) است. محیط تقویت کننده معمولا توسط یک محرک بیرونی به کار می افتد و شروع به تابش می کند. در اثر این تحریک، الکترون های هر اتم مدار خود را ترک کرده به مدار پایین تر در اتم مربوط می رود. جهت برقراری اصل پایستگی انرژی (به علت وجود اختلاف انرژی بین دو مدار) حین این گذار تابش خواهند کرد. این تابش نسبتا تک فام است زیرا عمل تحریک طوری است که عمل گذار بین تراز های یکسان اتفاق بیفتد. در لیزر نشان داده شده این محرک استفاده از روش تخلیه جریان الکتریکی است که به دو نوع تخلیه جریان مستقیم و تخلیه جریان متناوب در لیزر های گازی متداول است. روش تخلیه جریان متناوب ساده ترین روش تحریک است چرا که منبع تغذیه می تواند یک مبدل عمومی ولتاژ که به الکترود های فلزی سرد در داخل لامپ متصل می شود، باشد. از روش های دیگر بر انگیزش الکتریکی محیط لیزری، می توان روش تخلیه الکترودی با بسامد بالا ( که در اولین لیزر هلیوم نئون ساخته شده توسط جوان و همکارانش استفاده شده بود. ) و روش تپ های فشار قوی ( برای استفاده در لیزر های تپی پر توان) اشاره کرد. در قسمت دیگر یک لیزر در دوجداره ابتدا و انتها از دو آینه صاف که با زاویه معلوم نسبت به افق به طور موازی با هم قرار دارد، استفاده می شود به چنین سیستم اپتیک، دریچه های بروستر گفته می شود. کاربرد این دریچه ها در قطبیده نمودن پرتوهاست. این دریچه ها برای یک جهت قطبیدگی خاص شفاف است ولی برای عبور قطبیدگی عمود بر آن ضریب عبور صفر است و تمام نور بازتابیده خواهد شد. استفاده از این وسیله در لیزر موجب قطبیدگی خطی نور خروجی از لیزر خواهد شد. قسمت مهم دیگر لیزر استفاده از بازآواگر است. بازآواگر وسیله ای اپتیکی است که از دو آینه (تخت یا خمیده) تشکیل می شود به طوری که محیط تقویت کننده در میان آنها قرار دارد. تابش خروجی از تقویت کننده پس از قطبیده شدن توسط دریچه های بروستر به یکی از این آینه ها برخورد نموده جزئی از پرتو عبور و جرئی از آن بازتاب می یابد. پرتو بازتابیده دوباره مسیر محیط تقویت کننده و دریچه بروستر را پیموده و به آینه سمت مقابل بر خورد می کند. به این ترتیب عمل عبور و بازتاب بار ها تکرار می شود. نهایتا نور خروجی از تقویت کننده در اثر رفت و آمد بین دو آینه به صورت یک موج ایستاده در می آید. لازم به ذکر است که برای خروج انرژی از بازآواگر دو آینه به طور جزئی شفاف است. ویژگی پرتو خروجی از بازآواگر تک فام بودن آن است. در وواقع بازآواگر عمل گزینش فرکانس را انجام می دهد. محصول خریداری شده خود را انتخاب کنید و برروی "خرید محصول انتخابی" کلیک کنید . بعد از خرید موفق ، رسید خرید به همراه لینک دانلود محصول خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |