کاربردهای لیزر
نور لیزر به جهت ویژگی منحصر به فرد خود شامل شدت بالا، تک رنگی، همدوسی و واگرایی کم کاربردهای فراوانی از خود نشان داده است. این که کدامیک از ویژگیهای بالا نقش مهمی در کاربردهای لیزر داشته است قدر مسلم بستگی به نوع کاربرد دارد. اینک به طور مختصر و جهت آشنایی بیشتر با لیزر به تعدادی از کاربردهای مهم آن می‌پردازیم.
از آنجایی که لیزرها بیشتر با کاربردهای صنعتی شناخته شده است لذا ابتدا کاربردهایی از این شاخه بیان میشود.
1- برش کاری:
با توجه به این که نور لیزر قادر است در اندازه های چند میکرون متمرکز شود لذا به راحتی می توان شدت‌هایی در حدود kW/cm^2 فراهم نمود. این میزان شدت کافی است تا فلزی را به بخار تبدیل نماید.
لیزرهای CO2 و Nd:YAG از جمله لیزرهایی هستند که در برش کاری فلزات متنوع با ضخامت‌های مختلف نقش فراوانی دارند. در این نوع کاربرد، ابتدا پرتو لیزر توسط آینه‌های ویژه‌ای هدایت، آنگاه با کمک یک عدسی بر روی فلز متمرکز میشود. سپس با حرکت دادن پرتو لیزر بر روی ورقه فلزی یا چوبی میتوان هرگونه شکل و طرحی را در اسرع وقت اسجاد نمود.
2- سوراخکاری:
از دیگر کاربردهای مهم لیزر در صنعت سوراخکاری می‌باشد. اصولا ایجاد سوراخهایی با قطر‌های کوچک و یا بزرگ بر روی پاره‌ای از مواد بخاطر خواص ارتجاعی و یا شکننده آنها امری مشکل و تا حدودی محال است. برای مثال ایجاد سوراخ بر روی یک لاستیک و یا سرامیک امکان خراب نمودن ماده را به همراه دارد. اما این عمل به سادگی با لیزر فراهم میشود. ایجاد سوراخهایی با قطر 50 میکرون بر روی سرامیک و یا لاستیک از توانمندیهای اولیه لیزر است. با متصل نمودن لیزر به کامپیوتر و نیز سیستم‌های CNC میتوان در هر ثانیه دهها سوراخ بر روی مواد ایجاد کرد.
3- علامت گذاری:
این عمل ترکیبی از سوراخکاری و برش‌کاری است که می‌تواند اشکال مختلفی را بر روی مواد مختلف حک نماید. امروزه ساخت مهرها و یا اشکال برجسته کاربردهای فراوانی پیدا کرده است که انجام آن توسط لیزرهایی با قدرت خروجی کم براحتی قابل انجام است.
4- ارتباطات:
یکی از تحولات چشمگیر کاربردهای لیزر در عرصه مخابرات است. لیزرها با پهنای باند وسیع قادر هستند که زمینه انتقال هزاران کانال مخابراتی را فراهم کنند.
جهت ارسال سیگنال‌های لیزری از کابل نوری استفاده می شود. ماده اصلی این کابل از جنس شیشه است، بسیار ارزان بوده و به در طبیعت قابل بازیافت است. قطر کامل یک فیبر نوری با پوشش محافظ آن در حدود 5 میلیمتر است.
پرتو لیزر در داخل کابل نوری با توجه به پدیده فیزیکی شکست داخلی بدون تلفات فراوان منتشر میشود. مزایای بکارگیری کابل نوری این است که میزان کنده‌کاری جهت نصب کابل را کاهش داده و هیچگاه دچار خوردگی نمی‌شود.
لیزرهای شیمیایی یکی از انواع لیزرهای نظامی هستند. این لیزرها که در ناحیه مادون قرمز کار می‌کنند دارای قدرت فراوان و نیز میزان جذب کمی در محیط هستند. به همین خاطر هنگام برخورد پرتو لیزر با اجسام حرارت فراوانی ایجاد میشود که سبب نابودی اهداف پرنده و یا ثابت میشود
5- کاربردهای نظامی
اساسا وارد شدن در این مقوله نیازمند زمان فراوانی است. نور لیزر به خاطر شدت بالای خمود، همچنین حرکت به صورت یک باریکه موازی با واگرایی کم می تواند به عنوان یک سلاح مخرب مورد بهره برداری قرار گیرد.
امروزه دانشمندان توانسته اند لیزرهایی با قدرت‌های چندین مگاوات ایجاد کنند که این میزان کافی‌ست برای نابود کردن اهداف فضایی.
دست یابی بشر به سلاحی که بتواند با سرعت نور حرکت کند او را قادر میسازد که در کمترین مدت ممکن دشمن خود را نابود سازد. دقت شود که موشک‌های قاره پیما جهت برخورد با اهداف خود به چندین دقیقه زمان نیاز دارند اما با اگر با لیزر بتوان هدفی را در یک گوشه‌ای از کره زمین نابود کرد به زمانی کمتر از یک ثانیه نیاز است.
لیزرهای شیمیایی یکی از انواع لیزرهای نظامی هستند. این لیزرها که در ناحیه مادون قرمز کار می‌کنند دارای قدرت فراوان و نیز میزان جذب کمی در محیط هستند. به همین خاطر هنگام برخورد پرتو لیزر با اجسام حرارت فراوانی ایجاد میشود که سبب نابودی اهداف پرنده و یا ثابت میشود.
از دیگر کاربردهای نظامی لیزر میتوان به موشک‌های لیزری اشاره کرد که توسط لیزر هدایت و کنترل می‌شوند. برای هدایت این نوع موشک نیاز چندانی به لیزرهای پر قدرت نیست. لیزر CO2 یکی از لیزرهایی است که در زمینه هدایت موشک قابلیت‌های خوبی دارد.
6- کاربردهای آموزشی:
از همان ایتدا اختراع لیزر، خصوصا لیزر گازی هلیوم-نئون، کاربرد آموزشی آن نقش مهمی را ایفا نمود.
اصولا در مباحث فیزیک موضوعات فراوانی در خصوص نور و اپتیک وجود دارد که لازم است دانشجویان با این مفاهیم اشنایی دقیق و کافی داشته باشند.
وجود یک لیزر هلیوم-نئون با تعدادی از قطعات اپتیکی می‌تواند زمینه بسیار خوبی برای این مهم فراهم کند. برای مثال اندازه گیری فاصله کانونی یک عدسی و یا آینه، ضریب شکست شیشه، میزان جذب و... دهها عنوان دیگر از جمله مواردی هستند که در فیزیک پاسه و کاربردی نقش مهمی دارند. از آنجایی که لیزر هلیوم-نئون بسیار ارزان، کوچک و در ناحیه بینایی است اکثر مراکز تحقیقاتی و یا دانشگاهی را متوجه بکارگیری آن به عنولن یک وسیله اندازه‌گیری و آموزشی نموده است.
7- فاصله یابی:
نور لیزر به خاطر واگرایی کم و شدت بالا قادر است مسافت‌های زیادی را طی کند بدون اینکه مقدار زیادی از انرژی آن کاسته شود.
در این کاربرد، یک پالس لیزر به سمت هدف نشانه گرفته شده و سپس رها میشود. هنگام خارج شدن پالس لیزر، یک زمان سنج نیز شروع به کار می‌کند. در برخورد پرتو لیزر با هدف، نور لیزر در زوایای مختلفی پخش میشود.
بر روی مسافت یاب یک آشکار ساز نوری نصب شده که قادر است فوتون‌های این نوع لیزر را دریافت کند. هنگامی که فوتون‌های برخوردی با شی در زوایای مختلف منتشر می‌شوند بخش اندکی از آنها به سمت فاصله یاب حرکت می‌کنند.
هنگامی که اولین فوتون‌های لیزر به آشکار ساز می‌رسد آنگاه زمان سنج به طور اتوماتیک قطع میشود. حال با این زمان که مدت رفت و برگشت پرتو لیزر با شی مورد نظر است به راحتی میتوان فاصله خود را از رابطه زیر محاسبه نمود:
فاصله = زمان * سرعت
امروزه مسافت یاب‌های کوچکی با لیزرهای نیمه هادی ساخته شده‌اند که در کنار دوربین‌ها معمولی قرار گرفته‌اند. این فاصله یاب‌ها قادرند فاصله اشیا تا دوربین را با دقت چند سانتی متر نمایش دهند. همچنین عمل فاصله یابی برای فواصل دور نیز انجام میشود. برای مثال بر روی کره ماه منعکس کننده های بزرگی نصب شده است، هنگامی که یک پالس لیزر به سمت کره ماه نشانه گرفته شود در حقیقت منعکس کننده را مورد برخورد با پرتو لیزر قرار میدهد. در بازگشت لیزر به سمت کره زمین آشکارسازهای قوی نور برگشتی را دریافت می‌کنند. با اندازه‌گیری زمان رفت و برگشت به راحتی فواصل دور نیز محاسبه میشود.
مجدآبادی
بخش دانش و زندگی تبیان
