طراحی و ساخت بی سیم لیزری - جلسه سوم

اهداف جلسه: ادامه بحث مدولاسیون - آشنایی با لیزر

وسایل مورد نیاز: یک تکه طناب 10 متری

مدولاسیون

در جلسه پیش با مفهوم مدولاسیون آشنا شدید. در این جلسه با ارائه توضیحات تکمیلی و یک آزمایش بحث فوق را خاتمه می دهیم.
دریافتیم که مدولاسیون انواع مختلفی دارد مانند مدولاسیون دامنه (AM) یا مدولاسیون فرکانس (FM) یا مدولاسیون فاز (PM) و...
یک سر طناب 10 متری را به درخت گره بزنید. حال سر دیگر آن را در دست بگیرید. در صورتی که دست تان را (که طناب را با آن گرفته اید) به سمت بالا و پایین حرکت می دهید، طناب در هوا با حرکات موج مانند بالا و پایین می رود و دامنه حرکات آن به یک میزان ثابت می ماند. خواه سرعت حرکت دست شما کم یا زیاد باشد.

این حرکات نوسانی را به اصطلاح حالتی از مدوله سازی فرکانسی یا FM می نامند. در امواج رادیویی نیز این نوسانات تشکیل امواج حامل را خواهند داد.

در مقابل FM، روش دیگری وجود دارد که طی آن امواج حامل بر اساس تغییرات مقادیر دامنه امواج شکل می گیرند که به این حالت مدولاسیون دامنه یا AM گفته می شود. این در حالی است که مقادیر اختلاف در دامنه یکسان نبوده و دائماً با یکدیگر اختلاف داشته باشند.

بنابراین، در شیوه ی AM در یک بازه ی زمانی دامنه امواج حامل دچار تغییرات می گردد در حالی که فرکانس ثابت می ماند. در حالی که در شیوه ی FM، دامنه ثابت و فرکانس متغیر می باشد.

برای نشان دادن شیوه ی AM، دست خود را با سرعت ثابت ولی دامنه های گوناگون به حرکت درآورید و به نحوه حرکت نمودن طناب دقت نمایید.

لیزر

کلمه لیزر از حروف ابتدایی عبارت «تقویت نور به وسیله گسیل تابش» یا «Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation» در لاتین ساخته شده است.

که معمولاً در طول موج های مادون قرمز نزدیک مرئی و ماورای بنفش طیف الکترو مغناطیس می باشد.
لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می شود.

بهتر است کمی در مورد تاریخچه لیزر برای شما صحبت کنیم.
انیشتین در 1917 میلادی نظریه گسیل القایی را بیان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را عرضه نمود.
بر پایه این تئوری، 40 سال بعد تاونز و همکارانش نخستین تقویت کننده گسیل القایی را با به کار گیری آمونیاک مورد آزمایش و سیستمی به نام میزر پدیدآوردند.

نخستین لیزر در 1960 به وسیله ی میمن با استفاده از یاقوت قرمز ساخته شد و اولین لیزر گازی هلیوم-نئون توسط دکتر علی جوان در آزمایشگاه شرکت Bell در آمریکا ساخته شد. در سال 1986 کشف شد که منبع لیزر می تواند نور همدوس تابش کند به گونه ای که دامنه و فاز آن در تمام نقاط فضا قابل سنجش و تعیین باشد.
یکی دیگر از خواص لیزر همگرایی بالای آن است. به دلیل این ویژگی تمام انرژی پرتو لیزر تقریباً در یک فرکانس متمرکز می شود، لذا تک فامی و بالا بودن شدت آن ایده آل است.

حال کمی در مورد نحوه ی ایجاد نور لیزر به شما توضیح می دهیم.
اولین شرط ایجاد لیزر داشتن ماده یا محیطی است که بتواند انرژی را در خود ذخیره کند. نمونه هایی از این مواد عبارت اند از بلورهایی مثل یاقوت، ایتریم، آلومینیوم گارنت یا گازهایی مثل CO2، He، Ne و مایعاتی مانند رنگ های رودآمین می باشد. انیشتین در سال 1916 نشان داد که گسیل القایی نور را می توان از یک اتم برانگیخته به دست آورد.

آیا می دانید تفاوت نور لیزر با نور معمولی در چیست؟ که پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از شدت زیاد، مستقیم بودن، تکفامی و همدوسی.
لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس، گاما، ماوراء بنفش و مادون قرمز جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی دارد. حال آن که این پرتو می تواند هر یک از فرکانس های محدوده طیف نامبرده را در بر گیرد با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی، همدوسی و شدت زیاد است.
اینکه چگونه می توان پرتو لیزری با فرکانس های دلخواه را تولید نمود کار دشواری است که عملاً با آن روبرو هستیم.

در یک تقسیم بندی کلی، لیزرها را به گونه ی زیر طبقه بندی می کنند:
1. لیزرهای مادون قرمز (2-10nm) مانند لیزر مونواکسید کربن، دی اکسید کربن، لیزرهای الکساندریت و...
2. لیزرهای محدوده نامرئی (400-700nm) مانند لیزرهای آرگون، کریپتون، هلیوم-نئون، تیتانیوم و یاقوت کبود
3. لیزرهای محدوده ماوراء بنفش مانند لیزرهای گازهای نادر (اگزایمر) یا لیزر نیتروژن

کاربردهای لیزر بسیار گسترده می باشد. در زیر چند نمونه از آن ها را مشاهده می کنید:
کاربرد لیزر در صنعت: برشکاری، جوشکاری، تراشکاری، سوراخکاری و...
کاربرد لیزر در پزشکی: جراحی لیزری، ساخت چاقوی ظریف لیزری، جلوگیری از خونریزی جراحی ها و...
کاربرد لیزر در صنایع نظامی: ردیاب لیزری، فاصله یاب لیزری، بمب لیزری و...
کاربرد لیزر در تولید دماهای خیلی پایین.

جوشکاری لیزری: