لیزر و پیدایش آن

مقدمه ­ای برای لیزر

در محیط اطراف ما انرژی به شکل­ های مختلفی وجود دارد که معمولا، منابع تمام این انرژی ها « امواج » هستند. یک نوع از این امواج حامل انرژی، امواج الکترومغناطیس یا نور است. لیزر مجموعه ­ی منظمی از امواج نورانی است که توانایی­ های منحصر به فردی را برای استفاده در صنعت و پزشکی فراهم ساخته است. به عبارت دیگر، امواج هم انرژی نور، به صورت کنترل­ شده در راستای مفید ، باریکه­ ی لیزر را تشکیل می دهند.

لیزر در شاخه­ ها و علوم مختلفی کاربرد دارد. در پزشکی به منظور تشخیص و درمان بیماری ­های چشم، پوست و حتی سلول­ های سرطانی از لیزر استفاده می­شود. چاقوی بدون خون ریزی نمونه پرکاربرد استفاده از لیزر در جراحی است، که دنیای پزشکی و درمان را متحول کرده­ است. لیزر در تجهیزات ارتباطی و مخابراتی نیز کاربرد دارد. تلفن مبتنی بر فیبر نوری و دستگاه ­های تمام نگاشت، دو نمونه بارز استفاده از لیزر دراین صنعت می باشند. با تمامی این مثال­ها گستردگی کاربرد لیزر در هیچ حوزه ای به اندازه صنعت وسیع و چشم گیر نیست.

علی رغم گستردگی انواع و کاربرد لیزرها، ابعاد مختلف این فناوری برای بسیاری از مردم هنوز ناشناخته است. با پیشرفت دانش و تکنولوژی بشر، انواع مختلفی از لیزر نظیر لیزرهای هلیوم نئون،Nd:YAG ، فایبر و نیمه رسانا و … به دنیای فناوری معرفی شده است که روز به روز قیمت های تمام شده آنها کاهش یافته و کیفیت آنها افزایش می یابد.

تاریخچه

شاید برخی پیدایش لیزر را به زمان ارائه مجموعه معادلات الکترومغناطیس که توسط جیمز­کلرک­ ماکسول در سال ١٨۶۵ رخ داد مرتبط بدانند. وی دستگاه معادلاتی برای توصیف طبیعت موج گونه نور ارائه کرد و معتقد بود که امواج الکترومغناطیسی دقیقاً با سرعت نور حرکت می کنند. لازم به ذکر است که ماکسول معتقد بود رفتار نور، موجی شکل است. این در­حالیست که بعدها دانشمندان مشاهده کردند که نور گاهی به صورت ذره و گاهی به صورت موج رفتار میکند. برخی مواد می توانند انرژی تابشی را جذب و آن را به صورت نور گسیل کنند. این شرایط زمانی اتفاق می افتد که الکترون پایدار یک اتم مقداری انرژی تابشی جذب کرده و به تراز برانگیخته برود. الکترون برانگیخته که تمایل به رسیدن به حالت پایدار دارد، در زمان بازگشت مقداری از خود انرژی آزاد می کند که به صورت نور گسیل می شود. اینشتین در مطالعات خود در سال های ١٩٠۵ تا ١٩١۶ واحد اصلی نور گسیل شده در حین گسیل را، « فوتون » نامید. هدف وی از این نامگذاری آن بود که بسته های تجزیه ناپذیر نور، «کوانتوم »، مثل ذرات متحرک رفتار می کنند. وی معتقد بود که فوتون می تواند به طور کامل جذب یک الکترون شود. همچنین، در دیدگاهی فراتر وی تأکید داشت که فوتون گسیلی از اتم می تواند اتم برانگیخته مشابه دیگری به وجود آورد تا فوتون دومی گسیل شود. این شکل از گسیل را، ایشان «گسیل القایی» نامید. با این توضیح، برخی مطالعات ریاضی اینشتین را آغازگر تئوری لیزر می نامند .

درباره ی تبدیل نظریه ی لیزر به واقعیت تا سال ١٩۵١موضوعی مطرح نشد. در آن سال تاونز و گوردون در دانشگاه کلمبیا که در جستجوی راهی برای افزایش گستره فرکانسی امواج ماکروویو بودند به یاد نظریه اینشتین افتادند. هدف آن ها افزایش فرکانس ماکروویو به منظور استفاده در ارتباطات نیروی دریایی ارتش امریکا بود. آنها محفظه ای پر از گاز داغ را در نظر گرفتند، که برخی از مولکول های آن در حالت برانگیخته و برخی در حالت زمینه بودند. با افزایش تعداد مولکول های برانگیخته درون محفظه، احتمال تشدید اپتیکی افزایش می یابد. در این شرایط مولکول های برانگیخته در تراز انرژی بالاتر مورد نظر می توانند میکروموج گسیل کنند. اگر دیواره های محفظه بازتابنده خوبی باشند (رزوناتور اپتیکی )، اتم های برانگیخته میتوانند اتم های دیگری را تحریک و در نتیجه زنجیره بیشتری از میکروموج گسیل شود. در سال ١٩۵٣، این پیشنهاد با استفاده از مولکول های گاز آمونیاک به عنوان محیط فعال درون رزوناتور عملیاتی شد و آن را «میزر» نامیدند. این واژه مخفف «تقویت میکروموج با گسیل القایی» است . پس از کشف میزر، در سال ١٩۵٨ تاونز و شاولو میزری ساختند که امواجی با طول موج های کوچک تر تولید می کرد و در نهایت منجر به گسیل نور مرئی به جای میکروموج شد. این دستگاه را «لیزر» به معنای «تقویت نور با استفاده از گسیل القایی» نامیدند.


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *