باورهای عمومی نسبت به تکنولوژی لیزر به عنوان یکی از مهمترین دستاوردهای علمی-صنعتی، همیشه به نقطه‌ی علاقه‌مندی بسیاری از مردم تبدیل شده است. سرعت و دقت بالا، قابلیت استفاده در زمینه‌های گوناگون مانند پزشکی، صنایع فضایی، الکترونیک و غیره، لیزر را به یکی از ابزارهای برتر و بی‌نظیر در دنیای مدرن تبدیل کرده است. در این مقاله از سایت برش لیزر الوند ما قصد داریم به بررسی انواع مختلف لیزرها و همچنین توضیحات جامعی از شناخت لیزر به صورت علمی بپردازیم. سعی خواهیم کرد تا به طور جامع و شیوا، انواع مختلف لیزرها از جمله لیزرهای نیمه‌هادی، گازی، جامد و فتونیک را مورد بررسی قرار داده و کاربردهای هر کدام را در صنایع مختلف مورد توجه قرار دهیم.
لیزر چیست؟
لیزر، یک تکنولوژی پرکاربرد و بسیار پرقدرت است که در انواع مختلفی از زندگی ما نقش مهمی ایفا می‌کند. از کاربردهای پزشکی و درمانی گرفته تا صنایع مختلف مانند فناوری اطلاعات، صنایع نظامی، و حتی سرگرمی و هنر، لیزر ابزاری بی‌نظیر و بسیار موثر است. لیزر کلمه‌ای است که از حروف اول عبارت “Light Amplification by Stimulated Emission Radiation” گرفته شده و به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است. اصل این تکنولوژی بر پایه تولید نوری است که هم فاز و هم هم‌جهت است، با استفاده از فرآیندی که به انگیزش اپتیکی معروف است. بنیان‌های علمی لیزر به فیزیک کوانتوم و مکانیک موج برمی‌گردد. اتم‌ها یا مولکول‌ها در وضعیت برانگیخته قرار می‌گیرند و سپس با برخورد فوتون‌هایی با همان انرژی، فوتون‌هایی دیگر به همان انرژی و فاز تولید می‌شوند.
خدمات شرکت برش لیزر الوند
1- برش لیزر آهن
این روند در یک زنجیره‌ای سریع اتفاق می‌افتد و به تولید نور متمرکز و قدرتمند منجر می‌شود. لیزرها انواع مختلفی دارند، از جمله لیزرهای مستقیم، لیزرهای نیمه‌رسانا، لیزرهای گازی و لیزرهای نوردهی. هر یک از این انواع، کاربردها و خصوصیات خاصی دارند که باعث شده استفاده از لیزر در صنایع مختلف به مراتب گسترده‌تر شود. در زمینه پزشکی، لیزر در درمان‌های پوستی، لیزر لاغری، جراحی چشم و حتی درمان برخی انواع سرطان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع فناوری اطلاعات، لیزر در دستگاه‌های خواندن و نوشتن دیسک‌های نوری، پرینترها و اسکنرها استفاده می‌شود. همچنین در صنایع نظامی، لیزر در ارتباطات نوری، اسلحه‌های لیزری و سنسورهای ردیابی استفاده می‌شود.
به طور کلی، لیزر یکی از تکنولوژی‌های بسیار مهم و اساسی در علوم و صنایع مختلف است که با ارتقاء هر روزه، کاربردهای جدید و موثرتری در اختیار ما قرار می‌دهد.
مفهوم و اصول ماهیتی لیزر چیست؟
لیزر، یک فناوری پیشرفته است که از انرژی مایع اپتیکی برای تولید نور با امکانات بالا استفاده می‌کند. در این فرآیند، اتم‌ها یا مولکول‌ها به گونه‌ای تحریک می‌شوند که بیشتر آنها در سطح انرژی بالا و تعداد کمتری در سطح انرژی پایین قرار می‌گیرند. این وضعیت را می‌توان به عنوان جمعیت وارون توصیف کرد. در فرآیند پمپاژ یا دمش، انرژی به اتم‌ها اضافه می‌شود تا جمعیت وارون را ایجاد کند. زمانی که این اتم‌ها یا مولکول‌ها در وضعیت برانگیخته قرار می‌گیرند، به آسانی تابش می‌کنند. در نتیجه برخورد فوتون با اتم برانگیخته، تابش القایی ایجاد می‌شود که فاز، جهت و بسامد مشابهی با فوتون برخوردی دارد. این روند منجر به ایجاد یک زنجیره واکنشی سریع از تابش همدوس می‌شود و به تخلیه تمامی اتم‌ها منجر می‌شود. در اغلب موارد، لیزر طوری طراحی می‌شود که نور گسیل شده بین دو طرف یک کاواک تشدیدی بازتاب کند تا نور با شدت زیادی از یک طرف کاواک تشدیدی خارج شود. در نهایت، اگر اتم‌ها به حالت برانگیخته بازگردند، پرتوی پیوسته از نور همدوس تولید می‌شود.
سیستم کاری لیزر چگونه بوده و از چه اجزایی تشکیل می‌شود؟
اجزا و سیستم کار لیزر به گونه‌ای است که برای تولید نور همدوس، از چهار عنصر اصلی استفاده می‌شود. این اجزا شامل آینه نیمه شفاف، آینه بازتاب کننده کامل، محیط فعال و مکانیزم تولید نور لیزر هستند. لیزر به عنوان یک منبع نوری منحصر به فرد و با خصوصیات یکتایی شناخته می‌شود و در بسیاری از زمینه‌های مختلف مانند جوشکاری، پزشکی، ارتباطات و دفاع ملی کاربرد دارد.
محیط فعال لیزر می‌تواند از اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها تشکیل شود. برخی از مولکول‌های سبک نیز قابلیت اجرای عمل لیزر را دارند. مثلاً، محیط فعال می‌تواند شامل آرگون یونی یا نیتروژن مولکولی باشد. همچنین، با وارد کردن ناخالصی‌ها به یک محیط خاص، می‌توان محیط‌های فعال به صورت جامد را ایجاد کرد. برای مثال، اضافه کردن ناخالصی کروم به اکسید آلومینیوم می‌تواند لیزرهای جامدی مانند یاقوت را تولید کند. همچنین، محیط فعال لیزر می‌تواند با استفاده از نیمه رساناها نیز تهیه شود. این محیط می‌تواند در فازهای مختلفی مانند گاز، مایع، جامد و نیمه رسانا باشد. توانایی تولید نور همدوس در این انواع محیط‌ها، به دستاوردی بسیار مهم در علم فیزیک و فناوری نشان می‌دهد.
محیط فعال در لیزر چیست؟
محیط فعال در فناوری لیزر یک مجموعه از اتم‌ها یا مولکول‌هاست که قادر به برانگیخته شدن به حالتی به نام جمعیت وارون هستند. این حالت، زمانی رخ می‌دهد که اتم‌ها یا مولکول‌ها در حالت برانگیخته نسبت به حالت پایه‌شان قرار دارند. برای انجام عمل لیزر، دو حالت باید به عنوان حالت‌هایی برای گذار از حالت بالاتر به حالت پایین‌تر انتخاب شوند که خواص خاصی داشته باشند. اولین مشخصه این است که اتم‌ها باید به مدت طولانی در حالت بالاتر بمانند تا تعداد فوتون‌های تابشی القایی بیشتر شود. دومین مشخصه نیز وجود روشی موثر برای پمپاژ اتم‌هاست تا جمعیت تراز انرژی بالا افزایش یابد و پدیده وارونی جمعیت رخ دهد. افزایش جمعیت تراز پایینی به بیش از جمعیت تراز انرژی بالایی باعث منفی شدن وارونی جمعیت می‌شود و از تقویت نور توسط تابش القایی جلوگیری می‌کند. به طور خلاصه، با رفتن اتم‌ها از تراز انرژی بالایی به تراز انرژی پایینی، فوتون‌های بیشتری توسط تابش خودبخودی از دست می‌روند که جهت گیری آنها کاتوره‌ای است و موج‌های وابسته به آنها هم فاز نیستند.
خواص نور لیزر چه چیزهایی می باشد؟
نور لیزر یکی از پدیده‌هایی است که در دهه‌های اخیر توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. این پدیده که از روش‌های پیشرفته تولید نور استفاده می‌کند، خصوصیاتی منحصر به فرد دارد که از آن در بسیاری از زمینه‌ها استفاده می‌شود. خواص نور لیزر به طور گسترده در تحقیقات علمی، صنایع فناوری، پزشکی، ارتباطات، نظامی، و صنایع دیگر به‌کارگیری می‌شود. یکی از خصوصیات مهم نور لیزر، جهتگیری دقیق آن است. نور لیزر به صورت بسیار متمرکز و هم‌جهت انتشار می‌یابد که این ویژگی آن را برای بسیاری از کاربردها، از جمله درمان‌های پزشکی و ارتباطات اپتیکال، بسیار ارزشمند می‌سازد. همچنین، نور لیزر دارای پراکندگی کمی است، که به این معناست که انتشار نور در طول مسیر انتقال آن کمتر از نور معمولی است. این خاصیت باعث می‌شود که نور لیزر برای انتقال اطلاعات در فضاهای با تداخل کمتر مورد استفاده قرار گیرد.
طول موج کوتاه نور لیزر نیز یکی از خصوصیات مهم آن است. طول موج کوتاه‌تر نور لیزر نسبت به نور مرئی معمولی باعث می‌شود که بتوان از آن برای دستیابی به دقت بالاتر در برخی کاربردها استفاده کرد. به عنوان مثال، در تکنولوژی اندازه‌گیری‌های پزشکی و دقیق، این ویژگی اهمیت زیادی دارد. یکی از ویژگی‌های دیگر نور لیزر، یکپارچگی فاز آن است. در مقایسه با نور معمولی که فاز متناوب دارد، نور لیزر فاز یکپارچه‌ای دارد که این ویژگی باعث می‌شود که نور لیزر در برخی از کاربردها مانند هولوگرافی و پردازش تصویر بسیار موثر باشد.
در پایان، باید به این نکته اشاره کرد که نور لیزر معمولاً دارای پالس‌های بسیار کوتاه است. این پالس‌های کوتاه مدت زمانی اندکی دارند که به کاربردهایی که نیاز به دقت و سرعت بالا دارند، ایده‌آل هستند. این خاصیت باعث شده است که نور لیزر در دامنه‌های گوناگونی از فناوری‌ها مورد استفاده قرار گیرد و از اهمیت بسزایی برخوردار باشد.
6 نوع لیزر و بررسی انوع لیزرها
لیزرها به عنوان یکی از فناوری‌های بسیار پرکاربرد و تاثیرگذار در زمینه‌های مختلف علمی، صنعتی، پزشکی، و فضایی شناخته می‌شوند. از نورپردازی تا جراحی، از ارتباطات فضایی تا صنایع دقیق، لیزرها با انواع مختلفی در دنیای مدرن به کار می‌روند. در اینجا به بررسی برخی از انواع مهم لیزرها پرداخته خواهد شد:
- لیزرهای مستقیم: این نوع لیزرها مستقیماً از تابش نور لیزری به همراه الکتریکیته برای تولید نور استفاده می‌کنند. این لیزرها در دستگاه‌هایی مانند دستگاه‌های خواندن بارکدها و نوشتن و خواندن دیسک‌های نوری استفاده می‌شوند.
- لیزرهای نیمه‌هادی: این نوع لیزرها از جمله محبوب‌ترین و پرکاربردترین انواع لیزرها هستند. از دستگاه‌های سوئیچینگ و مدارهای الکتریکی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی و اندازه‌گیری، لیزرهای نیمه‌هادی در انواع مختلفی به کار می‌روند.
- لیزرهای گازی: این نوع لیزرها از گازهایی مانند هلیم، نیتروژن، و دی اکسید کربن برای تولید نور استفاده می‌کنند. این لیزرها برای برش و حکاکی مواد، ارتباطات ماهواره‌ای، و تحقیقات علمی به کار می‌روند.
- لیزرهای جامد: این نوع لیزرها از جامدات مانند کریستال‌ها و گل‌های دوپ شده برای تولید نور استفاده می‌کنند. از دستگاه‌های پزشکی و تراشکاری مواد تا دستگاه‌های دقیق اندازه‌گیری، لیزرهای جامد در زمینه‌های مختلف به کار می‌روند.
- لیزرهای فتونیک: این نوع لیزرها از اثرات کوانتومی فیزیک برای تولید نور استفاده می‌کنند. از دستگاه‌های ارتباطات نوری تا سنسورهای نوری و دستگاه‌های پزشکی، لیزرهای فتونیک در صنایع مختلف به کار می‌روند.
- لیزرهای نوری: این نوع لیزرها از ترکیبی از نور مرئی و نور مادون قرمز برای تولید نور استفاده می‌کنند. از دستگاه‌های پزشکی و تراشکاری مواد تا دستگاه‌های سنجش و اندازه‌گیری، لیزرهای نوری در بسیاری از کاربردهای مختلف به کار می‌روند.
در نهایت، لیزرها به دلیل خواص منحصر به فرد و تنوع وسیعی که دارند، از اهمیت بسزایی برخوردارند و در تحولات صنعتی و علمی جهان مدرن نقش مهمی داشته‌اند.
