فرینا

مقدمه    

      اصطلاح لیزر (Laser) از حروف اول کلمات انگلیسی به معنی تقویت نور توسط نشرالقایی تابش

(Light Amplification by Stimulation Emession of Radiation) 

درست شده است.   از  آنجا که این وسیله  مبتنی  بر  همان اصول میزر (بجای نور لیزر ، میکرو موج  استفاده  شده) است ، تا  مدتی  به  آن  میزر

(MASER: Microware Amplification by Stimulation Emession of  Radiation)

نیز اطلاق می‌شود ، ولی  نام  آن  به سرعت به لیزر که عبارتی ساده‌تر تبدیل شد. نور حاصل از لیزر ، همان  نور  معمولی  است، تنها چیزی که نور لیزری را از نورهای  معمولی  متمایز  می‌سازد  هماهنگی  ایجاد  شده  در  نور  لیزری می‌باشد.  و  این هماهنگی ویژگیهای  خاص و کاربردهای  مختلف  آنرا  در زمینه‌های بسیاری توجیه می‌کند.
       فرض کنید یک کامیون کمپرسی پر از ماسه داریم، که ابتدا دانه‌های ماسه را یکی یکی  بر روی فردی که  روی  زمین  دراز  کشیده   می‌ریزیم ،  فرد  هیچ  گونه احساس  فشار و  ضربه  و   ناراحتی  نکرده  ، اگر همان  ماسه  را  یکباره بر روی آن بریزیم  چه  اتفاقی  می‌افتد.  تقریبا  تفاوت  نور  معمولی  با   نورهای حاصل  از لیزر  مشابه همین  حالت  می‌باشد.  بطور کلی  لیزرها  انواع  مختلف  و زیادی دارند که وجه  تمایز و  دسته بندی  انواع   لیزرها  را  پارمترهایی  از  قبیل  نوع  محیط   فعال (محیطی  که  عمل  لیزر زایی   یا   به   عبارتی   تقویت   در آنجا  انجام می‌گیرد  که  می‌تواند  جامد  ،  مایع  و گاز نیز  باشد )  و  نوع  ساختار و شرایط فیزیکی حاکم  بر آن تعیین می‌کند.  لیزرها  هم  می‌توانند  به  صورت پالسی و هم پیوسته کار کنند، که بستگی به هدف و کاربردمان دارد.

همدوسی

همدوسی فضایی

     از مشخصات تحریکی این است که امواج برانگیخته با موج برانگیزنده در یک فاز  قرار  دارند،  یعنی  تغییرات  فضایی  و زمانی  میدان  الکتریکی  دو  موج باهم    یکسان هستند. بنابراین در یک لیزر ایده‌ال انتظار داریم که میدان الکتریکی با زمان تغییر کند، به مانند هر نقطه دیگری سطح مقطع پرتو چنین پرتوی دارای همدوس فضایی کامل است.

همدوس زمانی

همدوس زمانی به ارتباط فازی نسبی میدان الکتریکی بر حسب زمان بستگی دارد. اگر فاز بطور یکنواخت با زمان تغییر کند، پرتو از نظر همدوس زمانی کامل است. دو مقدار مفیدی که به همدوس زمانی مربوطند عبارتند از: زمان همدوسی و طول همدوسی.
برای درک این موضوع ، پرتوی را به دو قسمت مساوی تقسیم می‌کنند و مجددا پس از طی  مسافت  مختلف  آنها  را  با هم  ترکیب  می‌کنند ، این  فرآیند  اساس وسیله‌ای  به نام تداخل سنج مایکلسون است.

جهتمندی (Directionality)

       یک منبع نور معمولی (مانند لامپهای تخلیه و ...) در تمام جهات دلخواه تابش می‌کند و نور حاصل از آنها جهتمند نیست. این در حالی است که خروجی یک لیزر ممکن است  خیلی نزدیک به یک موج   تخت باشد که  واگرایی  آن  فقط  بخاطر اثرات پراش است. خروجی یک لیزر معمولا دارای یک توزیع شدت عرضی است. برای مثال یک لیزر He - Ne که  در مود  اساسی  خود  نوسان  میکند ، دارای یک توزیع دامنه گوسی است:
      که در آن انتشار در راستای Z بوده و کمیت مشخص کننده اندازه لکه باریکه است. هر قدر که اندازه بزرگ باشد واگرایی کم است. این کار با استفاده از یک سیستم ساده متشکل از دو عدسی صورت میگیرد. جهتمندی  بالای  باریکه لیزری ، باعث میشود که بتوان آنرا در در لکه بسیار کوچکی کانونی کرد و چنین شدتهای بالای لیزری منجر به کاربردهای فراوان در صنعت نظیر جوشکاری ، سوراخ کاری و برش کاری و ... می‌شود.

خواص نور لیزر

کاربردهای مهم پهنای کم باریکه

         در صنعت سازه مثلا در حفر تونلها دریابی و فاصله‌ یابی و نظارت بر آلودگی  اتمسفر (امکان نظرات بر گازهای خروج از دودکش کارخانه‌ها ، با تجزیه و تحلیل  نور  پراکنده از روی سطح زمین امکان پذیر است.

کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد

       برش و جوشکاری با لیزر ، صنعت هوافضا و نساجی ،جراحی  چشم  و  جراحیهای  دیگر ، مزایای  بسیار   زیادی   برای  استفاده   از  لیزر  در  چنین  جراحیهایی  وجود  دارد، روش لیزری تخریبی  نیست  و نیازی  به  بیهوشی  ندارد و با توجه به مدت زمان کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت نگهداری طولانی عضو نیست.

کاربرد همدوس لیزر

        ترکیدگی داخلی لاستیکهای هواپیما ، فشرده سازی و بازسازی اطلاعات (اعم ازتصاویر و متن  و...)

کاربرد نظامی

دید کلی

         نابود نمودن دشمن از راه دور ، با جریانی از ماده‌ای مرگبار ، مدتها موضوع داستانهای علمی - تخیلی بوده است. آیا می‌توان آن را به واقعیت درآورد؟       فیزیک  نیرنگ  باز است،  اما سرمایه  گذاریهای ارتش ایلات متحده حاکی از آن است که آنها  تصمیم گرفته‌اند   سلاحهای  تشعشعی  را   بوسیله کلیفورد بیل  به واقعیت در آورند. در دهه 70  میلادی  ،  زمانی که کاپیتان کرک ستاره  تلویزیون بود،  فن آوران  معتقد بودند که  تا  سال 1997   تخیلات  علمی  به  آن  واقعیاتی  علمی  تبدیل  می‌شوند  و سلاحهای دستی لیزری ، تولید خواهند شد.

مشکلات عمده

    مشکل عمده سلاحهای لیزری ، فن آوری آنهاست. در حال حاضر این سلاحها به اندازه یک اتوبوس هستند و در ضمن لیزرهای پر قدرت به توان الکتریکی و شیمیایی بالایی نیازمندند. انرژی الکتریکی ، گازهای شیمیایی را تحریک می‌کند و بدین ترتنیب اتمهای گاز برانگیخته شده ، میزان انرژی بالاتری پیدا می‌کنند و شعاع لیزری ساطع می‌شود (لیزر منبعی است از گرما و نور به شکل امواج همسان ممتد یا متناوب).

کاربردهای عملی دیگر

در اواخر دهه 80 میلادی ، ارتش آمریکا به مطالعه لیزرهای پوتوتیپ میان انرژی و کم انرژی پرداخت. این لیزرها برای نابود ساختن سیستم اپتیکی تانکهای دشمن و خیره کردن چشمان خلبانان و تک تیراندازانی که با استفاده از دوربین سلاحهای خود در حال هدف گیری هستند بکار می‌رود. ارتش آمریکا حتی در زمان جنگ خلیج فارس یک لیزر میان انرژی به نام استینج ری را بر خودروی پیاده نظام برادلی سوار کرده بود. این سلاح عدسی سیستمهای اپتیکی تانکها و خودروهای دشمن را با ایجاد شکافی هرمی نابود می‌ساخت. البته این سلاح هرگز مورد استفاده قرار نگرفت. به عقیده جان الکساندر ، پژوهشگر سابق آزمایشگاه ملی لس آلاموس "پنتاگون چون نگران عکس العمل منفی مردم بود از استینج ری استفاده نکرد." علت چیست؟ شاید اینکه استینج ری نه تنها لنز پریسکوپها را نابود می‌کند بلکه موجب کور شدن فردی که از آن پریسکوپ استفاده می‌کند نیز می‌شود.

چشم انداز بحث

هم اکنون اخلاق ، در برابر لیزرهای میدان نبرد ، به عنوان یک مبارز طلبی فنی سد بزرگی را بوجود آورده است. در اکتبر سال 1995، چهارمین پروتکل به کنواسیون ژنو الحاق گردید و به موجب آن بکار گیری لیزرهای کور کننده در جنگ ممنوع اعلام شد. چند هفته قبل از آن ، پنتاگون سفارشی را که برای ساخت نوعی لیزر کور کننده به نام دیزر داده بود پس گرفت. این سلاح (سیستم اقدامات مقابله ای لیزری) بر روی لوله تفنگ ام 16 نصب می شد و به پیاده نظام این امکان را می داد که سیستم های کنترل آتش دشمن را از فاصله بیش از 2 کیلومتری نابود کرده ، سربازان دشمن را کور کنند.
بسیاری از کشورها ، پروتکل مزبور را محترم شمردند. چینیها آشکارا از بکار گیری سیستمی مشابه خودداری کردند. به گفته الکساندر "در هنگام جنگ ، شما می‌توانید دشمن را با استفاده از گلوله و یا انفجار بکشید و نیز می‌توانید قانون وی را با استفاده از لیزر خاکستر کنید، اما حق کور کردنش را ندارید، چشم موضوعی احساسی است." بجز مسائل اخلاقی ، ارتش در عملی بودن استفاده نظامی از لیزر دچار تردید است. طول تفنگهای لیزری قابل حمل در حال حاضر زیاد است وحتی اگر مخازن شیمیایی و باتریهای مربوطه جمع و جور ساخته شوند، نیروی موجود فقط کفاف تعداد محدودی شلیک را می‌دهد. الکساندر اضافه می‌کند "هیچ نیازی به این قبیل سلاحها وجود ندارد. ارتش ایالات متحده نمی‌خواهد به جای سلاحی قابل اطمینان ، از سیستمی سری و با منفعت محدود استفاده نماید. شما نمی‌توانید هم لیزر را حمل کنید و هم یک سلاح متعارف را."

آیا مهندسان می‌توانند مشکلات مربوط به نیروی مورد نیاز لیزرها را حل کنند و به این هدف نظامی دست یابند که سلاحی قابل حمل و با مهمات نامحدود بسازند. هولومن می‌گوید: "من جدا تردید دارم که بتوانیم سیستمی قابل حمل توسط انسان بسازیم."