|
فيزيک ليزر
1- مقدمه
Introduction
2- بر هم کنش نور با ماده Interaction of light with Matter
3- توليد نور Generation of Light
4- ليزر Laser
5- قانون توان وانرژي Concept of Power and Energy
6- واگرايي اشعه Beam Divergence
7- خلاصه Summary
مقدمه
نور چهار مشخصه
اصلي دارد :
الف- طول موج (wave length): فاصله بين دو نقطه يکسان موج مي باشد که مشخص
کننده رنگ موج است. با تعيين رنگ، انرژي و طول موج مي توان يک موج را نسبت به
ديگر موج ها سنجيد. به عنوان مثال طول موج هاي کوتاه در طيف مرئي در ناحيه بين
آبي و فوق بنفش قرار مي گيرد در حاليکه رنگ قرمز داراي طول موج هاي بلندتري مي
باشد. فاصله بين اين قله هاي موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده
به توان منفي نه ) يا ميکرون (ده به توان منفي شش ) قرار داده اند.
تشعشع الکترومغناطيسي طيف طولاني از طول موج هاي بلند راديويي تا طول موج هاي
کوتاه اشعه ايکس را شامل مي شود.
ب- فرکانس (Frequency): فرکانس موج تعداد موج هاي عبور کرده از يک نقطه در يک
فاصله زماني مشخص مي باشد . واحد آن سيکل بر ثانيه يا هرتز Hz مي باشد. فرکانس
و طول موج به سرعت موج وابسته اند.
طول موج هاي بلند تر از قبيل نور قرمز در فرکانس هاي پايين تراز نور آبي قرار
دارند ولي فرکانس در کل خيلي بالا است ( ده به توان چهارده هرتز ).
ب - سرعت (Velocity) : سرعت موج تعيين کننده تندي عبور موج از يک محيط مشخص مي
باشد. به عنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سيصد هزار کيلو متر در ثانيه مي
باشد. سرعت در محيط هايي مثل شيشه يا آب کاهش مي يابد.
ت- دامنه (Amplitude ) : دامنه يا شدت موج با ارتفاع يا بلندي (height ) ميدان
الکتريکي يا مغناطيسي مشخص ميشود.
بر هم کنش نور با ماده
(interaction of light with matter )
از آنجا که نور
داراي ميدان الکتريکي و مغناطيسي مي باشد اين ميدانها با ماده بر هم کنش نشان
مي دهند . ميدان مهم ميدان الکتريکي است چون با الکترونهاي کوچک که در ترکيبات
مواد شرکت دارند بر هم کنش دارد. اين الکترونها همصدا وهماهنگ باموج نور وارده
نوسان مي نمايند و مي توانند تأثير يا تغيير در عبور نور از ميان يک ماده به
چند طريق انجام دهند.
1- پخش کردن (Scsttering ) موج نور از مسير اصلي منحرف ميشود.
2- انعکاس (Reflection ) موج به داخل محيطي خارج از ماده برميگردد.
3- انتقال (Transmission ) موج از ماده با کمترين تغيير شدت عبور مي نمايد.
4- جذب (Absorption ) مهمترين پروسه در خيلي جاها جذب مي باشد که انرژي موج نور
در ماده باقي مي ماند. مقدار زيادي از انرژي باعث ايجاد حرارت و تغيير در خواص
ماده مي شود.
توليدنور Generation of
light
چندين فرآيند تعيين کننده
طيف نور باعث ايجاد تشعشع الکترومغناطيس مي شوند.
طيف تشعشع: طيف نوري که از يک جسم ساطع مي شود شامل رنگها يا نوارهاي رنگي جدا
از هم مي باشد.اين از طبيعت توليد نور برميخيزد و نشانه آن است که انرژي نوراني
ساطع شده از آن جسم داراي مقداري مشخص ميباشد.
انرژي تمام سيستمها کوانتايي مي باشد که اين انرژي مي تواند در بسته هاي جدا از
هم جذب يا آزاد شود.انرژي سيستم پس از آنکه انرژي جذب آن سيستم شود افزايش مي
يابد و در مرحله بعدي آن انرژي آزاد مي شود. مدتي که اين انرژي آزاد مي شود
راندوم يا اتفاقي بوده که نشر خودبخودي ناميده مي شود.
انرژي را مي توان توسط جريان الکتريکي، نور از منبع خارجي، واکنش شيميايي يا
گونه هاي ديگربه سيستم وارد نمود. بهر حال مشخص شده است که يک موج وارده که
داراي انرژي معيني است مي تواتد آزاد شدن موجها را ازسيستم بر انگيخته تحريک
کند و باعث آزاد نمودن دو موج شود. به اين حالت نشر بر انگيخته مي گويند.اين
موج ها خواص مهمي دارند.
1- همدوس (Coherent ) : موجها به صورت هماهنگ هستند.
2- تک رنگ (Monochromatic ) : موجها داراي رنگ يکساني هستند.
3- شدت بالا (High Intensity ): اگر ما به مقدار کافي از اين نورهاي همدوس
(Coherent ) توليد کنيم شدت آن بسيار بالاتر از منابع نور غير همدوس است.
4- واگرايي کم (Low divergence ) : ليزر را در مقايسه با نور غير همدوس بوسيله
لنزتا قطرهاي خيلي کمتري مي توان باريک نمود.
5- طبيعت ضرباني (Pulsed nature ) : چون انرژي ورودي را در ليزر مي توان کنترل
نمود انرژي خروجي نيز به دنبال آن تغيير مي يابد. بنا بر اين اگر برانگيختگي
ليزر با پالسهاي کوچک انجام شود ليزر با پالسهاي کوچک توليد خواهد شد. اين
خاصيت خيلي مهم است.
ليزر
نشر برانگيخته را
مي توان در وسيله اي بنام ليزر ايجاد نمود. کلمه ليزر مخفف کلمات زير است:
LightAmplificationStimulatedEmission ofRadiation
که به معني نور تقويت شده با نشر برانگيخته مي باشد.
قانون
توان و انرژي
شدت نور ليزر به
حدي است که مي تواند باعث تبخير مواد و ايجاد تغييرات غير قابل برگشت شود. اشعه
ليزر مي تواند به نقطه هايي با اندازه هاي مختلف تنظيم (فوکوس ) شود و به همين
صورت توليد شدت هاي مختلف نور را مي کند.
حفره ليزر :
( Cavity)يک حفره ليزر با مجموعه اي از آينه ها تعريف مي
شود که امواج نور را در محيط ليزر به جلو و عقب مي فرستد. آينه عقب معمولأ
کاملأ منعکس مي کند در حاليکه آينه جلو به مقدار کمي از نور ليزر اجازه عبور مي
دهد. آينه ها بايد دقيقاً تنظيم شده و بطور مطمئني بسته شوند.
توان يا پاور دنسيتي(power density
)
يک تشعشع ، توان نور ليزر بر واحد سطح با واحد وات بر سانتي متر مربع ( Watt/
Cm2 ) است.
مساحت نقطه نور و توان ليزر مشخص کننده Power density مي باشد.
انرژي :
معرف کل انرژي نور مي باشد و واحد آن ژول است . يک ژول
برابر با يک وات براي مدت يک ثانيه مي باشد. قدرت ليزر با انرژي تقسيم بر زمان
( يا طول مدت يک پالس ) رابطه دارد. Fluence سرعت انتقال انرژي را تعيين مي کند.
به عنوان مثال ، 100 ژول را مي توان در 1 ثانيه با 100 وات و يا در 100 ثانيه
با 1 وات منتقل نمود.
اندازه نقطه (Spot Size ) :
اندازه نقطه ليزر يکي از دو فاکتور کنترل power density
مي باشد.اندازه نقطه با موارد زير مشخص مي شود.1-
فاصله کانوني لنز فوکوس کننده.
2- طول موج ليزر
3- نوع ليزر
نوع ليزر از روي حفره ليزر ( laser cavity ) مشخص مي شود و نشان دهنده توزيع
توان ليزر در يک نقطه مي باشد.
واگرايي اشعه(Beam
Divergence)
واگرايي اشعه ميزان
پخش اشعه مي باشد. واگرايي با زاويه بين محور اپتيکي و بردار اشعه خارجي تر
بيان ميشود زاويه با راديان اندازه گيري مي شود (راديان = 180 درجه ) . واگرايي
اشعه 1 ميلي راديان معادل است باافزايش در قطر يک اشعه به اندازه يک ميلي متر
در فاصله يک متري.
خلاصه
توليد نور ليزر به وسيله وادار نمودن ماده به رفتن به سطوح انرژي بالاتر مي
باشد. بر هم کنش بعدي توليد نوع خيلي مهمي از نور مي نمايد که مي تواند برنقاط
فوق العاده کوچک فوکوس نموده يا به مدت خيلي کوتاه توليد شود. بر هم کنش ميدان
الکتريکي ليزر با ماده باعث شروع نتايج مورد انتظار مي گردد. نور با شدت بالا
مي تواند نتايج خوبي ايجاد نمايد. متنوع ترين محيط مورد انتظار عرصه پزشکي است.
چون اثر نور بر محيط هاي گوناگون بيولوژيکي خيلي باهم متفاوت است.
نگارنده: دکتر سيد مهدي مهدوي مرتضوي
منبع: www.laserdarmani.com
| 
