كاربرد ليزر در فيزيك و شيمي

اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كه در درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كه استفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند

رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش داده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكان پذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آن تفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.

در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوس رامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن – ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.
شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زيمنه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهاي ليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصول نهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است.

كاربرد در زيست شناسي

از ليزر به طور روزافزوني در زيست شناسي و پزشكي استفاده مي شود. اينجا هم ليزر مي‌تواند ابزار تشخيص و يا وسيله برگشت ناپذير مولكولهاي زنده يك سلول و يا يك بافت باشد. ( زيست شناسي نوري و جراحي ليزري) در زيست شناسي مهمترين كاربرد ليزر به عنوان يك وسيله تشخيصي است. ما در اينجا تكنيك هاي ليزري زير را ذكر مي كنيم :
الف) فلوئورسان القايي به وسيله تپهاي فوق العاده كوتاه ليزر در DNA در تركيب رنگي پيچيده DNA و در مواد رنگي موثر در فتوسنتز

ب) پراكندگي تشديدي رامان به عنوان روشي براي مطالعه ملكولهاي زنده مانند هموگلوبين و يا رودوپسين ( عامل اصلي در سازوكار بينايي)

ج) طيف نمايي همبستگي فوتوني براي بدست آوردن اطلاعاتي در مورد ساختار و درجه انبوهش انواع ملكولهاي زنده

د) روشهاي تجزيه فوتوني درخشي پيكوثانيه اي براي كاوش رفتار ديناميكي مولكولهاي زنده در حالت برانگيخته

هـ) ويژه بايد از روشي موسوم به ميكروفلوئورمتر جريان ياد كرد. در اينجا سلولهاي پستانداران در حالت معلق مجبور مي شوند كه از يك اتاقك مخصوص جريان عبور كنند كه در آنجا رديف مي شوند و سپس يكي يكي از باريكه كانوني شده ليزر يوني آرگون عبور مي‌كنند. با قرار دادن يك آشكارساز نوري در جاي مناسب مي توان اين كميت ها را اندازه‌گيري كرد :

الف) نورماده اي رنگي كه به يك جزء خاص تشكيل دهنده سلول يعني DNA متصل ( كه اطلاعاتي راجع بع مقدار آن جزء تشكيل دهنده سلول را به دست مي دهد) امتياز ميكروفلوئورمتري جريان در اين است كه اندازه گيري ها را براي تعداد زيادي از سلولها در مدت زمان محدود ميسر مي سازد. به اين وسيله مي توانيم دقت خوبي براي اندازه گيري آماري داشته باشيم.

در زيست شناسي از ليزر براي ايجاد تغيير برگشت ناپذير در ملكولهاي زنده و يا اجزاي تشكيل دهنده سلول هم استفاده مي شود. به ويژه تكنيك هاي معروف به ريز – باريكه را ذكر مي كنيم. در اينجا نور ليزر ( مثلا يك ليزر Ar+ تپي ) به وسيله يك عدسي شيئي ميكروسكوپ مناسب در ناحيه اي از سلول با قطري در حدود طول موج ليزر (µm) كانوني مي شود منظور اصلي از اين تكنيك مطالعه رفتار سلول پس از آسيبي است كه با ليزر در ناحيه خاصي از آن ايجاد شده است.

در زمينه پزشكي بيشترين كاربرد ليزرها در جراحي است ( جراحي ليزري) اما در بعضي موارد ليزر براي تشخيص نيز به كار مي رود. ( استفاده باليني از ميكروفلوئورمتر جريان – سرعت سنجي دوپلري براي اندازه گيري سرعت خون – فلوئورسان ليزري – آندوسكوپي ناي براي آشكارسازي تومورهاي ريوي در مراحل اوليه در جراحي از باريكه كانوني شده ليزر
 ( اغلب ليزر CO2) به جاي چاقوي جراحي معمولي ( يا برقي ) استفاده مي شود. باريكه فروسرخ ليزر CO2 به شدت به وسيله ملكولهاي آب موجود در بافت جذب مي شود و موجب تبخير سريع اين ملكولها و در نتيجه برش بافت مي شود. برتريهاي اصلي چاقوي ليزري را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

الف) دقت بسيار زياد به ويژه هنگامي كه باريكه با يك ميكروسكوپ مناسب هدايت شود
( جراحي ليزر)

ب) امكان عمل در نواحي غير قابل دسترس.. بنابراين عملا هر ناحيه از بدن را كه با يك دستگاه نوري مناسب ( مثلا عدسي ها و آينه ها) قابل مشاهده باشد مي توان به وسيله ليزر جراحي كرد.

ج) كاهش فوق العاده خونروي در اثر برش رگهاي خوني به وسيله باريكه ليزر ( قطر رگي حدود mm0/5 )

د) آسيب رساني خيلي كم به بافتهاي مجاور ( حدود چند ميكرومتر) اما در مقابل اين برتريها بايد اشكالات زير را هم در نظر داشت :

الف) هزينه زياد و پيچيدگي دستگاه جراحي ليزري

ب) سرعت كمتر چاقوي ليزري

ج) مشكلات قابليت اعتماد و ايمني مربوط به چاقوي ليزري

با اين اشاره اجمالي به جراحي ليزري اكنون مي خواهيم به شرح مفصلتري از تعدادي از اين كاربردها بپردازيم . در چشم بيماران مبتلا به مرض قند استفاده شده است در اين مورد باريكه ليزر به وسيله عدسي چشم بر روي شبكيه كانوني مي شود. پرتو سبز ليزر به شدت به وسيله گلبول هاي سرخ جذب مي شود و اثر حرارتي حاصل باعث اتصال دوباره شبكيه يا انعقاد رگهاي آن مي شود. اكنون ليزر استفاده روزافزوني در گوش و حلق و بيني پيدا كرده است. استفاده از ليزر در اين شاخه از جراحي جذابيت خاصي دارد. زيرا با اعضايي مانند ناي – حلق و گوش مياني سروكار دارد كه به علت عدم دسترسي به آن ها جراحي معمولي مشكل است. اغلب در اين مورد ليزر همراه با يك ميكروسكوپ استفاده مي شود. همچنين ليزر براي جراحي داخل دهان نيز مفيد است ( براي برداشتن غده هاي مخاطي ). امتيازات اصلي در اينجا جلوگيري از خونريزي و فقدان لختگي خون و درد پس از عمل جراحي و بهبود سريع بيمار است. ليزر همچنين اهميت خود را در بهبود خونريزيهاي سنگين در جهاز هاضمه ثابت كرده است. در اين حالت باريكه ليزر ( معمولا ليزر نئودميوم يا آرگون يوني ) به وسيله يك تار نوري مخصوص كه در داخل يك آندوسكوپي داخلي قرار گرفته است پرتو ليزر را به ناحيه مورد معالجه هدايت مي كند. ليزر همچنين در بيماري زنان مفيد است درحالي كه اغلب به همراه يك ميكروسكوپ استفاده مي شود. كاهش قابل ملاحظه درد و لخته شدن خون ارزش مجدد چاقوي ليزري را بيان مي كند. در پوست درماني اغلب از ليزر براي برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفاده مي شود. بالاخزه استفاده از ليزرها در جراحي عمومي و جراحي غده اميدواركننده است.

ارتباط نوري

استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيت مهم اشتياق زيادي برانگيخت :

الف) اولين علت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموج بخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده از يك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.

ب) علت دوم طول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواج ميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبت به واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتن يك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند :

الف) ارتباطات فضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جوي مطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :

(Nd:YAG  با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 با آهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاتري است و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.

ب) ارتباطات بين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اين منظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.

اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقال از طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه از سالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورد استفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپي است. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسي بل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيز در اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتر رسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري در ارتباطات راه دور نويد مي دهد
سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفت كننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم به تار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نور سيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرها تا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعال تركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x مي توان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شود كه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هسته مركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيت در ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشتر تارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چه ممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفاده كرد.

اندازه گيري و بازرسي

خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيد زيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترل ابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيز مد نظر قرار مي دهيم
يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيز در مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمندي ليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور و تلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم – نئون با توان كم استفاده مي شود و هم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام مي شود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معين مي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجه نيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm  به دست آمده است.

از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روش استفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد.

براي مسافتهاي كوتاه تا 50 متر روشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم – نئون پايدار شده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1 كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافت هاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و از جسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.

در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسون استفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيري و يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود در حالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده است بازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند به طوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري مي شود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنال تداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراين يك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دست دهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كرد كه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اين روش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.

براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنه استفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله از روي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك در ميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصل طولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيل شده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظامي دارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصله بين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي‌متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكر است.

درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازه گيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعات مي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نور فرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهده سيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعت مايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزر براي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.
يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اي است. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شامل ليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمول استفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربه ساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهت انتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابر مضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زماني كه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدار خيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخش تشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجه فركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلاف اين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دو باريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازه گيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترين ژيروسكوپ هاي معمولي است.

كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعي عبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبط شده است كه مي‌توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسك ويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات به وسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصله هاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندن استفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يك شيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخل ويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكس نبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را به صورت رقمي ضبط كرد.

كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوري در كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبه طول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعي تغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافي حاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها را نمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك و فوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگاري نيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجود آمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.

آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزري است. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحه حساس به نور كانوني مي‌شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظر دامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانند سيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يك ايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را به وسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاه دور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي را كه بايد خوانده شود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه را كنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشت اكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحات روزنامه به كار برده مي شود.

كاربردهاي نظامي

كاربردهاي نظامي ليزر هميشه عمده ترين كاربردهاي آن بوده است . فعلا مهمتريم كاربردهاي نظامي ليزر عبارت اند از: الف) فاصله يا بهاي ليزري ب) علامت گذارهاي ليزري ج) سلاح هاي هدايت انرژي

فاصله ياب ليزري مبتني بر همان اصولي است كه در رادارهاي معمولي از آن ها استفاده مي شود. يك تپ كوتاه ليزري ( معمولا با زمان 10 تا 20 نانوثانيه) به سمت هدف نشانه گيري مي شود و تپ پراكنده برگشتي بوسيله يك دريافت كننده مناسب نوري كه شامل آشكارساز نوري است ثبت مي شود. فاصله مورد نظر با اندازه گيري زمان پرواز اين تپ ليزري به دست مي ايد. مزاياي اصلي فاصله ياب ليزري را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

الف) وزن – قيمت و پيچيدگي آن به مراتب كمتر از رادارهاي معمولي است.

ب) توانايي اندازه گيري فاصله حتي براي هنگامي كه هدف در حال پرواز در ارتفاع بسيار كمي از سطح زمين و يا دريا باشد.

اشكال عمده اين نوع رادار در اين است كه باريكه ليزر در شرايط نامناسب رويت به شدت در جو تضعيف مي شود. فعلا چند نوع از فاصله يابهاي ليزري با بردهاي تا حدود 15 كيلومتر مورد استفاده اند :

الف) فاصله ياب هاي دستي براي استفاده سرباز پياده ( يكي از آخرين مدل هاي آن در آمريكا ساخته شده كه در جيب جا مي گيرد و وزن آن با باتري حدود 500 گرم است.
ب) سيستم هاي فاصله ياب براي استفاده در تانكها

ج) سيستم هاي فاصله ياب مناسب براي دفاع ضد هوايي

اولين ليزرهاي كه در فاصله يابي از آن ها استفاده شد ليزرهاي ياقوتي با سوئيچ Q بودند. امروزه فاصله يابهاي ليزري اغلب بر اساس ليزرهاي نئودميم با سوئيچ Q طراحي شده اند. گرچه ليزرهاي CO2 نوع TEA در بعضي موارد ( مثل فاصله ياب تانك ها ) جايگزين جالبي براي ليزرهاي نئودميم است.

دومين كاربرد نظامي ليزر در علامت گذاري است. اساس كار علامت گذاري ليزري خيلي ساده است : ليزري كه در يك مكان سوق الجيشي قرار گرفته است هدف را روشن مي سازد به خاطر روشنايي شديد نور هنگامي كه هدف به وسيله يك صافي نوري با نوار باريك مشاهده شود به صورت يك نقطه روشن به نظر خواهد رسيد. سلاح كه ممكن است بمب – موشك – و يا اسلحه منفجر شونده ديگري باشد بوسيله يك سيستم احساسگر مناسب مجهز شده است. در ساده ترين شكل اين احساسگر مي تواند يك عدسي باشد كه تصوير هدف را به يك آشكارساز نوري ربع دايره اي كه سيستم فرمان حركت سلاح را كنترل مي كند انتقال مي دهد و بنابراين مي تواند آن را به سمت هدف هدايت كند. به اين ترتيب هدف گيري با دقت بسيار زياد امكان پذير است. ( دقت هدف گيري حدود 1 متر از يك فاصله 10 كيلومتري ممكن به نظر مي رسد.) معمولا ليزر از نوع Nd: YAG است. در حالي كه ليزرهاي CO2 به خاطر پيچيدگي آشكارسازهاي نوري ( كه مستلزم استفاده در دماهاي سرمازايي است) نامناسب اند. علامت گذاري ممكن است از هواپيما – هليكوپتر و يا از زمين انجام شود. ( مثلا با استفاده از يك علامت گذار دستي ).

اكنون كوشش قابل ملاحظه اي هم در آمريكا و هم در روسيه براي ساخت ليزرهايي كه به عنوان سلاحههاي هدايت انرژي به كار مي روند اختصاص يافته است. در مورد سيستم هاي قوي ليزري مورد نظر با توان احتمالا در حدود مگا وات ( حداقل براي چند ده ثانيه ) يك سيستم نوري باريكه ليزر را به هدف ( هواپيما – ماهواره يا موشك ) هدايت مي كند تا خسارت غير قابل جبراني به وسايل احساسگر آن وارد كند و يا اينكه چنان آسيبي به سطح آن وارد كند كه نهايتا در اثر تنش هاي پروازي دچار صدمه شود سيستم هاي ليزر مستقر در زمين به خاطر اثر معروف به شوفايي گرمايي كه در جو اتفاق مي افتد فعلا چندان عملي به نظر نمي رسند. جو زمين توسط باريكه ليزر گرم مي شود و اين باعث مي شود كه جو مانند يك عدسي منفي باريكه را واگرا سازد با قرار دادن ليزر در هواپيماي در حال پرواز در ارتفاع بالا و يا در يك سفينه فضايي مي توان از اين مساله اجتناب ورزيد. اطالعات موجود در اين زمينه ها به علت سري بودن آن ها اغلب ناقص و پراكنده اند. اما به نظر مي رسد كه اين سيستم ها كلا شامل باريكه هايي پيوسته با توان 5 تا 10 مگا وات (براي چند ثانيه ) با يك وسيله هدايت اپتيكي به قطر 5 تا 10 متر باشند مناسب ترين ليزرها براي اينگونه كاربرد ها احتمالا ليزرهاي شيميايي اند ( DF يا HF) . ليزرهاي شيميايي به ويژه براي سيستم هاي مستقر در فضا جالب اند زيرا توسط آن ها مي توان انرژي لازم را به صورت انرژي ذخيره فشرده به شكل انرژي شيميايي تركيب هاي مناسب تامين كرد.

تمام نگاري

تمام نگاري يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداري سه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپ الكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اين تكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.

اساس تمام نگاري به اين صورت است كه باريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيده و عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد مي كند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اين ترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. به علت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شود حالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهاي تداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظر نمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقع حامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.

حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه در معرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنون با فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجاد مي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كه انگار هنوز هم جسم در آنجاست.

يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازي شده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرف ديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي را براورد:

الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي در روي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم – صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگام تاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محل نسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند.

 ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخلي را ضبط كند.تمام نگاري به عنوان يك تكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترين موفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساس تمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيله اي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شده است