هر آنچه باید در مورد «لیزر» بدانید!

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، آیا تاکنون فیلم‌هایی را که در آن نیروهای بیگانه از اسلحه لیزری در نبردها استفاده می‌کنند دیده‌اید؟ لیزر یک فناوری بسیار معروف است. این فناوری اگرچه زمانی ابزاری پیشرفته در نظر گرفته می‌شد، اما امروزه علم مدرن باعث شده  به فناوری بسیار رایج و متداول در زندگی روزمره بدل شود.

لیزر چیست؟

لیزر وسیله ای است که نور ساطع می‌کند اما با لامپ یا ال ای دی متفاوت است. پس تفاوت آنها در چیست؟ تفاوت اصلی این است که لیزرها نور منسجم ساطع می‌کنند.

حالا این نور منسجم چیست؟ در نور منسجم، همه امواج در یک فاز قرار دارند یعنی تاج (برآمدگی‌های رو به بالا) و فرورفتگی‌ها (برآمدگی‌های رو به پایین) آنها در کنار هم قرار گرفته اند. لیزرها نور تک رنگ یا یک طول موج نور از خود ساطع می‌کنند. چند رنگ نیستند و فقط یک رنگ دارند.

این انسجام چه فایده ای دارد؟ این انسجام و پیوستگی نور به لیزر اجازه می‌دهد تا بر روی نقاط بسیار دقیق تمرکز کند. سایر منابع نور مانند لامپ‌ها نور منسجم نمی دهند و در نتیجه، نور آنها در تمام جهات در محیط مانند اتاق پخش می‌شود. انسجام لیزر به آن امکان تمرکز بسیار دقیق را می‌دهد که در بسیاری از کاربردها بسیار مفید است.

لیزر چگونه کار می‌کند؟

کار لیزر در نام آن نهفته است. لیزر فقط یک نام نیست، بلکه مخفف یک عبارت است: «تقویت نور با گسیل القایی پرتو» است.

بیایید قدم به قدم نحوه کار آن را بشناسیم.

1. برق حاصل از باتری، اتم‌های مواد نیمه‌هادی درون لیزر را القا می‌کند. در نتیجه الکترون‌های این اتم‌ها به سطح انرژی بالاتری می‌روند.
2. الکترون‌های اتم‌های برانگیخته هنگام بازگشت به سطح طبیعی خود فوتون‌‌های نور ساطع می‌‌کنند.
3. فوتون‌های نور ساطع شده اجازه دارند در دو آینه موازی به عقب و جلو بازتاب کنند. این امر منجر به تابش پرتوهای نوری قوی و قوی تر می‌شود همانطور که توسط کلمه «تقویت» پیشنهاد شده است.

4. فوتون‌هایی که به دلیل زاویه نامناسب قادر به بازتاب به عقب و جلو نیستند، به عقب برگشته و دوباره به اتم‌ها برخورد می‌کنند. در نتیجه، دو فوتون منسجم گسیل می‌‌شوند که «گسیل القایی» نامیده می‌‌شوند.
5. یکی از این دو آینه، نور را به طور جزئی منعکس می‌کند یعنی اجازه می‌دهد مقداری از نور از آن عبور کند. هنگامی که پرتو به اندازه کافی قوی شد، از آینه بازتابی جزئی عبور می‌کند و به نقطه ای که لیزر اشاره دارد، برخورد می‌کند.

کاربردهای لیزر

لیزر فناوری بسیار مفیدی هستند و بسیاری از زمینه‌ها و رشته‌های گوناگون را متحول کرده است. برخی از کاربردهای لیزر در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرد.

ارتباطات

امروزه امکان اتصال اینترنتی بسیار سریع برای ما فراهم است. این به دلیل استفاده از کابل‌های فیبر نوری است که سیگنال‌های اطلاعاتی را به صورت نور لیزر از مکانی به مکان دیگر منتقل می‌کنند. قبل از استفاده از لیزر، اطلاعات به عنوان سیگنال‌های الکتریکی از طریق کابل‌های الکتریکی ارسال و دریافت می‌شد.

صنعت

امروزه به لطف فناوری لیزر، توانایی اندازه گیری دقیق در مقیاس نانومتر (میلیاردم متر) را داریم و مواد را با کمک لیزر بسیار دقیق برش می‌دهیم. از دیگر کاربردهای لیزر در صنایع می‌توان به جوشکاری، برشکاری و حکاکی اشاره کرد.

تجهیزات الکترونیکی

ما از پخش کننده‌های DVD برای تماشای فیلم‌ها، برنامه‌ها و آهنگ‌ها استفاده می‌کنیم. این پخش کننده‌های، داده‌ها را از یک دیسک با کمک لیزر دریافت می‌کنند. لیزر به جزئیات بسیار دقیق دیسکی که اطلاعات در آن ذخیره می‌شود اشاره می‌کند. پس از برخورد نور لیزر به دیسک، مقداری نور منعکس شده و روی یک حسگر می‌افتد که آن نیز داده‌ها را به یک سیگنال الکتریکی برای ارسال به تلویزیون تفسیر می‌کند.

از دیگر تجهیزات رایج الکترونیکی که از لیزر استفاده می‌کنند می‌توان به نشانگرهای لیزری مورد استفاده معلمان، نشانگرهای لیزری مورد استفاده در جشن‌ها و اسباب بازی‌ها اشاره کرد.

پزشکی

لیزرها نقش حیاتی در پزشکی امروز ایفا می‌کنند. جراحی لیزر چشم، التیام پوست، درمان سنگ کلیه، لوازم آرایشی و بسیاری موارد دیگر از کاربردهای اصلی لیزر در پزشکی است.

تسلیحات

امروزه بشر تسلیحات بسیار پیچیده ای را برای تخریب ساخته است؛ موشک‌هایی که با کمک GPS و هدایت لیزری قادرند دقیقا به محل هدف اصابت کنند.

اسلحه‌های لیزری نیز ابداع شده اند که می‌توانند از فاصله چند کیلومتری فرد را به طور موقت نابینا کنند. علاوه بر این، لیزری که می‌تواند اشیائی را به طور مستقیم در آسمان، اقیانوس یا زمین آسیب برساند و از بین ببرد، در حال آزمایش هستند.

تحقیقات

دانشمندان در سراسر جهان از لیزر برای مطالعه اتم‌ها، ستارگان و دیگر اجرام کیهانی استفاده می‌کنند. مهمترین نقشی که لیزرها ایفا می‌کنند در زمینه طیف سنجی است که در آن طیف اتم‌‌ها و مولکول‌‌ها برای یافتن اتم‌‌های ناشناخته مطالعه می‌شوند.

 از دیگر کاربردهای لیزر در زمینه علم می‌توان به عملیات حرارتی، آب و هوا، فتوشیمی، همجوشی هسته ای و میکروسکوپ و غیره اشاره کرد.

حقایقی راجع به لیزر

• از لیزر می‌توان برای هل دادن یک جسم استفاده کرد! اما، برای جابجایی یک سکه به حداقل 30 میلیارد نشانگر لیزری عادی نیاز است.
• در سال 2016 «استیون‌هاوکینگ» پروژه « Breakthrough Starshot proposal» را اعلام کرد که هدف از آن، هل دادن یک فضاپیمای کوچک به فضا با یک پنجم سرعت نور بود.
• دانشمندان به تازگی با استفاده از دو لیزر بزرگ امواج گرانشی را کشف کرده اند.