مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

كاربرد هاي ليزر

مقدمه

امروزه ليزر كاربردهاي بيشماري دارد كه همه زمينه هاي مختلف علميو فني فيزيك-شيمي-زيست شناسي - الكترونيك و پزشكي را شامل مي شود. همه اين كاربردهانتيجه مستقيم همان ويژگي هاي خاص نور ليزر است.

كاربرد ليزر در فيزيك و شيمي

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

رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش دادهبلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرهامي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و همدر ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيكچند 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 نماييخيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عملمنجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.

در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييراتشيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيصبايد 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 دربارهخصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهايچرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يكنمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسيجزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.

شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر در زيمنهفوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهاي ليزريبهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصول نهاييخيلي 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 مي تواند ابزار تشخيص و يا وسيله برگشت ناپذير مولكولهاي زنده يكسلول 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 ملكولهايزنده مانند هموگلوبين و يا رودوپسين ( عامل اصلي در سازوكار بينايي)

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

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

به ويژه بايد از روشي موسوم به ميكروفلوئورمتر جريان ياد كرد. دراينجا سلولهاي پستانداران در حالت معلق مجبور مي شوند كه از يك اتاقك مخصوص جريانعبور كنند كه در آنجا رديف مي شوند و سپس يكي يكي از باريكه كانوني شده ليزر يونيآرگون عبور مي كنند. با قرار دادن يك آشكارساز نوري در جاي مناسب مي توان اين كميتها را اندازه گيري 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 ازسلولها در مدت زمان محدود ميسر مي سازد. به اين وسيله مي توانيم دقت خوبي براياندازه گيري آماري داشته باشيم.

در زيست شناسي از ليزر براي ايجاد تغيير برگشت ناپذير در ملكولهايزنده و يا اجزاي تشكيل دهنده سلول هم استفاده مي شود. به ويژه تكنيك هاي معروف بهريز - 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 طولموج ليزر (05 µm) كانوني مي شود منظور اصلي از اين تكنيك مطالعه رفتار سلول پس ازآسيبي است كه با ليزر در ناحيه خاصي از آن ايجاد شده است.

در زمينه پزشكي بيشترين كاربرد ليزرها در جراحي است ( جراحيليزري) اما در بعضي موارد ليزر براي تشخيص نيز به كار مي رود. ( استفاده باليني ازميكروفلوئورمتر جريان - سرعت سنجي دوپلري براي اندازه گيري سرعت خون - فلوئورسانليزري - 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 تبخيرسريع اين ملكولها و در نتيجه برش بافت مي شود. برتريهاي اصلي چاقوي ليزري را ميتوان به صورت زير خلاصه كرد :

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

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

ج) كاهش فوق العاده خونروي در اثر برش رگهاي خوني به وسيله باريكهليزر ( قطر رگي حدود 0/5 mm )

د) آسيب رساني خيلي كم به بافتهاي مجاور ( حدود چند ميكرومتر) امادر 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 شرحمفصلتري از تعدادي از اين كاربردها بپردازيم . در چشم بيماران مبتلا به مرض قنداستفاده شده است در اين مورد باريكه ليزر به وسيله عدسي چشم بر روي شبكيه كانوني ميشود. پرتو سبز ليزر به شدت به وسيله گلبول هاي سرخ جذب مي شود و اثر حرارتي حاصلباعث اتصال دوباره شبكيه يا انعقاد رگهاي آن مي شود. اكنون ليزر استفاده روزافزونيدر گوش و حلق و بيني پيدا كرده است. استفاده از ليزر در اين شاخه از جراحي جذابيتخاصي دارد. زيرا با اعضايي مانند ناي - حلق و گوش مياني سروكار دارد كه به علت عدمدسترسي به آن ها جراحي معمولي مشكل است. اغلب در اين مورد ليزر همراه با يكميكروسكوپ استفاده مي شود. همچنين ليزر براي جراحي داخل دهان نيز مفيد است ( برايبرداشتن غده هاي مخاطي ). امتيازات اصلي در اينجا جلوگيري از خونريزي و فقدان لختگيخون و درد پس از عمل جراحي و بهبود سريع بيمار است. ليزر همچنين اهميت خود را دربهبود 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 يكآندوسكوپي 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 استفادهمي شود. كاهش قابل ملاحظه درد و لخته شدن خون ارزش مجدد چاقوي ليزري را بيان ميكند. در پوست درماني اغلب از ليزر براي برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفادهمي شود. بالاخزه استفاده از ليزرها در جراحي عمومي و جراحي غده اميدوار كنندهاست.

ارتباط نوري

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

الف) اولين علت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرامقدار اطلاعات قابل انتقال روي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانسموج حامل از ناحيه ميكروموج بخ ناحيه نور مرئي به اندازه 10⁴ برابرافزايش 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 واگراييامواج نوري به اندازه 10⁴ مرتبه نسبت به واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتراست. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتن يك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتبكوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحتشرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطاتفضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند :

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

Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 10⁹بيت 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 استكه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبهبزرگتر از طول موج Nd : YAG است.

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

اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقال ازطريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه ازسالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورداستفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپياست. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسيبل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيزدر اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتررسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري درارتباطات راه دور نويد مي دهد سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يكجفت كننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز همبه تار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نورسيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرهاتا حدود 10⁶ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزرگاليم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندياست كه در آنها لايه فعال تركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In_1-x Ga_x As_y P_1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x ميتوان 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 شودكه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هستهمركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيتدر ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشترتارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چهممكن 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 زياديبراي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترل ابزارماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيز مد نظرقرار مي دهيم

يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براياينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيز درمهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمندي ليزرسودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور و تلسكوپ راگرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود و هم محوركردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام مي شود. محلبرخورد 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 بهقضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دستآمده است.

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

براي مسافتهاي كوتاه تا 50 متر روشهاي تداخل سنجي به كار گرفته ميشوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدار شده فركانسي به عنوان منبع نوراستفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1 كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدولهسازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافت هاي طولاني تر مي توان زمان در راهبودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و از جسمي بازتابيده مي شود اندازه گيريكرد.

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

براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنه استفادهمي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله از روياختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك درميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصلطولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيلشده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO₂ انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلباهميت نظامي دارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي ماننداندازه گيري فاصله بين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهوارهها هم قابل ذكر است.

درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازه گيريسرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعات ميتوان 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 نورفرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهدهسيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعتمايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزربراي 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 شاملليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمولاستفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربهساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهتانتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابرمضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زمانيكه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدارخيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخشتشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجهفركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلافاين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دوباريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازهگيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترينژيروسكوپ هاي معمولي است.

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

كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوري دركامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبه طولموج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعيتغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافيحاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها رانمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك وفوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگارينيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجودآمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.

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

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 معمولياز 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 مناسبنوري كه شامل آشكارساز نوري است ثبت مي شود. فاصله مورد نظر با اندازه گيري زمانپرواز اين تپ ليزري به دست مي ايد. مزاياي اصلي فاصله ياب ليزري را مي توان به صورتزير خلاصه كرد :

الف) وزن - قيمت و پيچيدگي آن به مراتب كمتر از رادارهاي معمولياست.

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

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

الف) فاصله ياب هاي دستي براي استفاده سرباز پياده ( يكي از آخرينمدل هاي آن در آمريكا ساخته شده كه در جيب جا مي گيرد و وزن آن با باتري حدود 500گرم 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 ليزرهايياقوتي با سوئيچ Q بودند. امروزه فاصله يابهاي ليزري اغلب بر اساس ليزرهاي نئودميمبا 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 علامتگذاري ليزري خيلي ساده است : ليزري كه در يك مكان سوق الجيشي قرار گرفته است هدف راروشن مي سازد به خاطر روشنايي شديد نور هنگامي كه هدف به وسيله يك صافي نوري بانوار باريك مشاهده شود به صورت يك نقطه روشن به نظر خواهد رسيد. سلاح كه ممكن استبمب - موشك - و يا اسلحه منفجر شونده ديگري باشد بوسيله يك سيستم احساسگر مناسبمجهز شده است. در ساده ترين شكل اين احساسگر مي تواند يك عدسي باشد كه تصوير هدف رابه يك آشكارساز نوري ربع دايره اي كه سيستم فرمان حركت سلاح را كنترل مي كند انتقالمي دهد و بنابراين مي تواند آن را به سمت هدف هدايت كند. به اين ترتيب هدف گيري بادقت بسيار زياد امكان پذير است. ( دقت هدف گيري حدود 1 متر از يك فاصله 10 كيلومتريممكن 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 سرمازايياست) نامناسب اند. علامت گذاري ممكن است از هواپيما - هليكوپتر و يا از زمين انجامشود. ( مثلا با استفاده از يك علامت گذار دستي ). اكنون كوشش قابل ملاحظه اي هم درآمريكا و هم در روسيه براي ساخت ليزرهايي كه به عنوان سلاحههاي هدايت انرژي به كارمي روند اختصاص يافته است. در مورد سيستم هاي قوي ليزري مورد نظر با توان احتمالادر 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 وسايلاحساسگر آن وارد كند و يا اينكه چنان آسيبي به سطح آن وارد كند كه نهايتا در اثرتنش هاي پروازي دچار صدمه شود سيستم هاي ليزر مستقر در زمين به خاطر اثر معروف بهشوفايي گرمايي كه در جو اتفاق مي افتد فعلا چندان عملي به نظر نمي رسند. جو زمينتوسط باريكه ليزر گرم مي شود و اين باعث مي شود كه جو مانند يك عدسي منفي باريكه راواگرا سازد با قرار دادن ليزر در هواپيماي در حال پرواز در ارتفاع بالا و يا در يكسفينه فضايي مي توان از اين مساله اجتناب ورزيد. اطالعات موجود در اين زمينه ها بهعلت سري بودن آن ها اغلب ناقص و پراكنده اند. اما به نظر مي رسد كه اين سيستم هاكلا شامل باريكه هايي پيوسته با توان 5 تا 10 مگا وات (براي چند ثانيه ) با يكوسيله هدايت اپتيكي به قطر 5 تا 10 متر باشند مناسب ترين ليزرها براي اينگونهكاربرد ها احتمالا ليزرهاي شيميايي اند ( DF يا HF) . ليزرهاي شيميايي به ويژه برايسيستم هاي مستقر در فضا جالب اند زيرا توسط آن ها مي توان انرژي لازم را به صورتانرژي ذخيره فشرده به شكل انرژي شيميايي تركيب هاي مناسب تامين كرد.

تمام نگاري

تمام نگاري ( هولوگرافيhttp://www.holographer.org/ ) يك تكنيكانقلابي است كه عكسبرداري سه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن ميكند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كردهتوان تفكيك ميكروسكوپ الكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اماقابليت واقعي اين تكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.

اساس تمام نگاري به اين صورت است كه باريكه ليزر بوسيله آينه كهقسمتي 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 باريكهعبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اين ترتيب قسمتي از نوري كهاز جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. به علت همدوس بودن باريكهها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيلمي شود حالا اگر اين فيلم ظاهرشود 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 پيچيدهاست و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظر نمي رسد كه حامل تصويرمشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقع حامل ضبط كاملي از جسماوليه است.

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

يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازي شدهرفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرفديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي رابراورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي درروي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگامتاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محلنسبي 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 تداخليرا ضبط كند.

تمام نگاري به عنوان يك تكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعديبيشترين موفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . امابر اساس تمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوانوسيله اي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شدهاست.