لیزر به وسیله ای گفته می شود که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می کنند.
این دستگاه از ماده ای جمع کننده یا فعال کننده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد.
این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرژی بیرونی ((از نوع الکتریسته یا نور)) به وجود آمده، تقویت می کند.
مبانی نظری لیزر را آلبرت اینشتین در سال 1916 میلادی طی مقاله ای مطرح کرد، ولی سالهای نسبتا زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند.
اولین قدم های ساخت لیزر
در سال 1953 چارلز تاونز میزر ((تقویت کننده موج میکروویو)) را اختراع کرد و می خواست آزمایش های خود را حول جایگزنی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم زمان این امر بین آزمایشگاه های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد و عبارت لیزر در همان زمان در مقاله ای از گوردون هولد، دانشجوی دکترای دانشجوی کلمبیا، پیشنهاد شد.
در سال 1960 نخستین لیزر (که با موفقیت کار کرد) توسط تئودور میمن ساخته شد.
نخستین لیزر گازی (با استفاده از هلیوم و نئون) هم توسط علی جوان فیزیکدان ایرانی در همان سال 1960 ساخته شد.
نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) توسط آلبرت اینشتین داده شد، کار لیزر به این گونه است که با تابش یک فوترون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) بر انگیخته یک فوترون دیگر نیز آزاد می شود که این دو فوترون باهمدیگر هم فرکانس می باشند. در صورت ادامه این روند تعداد نوترونها افزایش می یابند که می توانند باریکه ای از فوتون ها را به وجود بیاورند.
کاربردهای لیزر:
- در پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و….
- در صنعت: جوشکاری لیزری، برش های لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری و…..
- کاربردهای نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری، بمب های لیزری و…..
- کاربرد های آزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه گیری، سنتز مواد و….
این نور شگفت انگیز از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می سازد.
از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد، به جرأت میتوان گفت پیشرفت دانش و علم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست، شاید مهمترین بخش فیزیک اتمی بحث مربوط به فیزیک لیزر باشد.
می دانید که با دادن انرژی به الکترون های یک اتم می توان آنها را به مدارهای بالاتری برد. (حتما با این تصویر کلاسیک که الکترون ها مدارهایی با انرژی مشخصی به دور هسته وجود دارند، آشنا هستیم) اما این خانه جدید برای الکترون ها خیلی وضعیت پایداری ندارد و الکترون ها ترجیح می دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خودشان برگردند.
این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می شود، یعنی یک واحد انرژی….. میدانیم که نور از همین فوتون ها ساخته می شود.
اگر با تعداد زیادی از اتم ها به طور هم زمان این کار را انجام دهیم، میتوانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم.
تاریخچه لیزر:
میمن برای نخستین بار لیزر یاقوت را در سال 1959 ساخت، پس از 2 سال، آقای علی جوان، دانشمند ایرانی برای نخستین بار لیزر گازی هلیوم نئون را ساخت.
از حدود سال 1966 لیزر نیم رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانس های فوق العاده زیاد شناخت حاصل شده است، پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت وارون برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل به وسیله وبر، جوردون، زیگر، باسو، تاونز و پرو خورو داده شد.
نخستین استفاده عملی از چنین تقویت کننده هایی توسط گروه جوردون، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد.
نخستین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکول های آمونیاک ساخته شد.
در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانس های نوری در مقاله ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد، در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر میلمن موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه هادی مطرح گردید.
سیر تحول و رشد:
با پیشرفت روز افزون مکانیک کوانتومی و جنبه های ذره ای نور و تولید آینه هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر (توان بالا) و همدوسی بالاتر ساختند.
اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر پرتو فروسرخ و نوری بر میگردد.
نشر مقالات عنوان شده سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سراسر جهان گردید، در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تایید نمودند.
اما اینکه چگونه پالس ها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را به وجود آورد، در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند.
لیزر، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیون ها بار روشن تر از نور خورشید بود، متاسفانه پرتو لیزر می تواند خیلی تحت تاثیر شرایط جوی مثل بارندگی، مه، ابرهای کم ارتفاع، چیزهای موجود در آزمایش های مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.
دانشمندان نیز طرح های نویی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند، قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنال های تلفن را ارسال کند.
اختراع مهم دیگر موج بر فیبر نوری بود که شرکت های مخابراتی برای ارسال صدا، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می کنند.
امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتون ها استوار می باشد، تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگ های گوناگون نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می کند.
ورود به صنعت پزشکی
بعد از این که لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد، کاربرد لیزر در زمینه های پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند.
امروزه لیزر می تواند وارد بدن گردد و عمل های جراحی را انجام دهد.
همچنین در صنایع و در کارهای ساختمانی، در وسایل و سلاح های نظامی و….. کار بردهای فراوان آن را می توان مشاهده کرد.