ساینس و کیمیا

خواص نور لیزر

ارسال شده توسط فاطمه علی رستمی در تاریخ 03 آوریل 2017

از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص و مشخصه­ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می­کند.

 پهنای باریکه (Beam width)

از آنجا که نشر القایی فوتون­های را با راستای انتشار دقیقاً یکسان تولید می­کند، استفاده از آیینه انتهای به صورت انتخابی با باریکه محوری که تنها قطری در حدود 1mm دارد باعث خروج نور لیزری کاملاً موازی از باریکه نازک می­گردد.

 شدت (Intensity)

شدت زیاد خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدت­های شناخته شده روی زمین را ایجاد می­کنند. از آنجا که لیزر باریکه­ای موازی از نور را نه در تمام جهت­ها بلکه در راستای مشخص نشر می­دهد، مناسب­ترین معیار شدت، تابیدگی است بنابراین رابطه بین توان تابش شده و تابیدگی:

که در آن P توان و A مساحت است می­توان در مورد شدت­های زیاد بحث کرد. از آنجایی­که خروجی منابع نور معمولی اکثراً پرتوهای واگرا است با دور شدن از چشمه به علت افزایش مساحت با ثابت ماندن توان میزان شدت آن کاهش می­یابد اما در لیزر به علت موازی بودن پرتوها هرچه فاصله از منبع بیشتر شود با ثابت ماندن توان مساحت سطح مقطع باریکه خروجی نیز تقریباً ثابت است و در نتیجه شدت در فاصله دور از منبع همان مقداری را دارد که پرتو خروجی از منبع دارد. اما اینکه چرا شدت خروجی از لیزر تا به این اندازه زیاد است به توان لیزر بر می­گردد. داخل لیزر سیستمی وجود دارد که نور ورودی به هنگام خروج تقویت می­شود. همچنین با استفاده از ابزارهای اپتیک مناسب در لیزر می­توان به شدت­های دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می­رود.

 هم­فاز بودن (همدوسی، Coherence)

همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر نورها متمایز می­کند و باز هم این خاصیت نتیجه فرآیند نشر القایی است. نور حاصل از منابع معمولی که توسط نشر خودبه­خودی کار می­کنند به غیر همدوسی (آشفته) موسوم است در این موارد هیچ همبستگی بین فاز فوتون­های گوناگون وجود ندارد و اثر تداخل­ها اساساً تصادفی بین آنها افت وخیز محسوسی در شدت پدید می­آید. در مقابل در لیزر، فوتون­های که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می­شوند با سایر فوتون­های موجود در حفره هم­فاز اند.

مقیاس زمانی­که طی آن همبستگی فاز برقرار می­ماند به عنوان زمان همدوسی شناخته می­شود. بنابراین دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله­ای کمتر از طول همدوسی، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی برای انواع مختلف لیزر متفاوت است. تکفامی (Mono chromatic)

آخرین مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای کیمیاوی دارد. این خاصیت ازین حقیقت منشأ می­گیرد که تمام فوتون­ها در اثر گذار بین دو سویه انرژی اتمی یا مولکولی مشابه نشر می­شوند و بنابراین تقریباً فریکونسی­های دقیقاً یکسانی دارند.

تعداد کمی از فریکونسی­ها با فواصل اندک از یکدیگر ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند بطوری­که برای رسیدن به تکفامی بهینه باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فریکونسی لیزر تعبیه کرد. معمولاً برای این کار از یک سنجه استفاده می­شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می­گیرد و به گونه­ای تنظیم می­شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آیینه انتهایی به­طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند.

تاریخچه لیزر

ارسال شده توسط فاطمه علی رستمی در تاریخ 05 دسامبر 2016

لیزر در دوران تمدن یونان-روم: در دوران تمدن یونان-روم (تقریباً از قرن ششم قبل از میلاد تا قرن دوم میلادی) لیزر به خوبی شناخته شده و مشهور بود. گیاهی خودرو بود که در ناحیه وسیعی در اطراف لیبیا یا سیدن قدیمی می­رویید. گاهی هم لیزر پیتیوم نامیده می­شد و به علت خواص اعجاز گرش آن را هدیه­ای از جانب خداوند می­دانستند. این گیاه برای درمان بسیاری از بیماری­ها از ذات الریه گرفته تا بسیاری از بیماری­های واگیردار به کار می­رفت. پاد زهر بسیار مؤثری بود و از طمع لذیذش به عنوان چاشنی نیز استفاده می­گردید. این گیاه بسیار با ارزش بود که همراه با شمش­های طلا در خزانه­ها نگهداری می­شد. شاید بهترین گواه ارزش لیزر در آن روزگار نقشی بر جام مشهور آرکسیلائو (که اکنون در موزه لیبیا است) باشد که باربران را در حال بارکردن لیزر در کشتی نشان می­دهد. یونانی­ها و رومی­ها بسیار کوشیدند که بتوانند لیزر در نقاط مختلف به کشت بنشانند اما لیزر بیشتر و بیشتر کمیاب شد و در حوالی قرن دوم میلادی کاملاً ازبین رفت و به این ترتیب لیزر به صورت گنجینه گم­شده یونان-روم درآمد.

در اوسط قرن بیستم با تلاش دانشمندان (الکساندر پروخورف و نیکلای بازوف از اتحاد جماهیر شوروی و چارلز از آمریکا) وسیله­ای با عنوان MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radition) تولید گردید. MASER چنان­که از اسم آن پیداست یک تقویت­کننده در ناحیه میکرو موجی است. میزر در سال 1959 ابداع شده و فریکونسی آن در حدود  هرتز بود.

اندک زمان پس از ساخت میزر این ایده جدید به وجود آمد که این روش از ناحیه میکرو موج به ناحیه اپتیکی از فریکونسی  هرتز تا  هرتز گسترش داده شود. محققین فوق در این رابطه تلاش زیادی نمودند و سرانجام در سال 1960 اولین لیزر جامد توسط مایمن ساخته شد و به طور موفقیت­آمیز نور لیزر را تولید کرد.

این لیزر تولید شده از بزرگ­ترین اکتشافات قرن بیستم محسوب می­گردد.

لیزر LASER (Light amplification by stimulated Emission of Radition) بر اساس تقویت امواج الکترومغناطیسی در یک شبکه اتومی یا مالیکولی مواد ایجاد می­شود.

معرفی لیزر

ارسال شده توسط فاطمه علی رستمی در تاریخ 05 دسامبر 2016

لیزر نوع کاملاً جدیدی از نور است درخشان­تر و شدیدتر از هرچه که در طبیعت یافت می­شود و این نور تقویت شده و قوی به طور طبیعی وجود ندارد ولی با فناوری و وسایل خاصی که شامل انواع دستگاه لیزری می­شود، می­توان این نور لیزر را تولید کرد. خواص نور لیزر و کاربردهای آن از نخستین روزهای ساخت لیزریی برده شد که نور لیزر خواص و مشخصه­ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می­کند. این نور تولید شده از دستگاه لیزر همگی هم فاز اند و طول موج­های یکسانی دارند.

در لیزر اتم­ها یا مولکول­ها طوری تحریک (Excite) می­شوند که بیشتر آن­ها در تراز انرژی بالاتر قرار دارند و تعداد کمتری در تراز انرژی پایین­تر قرار می­گیرند که به این وضعیت جمعیت معکوس (Inverted population) می­گویند. پروسه افزایش انرژی برای ایجاد جمعیت معکوس، پمپاژ یا دمش (Pamping System) نامیده می­شود به محض اینکه اتم­ها یا مولکول­ها در این حالت تحریک­شده قرار گیرند به راحتی تابش می­کنند.

معمولاً لیزر را طوری می­سازند که نور نشر شده بین دو انتهای یک کاواک به صورت بازتابی رفت­وبرگشت کند تا بلاخره باریکه نور بسیار تقویت شده و با شدت زیاد از یک انتهای کاواک به صورت جزئی بازتاب کننده است، خارج شود.

 

ساینس و کیمیا

ارسال شده توسط فاطمه علی رستمی در تاریخ 05 دسامبر 2016

ساینس:در لغت به معنی دانش و در اصطلاح طریقه بدست آوردن دانش است.

کیمیا:  کیمیا از کلمه عربی شامان بمعنی اسرار آمیز و یا از کلمه لاتینی Exir  بمعنی موثر و یا از کلمه دری بمعنی کمیاب یا نادر گرفته شده است. موضوع اساسی مطالعه کیمیا ماده و خصوصیات آن میباشد.

خواص فزیکی ماده : خواص فزیکی ماده عبارت از مطالعه خواص ظاهری ماده مانند کثافت ، رنگ ، بوی ، مزه ، حالات سه گانه ، جلا ، سختی ، نرمی ، نقطه ذوبان و نقطه غلیان ماده میباشد.

کثافت : مقدار ماده را در یک سانتی مترمکعب حجم کثافت گویند.

جامد: آنچه که دارای شکل معین ، حجم معین و وزن معین باشد جامد است.

مایع : آنچه که دارای حجم معین ووزن معین باشد مایع است.

گاز : آنچه که  صرف دارای وزن معین باشد گاز است.

نقطه ذوبان : عبارت از مقدار درجه حرارت است که در آن یک ماده جامد به مایع تبدیل شود نقطه ذوبان و انجماد هر ماده نظربه نوعیت آن فرق میکند.

نقطه غلیان : عبارت از مقدار درجه حرارتی میباشد که در آن یک ماده به جوش می آید نقطه غلیان هر ماده نظر به ماده دیگر فرق میکند.

تغیرات فزیکی ماده : در تغیرات فزیکی ماده ترکیب ماده از بین نرفته ولی از یک شکل به شکل دیگری تبدیل میگردد.

تغیرات کیمیاوی ماده : درتغیرات کیمیاوی ماده شکل ، اصلیت و ترکیب ماده از بین میرود ماننده کاغذ که توسط شعله آتش به خاکستر تبدیل میشود و در این حادثه کیمیاوی شکل ، اصلیت و ترکیب ماده از بین میرود.

خواص کیمیاوی ماده : اگر یک پارچه آهن در هوای آزاد و مرطوب گذاشته شود زنگ گرفته و آهن خراب میگردد در این حالت آکسیجن هوا با آهن یکجا تعامل کرده اکساید آهن را که ما آن را زنگ میگویم میسازد . خاصیت و ترکیب اولی آهن در این اکساید ( رنگ ) از بین میرود . همچنین اگر چوب را بسوزانیم خاکستر میشود خواص ترکیب چوب در خاکستر از بین میرود.

انواع ماده : ما میتوانیم مواد مختلف محیط ماحول خویش را به گروپ های عنصر ، مرکب و مخلوط تقسیم نمایم.

عنصر : موادیکه توسط طریقه های ساده کیمیاوی و فیزیکی ( جریان برق ، چکش خوردن ، حرارت دادن و غیره ) به ماده ساده تر دیگر تبدیل نگردد بنام عناصر یا میشوند یا به عباره دیگر عناصر به موادی گفته میشود که از یک نوع ذرات یا اتوم ها ساخته شده باشند و به طرق ساده کیمیاوی به اجزای ساه تر تجزیه نمیگردند.

تا اکنون به تعداد به تعداد ۱۱۵ عنصر کشف گردیده که از آن جمله ۹۲ عنصر از عنصر هایدروجن الی یورانیم در طبیعت موجود بوده و بتعداد ۲۳ عنصر دیگر به صورت مصنوعی در لابراتوار ها ساخته شده اند که امکان دارد تعداد عناصر دیگر نیز کشف گردد.

اتــــم : ذره نهایت کوچک یک عنصر که خاصیت همان عنصر را دارا باشند بنام اتم یاد میگردد اتم ها هر عنصر دارای خواص مشابه کیمیاوی و فزیکی میباشند و اتم های عناصر مختلف خواص کیمیاوی و فزیکی مختلف دارند.

 

ساختمان اتم : در مورد اتم از زمانه های گذشته علمای کیمیا عقیده داشتند که اتم قابل تجزیه به ذرات کوچک نمی باشد اما تحقیقات و تجارب علمی جدید نشان میدهد که اتم قابل تجزیه و تخریب میباشد و تحقیقاتی که تا اکنون در مورد اتم صورت گرفته به پایه اکمال نرسیده و حاصل نمودن معلومات مکمل در مورد اتم خارج از قدرت بشری میباشد.

اتم دارای دو قسمت عمده میباشد یکی آنرا به نام هسته اتم می نامند که در مرکز اتم واقع و در آن ( پروتون ها ) و نیوترون ها موجود می باشد و دیگری به نام مدار ها یا سویه انرژی اتم می نامند که در آن الکتورنها واقع میباشند.

هسته اتم : هسته اتم که در مرکز ان موقیعت دارد پروتون ها و نیوترون ها ساخته شده است قسمت سنگین اتم را هسته تشکیل میدهد.

پروتون : ذره کوچک اتمی است که دارای چارچ برقی مثبت و در هسته اتم موقیعت دارد.

نیوترون : ذره کوچک اتمی است که دارای چارچ خنثی بوده کتله آن مساوی به کتله پروتون است پس هر اتم در مرکز خود دارای یک هسته بوده که دارای چارچ مثبت میباشد.

مخلوط : یکجا نمودن دو و یا چند ماده را با یکدیگر که خواص خویش را حفظ کنند مخلوط نامیده میشود .

مرکب : یا مرکبات عبارت از مواد میباشد که از دو یا زیاد اتم های مختلف النوع ساخته شده باشند و در مواد مذکور اتم ها عناصر ترکیب کننده آن خواص اولی خویش را از دست میدهند : بطور مثال:- آب یک مرکب است که از تعامل عناصر هایدروجن و اکسیجن بوجود میاید و در آب خواص هایدروجن و اکسیجن دیده نمیشود اکسیجن گازی است که در عملیه تنفس از آن استفاده میشود .  هایدروجن گاز قابل احتراق بوده و از تعامل عناصر مذکور آب بدست میاید که در آن خواص گازات مذکور موجود نمیباشد.