لیزرها که مخفف Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation هستند، دستگاه هایی هستند که نور بسیار متمرکز، منسجم و تک رنگ ساطع می کنند. بر خلاف منابع نور معمولی، لیزرها نوری تولید می کنند که بسیار دقیق است و با دقت بالایی قابل کنترل است. این درس به بررسی اصول لیزر، انواع و کاربردهای آنها، به ویژه در زمینه اپتیک می پردازد.
در قلب عملیات لیزر، فرآیند انتشار تحریک شده است. این فرآیند شامل تقویت نور با تحریک الکترون ها در یک محیط (گاز، جامد یا مایع) به سطح انرژی بالاتر است. هنگامی که این الکترون های برانگیخته به سطح انرژی پایین تری باز می گردند، فوتون ها (ذرات نور) با انرژی خاص ساطع می کنند. نکته مهم این است که این فوتون ها سایر الکترون های برانگیخته را تحریک می کنند تا فوتون های اضافی ساطع کنند و یک واکنش زنجیره ای ایجاد می کنند که نور را تقویت می کند.
سه جزء اصلی لیزر عبارتند از:
کلید عملکرد لیزر، دستیابی به حالتی به نام «وارونگی جمعیت» است، که در آن الکترون‌های بیشتری در محیط بهره در حالت برانگیخته نسبت به حالت انرژی پایین‌تر هستند. این شرایط برای تسلط گسیل تحریک شده بر جذب ضروری است.
لیزرها را می توان بر اساس رسانه بهره آنها دسته بندی کرد:
لیزرها جنبه های متعددی از اپتیک را تغییر داده اند و کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند:
در حالی که تجهیزات پیچیده ای برای آزمایش های عمیق با لیزر مورد نیاز است، مشاهده الگوهای تداخل نورهای لیزری می تواند بینشی در مورد ویژگی های آنها ارائه دهد.
الگوی تداخل: هنگامی که نور لیزر از دو شکاف با فاصله نزدیک می گذرد (تنظیمی که به عنوان آزمایش دو شکاف یانگ شناخته می شود)، یک الگوی تداخلی روی صفحه ای ایجاد می کند که در پشت شکاف ها قرار گرفته است. این الگوی نوارهای روشن و تاریک ماهیت موجی نور و انسجام نور لیزر را نشان می دهد. فاصله بین این نوارها را می توان با معادله زیر بدست آورد:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)که در آن \(D\) فاصله بین نوارهای روشن یا تاریک مجاور، \(\lambda\) طول موج نور لیزر، \(L\) فاصله از شکاف ها تا صفحه نمایش است و \(d\) فاصله بین دو شکاف است.
شناخت لیزر و اصول آنها نه تنها عمیقاً در زمینه اپتیک فرو می رود، بلکه درهایی را به روی نوآوری ها در ارتباطات، مراقبت های بهداشتی و اکتشافات علمی مختلف می گشاید. دقت و توانایی آنها برای کنترل دقیق، لیزرها را به ابزاری ضروری در فناوری و تحقیقات مدرن تبدیل می کند.
