M.A.H.S.A
08-06-2011, 12:20 PM
<b>
ليزر -بخش دوم
توليد ليزر
نور ليزر نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد:
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور آزاد شده تك فام (تك رنگ) است. يعني شامل فقط يك طول موج خاص (در نتيجه نور خاص) است. طول موج نور بوسيله‌ي آزاد شدن انرژي به هنگام جابه جايي الكترون از يك مدار به مدار پايين تر (نزديك‌تر به هسته) اندازه گيري مي‌شود.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور آزاد شده همدوس (متمركز) است. هر فوتون همراه با ديگر فوتون‌ها حركت مستقيم و در حين حركت مكان معيني نسبت به ديگر فوتون‌ها دارد. اين بدان معناست كه همهي فوتون‌ها جبهه‌ي موج هماهنگي نسبت به هم دارند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور كاملا مستقيم است. نور ليزر نوفه‌اي بسيار قوي و متمركز دارد. اين در حالي است كه يك فلاش نور معمولي، در همهي جهات پخش مي‌شود. بسيار ضعيف‌تر و پراكنده‌تر از ليزر است.
براي به‌وجود آوردن اين سه ويژگي چيزي به‌نام «گسيل برانگيختگي» بايد اتفاق بيافتد. اين در نور معمولي اتفاق نمي‌افتد. همهي اتم‌ها فوتون‌هاي خودشان را به‌صورت كاتوره‌اي (نامنظم)، آزاد مي‌كنند. در گسيل برانگيخته فوتون گسيلي آرايش منظمي دارد.
فوتوني كه هر اتم آزاد مي‌كند، طول موج معيني دارد كه به اختلاف انرژي بين حالت برانگيخته و پايه بستگي دارد. اگر اين فوتون (گذار از يك انرژي و فاز) به اتم ديگري كه الكتروني در حالت مشابه، برخورد كند، گسيل برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. اولين فوتون مي‌تواند آزاد شده يا گسيل القايي داشته باشد؛ به‌طوري‌كه فوتون بعدي (از اتم دوم) با فركانس و جهت يكساني نسبت به اولي ارتعاش خواهد كرد.
مسأله‌ي اساسي ديگر در توليد ليزر زوج آينه‌هايي هستند كه هر كدام در يم انتهاي محيط ليزري قرار گرفته اند. فوتون‌ها با طول‌موج و فاز معين در برخورد با آينه‌ها منعكس شده و حركت رفت و برگشتي را در همان محيط انجام مي‌دهند. در چنين فرايندي الكترون‌هاي ديگر را نيز آزاد مي‌كنند. انرژي آزاد مي‌شود و مي‌تواند باعث گسيل فوتون‌هاي بيش‌تري با همان فاز و طول موج شود. در اين‌جاست كه پديده‌‌ي آبشاري اتفاق مي‌افتد و فوتون‌هاي بيش‌تر و بيش‌تري با همان فاز و طول‌موج يكسان منتشر مي‌شود. آينه در يكي از دو انتهاي آينه‌اي «نيمه‌نقره‌اي» باعث انعكاس نور شده و باعث انتشار مقداري نور مي‌شود. اين نور، نور ليزر است.
شكل‌هايي كه خواهيد ديد نحوه‌ي توليد ليزر ياقوتي را نشان مي‌دهند.
ليزرهاي ياقوتي
ليزر ياقوتي شامل لوله‌ي فلاش (مانند فلاش دوربين‌هاي عكاسي)، ميلهي ياقوتي و دو آينه است (يكي از آنها نيمه نقره‌اي است). ميلهي نقره‌اي محيط ليزري است كه لوله‌ي فلاش به آن نور مي‌تاباند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-1.gif
شكل 1 - محيط غير ليزري.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-2.gif
شكل 2 - لوله‌ي فلاش روشن مي‌شود و نور را به‌سمت ميلهي
ياقوت گسيل مي‌كند. نور اتم‌هاي ميلهي ياقوت را برانگيخته مي‌كند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-3.gif
شكل 3 - تعدادي از اين اتم‌ها فوتون گسيل مي‌كنند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-4.gif
شكل 4. تعدادي از اتم‌ها در جهت موازي با محور ميله
حركت مي‌كنند، بنابراين مقيد به حركت در دو جهت داخل و
هم راستا با ميله هستند. وقتي از بلوري گذر مي‌كنند، در اتم‌هاي
ديگر باعث گسيل مي‌شوند
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-5.gif
شكل 5 - نور تك فام، تك فاز ميله را از طريق آينه‌ي نيمه نقره‌اي آزاد مي‌كند
... نور ليزر!
</b>
ليزر -بخش دوم
توليد ليزر
نور ليزر نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد:
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور آزاد شده تك فام (تك رنگ) است. يعني شامل فقط يك طول موج خاص (در نتيجه نور خاص) است. طول موج نور بوسيله‌ي آزاد شدن انرژي به هنگام جابه جايي الكترون از يك مدار به مدار پايين تر (نزديك‌تر به هسته) اندازه گيري مي‌شود.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور آزاد شده همدوس (متمركز) است. هر فوتون همراه با ديگر فوتون‌ها حركت مستقيم و در حين حركت مكان معيني نسبت به ديگر فوتون‌ها دارد. اين بدان معناست كه همهي فوتون‌ها جبهه‌ي موج هماهنگي نسبت به هم دارند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/General/Com-Ch-Squre.gif نور كاملا مستقيم است. نور ليزر نوفه‌اي بسيار قوي و متمركز دارد. اين در حالي است كه يك فلاش نور معمولي، در همهي جهات پخش مي‌شود. بسيار ضعيف‌تر و پراكنده‌تر از ليزر است.
براي به‌وجود آوردن اين سه ويژگي چيزي به‌نام «گسيل برانگيختگي» بايد اتفاق بيافتد. اين در نور معمولي اتفاق نمي‌افتد. همهي اتم‌ها فوتون‌هاي خودشان را به‌صورت كاتوره‌اي (نامنظم)، آزاد مي‌كنند. در گسيل برانگيخته فوتون گسيلي آرايش منظمي دارد.
فوتوني كه هر اتم آزاد مي‌كند، طول موج معيني دارد كه به اختلاف انرژي بين حالت برانگيخته و پايه بستگي دارد. اگر اين فوتون (گذار از يك انرژي و فاز) به اتم ديگري كه الكتروني در حالت مشابه، برخورد كند، گسيل برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. اولين فوتون مي‌تواند آزاد شده يا گسيل القايي داشته باشد؛ به‌طوري‌كه فوتون بعدي (از اتم دوم) با فركانس و جهت يكساني نسبت به اولي ارتعاش خواهد كرد.
مسأله‌ي اساسي ديگر در توليد ليزر زوج آينه‌هايي هستند كه هر كدام در يم انتهاي محيط ليزري قرار گرفته اند. فوتون‌ها با طول‌موج و فاز معين در برخورد با آينه‌ها منعكس شده و حركت رفت و برگشتي را در همان محيط انجام مي‌دهند. در چنين فرايندي الكترون‌هاي ديگر را نيز آزاد مي‌كنند. انرژي آزاد مي‌شود و مي‌تواند باعث گسيل فوتون‌هاي بيش‌تري با همان فاز و طول موج شود. در اين‌جاست كه پديده‌‌ي آبشاري اتفاق مي‌افتد و فوتون‌هاي بيش‌تر و بيش‌تري با همان فاز و طول‌موج يكسان منتشر مي‌شود. آينه در يكي از دو انتهاي آينه‌اي «نيمه‌نقره‌اي» باعث انعكاس نور شده و باعث انتشار مقداري نور مي‌شود. اين نور، نور ليزر است.
شكل‌هايي كه خواهيد ديد نحوه‌ي توليد ليزر ياقوتي را نشان مي‌دهند.
ليزرهاي ياقوتي
ليزر ياقوتي شامل لوله‌ي فلاش (مانند فلاش دوربين‌هاي عكاسي)، ميلهي ياقوتي و دو آينه است (يكي از آنها نيمه نقره‌اي است). ميلهي نقره‌اي محيط ليزري است كه لوله‌ي فلاش به آن نور مي‌تاباند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-1.gif
شكل 1 - محيط غير ليزري.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-2.gif
شكل 2 - لوله‌ي فلاش روشن مي‌شود و نور را به‌سمت ميلهي
ياقوت گسيل مي‌كند. نور اتم‌هاي ميلهي ياقوت را برانگيخته مي‌كند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-3.gif
شكل 3 - تعدادي از اين اتم‌ها فوتون گسيل مي‌كنند.
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-4.gif
شكل 4. تعدادي از اتم‌ها در جهت موازي با محور ميله
حركت مي‌كنند، بنابراين مقيد به حركت در دو جهت داخل و
هم راستا با ميله هستند. وقتي از بلوري گذر مي‌كنند، در اتم‌هاي
ديگر باعث گسيل مي‌شوند
http://www.roshd.ir/roshd/Portals/0/0and1/olympiad/physics/BreakTime/Bt-ph-057-5.gif
شكل 5 - نور تك فام، تك فاز ميله را از طريق آينه‌ي نيمه نقره‌اي آزاد مي‌كند
... نور ليزر!
</b>