لیزر گازی

دکترعلی جوان (۵ دی ۱۳۰۵، تهران) فیزیکدان و مخترع ایرانی است. وی اولین لیزر گازی دنیا که ترکیبی از دو گاز هلیوم و نئون است و به همین نام نیز معروف است را اختراع کرد. این لیزراز نوع لیزرهای بی خطر به حساب می‌آید، رنگ آن سرخ است و در آزمایشگاه‌های دانشگاه‌ها برای بررسی پدیده‌هایی مانند تداخل امواج و آزمایش دو شکاف یانگ کاربرد دارد. خواندن کدهای اجناس در هنگام خرید از فروشگاهها، سی‌دی CDو دی وی دی DVD، طیف نمایی (که با آن می‌توان پهنای خط نوسانی را هم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ، تا چند ده کیلوهرتز باریک کرد)، چاپگرها، شبکه‌های مخابرات کابل نوری، دستگاههای برش فلزات، فاصله یابی ماهواره ای، حفاری‌های تونل ها، نقشه برداری‌های زیرزمینی نظیر مترو و در رسیدن به نقطه ای که از دو طرف حفاری می‌شود تا به هم برسند، گسترش و بزرگتر شدن ارتباطات لیزری در شاهراه‌های اینترنتی و نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوری در کامپیوترها، بخیه بافت‌های بدن، برداشتن خال‌های مزاحم، درمان پوسیدگیهای دندانی، تهیه حفره به منظور پر کردن دندان و جراحی ریشه دندان، بیماریهای مخاط دهان ... جراحی چشم با لیزر، جداسازی ایزوتوپ ها، تمام‌نگاری (هولوگرافی)، عکسبرداری سه بعدی از یک جسم و یا یک صحنه، گرافیک لیزری که به طور وسیعی توسط بسیاری از ناشران برای انتقال رونوشت صفحات به کار برده می شود...همه و همه از تآثیرات اختراع لیزر گازی توسط دکتر علی جوان است.

پیشینه

علی جوان از سن ۵ سالگی شیفته ریاضیات و بازی با اعداد بود. پس از گذراندن تحصیلات در دبیرستان البرز، تحصیلات دانشگاهی خود را در دانشگاه تهران ادامه داد. سپس در سال۱۹۴۸ (میلادی) به ایالات متحده آمریکا رفت و تحصیلات خود را در مقطع دکترای فیزیک در دانشگاه کلمبیا ادامه داد. دکتر جوان به هنر و به ویژه به موسیقی هم عشق می‌ورزید و در کلاس‌های هنری دانشگاه کلمبیا شرکت می‌کرد. خودش گفته است موسیقی باخ جلوه ای از عالم ریاضی است

دکتر جوان در سال ۱۹۵۸ که عضو گروه تحقیقاتی لابراتور بل بود، اصول لیزر گازی را پایه گذاشت، دو سال بعد، دقیقاً در ساعت ۴ و بیست دقیقه بعدازظهر دوازدهم دسامبر سال ۱۹۶۰ درحالیکه برف سنگینی شروع به باریدن کرده بود، موفق شد لیزر گازی هلیوم - نئون را ابداع کند. نام دو تن از همکاران وی «ویلیام به‌نت» و «دونالد هه‌ریوت» بود.

دکتر علی جوان فردای آنروز لیزر گازی را بوسیله فرستادن پیغامی تلفنی امتحان کرد و برای اولین بار در تاریخ، یک مکالمه تلفنی به وسیله یک لیزر نوری انجام شد. تاریخ دقیق آن واقعه شگفت، ۱۳ دسامبر سال ۱۹۶۰ بود.

وی در سال۱۹۶۴ (میلادی) با درجه دانشیاری به عضویت هیات علمی موسسه فناوری ماساچوست (MIT)در آمد. در حال حاضر استاد بازنشسته موسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده آمریکا می‌باشد. گرایش وی در فیزیک، اتمی - مولکولی و اپتیک است.

دکتر علی جوان هنوز هم بطور زیادی درگیر اختراعات جدید است و بر روی نسل جدید تراشه هایی که درون آنها فوتونها بجای الکترونها حرکت خواهند کرد، تحقیق می‌کند. اگر تحقیقاتش نتیجه بدهد، تحولی چشمگیر در سرعت تراشه‌ها و وسایل الکترونیکی و رایانه ای پدید خواهد آمد. او پیش بینی می‌کند که روزی بجای مگاهرتز رادیویی، جای آنرا گیگاهرتزهای لیزری خواهند گرفت. دکتر جوان بزرگترین آزمایشگاه تحقیقاتی را در طی سالهای ۱۹۶۰ تا ۱۹۷۰ در دانشگاه ماساچوست آمریکا برپا نمود، بسیاری از پیشرفتها در صنعت لیزر را در این آزمایشگاه انجام داد و در طی سالها باعث جلو بردن و پیشرفت در صنایع الکترونیک شد. دکتر علی جوان در تحقیقات گسترده لیزرهای پرانرژی، رادارهای مولتی استاتیک لیزری که توسط ساعت‌های نوری دقیق کنترل می شودو لیزرهای پزشکی شرکت داشته است.

اما اول لیزر چیست؟

واژه لیزر (به انگلیسی: Laser) سرواژهٔ عبارت

«Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است.

لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.

نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) را انیشتن داد. کار لیزر به این گونه‌است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) برانگیخته، یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند.

لیزر از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد. و ما بطور گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.

شاید مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر باشد. با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آن‌ها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می‌شود. یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته می‌شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها هم زمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربفرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد که در هیچ منبع نور دیگری یافت نمی‌شود. لیزر چهار ویژگی دارد:

1. همدوسی

2. تک رنگی

3. واگرایی کم

4. موازی بودن پرتو

تاریخچه

پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سامانه با جمعیت وارون برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل را وبر، جوردون، زیگر، باسو، تانز و پروخورو دادند. نخستین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد.این گروه نام میزر را که سرواژهٔ عبارت

«MicrowaveAmplification by Stimulated Emission of Radiation» است، برای آن برگزیدند.

مبانی نظری لیزر را آلبرت انیشتین در ۱۹۱۶ (میلادی) طی مقاله‌ای مطرح کرد ولی سال‌های نسبتاً زیادی طول کشید تا صنعت و فناوری امکان ساخت نخستین لیزر را فراهم کند. چارلز تاونز در سال ۱۹۵۳ میزر (تقویت‌کننده موج میکروویو) را اختراع کرد و خواست آزمایش‌های خود را حول جایگزینی نور مرئی به جای فروسرخ ادامه دهد و هم‌زمان این امر میان آزمایشگاه‌های گوناگون در سراسر جهان به عنوان رقابتی جدی در نظر گرفته شد. نخستین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکول‌های آمونیاک ساخته شد. در سال ۱۹۵۸ نخستین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانس‌های نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد. عبارت لیزر در همان زمان در مقاله‌ای از «گوردون هولد»، دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا، پیشنهاد شد و تئودور میمن (Theodore H. Maiman) لیزر پالسی یاقوت را در ۱۹۶۰ ساخت. نخستین لیزر گازی را نیز علی جوان فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۶۱ با استفاده از هلیوم و نئون ساخت. در سال ۱۹۶۲ نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه‌هادی مطرح گردید. نور لیزر را تکفام پرتو نیز می نامند.

از سال ۱۹۶۶ لیزر نیم‌رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانس‌های بسیار زیاد شناخت حاصل شده‌است.

سیر تحول و رشد

با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه‌های ذره‌ای نور و تولید آینه‌هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر (لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند.

اختراع لیزر به سال ۱۹۵۸ با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر پرتو فروسرخ و نوری برمی‌گردد. نشر مقالات یاد 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، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالس‌ها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال ۱۹۶۰ دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر نور زیادی را تولید کرد که بیش از میلیون‌ها بار روشن تر از نور خورشید بود. پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مانند بارندگی، مه، ابرهای کم ارتفاع، چیزهای موجود در آزمایش‌های مربوط به هوا مانند پرندگان قرار گیرد.

دانشمندان نیز طرح‌های نویی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنال‌های تلفن را ارسال کند. اختراع مهم دیگر موج‌بر فیبر نوری بود که شرکت‌های مخابراتی برای ارسال صدا، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای گوناگون نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند.

عناصر اساسی لیزر

ابزار لیزر یک نوسانگر اپتیکی است که باریکهٔ بسیار موازی شدهٔ شدیدی از تابش همدوس را گسیل می‌کند و از سه بخش ساخته شده‌است:

1. چشمهٔ انرژی خارجی یا دمنده

2. محیط تقویت کننده

3. کاواک اپتیکی یا تشدیدگر

دمنده

دمنده یک چشمهٔ انرژی خارجی است که وارونی جمعیت را در محیط لیزری به وجود می‌آورد. تقویت موج نور یا میدان تابش فوتون تنها در یک محیط لیزری که در آن وارونی جمعیت بین دو تراز انرژی وجود داشته باشد روی می‌دهد. برای اینکه لیزر کار کند لازم است تعداد اتم‌های N2 در تراز انرژی E2 از تعداد اتم‌های N1 در تراز انرژی E1 بزرگ‌تر باشد. این وضعیت را وارونی جمعیت می‌نامند. وارونی جمعیت و گسیل القائی با هم در محیط لیزری کار می‌کنند و باعث تقویت نور می‌شوند. در غیر این وضعیت موج نور عبور کننده از محیط لیزری تضعیف خواهد شد.

دمنده‌ها می‌توانند از نوع اپتیکی، الکتریکی، شیمیایی یا گرمایی باشند به شرط این که انرژی لازمی را فراهم کنند که بتواند با محیط لیزری برای برانگیختن اتم‌ها و ایجاد وارونی جمعیت لازم همراه شود.

در لیزرهای گازی مانند He-Ne، دمنده‌ای که از همه بیشتر به کار می‌رود از نوع تخلیهٔ الکتریکی است. عوامل مهم حاکم بر این نوع دمش مقطع‌های برانگیزش الکترونی و طول عمرهای ترازهای انرژی مختلف هستند. در بعضی از لیزرهای گازی، الکترون‌های آزادی که در فرایند تخلیه تولید شده‌اند با اتم‌ها، یون‌ها یا مولکول‌های لیزر مستقیما برخورد و آنها را برانگیخته می‌کنند. در سایر لیزرها، برانگیزش توسط برخوردهای ناکشسان اتم-اتم یا مولکول-مولکول روی می‌دهد.

محیط لیزری

محیط تقویت کننده که از هر جسم ساطع می‌شود یا محیط لیزری بخش مهمی از ابزار لیزر است که می‌تواند گاز، مایع یا جامد باشد و طول موج تابش لیزری را تعیین می‌کند. بسیاری از لیزرها از روی نوع محیط لیزری به کار رفته در آنها نامگذاری می‌شوند، برای نمونه هلیم-نئون (He-Ne)، دی اکسیدکربن و نئودیمیم: نارسنگ ایتریم آلومینیم.

مهم‌ترین لازمهٔ محیط تقویت کننده توانایی آن برای ایجاد وارونی جمعیت بین دو تراز انرژی اتم‌های لیزری است. این وضعیت با برانگیختن یا دمیدن اتم‌های بیشتری به تراز انرژی بالاتر نسبت به اتم‌های موجود در تراز پایین تر تحقق می‌یابد. حتی با دمش قوی، به سبب اختلاف زیاد طول عمرهای ترازهای انرژی اتم‌های قابل استفاده، تنها جفت‌های مشخصی از ترازهای انرژی با طول عمرهای خودبه خودی مناسب را می‌توان «وارون» کرد.

خروجی لیزر

خروجی لیزرها به دو صورت پالسی و پیوسته می‌باشد. پالس در واقع نوری است که در محدوده زمانی کوتاه تابیده می‌شود. این محدوده زمانی امروزه به کمتر از فمتوثانیه رسیده است.

کاربردهای لیزر

فیزیک و شیمی
زیست شناسی و پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و ...
صنایع نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ...
صنعت: جوشکاری لیزری، برش‌های لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری، صنایع ساختمانی
همجوشی هسته‌ای
ارتباطات نوری
فرآوری اطلاعات نوری و ضبط آن‌ها
فرآوری مواد
تمام نگاری (هولوگرافی)
اندازه‌گیری و بازرسی
آزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه گیری، سنتز مواد و ...
لایه نشانی به روش لیزر پالسی

پس از اینکه لیزر دی‌اکسید کربن در سال ۱۹۶۴ اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی افزایش یافت و برای جراحان ممکن شد تا بجای چاقوهای جراحی از فوتون استفاده کنند. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن شود و اعمال جراحی را نیز انجام دهد.

لیزر گازی چیست؟

لیزرهای گازی نوع ویژه ای از لیزر است که در آن گازی درون یک لوله شفاف مثل لامپ مهتابی می‌رود. عبور جریان از این لوله باعث رفت و آمد فوتون می شود. یعنی جریان الکتریکی، برای تولید نور، در یک گاز تخلیه می‌شود. اولین نوع این لیزرها هلیم نئون بود. یعنی همین لیزرهای خانگی و مدارس. این لیزر ِ را در مؤسسهٔ بل دکتر علی جوان اختراع نمود.

لیزر گازی که او عرضه کرداولین لیزری بود که بصورت مداوم کار می کرد و باعث شد که در جهان جلب توجه کرده، پایه ای برای تحقیقات بیشتر در این زمینه باشد.

نوع دیگر لیزر، لیزر دی اکسید کربن (CO2)است که می تواند یک نور لیزر خیلی پر قدرت تولید کند و در رادارها بکار برده می‌شود و همچنین در صنایع جوشکاری برای ساخت دقیق مواردی که برای بیماران قلبی استفاده می شود، قابل استفاده است. البته در محفظه آن هلیوم و مقداری نیتروژن هم هست. کاز نیتروژن، انرژی ِ الکترودها را ذخیره می‌کند. پس از برخورد مولکولهای نیتروژن به مولکول CO2 این انرژی انتقال می یابد و مولکولهای CO2 برانگیخته می شوند. گاز هلیوم به انتقال ِ انرژی کمک می‌کند و سبب می‌شود تا مولکولهای دی اکسید کربن زودتر به ترازهای انرژی عادی یا حالت عادی خود برگردند.

لیزر گازی یک نقطه عطف در تاریخ فناوری‌های نوین دنیا به حساب می آید. پروفسور جوان قبل از اختراع لیزر گازی، تئوری میزر سه سطحی را پایه گذاری کرد و اهمیت همگرایی فازی را در این وسیله میکروویو نشان داد. این عمل، ایده میزر بدون پراکندگی را معرفی کرد و او بعداً این ایده را در استفاده از اثر رامان تحریک شده گسترش داد که نهایتاً منجر به بسط نوظهور رژیم نوری شد. تحقیق بزرگی که او پایه گذاری کرد باعث ایجاد بزرگترین تحقیق لیزری در دهه‌های شصت و هفتاد میلادی شد و پس از آن بسیاری از بنیان‌های اولیه در استفاده از لیزر به وقوع پیوست. این بنیان‌ها شامل؛ ابداعات زیادی در زمینه اسپکتروسکوپی لیزری به شکل Sub-Doppler laser cooling، اولین استفاده از لیزر برای آزمایش دقیق نسبیت، و ایزوتروپی در فضا؛ ابداع تکنولوژی اندازه گیری فرکانسی دقیق در طیف نوری و اولین ساخت ساعت‌های اتومیک لیزری می باشند.

لیزر گازی، می‌توانست سال ۱۹۳۰ اختراع شده باشد.

دکتر علی جوان گفته است: «لیزر گازی، می‌توانست در سال ۱۹۳۰ اختراع شده باشد، نه پس از سی سال در سال ۱۹۶۰ که من آنرا اختراع کردم...فیزیکدانان به اختراع لیزر در سالهای ۱۹۳۷ و ۱۹۳۸ خیلی نزدیک شده بودند. آنان در حال مطالعه بر روی اتمها بودند، که چگونه امواج نوری را بیرون بدهند (تقویت نور در گازها به وسیله گسیل القائی پرتوافکنی)، و آنها به اختراع لیزر خیلی نزدیک شده بودند. از نوشته‌های آنها پیداست که آنها به راه درست رفته بودند، اما بعداً راه را اشتباه رفته و از مسیر اصلی منحرف شدند. اگر من در همان سالها بودم مطمئتاً آنرا اختراع می‌کردم. مبالغه نمی‌کنم و می‌دانم که آنرا انجام می‌دادم.

... می‌دانستم که بالاخره لیزر گازی را می‌توانم اختراع کنم در غیر اینصورت اصلاً دنبال آن کار را نمیگرفتم. کسانی که از همان ابتدا نظر من را می‌دانستند، خیلی به آن بدبین بودند. حتی آنهایی که در تیم من بودند و با من کار می‌کرند، در این رابطه شک داشتند. من این شک را در بسیاری از آنها دیده ام...

موقعی که با یکی از شاگردانم بر روی این لیزر گازی در حال کار کردن بودیم، و آن وقتی که برای آزمایش نهایی آماده شده بود، من به شوخی رو به او کرده و گفتم «هی، اگر من سویچ را بزنم و هیچ اتفاقی بوجود نیاید، چه!»، ناگهان صورتش سفید شده و آثار ترس در آن هویدا گردید. من شروع به خنده کردم، و گفتم «نه، نه. حتماً کار می‌کند.»، من این را بخاطر اطمینان او بیان کردم. سپس کلید را زدیم و همه چیز بخوبی انجام گرفت.»

علی جوان، جارلز تاونز و آرتور لئونارد شالو

وقتی دکتر علی جوان کار روی لیزر گازی را آغاز کرد، دو محقق دیگر چارلز هارد تاونز (استادش) و آرتور لئونارد شالو راهی دیگر را برای دست یابی به لیزر پی گرفتند. نظریه آنها مبنی بر این اساس بود که، ما اکنون آنرا بعنوان (پمپ کردن لیزرهای نوری) می شناسیم، نور لیزرها را می‌توان توسط مکش با یک منبع نور زیاد استخراج کرد. نظریه دکتر جوان تماماً با آنها متفاوت بود. او به جای استفاده از یک منبع نور قوی، از جریانات برقی که انرژی الکتریکی را تبدیل به نور لیزری می کند، استفاده نمود، همانکه حالا آنرا به نام «لیزر گازی» می شناسند.

نام دکتر علی جوان در کنار بزرگان فیزیک جهان همانند تئودور میمن ، نیکولای باسوف گوردون گولد، آرتور لئونارد شالو ، رابرت دیک سی کومر ان پاتل (لیزرشناس هندی)، احمد زوویل (دانشمند مصری که جایزه شیمی نوبل را در سال ۱۹۹۹ برد) دنیس گابور، (برنده نوبل فیزیک در سال ۱۹۷۱)، نیکلاس بلومبرگن، چارلز هارد تاونز و الکساندر میخایلوویچ پروخورف در تاریخ علم ثبت شده است

دکتر علی جوان و نخستین سمپوزیوم لیزر

در سال ۱۹۷۱ بسیاری از فیزیکداتان جهان از جمله دکتر علی جوان، دکتر پرتوی، پروفسور چارلز هارد تاونز (برنده جایزه نوبل فیزیک)، الکساندر میخایلوویچ پروخورف، (برنده جایزه نوبل فیزیک) سرجیو پریرا پورتو، نیکولاس برومن برگن، بوریس استوچف ، پییریاکویی نوت ، رایموند کیدر، آرتور لئونارد شالو...و دهها فیزیکدان دیگر به ایران (اصفهان) آمدند و در نخستین سمپوزیوم لیزر (سمپوزیوم در فیزیک بنیادی و کاربردی لیزر، اصفهان)، شرکت نمودند. در مورد این سمپوزیوم علاوه بر گزارش Atomic Coherent States in QuantumOptics و کتاب Highly Excited States of the Helium یک کتاب کوچک ۱۳۳ صفحه ای از «آبراهام هرتزبرگ» با عنوان Developments in High Power LaserResearch و یک جزوه ۱۸ صفحه ای که «ویلیام ژوزف کوندل»منتشر نموده، کتاب قطوری هم در ۹۶۰ صفحه منتشر شده است. در این مجمع علمی از تلاشهای تئودور میمن کاشف لیزر جامد یاد شد. در نخستین سیمپوزیوم لیزر در مورد تحقیقات نظری مبنی بر امکان نشر لیزری در ناحیه پرتو ایکس تبادل نظر شد و دکتر علی جوان در باره رزونانس‌های اتمی و مولکولی در بیناب نمایی لیزری صحبت کرد و از جمله یادآور شد که امروزه می توان پهنای وسیعی از بسامدهای امواج الکترو مغناطیس درگسترهٔ کهموج ها (ماکروویو) تا فرو سرخ دور و فروسرخ نزدیک را ترکیب و مقایسه کرد و با کمک روش‌های شناخته شده، گستره این بیناب را به ناحیه مرئی کشید.

دکتر علی جوان افزود اکنون امیدوارانه به دنبال آن هستیم که در دههٔ کاربرد بیناب نمایی و دستیابی به دقت در اندازه گیری با مرتبه‌های بسیار بالا، از این شیوه‌ها بهره برداری کنیم. برای این کار باید به عناصر ساده باز گردیم و بیناب آنها را دوباره بررسی کنیم. اتم هیدروژن و هلیوم خنثی و یونیده باید دوباره مورد بررسی قرار گیرند. این کار مطمئنا به تعیین دگربارهٔ ثابت پایای ریدبرگ و دیگر ثابت‌ها و فرآیندهای بنیادین، با دقتی بیشتر منجر می‌شود و به زودی مقدار نهایی سرعت نور را به دست خواهیم آورد.این امر به همراه توانایی ما در اندازه گیری دقیق بسامد در ناحیه مرئی و فروسرخ منجر به دستیابی به ساعت‌های اتمی بسیار پیشرفته خواهد شد. این موفقیت می تواند آزمون‌های بهتری در ارتباط با قوانین بنیادین طبیعت و حتی پیش بینی هایی از نسبیت عام را به دست دهد

این سیمپوزیوم ۲۹ آگوست – ۵ سپتامبر ۱۹۷۱ با حمایت دانشگاه صنعتی شریف تهران (آریامهر سابق)و با همکاری دانشگاه اصفهان و موسسهٔ فناوری ماساچوست (MIT) در دانشگاه اصفهان برگزار شد. از همایش اولین لیزرتئودور میمن و شماری از دانشمندان فیزیک در ۱۶ می ۱۹۶۰ که بگذریم ـ سمپوزیوم لیزر در اصفهان نخستین کنفرانس بین‌المللی لیزر در جهان بود.

افتخارات

• دکتر علی جوان عضو آکادمی ملی علوم و آکادمی هنر و علم آمریکا و عضو افتخاری موسسه تریسته ((Trieste برای ترویج علوم می باشد.

• دکتر علی جوان شاگرد نامی پروفسور جارلز تاونز است که در سال ۱۹۶۴با الکساندر میخایلوویچ پروخورف و نیکولای گنادیویچ پاسوف جایزه نوبل فیزیک را در یافت نمودند.

• دکتر علی جوان در سال ۱۹۶۰ موفق به اختراع لیزر گازی شد و در سال ۱۹۶۴ برای تحقیقات در زمینه لیزرهای گازی، مدال استوارت بالنتاین را از انستیتو فرانکلین دریافت نمود.

• در سال ۱۹۶۶ برنده مدال بنیاد «فه‌نی و جان هرتز» شد و به عنوان GuggenheimFellow شناخته شد.

• این فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۷۵ مهم‌ترین نشان انجمن نورشناسی آمریکا یعنی مدال فردریک ایوز را از انجمن اپتیکال دریافت کرد. در جمله‌ای که در کنار این نشان حک شده‌است از آقای جوان به خاطر «پدید آوردن یک دستگاه نورشناختی (لیزر گازی) با کاربردهای بی‌سابقه در پژوهش‌های علمی» قدردانی فراوان شده‌است.

• در سال ۱۹۷۹ به عنوان Humboldt Foundation Fellow شناخته شد.

• علی جوان در سال ۱۹۹۳ جایزهٔ علمی جهانی آلبرت اینشتین را دریافت نمود.

• مجدداً در سال ۱۹۹۵ به عنوان Humboldt Foundation Fellow شناخته شد.

• او همچنین در سال ۲۰۰۷ رتبه دوازدهمین انسان نخبه را در جهان کسب کرد.

لیزر گازیلیزری است که درآن جریان الکتریکی، برای تولید نور، در یک گاز تخلیه می‌شود. علی جوان مخترع این نوع لیزر نخستین بار با کمک گاز هلیوم و نئون موفق به ساخت این دستگاه شد.

تئوری ساخت لیزر CO2

تیوپ لیزر -آینه‌های لیزر -منبع گاز CO۲ و N۲ و He -پمپ خلا -منبع ولتاژ بالا -آند و کاتد -سیستم خنک کننده -پیچ‌ها و پایه‌های تنظیم

در ادامه به برسی هر یک از اجزای لیزر به طور مجزا می پردازیم و با ارائه آمار و ارقام و روش‌های پیشنهادی، تئوری کاملی از ساخت لیزر CO۲ با جریان گاز ارائه خواهیم داد.

سامانه خلا و گازهای لیزر

همان طور که در طرح ساخت بیان شد، از سیستم جریان گاز با تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا استفاده می‌شود. در ادامه نکات مهمی در مورد راه اندازی سیستم خلا و جریان گاز بیان می‌شود

- تمام هوای داخل لوله باید تخلیه شود . تخلیه باید تقریبا به طور کامل انجام شود چرا که وجود هوای پس ماند در لوله باعث ضعیف شدن پرتوی خروجی یا عدم خروجی لیزر می شود. - هر گونه آلودگی را از روی تیوپ لیزر پاک کنید چرا که ممکن است باعث اختلال در پرتوی خروجی شود . توجه شود که برخی از مواد خلا مانند گریش و مواد پوشاننده درزها مشکلی ایجاد نمی کند. - فشار گاز لیزر را به صورت تکی یا مخلوط، چه در ابتدای کار و چه به هنگام عمل لیز کنترل کنید .

درصد ترکیب گازها در لیزر co2 به صورت زیر است:

گاز ها

حجم (لیتر)

فشار (بار) دی اکسید کربن ۱۶٪ تا ۴٪

۷۹۳۰ – ۲۸۰

۱۶۷ - ۲۴۰۰ نیتروژن ۲۰٪ تا ۱۰٪

۵۶۶۴ – ۲۰۰

۲۱۲۴ - ۷۵ هلیوم به میزان تعادل

۲۱۲۴ – ۷۵

۱۴۶ - ۲۱۰۰

با توجه به نقشه ساخت لیزر به صورت زیر عمل می کنیم . ابتدا ورودی گاز لیزر را می بندیم و سپس از طرف دیگر توسط پمپ تخلیه کاواک را به طور کامل تخلیه می کنیم . منبع گاز را با توجه با جدول بالا پر میکنیم و سپس آن را به ورودی کاواک متصل می کنیم . سپس شیر ورودی را باز کرده تا مخلوط گاز وارد کاواک شود به منظور برقرار کردن جریان گاز در طول کاواک باید خروجی لیزر را به پمپ خلا متصل کنیم تا با مکشی که ایجاد می‌کند، گاز در طول لوله جریان یابد . راه دیگر برای ایجاد جریان گاز این است که خروجی کاواک را به یک مخزن خالی گاز با فشار کمتر از مخزن ورودی متصل کنیم . توجه شود که باید مسیر جریان گاز در طول لوله از آند به کاتد باشد تا تخلیه الکتریکی هم مسیر با عبور جریان انجام شود . لوله‌هایی که مخزن گاز و پمپ خلا را به لیزر متصل می کنند باید انعطاف پذیر باشند . محل اتصال لوله‌ها به لیزر باید کاملا عایق بندی شود تا هیچ گونه نشت به بیرون نداشته باشد و باعث افت فشار نشود .

تیوپ لیزر

مهم‌ترین قسمت لیزرco2 تیوپ آن می‌باشد . تیوپ‌های لیزر را معمولاً از جنس لوله تخلیه پلاسما یا از جنس شیشه می سازند . اما کاواک‌های شیشه‌ای متداول تر هستند زیرا دسترسی و ساخت آنها آسان تر است . بهترین شیشه به منظور ساخت کاواک لیزر، شیشه پریکس نسوز است که در مقابل تغییر دما مقاومت بالایی دارد . چرا که سامانه لیزر با تولید گرمای زیادی همراه است. با توجه به طرح ساخت، طول تیوپ لیزر را ۴۵ سانتی متر و قطر مقطع آن را ۲٫۵ سانتی متر در نظر می گیریم . جهت اتصال لوله‌های ورودی و خروجی گاز، دو سوراخ در قسمت‌های ابتدا و انتهای تیوپ لیزر تعبیه می کنیم یا اینکه تیوپ را به هنگام ساخت به گونه‌ای می سازیم که قابلیت اتصال دو لوله به ابتدا و انتهای آن وجود داشته باشد. تیوپ لیزر ابتدا در یک لوله شیشه‌ای بزرگ‌تر که همان لوله سیستم خنک کننده است قرار می گیرد و سپس بر رویه پایه‌های نگه دارنه لیزر محکم می‌شود.

سامانه خنک کننده

از آنجا که عمل لیز گرمای زیادی ایجاد می‌کند و توان لیزر را تا حد زیادی کاهش می‌دهد پس باید در اندیشه راهی برای خنک کردن ت

لیزر گازی

مطالب مشابه :

دانلود فيلم

لیزر گازی

مرور سریع بر تجهیزات هوشمند پژو 206.

Sample سازي KORG Pa80

اُکتاوا و update کردن کيبورد pa50 , pa80 ،آموزش خوانندگی،دفترچه راهنمای ارگ yamaha 2000 به زبان فا

به مناسبت ۷۱ سالگرد تولد استاد محمدرضا شجریان

برنامه تبلیغاتی سعید جلیلی از شبکه های رسانه ملی