کاربردهای لیزر
-
کاربردهای لیزر
 
تعریف: کاربردهایی که در آنها از وسایل و تجهیزات لیزری استفاده می شود.
 
لیزرها منابعی از نور با خواص خیلی ویژه هستند. بدین دلیل کاربردهای لیزر بسیار گسترده و زیاد است بطوریکه فروش کلی لیزرها در سال 2013 به 8 میلیارد دلار رسیده است. بخش زیر خلاصه‌ای نسبتاً جامع از این کاربردهاست.
ساخت و تولید
لیزرها بطور گسترده ای در ساخت وتولید صنعتی مانند برش، جوش، پوشش کاری، لحیم کاری، سخت کاری، تبخیر، عملیات ترازی، حکاکی، کنده کاری، ریز ماشین کاری، لایه نشانی لیزری پالسی، لیتوگرافی، اندازه گیری و غیره به کار می روند. در بیشتر موارد چگالی نوری نسبتا بالایی در یک نقطه کوچک اعمال می شود و منجر به گرم شدن شدید آن منطقه می شود. این فرآیند ممکن است همراه با تبخیرو تشکیل پلاسما باشد. پارامتر مهم، همگرایی فضایی بالای نور لیزر است که اجازه متمرکزکردن قوی و همچنین ایجاد پالسهای شدید را می دهد.
روشهای فرآوری لیزری نتایج خیلی خوبی در مقایسه با روشهای مکانیکی مرسوم دارند. در این روشها امکان ساخت قطعات بسیار ریز با کیفیت بالا و بدون ایجاد تنش مکانیکی (که با دریل یا تیغه تولید می شود) وجود دارد. یک اشعه لیزر با کیفیت خوب می تواند در سوراخکاری خیلی ریز و عمیق استفاده شود(مثلا برای نازلهای تزریق). با بکارگیری لیزر سرعت‌های بالای فرآیند قابل دستیابی است (برای ساخت صافی های فیلتر) و در نهایت محدودیت عمر کاری قطعات مکانیکی برداشته می شود. همچنین فرآوری مواد بدون تماس با آنها از دیگر فواید کاربردهای لیزر است.
نیازمندیها برای توان نوری و کیفیت اشعه بستگی زیادی به کاربرد و ماده مورد نظر دارد. برای مثال در حکاکی لیزری روی پلاستیکها سطح توان خیلی کمی نیاز است؛ در حالیکه برای برش کاری، جوشکاری و سوراخکاری روی فلزات نیاز به چند کیلو وات انرژی است. لحیم کاری ممکن است نیازمند توان بالا اما کیفیت اشعه متوسط باشد اما جوشکاری از فاصله (بطور مثال جوشکاری با فاصله زیاد بین نازل لیزر و قطعات جوش شده) به کیفیت اشعه بالا وابسته است.
تولید به کمک لیزر می تواند به ساخت یک قطعه با کیفیت بالاتر و قیمت تمام شده کمتر منجر شود. همچنین امکان استفاده از طراحی های جدید و مواد جدید را نیز فراهم می‌کند. برای مثال قطعات خودرو بطور فزاینده‌ای از مواد سبک مانند آلومینیم ساختهمی شوند که نیاز به اتصالات جوش لیزری بیشتری دارند. کاهش وزن محصول نهایی نه تنها با استفاده از مواد سبک بلکه با به کار بردن اتصالات و فلنج های کوچکتر به خاطر دقت بالای لیزر امکان پذیر است که در روشهای مرسوم مقدور نیست.
کاربردهای پزشکی
کاربردهای لیزر در پزشکی بسیار گسترده است. این کاربردها معمولا به بخشهای بیرونی بدن انسان مربوط است که براحتی اشعه لیزر به آنها دسترسی دارد. جراحی چشم و تصحیح بینایی (LASIK)، دندانپزشکی، پوست (درمان فوتوداینیمیک سرطان) و انواع مختلف درمانهای زیبایی مانند حذف تاتو و موهای زائد از این قبیل کاربردها است.
لیزرها درجراحی‌ها (مثلا پروستات) بخاطرامکان برش با کمترین خونریزی بافت مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی جراحی‌ها می‌تواند با وسایل اندوسکوپی انجام شود: یک اندوسکوپ شامل یک فیبر نوری جهت اتنقال نور به محل جراحی است و یک فیبر دیگر برای عکس برداری، همچنین دارای کانالهایی اضافی برای وسایل مکانیکی است.
نیاز به انواع مختلف لیزر برای کاربردهای پزشکی برحسب طول موج، توان خروجی، شکل پالس و غیره وجود دارد. در بیشتر موارد طول موج طوری انتخاب می‌شود که منطقه مورد نظر(مثلا نقطه های سیاه در تاتو یا جرم ها در دندان) نور لیزر را بیشتر از مناطق اطراف بافت جذب کند و در نتیجه هدف یابی بهتر انجام پذیرد.
لیزرهای پزشکی فقط برای درمان استفاده نمی‌شوند بلکه جهت تشخیص نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال روشهای تصویربرداری چشمی، میکروسکوپ لیزری و اسپکتروسکوپی از آن جمله هستند.
اندازه‌گیری
لیزرها به طور گسترده در اندازه‌گیری نوری مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال در اندازه گیری بسیار دقیق مکان و سطح سنجی نوری از طریق تداخل سنجی، برای فاصله یابی فواصل طولانی و جهت یابی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اسکنرهای لیزری که بر پایه اشعه های لیزر همدوس بوده و می توانند بارکدها و دیگر تصاویر را از فاصله بخوانند. همچنین امکان اسکن سه بعدی اشیاء ( مثلا در تحقیقات صحنه جرم) را نیز دارند.
نمونه برداری نوری تکنیکی است که در بررسی ریزمدارهای الکترونیک، فوتونیک ریزموج و علم تراهرتز به کار برده می شود.
لیزرها همچنین در اندازه گیری دقیق زمان به کار می روند و در نتیجه یکی از اجزای مهم ساعت های نوری هستند که بزودی جایگزین ساعت های اتمی سزیمی مرسوم خواهد شد.
سنسورهای فیبر-نوری که معمولا روبش را با نور لیزر انجام می دهند، می توانند جهت اندازه گیری دما، تنش و دیگر کمیتها در لوله های نفت و بالهای هواپیما مورد استفاده قرار گیرند.
ذخیره‌سازی اطلاعات
ذخیره‌سازینوریاطلاعات مانند سی دی، دی وی دی، دیسکهای بلو- ری و دیسکهای نوری-مغناطیسی اکثراً با منبع لیزری کار می کنند که دارای همدوسی فضایی بالایی هستند و در نتیجه می توانند برای آدرس دهی نقاط خیلی ریز در ضبط اطلاعات و ذخیره چگالی بالای اطلاعات استفاده شوند. مورد دیگر هولوگرافی است که همدوسی زمانی نقش مهمی در آن دارد.
ارتباطات نوری
ارتباط فیبر نوری (که به طور گسترده ای در انتقال اطلاعات نوری در فواصل دور استفاده می شود) به طور عمده بر نور لیزر در فیبرهای شیشه ای نوری استوار است. ارتباطات نوری فضای آزادبه عنوان مثال ارتباطات بین ماهواره ای بوسیله لیزرهای توان بالا انجام می شود. این لیزرها اشعه های لیزر همدوسی تولید می کنند که تا فاصله‌های زیاد تابیده می‌شوند و واگرایی خیلی کمی دارند.
نمایشگرها
نمایشگرهای پروژکشن لیزری حاوی منابع RGB هستند که می توانند به عنوان سینما و ویدیو های خانگی و شبیه سازهای پرواز مورد استفاده قرار می گیرند که از لحاظ ابعاد صفحه نمایش، تفکیک و اشباع رنگ بر نمایشگرهای دیگر برتری دارند. اگرچه کاهش هزینه های تولید برای افزایش فروش این نمایشگرها در بازار ضروری است.
اسپکتروسکوپی
اسپکتروسکوپی لیزری در اشکال و کاربردهای مختلف انجام می شود. برای مثال ارزیابی فیزیک جو و آلودگی با استفاده از حس کردن مقدار اندکی گاز صورت می پذیرد. این کار با استفاده از تکنولوژی LIDAR جذبی-تفرقی انجام می شود. مواد جامد با روش اسپکتروسکوپی لیزر-القایی تخریبی آنالیز می شوند. اسپکتروسکوپی لیزری نقش مهمی در پزشکی (تشخیص سرطان)، بیولوژی و انواع مختلف تحقیقات پایه و اندازه‌گیری دارد.
سنجش میکروسکوپی
میکروسکوپ های لیزری و چیدمان توموگرافی همدوسی نوری (OCP) تصویرهایی از نمونه های بیولوژیک با تفکیک خیلی بالا و معمولا سه بعدی ایجاد می کنند. در این روش همچنین امکان تصویربرداری عملکردی نیز وجود دارد.
کاربردهای علمی مختلف
خنک سازی لیزری امکان کاهش دمای ابری از اتمها یا یونها را تا دماهای خیلی پایین فراهم می‌کند. این فرآیند کاربردهایی در تحقیقات پایه و همچنین اهداف صنعتی دارد.
پنس و انبرک های نوری برای به دام انداختن و کنترل ذرات کوچک مانند باکتری یا قسمتی از سلول زنده بخصوص در تحقیقات پزشکی و بیولوژیکی به کار برده می شوند.
راهنمای لیزری ستاره‌ها در آزمایشگاههای نجومی همراه با اپتیک تطبیقی برای تصحیح اتمسفری استفاده می شوند. آنها بطور عمده ای حتی در شرایطی که نزدیکی ستاره راهنمای طبیعی امکان پذیر نباشدتفکیک عکس را بالا می برند.
تکنولوژی انرژی
در آینده، سیستمهای توان بالای لیزر نقش مهمی در تولید الکتریسیته خواهندداشت. همجوشی هسته ای القاشده با لیزر به عنوان جایگزینی برای انواع دیگر راکتورهای همجوشی در حال تحقیق است. لیزرهای توان بالا همچنین می توانند در جداسازی ایزوتوپها استفاده شوند.
کاربردهای نظامی
کاربردهای نظامی متنوعی از لیزر وجود دارد. در موارد خیلی کم لیزر به عنوان سلاح استفاده می شود؛ "شمشیر لیزری" که در فیلمها معروف است هنوز عملی نشده است. چند لیزر پرتوان هم اکنون به عنوان سلاح‌های انرژی هدایت شده در جبهه جنگ یا نابود کردن موشکها و مینها در حال توسعه هستند.
در موارد دیگر لیزرها به عنوان هدف یاب لیزری ( مخصوصا نشانگرهای لیزری که اشعه های لیزری مرئی یا غیر مرئی ساطع می‌کنند) یا به عنوان پیشگیری کننده کورکننده ( مستقیما نابود نکردن) عمل می کنند( برای مثال علیه موشکهای ضد هواپیمای حرارت یاب). همچنین امکان کور کردن سربازها به صورت کامل یا موقت با اشعه لیزر است؛ اگرچه کور کردن کامل خلاف قوانین جنگ است.
 
1394/9/7