توليد ليزر
اهداف آموزشي
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي – دانش
- «دانش امور جزوي» > «دانش واقعيت‌هاي مشخص»
- «دانش راه‌ها و وسايل برخورد با امور جزوي» > «دانش روال‌ها و توالي‌ها
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
- «فهميدن» > «ترجمه» > «درون‌يابي»
- «فهميدن» > «ترجمه» > «كاربستن»
- « فهميدن» > «ترجمه» > «تركيب» > «توليد يك اثر منحصر به فرد»
اهداف آموزشي در حوزه‌ي عاطفي
- «دريافت كردن (توجه)» > «آگاهي»
نتايج مورد نظر
- آشنايي با توليد
- شناخت ليزر
- مفهوم حالت‌هاي برانگيخته‌ي اتم
محتواي آموزشي
- فيزيك اتمي و مولكولي
- حالت هاي برانگيخته‌ي كوانتمي
- اصل بقاي انرژي
نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد:
|  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.
|
| 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. |
| 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.
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.
|
شكل 1 - محيط غير ليزري. |
|
شكل 2 - لوله‌ي فلاش روشن مي‌شود و نور را به‌سمت ميلهي
ياقوت گسيل مي‌كند. نور اتم‌هاي ميلهي ياقوت را برانگيخته مي‌كند. |
|
شكل 3 - تعدادي از اين اتم‌ها فوتون گسيل مي‌كنند. |
|
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. |
|
شكل 5 - نور تك فام، تك فاز ميله را از طريق آينه‌ي نيمه نقره‌اي آزاد مي‌كند
... نور ليزر! |
در زنگ تفريح بعدي به انواع ليزرها خواهيم پرداخت...