تكنولوجيا الليزر: التطبيقات والاستخدام ومعالجة الاتصالات
اقرأ هذه المقالة للتعرف على التطبيقات والاستخدامات ومعالجة الاتصالات لتكنولوجيا الليزر!
الليزر هو اختصار لتضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز. على الرغم من اختراع التكنولوجيا الأساسية في عام 1960 ، فقد شهد الليزر تطوراً كبيراً منذ ذلك الحين. في الأصل كان الليزر يستخدم بلورات الياقوت ولم يكن شديد القوة. مع مرور الوقت ، تم تطوير العديد من أنواع الليزر باستخدام مواد مختلفة تنتج ضوء الليزر.
الصورة مجاملة: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Military_laser_experiment.jpg/1024px-Military_laser_experiment.jpg
ومع ذلك ، سواء كانت الليزرات المصنوعة من الياقوت أو ليزر الغاز أو الليزر السائل أو ليزر أشباه الموصلات ، فإن المبدأ الأساسي هو نفسه: الإنبعاث المحفّز ، الذي ينتج عن الفوتون الذي يواجه ذرة في الحالة المثارة ويجبرها على إصدار فوتون آخر بنفس التردد في نفس الاتجاه.
هذان الفوتونان يدفعان المزيد من الفوتونات ويحدث الانبعاث المحفز. جعلت أشباه الموصلات التي هي في صميم أشعة الليزر الجديدة أدوات ممكنة مثل القرص المدمج. أنتجت ليزر الصمام الثنائي السابق الضوء عن طريق إرسال التيار عبر زرنيخيد ال gallاليوم.
لقد توصل العلماء في الآونة الأخيرة إلى أشعة ليزر تستخدم زرنيخيد الغاليوم مع طبقات رقيقة من زرنيخيد الألومنيوم الغاليوم تخلق منطقة تسمى البئر الكمومي بين الطبقات. في هذه المنطقة تكون الإلكترونات معبأة بإحكام بحيث يستخدم الجهاز طاقة أقل لإصدار الضوء.
إن ليزر "البئر الكمي" فعال للغاية في تحويل الكهرباء إلى ضوء ، وبالتالي توليد حرارة أقل. هذا ، بدوره ، يمكن تشغيل البطارية بالطاقة. في أنظمة الاتصالات ، يمكنهم مضاعفة عدد المكالمات الهاتفية بعيدة المدى التي يمكن توصيلها على ألياف بصرية واحدة.
ضوء الليزر أحادي اللون ، على سبيل المثال ، شعاع ليزر أحمر له ضوء أحمر فقط ؛ هو متماسك للغاية ، أي الضوء من الليزر اتجاهي للغاية ؛ ويمكن أن تنتقل عبر مسافات كبيرة دون أن تنتشر. السطوع العالي لليزر هو نتيجة التماسك المكاني.
كثافة ضوء الليزر عند التركيز مرتفعة للغاية وتصبح استجابة المادة غير خطية. ينتج الليزر نبضات قصيرة من الضوء ومن الممكن الحصول على نبضات nanosec من عدة أشعة ليزر. بواسطة طريقة قفل يمكن عرض عرض النبضات أقصر - لبضع مئات فيمتوسيك (1 فيمتوسيك = 10-10 ثانية).
التطبيقات:
بسبب خصائصها الفريدة ، يجد الليزر التطبيق في مختلف المجالات. تتم مناقشة بعض التطبيقات الهامة من الليزر هنا.
العلوم الأساسية:
تم إجراء الثورة في مجال التحليل الطيفي عن طريق الليزر بسبب توافر إشعاع عرض خط ضيق وضيق. في قياس طيف الامتصاص هذه مفيدة في الكشف عن خطوط الامتصاص الضعيفة. هناك العديد من التقنيات للكشف عن أطياف الامتصاص الضعيف ، مثل التحليل الطيفي البصري السمعي ، التحليل الطيفي تأين multiphoton ، إلخ.
هناك أيضًا تقنيات طيفية غير خطية مثل مطيافية امتصاص الفوتونين. قلل الليزر الوقت اللازم لتسجيل Raman Spectrum من ساعة إلى دقائق. الليزر الأكثر استخدامًا هو ليزر الأرجون الأيون من أجل مطيافية رامان.
في الكيمياء ، يجد الليزر استخدامًا كأداة تشخيصية وكوسيلة للتحريض على التفاعلات الكيميائية. كما أنه يساعد في فصل نظائر عنصر. الليزر المستخدمة عموما في التطبيقات الكيميائية هي ليزر الصبغ ، ليزر excimer ، ليزر ثاني أكسيد الكربون و Nd: YAG ليزرات.
صناعة:
يكتشف الليزر إمكانية تطبيق رائعة في الصناعة أيضًا. في الوقت الحاضر يتم استخدام الليزر بشكل روتيني للمسح ، لمعالجة المواد مثل اللحام ، القطع ، التزجيج ، صناعة السبائك ، الكسوة ، للاختبارات غير المدمرة ، إلخ. يتم استخدامه في محاذاة الهياكل مثل الجسور ، المباني الكبيرة ، الأنفاق ، الأنابيب ، المناجم ، الخ .
لقد استبدل الليزر تماما تقنيات الحفر التقليدية لحفر الثقوب في الماس ، وذلك لصنع قوالب رسم القوس ، والأحجار الكريمة ، وريش التوربينات للمحركات النفاثة ؛ تستخدم على نطاق واسع لقطع المعادن ، السيراميك ، البلاستيك ، الكرتون ، القماش ، إلخ.
يعمل التلدين بالليزر للخلايا الشمسية على تحسين أدائها. يمكن استخدام الليزر للكتابة مباشرة على رقاقات السليكون ، والأنماط اللازمة لصنع الدوائر المتكاملة.
يتم استخدام الليزر على نطاق واسع لوضع علامات على البلاستيك والمنتجات المعدنية ، وما إلى ذلك. وتستخدم الماسحات الضوئية ليزر لقراءة رموز شريط على السلع الاستهلاكية في المحلات التجارية ، لفحص مكونات الدقة في ورش العمل ، لتحديد السلع عربات في قطار متحرك وقراءة النصوص والوثائق الأخرى . طابعات الليزر سريعة وذات جودة عالية. يتم استخدام الليزر للمعالجة الحرارية للأسطح.
دفاع:
في أشعة الليزر المودم تجد فائدة كبيرة في أنظمة الأسلحة للعثور على الدبابات والمدافع ، وقياس بدقة مدى الأهداف ، وبالتالي إعطاء القدرة على أول ضربة.
يساعد ليزر Ye-Ne في محاكاة إطلاق مسدسات البندقية أثناء تدريب الجنود ، كما يحسن هدف البنادق.
الطاقة النووية:
يعد فصل النظائر بالليزر الطريقة الأكثر اقتصادا لإثراء اليورانيوم الطبيعي.
كما يلعب الليزر دورًا حاسمًا في البحث عن طريقة قابلة للحياة في اصطياد قوة الاندماج.
أدوية:
يستفيد الليزر من الاستخدام في جميع مجالات الطب تقريبًا. شعاع الليزر ذو الطاقة العالية ذو الكثافة العالية مناسب لقطع الأنسجة وبالتالي أداة جراحية كبيرة يمكن أن تحل محل المشرط التقليدي. المزايا هي أن استخدام أشعة الليزر: (1) يمنع النزيف ، (2) يقلل من احتمال الإصابة ، و (ج) أقل الضرر للخلايا المجاورة.
يتم استخدام الليزر بشكل روتيني لتزوير الشبكية المنفصلة إلى المشيمية. الحالات الخطيرة الأخرى في العين والتي يتم علاجها هي إعادة التأهيل السكري ، الضمور البقعي والنزيف. لعلاج هذه الأمراض يتم استخدام ليزر الأرجون أو كريبتون أيون.
الجلوكوما هو مرض يصيب العين حيث يزداد الضغط داخل مقلة العين ، مما يؤدي إلى تلف شبكية العين ، وفي النهاية يؤدي إلى العمى. للتغلب على هذا الضغط وإنقاذ البصر ، يتم حفر ثقب صغير في العين باستخدام الليزر Nd: YAG. كما يستخدم الليزر لتصحيح شكل العدسة ، على سبيل المثال ، قصر النظر من خلال إجراء يسمى بضع القرنية الشعاعية.
لقد كانت دقة الجراحة بالليزر ميزة رئيسية للعمليات الدقيقة مثل جراحة القلب والتدخل العصبي. باستخدام endosope الألياف البصرية مع الليزر ، فمن الممكن الآن لإخماد القرحة النزفية دون إجراء أي فتحة في الجسم.
مثال آخر هو علاج انسداد الشرايين الموردة للدم إلى القلب ، وهي حالة تؤدي إلى احتشاء عضلة القلب. وكان العلاج حتى الآن هو تحويلة الشريان المسدود بآخر مأخوذ من جزء آخر من الجسم ، وهو إجراء يُعرف باسم جراحة الممر الجانبي.
يستخدم العلاج الإشعاعي الصورة لعلاج السرطان. يمتلك مشتق هيماتوبروفرين (Hpd) ، وهو صبغة ، خاصية مهاجمة الخلايا السرطانية بشكل انتقائي. عندما يتم تشعيع أشعة الليزر المكثفة من ليزر الذهب بالذهب ، يتحلل جزيء Hpd ، ويطلق الأكسجين القرد الذي يقتل الخلايا والأنسجة السرطانية.
يتم استخدام الليزر بفعالية في علاج المرارة وحصى الكلى.
الاتصال والمعالجة وتخزين البيانات:
وكان العيب الرئيسي للخط الكامل للاتصالات الخفيفة قابليتهم للأحوال الجوية. كورننغ في عام 1974 أنتجت ألياف ضوئية منخفضة الخسارة من مواد عالية النقاء. الآن هناك تقدم ملحوظ في تقنيات ليزر الألياف الضوئية وأشباه الموصلات.
بالإضافة إلى نقل البيانات ، تعد معالجة المعلومات البصرية والحواسيب الضوئية من القضايا ذات الصلة. تُستخدم معالجة المعلومات البصرية لتحديد هوية بصمات الأصابع ، ومعالجة الصور التي التقطتها الأقمار الصناعية والطائرات العالية التحليق ، الخ. توفر الحواسيب البصرية ، المبنية على جهاز ثنائي الاستقرار الثنائي ، زيادة متعددة في سرعة الحوسبة فضلاً عن قدرة الحوسبة المتوازية.
تخزين البيانات هو مجال آخر يمكن فيه زيادة كثافة التخزين باستخدام الطرق البصرية. عادةً ما يكون وسيط التخزين عبارة عن طبقة رقيقة من المعدن الذي يتم تعديل خصائصه البصرية ، مثل الانعكاسية ، عند إضاءته باستخدام ليزر "WRITE" قوي. يقرأ الليزر "READ" ذو الطاقة المنخفضة التغيير في الخاصية البصرية مثل المعلومات المطلوبة.
يستغرق أقل من واحد ميكرون مربع لتسجيل واحد من المعلومات. تستخدم أقراص الفيديو الليزرية (LVD) على نطاق واسع كمصدر للترفيه. على الرغم من أن قرص تخزين البيانات الضوئية الليزري يمتلك سعة تخزين عالية على القرص المغناطيسي إلا أنه لا يمكن محو المعلومات المكتوبة من قرص البيانات الضوئية.
في ضوء قرص مضغوط (CD) يستخدم الليزر للقراءة بدلاً من الإبرة ، لذلك يمكن جعل الأخاديد دقيقة (حتى عشرة ملايين من المتر). تتحقق الدقة الفائقة لأن كمية المعلومات المخزنة يمكن أن تكون كبيرة جدًا. يقرأ ليزر أشباه الموصلات القرص المضغوط عن طريق إطفاء الضوء من القرص ومعالجته إلكترونياً.
تمكننا الأقراص المضغوطة من تخزين موسوعاتها على أقراص واحدة. تعمل أجهزة ذاكرة الكمبيوتر التقليدية على أساس التسجيل المغنطيسي وقراءة البيانات ، ولكن الأقراص البصرية تتميز بمتانة أكبر للتخزين وسرعة الوصول لاسترجاع البيانات.
تكنولوجيا الليزر بالهند:
تم الاعتراف بأهمية الليزر بشكل جيد من قبل المجتمع العلمي في الهند في العديد من المؤسسات في وقت مبكر من منتصف الستينات. في عام 1964 في Bhabha مركز البحوث الذرية (BARC) تم تصنيع ليزر أشباه الموصلات زرنيخيد الغاليوم الأول. تم استخدام هذا الليزر في 1965-1966 لإنشاء رابط اتصال ضوئي بين BARC ومعهد Tata للأبحاث الأساسية (TIFR).
المختبر الذي لديه أكبر جهد لتطوير تكنولوجيا الليزر في الهند هو BARC. طورت BARC ليزر 50 ميجا واط من أجل مطيافية رامان. كما عملت على تطوير العديد من ليزر C0 2 . كما طور BARC ليزر الحالة الصلبة وهي Nd: YAG ، ليزر الياقوت ، ليزر زجاج Na.
خطط مركز التكنولوجيا المتقدمة (CAT) لبرنامجًا موسعًا حول تطوير وهندسة الليزر. كما اقترح أيضًا إجراء إنتاج محدود لأجهزة الليزر والليزر. وقد اتخذت CAT إنتاج 10W CVL.
طوّرت منظمة البحث والتطوير الدفاعية (DRDO) أجهزة قياس المدى الليزري للخزانات التي تستخدم تبديل ليزر Nd: زجاج. تقوم شركة DRDO بتطوير أجهزة الليزر وأشباه الموصلات. لديها مرافق ممتازة لتنمو البلورات عن طريق عدة تقنيات ونجحت في زراعة بلورات النيوديوم: YAG و Ca كبلورات.
تعمل شركات IIT المختلفة في مجال تطوير الليزر ، وكذلك المختبر الفيزيائي الوطني (NPL) والمعهد الهندي للعلوم.
قاعدة الأبحاث في الهند جيدة ، ولكن البحث في الليزر لم يتم استغلاله بشكل كافٍ للميزة التكنولوجية والتجارية من خلال المبادرات السياسية حتى وقت قريب. وقد تم بذل بعض الجهود لتصحيح الوضع من خلال صياغة البرنامج الوطني للليزر ، واستراتيجية مشتركة بين إدارة العلوم والتكنولوجيا (DST) ، وإدارة الطاقة الذرية (DAE) ، وإدارة الإلكترونيات من الخطة الثامنة فصاعدًا.
وكان الهدف من البرنامج الوطني للليزر هو تطوير أجهزة ليزر محلية ومعدات تعمل بالليزر بتكاليف أقل بكثير ، مما سيحل محل استيراد معدات الليزر والبلورات المنتجة بالليزر والمعدات ذات الصلة. تم اختيار مركز كريستال للنمو في جامعة آنا ، تشيناي لإنتاج بلورات لإنتاج الليزر.
طورت المنظمة المركزية للأجهزة العلمية (CSIO) ، التي تعمل في مجال التكنولوجيا الثلاثية الأبعاد ، مجموعة متنوعة من الصور ثلاثية الأبعاد لتطبيقات مختلفة.
التكنولوجيا الثلاثية الأبعاد هي علم إنشاء صور ثلاثية الأبعاد تعتبر بدائل مثالية للأصل. على عكس الصورة التقليدية ، فإن الصورة الثلاثية الأبعاد ، التي تم إنشاؤها بمساعدة ضوء الليزر ، هي سجل مخلص وكامل للعنصر الأصلي في ثلاثة أبعاد.
يبدو وكأنه قطعة عادية من الزجاج ، ولكن عند تشغيل الضوء على الصورة ، تظهر نسخة طبق الأصل من النسخة الأصلية بالكامل. المستفيدون المحتملون من هذه التكنولوجيا هم صائغو المجوهرات ، ومصنعو التحف ، والمتاحف ، ووكالات الأمن والإعلان. لا يحتاج الجواهريون إلى المخاطرة بالسرقة عن طريق عرض زخرفة أصلية على نوافذ المتاجر الخاصة بهم. يمكنهم استبدالهم بالهولوغرام.
