مشاهده نسخه کامل
: hp722
17-02-2012, 18:58
فـــيـزيـــــك نـــور(Optics)
ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شدهاست.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد و از ياقوت در ان استفاده شدهبود. در سال 1962 پروفسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود وبعدها نوع سوم وچهارم ليزرها که ليزرهای مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند.درسال 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينی شان دو ماهواره خود را در فضاتعقيب کردند, بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط ليزر گسيل میگردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نيز داردبطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورندهفلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.
ليزرها سه قسمت اصلیدارند:
۱-پمپ انرژی يا چشمهانرژی:که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميايی و ياحتی يک ليزر ديگرباشد
۲-ماده پايه وزفعال که نامگذاری ليزر بواسطه ماده فعال صورت ميگيرد
۳-مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی میباشد
طرز کار يک ليزرياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپمارپيچی تخليه است(flash tube) که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پيچيده شده(ruby) کريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينماست.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال يا قوت نور باران می شودو بعضی ازاتمها رادر اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده وبه ترازهای بالاترمی برد.
پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهایبا انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژیپلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کمبر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيلخودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی
مرتب به اتمها فوتون میتاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی-stimulated emission گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر بهحالت پايه خود بر می گرداند.
گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون
اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند وواکنش زنجير وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايندکه توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستاینور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجیبا روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود .
ليزر CO2
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپمهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِفوتون مي شود. اولين نوعِاين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِايمن توسطيك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژيِالكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اينانرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقالِانرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهايانرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.
كاربردهاي ليزر :
تمام نگاري
تمام نگاري ( هولوگرافي) يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداريسه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپالكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اينتكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.
اساس تمام نگاري به اين صورت است كهباريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيدهو عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد ميكند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اينترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. بهعلت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شودحالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهايتداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظرنمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقعحامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.
حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه درمعرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنونبا فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجادمي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كهانگار هنوز هم جسم در آنجاست.
يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازيشده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرفديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي رابراورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي درروي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگامتاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محلنسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند. ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخليرا ضبط كند.
تمام نگاري به عنوان يكتكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترينموفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساستمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيلهاي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شدهاست.
اندازه گيري و بازرسي
خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيدزيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترلابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيزمد نظر قرار مي دهيم
يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيزدر مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمنديليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور وتلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود وهم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام ميشود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معينمي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجهنيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دست آمده است.
از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روشاستفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد . براي مسافتهاي كوتاه تا 50 مترروشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدارشده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافتهاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و ازجسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.
در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسوناستفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيريو يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود درحالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده استبازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند بهطوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري ميشود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنالتداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراينيك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دستدهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرارمي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كردكه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اينروش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.
براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنهاستفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله ازروي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك درميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصلطولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيلشده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظاميدارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصلهبين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكراست.
درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازهگيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعاتمي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نورفرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهدهسيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعتمايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزربراي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.
يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اياست. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شاملليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمولاستفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربهساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهتانتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابرمضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زمانيكه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدارخيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخشتشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجهفركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلافاين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دوباريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازهگيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترينژيروسكوپ هاي معمولي است.
كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعيعبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبطشده است كه مي توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسكويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات بهوسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصلههاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندناستفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يكشيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخلويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكسنبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را بهصورت رقمي ضبط كرد.
كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوريدر كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبهطول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعيتغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافيحاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها رانمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك وفوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگارينيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجودآمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.
آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزرياست. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحهحساس به نور كانوني مي شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظردامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانندسيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يكايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را بهوسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاهدور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي را كه بايد خواندهشود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه راكنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشتاكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحاتروزنامه به كار برده مي شود.
ارتباط نوري
استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيتمهم اشتياق زيادي برانگيخت :
الف)اولينعلت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقالروي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموجبخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده ازيك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.
ب)علت دومطول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواجميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبتبه واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتنيك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اينواقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اينموارد توسعه يافته اند :
الف)ارتباطاتفضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جويمطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :
Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 باآهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاترياست و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طولموج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.
ب)ارتباطاتبين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اينمنظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.
اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقالاز طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه ازسالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورداستفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپياست. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسيبل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيزدر اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتررسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري درارتباطات راه دور نويد مي دهد
سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفتكننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم بهتار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نورسيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرهاتا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفادهشده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعالتركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x ميتوان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شودكه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هستهمركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيتدر ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشترتارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چهممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفادهكرد.
ليزر در فيزيك و شيمي
اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كهدر درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كهاستفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند
رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايشداده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي ازليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيهمرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي باتوان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكانپذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آنتفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمالمي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.
در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجادتغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فونتشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوسرامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه ايدرباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت ودماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين تواناييبراي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شدهاست.
شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر درزيمنه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهايليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصولنهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است
ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شدهاست.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد و از ياقوت در ان استفاده شدهبود. در سال 1962 پروفسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود وبعدها نوع سوم وچهارم ليزرها که ليزرهای مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند.درسال 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينی شان دو ماهواره خود را در فضاتعقيب کردند, بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط ليزر گسيل میگردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نيز داردبطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورندهفلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.
ليزرها سه قسمت اصلیدارند:
۱-پمپ انرژی يا چشمهانرژی:که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميايی و ياحتی يک ليزر ديگرباشد
۲-ماده پايه وزفعال که نامگذاری ليزر بواسطه ماده فعال صورت ميگيرد
۳-مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی میباشد
طرز کار يک ليزرياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپمارپيچی تخليه است(flash tube) که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پيچيده شده(ruby) کريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينماست.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال يا قوت نور باران می شودو بعضی ازاتمها رادر اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده وبه ترازهای بالاترمی برد.
پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهایبا انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژیپلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کمبر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيلخودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی
مرتب به اتمها فوتون میتاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی-stimulated emission گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر بهحالت پايه خود بر می گرداند.
گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون
اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند وواکنش زنجير وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايندکه توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستاینور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجیبا روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود .
ليزر CO2
ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپمهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِفوتون مي شود. اولين نوعِاين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِايمن توسطيك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژيِالكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اينانرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقالِانرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهايانرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.
كاربردهاي ليزر :
تمام نگاري
تمام نگاري ( هولوگرافي) يك تكنيك انقلابي است كه عكسبرداريسه بعدي (يعني كامل ) از يك جسم و يا يك صحنه را ممكن مي كند. اين تكنيك در سال 1948 توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر كرده توان تفكيك ميكروسكوپالكتروني پيشنهاد شد) و به صورت يك پيشنهاد عملي در آمدو اما قابليت واقعي اينتكنيك پس از اختراع ليزر نشان داده شد.
اساس تمام نگاري به اين صورت است كهباريكه ليزر بوسيله آينه كه قسمتي از نور را عبور مي دهد به دو باريكه ( بازتابيدهو عبوري) تقسيم مي شوند. باريكه بازتابيده مستقيما به صفحه حساس به نور برخورد ميكند در حالي كه باريكه عبوري جسمي را كه بايد تمام نگاري شود روشن مي كند. به اينترتيب قسمتي از نوري كه از جسم پراكنده شده هم روي صفحه حساس ( فيلم ) مي افتد. بهعلت همدوس بودن باريكه ها يك نقش تداخلي از تركيب دو باريكه روي صفحه تشكيل مي شودحالا اگر اين فيلم ظاهر شود و تحت بزرگنمايي كافي بررسي شود مي توان اين فريزهايتداخلي را مشاهده كرد. فاصله بين دو فريز تاريك متوالي معمولا حدود 1 ميكرومتر است. اين نقش تداخلي پيچيده است و هنگامي كه صفحه را به وسيله چشم بررسي مي كنيم به نظرنمي رسد كه حامل تصوير مشابه با جسم اوليه باشد اما اين فريزهاي تداخلي در واقعحامل ضبط كاملي از جسم اوليه است.
حال فرض كنيد كه صفحه ظاهر شده را دوباره به محلي كه درمعرض نور قرار داشت بازگردانيم و جسم تحت مطالعه را برداربم باريكه بازتابيده اكنونبا فريزهاي روي صفحه برهمكنش مي كنند و دوباره در پشت صفحه يك باريكه پراشيده ايجادمي كندبنابراين ناظري كه به صفحه نگاه مي كند جسم را در پشت صفحه مي بيند طوري كهانگار هنوز هم جسم در آنجاست.
يكي از جالبترين خصوصيات تمام نگاري اين است كه جسم بازسازيشده رفتار سه بعدي نشان مي دهد بنابراين با حركت دادن چشم از محل تماشا مي توان طرفديگر جسم را مشاهده كرد. توجه كنيد كه براي ضبط تمام نگار بايد سه شرط اصلي رابراورد: الف) درجه همدوسي نور ليزر بايد به اندازه كافي باشد تا فريزهاي تداخلي درروي صفحه تشكيل شود. ب) وضعيت نسبي جسم - صفحه و باريكه ليزر نبايد در هنگامتاباندن نور به صفحه كه حدود چند ثانيه طول مي شكد تغيير كند در واقع تغيير محلنسبي بايد كمتر از نصف طول موج ليزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلي جلوگيري كند. ج) قدرت تفكيك صفحه عكاسي بايد به اندازه كافي زياد باشد تا بتواند فريزهاي تداخليرا ضبط كند.
تمام نگاري به عنوان يكتكنيك ضبط و بازسازي تصوير سه بعدي بيشترينموفقيت را تاكنون در كاربردهاي هنري داشته است تا در كاربردهاي علمي . اما بر اساستمام نگاري از يك تكنيك تداخل سنجي تمام نگاشتي در كاربردهاي علمي به عنوان وسيلهاي براي ضبط و اندازه گيري واكنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدي استفاده شدهاست.
اندازه گيري و بازرسي
خصوصيات جهتمندي درخشايي و تكفامي ليزر باعث كاربردهاي مفيدزيادي براي اندازه گيري و بازرسي در رشته مهندسي سازه و فرايندهاي صنعتي كنترلابزار ماشيني شده است. در اين بخش تعيين فاصله بين دو نقطه و بررسي آلودگي را نيزمد نظر قرار مي دهيم
يكي از معمولترين استفاده هاي صنعتي ليزر هم محور كردن است. براي اينكه يك خط مرجع مستقيم براي هم محور كردن ماشين آلات در ساخت هواپيما و نيزدر مهندسي سازه براي ساخت بناها پلها و يا تونلها داشته باشيم استفاده از جهتمنديليزر سودمند است. در اين زمينه ليزر به خوبي جاي وسايل نوري مانند كليماتور وتلسكوپ را گرفته است. معمولا از يك ليزر هليم - نئون با توان كم استفاده مي شود وهم محور كردن عموما به كمك آشكارسازهاي حالت جامد به شكل ربع دايره اي انجام ميشود. محل برخورد باريكه ليزر روي گيرنده با مقدار جريان نوري روي هر ربع دايره معينمي شود. در نتيجه هم محور شدن بستگي به يك اندازه گيري الكتريكي دارد و در نتيجهنيازي به قضاوت بصري آزمايشگر نيست. در عمل دقت رديف شدن از حدود 5µm تا حدود 25µm به دست آمده است.
از ليزر براي اندازه گيري مسافت هم استفاده شده است. روشاستفاده از ليزر بستگي به بزرگي طول مورد نظر دارد . براي مسافتهاي كوتاه تا 50 مترروشهاي تداخل سنجي به كار گرفته مي شوند كه در آن ها از يك ليزر هليم - نئون پايدارشده فركانسي به عنوان منبع نور استفاده مي شود. براي مسافتهاي متوسط تا حدود 1كيلومتر روشهاي تله متري شامل مدوله سازي دامنه به كار گرفته مي شود. براي مسافتهاي طولاني تر مي توان زمان در راه بودن تپ نوري را كه از ليزر گسيل شده است و ازجسمي بازتابيده مي شود اندازه گيري كرد.
در اندازه گيري تداخل سنجي مسافت از تداخل سنج مايكلسوناستفاده مي شود. باريكه ليزر به وسيله يك تقسيم كننده نور به يك باريكه اندازه گيريو يك باريكه مرجع تقسيم مي شود باريكه مرجع با يك آينه ثابت بازتابيده مي شود درحالي كه باريكه اندازه گيري از آينه اي كه به جسم مورد اندازه گيري متصل شده استبازتاب پيدا مي كند. سپس دو باريكه بازتابيده مجددا با يكديگر تركيب مي شوند بهطوري كه با هم تداخل مي كنند و دامنه تركيبي آن ها با يك آشكار ساز اندازه گيري ميشود. هنگامي كه محل جسم در جهت باريكه به اندازه نصف طول موج ليزر تغيير كند سيگنالتداخل از يك ماكزيموم به يك مينيموم مي رسد و سپس دوباره ماكزيموم مي شود. بنابراينيك سيستم الكترونيكي شمارش فريزها مي تواند اطلاعات مربوط به جابجايي جسم را به دستدهد. اين روش اندازه گيري معمولا در كارگاههاي ماشين تراش دقيق مورد استفاده قرارمي گيرد و امكان اندازه گيري طول با دقت يك در ميليون را مي دهد. بايد يادآوري كردكه در اين روش فقط مي توان فاصله را نسبت به يك مبدا اندازه گيري كرد. برتري اينروش در سرعت دقت و انطباق با سيستم هاي كنترل خودكار است.
براي فاصله هاي بزرگتر از روش تله متري مدوله سازي دامنهاستفاده مي شود و فاصله روي اختلاف فاز بين دو باريكه ليزر مدوله مي شود و فاصله ازروي اختلاف فار بين دو باريكه گسيل شده و بازتابيده معين مي شود. باز هم دقت يك درميليون است. از اين روش در مساحي زمين و نقشه كشي استفاده مي شود. براي فواصلطولاني تر از 1 كيلومتر فاصله با اندازه گيري زمان پرواز يك تپ كوتاه ليزري گسيلشده از ليزر ياقوت و يا ليزر CO2 انجام مي گيرد. اين كاربردها اغلب اهميت نظاميدارند و در بخشي جداگانه بحث خواهد شد كاربردهاي غير نظامي مانند اندازه گيري فاصلهبين ماه و زمين با دقتي حدود 20 سانتي متر و تعيين برد ماهواره ها هم قابل ذكراست.
درجه بالاي تكفامي ليزر امكان استفاده از آن را براي اندازهگيري سرعت مايعات و جامدات به روش سرعت سنجي دوپلري فراهم مي سازد. در مورد مايعاتمي توان باريكه ليزر را به مايع تابانده و سپس نور پراكنده شده از آن را بررسي كرد. چون مايع روان است فركانس نور پراكنده شده به خاطر اثر دوپلر كمي با فركانس نورفرودي تفاوت دارد. اين تغيير فركانس متناسب با سرعت مايع است. بنابراين با مشاهدهسيگنال زنش بين دو پرتو نور پراكنده شده و نور فرودي در يك آشكار ساز مي توان سرعتمايع را اندازه گيري بدون تماس انجام مي شود. و نيز به خاطر تكفامي بالاي نور ليزربراي برد وسيعي از سرعتها خيلي دقيق است.
يكي از سرعت سنجهاي خاص ليزر اندازه گيري سرعت زاويه اياست. وسيله اي كه براي اين منظور طراحي شده است ژيروسكوپ ليزريناميده مي شود و شاملليزري است كه كاواك آن به شكل حلقه اي است كه از سه آينه به جاي دو آينه معمولاستفاده مي شود. اين ليزر مي تواند نوسان مربوط به انتشار نور را هم در جهت عقربهساعت و هم در خلاف آن به دور حلقه تامين كند. فركانسهاي تشديدي مربوط به هر دو جهتانتشار را مي توان با استفاده از اين شرط كه طول تشديد كننده ( حلقه اي ) برابرمضرب صحيحي از طول موج باشد به دست آورد. اگر حلقه در حال چرخش باشد در مدت زمانيكه لازم است نور يك دور كامل بزند زاويه آينه هاي تشديد كننده به اندازه يك مقدارخيلي كوچك ولي محدود حركت خواهد كرد. طول موثر براي باريكه اي در همان جهت چرخشتشديد كننده مي چرخد كمي بيشتر از باريكه اي است كه در جهت عكس مي چرخد. در نتيجهفركانس هاي دو باريكه اي كه در خلاف جهت يكديگر مي چرخند كمي تفاوت دارد و اختلافاين فركانسهاي متناسب با سرعت زاويه اي تشديد كننده است . با ايجاد تپش بين دوباريكه مي توان سرعت زاويه اي را اندازه گيري كرد. ژيروسكوپ ليزري امكان اندازهگيري با دقتي را فراهم مي كند كه قابل مقايسه با دقت پيچيده ترين و گرانترينژيروسكوپ هاي معمولي است.
كاربرد مصرفي ديگر و يا به عبارت بهتر كاربرد مصرفي واقعيعبارت از ديسك ويدئويي و ديسك صوتي است. يك ديسك ويدئو حامل يك برنامه ويدئويي ضبطشده است كه مي توان آن را بر روي دستگاه تلويزيون معمولي نمايش داد. سازندگان ديسكويدئويي اطلاعات را با استفاده از يك سابنده روي آن ضبط مي كنند كه اين اطلاعات بهوسيله ليزر خوانده مي شود. يك روش معمول ضبط شامل برشهاي شياري با طول ها و فاصلههاي مختلف است عمق اين شيارها 4/1 طول موج ليزري است كه از آن در فرايند خواندناستفاده مي شود. در موقع خواندن باريكه ليزر طوري كانوني مي شود كه فقط بر روي يكشيار بيفتد. هنگامي كه شيار در مسير لكه باريكه ليزر واقغ شود بازتاب به خاطر تداخلويرانگر بين نور بازتابيده از ديوارهاي شيار و به آن كاهش پيدا مي كند. به عكسنبودن شيار باعث يك بازتاب قوي مي شود. بدين طريق مي توان اطلاعات تلويزيوني را بهصورت رقمي ضبط كرد.
كاربرد ديگر ليزرها نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوريدر كامپيوترهاست لطف اي حافظه نوري هم در توان دسترسي به چگالي اطلاعات حدود مرتبهطول موج است. تكنيك ضبط عبارت است از ايجاد سوراخ هاي كوچكي در يك ماده مات يا نوعيتغيير خصوصيت عبور و بازتاب ماده زير لايه كه با استفاده از ليزرهاي با توان كافيحاصل مي شود. و حتي مي تواند فيلم عكاسي باشد. اما هيچ يك از اين زير لايه ها رانمي توان پاك كرد. حلقه هاي قابل پاك كردن بر اساس گرما مغناطيسي فروالكتريك وفوتوكروميك ساخته شده اند. همچنين حافظه هاي نوري با استفاده از تكنيك تمام نگارينيز طراحي شده اند. نتيجتا اگر چه از لحاظ فني امكان ساخت حافظه هاي نوري به وجودآمده است ولي ارزش اقتصادي آن ها هنوز جاي بحث دارد.
آخرين كاربردي كه در اين بخش اشاره مي كنيم گرافيك ليزرياست. در اين تكنيك ابتدا باريكه ليزر بوسيله يك سيستم مناسب روبشگر بر روي يك صفحهحساس به نور كانوني مي شود و در حالي كه شدت ليزر به طور همزمان با روبش از نظردامنه مدوله مي شود به طوري كه بتوان آن را بوسيله كامپيوتر توليد كرد.( مانندسيستم هاي چاپ كامپيوتري بدون تماس ) و يا آنها را به صورت سيگنال الكتريكي از يكايستگاه دور دريافت كرد( مانند پست تصويري). در مورد اخير مي توان سيگنال را بهوسيله يك يك سيستم خواننده مناسب با كمك ليزر توليد كرد. وسيله خواندن در ايستگاهدور شامل ليزر با توان كم است كه باريكه كانوني شده آن صفحه اي را كه بايد خواندهشود مي روبد. يك آشكارساز نوري باريكه پراكنده از نواحي تاريك و روشن روي صفحه راكنترل مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. سيستم هاي ليزري رونوشتاكنون به طور وسيعي توسط بسياري از ناشران روزنامه ها براي انتقال رونوشت صفحاتروزنامه به كار برده مي شود.
ارتباط نوري
استفاده از باريكه ليزر براي ارتباط در جو به خاطر دو مزيتمهم اشتياق زيادي برانگيخت :
الف)اولينعلت دسترسي به پهناي نوار نوساني بزرگ ليزر است. زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقالروي يك موج حامل متناسب با پهناي نوار آن است. فركانس موج حامل از ناحيه ميكروموجبخ ناحيه نور مرئي به اندازه 104 برابر افزايش مي يابد و در نتيجه امكان استفاده ازيك پهناي بزرگتر را به ما مي دهد.
ب)علت دومطول موج كوتاه تابش است. چون طول موج ليزر نوعا حدود 104 مرتبه كوچكتر از امواجميكرو موج است با قطر روزنه يكسان D واگرايي امواج نوري به اندازه 104 مرتبه نسبتبه واگرايي امواج ميكرو موج كوچكتر است. بنابراين براي دستيابي به اين واگرايي آنتنيك سيستم اپتيكي مي تواند به مراتب كوچكتر باشد. اما اين دو امتياز مهم با اينواقعيت خنثي مي شوند كه باريكه نوري تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف مي شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضاي باز ( هدايت نشده ) فقط در مورد اينموارد توسعه يافته اند :
الف)ارتباطاتفضايي بين دو ماهواره و يا بين يك ماهواره و يك ايستگاه زميني كه در يك شرايط جويمطلوب قرار گرفته است. ليزرهايي كه در اين مورد استفاده مي شوند عبارتند از :
Nd:YAG ( با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه ) و يا CO2 باآهنگ انتقال 3*108 بيت در ثانيه ). گرچه CO2 نسبت به Nd: YAG داراي بازدهي بالاترياست و لي داراي اين اشكال است كه نياز به سيستم آشكارسازي پيچيده تري دارد و طولموج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج Nd : YAG است.
ب)ارتباطاتبين دو نقطه در يك مسافت كوتاه مثلا انتقال اطلاعات درون يك ساختمان. براي اينمنظور از ليزرهاي نيمرسانا استفاده مي شود.
اما زمينه اصلي مورد توجه در ارتباطات نوري مبتني بر انتقالاز طريق تارهاي نوري است. انتقال هدايت شده نور در تارهاي نوري پديده اي است كه ازسالها پيش شناخته شده است اما تارهاي نوري اوليه فقط در مسافت هاي خيلي كوتاه مورداستفاده قرار مي گرفتند مثلا كاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشكي براي اندوسكوپياست. بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه هاي نوري در حدود 1000 دسيبل بر كيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تكنيكي شيشه و كوارتز باعث تغيير شگفت انگيزدر اين عدد شده است به طوري كه اين تضعيف براي كوارتز به 5/0 دسي بل بر كيلومتررسيده است. اين تضعيف فوق العاده كوچك آينده مهمي را براي كاربرد تارهاي نوري درارتباطات راه دور نويد مي دهد
سيستم ارتباطات تارهاي نوري نوعا شامل يك چشمه نور يك جفتكننده نوري مناسب براي تزريق نور به تارها و درانتها يك فوتوديود است كه باز هم بهتار متصل شده است. تكرار كننده شامل يك گيرنده و يك گسيلنده جديد است. چشمه نورسيستم اغلب ليزرهاي نيمرساناي نا هم پيوندي دوگانه است. اخيرا طول عمر اين ليزرهاتا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا كنون اغلب از ليزر گاليم ارسنيد GaAs استفادهشده است ولي روش بهتر استفاده از ليزرهاي نا هم پيوندي است كه در آنها لايه فعالتركيبي از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه هاي P ,n پيوندگاه از تركيب دوگانه InP تشكيل شده است و با استفاده از تركيب y=2v2x ميتوان ترتيبي داد كه چهار آلياژ چهارگانه شبكه اي كه با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوري تنظيم كرد كه در اطراف µm 3/1 و يا اطراف 6/1 µm واقع شودكه به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار كوارتز هستند. بسته به قطر d هستهمركزي تار ممكن است از نوع تك مدباشد براي آهنگ انتقال متداول فعلي حدود 50 مگابيتدر ثانيه معمولا از تارهاي چند مدي استفاده مي شود. براي آهنگ انتقال هاي بيشترتارهاي تك مدي مناسبتر به نظر مي رسند. گيرنده معمولا يك فوتوديود بهمني است اگر چهممكن است از يك ديود PIN و يك ديود تقويت كننده حالت جامد مناسب نيز استفادهكرد.
ليزر در فيزيك و شيمي
اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كهدر درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كهاستفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند
رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايشداده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي ازليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيهمرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي باتوان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكانپذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آنتفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمالمي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.
در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجادتغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فونتشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوسرامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه ايدرباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن - ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت ودماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين تواناييبراي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شدهاست.
شايد جالبتري كاربرد شيميايي ( دست كم بالقوه ) ليزر درزيمنه فوتو شيمي باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهاي زياد فوتونهايليزري بهره برداري تجاري از فوتوشيمي ليزري تنها هنگامي موجه است كه ارزش محصولنهايي خيلي زياد باشد. يكي از اين موارد جداسازي ايزوتوپها است