مقدمه:

بدون شك ليزر يكي از برجسته‌ترين ابزار علمي و فني قرن بيستم بشمار مي‌آيد . پيشرفت سريع تكنولوژي ليزر از سال 1960 ميلادي ، هنگامي كه اولين ليزر با موفقيت تهيه شد ، شروع گرديد . ليزر امروزه در زمينه‌هاي گوناگون از قبيل بيولوژي ، پزشكي ، مدارهاي كامپيوتر ، ارتباطات ، سيستم‌هاي اداري ، صنعت ، اندازه‌گيري در زمينه‌هاي مختلف و … بكار برده مي‌شود . ليزر يك منبع نور خاص است و بطور كلي با نور لامپهاي معمولي ، چراغ برق ، نور فلورسانت و غيره تفاوت فاحش دارد و در مقايسه با ساير منابع نور : در رده‌اي با مشخصات فوق‌العاده نوري قرار دارد . اين مطلب با عنوان اينكه نور ليزر از همدوستي (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بيان مي‌شود . ليزر را مي‌توان در مقايسه با ساير مولد‌هاي نوري كه فقط نور را منتشر مي‌كنند ، يك فرستنده نوري پنداشت . تا قبل از ظهور ليزر محدوده فركانس امواج راديوئي و محدوده نوري از نقطه‌ نظر همدوستي با يكديگر اختلاف داشتند . در فيزيك راديوئي بطور گسترده‌اي امواج همدوس مورد استفاده قرار مي‌گيرند و اين در حالي است كه امواج نوري (اپتيكي) غير همدوس نيز در اختيار است . در گذشته كتب درسي تنها مكاني بود كه امواج ليزري مورد بحث قرار مي‌گرفت . اين امواج هنگامي واقعيت پيدا كردند كه ليزر اختراع گرديد . دانش مربوط به ليزر در حقيقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه اين رشته از دانش فيزيك در حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تكامل است . معذالك نمودهاي نوظهور آن در معرض كاربردهاي جالب قرار گرفته‌اند . آنچه در اين تحقيق مورد بحث قرار مي‌گيرد كاربردهاي ليزر و ليزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري و قوانين بين‌الملل در مورد اين تكنولوژي برتر مي‌باشد .

بسوي ليزر:

فكر ساختن وسيله‌اي كه نور همدوس توليد كند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . در سال 1985 فيزيكدان مشهور آمريكايي چالز تاونز راه اين كار را پيدا كرد . دو سال بعد دانشمند ديگر آمريكايي ، تئودور مايمن به نظريه تاونز جامه عمل پوشاند و اولين ليزر را با بلوري از ياقوت مصنوعي ساخت اين دو بعداً به دريافت جايزه نوبل نايل آمدند . يك ليزر ياقوتي ساده از سه بخش تشكيل مي‌شود : استوانه‌اي از ياقوت مصنوعي ، يك چشمه نور ـ مثلاً يك لامپ گزنون كه مانند لامپ نئون كار مي‌كند . ( گزنون و زنون هر دو از گازهاي بي‌اثرند يعني اتمهايشان با اتمهاي ديگر مولكول نمي‌سازد . ) ـ و يك بازتابنده كه نور را از لامپ گزنون به ياقوت هدايت مي‌كند استوانه ياقوتي ، بخش اصلي دستگاه است . قطر آن در حدود 7 ميليمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صيقل خورده و نقره اندود شده است تا آينه كاملي باشد . قاعده ديگر نيز نقره اندود است ولي نه كاملاً به طوري كه مي‌تواند قسمتي از نور را از خود عبور دهد . ياقوت بلور اكسيد آلومينيوم است كه در آن تعداد نسبتاً كمي اتم كروم معلق است . اتمهاي كروم از طريق گسيل القايي ، كوانتوم نور توليد مي‌كنند ، اتمهاي اكسيژن و آلومينيم كه بقيه بلور را تشكيل مي‌دهند فقط اتمهاي كروم را در جايشان نگه مي‌دارند. اتمهاي كروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زيادي الكترون در مدارهايشان دارد . در اين جا فقط الكتروني مورد توجه ماست كه بيش از ديگران برانگيخته مي‌شود . لازم به ذكر است واژه ليزر از حروف اول (( تقويت نور بوسيله گسيل برانگيخته تابش )) در زبان انگليسي گرفته شده كه آن را مي‌توان توسعه “maser” تقويت ميكروويو بوسيله گسيل برانگيخته تابش در محدوده فوتوني طيف امواج الكترومغناطيسي دانست . در سال 1917 اينشتين براي اولين بار وجود دو فرايند براي گسيل تابش را بصورت زير پيشگويي كرد . 1 . گسيل خودبخود spantaneous 2 . گسيل برانگيخته stimulated دانشمنداني همانند townes و schawlow در امريكا و basov و prochror از روسيه قديم امكان استفاده از روش دوم (گسيل برانگيخته) را براي يك طراحي نور همدوس كشف كردند . در سال 1958 ميلادي مي‌من ( muiman ) اولين ليزر ياقوت سرخ ruby را به نمايش گذاشت . در سال 1960 ميلادي علي ج.ان در امريكا اولين ليزر گازي He_Ne را ساخت و از آن به بعد ليزرهاي گوناگون بمانند گازي ، مايعات ، مواد شيميايي ، جامدات و تهيه رساناها با قابليت‌هاي متفاوت و ويژگيهاي گوناگون براي كاربردهاي مختلف ساخته و بكار گرفته شد .

سرگذشت ليزر:

شاولو وتاونزدريافتند كه بسياري ازكريستالها بويژه نمكهاي خاكهاي كمياب مانند نئوديميوم ويژگيهاي طيفي وفلئورسانس دارند كه ممكن است محيط مناسبي براي ليزرباشند همچنين ايشان پي بردند كه خصوصيات خطهاي طيفي اين مواد اميدواركننده مي نمايند زيرا خطها بسيارتيزند وداراي عمرتشعشعي نسبتا درازي هستند به اين معني كه درگذرآنها الكترونهايي كه خطهاي طيفي را به وجود آورد ه اند پس ازتحريك شدن زمان نسبتا درازي طول مي كشد تا به حالت نخستين خود برسند اين خاصيت براي عمل ليزري ضرورت دارد . ياقوت اين گوهرگرانبها كه قبلا فقط به عنوان زيورمورد استفاده قرارمي گرفت چند كاربرد آزمايشگاهي نيز يافت كه مهمترين آنها فعاليت درميزرحالت جامد بود. درواخر1959 واوائل 1960 دكترتي . اچ . مي مان دانشمندي كه درآزمايشگاههاي پژوهشي هيوز سرگرم كاربودمشاهده ي خود را براي اولين بارگزارش داد: دسته ي معيني ازالكترونهاي ياقوت درتراز خود براثرتحريك نوري وآشكارسازي جذب نوري بين دوحالت تحريك شده دراين كريستال تغييرمي كند. ميزر تشعشع همدوس مي گسيلد دويا چند منبع موج هنگامي همدوس گفته مي شوند كه اختلاف فازبين دونقطه ازاين دومنبع هميشه ثابت بماند. اين تعريف براي موجهاي با فركانس يكسان است اما مي تواند درباره ي موجهاي با فركانس متفاوت نيزبه كاررود به شرط آنكه موج ها يكسان باشند.اين قسمت ازهمدوسي(( همدوسي زماني)) موج ناميد ه مي شود. مد ديگري ازهمدوسي ممكن است درجهتهاي عمود برجهت پخش وجود داشته باشد اين ((همدوسي جانبي )) ناميده مي شود. اهميت خصوصيات ضروري همدوسي جانبي براي قابليت استفاده ي موجهاي همدوس بيشتراست. درليزرتشعشع نتيجه ي گسيلش خود بخود گذرهاي اتمي است. چنانكه قبلا مشاهده كرديم تشعشع گسيليده به وسيله ي ليزرهمدوس است .اين خاصيت يكي ازبرجسته ترين جنبه هاي آن است .همدوسي آن اجازه را مي دهد كه ازآْن چنانكه بعدا اشاره خواهد شد به عنوان يك دستگاه مخابراتي براي حمل اطلاعات استفاده شود. ونيزنورهمدوس را طوري مي توان ميزان كردكه حداكثرتمركز انرژي حاصل شود. شاهكاري كه بانورناهمدوس به علت محدويتهاي بنيادي كه شرايط هندسي رجهاي موجي نورايجاد مي كند ناممكن است .

اجزاي اصلي در يك ليزر :

محيط فعال (active medium) : محيط فعال مجموعه‌اي از اتم‌ها و مولكول‌ها ، با يونها در حالت جامد ، مايع يا گازي است كه همانند تقويت‌كننده عمل مي‌كند . منبع تحريك :وسيله‌اي براي ايجاد شرايط لازم جهت گسيل ليزري كه اين شرايط اساسي را وارونگي جمعيت (inrerted population) مي‌نامند و ممكن است منبع تحريك نوراني و يا الكتريكي و … باشد . مثلاً در ياقوت قرمز اين منبع از يك لامپ فلاش و در ليزر He - Ne پتانسيل الكتريكي در حدود چند هزار ولت است . اگر در محيط فعال چگونگي تقويت يا تضعيف را بررسي كنيم خواهيم ديد كه شدت تحريك I با وارونگي جمعيت وابستگي كمي دارند .

اصول كار ليزر:

محيط فعال و عناصر ديگر در داخل مشدد نوري قرار دارند . مشدد محور نور در ليزر را تعيين و نور ساطع شده در امتداد محور تابش مي‌كند . بايد توجه داشت كه يك ليزر مي‌تواند نور را در يك يا دو امتداد مخالف در امتداد محور نوري ساطع كند . ماشه تحريك يك ليزر بوسيله سيستم پمپاز شروع بكار مي‌نمايد . كار اين سيستم تحريكي عناصر فعال است كه در اثر آن جمعيت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌كننده ايجاد مي‌گردد . مشدد نور (همراه با عناصر) اضافي عمل گزينش را بر روي حالات فوتوني تدارك مي‌بينند . در نتيجه ، يك تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش ليزر در امتداد محور حاصل مي‌شود . محيط‌هاي فعال و روش‌هاي تحريك : مواد فعال زير در ليزرها بكار برده مي‌شوند : گازها و يا مخلوطي از گازها (ليزرهاي گازي) بلورها و شيشه‌هاي ممزوج با يونهاي مخصوص (ليزرهاي جامد) مايعات (ليزرهاي مايع) نيمه‌هادي‌ها)ليزرهاي نيمه‌هادي(

كاربردهاي ليزر :

در نظر اول فهم اين نكته مشكل است كه چرا با نور ليزر مي‌توان يك تيغه را سوراخ كرد ولي با نور معمولي ، مثلاً نور يك لامپ الكتريكي ـ هر قدر هم قوي باشد اين كار ميسر نيست . اين سئوال سه جواب دارد : اولاً نور لامپ ناهمدوس است يعني فوتونهاي لامپ همفاز نيستند و با مختصري اختلاف زماني به هدف مي‌رسند ، در حالي كه فوتونهاي تابه ليزري ، همه دقيقاً با هم حركت مي‌كنند و درست در يك نقطه به هدف مي‌رسند . دليل دوم اين كه نور از چشمه‌هاي ديگر كوبنده‌تر است ، اين است كه تابه نور معمولي فقط از يك طول موج معين تشكيل شده است بلكه شامل طيف نسبتاً وسيعي از طول موج‌هاست . اين مطلب ، دليل سوم را نيز در بر مي‌گيرد : نور معمولي بر خلاف نور ليزر به شكل تابه‌اي باريك و موازي توليد نمي‌شود ، بلكه راستاهاي مختلف را اختيار مي‌كند .

نور ليزر براي روشنايي :

ليزرهاي حالت جامد و ليزرهاي تزريقي درخشهاي كوتاه بسيار روشني توليد مي‌كند كه براي عكسبرداري بسيار سريع ، ايده‌آل است . ما در عصري هستيم كه سالانه ميليونها پوند صرف ساختن هوانوردهاي سريع ـ اعم از موشك‌هاي بالستيكي ، قاره‌پيما يا هواپيما مي‌شود . بايد دانست كه سرعتهاي زياد چه بر سر اجسام متحرك مي‌آيد و يكي از بهترين راههاي اين كار عكسبرداري از جسم در حال حركت است . سرعت بعضي از پرتابه‌ها بقدري زياد است كه اغلب چندين كيلومتر در ثانيه كه حتي عكسي كه به كمك سريعترين فلاشهاي متداول از آنها گرفته مي‌شود ، چيزي جز تصويري محو نيست . از آنجايي كه حتي سريعترين پرتابه‌ها هم در اين مدت فاصله بسيار كمي را خواهند پيمود ، عكسي كه با درخشش ليزري از اجسام تيز پرواز گرفته مي‌شود ، واضح و دقيق خواهد بود . ارتش آمريكا سرگرم آزمايش با تلويزيون ليزري براي استفاده در گشتهاي شبانه مخفي با هواپيماست و طراحان نظامي درصدد ساختن كلاهك بمب‌هايي هستند كه هدف را با استفاده از پرتو ليزري نامرئي مادون قرمز پيدا كنند .

استفاده از ليزر در فاصله‌يابي :

يافتن فاصله هدف مورد نظر از مشكلات دائمي توپچيها و ضدهوايي‌ها بوده است . فاصله‌ياب ليزري ، اساساً از يك ليزر ، يك منبع توان ، يك سلول فتوالكتريك و يك كامپيوتر رقمي كوچك تشكيل مي‌شود . پرتويي كه ليزر مي‌فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابيده مي‌شود و وارد سلول فتوالكتريك مي‌گردد . از روي زمان رفت‌وبرگشت فاصله هدف ، توسط كامپيوتر محاسبه و بر حسب هر واحدي كه بخواهد ثبت مي‌شود . نوعي فاصله‌ياب ليزري كه براي ناتو ساخته شده ، به اندازه يك تفنگ نسبتاً بزرگي است كه منبع توان و كامپيوتر آن را مي‌توان در بسته‌اي روي پشت حمل كرد . فاصله‌يابهاي ليزري تا مسافت 11 km را با دقتي حدود 5/4 متر تعيين كرده‌اند

اندازه گيري بوسيله ي ليزر:

امروزه مردم درامريكا وبيشتركشورهاي اروپايي غربي هرچند كيلومتردرمسيرخود ناظرگنبدهاي عظيم را دارهاي رديابي نظامي برفراز تپه ها كه بدون توقف مراقب موشكها يا هواپيماهاي ناشناس يا رادارهاي پنهاني ( گاهگاهي درنزديكي شهرعلامت رادارديده مي شود) كه بوسيله پليس براي رديابي ومشخص كردن راننده هايي كه سرعت اضافي دارند هستند. وظيفه هاي راداررا مي توان به طورجامع به سه زمينه طبقه بندي كرد:
1- جستجوي هدف زميني يا هوايي كه استفاده ازراداربسيارشبيه نورافكن است وبخشهايي اززمين را روشن مي كند موج راداركه به سوي گيرنده دريك هواپيما يا يك برج بازتابيده شده يك پرتو افكني كلي رادارمي تواند بخشهاي وسيعي ازآسمان را به منظورهاي راهبري تعيين هويت وكنترل ترافيك هوايي بپوشاند.
2- فاصله ي يك نقطه ازناظررا مي توان به دست آورد دراين مورد راداربه عنوان يك دستگاه اندازه گيري نسبتا دقيق به كاربرده مي شود .نقشه بردارها وزمينفيزيكدانها دستگاههاي كوچك رادار را براي مشخص كردن فاصله يا نقطه ها ي غيرقابل دسترسي روي زمين جهت اندازه گيري ومنظورهاي مربوطه به كا ربرده اند. تاكنون مورد بسياروسيع دراين زمينه تراگسيل نوسانهاي راداري خيلي نيرومند ( صدها ميليون وات ) تا فاصله اي به دوري سياره ي زهره بوده وسيگنال بازگشتي بوسيله ي يك گيرنده ي ثابت زميني دريافت شده است . اين آزمايش صحيح ترين اندازه ي فاصله ي زهره اززمين را درزمان معين دراختيارگذارده .
3- متداولترين بهره برداريهاي راداردرزمينه ي به اصطلاح دوپلر است كه نه فقط محل هدف بلكه ميزان تغييرمحل ( سرعت با شتاب ) آن را نيز تعيين مي كند . كاربرد رادار(( دوپلر)) براي اندازه گيري تغيير درمحل يك هدف دربرنامه هاي فضايي وموشكي اهميت دارد. دراينجا سرعت وشتاب موشك با سفينه ي فضايي از پايگاه اصلي يا يك ايستگاه كنترل بايد بسيار صحيح تعيين شود .نه فقط براي راهبري موشك يا سفينه ي فضايي به سوي مقصد آن بلكه آشكارساختن انحراف ازمسيرتعيين شده ي پروازودرصورت لزوم انهدام تا ازسقوط آن ميان منطقه ي پرجمعيت جلوگيري به عمل آيد. رادار ليزري براصل فرستادن يك تابه ي ليزر به سوي هدف وتوجه به زمان بازگشت آن درزماني كه به درون يك تلسكوپ درايستگاه گيرنده بازتابيده مي شود متكي است . سيستم رادار ليزري درفضا مؤثرتراست زيرا درفضا برخلاف جو چيزي وجود نداردتا سيگنال را بتنكد وبراي آن ايجاد مزاحمت كند. تا كنون امتيازهاي برجسته اي براي عمليات رادار ليزري زميني يافت نشده به جزدرموارد بسيار استثينايي صافي جو بسياري ازدانشمندان وشركتها كه درزمينه ي تكنولوژي فضايي فعاليت دارند رادار ليزررا دركاربردهاي فضايي مانند مسافت يابي – مخابره ي بين دوسفينه – نزديك شدن مداري يا ملاقات درفضا – يا براي كنترل نزديك شدن يك سفينه ي سرنشين دار به يك اخترمثلا ماه مورد توجه قرارمي دهند.

استفاده از ليزر در هوانوردي و دريانوردي :

يكي از بديعيترين وسايل ليزري ، ژيروسكوپ ليزري است . ژيروسكوپ معمولي اساساً چرخ دواري است كه بسرعت مي‌چرخد . به دليل اين چرخش ، محور چرخ همواره در يك صفحه باقي مي‌ماند . محور ژيروسكوپ چرخنده هميشه در يك راستا باقي مي‌ماند و تغيير مسير كشتي تأثيري بر آن ندارد . اين محور ، كار يك ((خط مبنا)) را انجام مي‌دهد كه تغييرات جهت كشتي را از روي آن مي‌توان تشخيص داد . سفينه‌هاي فضايي كه غالباً بي‌سرنشينند تنها به كمك ژيروسكوپ مسير خود را حفظ مي‌كنند . اين ژيروسكوپ متشكل است از يك ليزر گازي مثلاً ليزر هليوم ، نئون كه از هر دو انتهايش نور همدوس خارج مي‌شود . با نصب اين ژيروسكوپ به سفينه فضايي ، انحراف سفينه از مسير ، قابل تشخيص است .

استفاده از ليزر در پزشكي :

ليزر بعنوان يك منبع قوي انرژي ، در پزشكي نيز بكار گرفته شده است بخصوصدر امريكا كه زادگاه ليزر بود و هنوز هم موطن آن است . به عقيده برخي جراحان ، ليزر براي بريدن اعضايي كه رگهاي خوني بسيار پيچيده دارد ـ مانند مغز ـ فوق‌العاده مناسب است. تابه ليزر در حين قطع‌كردن رگهاي خوني ، با سوزاندن، دهانه آنها را مي‌بندند . برخي از چشم‌پزشكان ليزر را براي جوش‌دادن جداشدگي شبكيه چشم ، مفيد يافته‌اند .

كاربرد ليزري در نوسازي صنعت :

گسترش تكنولوژي ليزر در دهه گذشته در تمامي شاخه‌هاي زندگي رشد فزاينده‌اي داشته است به گونه‌اي كه امروزه ليزر جزء لاينفك زندگي انسان محسوب مي‌شود يكي از شاخه‌هائي كه ليزر از ابتداي اختراع آن بيش از ديگر زمينه‌هاي كاربردي مورد توجه محققين و متخصصين قرار گرفت ، كاربرد صنعتي ليزر بوده است . برش‌كاري توسط ليزر از همان روزهاي آغازين تولد ليزر مورد توجه بسياري از علاقه‌مندان و صنعتگران كه به آينده درخشان كار خود اميد داشتند قرار داشت . پرتو ليزر با توجه به ويژگيهاي منحصر خود كه شامل تك‌رنگي ، همدوسي ، شدت بالا و واگرائي كم است نشان داد كه با بكارگيري آن مي‌توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلكه به تحول كيفي محصولات آن اميد فراواني پيدا نمود .بدنبال ساخت اولين ليزر گازكربنيك در سال 1964 اين امكان فراهم‌شد كه بتوان با حداقل امكانات ليزرهاي پرقدرتي در ناحيه حرارتي مادون قرمز ، همان منطقه‌اي كه موردنياز صنعت است تهيه و به بازار عرضه نمود . اينك وسيله‌اي پا به عرصه وجود گذاشته بود كه امكان فراهم‌نمودن يك منبع حرارتي قابل كنترل و در عين حال بسيار باريك به راحتي در دسترس كاربران قرار مي‌گرفت . با يك نگاه گذرا اما عميق به نقش ليزر در صنعت مي‌توان به اين نكته واقف شد كه ليزر تحولي بي‌سابقه در اين عرصه ايجاد كرده است كه دامنه رشد آن هر روزه گسترش مي‌يابد . امروزه اگر شاهد محصولاتي باشيم كه به جهت كيفي و مرغوبيت در كمترين زمان به بازار عرضه مي‌شوند ، متوجه نقش و اهميت ليزر در صنعت خواهيم بود . اثربخشي ليزر در تمامي زيرشاخه‌هاي صنعت امري محسوس و غيرقابل انكار است .براي مثال برش‌كاري، سخت‌كاري ، سوراخكاري ، علامت‌زني ، بيشترين كاربردها را در خانواده صنعت عهدا‌دار بوده است . آمارها نشان مي‌دهد بيش از 85% فعاليت‌هاي صنعتي در همين موارد خلاصه مي‌شود . امروزه بكارگيري ليزر در شاخه‌هاي مورد اشاره بالا امري طبيعي ، روتين و با يك سابقه 20 ساله مملو از تحقيقات و تجربيات فراوان است . در خصوص برشكاري اين امكان فراهم مي‌شود كه پرتوي ليزر توسط يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده بطوريكه در زماني نزريك به يك‌هزارم ثانيه درجه حرارتي بيش از 4000 درجه سانتي‌گراد بر روي قطعه‌كار (فلز) ايجاد مي‌كند . نتيجه اين عمل ذوب‌شدن لحظه‌اي فلز در يك باريكه‌اي به قطر 1/0 ميلي‌متر است . اينك با حركت‌دادن 2 آينه كه نقش هدايت پرتو ليزر بر روي عدسي مورد‌نظر را دارد اين امكان فرهم مي‌شود كه پرتو ليزر در جهت x و yحركت نموده و براحتي هر شكلي را كه مايل باشيم بر روي قطعه كار ايجاد نماييم . از ديگر مزاياي بكارگيري ليزر در برش‌كاري مي‌توان به : افزايش سرعت كار ، دقت بالا ، كمترين خسارت حرارتي به قطعه‌كار اشاره كرد .در زمينه جوشكاري نيز بكارگيري ليزر مزاياي قابل‌ملاحظه‌اي را در صنعت بدنبال داشته است . در نگاه اول جوشكاري با ليزر بنظر مي‌رسد كه قادر است براحتي و در كمترين زمان ممكن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه‌هاي مختلف به يكديگر جوش دهد بلكه با اين تكنيك اين امكان فراهم شده است كه فلزات غيرهمنام نيز به يكديگر جوش داده شوند . ليزر در كنار يك CNC يك سيستم كامل ليزر جوش را ايجاد مي‌كند كه با كمك آن صنعت گران قادرند با سرعت زياد ، دقت بالا و حداقل هزينه مصرفي از قابليت‌هاي آن استفاده نمايند . يكي از شاخه‌هاي صنعت كه در دو دهه اخير مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پديده بهينه‌سازي و بكارگيري مواد با آلياژهاي مختلف با طول‌عمر بالاست . هر قطعه مكانيكي بعد از يك دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و بايد قطعه‌هاي نو جايگزين آن شود .قطعاتي مانند مته‌ها ، توربين‌ها ، تيغه اره‌ها و سيلندرها دچار بيشترين ساييدگي و پوسيدگي هستند لذا بيش از عناصر تشكيل‌دهنده مورد توجه قرار گرفته‌اند . امروزه با كمك ليزر مي‌توان عمل سخت‌كاري بر روي لايه‌هاي سطحي فلزات انجام داد . به گونه‌اي كه طول‌عمر آنها به ميزان قابل‌توجه‌اي افزايش پيدا‌ كند . اين عمل نه تنها صرفه‌جويي فراواني را به‌همراه دارد بلكه در حداقل زمان ممكن صورت مي‌پذيرد . امروزه عمل سخت‌كاري با ديگر روش‌ها نيز صورت‌ مي‌پذيرد اما عملاً هيچيك از آنها نتوانسته جايگزين خوبي براي ليزر باشد .علامت‌زني بر روي قطعات مختلف با مواد مختلف از نكات حائز اهميت حوزه صنعت بشمار مي‌رود بسياري از توليدكنندگان مايلند جهت جلوگيري از سوءاستفاده محصولات تقلبي به گونه‌اي محصولات اصلي را از نمونه‌ تقلبي متمايز نمايند . حك‌كردن علامت و يا يك آرم مشخص با دقت بالا يك راه حل خوبي به‌نظر مي‌رسد كه ساليان سال مورد استفاده قرار گرفته است . به همين خاطر با متمركز كردن پرتو ليزر در ابعادي حدود 50 ميكرون با كمك 2 اسكنر مكانيكي ميتوان هر شكل دلخواهي را در اندازه‌هاي مختلف بر روي محصولات حك نمود .سرعت حكاكي به قدري بالاست كه اين فرايند ظرف چند ثانيه به اتمام خواهد رسيد . امروزه حك‌نمودن 300 حرف در يك ثانيه توسط ليزر امري عادي بنظر مي‌رسد . از آنجا كه تمامي كنترل و هدايت اين فرايند توسط كامپيوتر صورت ‌مي‌گيرد ، كاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود . حكاكي با ليزر هيچگونه محدوديتي جدي به جهت نوع جنس فراهم نخواهد كرد . دستگاههاي حكاكي ليزري با قيمت‌هاي نازلي قابل تهيه از سازندگان آن مي‌باشند . يكي از كاربردهاي پرطرفدار ليزر در صنعت در امر سوراخكاري مي‌باشد . ايجاد نمودن سوراخهاي بزرگ و ريز بر روي موادي مانند چوب ، فلز امري عادي بنظر مي‌رسد . اما همين كه مايل باشيم اين عمل را در ابعاد چند ميكرون و بر روي موادي مانند سراميكها ، شيشه و پلاستيك انجام دهيم خود پي مي‌بريم كه اگر نگوييم غيرممكن ، بسيار مشكل خواهد بود . اما امروزه به كمك ليزر اين عمل در كمتر از ثانيه و با آهنگ بالا قابل اجرا و تكرارپذير است . و اين همان چيزي است كه صنعتگران ساليان سال بدنبال آن بوده‌اند . اميد است در آينده‌اي نه‌چندان دور شاهد بكارگيري اين فناوري جديد در عرصه صنعت بوده و با اين كار بر دامنه فعاليت‌هاي ليزر ، اين نور شگفت‌انگيز بيافزاييم .
سلاحهاي ليزري و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري :
غير قابل اجتناب است كه ميدان جنگ ليزري به طور محسوسي سالهاي آينده جنگ را تهديد نكند . اين نتيجه نه تنها توسعه و استفاده از سلاحهاي ليزري مفيد است بلكه نتيجه شمار فزاينده‌اي از وسائل ليزري از قبيل مسافت‌ياب و هدف‌ياب مي‌باشد . بنابراين در نيروهاي مسلح لازم است كه از حساسه‌ها و توسط اقدامات عامل و غير عامل الكترومغناطيسي حفاظت شود . تهديد اوليه ليزري از خود سلاحهاي ليزري بوجود مي‌آيد . نگهداري و نحوه مقابله با سلاحهاي ليزري مسائل مشكلي است كه تاكنون حل نشده باقي مانده‌اند .

فضا:

درسال 1964 ناسا توانست ازمركز پروازهاي فضايي گدارد يك تابه ي بازتابيده ي ليزري ماهواره ي مداري را آشكارسازد. درژانويه 1965 دانشمندان نيروي هوايي توانستند ازيك تابه ي نوربازگشته ي ليزري ازماهواره ي لارگوس كه به وسيله ي ناسا درارتفاع 1500 كيلومتري زمين درمدار قرارداده شده بود عكسبرداري كنند. براي دانشمندان ناسا تشخيص سيگنال ليزرازتشعشع زمينه با نوفه دشواربود. اما نيروي هوايي توانست بدون توسل به يك اقدام فني پيچيده دربه دست آوردن يك سيگنال واضح وقابل اندازه گيري ازماهواره پيروزشود.
اين ليزر ودستگاه آشكار سازي آن بربام ساختمان آزمايشگاه مربوط به تسهيلات مركز پژوهشي كمبريج نيروي هوايي درهانس كومب -فيلد بدفورد – ماساچوستس نصب شده بود. پروژه ي نيروي هوايي لارگوس ناميده شد. اين طريقه ي تحصيل مثلثش مستلزم روشن كردن ماهواره هاي ليزري است كه مجهز به بازتابنده هاي گوشه اي باشند وازآنها روي زمينه ي ستاره ها عكسبرداري شود. اين طرح (( مثلثش فضايي ))‌ ناميده شده زيرا دودستگاه يا بيشتر كه محل يكي ازآنها دقيقا شناخته يك تصويردقيق يك لكه به وجود خواهد آمد. دانشمندان نيروهاي هوايي توانستند ازسيگنال بازتابيده كه قطعا كم شدت شده محل ماهواره را درفضا مشخص مي كند ايستگاههاي ديگرممكن است درنزديكي (( ايستگاههاي شناخته شده ))‌ قرارگرفته باشند. اطلاعات درباره ي زاويه ها با عكسبرداري ازتصويرماهواره نسبت به موقعيت معلوم ستاره ها وبردمورب تا ماهواره ازبرد خوانده شده ي تابنده ي رادار ليزري به دست مي آيد. اين انديشه ازعمليات زمين پيمايي ماهواره آنا ناشي شده است ماهواره هاي آنا داراي بيكن ها يي هستند كه بنا به فرمان روشن مي شوند وازآنها درزمينه ستاره ها عكسبرداري مي كنند. لارگوس به سادگي به وسيله ي باز تابنده هاي غيرفعال جانشين منابع نيروي الكترونيكي پيچيده وبيكنهاي ماهواره ها شده است. منبع نوردرروي زمين جايي گذارده شده كه بتوان آنرا تعمير بازرسي ودرصورت نياز تعويض كرد. همچنين لارگوس داراي امكانات جالبي دردادن اطلاعات مربوط به برداست كه به وسيله ي آنا عملي نيست . محاسبات نسان داد كه دست كم 100 ژول انرژي ليزري با يك واگرايي تا به 10 تا 15 دقيقه قوس مورد نياز است. اين واگرايي باري سيستم رادارنوري نسبتا بزرگ است اما لازم است زيرا به سبب اشتباهات تعيين محل ماهواره درآسمان نمي توان ليزررا به طوردقيق روي سفينه فضايي نشانه رفت. نيروي هوايي متوجه شدكه درازي مدت تپه نبايد كمترازيك وبيشتراز3 هزارم ثانيه باشد. ايزرمورد استفاده يك دستگاه ياقوتي بود كه دردماي هيدرژن مايع كارمي كرد. بازتابندگي ازماهواره با عكسبرداري به وسيله photoreceiver گزارش مي شداين دستگاه شامل يك لامپ نورفزوننده بود كه درانتهاي يك تلسكوپ باتابنده ي تنظيم نشده ي 27و1 سانتيمتري با يك پالايه ي 15 آنگسترمي قرارداده شده درمركز 6935 آنگسترم نصب شده اين گيرنده ي نوري روي يك فرستنده ي ليزري سوارشده بود تا نشانه روي را آسان سازد. مسئله اساسي دررديابي ماهوره ها ازاينجا ناشي مي شود كه سرعت اين هدف نسبت به زمين بسيارزياد است. دراين لحظه ماهواره تمام قطرتابه را در6و0 ثانيه طي مي كند ازاينرو مدت تابش بايد كوتاه باشد وگرنه به جاي بوده عكسبرداري كنند. با وجود اين به سادگي عكسهاي آنها قابل تشخيص بود همچنين گيرنده ي عكاسي سيگنال را دريافت كرد ولي نتيجه معين ودقيقي به دست نيامد اما معلوم شد كه اين طرح عقلايي است ودانشمندان نيروي هوايي طرح آزمايشهاي بيشتري را تهيه كرده اند كاربرد گيرنده ي عكاسي سرانجام امكان آشكارسازي وثبت نورليزر را خواهدداد وممكن است ايجاد يك شبكه ي جهاني براي رديابي ماهواره اي ونقشه برداري زميني عملي شود. اما مسائل ديگري باقي مي مانند كه شامل اثرجو روي نورليزر قطبيده ي باريك باند وبه كارانداختن همزمان تعدادي گسيلنده هاي ليزري كه ممكن است فاصله ي زيادي ازيكديگر داشته باشند مي شوند. اما دربرابرتكنولوژي فعلي هيچ مسئله اي نمي تواند دوام داشته باشد ويقين روزي فراخواهد رسيد كه توجيه بسياردقيق نقاط روي زمين امكان پذيرباشد. علاوه براين ليزر دركاربرد خود وظيفه ي ديگري را برعهده خواهد داشت وآن افزايش دقت وراحتي مسافرت هوايي وتكميل طرح نقشه برداري زميني آنا به گونه اي سودمند خواهد بود. برخي بررسيهاي اساسي دراين باره به وسيله ي ال . ايليف وديگران درآزمايشگاههاي پژوهشي كمبريج نيروي هوايي دربدفورد ماساچوستي انجام گرفته است.

ليرزهاي فروسرخ دور:

مشاهد ه كرده ايم كه بيشترگسيلندهاي ليزرنزديك منطقه ي فروسرخ طيف نوركه به طول موج حدود 20 ميكرون گسترش مي يابد كارمي كنند. ليزر گازي هليوم – نئون دراطراف 63و0 ميكرون كارمي كند حال آنكه ياقوتي دراطراف 69و0 ميكرون وليزر گازي نئوديميوم حدود 06و1 ميكرون درمد تپه اي كارمي كنند. گسيلش ديگرليزر نئون هليوم درمنطقه ي 1و1 ميكرون است. حدود كارگزنون 9 ميكرون است . اساسا كوشش كمي درمنطقه ي فروسرخ حدود 50 ميكرون تا نزديك منطقه ي كهموج حدود 1000 ميكرون انجام گرفته است. درسال 1962 نوسانهاي ليزري با گزنون به طور قطع درمنطقه ي 5و18 ميكرون تثبيت شد. دراين جا پرسشي پيش مي آيد كه آيا هنوز بابودن ليزر دروسط يا بالاي منطقه ي فروسرخ بايد آن را (( ليزر))‌ ناميد؟ گارت پيشنهاد كرد ليزري كه درمنطقه ي بالاي فروسرخ وآن سوي 15 ميكرون كار مي كند بايد ميزر ناميده شود .اين پيشنهاد عقلايي است چون وسايل نوري معمولي حتي آنها كه موادي مانند سنگ نمك براي منشورها وعدسيها به كار مي برند متمايل به از دست دادن اثرخود درآن منطقه هستند ولي فيزيك وتركيبات فيزيكي ميزر متمايل به پايداري درآن است. درپايان سال 1963 نوسانهاي همدوس ازنوع ميزر يا ليزر به منطقه ي 133 ميكرون گسترش يافت . اين نوسانها ازراه تغييرحالت پيچيده ي اتمي كه هنوزهم به طوركامل فهميده نشده به دست آمده اند .تمام سازوكارها نوسانهاي گازي تحت نفوذ ميدانهاي برقي ويا مغناطيسي هنوز به طور كامل تجزيه وتحليل ودرك نشده است. ليزرها ياميزرهاي گازي تنها دستگاههاي عملي بوده اند كه تاكنون درمنطقه ي فروسرخ دوركاركرده اند. ليزرهاي جامد نوسانهاي زيادي درآن سوي منطقه ي 2 ميكرون انجام نداده اند . دليل عمده آن است كه گازها برخلاف بيشتر جامدها درمنطقه ي فروسرخ باندهاي وسيع جذب ندارند. وانگهي تغيير بيشترحالات اتمي فروسرخ دوردرجامدها درمقايسه با تغييرات مشابه درگدازه ها بسيارضعيف هستند. دليل مهم ديگر آن است كه درگاز هراتم با همسايه خود فاصله بيشتري دارد تا اتمهاي جامدات نسبت به يكديگر يعني تاثير متقابل بين اتمها كمتراست وهراتم مي تواند بي آنكه امكان دخالت اتم همسايه برود با مد مشخصتري نوسان كند. درنتيجه خطهاي گسيلش مايل به باريك شدن هستند . درميزر اين دوعامل اهميت دارند اما به سبب چگالي كم ماده ي فعال يعني گاز امكان تشعشع شديد نيست . درگازنسبت به جامد تعداد كمتري اتمهاي تشعشع كننده درواحد حجم وجود دارد. درنتيجه نيروي بازداده ي ليزر گاز به طوركلي مقدارقابله توجهي كمترازليزر جامد است. ازسوي ديگر نيروي در داده ي ليزر ياميزر به ميزان قابل توجهي كمترازآن است كه يك ليزر جامد نيازدارد وبا اين ترتيب موقعيت آن طوركه به نظرمي رسد ياس آورنيست . تركيبات فيزيكي ميزرهاي گازي فروسرخ كه گزنون – هليوم يا نئون به كارمي برند ظاهرا مشابه ليزرهاي مخلوط هليوم – نئون معمولي كه پيشتر تشريح شد به نظرمي رسند اما لامپ گازي معمولا تا اندازه اي درازتر وبه ميزان قابل توجهي قطرش بزرگتر ازليزر هليوم – نئون است . وقتي قطر افزايش مي يابد هنگامي كه داراز افزايش يافت بهره ي مجموع نيزافزايش مي يابد . همينكه طول موج افزايش يافت همراه آن لازم است كه قطرلامپ هم به منظور كاهش پراكندگي گسيلش نورافزايش يابد . مشكل تشعشع فروسرخ دورآن است كه آينه هاي بازتاب معمولي يا بازتابي جزي همينكه درليزرهاي گازي فروسرخ نزديك به كارمي روند خيلي خوب كارنمي كنند چون آينه هاي بازتابي جزيي بخش اعظم تشعشع فروسرخ را جذب مي كنند وتقريبا چيزي نمي فرستند . ازاين رو تشعشع ليزرهاي فروسرخ دور ازراه سوراخ كوچكي درمركز آينه گسيليده مي شود . تاحدودي بهمين سبب كارآيي مجموع نيرو خيلي كم است . به عنوان مثال تنها ميكرووات كوچكي درخط 4و75 ميكرون نئون به دست مي آيد حتي با به كاربدرن يك كيلو وات نيرو يا معادل آن كه درگازتخليه شده باشد . همينكه طول موج تا درازترين اندازه اي كه درحال حاضربه طور مداوم قابل حصول است افزايش يابد . اتلاف انرژي بيشتري رخ مي دهد. در4و75 ميكرون يك ميكرووات مي توان به دست آورد اما در133 ميكرون تنها حدود يك ميلي ميكرووات يا يك كيلو وات درداده به دست مي آيد. بنابراين به منظور رسيدن به يك ميزر عملي درمنطقه ي فروسرخ دور پژوهندگان مجبور بوده اند براي به دست آوردن نيروي بازداده قابل استفاده درآن سوي خط 133 ميكرون متوجه ساير گازها وسيستمها شوند. چند دانشمند شامل گروهي درآزمايشگاه ملي فيزيك درانگلستان كوشيدند تا به جاي گازهاي بيحركت اتمي با گازهاي ومولكولي عمل ميزري انجام دهند. درسال 1963 كراكت – ماتيز وجبي با استفاده ازبخارآب به عنوان واسطه ي گازي نوسانهاي نيرومندي به دست آورند.
آنها به تعدادي رديفهاي ميزري نيرومند بين 20 و100 ميكرون دست يافتند.بعدها جبي توانست نوسانهاي تپه اي در337 ميكرون به دست آورد . درتاريخ نوشتن اين كتاب اين درازترين طول موجي است كه تاكنون ازميزرهاي فروسرخ دوربه دست آمده است. متاسفانه هنوزمطالب بسيارديگري بايد درباره ي مد وطبيعت اين نوسانها روشن شود . ونيز اگربايد كارمفيدي با اين ميزرها انجام گيرد نيروهاي بازداده ي بيشتري ضرورت خواهند داشت. اما طول موج گسيلش به آن سوي منطقه ي 133 ميكرون كه ازنئون به دست آمده رانده شده است. ميزرهاي گازملكولي تا كنون تنها بيشتردرمد تپه اي عمل كرده اند تادرمد نوساني مداوم اما حتي دريك سيكل فرضي يك در10000كه درآن نيروي بازداده به طورمطلوب با ميزرها يا ليزرهاي گاز بيحركت مقايسه شده مقاديربيشترنيرو به دست آمده بودند. تكميل اين ميزرها مفهوم تازه اي ازارتعاشهاي شبكه ي كريستالي وتاثيرهاي فوتونها با اشياي جامد شفاف را مي دهد. ارتعاشات شبكه ي كريستالي وتاثيرهاي متقابل فوتونها با اشياي جامد شفاف را مي دهد. ارتعاشهاي شبكه دريك ماده فونون ناميده مي شودازقرار معلوم پديده ي ابررسانايي وابسته به تاثيرهاي متقابل الكترن – فونون است ازاين روفهم كامل ابررسانايي ممكن است با افزايش فهم پديده ي فونون حاصل شود. پيش آمدن مسائل چندي دربه كاربردن ميزرهاي فروسرخ دوربراي پژوهش فيزيكي مقدماتي نوع گفته شده دربالا غيرمنتظره نيست . مسئله آن است كه ميزرهاي فروسرخ دروضع فعلي خود قابل تنظيم نيستند. مسئله ديگروازهمه جديترفقدانآشكارسازهاي فروسرخ است كه داراي حساسيت بيشتري نسبت به آشكارسازهاي كهموج فعلي باشند. پژوهش درزمينه ي تكميل كريستالهاي جديد وروشهاي افزايش حساسيت يك آشكارسازادامه خواهد يافت .شايد ممكن باشد كه سيگنالهاي فروسرخ را به وسيله ي تدارك نيروي نوسانگر محلي ومخلوط كردن آن با سيگنال درداده همانگونه كه دريك گيرنده ي راديو سوپرهترودين عمل مي شود هترودين كنيم . امكانات بسيارزياد دركاربرد اين ميزرها ممكن است درزمينه ي كنترل واكنش شيميايي وجود داشته باشد . شايد روزي فرارسد كه بتوانيم ازراه تحريك تشعشع همدوس فروسرخ دور بنا برانتخاب مولكولهاي شركت كننده درواكنش شيميايي را تحريك كنيم اين عمل را مي توان به طريق كنترل كرد كه يك ارتعاش يا مد بخصوصي ازمولكول به اندازه ي كافي تحريك شود وواكنش را درجهت مورد نظربه وسيله ي آزمايش كننده هدايت كند.

فروسرخ، مادون قرمز، Infrared

امواج فروسرخ يا به عبارتي اشعه مادون قرمز در علم فيزيک به قسمي از طيف پرتوهاي الکترومغناطيسي اطلاق مي‌گردد که دامنه طول موج آنها از بالاي نور سرخ مرئي آغاز و تا امواج غيرمرئي ريزموج يا مايکروويو را دربر مي‌گيرند.دامنه طول اينگونه امواج تقريبا بين 1 ميلي متر تا 750 نانومتر (معادل 7800-1500000 آنگستروم )متغير بوده بنابراين کوتاه تر از امواج راديوئي مرسوم طبقه بندي مي‌گردند.فرکانس ( تواتر) امواج فروسرخ حداکثر 400 تريلون بار در ثانيه(در محدوده بسيار نزديک به رنگ سرخ قابل ديد) تا 800 بيليون بار در ثانيه (نزديک به محدوده پاياني پرتوهاي مايکروويو) اندازه گيري مي‌گردند.اصطلاح تابش فروسرخ گرته‌برداري از نام انگليسي آن يعني Infrared است. واژه انگليسي Infrared از ترکيب دو کلمه لاتين Infra به معني فرو يا پايين و کلمه انگليسي red به مفهوم سرخ به وجود مي‌آيد. وجود طول موجي بلندتر از رنگ سرخ (بلند ترين طول موج در عرصه نور مرئي)و بسامد کمتر و يا کوتاهتراز آن را ميتوان علت اين نامگذاري دانست.(امواج فرو سرخ طول موجشان فروتر ويا پائين تر از دامنه موج مرئي مي‌باشد ).تابش فروسرخ رادر فيزيک، عموما با نام ديگري بنام گرماي تابشي و يابه عبارتي از جنس همان گرمائي که از منابعي همانند خورشيد، لامپ برقي،ويا حتي از شعله هائي که از يک شمع به اطراف تابيده مي‌گردنند، همسان مي‌شناسند، زيرا بطور سنتي، چه درست وچه غلط، همه گونه تابش‌هاي حرارتي رامعمولا به امواج فروسرخ نسبت مي‌دهند.
اين فرض بعضا باطل، با توجه به تعاريف فوق، البته دليل مقبولي براي توجيه اينکه چرامنبعي هما نند خورشيد در مجموع، تنها قادر به تامين 50? گرماي مورد نياز کره خاکي از منابع تابش غير مرئي است ومابقي آن ازبرکت تابش امواج طيف تابشي مرئي، تامين مي‌شوند،نخواهد بود. نکته ظريف در اينجا، بسيار ساده‌است: هر دو نوع تابش حرارتي مرئي و غير مرئي داراي گرماي تابشي و يا از نوع گرماي تابشي هستند. تنها تفاوت رابايد نزديکي تابش‌ها به سوي طيف مرئي سرخ و يا دوري از آن به سوي امواج ماکروويو، دانست. طيف خورشيد در حالت مرئي به سمت سرخ و زرد متمايل است.هر چند که اينگونه تابش در برخي دامنه‌هاي نزديک فروسرخ از طريق پوست کاملا قابل حس بوده اما اينکه الزاما منبع تابش،حتما مبايستي با تابانيدن نور مرئي از خود،آنراقابل ثبت و حس نمايد ، منتفي يا مردود است.بطور مثال ،اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاهتر از 1?5 ميکرومتر از پوست مي‌گذرند و بقيه جذب شده و توليد حرارت مي‌کنند، اما ديده نمي‌شوند. همانگونه که مي‌دانيم ، يک اطوي برقي باوجود اينکه هيچگاه ازشدت داغي به سرخي نگرايده و در تاريکي قابل رويت نمي‌باشد وايضا حرارت قسمت‌هاي مختلف بدن يک گربه در يک غروب پائيزي، همچنان مي‌توانند نمونه هائي از منابع تابش فروسرخ را به ما بنمايانند.خلاصه: تابشهاي فروسرخ معمولااز طريق ابزار مرسوم از قبيل دوربين‌هاي چشمي و عکاسي معمولي، عينک‌هاي آفتابي يا لنزي متعارف، چشمان غيرمسلح انسان وبسياري ديگر ازموجودات، قابل ديدن نمي‌باشند .سپس مي‌توانيد تصوير يک سگ کوچک را که در طيف رده بندي تابشي نيمه-فروسرخ يا حرارتيدر رده بندي تابش‌ها گرفته شده‌است، ملاحظه کنيد. توجه شمارا به دو نکته در اين عکس جلب مي‌کنم:
- رنگها غيرواقعي جلوه ميکنند.
- عکس مذکور با فيلم حساس به IR گرفته شده‌است.پس ّبه گونه‌اي ساده تر ميتوان گفت که هر چيزي يا موجودي ويادستگاهي ،براي نمونه از يک رادياتور معمولي شوفاژ تا يک موجود زنده ، که بتواند گرمائي غير مرئي و بيش از گرماي محيط اطراف خود ايجاد نمايد، منبع فرآوري انرژي حرارتي و يا به تعريف ديگر تابنده امواج فروسرخ شناخته مي‌شود. بعدا ملاحظه خواهيد نمود که تمامي موارد ياد شده در بالا،تنها دردامنه‌هاي متفاوتي از رده بندي تابش ها (جدول زير ) با هم تفاوت دارند.جهت سهولت در تعاريف، طيف تابشي فروسرخ معمولا به زيرمجموعه هائي به شکل زير هم نامگذاري مي‌شود:

رده بندي تابش‌ها:

-نزديک فروسرخ با دامنه طول موج 0?75-1?4 ميکرومتر
-موج کوتاه فروسرخ با دامنه طول موج 1?4-.03 ميکرومتر
-موج متوسط فروسرخ با دامنه طول موج 3?0-8?0 ميکرومتر
-موج بلند فروسرخ با دامنه طول موج 8?0-15 ميکرومتر
-موج بسيار دور فروسرخ Far IR
با دامنه طول موج 15-1000 ميکرومتر, هت رويت طيف‌هاي الکترو مغناطيسي

منابع توليد تابشهاي فروسرخ

منبع طبيعي بزرگترين منبع تابشهاي فروسرخ ، خورشيد است. ميزاني از نور آفتاب که به ما مي‌رسد، داراي اشعه مادون قرمز کوتاه است، زيرا پرتوهاي تابشهاي فروسرخ بلند آن قبلا درلايه‌هاي مختلف جو (هوا) جذب شده‌اند.

منابع مصنوعي:اجسام ملتهب

بهترين منابع مصنوعي براي امواجفروسرخ ، اجسام ملتهب مي‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغيير مي‌کند. اگر بخواهيم اشعه مادون قرمز خالص داشته باشيم، بايد نور اين قبيل منابع مصنوعي را بوسيله شيشه‌هايي که در ترکيب آنها يد و يا اکسيد منگنز (MnO) وجود دارد، از صافي بگذرانيم. اين نوع صافيها طيف مرئي را جذب کرده و فقط اشعه فروسرخ را عبور مي‌دهند.

عبور جريان الکتريکي از مقاومتها

روش ديگر که هم سهل وهم عملي است، عبور جريان الکتريکي از مقاوتهاي فلزيست، بطوري که اين مقاوتها سرخ شوند. اين مقاومتها غالبا از آلياژهاي آهن و نيکل ساخته شده‌اند. چراغ با مفتول زغال چراغهايي که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده‌است، نيز به نسبت زياد امواجفروسرخ دارند. در اين نوع چراغ نسبت اشعه کوتاه بين 1 ميکرومتر و 7 ميکرومتر خيلي کم ، ولي نسبت اندازه گيري اشعه مادون قرمز بلند آن زياد است.چراغ بخار جيوه نيز، امواجفروسرخ با طول موج کوتاه بين 0?92 ميکرومتر و 1?3 ميکرومتر توليد مي‌کند، ولي نسبت اشعه حاصله نسبت به ساير منابع کمتر است.

اندازه گيري امواج فروسرخ

براي اندازه گيري امواجفروسرخيا اشعه مادون قرمز از جذب انرژي حرارتي آن استفاده مي‌نمايند، يعني اشعه را به جسمي مي‌تابانند که بتواند کليه انرژي را جذب کند و آنگاه مقدار حرارت توليد گشته در جسم مزبور را ، اندازه مي‌گيرند.

کاربردها

1- ديد در شب
 دستگاه ديد در شب وسيله‌اي براي ديدن در شرايط کمبود يا نبود نور کافي جهت مشاهده اشياء است. دستگاه مذکور قادر به شناسائي اشياء گرمتر نسبت به محيط، توسط ثبت سايه هائي متفاوت از اجسام سردتر از هدف در رده‌هاي متفاوت بوده که به نيروهاي پليس و نظامي ، امکان شناسائي انسان و يا اتوموبيل و غيره را به راحتي فراهم مي‌سازد.يک تفنگ مجهز به دوربين ديد در شب، بعنوال مثال، از آنجائي که تابش فروسرخ غيرمرئي بوده، اما رفتاري عينا مانند نور مرئي را از خود نشان مي‌دهد، پس بنابراين توسط بازتاب و کنترل آن مي‌توان به مثابه يک ابزار کاراء در درگيري‌هاي جنگي يا پليسي از خواص آن بهره مند شد.چنين سلاحي به يک منبع تابش فروسرخ و يک عامل بازتاب امواج برگشتي ، در راستاي هدف گيريست.
امواج بازيافتي از هدف و يا به عبارت ديگر انرژي بازگشت شده، دريافت و توسط يک سامانه الکترونيکي بصورت يک صحنه مرئي در معرض ديد تک تيرانداز ( بعنوان تنها تاظر صحنه)، قرار مي‌گيرد.
2- اندازه گيري حرارت از راه دور
سنداژ زمين از راه دور (آکموترا) يا ديد در شب بعلاوه رصد اجرام آسماني
3- تصوير برداري / نقشه برداري
عکسبرداري توسط دوربين‌هاي حساس به انواع تابش فروسرخ با هواپيما ، بالن، سفينه‌ها وغيره
4- سنداژ زمين از راه دور (آکموترا) يا ديد در شب
عکسبرداري هواپيمايي حرارتي فروسرخ امکان نقشه‌برداري از موقعيت و حالتهاي معين خطوط لوله و از جمله خطوط لوله انتقال نفت و گاز را اعم از باز و زيرزميني فراهم مي‌کند. هر دوي آنها از حرارتي بالاتر از محيط اطراف برخوردارند و لذا حتي در صورت ساخت زيرزميني خطوط لوله، تفاوتهاي حرارتي کافي براي ثبت آنها به وجود مي‎آيند. از ارتفاعات پايين با دقت 2/0-1/0 متري انجام بگيرد. عکسهايي که با اين کيفيت گرفته مي‎شوند، نشانه‌هاي بارز خط لوله، قسمتهاي وجود آبهاي زيرزميني دور لوله (محل وجود خطر بالاي زنگ‌زدگي و فرسايش فلز) و محل ايجاد دهانه‌بند هيدراتي به وضوح ديده مي‌شود. امکان ريزش محصولات به گونه‌هاي مختلف جلوه مي‎کنند.در خطوط لوله انتقال گاز به علت انبساط آدبيتيک گاز اين قسمتها بسيار سرد نشان داده مي‎شوند در حالي که در خطوط لوله انتقال نفت اين قسمتها از محيط اطراف گرم‌تر هستند. قسمتهاي ريزش نفت در عکسها دقيقاً نشان داده مي‎شوند چرا که قدرت بازتاب محل آلوده شده تغيير مي‌کند. عکسبرداري هواپيمايي حرارتي فروسرخ امکان تشخيص نه تنها احتمال وقوع سانحه بلکه آن قسمتهاي خط لوله را مي‎دهد که در آستانه سانحه قرار دارند (يعني کشف سوراخها، جاخالي فراز گاز و غيره
5- مخابرات
-انتقال امواج صوتي و تصويري از باندهاي پائين تابش فروسرخ (مايکروويو) نزديک امواج راديويي جهت تقويت و تکرار پايداري از مبداء تا به مقصد.
6- گرمادهي
+ -گرما دهي به افراد در سوناها
+ -آب کردن يخ روي بال‌ها و يا ساير اجزاء وادوات پروازي هواپيماها
+ -گرم کردن غذا و ساير خوراکي‌ها بدون گرم کردن هواي اطراف مايکرفر
+ -خشکبار سازي ميوه جات در يک دهم زمان متعارف، بدون آلودگي
7- ارتباطات نزديک بصورت‌هاي مختلف ديجيتال
انتقال اطلاعات ازطريق تابش فروسرخ در دامنه کوتاه -فروسرخ بين رايانه‌ها و لوازم جانبي ديجيتالي که از استاندارد IrDA برخوردارند، قابل انجام است.دستگاه‌هاي متناسب با The Ifra Red Data Association ) IrDA )لوازمي اند که قادرند با استفاده ازديود‌هاي نور افشان LEDs توسط لنز‌هاي پلاستيکي، امواج بسيار باريک فروسرخ را منتشر سازند.
8- طيف سنجي
اين تصوير با رنگ آميزي کاذب با تلسکوپ فضايي فروسرخ اسپيتزر گرفته شده‌است و خوشه کروي را نشان مي‌دهد که تا چندي پيش در صفحه غبارآلود راه شيري پنهان مانده بود. نوار قرمز رنگ پشت هسته خوشه يک ابر غبار است که احتمالاً نشان دهنده برهمکنش خوشه و صفحه پر گاز و غبار راه شيري است.شايد هم اين ابر به طور تصادفي در خط ديد اسپيتزر قرار گرفته‌است.درست هنگامي که منجمان فکر مي‌کردند آخرين فسيل‌هاي راه شيري را هم پيدا کرده‌اند يکي ديگر از آنها در نزديکي خودمان پيدا شد. صفحه کهکشان جاي مناسبي براي کشف ناشناخته هاست. زيرا توده‌هاي غبار و گاز موجود در صفحه اجازه گذر اجرام پشتي را در نور مريي نمي‌دهند اما آنها در نور فروسرخ شفافند. به کمک رصد‌هاي بعدي که با رصدخانه فروسرخ دانشگاه ويومينگ انجام شد فاصله اين خوشه کروي از ما 9000 سال نوري تعيين شد - نزديکتر از بسياري از خوشه‌هاي ديگر - با جرمي معادل 300 هزار برابر خورشيد. اين خوشه در صورت فلکي عقاب جاي دارد و اندازه ظاهري آن از زمين مانند دانه برنجي ديده مي‌شود که آن را به فاصله يک دست کشيده از چشمان خود نگه داشته‌ايد.
9- سامانه‌هاي فيزولوژيک/ بيولوژيکي
تابش امواج فروسرخ سبب گرم شدن پوست و نسج سلولي زير جلدي شده وممکن است در پوست سوختگي‌هاي نسبتا شديدي ايجاد نمايند.اگر تابش امواج فروسرخ را به مقدار مناسب بکار برند، در نتيجه اتساع رگهاي زير پوست ، سبب تسهيل اعمال فيزيولوژيک پوست مي‌شود و حتي از راه عکس‌العمل پوستي در بهبودي حال عمومي نيز مي‌تواند موثر واقع شود.اين تابش خاصيت تسکين درد را نيز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذيه بافتها است.

منابع:

http://www.hupaa.com
www.webgostarco.com/
www.sharemation.com
alem.ir