لیزر laser 
light amplification by stimulated emission of radiation
(تقویت نور به وسیله ی پخش تشعشع تحریک شده)

امروزه لیزر نقش محوری و اساسی در زندگی تک تک ما ایفا می کند . لیزر را می توان در در بسیاری از وسایل ،محصولات و تکنولوژی های دید؛ مانند :دستگاه های پخش cd وdvd ،دریل ها ی دندان سازی،دستگاه های پر سرعت برش فلزات،سیستم های اندازه گیری ،دستگاه های برداشتن خالکوبی،کاشت مو،جراحی چشم و خیلی موارد دیگر که همه از لیزر استفاده می کنند. اما لیزر چیست؟ چه چیز لیزر را از دیگرپرتوها نور متمایز می کند؟
در کل جهان تنها در حدود یک صد نوع اتم مختلف (البته تا جایی که ما می دانیم)وجود دارد. هر چیزی که ما می بینیم به نحوی از این صد اتم ساخته شده است و تفاوت انها فقط در نحوه ی ترکیب ان هاست. نحوه ی ترکیب شدن این اتم هاست که باعث می شود یک ماده مایع ،جامد یا گاز باشد.
اتم ها به طور مدام در حال جنب و جوش، ارتعاش، حرکت کردن و چرخیدن هستند. حتی اتم های پایه ی صندلی شما که جامد است و بی حرکت به نظر می رسد، درحال حرکت و ارتعاش هستند.
اتم ها می توانند در حالت های تحریک شده قرار گیرند، به عبارتدیگر ان ها می توانند دارای انرژی متفاوتی با بقیه باشند (انرژی بگیرند).اگر ما به یک اتم مقدار زیادی انرژی بدهیم، ان حالت تراز پایه ی انرژی (کمترین انرژی ممکن)را ترک می کند و به حالت برانگیخته شده(excited level) می رود.حالت برانگیخته ی اتم نیز به مقدار انرژی ای که از طریق گرما نور یا الکتریسیته به اتم می دهیم بستگی دارد.


جذب انرژی:
اگر ما به یک اتم گرما بدهیم،می توانیم انتظار داشته باشیم که بعضی از الکترون ها از اوربیتال های کم انرژی (مدار های نزدیکتر به هسته)به اوربیتال های پر انرژی تر منتقل شوند(مدار های دورتر نسبت به هسته).الکترون ها می خواهند همیشه در پایین ترین تراز انرژی ممکن (تراز پایه ی انرژی)قرار بگیرند،به همین دلیل وقتی یک الکترون به تراز های بالاتر منتقل می شود،می خواهد به تراز اولیه خود برگردد. هنگامی که الکترون به حالت عادی تراز انرژی خود برگشت،انرژی خود را به صورت یک فوتون (ذره ی بنیادی نور)ازاد می کند. می دانید که اتم ها همواره در حال ازاد کردن انرژی خود به وسیله ی فوتون هستند . برای مثال،هنگامی که المنت یک تستر به رنگ قرمز روشن در می اید،رنگ قرمز ان به وسیله ی اتم هایی هستند که به وسیله ی گرما برانگیخته شده اند و در حال ازاد کردن فوتون های قرمز هستند. هنگامی که تصویری را در روی صفحه ی تلویزیون می بینید،چیزی که شما می بینید،اتم های فسفر هستند که به وسیله ی الکترون های پر سرعت برانگیخته شده اند و در حال ساتع کردن رنگ های مختلف نور هستند. هرچیز که نور تولید می کند از قبیل،لامپ های مهتابی،لامپ های گازی،لامپ های افتابی و.... این کار را به وسلیله ی فعالیت الکترون ها در تراز های انرژِی و ازاد سازی فوتون،انجام می دهند.لیزر وسیله ی است مه ازاد سازی فوتون به وسیله ی اتم های تحریک شده را کنترل می کند. لیزر به معنی،تقویت نور به وسیله ی پخش تشعشع تحریک شده است.که خود تا حدی چگونگی کار کرد لیزر را توضیح می دهد.اگر چه لیزرها انواع مختلفی دارند ولی همه ی انها دارای ویژگی های اساسی یکسانی هستند.در یک لیزر اتم در حالت برانگیخته شده قرار داده می شود،به نوعی یک فلش قوی نور یا یک تخلیه ی انرژی الکتریسیته در منطقه ی مورد نظر باعث یه وجود امدن مجموعه ی بزرگی از اتم های تحریک شده می شود. برای کارایی موثر لیزر ضروری است که مجموعه (تعداد)زیادی از اتم های تحریک شده را در اختیار داشته باشیم.عموما، اتم ها در یک،دو یا سه حالت بالاتر انرژی،از حالت پایه قرار می گیرند.این باعث می شود که تعداد بیشتری اتم به حالت برانگیخته وارد شود.(یعتی به جای اینکه یک اتم مثلا به حالت تراز، نهم انرژی وارد شود،سه اتم به حالت تراز انرژی سوم وارد میشوند )به تعداد اتم هایی که در حالت برانگیخته هستند در مقابل تعداد اتم های در حالت انرژی پایه ، وارانگی جمعیت (population inversion)می گویند.
هنگامی که الکترون ها در مدار های پر انرژی تر قرار گرفته و دارای انرژی بیشتری نسبت به الکترون ها تحریک نشده داشتند، می توانند انرژی خود را تخلیه کرده و relax شوند و به مدار اولیه ی خود با انرژی سابق برگردند. این انرژی ساتع شده،به شکل فوتون ها (انرژِی نور)ظاهر می شوند. فوتون های ساتع شده دارای طول موج (رنگ)خاصی هستند که به حالت انرژی الکترون ساتع کننده فوتون بستگی دارد . دو اتم متشابه با دو الکترون در حالت انرژی متشابه ،دو فوتون متشابه (با طول موج یکسان )ساتع می کنند. لیزر با نور معمولی تفاوت زیادی دارد . لیزر نوری دارای خواصی و ویژگیهای زیر است:
1- نور به صورت تک فام (تک رنگ)ازاد می شود و فقط دارای یک طول موج خاص از نور است.(یک رنگ خاص). طول موج نور نیز بستگی به مقدار انرژی ازاد شده درهنگام باز گشت الکترون به حالت عادی،دارد.
2- نور ازاد شده همسان (coherent )است. هر فوتون همسان و هم ریتم فوتون های دیگر حرکت می کند.
3- نور،بسیار مستقیم و یک راست.(directional )است. نور لیزر بسیار پر قدرت و متمرکز است. در حالی که نور عادی، مثلا یک لامپ نور را در همه ی جهات پخش می کند. و نور ان نیز خیلی ضعیف و پراکنده است.


انواع لیزر :
انواع مختلفی از لیزر وجود دارد . ماده ایجاد کننده لیزر می تواند جامد، مایع، گاز یا نیمه هادی باشد .لیزرها غا لبا به وسیله ی موادی که لیزر را تولید می کند ، دسته بندی می شوند( lasing material همان ماده ای است که اتم ها یش برانگیخته می شود )
1- لیزر های حا لت جامد : که lasing material ان ها جامد است.
2- لیزرهای گاز.
3- لیزرهای excimer ; که از گازهای واکنش پذیر استفاده می کنند. کلمه ی excimer از دو کلمه ی excimer وdimers مشتق شده است.
4- لیزرهای رنگی (dye laser ):
5- لیزرهای نیمه هادی : که بعضی اوقات لیزرهای دیوتی هم نامیده می شوند.


دسته بندی لیزر ها :
یک لیزر یاقوتی ( ruby laser) یک لیزر حالت جامد است و پرتوی آن طول موجی برابر 694 نانومتر دارد. از بقیه ی مواد نیز می توان بر اساس موارد زیر برای دسته بندی لیزر استفاده کرد : طول موج تابش ، قدرت لازم، مدت تپش. ( یک لیزر یاقوتی از یک flash tube - لوله ی حامل جرقه ی چاشنی تشکیل شده است. میله ی یاقوتی مولد لیزر یا lasing medium می باشد). بعضی از لیزر ها بسیار قدرتمند هستند، مانند لیزر های CO2 که می توانند برای برش فولاد استفاده شوند. دلیل اینکه لیزرها ی CO2 این قدر قوی و خطر ناک هستند این است که نور لیزر در آن ها در محدوده ی مادون قرمز و ماکروویو است. تابش مادون قرمز دارای گرما است و می تواند با متمرکز شدن، هر چیزی را ذوب کند. بقیه لیزرها ، مانند لیزرهای دیودی بسیار ضعیف هستند و موارد استفاده ای مانند لیزرهای جیبی دارند این لیزرها عموما دارای پرتوی قرمز هستند که طول موجی بین 630 تا 680 نانومتر دارند. لیزرها در صنعت و تحقیقات کاربرد زیادی، دارند مانند استفاده از نور لیزر شدید برای تحریک کردن مولکول ها ، جهت تحقیق و بررسی رفتار های سلول ... در زیر چند نوع لیزر و طول موج مربوط به آن ها آمده است :

---------------------------------------------------------------------
  نوع لیزر   و   طول موج ( برحسب نانومتر )

Argon fluoride (uv) ----- 193

krypton fluoride (uv) ----- 243

xenon chloride (uv) ----- 308

nitrogen (uv) ------ 337

Argon (blue) ----- 448

Argon( green) ----- 514

Helium neon (green) ----- 543

Helium neon (red) ----- 633

Rhodamin 6G dye(tunable) ----- 650 - 570

Ruby (cralo3 ) (red) ----- 694

Nd :Yag ( NIR) ----- 1064

Carbon dioxide ---- 10600

------------------------------------------------------------

 نوع لیزر                    طول موج 

آرگون فلوراید ( ماورا بنفش ) ---- 193

کریپتون فلوراید ( ماورا بنفش ) ---- 248

زنون کلوراید ( ماورا بنفش ) ---- 308

نیتروژن ( ماورا بنفش ) ----- 337

آرگون ( آبی) ----- 488

آرگون ( سبز) ----- 514

هلیوم نئون ( سبز) ----- 543

هلیوم نئون (قرمز) ----- 633

رادمین- Rhodamine ----- 650 - 570

یاقوت ( cralo3) ( قرمز) ----- 694

نئودیمیم - Yag ( Nir ) ----- 1064

کربن دی اکسید ( FIR) ----- 10600
----------------------------------------------------------
طبقه بندی لیزر :

لیزر بسته به پتانسیل برای ایجاد آسیب های زیستی به چهار گروه تقسیم می شوند : ( از گروه 1 تا 4 )

لیزر های گروه 1 : این لیزرها دارای قدرت پرتو افشانی در سطح خطر ناک ، نمی باشند ( بدون خطرات زیستی ).
لیزر گروه 1. A : این گروه یک تخصیص ویژه برای لیزرها یی است که با هدف نا مرئی بودن به وجود آمده اند . مانند اسکنر لیزری سوپرمارکت ها . حداکثر قدرت لیزرهای این گروه 4 mW است .
لیزر های گروه 2 : این گروه شامل لیزر های با قدرت پایین و مرئی ، که از گروه 1 قوی تر هستند ؛ ولی در یک شاره ی تابان بیشتر از 1 mW نیست . مفهوم این است که واکنش عدم سازگاری انسان (پس زنی )، از شخص محافظت می کند .
لیزر های گروه 3.A : این ها لیزر های با قدرت متوسط هستند که فقط در مقابل دید مستقیم پرتو ، خطرناک هستند. اکثر لیزر های خودکار مانند نقطه ای از این نوع هستند.
لیزرهای گروه 3.B : که لیزر های با قدرت متوسط و میانگین هستند .
لیزرهای گروه 4 : این ها لیزر های پرقدرت هستند ، که تحت هر شرایطی دیدن آن ها خطر ناک است و خطر اتش سوزی و خطرات پوستی را ( برای انسان ) نیز دارند . برای تاسیسات لیزر های نوع 4 ، وجود کنترل های مطمئن ، ضروری است.