در تاریخ علم و فناوری بشر، تولد فناوری لیزر را می توان انقلابی در تعامل نور و ماده نامید. از اینشتین که نظریه تشعشعات تحریک شده را در سال 1917 ارائه کرد تا میمان که اولین لیزر یاقوت را در سال 1960 توسعه داد، این فناوری تنها در نیم قرن به حوزه های مختلفی مانند صنعت، مراقبت های پزشکی، ارتباطات و نظامی نفوذ کرد و به نیروی محرکه اصلی توسعه جامعه مدرن تبدیل شد. به عنوان یک فناوری نمادین در زمینه الکترونیک نوری، لیزرها نه تنها مرزهای کاربردی "نور" را بازتعریف می کنند، بلکه پتانسیل نامحدودی را در زمینه های پیشرفته مانند تولید هوشمند، علوم زیستی و اکتشافات فضایی نشان می دهند.
قسمت 01
ماهیت لیزر
ماهیت لیزر تقویت نور تابش تحریک شده (LASER) است. بر اساس نظریه کوانتومی اینشتین، از طریق اثر هم افزایی محیط فعال (مانند گاز، کریستال)، منبع پمپ (تزریق انرژی) و حفره تشدید نوری، عدد ذرات معکوس و تقویت می شود. فوتونهای ثابت یک پرتوی بسیار منسجم (مطابق با فاز، فرکانس و جهت)، فوقالعاده تک رنگ (طیف باریک)، جهتپذیری عالی (زاویه واگرایی کوچک) و پرتوهای بسیار درخشان را تشکیل میدهند که منبع نور هستهای را برای فناوری مدرن مانند ارتباطات، تولید، پزشکی و زمینههای دیگر پشتیبانی میکنند. ماهیت لیزر آن را به تنها منبع نوری تبدیل می کند که می تواند الزامات دقت بالا، انرژی بالا و قابلیت کنترل بالا را به طور همزمان برآورده کند. این پایه فیزیکی برای ارتباطات فیبر نوری (حامل نوری)، ساخت دقیق (چاقوی سبک)، جراحی پزشکی (درمان غیر تهاجمی)، فناوری کوانتومی (منبع تک فوتونی) و تشخیص امواج گرانشی (تداخل سنج) و غیره را فراهم می کند و فناوری مدرن و ساختار صنعتی را کاملاً تغییر می دهد.
قسمت 02
کاربرد لیزر در زمینه ارتباطات
مزیت اصلی فناوری لیزر در چهار ویژگی «بالا» آن نهفته است: جهت دهی بالا (زاویه واگرایی پرتو فقط میلی رادیان)، تک رنگی بالا (خلوص طول موج به 10^-6 نانومتر)، روشنایی بالا (ده ها میلیارد برابر روشنایی نور خورشید) و انسجام بالا (وحدت همبستگی و دمایی کامل). این ویژگی ها منجر به پیدایش سه شاخه فنی عمده در زمینه اپتوالکترونیک شده است.
اولی اپتوالکترونیک اطلاعات، «کانال سرعت نور» برای تورنت داده، دومی بیو{0}}اپتوالکترونیک: «آنتن نور» علوم زیستی، و سومی اپتوالکترونیک انرژی: «تیغه نور» برای کنترل دقیق. در زیر به طور عمده این "چاقوی سبک" ساخته شده دقیق-را معرفی می کنیم.
به عنوان یک حامل انرژی، لیزر می تواند به پردازش مواد با دقت میکرونی{0}} دست یابد. در تولید صنعتی، مدل پردازش مکانیکی سنتی را با مزایایی مانند-فرآوری غیر تماسی و منطقه تحت تأثیر حرارت کوچک- واژگون میکند. و با نیازهای بالاتر مواد جدید برای ساخت دقیق سازگارتر است.
قسمت 03
مزایای استفاده از لیزر
"چاقوی سبک" لیزری با مزایای دقت بالا، راندمان بالا و سازگاری بالا، پارادایم تولید صنعت مدرن را تغییر می دهد:
در پردازش مواد فوق{0}سخت، لیزر مستقیماً مواد را ذوب یا تبخیر میکند و با متمرکز کردن یک پرتو با چگالی{{1}بالا-انرژی{2} (قطر لکه میتواند به کوچکی 10 میکرومتر باشد)، به پردازش غیر تماسی و اجتناب از ترکها یا تغییر شکل ناشی از تنش مکانیکی میپردازد. در پردازش مواد جدید، هنگام مواجهه با مواد شکننده، پردازش مکانیکی سنتی به راحتی می تواند باعث ایجاد ترک های ریز شود. برش لیزری میتواند چگالی توان لیزر را با کنترل چگالی توان لیزر (104{9}}10 درجه وات بر سانتیمتر مربع) و سرعت اسکن (20 تا 80 میلیمتر بر ثانیه) کنترل کند و به برشی بدون تراشه با دقت دیافراگم ± 2 میکرومتر دست یابد.
برای پردازش لیزری مواد نیمه هادی (مانند ویفرهای سیلیکونی)، از لیزر فمتوثانیه برای تشکیل یک لایه اصلاح شده در داخل ویفر استفاده می شود، و اچ شیمیایی باندینگ برش تراشه{0}رایگان را با تلفات 5 میکرومتر ممکن می کند و از توسعه کوچک سازی مدارهای مجتمع پشتیبانی می کند.
