لیزر ، از گذشته تا آینده

- در پنجاهمین سالگرد اختراع پرتوی لیزر، نگاهی داریم به بازار چند میلیارد دلاری پرتوهای لیزر و کاربردهای گسترده آن در زندگی روزمره. جالب اینجاست که حتی بشر امروز هم تنها از بخش اندکی از توانایی‌های فراوان لیزر استفاده می‌کند.
ابوالفضل کریمی: لیزر تاکنون تاثیرات شگرفی روی زندگی روزانه ما داشته است، اما دانشمندان معتقدند ما فقط از بخشی از قابلیت‌های این تکنولوژی استفاده کرده‌ایم.
به گزارش بی‌بی‌سی، یک‌شنبه 26 اردیبهشت، پنجاهمین سالگرد اختراع پرتوی لیزر یاقوتی در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هیوز در آمریکاست. در طول این مدت، پرتوهای لیزر به هزاران شکل مختلف، از بارکد‌خوان‌های فروشگاه‌ها گرفته تا تلاش برای تشخیص امواج گرانشی حاصل از برخورد سیاه‌چاله‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
اما محققان معتقدند در دهه‌های آینده استفاده از فناوری لیزر پیشرفت‌های قابل‌توجهی خواهد داشت.
دیوید هانا، استاد بازنشسته مرکز تحقیقاتی اپتوالکترونیک از دانشگاه سوث‌هامپتون انگلستان در این باره گفت: «لیزر نسبت به دیگر منابع نوری قابلیت‌های بسیاری برای ما فراهم کرده، به طوری که بدون آن این پیشرفت‌های شگفت‌انگیز در طول چند دهه گذشته امکان‌پذیر نبود».
اما این پایان راه نیست و فقط با قوه تخیل می‌توان قابلیت‌های عجیب و شگفت‌انگیز لیزر را درک کرد.
آغاز لیزر
لیزر اولین بار توسط تئودور مایمن اختراع شد. او نور فلاش عکاسی را به یک میله یاقوتی تاباند و آن را طوری برانگیخته کرد که پرتوهای باریک و شدید نور را تولید کند. این نور اولین پرتو لیزر ساخته شده توسط بشر بود.
در آن زمان، رقابت شدیدی برای تولید لیزر یا "تقویت نور به روش گسیل القایی تابش" وجود داشت و سرانجام، این مایمن بود که توانست در تاریخ 16 می 1960 / 26 اردیبهشت 1339 برای اولین بار پرتوی لیزر را تولید کند.
قابلیت لیزر برای هدایت جریانی از انرژی از یک مکان به مکان دیگر، به قدری کارایی داشت که در مدت چند دهه این تکنولوژی به هزاران شکل مورد استفاده قرار گرفت.
اکنون اسکن کردن بارکد یک قوطی کنسرو در فروشگاه‌ها با کمک فناوری لیزر صورت می‌گیرد. هر کس که به موسیقی‌های روی یک سی.‌دی گوش می‌دهد، در حقیقت از لیزر برای خواندن اطلاعات روی دیسک استفاده می‌کند. هر کس که اقدام به ارسال یک نامه الکترونیکی می‌کند، از شبکه‌های ارتباطی فیبر نوری جهان که با استفاده از نور لیزر عمل می‌کنند، بهره می‌برد. هر زمان که شخصی داخل خودروی خود می‌نشیند، در حقیقت وارد اتاقکی می‌شود که ساختش را مدیون تکنولوژی لیزر است.
تیم هولت، مدیر اجرایی موسسه فوتونیک از دانشگاه Strathclyde در این باره می‌گوید: «پردازش‌های لیزری بسیار زیادی بر روی یک خودرو صورت می‌گیرد که شاید شما نتوانید باور کنید. برش لیزری، علامت‌گذاری لیزری، اندازه‌گیری لیزری، مته‌کاری با لیزر، فرآیند سخت‌سازی لیزری، لحیم‌کاری با کمک لیزر و جوشکاری لیزری، همه کاربردهای لیزر را در ساخت یک خودرو نشان می‌دهد. به عبارت دیگر بدون کمک لیزر ساخت خودروهای مدرن امروزی به هیچ وجه امکان‌پذیر نبود».
بازار میلیاردی لیزر
بازار جهانی لیزرها سالانه رقمی بین 5 تا 7 میلیارد دلار را شامل می‌شود. بیش‌تر ارزش این بازار مربوط به لیزرهایی است که به خروجی کارخانه‌ها و برای پردازش مواد، فروخته می‌شود. اما دو بازار عمده دیگر لیزر استفاده از آن در سیستم‌های ارتباطی و ذخیره سازی اطلاعات است.
اما با وجود نفوذ لیزر در بسیاری از فرآیندهای دنیای امروز، دانشمندان معتقدند هنوز هم این پرتوهای شگفت‌انگیز کاربردهای بسیار بیش‌تری می‌تواند داشته باشد. امیدهای زیادی وجود دارد که لیزر بتواند منابع انرژی پاک تقریبا بدون محدودیت ر ا برایمان فراهم کند.
در ایالات متحده، تاسیسات ملی احتراق به زودی از 192 پرتوی لیزر غول‌پیکر استفاده می‌کند تا با متمرکز کردن آن‌ها به گلوله کوچکی از سوخت هیدروژنی، این عنصر را به هلیوم تبدیل کرده و در این فعل و انفعالات انرژی بسیار زیادی را آزاد کند؛ درست همان فرآیندی که هم‌اکنون در هسته خورشید در حال انجام است.
در اروپا محققان می‌خواهند این روش را در پروژه ای موسوم به HiPER به پیش ببرند که می‌تواند نمونه اولیه برای کارخانه‌های تولید برق آینده باشد.
دکتر کیت لانکستر از تاسیسات مرکزی لیزر در دیکوت انگلستان در این باره گفت: «می‌توان از لیزر برای گرم کردن و متلاشی کردن ماده تا دمایی ده برابر دمای مرکز خورشید استفاده کرد. یک لیزر استاندارد نزدیک به یک میلی‌وات انرژی دارد، اما ما در حال نزدیک شدن به ساخت لیزرهای یک پتاواتی هستیم که قدرتی بیش از ده‌هزار میلیارد برابر یک لامپ معمولی دارد».
هم‌چنین با کمک لیزر می‌توان هم‌جوشی هسته‌ای را بسیار کارآمدتر انجام داد، اما استفاده از لیزر برای رسیدن به این هدف بسیار مشکل است.
لیزر در اخترشناسی
در نجوم نیز لیزرها برای بهبود کیفیت و دقت تصاویر بهترین تلسکوپ‌های حال حاضر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با در نظر گرفتن یک ستاره مرجع در آسمان، دانشمندان قادرند دقت و صحت رصدهای خود را تخمین زده و میزان تحریف ناشی از آشفتگی‌های جوی را بررسی کنند.
اما اکنون لیزر در حال پیشتازی در شکل جدیدی از نجوم است که به دنبال واکاوی جهان بدون نیاز به شناسایی نور است. تداخل‌سنج‌های لیزری می‌توانند اختلالات ناشی از انفجار داخلی ستارگان بزرگ را اندازه‌گیری کنند که به امواج گرانشی معروف هستند.
این امواج گرانشی بسیار ضعیف هستند و فقط لیزرها دارای این دقت هستند که بتوانند آن‌ها را شناسایی کنند. اگر این تکنیک به درستی کار کند، می‌توان امواج گرانشی باقی‌مانده از لحظه تولید جهان را نیز شناسایی و مشاهده کرد.
لیزر و پزشکی
در پزشکی نیز کاربردهای لیزر بی حد و حصر است. دکتر لنکستر در این باره می‌گوید: «لیزر می‌تواند برای دستکاری کردن اتم‌ها و مولکول‌ها مورد استفاده قرار گیرد. لیزر می‌تواند به ذرات شتاب دهد و این قابلیت در درمان سرطان کاربرد خواهد داشت. در حال حاضر که ما از پرتودرمانی برای نابودی سلول‌های سرطانی استفاده می‌کنیم، فوتون‌ها به داخل بدن وارد شده و انرژی خود را علاوه بر قسمت‌های سرطانی به بافت‌های سالم بدن نیز وارد می‌کنند. اما زمانی که فوتون‌ها و یون‌ها به داخل بدن وارد می‌شوند، آن‌ها اکثر انرژی خود را در محدوده انتهایی خود تخلیه می‌کنند و بنابراین ما می‌توانیم از لیزر استفاده کرده و فوتون‌ها را طوری تنظیم کنیم که انرژی را فقط در قسمت‌های سرطانی تخلیه کنند».
همراه با قدرتمند‌تر شدن لیزر، نرخ پالس‌های آن نیز وارد مرزهای جدیدی شده‌اند. دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از لیزر، زمان را در اندازه فمتوثانیه یا یک قسمت از هزار میلیون میلیونیم ثانیه تقسیم‌بندی کنند. در حال حاضر دانشمندان سرگرم تحقیقات روی لیزرهای اتوثانیه هستند که زمان را با بخش‌های یک میلیون میلیون میلیونوم ثانیه می‌شمارد.
با این اندازه‌ها می‌توان چگونگی کار کردن مواد را دید. برای مثال می‌توان لحظه‌ای را که یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد، ثابت کرد.
پروفسور هانا در این باره گفت: «در اندازه‌های زمانی فمتو ثانیه، اتم در یک مولکول نوسان خواهد داشت. بنابراین می‌توان نگاه دقیقی به آن چیزی که در یک مولکول اتفاق می‌افتد داشته باشیم».