پروژه جوشکاری و برشکاری لیزر 53 ص

اختصاصی از فی موو پروژه جوشکاری و برشکاری لیزر 53 ص دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

) لیزرها

لیزرها دستگاههایی هستند که تابش همدوس یا تقویت تابش در بسامدهایی در ناحیه مادون قرمز، مریی یا فرابنفش طیف موج الکترومغناطیسی را ایجاد میکنند.

2) مولفه های اساسی یک لیزر

مولفه های اساسی یک لیزر به قرار زیر است :

الف) محیط فعال شامل مجموعة مناسبی از اتمها، مولکولها، یونها و یا نیمرساناها.

ب ) فرآیند دمش که قادر است این اتمها و یا مولکولها را به ترازهای با انرژی بالاتر تحریک سازد.

ج ) عناصر بازخور مناسب که به باریکه تابش اجازه میدهد که در محیط فعال نوسان کند (به این امر نوسان لیزر میگویند) و یا آنکه باریکه از محیط فعال یک بار بگذرد (که به آن تقویت تک عبور میگویند) و ممکن است تعداد عبورها زیادتر شده به آن تقویت دو عبور، سه عبور و ... میگویند. عناصر بازخور در واقع از دو آینه تشکیل شده است. یک آینه (آینه انتهایی) تمام بازتابنده است و آینه دیگر نیمهشفاف است. با رفت و بازگشت باریکه بین دو آینه، هر بار عمل تقویت برای باریکه حاصل شده و هنگامی که بهره سیستم از کل تلفات بیشتر گردد، عمل لیزر آغاز میشود و خروجی لیزر را از طرف آینه نیمهشفاف دریافت میدارند.

3) تاریخچه لیزر

لیزرها بر اساس اصل کلی که در بسامدهای میکروموج اختراع گردیده بود و به آن میزر (تقویت میکروموج توسط گسیل تابش القایی) گفته میشد، کار میکنند. وقتی طول موج نوسان به ناحیه بسامدهای اپتیکی میرسد، طبیعتاً به آن لیزر (تقویت نور توسط گسیل تابش القایی) گفته میشود.

اختراع اولین لیزر به سال 1960 توسط تئودور مایمن بازمیگردد و آن یک لیزر یاقوت است که با لامپ درخش فعال میشود. جالب است بدانیم که امروزه لیزرهای حالت جامد (نظیر یاقوت، نئودیمیوم یاگ) نیز کم و بیش به صورت همان تکنیک قدیمی خود کار میکنند. روش دمیدن محیط فعال از طریق اپتیکی است. البته حضور لیزرهای نیمرسانا و تابش انها در ناحیه جذب شدید بلورهای لیزر، تکنولوژی بسیار جدید امروزی را که دمش لیزرهای حالت جامد توسط لیزرهای نیمرساناست متحول ساخته است. این لیزرها که با باریکة لیزرهای نیمرسانا دمیده میشوند، بسیار کوچک و قابل حمل و کم مصرف و با بازدهی بالایی هستند. حتی در این خصوص پا فراتر گذاشته شده است و لیزرهای پرقدرت که در حجم کوچک ساخته میشوند قادر به تولید باریکههای پرتوان برای مصارف صنعتی میباشند.

مقاله در مورد لیزر

اختصاصی از فی موو مقاله در مورد لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه75

بخشی از فهرست مطالب

عنوان                                 صفحه

مقدمه..............................................................................................................................................4

فصل اول: لیزر

ماهیت نور.......................................................................................................................................6

تاریخچهﻯ پیدایش لیزر...................................................................................................................7

گسیل خود به خود..........................................................................................................................8

گسیل القایی....................................................................................................................................9

لیزر چگونه تولید میشود..............................................................................................................10

ویژگیﻫای نور لیزر.......................................................................................................................12

سوئیچ Q......................................................................................................................................13

انواع لیزر......................................................................................................................................14

فصل دوم: کاربردهای آن

کاربرد لیزر در صنعت...................................................................................................................21

     مینیاتوری............................................................................................................................................................23

     تمامنگاری (هولوگرافی).....................................................................................................................................23

     ثبت با لیزر.........................................................................................................................................................26

     ساختمانﺳازی و کشاورزی................................................................................................................................26

     سایر کاربردها.....................................................................................................................................................27

کاربرد لیزر در مبحث نظامی.........................................................................................................30

کاربرد لیزر در پزشکی..................................................................................................................33

     چشم.................................................................................................................................................................33

     پوست................................................................................................................................................................34

     دندان پزشکی.....................................................................................................................................................36

    جراحی................................................................................................................................................................37

    درمان بیماریﻫا....................................................................................................................................................39

     لیزرهای باهوش..................................................................................................................................................40

     لیزرهای خانگی..................................................................................................................................................40

     اثرات لیزر بر بدن...............................................................................................................................................41

     خطرات اختصاصی لیزر.................................................................................................................................... 41

کاربرد لیزر در تحقیقات...........................................................................................................................43

کاربرد لیزر در ارتباطات.......................................................................................................................... 48

کاربردهای لیزر ND-YAG....................................................................................................................52

پرتوافشانی بر هنر دیرینهﻯ تاریخ.............................................................................................................52

ایمنی لیزرها .............................................................................................................................................53

فصل سوم: بازدیدها

بیمارستان فارابی........................................................................................................................................58

دندان پزشکی............................................................................................................................................60

دانشگاه شهید بهشتی.................................................................................................................................61

فصل چهارم: نتیجه‌گیری

پیشنهادات..................................................................................................................................................65

خلاصهﺍی از متن با توجه به.....................................................................................................................66

نتیجه‌گیری.................................................................................................................................................68

واژه‌نامه......................................................................................................................................................69

منابع   ........................................................................................................................................74

مقدمه

«اقرا بسم ربک الذی خلق»         بخوان به نام پروردگارت که تو را آفرید.

خدایا اولین سخن تو با پیامبرت خواندن بود. توخیر بندﻩات را در دانشمند بودن او میﺩانی. پس خدایا شناخت علوم بر ما آسان ساز. یعنی شناختن و دانستن چیزی همان طور که هست واین از صفات خداوند است. از آغاز آفرینش انسان تاکنون میلیونﻫا سال میگذرد. در این سالها انسان شاهد تغییرات زیادی در محیط پیرامونش بودهﺍست. تمامی این تغییرات ناشی از قدرت عقل و قوﻩی اراده و تصمیمگیری اوست.اما امروزه شاهد پیشرفتﻫای شگرفی در علوم مختلف از جمله پزشک، شیمی، زیستشناسی، ارتباطات و... هستیم که بسیاری از این پیشترفتﻫا را مدیون اختراع پرتویی شگفتﺍنگیز به نام لیزر میﺩانیم.

لیزر یا به اصطلاح نور باشکوه نوع کامﻸ جدیدی از نور است که بسیاری از آرزوﻫای رویاگونهﻯ بشر را جامهﻯ عمل پوشاندهﺍست، به طوری درخشانتر از هر چه که در طبیعت یافت میشود. با لیزر میتوان عجایبی به بار آورد و هر مادهﻯ شناخته شده روی زمین را در کسری از ثانیه بخار کرد.

لیزرها آن چنان قدرتمند هستند که میتوانند فرﺁیند همﺠوشی هستهﺍی را ایجاد نمایند همان فرﺁیندی که در خورشید صورت میگیرد که برای به وجود آمدن آن گرمایی بالغ بر K10 نیاز است.

امروزه لیزرﻫا کاربردﻫای وسیعی در علوم مختلف از جمله: صنعت، پزشکی، کشاورزی، ساختمان سازی، هولوگرافی، شیمی، زیست شناسی و ارتباطات یافتهﺍند.

هدف ما از انجام چنین تحقیقی آشنایی بیشتر با لیزر و کاربردﻫای آن ﺍست تا بتوانیم علت اصلی پیشرفتﻫای بشر را در بسیاری از زمینهﻫای علمی و تحقیقی دریابیم و از آنﻫا در جهت پیشرفتﻫای جدیدی برای کشورمان وتمام جهانیان استفاده کنیم.

فصل اول:

             لیزر

ماهیت نور

اسحاق نیوتن در سال 1672 برای اولین بار نظریهﻯ ذرهﺍی بودن نور را بیان کرد و انیشتین نیز با انجام آزمایش فوتوالکتریک نظریهﻯ نیوتن را ﺗﺄیید کرد. نیوتن هم چنین با عبور دادن نور از منشور توانست نور را تجزیه کند.

نور خود یک موج الکترومغناطیسی است و میﺩانیم که موج دارای 3 مشخصهﻯ اصلی: بسامد، دوره و طول موج است. طول موج یکی از مهمترین مشخصهﻫای موج است که با انرژی رابطهﻯ عکس دارد. بنابراین موجﻫای مختلف را میتوان به صورت طیف موجﻫای الکترومغناطیسی نمایش داد.

کریستین هویکینس، فیزیکﺩان هندی برای اولین بار توانست به کمک پخش، بازتاب و شکست نور، ماهیت موجی بودن نور را بیان کند و توماس یانگ با آزمایش پراش نور آن را ثابت کرد.

لیزر در واقع نوعی نور است و با توجه به محیط فعالش در قسمتﻫای مختلف طیف موجﻫای الکترومغناطیسی قرار میگیرد.

تاریخچهﻯ پیدایش لیزر

در سال 1917 میلادی انیشتین تحقیقی را بر روی نظریهﻯ نور و تشعشع آغاز کرد. در پیﺁمد این تحقیقات، انیشتین در مقالهﻯ علمی خود «در نظریهﻯ کوانتومی تشعشع» چگونگی تحریک شدن اتمﻫا و آزاد کردن نور از آنﻫا را شرح داد که در قسمتﻫای بعدی به تشریح کامل آن میﭘردازیم.

بعد از انیشتین، تاونز به در خواست نیروی دریایی آمریکا برای ساخت وسیلهﺍی که بتواند بسامد بالای میکروموج، جهت استفاده در ارتباطات تهیه کند، مشغول به تحقیق در مورد گسیل القایی شد. وی سرانجام در سال1935 با استفاده از ماده فعال آمونیاک توانست میزر را تولید کند. تاونز پس از اختراع میزر که اولین کاربرد عملی اصول انیشتین در مورد گسیل القایی بود به فکر ساخت دستگاهی بود که بتواند طول موجﻫای کوتاهتری نسبت به میکروموج داشته باشد.

سرانجام در سال 1959 دکتر تئودور مایمن فکر تاونز را به نتیجه رسانید و اولین لیزر راساخت. مایمن با قرار دادن میلهﺍی از یاقوت مصنوعی درون شیشهﺍی مار پیچی که دو انتهای میله صیقل داده شده بود، توانست لیزر را تولید کند.

پس از دو سال آقای علی جوان، دانشمند ایرانی برای نخستین بار لیزر گازی هلیوم-نئون (He-Ne) را ساخت. اما به طور کلی علت اصلی مشغول شدن فکر دانشمندان به تولید لیزر، ساخت وسیلهﺍی بود که بتواند نور همدوس تولید کند.

لازم به ذکر است، تفاوت اصلی «میزر» و «لیزر» که هردو کوتاه شده عباراتی به معانی «تحریک میکروموج با تابش گسیل القایی» و«تقویت نور با تابش گسیل القایی» هستند، در طول موجشان است و طول موج میزر بلندتر از طول موج لیزر است. با توجه به این که طول موج با انرژی رابطه عکس دارد، پس میتوانیم دریابیم که انرژی میزر از انرژی لیزر کمتر است.

در ضمن امروزه لیزرها گسترش بسیار زیادی یافتهﺍند و با پیشرفت روز افزون مکانیک کوانتومی و جنبهﻫای ذرهﺍی نور و تولید آینهﻫایی با توان بالا، دانشمندان لیزرهایی با توان خروجی بهتر (لیزرهای توان بالا) ساختهﺍند.

 گسیل خود به خود

هر اتم از سه قسمت الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شدهﺍست که علت اصلی ایجاد لیزر، جابهﺠایی الکترونﻫا بین لایهﻫای الکترونی است که همﺍکنون به تشریح کامل آن میﭘردازیم.

همانطور که میدانیم الکترون در اتم بر روی مداری که از نظر انرژی مشخص شدهﺍست، در گردشﺍند. حال فرض کنیم که الکترونی به طریقی، مﺜﻸ به وسیلهﻯ تحریک الکتریکی به ترازی با انرژی زیادتر انتقال داده شده باشد. بدیهی است که این الکترون تمایل دارد که به مدار پایینتر، یعنی مداری که انرژی آن کمتر است، فروﺍفتد. در این فروﺍفت، الکترون مقداری از انرژی خود را به صورت انرژی الکترومغناطیسی از دست میﺩهد.

میﺩانیم که اگر E2 و E1 به ترتیب انرژی مربوط به ترازهای با انرژی پایینتر اتم باشد، فرکانس نور گسیل شده از رابطه E2-E1=hu0 به دست میﺁید. این فرآیند را گسیل خود به خود (گسیل تابشی) میگویند. نوری که برای روشنایی منازل از آن استفاده میکنیم، یا نوری که از خورشید به ما میﺮسد و یا چراغﻫای نئونی که برای تزیین سردرهای فروشگاهﻫا به چشم میﺨورد، همگی حاصل تابش خود به خود است.

حال اگر بخواهیم الکترونی را در یک اتم از تراز پایینتر (انرژی کمتر) به تراز بالاتر (انرژی بیشتر) انتقال دهیم، باید مقداری معین انرژی صرف کنیم. یعنی از نظر مقدار، درست برابر با همان انرژی است که الکترون در صورتی که از مدار بالاتر به مدار پایینتر سقوط میکرد باید پس میﺩاد. این فرآیند را جذب میگویند. پس باید در ابتدا عمل جذب صورت گیرد تا منجر به گسیل خود به خود شود.

جذب

 گسیل

 خود به خود

گسیل القایی

تابش فرآیندی است که طی آن گرما میتواند انتقال یابد. توان تابیده به ضریب گسیل Σ بستگی دارد که تابش را به خوبی جذب مﻰکند و جسمی که سطحش صاف و کامﻸ سیاه باشد ( یعنی جذب کنندهﻯ کامل باشد) گسیلندهﻯ کامل نیز هست که ضریب گسیل آن 1=Σ است وقتی جسمی گرم شود، هم شدیدتر تابش میکند و هم رنگش عوض میشود، مانند دستهﻯ لامپ التهابی. البته شدت این تابش به طول موج دما بستگی دارد. پلانک سعی کرد فرمولی برای این موضوع بیان کند. از این رو این نظریه به نظریه پلانک است.

انیشتین با استفاده از نظریهﻯ تابش جسم سیاه توانست اثبات کند، علاوه بر تابش خود به خود تابش القایی نیز فوتون تولید میکند. شرح آن به صورت زیر است:

وقتی یک الکترون در تراز بالا قرار دارد، با برخورد به یک فوتون دیگر، مجبور به واکنش با آن فوتون و سقوط به تراز انرژی پایینتر میشود در اینجا فوتون القاکننده به حرکت خود ادامه میﺩهد و فوتون القاشونده در اثر رها شدن انرزی الکترون به دست میﺁید. فوتون اول (القاکننده) و فوتون دوم (القاشونده) هر دو همﻔاز و همراه هستند. به این پدیده گسیل القایی میگوییم. زیرا یک فوتون تولید، یک فوتون دیگر را بر میﺍنگیزد.

در لیزر نور از طریق گسیل القایی ایجاد میشود. در ضمن واژهﻯ لیزر به خاطر همین فرآیند انتخاب شده است، یعنی از به هم پیوستن حروف اول عبارتی انگلیسی¹ به معنای تقویت نور به وسیلهﻯ تابش گسیل القایی.

دانلود تحقیق کامل درمورد بررسی ماهیت نور و ارتباط آن با پدیده لیزر

اختصاصی از فی موو دانلود تحقیق کامل درمورد بررسی ماهیت نور و ارتباط آن با پدیده لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 128

بررسی ماهیت نور و ارتباط آن با  پدیده لیزر

1-1- ماهیت نور

یونانی ها اولین کسانی هستند که کوشیدند طبیعت نور و چگونگی دیدن را توضیح دهند، بعد از آن، ظهور علوم تجربی دو نظریه مترادف را به ارمغان آورد. یکی از آنها نطریه ذره‌ای نیوتن بود که نور را متشکل از باریکه‌ای از ذرات دانسته که این ذرات تابع قوانین حرکت می‌باشند. نظریه دیگر نظریه موجی هوک و هویگنس است که طبیعت موجی را برای نور پیشنهاد  کردند. پذیرش هر نظریه مستلزم توجیه پدیده‌های نور مانند انعکاس، تداخل ، شکست، پراش، فتوالکتریک، جذب و گسیل و ... می‌باشد و هر نظریه قادر است بعضی از پدیده های ذکر شده را توجیه کند برای مثال پدیده تداخل اولین بار توسط یانگ در سال 1801 ارائه شد که فقط با در نظر گرفتن نظریه موجی قابل توضیح است. پدیده پراش با توجه به اصل هویگنس و ایجاد موجک‌های ثانوی فقط بر اساس نظریه موجی قابل توجیه است که ایشان پیشنهاد  کرد که پلاریزاسیون نور فقط به دلیل عرضی بودن امواج نور اتفاق می‌افتد و از این رو نتیجه می شود که ارتعاشات امواج نور بر امتداد انتشار آنها عمود است برخلاف امواج صوتی که به صورت طولی بوده و امتداد ارتعاش ذرات محیط در امتداد انتشار امواج صوتی است. با پیشرفت علم و فهم بیشتر طبیعت نور، ماکسول در سال 1864 به این نتیجه رسید که نور به مانند امواج الکترومغناطیس است که دارای سرعت ، فرکانس  و طول موج  می‌باشد. امروزه برای ما کاملا ثابت شده که امواج نور از دو مولفه میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم تشکیل شده اند و  جهت انتشار امواج عمود بر امتداد ارتعاش این دو است.

در جدول 1-1 انواع امواج الکترومغناطیس و مشخصات آنها آورده شده است . گستره امواج مشخص شده در جدول شامل نواحی مختلفی است که مرز مشخصی برای آنها وجود ندارد.

در سال 1887 هرتز موفق به تولید امواج الکترومغناطیس نامرئی شد. امروزه ما امواج الکترومغناطیس با فرکانس‌های بین  را می‌شناسیم.

اما پدیده‌های همچون فتوالکترویک، جذب و گسیل، توسط نظریه موجی نور قابل توجیه نیست.

در پدیده فتوالکتریک تابش نور برخورد کننده به سطح فلز الکترون‌های آزاد می‌کند، رها شدن الکترون وقتی اتفاق می‌افتد که فرکانس پرتو تابش به حد کافی بالا باشد برای مثال در حالی که نور بسیار قوی قرمز قادر به ایجاد فوتوالکترون نیست نور آبی با شدت کم قادر به تولید فوتوالکترون است.

چرا که انرژی  جنبشی کافی دارد. بر اساس نظریه ذره‌ای نور در سال 1905 انیشتین به سادگی پدیده فتوالکتریک را  توجیه کرد. ایشان نور برخورد کننده را متشکل از بسته های کوچک انرژی یا ذراتی به نام فوتون در نظر گرفت که انرژی هر فوتون متناسب با فرکانس آن است. E=hv که h ثابت پلانک و v فرکانس می‌باشد فوتون برخورد کننده می‌تواند انرژی خود را به یک الکترون بدهد و بر نیروی فتوالکتریک نیست، نه می‌تواند علت عدم تولید فوتوالکترون ها را وقتی نور قرمز با شدت زیاد به کار برده می‌شود توضیح دهد و نه گسیل خود به خودی الکترون‌ها وقتی که چشمه مناسب نور به کار گرفته می‌شود. بنابراین به نظر می‌رسد هر دو نظریه رقیب در مورد نور ، نه تنها مخالف هم نبوده بلکه مکمل یکدیگر  می‌باشند و ما بایستی هر دوی آنها را بپذیریم، مادامیکه نور ، با نور برهم کنش انجام می‌دهد مانند پدیده تداخل نور ما نظریه موجی نور را در نظر می‌گیریم و وقتی که نور با ماده برهم کنش دارد مانند پدیده فوتوالکتریک ما نظریه ذره‌ای نور را به کار می‌بریم، این وضعیت به آنچه که طبیعت دو گانه تابش نامیده می‌شود منجر می‌گردد.

1-2 – گسیل و جذب نور

اینشتین اثر فوتوالکتریک را بر اساس کارهای قبلی پلانک توجیه نمود و نظریه کوانتومی نور برای بیان چگونگی تابش جسم سیاه  را ارائه کرد. پلانک گسیل امواج الکترومغناطیس را به نوسان کننده هائی در داخل جسم سیاه نسبت داد که ایجاد میدان الکتریکی می‌کنند. فرض مهم این است که این نوسان کننده ها می‌توانند مقادیر انرژی معینی را داشته باشند و این انرژی مضرب صحیحی از E=hv است. مطلی که پلانک معرفی نموده امروزه به نظریه کوانتومی معروف است. اهمیت نظریه کوانتومی در بحث ما این است که سیستم های اتمی دارای ترازهای انرژی مجزا یا حالت های انرژی مجزا هستند.

در سال 1823 نشان داده شد که هر عنصر اتمی یک طیف مشخصی را تولید می‌کند لیکن توضیح آن تا سال 1913 بوسیله بوهر میسر نشد، بوهر نظریه‌ای  ارائه داد که او را قادر ساخت طول موج طیف ساده ترین اتم ها یعنی هیدورژن را پیش بینی کند. او مدل اتمی را در فورد رابه  کار  برد که در آن مدل، اتم از یک هسته سنگین با بار مثبت به وسیله تعدادی بارهای منفی به نام الکترون احاطه شده تشکیل شده است و اتم های هر جسم دارای تعداد معینی الکترون می‌باشند، برای توضیح این که چرا الکترون ها نمی‌توانند جذب بار  مثبت هسته شوند او فرض کرد که الکترون ها روی مدارهائی به دور هسته مانند حرکت سیارات به دور خورشید در حرکت هستنمد. نیروهای جاذبه‌ای که احتیاج است تا الکترون بر روی مدار معینی باقی بماند با توجه به  جاذبه کولنی هسته مثبت روی الکترون منفی تامین می‌گردد و می‌توانیم بنویسیم:

V, e,m جرم،‌بار و سرعت الکترون و r شعاع مدار و نفوذپذیری در خلاء است. بوهر فرض کرد تنها الکترون هیدروژن مجاز است فقط مدارهای معینی را اشغال کند. وقتی که الکترون در یکی از این مدارهای مجاز یا حالت پایه قرار دارد هیچ اثری توسط  اتم ساطع نمی شود. هر یک از این مدارهای مجاز به یک تراز معین یا حالت انرژی معی مربوط می‌شوند. برای توضیح خطوط طیفی هیدروژن ، بوهر فرض کرد که الکترون و به طبع اتم، با حرکت از یک مدار با انرژی بالاتر ( دوتر از هسته) به یک مدار با انرژی کمتر ( نزدیک تر به هسته ) انرژی از دست می‌‌دهد. این انرژی به صورت یک فوتون با انرژی hv است که در این رابطه  به ترتیب انرژی الکترون قبل و بعد از انتقال است از آنجائی که مدارهای متعدد و مجزایی وجود دارند بنابراین انتقالات مختلفی نیز ممکن است انجام شود از این رو اتم هیدروژن فرکانس های مختلفی را می تواند  گسل دارد.

به طور کلی هر اتم تمایل دارد در حالت های انرژی پایین تر قرار گیرد. از این رو برای ایجاد طیف اتم هیدروژن لازم است الکترون ها را با تحریک کردن به ترازهای بالاتر بفرستیم. این عمل با حرارت و یا برخورد با الکترون های دیگر در لوله تخلیه الکتریکی و یا به کمک تابش با طویل موج های مناسب انجام پذیر است. هر طول موجی که توسط اتم در حالت تحریک گسیل می شود میتواند توسط آن وقتی که در  ترازهای پایین انرژی قرار دارد جذب شود.

البته فوتون های برخورد کننده باید خیلی نزدیک به اختلاف انرژی بین دو تراز انرژی اتمی درگیر باشد. در این حالت جذب تشدیدی نامیده می‌شود. به روش مشابهی بوهر قادر بود که خطوط طیفی دیگر اتم های چند الکترونی را  که طیف پیچده‌تری  دارند توضیح دهد. نظریه بوهر توصیف خوبی از حالت اتم بر پایه فیزیک کلاسیک و فیزیک مدرن که اساسا بر فیزیک کوانتومی استوار است، به دست می‌دهد. فیزیک کوانتومی برای هر الکترون در اتم  چهار عدد کوانتومی تعریف میکند. این چهار عدد را می‌توان مختصات و مشخصه های الکترون  تعریف کرد که انرژی آن را به کمک آنها می‌توان به دست آورد. درست مثل مختصات هندسی که برای تعیین محل یک نقطه مادی به کار گرفته می‌شود. تعیین مقادیر مجاز این اعداد کوانتومی تعیین انرژی‌های الکترون‌‌ها ر در هر اتم به کمک این اعداد مقدور می‌سازد به علاوه طول موج‌هایی که توسط اتم منتشر می‌شوند را می‌توان پیش بینی کرد.

قابل توجه است که فوتون ها وقتی ایجاد می شوند که یک الکترون بین دو تراز انرژی کاملا معین انتقال یاد وانرژی فوتون ها نیز کاملا معین است وقتی فرکانس و طول موج مربوط به فوتون ها مقدار ثابت و معینی باشد می‌گوییم تابش تکفام است. برای اتم های پیچیده که دارای ترازهای الکترونی زیاد هستند تعداد زیادی از حالات ممکن است به طوری که طول موج های مختلف گسیل یا جذب شوند. بسته به اینکه الکترون ها اصولا در حالت های انرژی بالا ( تحریک شده ) و یا درحالت های انرژی  پایین باشند پدیده های جذب و گسیل اتفاق می‌افتد.

1-3- برهمکنش تابش نور و ماده

اتمی را در نظر بگیرید که فقط دارای دو تراز انرژی باشد تراز بالایی را  و تراز پایینی را می‌نامیم. در شرایط عادی اتم در تراز پایین قرارمی‌گیرد  چرا که سیستم ها همیشه در حالت مینیمم انرژی پایدارتر هستند. اگر اتم در تراز پایین تحت تاثیر تابش با فرکانس  قرار گیرد، داریم:

اتم با جذب این فوتون تحریک شده و به تراز بالاتر می‌رود این فرآینمد به فرآیند جذب برانگیخته موسوم است.

این اتم بلافاصله ( معمولا پس از چند  نانو ثانیه) بعد از تحریک شدن به تراز بالاتر، با گسیل فوتونی با انرژی  به تراز انرژی پایین‌تر باز می گردد که به این فرآیند، فرآیند گسیل برانگیخته یا گسیل تحریگی می‌گویند.

اما اگر اتم ابتدا در  تراز  باشد و با گسیل فوتونی به تراز  افت کند به این پدیده گسیل خود به خودی می‌گویند.

دونکته بسیار مهم در ارتباط با گسیل تحریکی وجود دارد که خواص  نور لیزر به آن بستگی پیدا می‌کند. اول آن که فوتونی که با گسیل برانگیخته ایجاد می‌شود دارای همان انرژی فوتون برانگیزنده یا تحریک کننده است. بنابراین امواج ایجاد شده دارای  همان فرکانس خواهند بود.

دوم آن که امواج نوری مربوط به دو فوتون ایجاد شده هم فاز و همچنین دارای پلاریزاسیون مشابه بوده  بنابراین همدیگر را تقویت و دامنه آنها افزایش می‌یابد پس  ما امکان تقویت نور به وسیله گسیل‌های تحریکی تابش که در واقع همان نور لیزر است خواهیم داشت.

در کسیل خود به خودی، اتم ها کاملا به بصورت اتفاقی گسیل کرده و رابطه خاصی بین امواج اتم ها وجود نداشته بنابراین تابش‌ها غیر همدوس بوده و همدیگر را تقویت نمی‌کنند. در شرایط معمولی تعادل گرمایی، گسیل خود به خودی در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیس، از اتم ها بسیار محتمل تر از گسیل برانگیخته می‌باشد. و تابش اکثر چشمه های نوری غیر همدوس است. بنابراین پدیده لیزر وقتی اتفاق می‌افتد که اتم را از حالت تعادل ترمودینامیکی خارج سازیم.

فصل دوم

تولید نور لیزر و اجزاء آن

2-1- مبانی نظری نور لیزر

همانگونه که در فصل اول اشاره شد با ایجاد پدیده گسیل تحریکی، امکان تقویت نور و ایجاد نور  لیزر  وجود دارد. قبل از بحث در خصوص مبانی نظری لیزر اصطلاح ماده فعال را تعریف می‌کنیم. ماده فعال ماده ای است که اجرای پدیده گسیل تحریکی بر روی آن به راحتی امکان پذیر باشد. برای تولید نور لیزر با قرار دادن ماده فعال در بین دو آینه و تحریک ماده فعال، پدیده گسیل برانگیخته اتفاق افتاده و فوتون آزاد می‌شود. این فوتون ها بین دوآینه رفت و آمد کرده و ضمن هر بار عبور از ماده فعال بین دو ‌آینه تقویت می شوند چنانچه یکی از دو آینه به صورت نیمه  آینه باشد باریکه نور لیزر پس از تقویت درحد مشخص از نیمه آینه خارج‌خواهد‌شد.(شکل 2-1)

بنابراین اجزاء اصلی لیزر به سه بخش زیر تقسیم می‌شود

1- ماده فعال

2- دمش کننده برای ایجاد پدیده گسیل برانگیخته بر روی ماده فعال

3- تشدید کننده فوتون گسیل شده از مرحله قبل تا حد مشخص

در بخش های بعدی این فصل به تشریح موارد فوق می‌پردازیم.

2-2- ماده فعال

ماده فعال به عنوان اساسی ترین بخش لیزر بوده به نحوی که این ماده تعیین کننده نوع لیزر می‌باشد همانگونه که قبلا اشاره شد ماده فعال  ماده ای است که اجرای پدیده گسیل برانگیخته بر روی آن به راحتی قابل انجام است.

اگر یک ماده دو ترازی با ترازهای  را به عنوان ماده فعال در نظر بگیریم برای آن که گسیل برانگیخته قابل توجه باشد، بایستی جمعیت ( تعداد اتم در واحد حجم) مربوط به تراز بالا  نسبت به جمعیت تراز پایین  بسیار افزایش یابد یعنی بایستی جمعیت معکوس ایجاد کرد .

در تعادل ترمودینامیکی با افزایش دما، ایجاد  جمعیت معکوس امکان پذیر نیست. چون با افزایش دما  به  نزدیک می‌شود لیکن هرگز از  بیشتر نخواهد شد. برای ایجاد جمعیت معکوس ها اتم ها در ماده لیزری باید تحریک شوند یا به اصطلاح دمیده شوند که در بخش بعدی در خصوص دمش ماده لیزری بحث خواهد شد. یکی از راه های دمش، دمش اپتیکی است که با تابش قوی با فرکانس مشخص به مجموعه ای از اتم ها، بسیاری از اتم ها تابش را جذب کرده و از تراز  به تراز  می‌روند اما با دمش اپتیکی و حتی سایر روش های دمش امکان ایجاد  جمغیت معکوس در سیستم دو ترازی وجود نداشته و حداکثر می‌توان جمعیت ترازهای بالا و پایین را برابر کرد .  بنابراین نیاز به سیستم های سه یا چهار ترازی می‌باشد. اگر ماده لیزری با سیستم سه ترازی را تحت تابش قوی یک لامپ قرار دهیم. تعداد زیادی از اتم ها با جذب تابش ترازی را تحت تابش قوی یک لامپ ( دمش اپتیکی) قرار دهیم، تعداد  زیادی از اتم ها با جذب تابش از تزار پایه  به تراز بالایی  می‌روند و از تراز  معمولا اتم ها با فرآیند غیر تابش به تراز  فرو می‌افتند و وقتی جمعیت  از  بیشتر شد  جمعیت معکوس بین ترازهای  و  ایجاد میشود.

برای این که جمعیت معکوس با حداقل دمش کردن ایجاد شود لازم است انتقالات اتم‌ها از تراز  به تراز  بسیار سریع باشد که درعمل چنین است و عمر اتمها در حالت تحریکی از  تا  ثانیه است .

الف ) قبل از دمش کردن توزیع بولتزمن  ب) توزیع بعد از عمل دمش کردن و گدازهای درگیر

همچنین تراز  ترجیحا لازم است نیمه پایدار بوده  یعنی دارای عمر بلند حدود چند میلی ثانیه باشد، اگر برای اتم این شرایط برقرار شود اتم‌ها از تراز  به سرعت از طریق تراز  به تراز  دمش می‌شوند و به نحوی تجمع می‌یابند که جمعیت  شروع به افزایش می‌یابد، اساسا وقتی جمعیت معکوس به وجود آید تقویت تابش با فرکانس  با گسیل برانگیخته ممکن خواهد شد از آنجایی که تراز  مستقیما در فرآیند تقویت دخالتی ندارد می‌توانند پهن باشد به طوری که ناحیه وسیعی از طول موج های تابش دمش مفید واقع شوند و باعث افزایش کارایی عمل دمش گردد اما به دلیل این که تراز پایینی لیزر یعتی تراز  حالت پایه افزایش کارایی عمل دمش گردد اما  به دلیل این که ترار پایینی لیزر یعنی تراز  حالت پایه ماده است بایستی بیش از نصف اتم ها از حالت پایه به حالت تحریکی بروند تا جمعیت معکوس به دست آید. در واقع انرژی لازم برای دمش نصف تعداد اتم های سیستم تراز  از طریق  به هدر می‌روند، بنابراین سیستم سه ترازی دارای کارایی کمی می‌باشد با این وجود اولین لیزر اختراع شده یعنی لیزر  یاقوت یک لیزر سه ترازی است.

در ماده لیزر با سیستم چهار ترازی آهنگ انرژی دمش به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. ( شکل 2-4) با عمل دمش، اتم ها از  حالت تراز پایه  به تراز  منتقل شده و از آنجا سریعا به تزار شبه پایدار  فرو می‌پاشند به طوری که جمعیت  به سرعت افزایش یافته و بدین طریق بین  تراز  جمعیت معکوس ایجاد خواهد شد.

الف) قبل ازدمش  ب)بعد از دمش

از زمان عمرگذاری تراز به  کوتاه باشد جمعیت معکوس به سادگی انرژی دمش به دست می آید . لیزر نئودیمیم – یاگ (Nb-YAG) دارای چنین ترازهای انرژی است. در یک ماده واقعی لیزر بیشتر از سه یا چهار تراز انرژی درگیر هستند اما در بیشتر موارد می‌توان آنها را مانند سیستم‌های سه یا چهار ترازی در نظر گرفت.

2-3- دمش کننده

فرایندی که اتم ها را از تراز یک به تراز سه برای لیزرهای سه ترازی و یااز تراز صفر به تراز سه برای لیزرهای چهار ترازی انتقال می‌دهد فرآیند دمش یا پمپ کردن نامیده می‌شود. معمولا این فرآیند به یکی از دو روش زیر انجام می‌شود:

1- دمش اپتیکی  2- دمش الکتریکی

در دمش اپتیکی نور چشمهای قوی به وسیله ماده فعال جذب شده و در نتیجه اتم ها به تزار بالاتر دمیده می‌شوند این روش مخصوصا برای لیزرهای حالت جامد مثل یاقوت یا نئودیمیم و یا لیزرهای مایع مانند لیزر زرینه ای مناسب است. در جامدات و مایعات به دلیل پهن شدگی تراز دمش در واقع بجای تزاز دمش با نوار دمش سر و کار داریم. بنابراین این نورها می‌توانند بخش قابل ملاحظه‌ای از نور گسیل شده توسط لامپ دمش را که غالبا نور با نوار پهن فرکانسی را تشکیل می‌دهد جذب کنند.

طرح کلی سیستم دمش اپتیکی در شکل 2-5 نشان داده شده است.

نور ناهمدوس حاصل از یک لامپ  قوی به کمک سیستم مناسب اپتیکی به ماده فعال انتقال داده می‌شود. در لیزرهای پالسی (تپی ) از لامپ‌های درخش Xe  یا Kr با فشار  torr 1500-450 و در لیزرهای موج پیوسته (CW) از لامپ های Kr یا ید تنگستن با فشار torr 8000-4000 ( pa 133= torr 1) استفاده می‌شود. معمولا انرژی ذخیره شده درانبار خازن در لامپ درخش تخلیه می‌شود. تخلیه الکتریکی  در لامپ اغلب به وسیله پالس آغازگر ولتاژ بالا به الکترود کمکی ظروع شده و گاز  داخل آن را پیش یونیزه می‌کند. در این موقع لامپ ، درخش شدید ایجاد کرده و دوام آن را از حاصلضرب ظرفیت خازنی در مقاومت  لامپ به دست می‌آید که از چند میکروثانیه تا چند صد میکروثانیه است. ماده فعال معمولا به شکل یک میله استوانه‌ای به قطر چند میلی متر تاچند سانتی متر طول آن از چند سانتی متر تا دهها سانتی متر است . برای دمش اپتیکی طرح‌های مختلفی وجود دارد که ما در اینجا چند طرح را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

در طرح اول مطابق شکل 2-6 لامپ درخش مارپیچی شکل به طور مستقیم یا پس از بازتاب از سطح آینه‌ای استوانه شماره 1، نور را به ماده فعال می‌تاباند، این سیستم برای اولین لیزر یاقوت به کار گرفته شد و اکنون نیز به طور گسترده‌ای برای لیزرهای پالسی به کار گرفته می‌شود.

در طرح شماره 2 سیستم دمش مطابق شکل 2-7 لامپ به شکل استوانه خطی به قطر طول و برابر با قطر و طول میله فعال است به طوری که لامپ در امتداد یکی از محورهای کانونی  استوانه بیضوی که سطح داخلی آن آینه‌ای است بوده و ماده فعال لیزر در امتداد محور کانونی دوم () قرار می‌گیرد.

یکی از  خواص معروف بیضی آن است که پرتو  که از کانون اول  خارج میشود پس از بازتاب از سطح بیضوی از کانون دیگر بیضی یعنی  عبور می‌کند ( پرتو ) این بدان معناست که قسمت زیادی از نورگسیل شده از لامپ، با بازتاب از استوانه بیضوی به میله فعال برده می‌شود.

در طرح سوم سیستم دمش مطابق شکل 2-8 به آرایش جفت شدگی نزدیک معروف است میله لیزر و لامپ خطی تا آنجا که ممکن است نزدیک هم قرار می‌گیرند و به وسیله یک باز تابنده جفت شدگی نزدیک استوانه ای که در شکل شماره 1 مشخص شده احاطه می‌شود. کارایی آ‌رایش جفت شدگی نزدیک، معمولا چندان کمتر از کارایی آرایش استوانه بیضوی نیست.

طرح های دیگر سیستم دمش نیز با استفاده از بیش از یک استوانه بیضوی یا چند لایه در آرایش های جفت شدگی به کار گرفته می‌شوند. بازدهی این آرایش‌های چندگانه کمتر از آرایش منفرد است ولی غالبا این آرایش ها در سیستم‌های با توان بالا به کار برده می‌شوند.

دمش الکتریکی به وسیله تخلیه الکتریکی با شدت کافی صورت می‌گیرد. این روش بیشتر برای لیزرهای گازی و نیم رسانا مناسب است . لیزرهای گازی به علت کمی پهنای خطوط تراز جذبیشان، غالبا به آسانی به دمش اپتیکی تن در نمی‌دهد اما در مورد لیزرهای نیم رسانا با وجود این که  استفاده از دمش الکتریکی بسیار آسان تر است دمش اپتیکی نیز به خوبی موثر واقع می‌شود. در دمش الکتریکی با عبور جریان  الکتریکی مناسب از گاز باعث ایجاد یون ها و الکترون های آزاد شده و به خاطر اثر میدان الکتریکی این ذرات باردار شتابدار می‌شوند و انرژی جنبشی اضافی به دست می آروند. با برخورد این ذرات شتابدار به اتم های خنثی آنها را برانگیخته کرده و در این برانگیختگی برخودی معمولا حرکت یون ها در مقابل حرکت الکترون ها اهمیت کمتری دارد. در واقع برای گازی یا فشار پایین انرژی متوسط الکترون خیلی بیشتر از انرژی متوسط یون است.

دو روش دمش که در بالا به آنها اشاره کردیم تنها روش‌های موجود برای دمش لیزر نیستند. برای مثال دمش ممکن است به وسیله واکنوش شیمیایی مناسب ( دمش شیمیایی ) و یا به وسیله انبساط فوق صوتی گاز ( دمش گاز – دینامیکی) نیز صورت گیرد. همچنین استفاده از لیزر برای دمش اپیتکی سایر لیزرها نیز معمول می‌باشد.

2-4- تشدید کننده‌های نوری

در بیشتر موارد بهره دمیده شده یا تحریک شده ماده لیزر ی کاملا کوچک است به طوری که تقویت نور  عبوری با یکبار عبور ازماده فعال حداقل خواهد بود. در اثر موارد تقویت کلی با قرار دادن آینه های با درصد انعکاس بالا در دو انتهای ماده افزایش می‌یابد. پرتو نوری بیش از حدود یکصد بار بین دو آینه رفت و برگشت می‌کند و بدین وسیله طول موثر ماده را افزایش می‌دهد این آینه ها در واقع تشکیل یک کاواک نوری یا تشدید کننده را می‌دهند. در بحث بالا فرض کردیم که پرتوهایی که بین دو آینه رفت و برگشت می‌کنند باریکه کاملا موازی شده هستند. ولی در واقع این طور نیست و به دلیل اثرات پراش، یک باریکه کاملا موازی شده نمی‌تواند با آینه‌های با اندازه محدود به دست آید و بخشی از تابش از کناره های آینه‌ها پخش می‌شوند و این اتلاف ها در اثر پراش را می‌توان با استفاده ازآینه های با انحناءهای مختلف و شکل‌های گوناگون بسته به نوع لیزر و کاربرد آن کاهش داد.

بعضی از انواع سیستم‌های آینه‌ای که برای کاواک نوری استفاده می‌شوند به شرح زیر می‌باشند.

الف ) تشدید کننده صفحه – موازی

این تشدی کننده دارای دو آینه تخت کاملا موازی بوده که دقت توازی آ‌ینه‌ها در حد ثانیه می‌باشد. (شکل 2-10)

در این سیستم پرتو نوری پس از چندین رفت و برگشت از کاواک خارج خواهد شد از طرف دیگر از آنجایی که پرتو در داخل کاواک متمرکز نمی‌شود پرتو تابش از اکثر محیط ماده فعال استفاده می‌کند، فرکانس های تشدیدی با اعمال این شرط که طول کاواک باید مضرب صحیحی از نصف طول موج باشد به آسانی به دست می آید یعنی  عدد صحیح مثبت است . این شرط برای آن که میدان الکتریکی موج ساکن الکترومغناطیس روی دو  آینه برابر صفر باشد شرط لازمی است و در نتیجه فرکانس های تشدیدی از رابطه  به دست می‌آیند. قابل توجه است که با اعمال این شرط که تغییر فاز یک موج تخت در یک رفت و برگشت داخل کاواک باید مضرب صحیحی از  باشد.  

اگر فرکانس موج تخت با فرکانس مد کاواک برابر باشد، اختلاف فاز پس از یک رفت و برگشت باید صفر شود  چون فقط در این مورد است که دامنه ها در هر نقطه اختیاری ناشی از بازتاب های متوالی به طور همفاز جمع می‌شود تا میدان قابل ملاحظه‌ای را فراهم سازند.

ب ) تشدید کنندة هم مرکزی

این تشدید کننده شامل دو آینه کروی است که هر دو دارای شعاع R هستند و به فاصله L از یکدیگر چنان قرار گرفته اند که مرکز انحنای  آینه ها بر هم منطبق است L=2R .

نمایش هندسی مدهای این تشدید در شکل 2-11 نشان داده شده است در این مورد مدها با برهم نهش دو موج کروی متحرک مخالف هم که از نقطه C ناشی  می‌شوند تقریب زده می‌شوند.

تنظیم چنین سیستمی ساده است به طوری که دقت 5/1 دقیقه کافی است اما از تمامی حجم ماده فعال استفاده نمی ‌شود و حجم مدی آن کوچک است . حجم مدی به کسری از ماده فعال لیزری گویند که نور به هنگام رفت و برگشت بین آینه‌های کاواک در واقع با آنها برهمنکش انجام می‌دهد.

ج) تشدید کننده هم کانونی

این تشدید کننده شامل دو آینه کروی است که شعاع هر دو R بوده و به فاصله L از یکدیگر قرار گرفته اند. کانون های  آینه‌ها بر هم‌منطق است ، در نتیجه مرکز انحنای هر آینه بر روی سطح آینه دیگر واقعی می شود. L=R در این سیستم مانند سیستم فوق تنظیم آینه ها نسبتا ساده ولی حجم مدی کم می باشد.

د) تشدید کننده با استفاده از ترکیب آینه های تخت وکروی ( نیم کروی)

تشدید کننده های متشکل از  آینه کروی با شعاعR و آینه تخت که در مرکز آینه کروی قرار گرفته ( شکل 2-13) در این حالت حجم مدی کم می‌باشد.

هـ ) تشدید کننده نیم همکانونی

این نوع تشدید کننده مانند حالت قبل از یک آینه کروی و یک آینه تخت تشکیل شده به نحوی که آینه تخت کروی می‌باشد در این حالت حجم مدی کمتر از حالت قبل می‌باشد.

ی) تشدید کننده های ناپایدار

در این تشدید کننده ها پرتوهایی که در آغاز با زاویه کوچکی از محور حرکت می‌کنند پس از چند برخورد و بازتاب واگرا شده و از تشدید کننده خارج  می‌شوند دو نمونه از این نوع تشدید کننده در شکلهای 2-15 و 2-16 آورده شده است. این تشدید کننده ها به تشدید کننده های با اتلاف زیاد موسومند ولی دارای خواص مفید ویژه ای هستند . در عمل این تشدید کننده ها از ماده فعال به طور تشدید کننده‌های ناپایدار که اتلاف زیادی دارند فقط با  ماده با بهره بالا  مانند گاز کربنیک  می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. تشدید کننده‌های دیگری نیز وجود دارند که از دو آینه کروی با شعاع های گوناگون و یا دو آینه کروی با شعاع یکسان در فاصله L<R و یا در فاصله R<L<2R قرار دارند. این نوع تشدید کننده ها از اهمیت کمتری برخوردار هستند.

الگوی تابش برای این کاواک هم کانونی  نشان داده شده است. اگر جدایی آینه‌ها کمی تغییر کند مقدار تابش اطراف  آینه  یعنی خروجی لیزر تغییر خواهد کرد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید

دانلود مقاله جوشکاری با پرتو لیزر

اختصاصی از فی موو دانلود مقاله جوشکاری با پرتو لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

 درسالهای اخیر جوشکاری بوسیله پرتو لیزر یا جوشکاری بوسیله لیزرهای دوتایی به یک تکنیک متداول تبدیل گردیده است. مطالعات گذشته نشان می دهد استفاده از پرتوی لیزر دوتایی می تواند اصابت بر آمدگی هات را در سرعت بالا اتفاق نی افتد به تاخیر انداخته و باعث کم شدن سرعت سود کردن می شود. در طول این مطالعات یک آزمایش با جزئیات کامل برای نشان دادن مزایای لیزرهای دوتایی و درک بهتر مکانیزم برای بهبود کیفیت انجام پذیرفت. در این آزمایش از یک لیزر    کیلو وات که به دو انشعاب تقسیم شده بود بطوریکه تین دو پرتو در پشت سر هم قرار داشتند. برا ی جوشکاری استفاده شده آزمایش نشان داد که لیزرهای دو تایی بصورت فاحشی کیفیت را بهبود می بخشند. برای فولاد ها ، کیفیت سطحی با کاهش عیوبی از قبیل ، فوران حوضچه ، ترکهای داخلی و بالا رفتن چقرمگی ، کاهش ترک مزکزی بالا رفته و در آلمینیوم نیز این بهبود شامل ایجاد سطحی صاف وکاهش عیوبی از قبیل آخال ها ، سوراخهای سطحی و ترکهای زیرین می باشد. یک دوربین تحقیقاتی سرعت بالا در بالای قطعه کار که ارتفاع و اندازه توده  بخاری نشان می داد، علوم ساخت که در میانگین نوسانات فرکانس مسبت به لیزرهای تک پرتو تغییرات فاحشی انجام گرفته است. این اغییرات برای فولاد 2/1 کیلو هرتز بوده است. همانگونه که نوسانات وابسته به ناپایدار بودن سوداخ کلید است ناپایدار بودن تودة بخار نیز باعث ناپایدار بودن فرآیند جوش می شود وبه جوشی فقیر منجر می شود. در جوشکاری با دو لیزر توده بخار فقط نوسانی در فرکانس مشخص پیدا کرده اما اندازه توده بخار تغییرات کمی در حین جوشکاری دارد. فرآیند پایدار شده و به بهبود کیفیت در جوشکاری با لیزر کمک می کند.

جوشکاری با لیزر بطور گسترده ای در صنایع اتومبیل سازی فضایی ، الکترونیک و صنایع سنگین برای اتصال فلزات مختلف بکار گرفته می شود. در صنایع اتومبیل سازی لیزرهای قدرت بالا جهت جوشکاری قسمت های زیادی از قبیل بدنه ، اگزوز و ... استفاده می شود گزارش شده در حدود 70 میلیون درز جوش در سال 2000 بطور کلی در سال 2000 بطور مناسب جوشکاری شده که این آمار در سال 2001 به 95 میلیون می رسد.

بطور کلی با مسائلی چون  آخال، سوراخهای سطحی لایة بی شکل با ترکهای زیرین و ترک انجمادی که در اثر جوش با لیزر پدید می آید اغلب مواجه هستیم. صنایعی که از لیزر استفاده می کنند همیشه به دنبال روش های اقتصادی برای بهبود کیفیت جوش و کاستن از سختی در آماده سازی قطعات بوده اند یک تکنیک جوش که با ترکیب دو لیزر قوی که به "جوشکاری با دو پرتو" معروف است. در سالهای اخیر مورد تحقیق قرار گرفته استو آزمایشات ابتدایی نشان داد که پرتوی دوتایی دارای چندین مزیت نسبت به حالت تک پرتو میباشد. در مورد آزمایشات جوش با پرتو الکترول "EB" که بوسیله شخصی بنام arataetal انجام شد که در آن نیز از دو پرتو الکترون برای جوشکاری استفاده می شد ، ثابت شد که اگر یک پرتو دنبال پرتو اول وارد حوضچه مذاب شود می تواند سرعت جوشکاری را تا 50% افزایش دهد دذر فرآیند پرتوهای دوتایی ، می تواند دو پرتو در دو طرف قطعه قرار گیرد یا اینکه تست سر هم باشد.

شخصی به نام (منراد با ناس) از یک آیینه خم پذیر جهت منشعب کردن یک پرتو لیزر به دو پرتو استفاده کرد که جهت افزایش بیشتر تلرانس تنظیم از حالت دو طرفه استفاده کرده نتایج یم آزمایش نشان دار جهت جوشکاری در زها با fit upتارانس ها عبور پیدا کرده استفاده از حالت دو طرفه مناسب تر است. برای یک لیزر تک پرتو محاسبات ساده نشان می دهد که فاصله بین دو صفحه جهت جوشکاری برای صفحات نزدیک به هم برابر 10 در صد ضمانت ورق و برای جوش قطعاتی که خم خورده باشند به 25% می رسد استفاده از پرتو لیزر دو طرفه در بهبود fitup تلرانس جوش در درزها مناسب است.

بر طبق گزازشات پرتوهای لیزر دوتایی که پشت سر هم قرار گرفته اند نسبت به لیزرهای تک پرتو دارای مزایای بیشتری از قبیل کیفیت می باشد. مطالعات جاری بر روی حالت قرار گیری پشت سر هم استوار است.

دراین متن بجز مکانهایی که مشخص شده است منظور از پرتو دوتایی دو پرتو پشت سر هم است.

یکی از مزایای جوشکاری با دو پرتو شامل کاهش سرعت سرد شدن در بیش از فولادهای پر کن می باشد گفته شده است که زمان سرد کردن بین 800 تا 500 درجه می تواند از 8/3 به بیش از هفت افزایش یابد که این کار با افزایش فاصله بین دو پرتو (فاصله ورودی)که شامل دو پرتو 5 کیلو وات  بوده انجام گردیده یک آزمایش بر روی 4140 AISI که بوسیله (lix &kannaty) انجام گردیده یک لیزر بر روی سطح متمرکز شده و عمل جوشکاری را انجام می دهد و دیگری بصورت یک باند در فاصله 10 میلیمتری از اولی حرکت می کندکه نسبت به حالت تک پرتویی باعث سرعت سرد شدن کمتری شده در نتیجه کاهش سختی و تشکیل درصد حجمی کمتری مارتنزیت را منجر می شود . نتایج مشابهی نیز برای صفحات فولادی پر کربن که با لیزر YAG پالسی دو پرتوی جوش داده شده اند بدست آمده است . روش های مختلف مدل سازی ریاضی سرعت سرد شدن در پرتو های لیزری دو تاپی بوسیله کاناتی ایجاد شده است .

این آنالیز تئوری نشان می دهد سرعت سرد شدن در مرکز جوش از 1004  برای یک لیزر تک پرتو به  570 برای حالت دو پرتو که به فاصله 10 میلیمتر از یکدیگر و قدرت 8/1 کیلووات دارد می رسد . همچنین گزارش شده است لیزرهای دو تایی باعث کم شدن   ها و همچنین جلوگیری از ترک خوردگی  جوشکاری در آلیاژهای آلومینیوم می شوند. هنگامی که قسمت عمدۀ لیزر اول بر روی سطح متمرکز شده و لیزر دوم بصورت غیر متمرکز در فاصله 2 میلیمتری بالای قطعه کار قرار دارد مقدار آخال می تواند بصورت زیادی کاهش یابد.

در این آزمایش دو لیزر Co2 با قدرت 5 کیلو وات و با زاویه 30 درجه نسبت به هم و فاصلۀ 3 میلیمتر نسبت به یکدیگر با هم ترکیب شده است. استفاده از لیزرهای YAG، قدرت 200 وات با خروجی ممتد و قدرت 410 وات با خروجی متفاوت می توانند از ریز ترکهایی که در صفحات آلومینیومی A5052 با ضخامت 1 میلیمتر در حین جوشکاری پدید می آید جلوگیری کند. در یک آزمایش مشابه با استفاده از دو لیزر متناوب YAG ، نشان می دهد آخال ها و ترک ها در هنگام جوشکاری ورق آلومینیوم A5005  به قطر 0/8 میلیمتر کاهش یافته است. در این آزمایش، عمده میزان پرتوی لیزری بر روی سطح قطعه کار  متمرکز شده بود بطوریکه دارای زاویه چرخش 10 درجه می باشد و اشعه پشتی با زاویه 45 بسمت پایین متمرکز شده است. در این صورت یک جوشکاری بدون آخال و تر ک خواهیم داشت که با شرایطی چون فاصلۀ 4/0 ~ 2/0 میلیمتر یک لیزر پالسی با فرکانس 10 هرتز که طول هر پالس 3 میکرو ثانیه بوده همچنین دارای سرعت 140 میلیمتر در دقیقه و 18 ژول انرژی برای لیزر اول و 9 ژول انرژی برای لیزر دوم می باشد. به محض اینکه فاصله بین دو لیزر به بیش از 6/0 میلیمتر افزایش یافت. تاثیر بیشتر در کاهش آخال و ترک در آزمایشات از بین رفت.

تغییرات در عنق جوشکاری در لیزرهای دو پرتویی نیز مورد تحقیق قرار گرفت یک آزمایش که تاثیر فاصله بین ورودی لیزرها و نسبت قدرت این دو پرتو را بر عنق و عرض جوش نشان می داد توسط شخصی بنام Glumann انجام گرفت. در این آزمایش زاویه بین دو نوع لیزر او نوع CO2 ، 30 درجه و قدرت های لیزرهای ترکیب شده به قرار (3500و 400) و (1700و3500) و (900و3500) وات بوده است. نتایج آژمایش نشان داد عمق و پهنای جوش در فواصل تو 10 و 20 میلیمتر دارای تغیبرات بسیار کمی بود. آزمایشات مجدد نشان داد که عمق ایجاد شده بوسیله یک لیزر تک پرتو  و لیزر دو پرتوی اگر لیزر دوتایی بر روی یک حوضچه متمرکز بود

شامل 23 صفحه فایل word قابل ویرایش

دانلود تحقیق کاربردهای لیزر در مهندسی پزشکی

اختصاصی از فی موو دانلود تحقیق کاربردهای لیزر در مهندسی پزشکی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تعداد صفحات : 44 صفحه    -            

قالب بندی : word                  

کاربردهای لیزر در مهندسی پزشکی      
مزایای جدای لیزری بر حسب نوع عمل ، نوع لیزر و بعضی اوقات از حالتی –به حالت دیگر فرق می کند. حصول تمامی این مزایا بشرطی مقدور است که لیزر بطور صحیح مورد استفاده قرار گیرد. در غیر این صورت بکارگیری روشهای معمولی بهتر خواهد شد.

مزایای بالفعل جراحی لیزری عبارتند از: 
1- میدان جراحی خشک

2-     کاهش اتلاف خون

3-     کاهش تورم

4-     محدودیت فیبوزوتنگ شدگی مجرا(به از بین رفتن سلولها به هر علتی که باشد مثلا براثر نرسیدن خون به آنها را نکروز می گویند که نکروز سبب بوجود آمدن فیبوز میشود)

5-     انتقال از طریق رشته های نوری

6-     عدم تداخل با لوازم تحریک کننده

7-     دقت

8-     کاهش وسایل جراحی در زمینه عمل جراحی

9-     کاهش دردهای بعد ازعمل

10-ضدعفونی ناحیه جراحی

11-تکنیکهای اختیاری که تماسی یا غیرتماسی باشند.

در حال حاضر رایجترین لیزری که در اتاق عمل مورد استفاده قرار می گیردلیزری اکسید کربن است.از کاربردهای گسترده این لیزر می توان از توانایی آن در برش و تبخیر نام برد اخیرا از انعقاد ثانویه آن نیز در مواردی استفاده شده است.لیزر آرگون یکی از متداولترین لیزرهاست . اولین کاربرد آن د رانعقاد شبکیه چشم بوده است. اما ا مروزه علاوه بر مورد اخیر از این لیزر بطور وسیعی در معالجه ضایعات پوستی رنگین در درماتولوژی نیز استفاده می شود. همچنین کاربردهای اندوسکوپی وسیعی با آن انجام می شودلیزک یا لیزر اپی­تلیال کرایومیلیوزیس (Laser Epithelial Keratomileusis) نوع تغییریافته عمل لیزر (PRK) است. در عمل PRK لایه سطحی قرنیه که اپی­تلیوم نام دارد بوسیله ابزار خاصی برداشته می شود و سپس با استفاده از لیزر اکسایمر سطح قرنیه تراش داده شده و با تغییر شکل آن عیب انکساری بیمار اصلاح می شود. پس ازعمل PRK ، اپی­تلیوم که حدود 50 میکرون ضخامت دارد ظرف مدت 3 تا 5 روز ترمیم شده و مجددا" سطح قرنیه را می­پوشاند.عمل لیزک گرچه بسیار شبیه به PRK می­با­شد، ولی از بعضی جهات با آن متفاوت است. در این عمل پس از آنکه قرنیه با استفاده از قطره­های مخصوص بی­حس شد، بر روی قسمت مرکزی قرنیه که با ابزار خاصی محصور شده است، چند قطره الکل چکانده ­شده و در مرحله بعد محلول الکل از سطح قرنیه شسته می شود. بدین ترتیب الکل لایه سطحی قرنیه یا اپی­تلیوم را شل نموده و جراح می­تواند با استفاده از ابزار خاصی این لایه را جمع کند.

پروستات در برابر دارو، تیغ، گرما و لیزر

  پروستات، یک غده گردوئی شکل است که زیر مثانه و جلوی رکتوم قرار گرفته. مجرای ادرار (پیشابراه) لوله‌ای است که ادرار و اسپرم را از بدن خارج می‌کند و از میان پروستات و گردن مثانه عبور می‌کند. هایپرپلازی خوشخیم پروستات یا BPH ، به معنی افزایش حجم بافت پروستات است و نیاز به درمان دارد.  با بزرگ شدن آن، بافت پروستات، به پیشابراه فشار می‌آورد و جریان ادرار را تا حدی مسدود می‌کند و باعث انسداد مجاری ادرارمی‌شود.
بزرگ شدن پروستات، حدود نصف مردان‌%(43) را در سن 60 سالگی و 90 درصد از مردان در دهه 70 و 80 سالگی  مبتلا می‌کند. درمان‌های متفاوتی برای موارد مختلف  انجام می شود.

اگر هر یک از علائم زیر را مشاهده کردید به دنبال درمان پزشکی باشید: گیر (hesitancy) در شروع دفع ادرار مشکل داشته باشید، جریان ضعیف ادرار، نیاز به زور و فشار برای دفع ادرار، احساس این که پس از دفع ادرار، مثانه کاملا خالی نشده، نیاز به دفع ادرار فوری،  مراجعه مکرر به دستشوئی، شامل بیدار شدن‌های مکرر هنگام شب، احساس سوزش یا درد حین دفع ادرار.
درمان: روش‌های درمانی مختلفی برای افراد مبتلا به BPH وجود دارد که بر اساس علائم مختلف آن، متفاوت است. اگر علائم بیماری، سلامتی فرد را به خطر نیندازد، می‌توان درمان نکردن را انتخاب کرد افراد با علائم ضعیف می‌توانند آزمایشات سالیانه را انجام دهند:( انتظار و مراقبت) و اگر علائم باعث سلب آسایش و راحتی فرد باشد و فعالیت‌های روزانه وی را مختل کند، درمان پیشنهاد می‌شود:         
1- درمان داروئی        
(مهار کننده‌های احیاء شده        S-Alpha)
  در بسیاری موارد، یک دوره زمانی 6 ماهه نیاز است تا ببینند آیا درمان جواب  نتیجه بخش بوده است یا خیر. این داروها، یک بار در روز، (از دهان) استفاده می‌شوند. بیماران باید به پزشک خود مراجعه کنند تا اثرات جانبی را بررسی کند و دوز آن‌را تنظیم کند.   
2- درمان به وسیله جراحی      
 جراحی شامل برداشتن قسمت بزرگ شده پروستات است که به مجرای ادرار فشار آورده است. برش پروستات از داخل مجرای ادرار(TURP)‌ به عنوان استاندارد اصلی است که بقیه روش‌های جراحی BPH با آن مقایسه می‌شوند. این عمل با بیهوشی کامل یا موضعی در کمتر از 90 دقیقه انجام می‌شود. جراح،از تجهیزاتی به نام رزکتوسکوپ (Resectoscope) استفاده می‌کند که وسیله‌ای برای قطع غده پروستات از طریق پیشابراه است و آن را وارد مجرای ادرار فرد می‌کند. رزکتوسکوپ 12 اینچ طول دارد و 5/0 اینچ قطر آن است. دارای یک لامپ، سوپاپ‌هایی برای کنترل مایع شستشو و یک مدار الکترونیک برای برداشتن بافت انسدادی و مویرگ‌های خونی مربوطه است. جراح بافت انسدادی را بر می‌دارد و مایع شستشو، بافت بریده شده را به مثانه منتقل می‌کند و آثار باقیمانده با شستشو پاک می‌شود و هر آنچه ماند، به وسیله ادرار طی گذشت زمان دفع می‌شود. برش داخل مجرای ادرار پروستات‌(TUIP) نیز برای درمان پروستاتی که خیلی بزرگ نشده، پیشنهاد می‌شود. جراح یک یا دو برش در گردن مثانه در جایی که مجرای ادرار به مثانه متصل می‌شود، می‌زند و تا پروستات امتداد می‌دهد. این عمل باعث کاهش فشار پروستات روی مجرای ادرار می‌شود که دفع ادرار را آسان‌تر می‌کند.