كاربردهاي ليزري:

 به رسم فيلمهاي تخيلي علمي – مجموعه ي شگفتي ازلامپهاي راديويي – عدسيها – سيمها – سيم پيچها وجعبه ها به نحواي با يكديگر ارتباط دارند. اين اشياء تابه هاي نازك وشديد نورمنتشرمي سازند.اهل فن با تركيب حرفهاي اول واژه هاي انگيسي زير:

 Light Amplification by stimulated Emission of Rediation

 يعني تقويت نوربا گسيلش تحريك شده ي تشعشع اين دستگاه را ليزرنام نهادند. نظريه وتكنيك ليزردردهه ي 1950و اوايل دهه ي 1960 به وسيله ي دانشمنداني كه درزمينه ي طيف نمايي پژوهش مي كردند توسعه يافت . اين دانش كه به ميزان زيادي درك انسان را درراه شناسايي اتم وگيتي تقويت كرده تا سال 1950 چنان توسعه يافته مي نمودكه بسياري دانشمندان به بررسي هسته ي اتم وتوسعه ي دستگاههاي غول پيكرپژوهش هسته اي مانند سنكروترونها روي مي آورند. وحتي اخترشناسان راههاي نويني را دربررسيهاي خود با استفاده ازراديو مورد آزمايش قرارداده بودند. به علت نتايج حاصل ازتجربيات مربوط به رادار- طي جنگ جهاني ودراثر پيشنهادها وآزمايشها ي انجام شده دراواخر دهه ي 1930 بوسيله ي كارل جنسكي وگروت ربردرايالات متحده دانشمندان متوجه شدند كه موجهاي راديويي طبيعي ازسوي ستارگان مختلف حتي ازبرخي بخشهاي خالي آسمان مي آيند. اين انتشارات راديويي ازفضا با آنچه كه امروز راديو تلسكوپ ناميده مي شود درزمينه ي خود همانگونه هيجان انگيزبود كه كشف ماههاي كره ي مشتري وگودالهاي كره ي ماه توسط گاليله . اين راديو تلسكوپها تا كنون بسياري اطلاعات نوين وتصورناكردني ازگيتي دردسترس بشرگذارده اند.

دانش نوين جالب وپيچيده ي ديگري به كمك اخترشناسي راديويي آمده به نام اخترشناسي راداري كه درآن دانشمندان موجهاي را دار را پس اززدن به يك جرم آسماني مثل ماه منعكس كردند وسپس به طورباورنكردني وعجيب همين عمل را با سياره ي نزديكي ماننده زهره انجام دادند . سيگنال را داري بازتابيده به زمين بازگشت زمان رفت وآمد آن اندازه گيري شد تا فاصله ي آن اختراززمين با دقت وصحت بسيار زياد تعيين شود وبه عنوان يك راه وروش آزمايشي نظريه اي ازسطح اين كرات وجو آنها درصورتي كه وجود داشته باشدبه د ست آيد. براي اجراي اين منظورها تكنيك آشكارسازي قديمي بي كفايتي خود را هرچه بيشترنشان داد وبه طوروضوح ثابت شدكه به ميزان بسيارزياد بايد توانايي آشكارسازي راديويي افزايش يابد.

 درحدود سال 1950 آمريكاييها ودست كم دونفرازفيزيكدانهاي شوروي كشف كردند كه مي توان مولكولهاي گاز معيني را درمدسكون يا همنوايي به نوسان واداركرد . اين حالت نوسانسازي را مي توان با تحريك بوسيله ي يك انرژي الكتريكي خارجي پرفركانس ايجاد كرد. سپس مولكولهاي گازمانند آونگهاي كوچك عمل مي كنند وهمنوايي نسبتا مداوم يا فركانس با ثباتي ايجاد مي كنند . اولين مورد استفاده ازآن همنواييهاي گازي دراصطلاح ساعتهاي اتمي بودند. به دلايلي مي بينيم كه مولكول آمونياك به عنوان نيرومندترين عامل مقاوم براي ساعتهاي كنترل الكترونيكي پا به عرصه ي وجود گذارد . دفتر درواشينگتن وسايرسازمانها توانستند دراوائل دهه ي 1950 ساعتهايي را تكميل كنند كه دقت كارآنها به مراتب بيشتر ازبهترين ساعتهاي كريستالي بود دقت اين ساعتها معادل بعلاوه يا منهاي كسري ازثانيه درسال بود. بعد متوجه شدند وقتي گازي مانند آمونياك توانايي عمل به منزله ي فركانس استانده را دارد بايد قادرباشد كه بيش ازيك واكنش وحساسيت ساده وعادي نسبت به اثرنوسان كنندگي ازخود نشان دهد. در1954 و 1955 دردانشگاه كلمبيا تاونزوهمكاران او گوردون وتسايگركه سرگرم تكميل بررسيهاي خود بودند موفق شدند اولين دستگاهي را كه عملا براساس اين نوسان مولكولي كارمي كردطرحريزي كنند وبه كاربگمارند. تاونز وديگران دستگاه خود را ميزرناميدند اين واژه وخويشاوند آينده ي آن ليزربه سرعت ازراه نشريات همگاني وفني وارد اصطلاحات علمي شدند.

 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 .

 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.

 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.