CPH Theory نظریه سی پی اچ

فاصله بين دو نقطه يکسان موج مي باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعيين رنگ، انرژي و طول موج مي توان يک موج را نسبت به ديگر موج ها سنجيد. به عنوان مثال طول موج هاي کوتاه در طيف مرئي در ناحيه بين آبي و فوق بنفش قرار مي گيرد در حاليکه رنگ قرمز داراي طول موج هاي بلندتري مي باشد. فاصله بين اين قله هاي موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفي نه ) يا ميکرون (ده به توان منفي شش ) قرار داده اند.
تشعشع الکترومغناطيسي طيف طولاني از طول موج هاي بلند راديويي تا طول موج هاي کوتاه اشعه ايکس را شامل مي شود.

فرکانس موج تعداد موج هاي عبور کرده از يک نقطه در يک فاصله زماني مشخص مي باشد . واحد آن سيکل بر ثانيه يا هرتز Hz مي باشد. فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته اند.
طول موج هاي بلند تر از قبيل نور قرمز در فرکانس هاي پايين تراز نور آبي قرار دارند ولي فرکانس در کل خيلي بالا است ( ده به توان چهارده هرتز).

سرعت موج تعيين کننده تندي عبور موج از يک محيط مشخص مي باشد. به عنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سيصد هزار کيلو متر در ثانيه مي باشد. سرعت در محيط هايي مثل شيشه يا آب کاهش مي يابد.

دامنه يا شدت موج با ارتفاع يا بلندي (height ) ميدان الکتريکي يا مغناطيسي مشخص ميشود.

بر هم کنش نور با ماده (interaction of light with matter )

از آنجا که نور داراي ميدان الکتريکي و مغناطيسي مي باشد اين ميدانها با ماده بر هم کنش نشان مي دهند . ميدان مهم ميدان الکتريکي است چون با الکترونهاي کوچک که در ترکيبات مواد شرکت دارند بر هم کنش دارد. اين الکترونها همصدا وهماهنگ باموج نور وارده نوسان مي نمايند و مي توانند تأثير يا تغيير در عبور نور از ميان يک ماده به چند طريق انجام دهند.

موج از ماده با کمترين تغيير شدت عبور مي نمايد.

مهمترين پروسه در خيلي جاها جذب مي باشد که انرژي موج نور در ماده باقي مي ماند. مقدار زيادي از انرژي باعث ايجاد حرارت و تغيير در خواص ماده مي شود.

چندين فرآيند تعيين کننده طيف نور باعث ايجاد تشعشع الکترومغناطيس مي شوند.
طيف تشعشع: طيف نوري که از يک جسم ساطع مي شود شامل رنگها يا نوارهاي رنگي جدا از هم مي باشد.اين از طبيعت توليد نور برميخيزد و نشانه آن است که انرژي نوراني ساطع شده از آن جسم داراي مقداري مشخص ميباشد.
انرژي تمام سيستمها کوانتايي مي باشد که اين انرژي مي تواند در بسته هاي جدا از هم جذب يا آزاد شود.انرژي سيستم پس از آنکه انرژي جذب آن سيستم شود افزايش مي يابد و در مرحله بعدي آن انرژي آزاد مي شود. مدتي که اين انرژي آزاد مي شود راندوم يا اتفاقي بوده که نشر خودبخودي ناميده مي شود.
انرژي را مي توان توسط جريان الکتريکي، نور از منبع خارجي، واکنش شيميايي يا گونه هاي ديگربه سيستم وارد نمود. بهر حال مشخص شده است که يک موج وارده که داراي انرژي معيني است مي تواتد آزاد شدن موجها را ازسيستم بر انگيخته تحريک کند و باعث آزاد نمودن دو موج شود. به اين حالت نشر بر انگيخته مي گويند.اين موج ها خواص مهمي دارند.

اگر ما به مقدار کافي از اين نورهاي همدوس (Coherent ) توليد کنيم شدت آن بسيار بالاتر از منابع نور غير همدوس است.

ليزر را در مقايسه با نور غير همدوس بوسيله لنزتا قطرهاي خيلي کمتري مي توان باريک نمود

چون انرژي ورودي را در ليزر مي توان کنترل نمود انرژي خروجي نيز به دنبال آن تغيير مي يابد. بنا بر اين اگر برانگيختگي ليزر با پالسهاي کوچک انجام شود ليزر با پالسهاي کوچک توليد خواهد شد. اين خاصيت خيلي مهم است.

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.

اولين ليزر جهان توسط تئودور مایمن اختراع گرذيد و از ياقوت در ان استفاده شده بود در سال ۱۹۶۲ پرو فسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود وبعدها نوع سوم وچهارم.ليزرها که ليزرهای مايع ونيمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال ۱۹۶۷ فرانسویان توسط اشعه لیزر ایستگاههای زمینی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر امد.

نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو وبسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نیز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چا قوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.

لیزرها سه قسمت اصلی دارند:۱-پمپ انر ژی یا چشمه انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیا یی و یاحتی یک لیزر دیگر باشد.

۲- ماد پایه وفعال که نام گذاری لیزر بواسطه ماده فعال صو رت می گیرد

۳- مشدد کننده اپتیکی : شامل دو اینه بازتابنده کلی و جزئی می باشد

طرز کار یک لیزر یاقوتی:

پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیکی میباشد ویک لامپ مارپیچی تخليه است( که بدور کریستال یاقوت مدادی شکلی پیچیده شده ) کريستال ياقوت نا خالص است و ماده فعال ان اکسید برم و ماده پایه ان اکسید الو مینم است. بعد از فعال شدن این پمپ انرژی کریستال یا قوت نور باران می شودو بعصی از اتمها رادر اثرجذب القایی- stimulated absorptionبرانگیخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد.

پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم+فوتون

با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگیخته بیشتر از اتمهای با انرژی کم میشود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر میگردند وانر ژی اصافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می شودولی از انجایی که پمپ اپتیکی مرتب به اتمها فوتون می تاباند پدیده دیگریزودتر اتفاق می افتد که به ان گسیل القایی- stimulated emission گفته می شود همانطور که در شکل انیمیشین زیر می بینید وقتی یک فوتون به اتم برانگیخته بتابد ان را تحریک کرده وزودتر به حالت پایه خود بر می گرداند.

گسیل القایی: اتم+دو فوتون = اتم برانگیخته+ فوتون

این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگیخته میکنند و واکنش زنجیر وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کریستال به حرکت در می ایند که توسط مشددهای اپتیکی درون کریستال برگرداننده می شوند واین نورها در همان راستای نور اولیه هستد بتدرج با افزایش شدت نور لحظه ای می رسد که نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می شود .

اسحاق نيوتن در سال ۱۶۷۲نظريه ذره ای بودن نور را ارائه داد وی معتقد بود که يک منبع نور ذرات نور را با سرعت ثابت روی خط راست گسيل می کند وهنگامی که اين ذرات به شبکيه چشم برخورد نمايند چشم قادر به ديدن خواهد بود وی برای اثبات نظريه خود ازمايش اتاق تاريک را انجام داد بعدها انيشتين نيز با ازمايش اثر فتوالکتريک ومعرفی فوتون بعنوان ذرات نور مهر تاييدی بر نظريه ذره ای نيوتن زد.

نظريه موجی نور:کريستيان هويگنس فيزيکدان هلندی ماهيت نور را موجی دانست وپخش وبازتابش نور نور وشکست نور را نشانه موجی بودن نور می دانست.سپس توماس يانگ با استفاده ازمايش پراش نور در شکاف مصاعف توانست طول موج نور را اندازه گيری نمايدوبين ترتيب ماهيت موجی نور نيز اثبات گرديد.

جنس امواج نور

امواج نور از نوع امواج الکترو مغناطيسی است که برای انتشار احتياج به محيط مادی ندارد يک موج الکتر مغناطيسی ترکيبی است از دو ميدان عمود برهم الکتريکی و مغناطيسی که در شکل زير به ترتيب با موجهای زرد رنگ و ابی رنگ نشان داده شده است.

خواص امواج الکترو مغناطيسی نور

۱- نوردر خلاء دارای سرعت ثابت ۳۰۰۰۰۰کيلومتر برساعت که بالاترين سرعت است

۲- نورهای مختلف دارای طول موجهای مختلف وشدت نور متفاوت هستند

۳-سرعت نور درمحيط های شفاف مختلف تغيير ميکند

طيف الکترومغناطيسی نور سفيد

نور قرمز دارای بيشترين طول موج۷۰۰نانومتر ونور بنفش دارای کمترين طول موج ۴۰۰ نانومتر می باشند.