توضیحات پروژه

  دارای 59 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي ،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

بخشی از متن :

جوشكاری با لیزر

سوالاتی كه اغلب درباره لیزر عنوان میشود؟

1) لیزرها
لیزرها دستگاههایی هستند كه تابش همدوس یا تقویت تابش در بسامدهایی در ناحیه مادون قرمز، مریی یا فرابنفش طیف موج الكترومغناطیسی را ایجاد میكنند.
2) مولفه های اساسی یك لیزر
مولفه های اساسی یك لیزر به قرار زیر است :

الف) محیط فعال شامل مجموعه مناسبی از اتمها، مولكولها، یونها و یا نیمرساناها.
ب ) فرآیند دمش كه قادر است این اتمها و یا مولكولها را به ترازهای با انرژی بالاتر تحریك سازد.
ج ) عناصر بازخور مناسب كه به باریكه تابش اجازه میدهد كه در محیط فعال نوسان كند (به این امر نوسان لیزر میگویند) و یا آنكه باریكه از محیط فعال یك بار بگذرد (كه به آن تقویت تك عبور میگویند) و ممكن است تعداد عبورها زیادتر شده به آن تقویت دو عبور، سه عبور و ; میگویند. عناصر بازخور در واقع از دو آینه تشكیل شده است. یك آینه (آینه انتهایی) تمام بازتابنده است و آینه دیگر نیمهشفاف است. با رفت و بازگشت باریكه بین دو آینه، هر بار عمل تقویت برای باریكه حاصل شده و هنگامی كه بهره سیستم از كل تلفات بیشتر گردد، عمل لیزر آغاز میشود و خروجی لیزر را از طرف آینه نیمهشفاف دریافت میدارند.

3) تاریخچه لیزر
لیزرها بر اساس اصل كلی كه در بسامدهای میكروموج اختراع گردیده بود و به آن میزر (تقویت میكروموج توسط گسیل تابش القایی) گفته میشد، كار میكنند. وقتی طول موج نوسان به ناحیه بسامدهای اپتیكی 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 یك لیزر یاقوت است كه با لامپ درخش فعال میشود. جالب است بدانیم كه امروزه لیزرهای حالت جامد (نظیر یاقوت، نئودیمیوم یاگ) نیز كم و بیش به صورت همان تكنیك قدیمی خود كار میكنند. روش دمیدن محیط فعال از طریق اپتیكی است. البته حضور لیزرهای نیمرسانا و تابش انها در ناحیه جذب شدید بلورهای لیزر، تكنولوژی بسیار جدید امروزی را كه دمش لیزرهای حالت جامد توسط لیزرهای نیمرساناست متحول ساخته است. این لیزرها كه با باریكه لیزرهای نیمرسانا دمیده میشوند، بسیار كوچك و قابل حمل و كم مصرف و با بازدهی بالایی هستند. حتی در این خصوص پا فراتر گذاشته شده است و لیزرهای پرقدرت كه در حجم كوچك ساخته میشوند قادر به تولید باریكههای پرتوان برای مصارف صنعتی میباشند.

برندگان جایزه نوبل در زمینه لیزر
دانشمندان بسیار زیادی در چند دهه گذشته در اهداف مرتبط با فیزیك كه به نحوی با لیزر سر و كار پیدا میكند موفق به دریافت جایزه نوبل شدهاند. در اینجا اسامی چند دانشمند كه مستقیماً در ارتباط با لیزر جوایز نوبل را دریافت كردهاند را ذكر خواهیم نمود.
– چارلز اچ تاونز به خاطر اختراع میزر آمونیاك (1964).
– نیكلا جی باسوف، و الكساندر پروكرف برای سهم خود در میزرها و لیزرها (1964).
– دنیس گابور ، برای ارائه تصاویر سه بعدی (هولوگرافی) (1971).

– نیكلاس بلومبرگن و آرتورشالو برای سهم آنها در میزر سه ترازی، اپتیك غیرخطی و اسپكتروسكپی لیزری (1981).
– احمد ذویل (كه دانشمند مصری است) برای كاربرد لیزر در شیمی (1999).
از سایر فعالیتهای اساسی در زمینه لیزر میتوان از اختراع پرفسور علی جوان، دانشمند ایرانی به خاطر اولین لیزر گازی هلیوم نئون و سی.ك.ان پاتل (دانشمند هندی) برای اختراع لیزر CO2 نام برد.

با وجودی كه از اختراع لیزر بیش از 40 سال (و نزدیك به نیم قرن) میگذرد، لیزرها به صورت ابزارهایی كاملاً توسعه یافته برای تولید باریكه نور همدوس درآمدهاند. گسترش كاربردهای آن بسیار وسیع بوده و در تمام شئون زندگی بشری، از جراحیهای ظریف گرفته تا صنعت، مسائل دفاعی و حتی خرید از فروشگاهها قابلیت خودرا نشان دادهاند. بنابراین میتوان ادعا كرد كه كاربردهای آن در آینده وسیعتر شده و جایگاه لیزر و اهمیت آندر اجتماع و زندگی انسانها روز به روز ملموستر خواهد شد.

4) مفاهیم اساسی لیزر
لیزرها بر اساس برهمكنش تابش و ماده فعال میشوند. این برهمكنش شامل گسیل خود به خود، گسیل القایی و جذب میباشد.
گسیل خود به خود فرض كنیم توانسته باشیم اتمهای زیادی را به تراز بالاتر اتم و یا مولكول با تحریك خارجی (كه به آن دمش گفته میشود) فرستاده باشیم. تعداد این اتمها یا مولكولها در واحد حجم در تراز بالاتر را با N2 نمایش میدهیم. این اتم یا مولكول به صورت خود به خود به تراز پایینتر فرومیافتد و اگر این فروافت توام با گسیل موج الكترومغناطیسی باشد به آن فروافت تابشی یا گسیل خودبه خود میگویند. اتم و یا مولكول هرگاه به طریق دیگری مثلاً در برخورد با گاز در محیط به تراز پایینتر فروافتد و همراه با تابش نباشد به آن فروافت غیرتابشی میگویند.

گسیل القایی
علاوه بر فروافت به طریق گسیل خود به خود، اتم و یا مولكول در تراز بالاتر میتواند در اثر برهمكنش با یك میدان تابش خارجی به تراز پایینتر فروافتد در این صورت دو فوتون به وجود میآید، فوتون القاء شونده و فوتون القاء كننده. هر دو فوتون در یك جهت گسیل میشوند و همفاز و با یك قطبش هستند (فاز و قطبش فوتون القاء شونده در همان فاز و قطبش فوتون القاء كننده است). این اساس تقویت نوری را فراهم میسازد و اساس لیزر مبتنی بر همین اصول تقویت نور میباشد.
جذب هنگامی كه در یك سیستم اتمی كه اتمها در تراز پایینتر (تراز پایه) هستند موج الكترومغناطیسی اعمال گردد به نحوی كه فركانس موج فرودی درست در همان فركانس گذار اتمی باشد، در این صورت به سادگی موج الكترومغناطیسی فرودی بر اتم یا مولكول، جذب اتم و یا مولكول شده و آن را به تراز بالاتر ارتقاء میدهد. به این فرآیند جذب گفته میشود.

4-1) جمعیت معكوس
در یك اتم فرض كنید، تراز انرژی و جمعیت تراز پایین (N1 و E1) و تراز انرژی و جمعیت تراز بالاتر (N2 و E2) باشد. در حالت عادی توزیع بولتزمن برای اتم یا مولكول برقرار است، لذا همواره چون E1 > E2 است، خواهیم داشت N2 > N1 ، بنابراین اختلاف N2 – N = N1 همواره مثبت است و تابش فرودی جذب اتم یا مولكول میشود. اگر شرایطی غیرعادی حاصل آید به نحوی كه N1 > N2 گردد، با جذب منفی و یا بهره سر و كار داریم. به این عمل كه توسط دمش حاصل میشود و جمعیت تراز بالاتر بیشتر از تراز پایینتر به وجود میآید، ایجاد جمعیت معكوس میگویند و هرگز در شرایط ترازمندی گرمایی حاصل نمیشود.

4-2) چگونگی ایجاد جمعیت معكوس
روشهای مختلفی جهت ایجاد جمعیت معكوس وجود دارد كه بسته به محیط فعال از این روشها جهت ایجاد جمعیت معكوس استفاده میكنند به عملی كه انجام میشود تا جمعیت معكوس حاصل شود دمش (پمپاژ) گفته میشود. روشهای پمپاژ به قرار زیر است. دمش الكتریكی، دمش نوری، دمش شیمیایی، دمش گرمایی.

5) انواع لیزرها
5-1) لیزرهای حالت جامد

سه موضوع اساسی برای ایجاد بهره در لیزرهای حالت جامد عبارتند از :
محیط میزبان ، یونهای فعال در داخل محیط میزبان ، منابع نوری برای دمش مواد تشكیل دهنده محیط میزبان محیط میزبان به دو دسته بلوری و شیشهای تقسیم میشوند. محیط میزبان میباید از نظر اپتیكی، مكانیكی و خواص گرمایی شرایط عمل كرد لیزری را متحمل شوند. محیطهای میزبان بلوری كه پس از اختراع اولین لیزر یاقوت مورد بررسی و مطالعه و كاربرد قرار گرفتهاند عبارتند از:

سافایر، Al2O3 گارانتها، ایتریوم، آلومینیوم گارنت Y3Al5O12 كه با YAG نشان میدهند.
گادولنیوم، گالیوم گارنت Gd3Ga5O12 كه با GGG نشان میدهند. گادولنیوم اسكاندیوم آلومینیوم گارنت Gd3Sc2Al3O12 كه با GSAG نشان میدهند. آلومینیت، ایتریوم اورتوآلومینیت (Y AlO3)، كه با YAlO یا YAP نشان میدهند. فسفاتها و سیلیكاتها، كلسیم فلوروفسفات یا Ga5+ (PO4 +)3 F نام معدنی فلوراپاتیت (FAP) سیلیكات اكسی پاتیت یا Ga La SOAP تنگستیتها، مولیبدیتها، وانادیتها و بریلیتها فلورایدها، سرامیكها، شیشهها، یونهای فعال :
«یونهای خاكی نادر»

نئودیمیوم Nd+3 خط Nd:YAG در = 106 m
اربیوم Er+3 خط Er:YAG در ~ 29 m
هولومیوم Ho+3 خط Ho:YAG در ~ 2 m
تالیوم Tm+3 خط Tm:YAM در ~ 2 m
«یونهای آكتاناید»
یاقوت Cr+3 : Al2O3
الكساندریت Cr+3 : BeAl2O4
تایتانیوم سافیر Ti+3 : Al2O3

5-1-1 لیزرهای حالت جامد كوكپذیر (قابل تنظیم طول موج)
گسیل لیزری در لیزرهای حالت جامد كوكپذیر وقتی جفتشدگی گسیل القائی و گسیل كوانتایی ارتعاشی (فونون) در بلور حاصل میشود اتفاق میافتد. آنها عبارتند از :

الكساندریت :
BeAl2O4 در گستره 700-800 nm
Cr : GSGG) Cr:Gd Sc Ga-Garnet در (100-900 nm)
Cr:KZn F3 (در 185-865 nm)
5-1-2 سیستمهای دمش نوری در لیزرهای حالت جامد

در گذشته لامپهای هالوژن-تنگستن برای دمش موج پیوسته Nd:YAG به كار میرفته است.
لامپهای درخش (لامپ فلاش) برای لیزرهای پالسی به كار میرود كه از یك لوله كوارتز با دو الكترود انتهایی (گاز داخلی Xe) تشكیل شده است. امروزه از لیزرهای نیمرسانا برای دمش لیزرهای حالت جامد مخصوصاً Nd:YAG استفاده میشود. از نظر طیفی بهترین بازدهی انتقال انرژی نوری از تشعشع منبع دمش به محیط جامد وقتی است كه ناحیه طیفی بیشینه تشعشع لامپ تحریك با نواحی جذب شدید در محیط فعال جامد منطبق باشد.

5-2 لیزرهای رزینهای (مایع رنگین)

لیزرهای رزینهای به آن دسته از موادآلی گفته میشود كه در حلالهای مناسب حل شده جهت محیط فعال مورد استفاده قرار میگیرند. دمش این رنگها از طریق نوری است كه با استفاده از لامپ فلاش و یا یك لیزر مناسب میباشد. این مواد قادراند بسته به نوع رنگ به كاررفته از ناحیه فرابنفش تا نزدیك مادون قرمز نوسان قابل تنظیم طولموجی داشته باشند. لذا از زمره لیزرهای كوكپذیر هستند و دارای كاربردهای وسیع در طیفنگاری میباشند. برای دمش این لیزرها، اگر به صورت پالسی مد نظر باشد از لیزرهای نیتروژن، اگزایمر، بخار مس استفاده میشود. هارمونیكهای مراتب بالای لیزرNd:YAG در طولموجهای 532، 353 و 266 نانومتر برای دمش رنگهای آلی نیز مناسب و مقرون به صرفه اقتصادی است. برای نوسان موج پیوسته از لیزر آرگون یونی میتوان استفاده نمود.

5-3 لیزرهای گازی
نظر به این كه گازها به عنوان محیط فعال نسبت به محیط های فعال حالت جامد از چگالی پایینتری برخوردار هستند. بنابراین باید انتظار داشت كه لیزرهای گازی نسبتا بزرگ و حجیم باشند. گازها در لیزرهای گازی توسط برخورد الكترونی و یا باریكه الكترونی تحریك میشوند و لذا دمش آنها از نوع دمش الكتریكی است.

تحریك برخورد الكترونی
تحریك مناسب در گازها در فرآیندهای برخورد الكترونی رخ میدهد. تحریك تراز بالایی لیزر یا به صورت برخورد مستقیم الكترون مثلا در لیزر آرگون خنثی است. طبق سازوكار Ar + e -> Ar* + e كه *Ar نشان دهنده تراز تحریكی اتم آرگون است، یا انتقال انرژی توسط گازی از نوع دیگر (مثل لیزر He-Ne) صورت میگیرد كه He نقش دهنده انرژی به اتم نئون را داراست و عمل لیزر روی گذارهای اتم Ne تحقق مییابد.

He* + Ne -> Ne* + He
*He و *Ne نشان دهنده اتم He و Ne در حالت تحریكی است.
5-3-1 لیزر آرگون یونی (Ar II)

لیزر آرگون یونی یكی از لیزرهای مهم گازی است كه تحریك توسط برخورد الكترونی در اتم Ar صورت میگیرد. از سایر لیزرها یونی گازهای نادر میتوان از لیزرهای یونی كریپتون، زینون و نئون نام برد. برخی از خطوط مهم و توانهای نوعی خطوط نوسانی در زیر آورده شده اند.

لیزرهای یونی پالسی
Ar (II) (nm 488 ، nm 496 توان حدود 10 وات ؛ nm 496 ، nm 502 و nm 514)
Ne (III) (nm 473 ، توان 400 وات)
Xe (IV) (nm 364 ، توان 3600 وات ، nm 430 ، توان 1000 وات)
لیزرهای یونی موج پیوسته
Ar (II) (nm 0/488 ، nm 5/514 توان حدود W 1)
Kr (II) (nm 1/647 ، توان 4/0 وات ، nm 4/676 ، nm 5/752 ، nm 7/350 ، توان 5 وات)
5-3-2 لیزر He-Ne

یكی از متداولترین لیزرهای گازی است. محیط فعال اختلاطی از گاز هلیوم و نئون است كه نسبت آنها تقریبا 5:1 تا 20:1 میباشد. این اختلاط گاز در لوله شیشهای به قطر چند میلیمتر و به طول 0/1 تا 1 متر در فشار حدودا mmHg 10 و با تحریك توسط ولتاژ بالا چند كیلو ولت قادر است عمل لیزر روی ترازهای نئون را حاصل كند. (3/39m ، 1/15 mm ، 632/8 m و 5/543nm )

5-3-3 لیزر بخار مس
لیزر بخار مس یكی از لیزرهای مهم و پرقدرت به حساب میآید. برای آن كه جمعیت كافی از اتمهای مس حاصل شود نیاز به آن است كه دمای محیط به 1400ْC تا 1500ْC برسد . این امر در تیوبهای خاص از آلومینا و با رگبار بسیار بالا (kHz 5~ ) برای گرم شدن تیوب لیزر و بخار شدن فلز مس توسط سوئیچهای تایروترون حاصل میشود. قطر لوله ها بین 10 تا 80 میلیمتر است. همچنین برای دریافت قدرت مناسب از لیزر نیاز به استفاده از گاز نئون در فشار 50-25 میلیمتر جیوه میباشد.

عمل لیزر در دو طول موج nm 578 و nm 510 تحقق مییابد، هر دو گذار به تراز نیمهپایدار منجر میشود و عمل لیزر تنها در مدتی كوتاه قبل از نابودشدن جمعیت معكوس حاصل میشود. توان متوسط در رگبار kHz 5~ ، W 40-10 است، برای توانهای بالاتر نیاز به آن است كه سیستم به صورت نوسانگر-تقویتكننده عمل كند. بازدهی كلی سیستم نسبتا بالا (تا 2%) میرسد، بنابراین اگر توانهای كمی مورد نیاز باشد سیستم لیزر میتواند توسط هوا خنك شود. در غیر این صورت در توانهای بالا، به سرد كردن لیزر توسط جریان آب سرد نیاز میباشد.

5-3-4 لیزر گازكربنیك (لیزر CO2)
لیزر گازكربنیك تاكنون مهمترین لیزر در رده خود به شمار میرود و از نقطهنظر كاربردهای تكنولوژیكی این لیزر از مهمترین لیزرها محسوب میشود. با در نظر گرفتن بازدهی (30%~) و خروجی پرتوان، توانهای موج پیوسته این لیزر به دهها كیلووات میرسد، بنابراین كاربردهایی نظیر جوشكاری، برش فلزات و اجرای نقوش فلزی و كاربردهای نظامی این لیزر میسر شده است. گذار لیزری در این لیزر با لیزرهای یونی یا اتمی متفاوت است، چه ترازهای انرژی مرتبط با حالتهای كوانتومی مدهای ارتعاشی و چرخشی مولكول CO2 میباشد. در مورد مدهای ارتعاشی، سه نوع مد ارتعاشی غیرمتقارن، متقارن و خمشی در گذارهای لیزر درگیر میباشند. عمل لیزری در نواحی بین دو طول موج 9/4و 10/6 میكرومتر است كه در ناحیه فروسرخ طیف واقع میشود. این لیزر با ساختارهای متفاوت تكنیكی ساخته میشود كه عبارتند از : لیزر پالسی فشار اتمسفری (TEA)، محفظه بسته، جریان گازی و دینامیك گازی.

5-3-5 لیزر نیتروژن (N2)
گذارهای لیزری در لیزر نیتروژن بین ترازهای انرژی الكترونی مولكول N2 صورت میگیرد كه منجر به خروجی در ناحیه فرابنفش (337/1nm) میشود. این لیزر در نوع پالسی فعال است و پهنای زمانی آن كوتاه و به حدود چند نانو ثانیه میرسد. دمش الكتریكی این لیزر میباید بسیار سریع و در زمانهای حدود مقیاس پهنای پالس تحقق یابد. این لیزرها در رده لیزرهای خودپایانیابنده قرار میگیرند.

5-3-6 لیزرهای اگزایمر
واژه «اگزایمر» از بهم بستن واژه excited dimer یا دوتایی تحریك شده ساخته شده است و مفهوم آن است كه انرژی الكترونی مولكول دو اتمی در حالت تحریك شده به صورت پایدارو در حالت پایه به صورت دافعه است. هالایدهای گاز نادر نظیر ArF ، KrF و XeCl نمونه هایی از این نوع لیزر هستند. تخلیه الكتریكی و باریكه های الكترونی را میتوان برای تحریك اختلاطهای گازی از نوع گازهای نادر و مولكولهایی نظیر F2 یا HCl برای حصول عمل لیزر در لیزرهای اگزیمر به كار برد. عمل دمش این لیزرها به گونهای شبیه به لیزرهای N2 میباشد لیكن برای تحریك نیاز به آن است كه قبل از تخلیه الكتریكی اصلی توسط فوتونهایUV و یا پرتو x محیط توسط یك پیشیونش برای تخلیه یكنواخت الكتریكی آماده شود. بعضی از لیزرهای اگزایمر نظیر XeF و KrF كاملا كارآمد بوده و قادرند توانهای خروجی تا J1 و با توان متوسط W 200 را حاصل سازند.

5-4 لیزرهای شیمیایی
تركیبات شیمیایی دارای این توانایی هستند كه مقادیر زیادی از انرژی كه ممكن است بخشی را در واكنشهای شیمیایی گرمازا از دست بدهند، در خود ذخیره نمایند. به این ترتیب آنها نمونه های جالب توجهی جهت تبدیل انرژی شیمیایی به تابش نوری همدوس به شمار میآیند. لیزرهای شیمیایی كه امروزه با آن سر و كار داریم مرتبط با گذارهای حالتهای ارتعاشی مولكولهایی نظیر HF ، CO و امثالهم میباشند. حد پایین گذار لیزری آنها در طول موج m2~ میباشد. مثال خاصی از این لیزرها، انواع لیزرهای HF و DF میباشند كه قدرتهای بسیار بالایی از آنها به دست آمده است. واكنشهای مرتبط به قرار زیر هستند :
F + H2 -> HF * + H
F + D2 -> DF * + D

با وجودی كه واكنشهای بالا نمونه های تحریكی را كه با علامت ستاره نشان دادیم حاصل میكنند، لیكن تجزیه هیدرژن و فلئور میباید از مولكولهای اولیه H2 و F2 حاصل شود. واكنشهای مرتبط در این نوع لیزرها به صورت زنجیرهای است، به این معنا كه وقتی واكنش رخ داد مراكز فعال لیزری را میباید خودشان حاصل كنند و این متضمن تزریق پیوسته مولكول H2 و F2 به سیستم است مثلادر ادامه واكنش بالا برای H رها شده، داریم :

H + F2 -> HF * + F
و برای F رها شده، واكنش خواهد شد
F + H2 -> HF * + H

5-5 لیزرهای نیمرسانا
یكی از پراستفاده ترین لیزرها، لیزرهای نیمرسانا میباشد كه در حجم زیاد ساخته میشوند و دارای كاربردهای بسیار زیادی هستند. امروزه آنها را حتی به عنوان علامت دهنده نور موازی در دست مردم عادی میبینیم و یا در هنگام خرید از فروشگاه های بزرگ قیمت اجناس را فروشنده توسط دستگاهی كه به لیزر نیمرسانا مجهز است تعیین كرده در كار مشتری سرعت قابل ملاحظهای میبخشد. لیزرهای نیمرسانا با استفاده از پرش الكترون بین نیمرساناهایی كه شامل نوعهای مختلف و ترازهای ناخالصی كنترل شده میباشد كار میكنند. مهمترین مواد نیمرسانا شامل مواد دوتاییها نظیر نیمرسانای V-III مثل GaAs ، InSb با مواد سهتاییها نظیر AlxGa1-xAs (كه x فاكتور كوچكتر از واحد است) یا مواد چهارتاییها مثل IGa1-xAlyP1-y میباشند. مهمترین پارامتر كه از یك سیستم نیمرسانا به سیستم دیگر تغییر میكند، گاف انرژی است. این گاف فاصله انرژی Eg بین بالاترین نوار پرشده از الكترون و یا پایین نوار انرژی خالی از الكترون است. طول موج منتسب به این گاف انرژی از =Ch/Eg به دست میآید. لیزرهای نیمرسانای امروزی چنان ساخته میشوند كه جریان الكتریكی را به ناحیهای خاص در قطعه محدود سازند.

این هندسه ساخت به طرق : هدایت شده بهره، هدایت شده ضریب شكست و امثالهم میباشد. ساخت ردّه جدیدی از لیزرهای نیمرسانا به گونهای است كه باریكه لیزر در جهت عمود بر ویفر گسیل میشود كه به آن «لیزر گسیل سطحی» میگویند. نوع دیگركه نوع «لیزر گسیل سطحی جفت شده توری» نامیده میشود. به گونهای است كه توان خروجی بالا و واگرایی پایین را به دست میدهد. برای قدرتهای بالاتر ردیفهای دایودی اختراع شده كه از تعداد لیزرهای زیادی نزدیك به یكدیگر شكل گرفته است.

از لیزرهای جدید دیگر نیمرسانا، لیزرهای چاه كوانتومی هستند كه محیط فعال آن با لایه بسیار نازك (مثلا nm 20) از دو طرف توسط GaAlAs محدود شده است. اگر لیزر تنها یك چنین لایه ای داشته باشد به آن تك چاه كوانتومی گفته میشود (SQW) و اگر از چند لایه با تناوبی از GaAs و GaAlAs شكل گرفته باشد به آن لیزر چاه كوانتومی چندتایی (MQW) میگویند.

5-6 لیزرهای الكترون آزاد
طرز عمل لیزرهای الكترون آزاد كاملا با سایر لیزرهایی كه از آنها نام برده شده است متفاوتست. چشمه اصلی انرژی در این نوع لیزرها باریكه نسبیتی الكترون است. تحت بعضی شرایط این الكترونها قادرند مقداری از انرژی خود را به صورت باریكهای از فوتون در همان مسیر الكترونهای سریع رها سازند. به این منظور باریكه الكترون سرعت یافته را از مغناطیسهای تناوب یافته كه به آن ویگلر (جنبانده) گفته میشود عبور میدهند. با عبور الكترونها از ویگلر آنها شروع به نوسانهای عرضی میكنند. نتیجه امر در این نوسانها تشعشع موج الكترومغناطیسی است كه طول موج آن در جهت تشعشع از =w/22 به دست میآید. wتناوب ویگلر و نسبت انرژی الكترون به انرژی الكترون در حالت سكون است.

بنابراین با تغییر wو یا میتوان گستره وسیعی از فركانسهای لیزر را حاصل كرد، یعنی این لیزرها كوكپذیر هستند. ضمنا سیستمهای لیزرهای الكترون آزاد به علت استفاده از شتابدهنده، دستگاههای عظیمی به شمار میآیند یعنی در واقع برای راهاندازی آن نیاز به تجهیزات شتابدهنده الكترون میباشد.
بنابراین آنها دستگاههایی نیستند كه در مقطع فعلی از زمان به صورت كوچك و مستقل بتوان در آزمایشگاههای متداول تحقیقاتی از آنها استفاده كرد.

««جوشكاری با قوس پلاسما»»

درجوشكاری با قوس پلاسما‌ , قوسی تولید می شود كه بسیار بلندتر , داغتر و قابل كنترل تر ازقوس ایجاد شده در جوشكاری تیگ است. هرگاه شدت جریان كم باشد ـ كمتر از 100آمپر ـ می توان جوشكاری موسوم به جوشكاری با قوس سوزنی انجام داد. از این قوس بلند و سوزن مانند برای اتصال قطعات بسیار نازك فلز , به ضخامت 02/0 تا mm3استفاده میكنند. درجوشكاری با قوس پلاسما از شدت جریانهای بیشتر هم می توان استفاده كرد.

اگرچه با افزایش شدت جریان قوس پهنتر می شود ,می توان با استفاده از شدت جریان تا 400آمپر ورق های تا ضخامت mm25 رابا كیفیت مطلوب جوشكاری كرد. درجوشكاری با قوس پلاسما,نفوذ به دو روش انجام می شود: روش ذوبی و روش سوراخ كلیدی. در روش ذوبی از قوس پلاسما برای جوشكاری متعارف دستی و ماشینی , به روش ذوبی , استفاده می شود. مزیت عمده آن بر جوشكاری تیگ , كنترل بهتر متصدی روی فاصله مشعل تا قطعه كار و حذف احتمال آلودگی الكترود تنگستنی است.
زیرا در این روش الكترود تنگستنی در داخل مشعل محافظت می شود. با استفاده از این روش می توان جوشهای لب به لب باریك و مرغوب , روی ورقهایی با ضخامت 3ملیمتر ایجاد كرد.

درروش سوراخ كلیدی قوس باریك و بلند ایجاد می شود كه بطور كامل در قطعه نفوذ می كند و سوراخ كلیدی در وسط حوضچه جوش به وجود می آورد. اگر درز جوش لب به لب و كاملاً جفت سازی شده باشد, به فلز پر كننده نیاز نیست. با پیشروی مشعل, حوضچه مذاب در جلو قوس تشكیل می شود, در جلو قوس تشكیل میشود , دور قوس می پیچد و بالا می آید تا مهره جوش كوچكی در پشت آن تشكیل دهد. در هر بار عبور , خط جوش كاملی در هر دو سطح زیر و روی قطعه ایجاد می شود. نفوذ كامل در قطعه و حركت فلز مذاب سبب جدا شدن ناخالصیها وگازها از خط جوش , پیش از انجماد آن می شود. در نتیجه می توان خط جوشی با بالاترین كیفیت ممكن ایجاد كرد. جوشكاری سوراخ كلیدی را می توان روی فلزهایی تا ضخامت 6میلیمترانجام داد.

««وسایل مورد نیاز در جوش پلاسما:»»
1 مشعل 2 یك واحد كنترل كننده 3 ژنراتور با فركانس زیاد 4یك دستگاه واتر پمپ 5منبع جریان 6ركتی فایر كه ظرفیت آن حدود 500آمپر و با جریان DCSP برای جوشكاری اكثر فلزات و فولادهای ضد زنگ بكار می رود
انتخاب نوع گاز به نوع روش مورد استفاده ـ ذوبی یا سوراخ كلیدی ـ و نوع فلز جوشكاری بستگی دارد. مثلا ً برای جوشكاری فولاد ـ كربنی, كم آلیاژ یا زنگ نزن ـ وآلومنیم به روش سوراخ كلیدی یا ذوبی از گاز آرگون استفاده میكنند. در هنگام استفاده از روش ذوبی, اگر ضخامت فلز از 45میلیمتر بیشتر باشد مخلوط 75درصدهلیم و 25درصد آرگون را به كار می برند. برای جوشكاری فلزات واكنش پذیری مانند تیتانیم, اگر ضخامت فلز از 6میلیمتر كمتر است از گاز آرگون استفاده كنید. در سایر كاربردها مخلوط هلیم و آرگون را به كار ببرید؛ در روش سوراخ كلیدی 50 تا 75 درصد هلیم و در روش ذوبی 75 درصد هلیم مصرف كنید.

««مزیت جوشكاری با قوس پلاسما:»»
1تمركز زیاد انرژی 2 ثبات زیاد قوس 3سرعت فوق العاده 4انتالپی زیاد

««برشكاری با قوس پلاسما»»

در برشكاری با قوس پلاسما از قوسی پرسرعت و بسیار محدوداستفاده می شود كه مشابه روش جوشكاری سوراخ كلیدی , در فلز نفوذ می كند . برای ذوب كردن فلز از ولتاژی تا 50000 ولت استفاده می شود. برای بیرون راندن فلز مذاب از راه برش, از هوای فشرده حاصل از یك كمپرسور یا مخلوط گاز محافظ بی اثر استفاده می كنند. چون در این فرایند قوس بسیار باریك, ستون مانند و مستقیم است, پهنای راه برش بسیار كم خواهدبود. به دلیل تمیز بودن عملیات برشكاری, به تمیز كاری سطوح بریده شده نیازی نیست. با استفاده از دستگاه برشكاری قوس پلاسما می توان فلزاتی تا ضخامت 150میلیمتر را, بسته به نوع فلز و شدت جریان قوس, برشكاری كرد.

دربرشكاری با قوس پلاسما می توان از گاز نیتروژن, به منزله گاز محافظ, استفاده كرد. استفاده از گاز محافظ فقط برای ایجاد برشهای بسیار تمیز و فارغ از اكسایش به كار می رود؛ در سایر موارد می توان از هوای فشرده استفاده كرد زیرا ارزانتر است. هوای فشرده و پر سرعت, درهنگام بیرون آمدن از شیپوره سر و صدای زیادی ایجاد می كند و به همین سبب می توان از مصرف آن چشمپوشی كرد. صدای خروج هوای فشرده, شبیه صدای تفنگ بادی است كه از فاصله كم شنیده شود.

مشعل برشكاری با پلاسما برای كار در كارگاههای ساخت اتاق اتومبیل عالی است زیرا بدون توجه به رنگ, آستر, بطانه كاری بدنه و كثیف بودن, می توان برشكاری كند. در این روش به تمیز كاری قبلی نیازی نیست. چون در این روش برای برش فلز به فرایند اكسایش تكیه نمی شود, برای برشكاری فولاد پراستحكام و كم آلیاژ كه در ساخت بدنه اتومبیلهای جدید به كار می رود از این روش در برشكاری فولاد زنگ نزن , و فلزات غیر آهنی از قبیل آلومینیم, مس و برنج نیز استفاده می شود.

مزیت بزرگ برشكاری با قوس پلاسما سرعت برش در این روش تا 20برابر روش برشكاری با اكسی استیلن است. در حال حاضر واحدهای سیار برشكاری با قوس پلاسما , دارای منبع تغذیه, منبع گاز و مشعل ساخته شده اند كه می توان آنها را به پریز برق تك فاز V220 وصل كرد و به كار انداخت.

«« جوشكاری لیزری »»
دستگاه اشعه لیزری دارای طول موجهای یكسان ,موج نوسان ندارد و بصورت آرام می باشد و روی یك سطح خیلی كوچك متمركز می گردد. لیزرهای جوشكاری اغلب به عنوان محیط موثر از یك مونو كریستال استفاده می كنند .
انرژی نورانی تحریك كننده بوسیله یك لامپ فلاش محتوی گاز اگزنول كه مونو كریستال را احاطه كرده است تشكیل می گردد و در داخل دستگاه دو آینه نیمه انعكاسی بطور موازی قرار دارند و به دسته های اشعه فرصت می دهند كه خارج شوند. گاهی اوقات بجای آینه یك منشور قرار داده می شود و اغلب اوقات منشور دنباله همان مونوكریستال تشكیل می شود.در اثر لامپ فلاش در محفظه یك ضربان نوری بوجود می آید كه زمان آن برحسب انرژی مصرفی می باشد.

«« نكات مورد نظر در جوشكاری لیزری »»
1شدت حرارت بالا از انواج نورانی لیزر بدست می آید.
2هنگام تبدیل اشعه لیزر به صورت نور می تواند از دو محیطی مانند هوا خلاء , گازهای خنثی.
3نیاز به تماس میكانیكی با قطعه كار مانند روشهای دیگرندارد و از طرفی قطعه مورد نظر برای جوشكاری نیاز به قابلیت هدایت الكتریكی ندارد.
4هنگام متمركز شدن اشعه لیزری كه یك سیستم ساده است می توان آنرا به سهولت خم ـ مستقیم و بصورت انعكاسی در آورد.

5جوشكاری لیزری بوسیله انرژی ماكزیمم و مینیموم تعشعشعی آن و مدت ضربان و تعداد متوسط این ضربه ها و نیز قدرت بزرگنمایی مشخص می شود.
وقتی یك اشعه LAZARروی یك سطح فلزی برخورد می كند درجه حرارت آن سطح را تقریبا ً بطور آنی اقزایش می دهد و حرارت سریعا ً به داخل فلز منتقل میشود جوشكاری لیزر بر اساس شدت تابش دسته های نورانی می باشد كه از كریستال خارج می شوند و با برخورد آن به قطعه كار تمركز این پرتوها دو قطعه به همدیگر پیوند می خورند. مقدار حجم فلز بستگی به شدت و انرژی دارد كه بوسیله ستون لیزر منتقل می گردد.

سرعت عمل جوشكاری و ضخامت فلز جوش دادنی بستگی به سرعت حرارت دارد كه با فلز تماس پیدا میكند. مقدار انرژی كه برای عمل جوشكاری لازم است مستقیما ً به حجم فلز بستگی دارد كه بایستی به نقطه ذوب برسد از طریق جوش لیزری می توان اجسام مختلفی را بهم جوش داد مانند اجسام غیر هم جنس فلزات نیكل , مس تانتالم ـ فولاد ضد زنگ ـ آلومنیم ـ

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید