ليزر

فيزيک ليزر

مقدمه نور چهار مشخصه اصلی دارد : الف- طول موج (wave length): فاصله بين دو نقطه يکسان موج مي باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعيين رنگ، انرژی و طول موج می توان يک موج را نسبت به ديگر موج ها سنجيد. به عنوان مثال طول موج های کوتاه در طيف مرئی در ناحيه بين آبی و فوق بنفش قرار می گيرد در حاليکه رنگ قرمز دارای طول موج های بلندتری می باشد. فاصله بين اين قله های 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. ب- فرکانس (Frequency): 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 ). ب - سرعت (Velocity) : سرعت موج تعيين کننده تندي عبور موج از يک محیط مشخص می 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. ت- دامنه (Amplitude ) : 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 می 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. 1- پخش کردن (Scsttering ) موج نور از مسير اصلي منحرف ميشود. 2- انعکاس (Reflection ) موج به داخل محيطي خارج از ماده برميگردد. 3- انتقال (Transmission ) موج از ماده با کمترين تغيير شدت عبور مي نمايد. 4- جذب (Absorption ) 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.

توليدنور Generation of light

چندين فرآيند تعيين کننده طيف نور باعث ايجاد تشعشع الکترومغناطيس مي شوند

طيف تشعشع: طيف نوری که از يک جسم ساطع می شود شامل رنگها یا نوارهای رنگی جدا از هم می باشد.این از طبیعت تولید نور برمیخیزد و نشانه آن است که انرژی نورانی ساطع شده از آن جسم دارای مقداری مشخص میباشد. انرژی تمام سيستمها کوانتايي مي باشد که اين انرژی مي تواند در بسته های جدا از هم جذب يا آزاد شود.انرژی سيستم پس از آنکه انرژی جذب آن سيستم شود افزايش مي يابد و در مرحله بعدی آن انرژی آزاد مي شود. مدتي که اين انرژی آزاد مي شود راندوم يا اتفاقي بوده که نشر خودبخودی ناميده مي شود. انرژی را مي توان توسط جريان الکتريکي، نور از منبع خارجي، واکنش شيميايي يا گونه های ديگربه سيستم وارد نمود. بهر حال مشخص شده است که يک موج وارده که دارای انرژی 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. 1- همدوس (Coherent ) : موجها به صورت هماهنگ هستند. 2- تک رنگ (Monochromatic ) : موجها دارای رنگ يکساني هستند. 3- شدت بالا (High Intensity ): اگر ما به مقدار کافي از اين نورهای همدوس (Coherent ) توليد کنيم شدت آن بسيار بالاتر از منابع نور غير همدوس است. 4- واگرايي کم (Low divergence ) : ليزر را در مقايسه با نور غير همدوس بوسيله لنزتا قطرهای خيلي کمتری مي توان باريک نمود. 5- طبيعت ضرباني (Pulsed nature ) : چون انرژی ورودی را در ليزر مي توان کنترل نمود انرژی خروجي نيز به دنبال آن تغيير مي يابد. بنا بر اين اگر برانگيختگي ليزر با پالسهای کوچک انجام شود ليزر با پالسهای کوچک توليد خواهد شد. اين خاصيت خيلي مهم است.

ليزر نشر برانگيخته را مي توان در وسيله ای بنام ليزر ايجاد نمود. کلمه ليزر مخفف کلمات زير است: LightAmplificationStimulatedEmission ofRadiation که به معني نور تقويت شده با نشر برانگيخته مي باشد

قانون توان و انرژی

شدت نور ليزر به حدی است که می تواند باعث تبخير مواد و ايجاد تغييرات غير قابل برگشت شود. اشعه ليزر مي تواند به نقطه هايي با اندازه های مختلف تنظيم (فوکوس ) شود و به همين صورت توليد شدت های مختلف نور را مي کند.

حفره ليزر : ( Cavity)يک حفره ليزر با مجموعه ای از آينه ها تعريف مي شود که امواج نور را در محيط ليزر به جلو و عقب مي فرستد. آينه عقب معمولأ کاملأ منعکس مي کند در حاليکه آينه جلو به مقدار کمي از نور ليزر اجازه عبور مي دهد. آينه ها بايد دقيقاً تنظيم شده و بطور مطمئني بسته شوند. توان يا پاور دنسيتي(power density )يک تشعشع ، توان نور ليزر بر واحد سطح با واحد وات بر سانتي متر مربع ( Watt/ Cm2 ) است. مساحت نقطه نور و توان ليزر مشخص کننده Power density مي باشد. انرژی : معرف کل انرژی نور مي باشد و واحد آن ژول است . يک ژول برابر با يک وات برای مدت يک ثانيه مي باشد. قدرت ليزر با انرژی تقسيم بر زمان ( يا طول مدت يک پالس ) رابطه دارد. Fluence سرعت انتقال انرژی را تعيين مي کند. به عنوان مثال ، 100 ژول را مي توان در 1 ثانيه با 100 وات و يا در 100 ثانيه با 1 وات منتقل نمود. اندازه نقطه (Spot Size ) : اندازه نقطه ليزر يکي از دو فاکتور کنترل power density مي باشد.اندازه نقطه با موارد زير مشخص مي شود. 1- فاصله کانوني لنز فوکوس کننده. 2- طول موج ليزر 3- نوع ليزر

نوع ليزر از روی حفره ليزر ( laser cavity ) مشخص مي شود و نشان دهنده توزيع توان ليزر در يک نقطه مي باشد.

واگرايی اشعه(Beam Divergence)

واگرايی اشعه ميزان پخش اشعه می باشد. واگرايی با زاويه بين محور اپتيکی و بردار اشعه خارجی تر بيان ميشود

زاويه با راديان اندازه گيری مي شود (راديان = 180 درجه ) . واگرايي اشعه 1 ميلي راديان معادل است باافزايش در قطر يک اشعه به اندازه يک ميلي متر در فاصله يک متری.

خلاصه توليد نور ليزر به وسیله وادار نمودن ماده به رفتن به سطوح انرژی بالاتر مي باشد. بر هم کنش بعدی توليد نوع خيلي مهمي از نور مي نمايد که مي تواند برنقاط فوق العاده کوچک فوکوس نموده يا به مدت خيلي کوتاه توليد شود. بر هم کنش ميدان الکتريکي ليزر با ماده باعث شروع نتايج مورد انتظار مي گردد. نور با شدت بالا مي تواند نتايج خوبي ايجاد نمايد. متنوع ترين محيط مورد انتظار عرصه پزشکي است. چون اثر نور بر محيط های گوناگون بيولوژيکي خيلي باهم متفاوت است.

نگاهی اجمالی به کاربرد های لیزر در زندگی

امروزه ليزر کاربردهای بی شماری دارد که همه ي زمينه‌های مختلف علمی و فنی، فيزيک، شيمی، زيست شناسی، الكترونيك و پزشکی را شامل می‌‌شود. همه ي اين کاربردها نتيجه ي مستقيم همان ويژگی های خاص نور ليزر است. امروزه بطور نسبی همه لیزر و موارد کاربرد آن را می‌دانند. در تمام دنیا استفاده از لیزر و مشتقات آن بطور شگفت انگیزی افزایش داشته است. هر کس خالی داشته باشد که آن را مزاحم بداند به سراغ لیزر می‌رود. بنابراین بررسی علمی این موضوع مفید و لازم به نظر می‌آید. البته نور و طیف آن می‌تواند اثرات مفید و مضر برای بدن و پوست ایجاد کند. اثرات نور بنفش نقش تعیین کننده و مفیدی بر تغذیه و متابولیسم سلولی ایفا می‌کند. اینگونه اثرات سلامت بخش و مفید نور از زمانهای کهن نیز برای انسان تا حدود زیادی روشن بوده است.
بر اساس شواهد و مدارک موجود یونانیها و رومیها هر دو از اثرات مفید و درمانی نور بطور تجربی اطلاع داشته و از آن در درمانهای مختلف بهره می‌جستند. در اوایل سال 1903 دانشمندان اثرات درمانی نور را در شکلی علمی مطرح نمودند و در همین سالها یک فیزیکدان بنام Nife finsen Ryberg بخاطر کشفها و تحقیقاتش روی قابلیتهای درمانی اشعه‌های ناشی از طیفهای مختلف نور موفق به دریافت جایزه نوبل گردید. او دستگاهی را اختراع کرد که طول موجهای مختلف نور خورشید را مجزا نموده و آنها را در مسیرهای معین هدایت می‌نمود.

کاربردهای نظامی ليزر

کاربردهای نظامی ليزر هميـشه عمـده ترين کـاربردهای آن بوده است. مهمترين کاربردهای نظامی ليزر عبارت اند از:

الف) فاصله ياب های ليزري
ب) علامت گذارهای ليزری
ج) سلاح های هدايت انرژي

الف) فاصله ياب هاي ليزری:

فاصله ياب ليزری مبتنی بر همان اصولی است که در رادارهای معمولی از آن ها استفاده می‌‌شود. يک تپ کوتاه ليزری (معمولا با زمان 10 تا 20 نانوثانيه) به سمت هدف نشانه گيری می‌‌شود و تپ پراکنده ي برگشتي بوسيله ي يک دريافت کننده ي مناسب نوری (که شامل آشکارساز نوری است) ثبت می‌‌شود. فاصله ي مورد نظر با اندازه گيری زمان پرواز اين تپ ليزری به دست می‌‌آيد.
مزايای اصلی فاصله ياب ليزری را می‌‌توان به صورت هاي زير خلاصه کرد:

1) وزن, قيمت و پيچيدگی آن به مراتب کمتر از رادارهای معمولی است.
2) توانايی اندازه گيری فاصله حتی برای هنگامی که هدفِ در حال پرواز در ارتفاع بسيار کمی از سطح زمين و يا دريا باشد. اِشکال عمده ي اين نوع رادارها در ايناست که باريکه ي ليزر در شرايط نامناسبِ رؤيت به شدت در جو تضعيـف می‌‌شود.

هم اكنون چندنوع از فاصله ياب های ليزری با بردي در حدود 15 کيلومتر مورد استفاده اند:
1) فاصله ياب های دستی برای استفاده ي سرباز پياده (يکی از آخرين مدل های آن در آمريکا ساخته شده؛ اين فاصله ياب در جيب جا می‌‌گيرد و وزن آن با باتری حدود 500 گرم است. )
2) سيستم های فاصله ياب برای استفاده در تانکها
3) سيستم های فاصله ياب مناسب برای دفاع ضد هوايي اولين ليزرهايی که در فاصله يابی از آن ها استفاده شد ليزرهای ياقوتي با سوئيچ Q بودند.

امروزه فاصله ياب های ليزری اغلب بر اساس ليزرهای نئودميم با سوئيچ Q طراحی شده اند. اگر چه ليزرهای CO2 نوعTEA در بعضي موارد (مثل فاصله ياب تانک ها) جايگزين جالبی برای ليزرهای نئودميم است.

ب) علامت گذارهای ليزری:

دومين کاربرد نظامی ليزر در علامت گذاری است. اساس کار علامت گذاری ليزری بسيار ساده است. ليزری که در يک مکان سوق الجِيشي قرار گرفته است هدف را روشن می‌‌سازد. به خاطر روشنايی شديد نور, هنگامی که هدف به وسيله ي يک صافی نوری با نوار باريک مشاهده شود به صورت يک نقطه ي روشن به نظر خواهد رسيد. سلاح ممکن است بمب, موشک و يا اسلحهٔ منفجر شونده ي ديگری باشد كه به وسيله ي يک سيستم احساسگر مناسب مجهز شده است.
در ساده ترين شکل, اين احساسگر می‌‌تواند يک عدسی باشد که تصوير هدف را به يك آشکار ساز نوری ربع دايره‌ای که سيستم فرمان حرکت سلاح را کنترل می‌‌کند انتقال می‌‌دهد و بنابراين می‌‌تواند آن را به سمت هدف هدايت کند. به اين ترتيب هدف گيری با دقت بسيار زياد امکان‌پذیر است.
معمولا ليزر از نوع ND:YAG است در حالی که ليزرهای CO2 به خاطر پيچيدگی آشکارسازهای نوری (که مستلزم استفاده در دماهای سرد است) نامناسب اند. علامت گذاری ممکن است از هواپيما, هلی کوپتر و يا از زمين انجام شود. (مثلا با استفاده از يک علامت گذار دستی)

ج) سلاح های هدايت انرژی:

اکنون کوشش قابل ملاحظه‌ای در دو کشور آمريکا و روسيه برای ساخت ليزرهايی که به عنوان سلاح های هدايت انرژی به کار می‌‌روند اختصاص يافته است. در مورد سيستم های قویِ ليزریِ مورد نظر, با توان احتمالاً در حدود مگاوات (حداقل برای چند ده ثانيه) يک سيستم نوری باريکه ي ليزر را به هدف (هواپيما, ماهواره يا موشک) هدايت می‌‌کند تا خسارت غير قابل جبرانی به وسايل احساسگر آن وارد کند و يا اينکه چنان آسيبی به سطح آن وارد کند که نهايتاً در اثر تنش های پروازي دچار صدمه شود. سيستم های ليزر مستقر در زمين به خاطر اثر معروف به شکوفايي گرمايی که در جو اتفاق می‌‌افتد فعلاً چندان عملی به نظر نمی‌رسند. جو زمين توسط باريکه ي ليزر گرم می‌‌شود كه اين باعث می‌‌شود که جو مانند يک عدسیِ منفي باريکه را واگرا سازد. با قرار دادن ليزر در هواپيمای در حال پرواز در ارتفاع بالا و يا يک سفينهٔ فضايی می‌‌توان از اين مساله اجتناب ورزيد. اطلاعات موجود در اين زمينه ها به علت سری بودن آن ها اغلب ناقص و پراکنده اند؛ اما به نظر می‌‌رسد که اين سيستم ها به طور كلي شامل باريکه هايی پيوسته با توان 5 تا 10 مگاوات (برای چند ثانيه) با يک وسيله ي هدايت اپتيکی به قطر 5 تا 10 متر باشند.

مناسب ترين ليزرها برای اينگونه کاربرد ها احتمالاً ليزرهای شيميايی اند. ليزرهای شيميايی به ويژه برای سيستم های مستقر در فضا جالب اند زيرا توسط آن ها می‌‌توان انرژی لازم را به صورت انرژی ذخيره, فشرده, و به شکل انرژی شيميايی ترکيب های مناسب تامين کرد.
تفنگ‌هاي ليزري كه براي ارتش آمريكا تدوين شده. به وسيله‌ي كارخانه‌ي ميرزاپتيك ساخته شده است. وزن اين تفنگ‌ها در حدود 3/11 كيلوگرم مي‌باشد. قدرت اين ليزرها به وسيله‌ي باطري ذخيره‌اي كه قادر است10000 بار آتش نمايد، تأمين مي‌شود. ميزان آتش اين‌گونه سلاح‌ها يك بار در هر ده ثانيه مي‌باشد. سلاح‌هايي نظير تپانچه يا تفنگ ليزري مي‌توانند به چشم انسان آسيب وارد كنند به نحوي كه تابش قوي آن‌ها روي شبكيه‌ي چشم متمركز شده و اين عمل به وسيله‌ي عدسي‌هاي كريستالي صورت مي‌گيرد. پالس‌هاي اين‌گونه ليزرها خيلي كوتاه بوده و موجود زنده فرصتي براي دفاع در اين فاصله‌ي كوتاه را ندارد. گزارش‌هاي چاپ شده حاكي از اين است كه سلاح‌هاي ليزري به قدر كافي براي هدف‌هاي تخريبي مؤثر نمي‌باشند. فقط در صورتي كه شعاع ليزر به عضو بينايي و آن‌هم در صورتيكه هدف مستقيماً به مسير حمله‌ي دشمن نگاه كند مؤثر مي‌باشد.
برخي از موارد حتي دود و مه مي‌تواند از اثر كافي تخريب اين‌گونه سلاح‌ها بكاهد. براي حفاظت از آسيب‌پذيري چشم انسان در مقابل اشعه‌ي ليزر، تحقيقات وسيع با آزمايشات متعددي با استفاده از محلول فتوكروميك در آمريكا انجام شده است. اين محلول هنگامي كه تحت تأثير اشعه قرار مي‌گيرد، تغير كرده و در برابر نور كدر مي‌شود. يك محلول فتوكروميك حاوي يك حلال و يك رنگ فتوكروميك و يك آنزيم (تخمير كننده) كه سرعت عكس‌العمل را كنترل مي‌كند، مي‌باشد. چنين محلول‌هايي در مقابل اشعه‌ي مرئي و ماوراء‌بنفش هزار بار حساس‌تر از چشم انسان مي‌باشد. عكس‌العمل محلول فتوكروميك در حدود ده ميكرو ثانيه طول مي‌كشد و هنگامي كه شدت تابش كم شده و به حد قابل تحملي مي‌رسد، محلول در عرض چند ميلي ثانيه مجدداً در مقابل آن شفاف مي‌شود. براي محافظت از چشم در مقابل تابش نور، اين محلول را در فضاي بين دو لايه شيشه اتومبيل يا ماسك‌هاي حفاظتي يا عدسي‌هاي چشمي مورد استفاده قرار مي‌دهند.

کاربرد ليزر در ارتباط نوری

کاربرد ليزر در ارتباط نوری استفاده از باريکه ي ليزر برای ارتباط در جو به خاطرِ داشتن دو مزيت مهم, اشتياق زيادی برانگيخت که اين دو مزيت مهم عبارتند از :

الف) اولين علت, دسترسی به پهنای نوار نوسانی بزرگ ليزر است.
زيرا مقدار اطلاعات قابل انتقال روی يک موج حامل متناسب با پهنای نوار آن است. فرکانس موج حامل از ناحيه ميکروموج به ناحيهٔ نور مرئی به اندازه ي 104 برابر افزايش می‌‌يابد و در نتيجه امکان استفاده از يک پهنای بزرگتر را به ما می‌‌دهد.

ب) علت دوم طول موج کوتاه تابش است.
چون طول موج ليزر نوعاً حدود 104 مرتبه کوچکتر از امواج ميکرو موج است با قطر روزنه يکسان D واگرايی امواج نوری به اندازه 104 مرتبه نسبت به واگرايی امواج ميکرو موج کوچکتر است. بنابراين برای دستيابی به اين واگرايی آنتن يک سيستم اپتيکی می‌‌تواند به مراتب کوچکتر باشد.

اما اين دو امتياز مهم با اين واقعيت خنثی می‌‌شوند که باريکه نوری تحت شرايط ديد ضعيف در جو به شدت تضعيف می‌‌شود. در نتيجه استفاده از ليزرها در ارتباطات فضای باز (هدايت نشده) فقط در مورد اين موارد توسعه يافته اند:
الف) ارتباطات فضايی بين دو ماهواره و يا بين يک ماهواره و يک ايستگاه زمينی که در يک شرايط جوی مطلوب قرار گرفته است.
ليزرهايی که در اين مورد استفاده می‌‌شوند عبارتند از: ND:YAG با آهنگ انتقال 109 بيت در ثانيه گرچه CO2 نسبت به ND:YAG دارای بازدهی بالاتری است ولی دارای اين اشکال است که نياز به سيستم آشکارسازی پيچيده تری دارد و طول موج آن هم به اندازه 10 مرتبه بزرگتر از طول موج ND:YAG است.
ب) ارتباطات بين دو نقطه در يک مسافت کوتاه مثلاً انتقال اطلاعات درون يک ساختمان که برای اين منظور از ليزرهای نيمرسانا استفاده می‌‌شود. اما زمينه ي اصلیِ مورد توجه در ارتباطات نوری مبتنی بر انتقال از طريق تارهای نوری است. انتقال هدايت شدهٔ نور در تارهای نوری پديده‌ای است که از سالها پيش شناخته شده است اما تارهای نوری اوليه فقط در مسافت های خيلی کوتاه مورد استفاده قرار می‌‌گرفتند
مثلاً کاربرد متعارف آن ها در وسايل پزشکی برای آندوسکوپی است ؛ بنابراين در اواخر سال 1960 تضعيف در بهترين شيشه‌های نوری در حدود 1000 دِسی بِل بر کيلومتر بود. از آن زمان پيشرفت تکنيکی شيشه و کوارتز باعث تغيير شگفت انگيزی در اين عدد شده است به طوری که اين تضعيف برای کوارتز به 5/0 دسی بل بر کيلومتر رسيده است. اين تضعيف فوق العاده کوچک آينده مهمی را برای کاربرد تارهای نوری در ارتباطات راه دور نويد می‌‌دهد.

سيستم ارتباطات تارهای نوری نوعاً شامل يک چشمهٔ نور , يک جفت کننده نوری مناسب برای تزريق نور به تارها و درانتها يک فوتوديود است که باز هم به تار متصل شده است. تکرار کننده شامل يک گيرنده و يک گسيلندهٔ جديد است.
چشمهٔ نورِ سيستمِ اغلبِ ليزرهای نيم رسانایِ نا هم پيوندی دوگانه است. اخيراً طول عمر اين ليزرها تا حدود 106 ساعت رسيده است. گرچه تا کنون اغلب , از ليزر گاليُم ارسنيد GaAs استفاده شده است ولی روش بهتر استفاده از ليزرهای نا هم پيوندی است که در آنها لايهٔ فعال, ترکيبی از آلياژ چهارگانه به صورت In1-x Gax Asy P1-y است. در اين حالت لبه‌های P ,n پيوند , گاه از ترکيب دوگانه InP تشکيل شده است و با استفاده از ترکيب y=2v2x می‌‌توان ترتيبی داد که چهار آلياژ چهارگانه شبکه‌ای که با InP جور شود با انتخاب صحيح x طول موج تابش را طوری تنظيم کرد که در اطراف µm 3/1 و يا اطراف µm 1/6واقع شود که به ترتيب مربوط به دو مينيموم جذب در تار کوارتز هستند. بسته به قطر d هسته مرکزی تار ممکن است از نوع تک مد باشد برای آهنگ انتقال متداول فعلی حدود 50 مگابيت در ثانيه معمولا از تارهای چند مدی استفاده می‌‌شود. برای آهنگ انتقال های بيشتر تارهای تک مدی مناسبتر به نظر می‌‌رسند. گيرنده معمولا يک فوتو ديود بهمنی است اگر چه ممکن است از يک ديود PIN و يک ديود تقويت کننده حالت جامد مناسب نيز استفاده کرد.

کاربرد ليزر در فيزيک و شيمی

اختراع ليزر و تکامل آن وابسته به معلومات پايه‌ای است که در درجه اول از رشتهٔ فيزيک و بعد, از شيمی گرفته شده اند. بنابراين طبيعی است که استفاده از ليزر در فيزيک و شيمی از اولين کاربردهای ليزر باشند. رشتهٔ ديگری که در آن ليزر نه تنها امکانات موجود را افزايش داده بلکه مفاهيم کاملا جديدی را عرضه کرده است طِيف نمايی است.
اکنون با بعضی از ليزرها می‌‌توان پهنای خط نوسانی را تا چنـدده کيلوهـرتز باريـک کـرد (هـم در ناحيـهٔ مرئــی و هم در ناحيهٔ فروسـرخ) و با اين کار اندازه گيری های مربوط به طيف نمايی با توان تفکيک چند مرتبه بزرگی (3 تا 6 يا بالاتر) از روش های معمولی طيف نمايی امکان‌پذیر می‌‌شوند.
ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايی غير خطی شد که در آن تفکيک طيف نمايی خيلی بالاتر از حدی است که معمولا با اثرهای پهن شدگی دوبلر اعمال می‌‌شود. اين عمل منجر به بررسيهای دقيق تری از خصوصيات ماده شده است.

در زمينهٔ شيمی از ليزر هم برای تشخيص و هم برای ايجاد تغييرات شيميايی برگشت ناپذير استفاده شده است. به وسيلهٔ اين روشها می‌‌توان اطلاعات قابل ملاحظه‌ای دربارهٔ خصوصيات مولکولهای چند اتمی به دست آورد (يعنی فرکانس ارتعاشی فعال رامن - ثابتهای چرخشی و ناهماهنگ بودن فرکانس).
روش CARS همچنين برای اندازه گيری غلظت و دمای يک نمونهٔ مولکولی در يک ناحيهٔ محدود از فضا به کار می‌‌رود. از اين توانايی برای بررسی جزئيات فرايند احتراق, شعله و پلاسما تخليه الکتريکی بهره برداری شده است.
شايد جالبترين کاربرد شيميايی ليزر در زمينهٔ فوتو شيمی باشد. اما بايد در نظر داشته باشيم به خاطر بهای زياد فوتونهای ليزری بهره برداری تجاری از فوتوشيمی ليزری تنها هنگامی موجه است که ارزش محصول نهايی خيلی زياد باشد. يکی از اين موارد جداسازی ايزوتوپها است. حتماً تا کنون درباره DVD يا CD و يا جراحی چشم با ليزر و غيره چيزهايی شنيده ايد.

استفاده از ليزر در هوانوردي و دريانوردي

يكي از بديعيترين وسايل ليزري ، ژيروسكوپ ليزري است . ژيروسكوپ معمولي اساساً چرخ دواري است كه بسرعت مي‌چرخد . به دليل اين چرخش ، محور چرخ همواره در يك صفحه باقي مي‌ماند . محور ژيروسكوپ چرخنده هميشه در يك راستا باقي مي‌ماند و تغيير مسير كشتي تأثيري بر آن ندارد . اين محور ، كار يك ((خط مبنا)) را انجام مي‌دهد كه تغييرات جهت كشتي را از روي آن مي‌توان تشخيص داد .
سفينه‌هاي فضايي كه غالباً بي‌سرنشينند تنها به كمك ژيروسكوپ مسير خود را حفظ مي‌كنند . اين ژيروسكوپ متشكل است از يك ليزر گازي مثلاً ليزر هليوم ، نئون كه از هر دو انتهايش نور همدوس خارج مي‌شود . با نصب اين ژيروسكوپ به سفينه فضايي ، انحراف سفينه از مسير ، قابل تشخيص است .

نور ليزر براي روشنايي :

ليزرهاي حالت جامد و ليزرهاي تزريقي درخشهاي كوتاه بسيار روشني توليد مي‌كند كه براي عكسبرداري بسيار سريع ، ايده‌آل است . ما در عصري هستيم كه سالانه ميليونها پوند صرف ساختن هوانوردهاي سريع ـ اعم از موشك‌هاي بالستيكي ، قاره‌پيما يا هواپيما مي‌شود . بايد دانست كه سرعتهاي زياد چه بر سر اجسام متحرك مي‌آيد و يكي از بهترين راههاي اين كار عكسبرداري از جسم در حال حركت است . سرعت بعضي از پرتابه‌ها بقدري زياد است كه اغلب چندين كيلومتر در ثانيه كه حتي عكسي كه به كمك سريعترين فلاشهاي متداول از آنها گرفته مي‌شود ، چيزي جز تصويري محو نيست . از آنجايي كه حتي سريعترين پرتابه‌ها هم در اين مدت فاصله بسيار كمي را خواهند پيمود ، عكسي كه با درخشش ليزري از اجسام تيز پرواز گرفته مي‌شود ، واضح و دقيق خواهد بود . ارتش آمريكا سرگرم آزمايش با تلويزيون ليزري براي استفاده در گشتهاي شبانه مخفي با هواپيماست و طراحان نظامي درصدد ساختن كلاهك بمب‌هايي هستند كه هدف را با استفاده از پرتو ليزري نامرئي مادون قرمز پيدا كنند .

چاپگرهای لیزری

در چاپگرهاي ليزري، براي تشكيل تصاوير حروف الفبا و ساير علامت‌ها روي استوانه‌ي گردان از ليزرهاي كم‌توان استفاده مي‌كنند. گرد جوهرمانند خشكي، به تصاوير كشيده شده روي استوانه مي‌چسبد، كه بعد براي چاپ نوشته‌ي مورد نظر روي كاغذ انتقال مي‌يابد.
• چاپگرهاي ليزري از ساير چاپگرها بي‌صداترند و مي‌توانند متجاوز از 1300 خط را در دقيقه يا 10000 ورقه‌ي كاغذ با اندازه‌ي حروف را در يك ساعت چاپ كنند. كيفيت حروف چاپي خيلي عالي‌تر از چاپگرها با ماتريس نقطه‌اي است و خيلي شبيه به كيفيت حروفي است كه جداگانه روي كاغذ با كيفيت عالي چاپ شده باشند.

جوشکاری فلزی توسط لیزر

جوشکاری توسط پرتو لیزر در تولیدات صنعتی بشکل روزافزونی در حال گسترش است و دامنهٔ استفادهٔ آن از میکرو الکترونیک تا کشتی سازی گسترده شده است. تولید انبوه خودکار در این بین از بیشترین توسعه برخوردار گشته‌اند که این پیشرفتها را می‌توان مرهون عوامل زیر دانست:
حرارت ورودی محدود منطقهٔ حرارت پذیرفتهٔ کوچک میزان ناصافی اندک سرعت بالای جوشکاری این خصوصیات جوشکاری لیزری را گزینهٔ منتخب بسیاری از قسمتهای صنعتی کرده که از جوشکاری مقاومتی در گذشته استفاده میکردند. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد این روش می‌توان بکارگیری گستردهٔ آنرا در زمینهٔ کاربردهای مختلف انتظار داشت.
فرآیندهای ترکیبی که از ترکیب لیزر و قوس MIG استفاده می‌کنند برای قرار گرفتن بر سطحی که بایستی جوشکاری در آن انجام شود طراحی شده اند. علاوه بر این تجهیزات .یژهٔ بکار گرفته شده بشکل قابل توجهی ابزارهای مورد نیاز برای آماده سازی لبهٔ مورد نظر برای جوشکاری را کاهش می‌دهند. آلیاژهایی که برای سیمهای پر کننده در قسمت درز گیری بکار میروند باعث یکدست شدن فیزیکی آن ناحیه میشوند. علاوه بر این فرآیندهای ترکیبی بکار گرفته شده قادر اند سرعت انجام کار را بشکل قابل توجهی افزایش دهند. همچنین در نفوذ عمقی و درزگیری کلی هم موثرند. پیشرفتهای بی نظیر اخیر در زمینهٔ دیودهای لیزری موقعیت جدیدی را برای حل مشکلات همیشگی صنعتی فراهم کرده است. البته باید در نظر داشت که این فرآیندها برای همگون شدن با قسمتهای مورد نظر بایستی بشکلی اختصاصی تغییر یابند.
لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند(2-10kW) در حال حاضر در جوشکاری بدنهٔ اتومبیلها، قسمتهای حمل و نقل، مبادله کننده‌های حرارتی و پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرند. سالها لیزرهای یاقوتی کمتر از 500W برای جوش بخشهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال قسمتهای کوچک و ظریف ابزارهای پزشکی، بسته‌های الکترونیکی و حتی تیغ های اصلاح صورت. لیزرهای یاقوتی چند کیلوواتی از گذراندن پرتو از فیبرهای نوری استفاده میکردند. اینکار بسادگی توسط روبوت ها انجام می‌شد و دامنهٔ وسیعی از کاربردهای سه بعدی مثل برش لیزری و جوش بدنهٔ اتومبیلها را ممکن میکرد.
پرتو لیزر در نقطهٔ کوچکی متمرکز می‌شود و باشدتی که در آن نقطه ایجاد می‌کند باعث ذوب و حتی بخار کردن فلز می‌شود. برای تمرکز نیروی لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند، آینه‌های خنک شونده توسط آب بجای عدسی ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جوشکاری بطور کلی به دو شکل انجام می‌شود. در شکل هدایتی جوشکاری، حرارت از طریق هدایت گرمایی به فلز منتقل می‌گردد. این روش مختص لیزرهای یاقوتی نسبتا کم انرژی تر است کهم معمولا جوشکاری های کم عمق تر با آنها انجام می‌شود. جوشکاری با لیزرهای پر انرژی معمولا در پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرد. در این قسمت است که ذوب و تبخیر فلز اتفاق می‌‌افتد.