بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانوبا استفاده از لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064

ما روشی را برای ساخت نمونه های در مقیاس نانو بر روی شیشه بوروسیلیکات با استفاده از لیزر نئودیمیم : ایتریوم – آلومینیم (NM1064-NS10) و با استفاده از یک نانو سیستمهای کروی ارائه می نمائیم . اعتقاد بر این است که جذب غیر خطی منطقه نوری ایجاد شده بین ذرات کروی نمونه و شیشه.دلیل اولیه برای ایجاد اشکال نانونی بر بستر شیشه است با تاباندن پرتوی اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه . اثرات انعکاس به حداقل رسیده و برای طرح دادن و نقش دار کردن سطح . فقط از تقویت منطقه به طور مستقیم . به دلیل وجود ذرات کروی استفاده می شود . برای اثبات این امر . محاسباتی براساس تئوری پراکنش Mie صورت گرفت و اهمیت نتایج به دست آمده عنوان تابعی از زوایا و جهات پراکنش ارائه گردید. بنابراین اشکال در مقیاس نانو به دست آمده با این روش دارای قطرnm350 هستند و فاصله بین آنها حدودnm640 است که همانند اندازه ذرات کروی به کار رفته می باشد .

پتانسیل بالای شیشه های بوروسیلیکاتی باعث شده که کاربرد وسیعی در زمینه بسته بندی و میکروتکنولوژیها مشابه طرحهای بیوشیمی و میکرونورها داشته باشد . علاوه بر پایداری شیمیائی . نوری و مکانیکی آنها . همچنین شیشه های بوروسیلیکاتی در فرایندهای همانندسازی (تکثیر) مقاومت و ثبات گره مکانیکی لازم را دارا می باشند این امر منجر به انجام تحقیقات بسیاری در مورد ویژگیهای پروسه مواردی الکتریک شده است. 

به طور کلی به دلیل ماهیت خنثی وبی اثرآنها بسیار مشکل است آنها را به وسیله متداولترین تکنیکهای ماشینی ایجاد نمودو ساخت . میکرو ماشینهای لیزری یک روش موثر برای تولید و ساخت ماشینی مواد  شیشه است . با این وجود جذب خطی برای شیشه ها بسیار کم و پایین است و آستانه جذب آنها نزدیک nm2310 می باشد . بنابر این در پروسه مواد شیشه ای از لیزرهای بسیارقوی uv وco2 بایستی مورد استفاده قرار گیرد . مکانیسم آسیب و صدمه توسط پالسهای  در حد نانو ثانیه به گرمای الکترونهای رسانس بوسیله پرتوی تابشی و انتقال این انرژی به شبکه مربوطه می شود. این صدمه از طریق انتقال حرارت ذخیره شده ناشی از ذوب شدن و به جوش آمدن ماده دی الکتریک رخ میدهد. جذب بسیار کم سطح مقطع مواد بین باندهای بزرگ به لیزری باشدت بالا احتیاج دارد تاجذب انرژی مناسبی رادر مواد برای جابجائی مواد ماکروسکوپی بوجود آورد . شدت حساسیت زیاد . به ایجاد ناحیه ای منجر می شود که شدیدا تحت تاثیرگرمابوده وتنش حرارتی ایجاد شده ممکن است حتی منجر به ترک خوردن شود. نهایتا اینکه انتخاب این تکنیک برای تکنولوژی میکروسیستم ها مناسب نمی باشد. یک روش قابل قبول برای غلبه بر این محدودیت به کار بردن پالسهای لیزر فوق تند برای پروسه می باشد. به دلیل کوتاه بودن مدت زمان پالس . زمان گرما دادن از زمان آرامش و استراحت الکترون فوتون کمتر میباشد. بدین وسیله پرتوی فضایی افزایش یافته و محدوده تحت تاثیر گرما به چند میکرو متر کاهش می یابدعلاوه بر این پی بردیم که پرتو افکنی لیزری مادون قرمز  femtosecond منجربه افزایشی در ضریب شکست در نقطه کانونی داخل شیشه ها می شود .      تکنیکهای دیگری نظیر laser induced plasma –assisted ablation , laser induced backside etching  به تازگی برای ایجاد شیشه های شفاف مورد استفاده قرار می گیرد اما با استفاده از این روش به دلیل مکانیسم سایش و محدوده شکست و تجزیه کانون اشعه لیزر برای تولید و ساخت ترکیبها در مقیاس نانو روی بسته شیشه بسیار مشکل می باشد .

به منظور غلبه بر محدوده شکست نزدیک منطقه سایش و برش توسط اشعه لیزر می تواند برای ساخت واقعی مورد استفاده قرار گیرد . یک روش شامل بکار بردن و روشن نمودن نوک یک میکروسکوپ تونلی  یا یک میکروسکوپ اتمی دارای لیزر پالسی می باشد. ساختارهای کمتر از 2 /λ را می توان به آسانی در بخش زیرین قسمت راس ایجاد نمود . روش دیگر رسوب تک لایه ای از ذرات کروی در مقیاس نانو روی سطح بسته  و با استفاده از تقویت و افزایش شدت . جهت ایجاد سوراخهای در مقیاس  نانو در بسته می باشد . اعتقاد بر این است که هنگامیکه اشعه لیزر از میان نانو ذرات کروی عبور کرد و به بسته می رسد باعث افزایش منطقه نوری به طور عمده به دلیل تاثیر منطقه نزدیک و پراکنش توسط ذرات کروی می شود . در این مقاله اشعه لیزر Nd   : ایتیریم . آلومینیوم . گارنت . (YAG) برای به عمل آوردن شیشه بوروسیلیکات به کاربرده می شود ازطریق فرستادن اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه ما انتظار داریم که اثر پراکنش بر تغییرات سطح به حداقل  برسد . از تقویت و رشد منطقه توسط نانو ذرات کروی سیلیس (Sio2) بر سطح به منظور تولید نانو نمونه ها بر سطح بسته استفاده می شود. نمودار وضعیت آزمایشی در شکل یک نشان داده شده است.

نمونه ای که به عنوان مدل بکار برده شده . شیشه بوروسیلیکات با ضخامت μm500 می باشد . یک سوسپانسیون کلوئیدی فقط از ذرات کروی سیلیسی با قطر nm 640 که توسط آب دی یونیزه رقیق شده روی نمونه شیشه بکار رفته ومنجر به خشک شدن می گردد. این ذرات  کروی بوسیله فرایند  خود جوش منظم شده  یک لایه شش وجهی بسته ای را تشکیل دهند. این امر از طریق مشاهده نمونه زیر میکروسکوپ دقیق الکترون (sem ) قابل تصدیق است .

از آنجا ئیکه شیشه بوروسیلیکات تا طول موج nm1064 شفاف است . اشعه لیزر تابشی می تواند از بسته شیشه عبور کرده . وسطح تحتانی ذرات کروی را روشن نماید چون اندازه ذرات کروی کوچکتر از طول موج لیزر است شدت نور تابشی افزایش یافته و اطراف ذرات کروی  یک هلال نورایجاد می گردد. ناحیه ناپایـــــدار به ناحیه بسیار کوچـــــــکی از اطراف ذرات کروی محدود شده و در جهت محورسست و ناپایـدار می شود. بعد از یک تک پالس j/cm2 3 ذرات کروی از بسته شیشه جداشده و نانو ساختارها بر سطح ایجاد می شوند همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است .

میکروگرافهای sem آرایش متناوبی از حفره هائی به قطر nm 350 را روی سطح نشان می دهد. ساختمان ایجاد شده بطور شش وجهی مرتب شده اند و فاصله بین مراکز اشکال حدود nm 640 می باشد که برابر با قطر ذرات کروی بکاررفته است . این پدیده تشکیل اشکال در قسمت زیرین جایگاه ذرات کروی را تصدیق می نماید . این موضوع نشان می دهد که افزایش منطقه نور در نزدیک زمینه پراکنش می تواند باعث شود شدت واکنش چندین برابر واکنش اولیه بزرگ شود چون ضریب جذب خطی شیشه در طول موج آزمایش بسیار پایین است . مامعتقدیم شکل گیری مدل . به دلیل جذب غیرخطی مواد شیشه می باشد که با نور تقویت شده است . اگر چه مکانیزمهای فیزیکی برای اشعه های مادون قرمز با حساسیت نسبت به نور هنوز تحت برسی و تحقیق است . مامعتقدیم فرایند توسط فرایند جذب  چند فوتون آغاز شده و بنابراین وایستگی غیر خطی شدیدی را به شدت اشعه تابیده شده نشان میدهد این وابستگی به شدت . ویژگیهای نوری مواد را که انتشار نور تابشی را تحت تاثیر قرار می دهند. تغیرمی دهد. بخش انعکاس غیرخطی باعث بوجود آمدن لنز خودکار میشود که می تواند منجر به تخریب نوری گردد. بخش جذبی غیرخطی می توانند درشدت بالا شفافیت و انتقال را کاهش داد. باعث آسیب نوری در مواد می شود که دارای تابش کمتری نسبت به تجزیه دی الکتریک انتقال حرارت می باشند . همچنین وجود یک سطح. تقارن معکوس عامل نرمال را تا خط شکسته و فعل و انفعال و واکنش غیر خطی راممکن می سازد. تقویت منطقه ارزی ازچندین منبع ناشی میگردد. پراکندگی و اثرات نزدیک منطقه جزء مشاهداتی هستند که بخش قبلی هنگامی که اشعه لیزربرسطح فوقانی ذرات کروی تابیده میشود به اثبات رسیده است محاســــــبات انجام شده بر روی افزایش منطقه پیرامون ذرات کروی بیان می نمودکه اثرات متمرکز کردن و اثرات نزدیک یک منطقه هردو به یک میزان در اندازه و شکل اشکال تشکیل شده زیر ذرات کروی نقش دارند. اما زمانیکه نمونه ازپشت . پرتوافکنی شود. اثرات پراکنش به حداقل می رسد ما افزایش شدت را به دلیل پراکنش با استفاده از ذرات کروی دی ا لکتریک . براساس تئوریmie برای طول موج لیزر ذرات کروی سیلیسی nm 1064 و nm640 با ضریب شکست 39/1 محاسبه نمودیم.

محاسبات نشان میدهد که برای زوایای بین 90 و270 درجه بواسطه پراکنش. افزایش شدت قابل توجهی وجود ندارد. این بدان معنا است که در حدفاصل بین ذره کروی وبسته شیشه ای تقویت و افزایش منطقه بدلیل پراکنش نمی باشد. تقویت و افزایش منطقه نوری همچنین می تواند ناشی از اثرات تداخل سطح پشتی باشد به  دلیل تداخل امواج ورودی و امواج منعکس شده . شدت منطقه الکتریکی در پشت قطعه ای با جذب ضعیف ودارای n>1 بیشتر است بطوریکه آستانه شکست نوری از قسمت پشتی پاین تر است . برای شیشه سیلیکا و شیشه های بوروسیلیکات در nm  193 قبلا با سایش سطح پشتیکه توسط این شیشه هابه خوبی قابل جذب است  بیان شده است . علیرغم وجود تقویت در بخش پشتی . در آزمایشات انجام شده با لیزر nm 1064در غیاب ذ رات کروی در حالت مشابه هیچگونه آسیبی در اثر لیزر در این بخش (بخش پشتی ) مشاهده نگردید. در حالیکه در حضور ذرات کروی حتی برای شدت تابشی بسیار پایین اشکال واضحی . بسته به اندازه ذرات کروی در ابعاد نانو در بخش پشتی تشکیل می گردد. بطور خلاصه یک تکنیک ساده برای توسعه نمونه های نانو روی بسته شیشه ای بروسیلیکاتی استفاده از اشعه  nm  1064  نانو ثانیه لیزر  Nd:YAG   در این مقاله ارائه گردیده است . به دلیل وجود منطقه نوری تقویت یافته در اطراف ذرات کروی به نظر میرسد جذب غیرخطی پدیده قابل قبولی جهت تشکیل اشکال نانو باشد. منطقه نوری تقویت یافته حاصل تاثیر منطقه مـجاور است . از آنجائیکه اشعه لیزر از قسمت پشت نمونه تابیده می شود. اثر پراکنش کانون القائی در این امر حذف می گردد.                                                                                                       

لیزر

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌ ، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است.

     توضيحاتی در باب خواص نور لیزر و کاربردهای آن    

از نخستین روزهای بررسی تکنولوژی لیزر ، پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می کند. در این بخش ، به چگونگی ظهور این خواص از ماهیت فرایند لیزر می پردازیم و به اختصار مثالهایی را از چگونگی استفاده از آنها برای کاربردهای ویژه لیزر ، در نظر می گیریم. واضح است که چنین مباحثی باید بسیار گزینشی باشد و مثالهای ارایه شده در اینجا بیشتر برای نشان دادن تنوع و گوناگونی کاربردهای لیزر انتخاب شده اند تا هر دلیل دیگری.

از آنجا که نشر القایی ،‌فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقاً یکسان تولید می کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود m m ۱ دارد منجر می شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه ای نازک و اساساً موازی از نور را که معمولاً دارای توزیع گاوسی از شدت است ، از آینه خروجی به بیرون نشر می کند.

زاویه واگرایی باریکه مقداری در حدودm radian ۱ است که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می کند، لیزرهای اکسی پلکس واگرایی باریکه کمتر از ۲۰۰ میکرورادیان دارند. هرچند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می شود ،‌ولی با ابزار اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. به عنوان مثالی از اینکه باریکه لیزر تا چه حد قابل موازی سازی است، به این مطلب توجه کنید که می توان بازتابش نور لیزر را از روی بازتابنده هایی که فضانوردان طی ماموریت فضایی آپولو در سطح کره ماه کار گذاشتند، در زمین مشاهده کرد.
همراستا سازی نوری یکی از کاربردهای بسیار برجسته موازی سازی و پهنای باریکه نازک لیزرها در صنعت سازه و نظارت بر آلودگی اتمسفر مورد استفاده قرارمی گیرد . در مورد اخیر، با بهره گیری از پهنای باریکه نازک لیزر است که امکان نظارت بر گازهای خروجی از دودکش کارخانه ها ، با تجزیه و تحلیل نور پراکنده ، از روی سطح زمین امکان پذیر می شود.

شدت:
شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای شناخته شده روی زمین را ایجاد می کنند. از آنجا که لیزر باریکه ای موازی از نور را نه در تمام جهتها ، بلکه در راستای مشخصی نشر میکند، مناسبترین معیار شدت، تابیدگی است . از آنجا که انرژی در واحد زمان برابر توان است، داریم:
سطح / توان I = تابیدگی

با این حال در استفاده از این معادله باید تاکید کرد که منظور از «توان» ، توان خروجی لیزر است و نه توان ورودی آن.برای بررسی درست تابیدگی یک نوع لیزر، می توان به این نکته توجه کرد که شدت میانگین آفتاب روی سطح زمین به اندازه یک کیلووات بر متر مربع یعنی m W ۱۰ است.
ابتدا یک لیزر قدرتمند آرگون را که توانی در حدود W ۱۰ در طول موج nm ۴۸۸ نشر می کند، در نظر می گیریم. با فرض سطح مقطعی برابر mm ۱ برای باریکه ،‌این مقدار باعث ایجاد تابیدگی mW ۱۰ = ( m ۱۰ )/ (W ۱۰) می شود . در واقع با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده ، می توان تابیدگی را افزایش داد. از این جنبه نیز نور لیزر به طور مشخصی خواص غیر عادی را نشان می دهد، به گونه ای که با متمرکز کردن آن می توان به شدتهایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می رود.معمولاً امکان چنین چیزی برای منابع معمولی نور وجود ندارد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج است، بنابراین در مثال فوق ، سطح مقطع m ۱۰ غیر واقعی نیست و باعث ایجاد شدت متمرکز شده ای برابرmW۱۰ می شود.

با این حال، در لیزرها که ابتدا انرژی را در اثر وارونگی جمعیت ذخیره می کنند و سپس آن را از طریق نشر یک تپ نور رها می کنند، یافتن بیشترین شدتهای خروجی نامنتظره نیست. اگر چه باید به یاد داشت که شدت پیک تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است.

برای مثال یک لیزر یاقوت سوییچ شده مناسب که تپهای ns ۲۵ (s ۱۰ = ns۱ ) در طول موج nm ۶۹۴ نشر می کند ، می تواند در هر تپ ، خروجی پیکی برابر GW ۱ با باریکه پهنی به سطح مقطع mm ۵۰۰ ایجاد کند. بدین ترتیب تابیدگی میانگین هر تپ تقریباً برابر W m ۱۰ × ۲ است که با تمرکز مناسب می توان دست کم آن را به اندازه ۱۰ برابر افزایش داد. باید توجه کرد که در تمام این محاسبات تقریبی ، به طور ضمنی تصور شده است که درطول دوام هر تپ، مقدار شدت ثابت است. حال آنکه در حقیقت ، در ابتدا یک صعود و در انتها یک واپاشی مشخص وجود دارد، به بیان دیگر یک نیمرخ زمانی هموار در آنجا هست. از آنجا که شدت پیک حاصل از یک لیزر تپی به طور وارون با مدت تپ متناسب است، روشهای گوناگونی برای کاستن ازطول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.

اکنون به چند کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد، نگاهی کوتاه می اندازیم. یک مثال بسیار واضح در صنعت، همان برش و جوشکاری با لیزر است. در چنین مقاصدی به ویژه لیزرهای پرتوان کربن دیوکسید Nd:YAG و که تابش زیر قرمز دارند، مناسب اند. چنین لیزرهایی تقریباً هر نوع ماده ای را می توانند ببرند، هر چند در برخی موارد مانند چوب یا کاغذ برای جلوگیری از سوختگی باید فواره ای از گاز بی اثر به کار برده شود، از سوی دیگر، فواره اکسیژن باعث تسهیل برش فولاد می شود. برای مثال یک لیزر متمرکز در گستره mW ۱۰ می تواند mm ۳ فولاد را در تقریباً s ۱، یا mm ۳ چرم را درs ۱۰، ببرد. کاربردهایی از این نوع را می توان در صنایع زیادی از هوافضا تا نساجی ، پیدا کرد و تنها در آمریکا، چند هزار سیستم لیزر برای این هدف به کار می روند.

یکی از نوید بخش ترین کاربردهای پزشکی در جراحی چشم است که تا کنون برای این منظور چندین روش بالینی به خوبی ارایه شده است. مثلاً، پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می شود، می توان با« جوشکاری نقطه ای » توسط تپهای پرشدت نور حاصل از لیزر آرگون، با بافت نگه دارنده آن ( یعنی کورویید ) متصل کرد. مزایای بسیار زیادی برای استفاده از لیزر در چنین جراحیهایی وجود دارد ، روش لیزری تخریبی نیست و نیازی به بیهوشی نداردو با توجه به مدت کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت کردن طولانی چشم وطی درمان احساس نمی شود.

همدوسی:
همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می کند و بازهم این خاصیت ، نتنجه ماهیت فرایند نشر القایی است. اغلب، نور حاصل از منابع معمول گرمایی که توسط نشر خودبه خودی کار می کنند، به نور آشفته موسوم است، معمولاً در این موارد، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساساً تصادفی بین آنها، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می آید. در مقابل در لیزر، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره، همفازند. مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می شود و از رابطه زیر به دست می آید:
tc = ۱/ u
که در آن u پهنای خط نشر است. طول همدوسی مستقیماً با این عامل ارتباط دارد.
tc = ctc

بنابراین ، دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله ای کمتر از طول همدوسی، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی یک مد خروجی حاصل از یک لیزر گازی ممکن است m ۱۰۰ باشد، ولی این مقدار برای یک لیزر نیم رسانا ، تقریباً mm ۱ است. اندازه گیری طول یا زمان همدوسی یک لیزر با طیف بینی افت و خیز شدت ، انجام می شود و وسیله مناسبی برای تعیین پهنای خط نشر فراهم می کند.
همان طور که در دو نمودار شکل ۱. ۱۱ نشان داده شده است، تابش آشفته و همدوس آمار فوتونی کاملاً متفاوتی دارند. این نمودار نشان دهنده توزیع احتمال یافتن N فوتون در حجمی است که در یک متوسط زمانی، تعداد میانگین M را در خود دارد. نور آشفته در توزیع بوز ـ اینشتین صدق می کند:
آشفته M/(M+۱) = PN

حال آنکه نور همدوس معمولاً در توزیع پواسون صدق می کند:
همدوس Me / N = PN
هر چند اگر این دو نور، تابیدگی میانگین یکسانی داشته باشند (با I V/hc u M = به M ارتباط پیدا می کند )، بیشتر فرایندهای شامل برهم کنش نور و ماده نمی توانند تمایزی بین آنها قایل شوند، ولی در فرایندهای چند فوتونی چنین نخواهد بود.
بر خلاف انتظار، کاربردهای اندکی برای همدوسی لیزر وجود دارد، مهمترین کاربرد آن به اصطلاح، تمام نگاری است، که روشی برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار میرود. این فرایند شامل تهیه یک نوع تصویر ویژه ، به نام تمام نگاشت روی صفحه ای حاوی امولسیون مناسب عکاسی است بر خلاف بیشتر انواع متداول تصاویر عکاسی تمام نگاشت حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از موضوع نیز هست واضح است که با منبع نور آشفته نمی توان به چنین تصویری دست یافت. نورپردازی عکس، تصویر سه بعدی واقعی را بازسازی می کند. در حال حاضر یکی از مشکلات اصلی آن است که تنها امکان تهیه تمام نگاشتهای تکفام وحود دارد، زیرا اگر برای تهیه تصویر اصلی از گستره ای از طول موجها استفاده شود، اطلاعات مربوط به فاز از بین می رود، هر چند اکنون به راحتی می توان تمام نگاشت را در نور سفید به وضوح مشاهده کرد، ولی رنگهای این تصاویر تنها در اثر تداخل به وجود می آیند و رنگهای اصلی جسم نیستند.

تکفامی:
آخرین مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد. تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از آن حقیقت منشا می گیرد که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه، نشر می شوند و بنابراین تقریباً‌ فرکانسهای دقیقاً یکسانی دارند. با وجود این، همواره گستره کوچکی از توزیع فرکانسها وجود داردکه ممکن است چندین فرکانس یا طول موج گسسته را در بر گیرد و باعث برقراری شرط موج ایستا شود.

نتیجه آن است که تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، به طوری که برای رسیدن به تکفامی بهینه، باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس در لیزر تعبیه کرد. معمولاً برای این کار از یک سنجه استفاده می شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می گیرد و به گونه ای تنظیم می شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی، به طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند. در لیزرهایی با خروجی پیوسته، تهیه پهنای خط نشر به کوچکی cm ۱ ، کاری بسیار ساده است و در لیزرهای با فرکانس تثبیت شده، پهنای خط میتواند چهار تا پنج توان ده کوچکتر داشته باشد. عامل کیفیت Q که برابر با نسبت فرکانس نشر شده u به پهنای خط Du است، یکی از عاملهای مهمی است که لیزر را توصیف می کند.
Q = u/Du
بدین ترتیب، مقدار عامل Q به سادگی می تواند به بزرگی ۱۰ باشد و این مقدار به وضوح از اهمیت زیادی در طیف بینی تفکیک بالا برخوردار است. اغلب متخصصان طیف بینی ترجیح می دهند که پهنای خط را بر حسب واحدهای طول موج یا عدد موج بیان کنند، که مورد آخر نشان دهنده تعداد طول موجهای تابش در واحد طول معمولاً‌ در سانتی متر، است (u=۱/l) . روابط سودمند بین بزرگی پرامترهای مربوط به پهنای خط به قرار زیر است:
Dl=l/Q
Du=Dl/l

جداسازی ایزوتوپ زمینه مهم دیگری برای کاربرد فن تکفامی زیاد منبع لیزر است. از آنجا که مولکولهایی که از نظر محتوای ایزوتوپی با هم متفاوت اند، معمولا فرکانسهای جذب اندک متفاوتی دارند، با استفاده از لیزری با پهنای خط بسیار باریک، به طور گزینشی می توان مخلوطی از مواد را برانگیخت و سپس با وسایل دیگری جدا کرد. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته ای نامنتظره نیست.

کاربردهای صنعتی لیزرها

· با کانونی کردن لیزرهای پرتوان در نقطه‌ای روی فلزات می‌توان باعث ذوب شدن آن و درنتیجه برش یا جوش آنها و یا حتی حکاکی روی فلز یا سنگ با کیفیت بسیار بالاتر از دست شد.

· با مدوله کردن اطلاعات دیجیتالی توسط لیزرهای نیمه‌هادی و هدایت آن به داخل فیبرهای نوری می‌توان با سرعت فوق العاده بالایی اطلاعات را منتقل کرد.

· همچنین لیزرهای نیم‌هادی بطور گستردهای برای ضبط و بازخوانی اطلاعات در لوح فشرده (CD , DVD) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

· لیزرپویینتینگها که لیزرهای نیم ‌هادی کم‌توان می‌باشند به ارزانی در دسترس عموم قرار دارند.

· چاپگرهای لیزری یکی از بزرگترین انقلابهای صنعت چاپ را سبب شده است.

· ماشینهای تسطیح اراضی کشاورزی نیز وجود دارند که از لیزر بهره می‌برند.

· حتی اسکن لیزری نیز ساخته شده که تصاویری سه ‌بعدی از شیء مورد نظر تهیه می‌کند.

· تصویربرداری هولوگرافی نیز با لیزر صورت می‌گیرد. برچسبهای هولوگرافی نیز برای افزایش ضریب امنیت برخی کارتهای شناسایی و یا محصولات مختلف کاربرد وسیعی یافته‌اند

ماشين كاری با ليزر

يكي از مسائلي كه امروزه مطرح است برش مواد بسيار سخت مانند آلياژهاي تيتانيم مي باشد كه در برش با سرعتهاي بالا عمر وسيله برش بسيار كوتاه مي شود از آنجائي كه اين مواد به طور گسترده در صنايع هوايي مورد استفاده قرار مي گيرند افزايش ميزان برش و سرعت عمل مورد توجه است يكي از راه هاي استفاده از ماشينهايي است كه در آنها از ليزر به عنوان كمك استفاده مي شود در جريان برش ليزر با قدرت زياد نيز درست محل برش متمركز مي شود ماده نرم تر مي شود و به راحتي برش داده مي شود به دليل اينكه فقط بخش كوچكي گرم مي شود ابزار برش خنك باقي مي ماند و از اين طريق ميزان برش و سرعت عمل افزايش مي يابد. براي كاهش بازتاب طبيعي سطح ماده يك لايه جاذب درست در محل فرود ليزر پاشيده مي شود كاربرد اين گونه ماشين ها در صنعت به طور وسيع احتياج به بررسي هاي بيشتر اقتصادي و بهينه سازي آنها دارد.
 

برش ليزری

در برش با ليزر هدف بخار كردن ماده با سرعت هرچه بيشتر و ايجاد منطقه بسيار كوچك گرمادهي به منظور ايجاد حد اقل تغيير شكل در قطعه كار مورد نظر است مانند جوشكاري بيشتر ليزرهاي صنعتي كه به اين منظور به كار برده مي شوند از يك جريان گاز محوري با باريكه ليزر استفاده مي كنند اما در برش فلزات گاز اكسيژن معمولا به كار رفته گرفته مي شود اين عمل به طور زيادي سرعت برش را افزايش مي دهد چرا كه گرماي ايجاد شده توسط واكنش بر گرماي پرتوليزري اضافه مي شود در شرايط مناسب و دلخواه سرعت به حدود 5 برابر و يا بيشتر افزايش مي يابد به علاوه افزودن گاز كمك مي كند تا مواد مذاب نيز از محل برش شوند اما در بعضي مواقع به كار بردن گاز ممكن است مطلوب نباشد چرا كه اكسيد شدن لبه هاي برش داده شده دارد در صورتي كه بخواهيم مجددا آنها را جوش دهيم ايجاد مزاحمت می نمايد.