الليزر 

(الليزر (بالإنجليزية: LASER وهي اختصار لعبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء بإنبعاث الإشعاع المحفز) عبارة عن حزمة ضوئية ذات فوتونات تشترك في ترددها وتتطابق موجاتها بحيث تحدث ظاهرة التداخل البناء بين موجاتها لتتحول إلى نبضة ضوئية ذات طاقة عالية . ويمكن تشبيه نبضة شعاع الليزر بالكتيبة العسكرية حيث يتقدم جميع العسكر بخطوات متوافقة منتظمة ، بينما يشع المصدر الضوئي العادي موجات ضوئية مبعثرة غير منتظمة فلا يكون لها قوة الليزر . وباستخدام بلورات لمواد مناسبة(مثل الياقوت الأحمر ) عالية النقاوة يمكن تحفيز انتاجها لأشعة ضوئية من لون واحد أي ذو طول موجة واحدة ، وعند تطابقها مع بعضها وانعكاسها عدة مرات بين مرآتين داخل بلورة الليزر (تصبح كالعسكر في الكتيبة) ، فتنتظم الموجات وتتداخل وتخرج من الجهاز بالطاقة الكبيرة المرغوب فيها .

تعريف الليزر

الليزر نبيطة (أو أداة ) تنتج حزمة ضوئية رفيعة جدًا وقوية. وبعض الأحزمة رفيعة لدرجة أنها قادرة على ثقب مائتي حفرة فوق نقطة في حجم رأس الدبوس . وبسبب إمكانية تبئير (تركيز) أشعة الليزر إلى هذا الحد من الدقة فإن هذه الأشعة تكون قوية جدًا. فبعض الأحزمة، على سبيل المثال، تستطيع اختراق الماس ، وهو أصلب مادة في الطبيعة، وبعضها تستطيع إحداث تفاعل نووي صغير . ويمكن أيضًا نقل حزمة الليزر إلى مسافات بعيدة دون أن تفقد قوتها، حيث وصلت بعض الأحزمة إلى القمر.

استخدامات الليزر

ويستخدم ضوء الليزر في تطبيقات متنوعة نظرًا لما يتميز بها من خواص. فبعض أنواع الليزرات، على سبيل المثال، تستخدم في الموسيقى وقراءة شفرات الأسعار وقطْع الفلزات ولحمها ونقل المعلومات. وبالإضافة إلى ذلك، توجه الليزرات الصواريخ إلى أهدافها، وتعالج العيون، وتنتج عروضًا ضوئية مثيرة، كما تستخدم في رص جدران وأسقف المباني وفي طباعة الوثائق. وتستطيع بعض الليزرات تتبع أقل حركة تحدث للقارات .

وتتفاوت الليزرات في الحجم، حيث يبلغ طول نوع من الليزر عدة أمتار ، بينما لا يزيد حجم نوع آخر عن حجم حبة الملح.

طريقة عمل الليزر

هذا شكل يوضح أجزاء جهاز الليزر . (1) الوسط المنتج لشعاع الليزر . (2) طاقة كهربائية لتحفيز الوسط على أصدار الموجات الضوئية . وعاكس (3) للضوء عال الأداء . وعدسة(4) خروج الشعاع وقد تكون مستوية أوعدسة مقعرة. (5) شعاع الليزر الناتج .

ويعمل جهاز الليزر على انعكاس الضوء ذو لون واحد، أي ذو طول موجة واحدة بين المرآة الخلفية (3) والعدسة . ويتم ذلك بتحفيز الوسط على انتاج ذلك اللون من الضوء وهي خاصية من خصائص الوسط . وبعد انعكاس شعاع الضوء داخل الوسط عدة مرات نصل إلى وضع اتزان بين عدد الاشعة المتجمعة في الوسط والتي تتميز بانتظام (خطوة) الأشعة عن طريق الانعكاس المتعدد . وبين الشعاع الخارج .

ولمواصفات عدسة الشعاع الخارج أهميتين :

نصف قطر الانحناء :

قد يكون سطح العدسة الداخلي مستويا أو مقعرا وذلك بحسب الغرض المرغوب فيه .ويطلى السطح الداخلى للعدسة بطلاء فضي نصف عاكس حتى يستطيع شعاع الليزر الخروج من الوسط إلى الخارج . وإذا كانت هناك رغبة في تجميع الشعاع الخارج وتركيزة في بؤرة يكون السطح الخارجي للعدسة مقعرا .كما يـطلى السطح الخارجي بطلاء يمنع الانعكاس ، لكي يتيح خروج شعاع الليزر الناتج من دون فاقد.

  • معامل انعكاس العدسة:

يعتمد عدد الانعكاسات لأشعة الضوء المتراكمة داخل الوسط على نوع الوسط المستخدم . ففي ليزر الهيليومنيون نحتاج إلى درجة انعكاس للمرآة بنسبة 99 % لكي يعمل الجهاز . وأما في حالة ليزر النيتروجين فلا حاجة للانعكاس الداخلي (درجة انعكاس 0 %) حيث أن ليزر النيتروجين يتميز بدرجة فائقة عل انتاج الأشعة. ومن جهة أخرى تعتمد خواص العدسة المتعلقة بانعكاس الضوء على طول موجة الضوء . ولهذا يـُعطي للخواص الضوئية للعدسة عناية خاصة عند تصميم جهازا لليزر .

أنواع الليزر

ليزر السائل

ليزر الغاز

ليزر اشباه الموصلات

ليزر الحالة الصلبة

استخدامات الليزر

يستخدم الليزر حاليا في مجالات متعددة كاستعمالها في الأقراص المدمجة وفي صناعة الإلكترونيات وقياس المسافات بدقة -خاصة أبعاد الأجسام الفضائية- وفي الإتصالات. كما تستخدم أشعة الليزر في معالجة بعض أمراض العيون حيث يتم تسليط أشعة ليزر عالية الطاقة على شكل ومضات في نقطة معينة في العين لزمن قصير -أقل من ثانية-. ومن أمراض العيون التي يستخدم فيها الليزر:

  • اعتلال الشبيكة السكري
  • ثقوب الشبكية
  • الزرق (ارتفاع ضغط العين)
  • انسداد او تخثر الوريد الشبكي
  • عيوب الانكسار الضوئي في العين (طول او قصر النظر واللابؤرية)
  • انسداد القنوات الدمعية
  • بعض الاورام داخل العين
  • عمليات التجميل حول العين
  • حالات اندثار البقعة الصفراء

كما يستخدم الليزر في العمليات الجراحية مثل جراحة المخ والقلب والأوعية الدموية والجراحة العامة. في عام 1960 اخترع جهاز الليزر الذي يطلق الاشعة وحيدة اللون والاتجاه ويمكن ان تتركز بدرجة عالية بوساطة عدسة محدبة . كما ان هناك الكثير من المواد القادرة على اطلاق اشعة الليزر منها المتجمدة (الياقوت الاحمر و زجاج النيوديميوم) ,والغازية(الهيليوم والنيون والزينون) مواد شبه موصلة (زرنيخالجاليوم و انتيمون الانديوم)

مزايا الليزر

الاتجاهية

تنتج هذه الصفة مباشرة من حقيقة توضّع الوسط الفعال ضمن مرنان ضوئي مكون من مرايا مستوية مثلاً، يكون اتجاه انتشار الأشعة محدداً وفق محور المرنان أو قريباً منه. ويكون التباعد صغيراً جداً مقارنة مع المصادر الأخرى المعروفة مما يسمح بنقل الطاقة إلى مسافات بعيدة.

الشدّة

Laser spots (650, 532, 405 nm)

تنجم أشعة الليزر عن تضخيم متزايد لفوتونات واردة متطابقة تقريباً، فلا يوجد فرق في الطور بينها يؤدي لتداخل هدّام، بل يوجد تراكم للطاقة وشدة تتناسب مع عدد الفوتونات. يسمح هذا التراكم بالحصول على شدة ضوئية في واحدة السطح قادرة على صهر أقسى المواد.

وحيد اللون

A 5.6 mm ‘closed can’ commercial laser diode, probably from a CD or DVD player

يُصدر الليزر أشعة لها التواتر نفسه تقريباً ضمن مجال طيفي ضيق جداً يفرضه نمط المجاوب الضوئي. ينجم عن ذلك ضوء على درجة عالية من النقاء الطيفي المحدد بعرض مجال أقل بمليون مرة من عرض الخط الطيفي للإصدار التلقائي الموافق.

الترابط الزماني والمكاني

يلخص مصطلح الترابط الزماني أن فرق الطور في أي نقطة من الحقل الكهرطيسي الموافق للإشعاع الليزري بين لحظة t ولحظة τ + t يبقى ثابتاً في أي لحظة من الزمن t فيقال: هناك ترابط للموجة على زمن τ. أما الترابط المكاني المثالي فيعني أن فرق الطور في أي لحظة من الزمن بين نقطتين من صدر الموجة يبقى معدوماً. وأشعة الليزر على درجة كبيرة من الترابط الزماني والمكاني؛ وهذا يعطيها الخواص الفريدة التي تسمح باستخدامها في مختلف التطبيقات.

د.اسمهان اسعد

شاهد أيضاً

عناصر الأثر في جسمنا العناصر التي يتم اكتشافها بكميات صغيرة ولكن غير معروفة بدقة في …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *