كيف يتم انشاء اشعه ليزر

يعمل الليزر عن طريق توسيع مصدر الضوء وتحويله لمصدرٍ واحدٍ قويٍّ مكوّنٍ من حزمة مركّزة من الضوء، ويحتاج الليزر أثناء عمله إلى التزوّد بالكهرباء، هل تعلم كيف يتم انشاء اشعة الليزر؟

4 إجابات

انشاء اشعة ليزر

جهاز ذو إشعاع كهرومغناطيسي يشعّ موجات ضوئية متجانسة (متساوية بالتّردد ومتطابقة بالطّور الموجي)، بحيث تتداخل الموجات (ظاهرة التّداخل البنّاء) لتتحوّل إلى نبضة (شعاع ليزري) تتميّز بطاقتها العالية وتماسكها القوي وزاوية انفراج صغيرة جداً، والتي من شأنها أن تستخدم لقياس المسافات القصيرة جداً والطويلة جداً بدقة ملحوظة، وفي العمليات الجراحية الدقيقة (العين).

هذا مايُعرف بجهاز الليزر (Laser) وهو اختصار (Light Amplification by Stimulated Emission of Radition) أي “تضخيم الضوء بتحفيز الإشعاع المنبعث”، الذي يتكون من:

  • وسط فعال لإنتاج الأشعة (غاز أو سائل أو صلب).
  • وسط ناقل للطاقة (أنبوب زجاجي).
  • مصدر لتوليد الطاقة الكهربائية لتحفيز إشعاع الموجات الضوئية (إثارة الذرات).
  • وسط عاكس كلي للضوء ذو أداء عالٍ (مرآة) موجودة في إحدى نهايتي الأنبوب.
  • وسط عاكس جزئي لخروج الشعاع الليزري (عدسة مستوية أو مقعرة وذلك حسب الهدف منه) وتوجد في النهاية الأخرى للأنبوب. ونسمّي 4 وَ 5 وحدة التّجويف البصري التي تعمل على تضخيم الضوء.
  • مكان خروج الشعاع الليزري.

لابدّ أن نتعرف على كيفية انشاء اشعة ليزر

من المعروف أن انتقال الذرة بين المستويات يكون من خلال امتصاص طاقة أو إطلاق طاقة على شكل فوتون؛ وهذا مايحدث في مصادر إنتاج الليزر ويسمّى بالانبعاث المستحث الذي ينتج فوتونات جديدة مطابقة للفوتونات الأصلية.

خطوات انشاء اشعة ليزر

  1. توليد طاقة (فلاش وميض) ضمن الأنبوب الزجاجي لإثارة طويلة الأمد للذرات وحدوث الانبعاث المحفّز لإنتاج الفوتونات التي تنعكس بواسطة وحدة تضخيم الضوء (نهايتي الأنبوب الزجاجي).
  2. يُنتج التداخل بين الذرات والفوتون المطلَق أثناء انتقال الذرات من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى والتصادم والانعكاس المستمر بالوسط العاكس الكلّي لأكثر من مرة فوتونات جديدة، بحيث نحصل على مجموع فوتونات ذو كثافة عالية جداً.
  3. تخرج الفوتونات من الوسط العاكس الجزئي على شكل حزمة ضوئية قوية ومترابطة وأحادية اللون يُعرف هذا بالشعاع الليزي المنتج.

أكمل القراءة

أطلق العالم ميمان Maiman أول جهاز ليزر في العالم عام 1960، وكان ذلك الليزر هو ليزر CO2، وفيما بعد دخلت أشّعةُ الليزر في العديد من المنتجات التكنولوجيّـة، فباتـت عنصرًا أساسيّاً في:

  • تشغيل الأقراص المُدمجة.
  • صناعـة الإلكترونيّات.
  • قياس أبعاد الأجسام الفضائيّة.
  • آلات ومعدات قطع اللحام.
  • آلات طب الأسنان والعيون.

وكلمة ليزر Laser تعني تضخيم الضوء بالإصدار المحثوث للأشعة، حيث يعتمد إنتاج ضوء الليزر على ظاهرة الإصدار المحثوث، ويمكن تعريف الليزر على أنّه إشعاع كهرطيسيّ (أي موجات كهرطيسيّة تتكوّن من فوتونات عالية الطاقة ومتساوية في التواتر كما أنّها مُتّفقة في الطور والاتجاه) يُرسل كميّات متساوية من الضوء حيث التواتر والطور، تندمج مع بعضها البعض لتصبح على هيئة حزمة ضوئيّة تتّسم بالطاقة العالية والتماسك الشديد.

أجزاء جهاز الليزر وآليّة عمله:

انشاء اشعه ليزر

  • الوسط المُضخّم: يحتوي هذا الوسط على عدد كبير من الذرات بعضها في السويّة الأساسيّة وبعضها في السويّة المثارة، وعند عبور حزمة ضوئيّة لها تواتر معيّن فإن الذرات في السويّة الأساسيّة تمتص هذه الفوتونات، والذرات في السويّة المُثارة ستصدر فوتونات، ويكون الوسط صالح لتوليد الليزر إذا وفقط إذا كان عدد الذرات المُثارة أكبر من عدد الذرات في السويّة الأساسيّة.
  • حجرة التضخيم: يقوم الجهاز بإعادة تمرير الحزمة في الوسط المضخّم مرات عديدة وبنفس المنحى، ممّا ينتج عنه إصدارات محثوثة جديدة تتفّق مع الحزمة الأساسيّة بالتواتر والطور، والذي بدوره يؤدّي إلى تضخيم طاقة الحزمة، كما تحتوي على مرآتين إحداهما تكون عاكسة جزئيًا أي تقوم بتمرير جزء من الحزمة إلى الوسط الخارجيّ، وتشكيل شعاع الليزر.
  • جملة الضخ: عند إصدار شعاع الليزر تنقص كمية الذرات المُثارة ولضمان تحقيق شرط توليد أشعة الليزر، يقوم هذا الوسط بتقديم الطاقة إلى الوسط المضخّم لضمان إثارة الذرات والتعويض عن الذرات المُثارة التي انتقلت إلى السويّة الأساسيّة، ويتم ذلك بطرق مختلفة مثل الانفراغ الكهربائيّ، والضخ الضوئيّ.

أكمل القراءة

الليزر هو جهاز فعّال يجعل مليارات الذرات تضخّ تريليونات من الفوتونات في وقت واحد حتى تصطف وتشكّل شعاع ضوئي شديد التركيز.

يتكون الليزر من جزئين أساسيين:

  • حمولة من الذرات (صلبة، أو سائلة، أو غازية ) تعرف هذه الذرات بالوسيط؛ حيث تحتوي على إلكترونات يمكن تحفيزها.
  • وسيلة لتحفيز الذرات مثل أنبوب الفلاش.

يحتوي الليزر الأحمر النموذجي على بلورة طويلة مصنوعة من الكريستال مع أنبوب فلاش تلتف حوله خطوط صفراء متعرجة.

يصنع أنبوب الفلاش والكريستال شعاع الليزر وفق الآلية التالية:

  1. بوساطة تيار كهربائي عالي الجهد يتم إيقاف وتشغيل الأنبوب.
  2. في كل مرة تومض بها الأنبوب، فإنه سيضخ الطاقة في بلورة الكريستال على شكل فوتونات.
  3. تمتصُّ الذرات في بلورة الكريستال هذه الطاقة بعملية الامتصاص، حيث تمتصُّ الذرات الطّاقة عندما تقفِزُ إلكتروناتها إلى مستوى طاقةٍ أعلى، وتعودُ الإلكترونات إلى مستوى طاقتها الأصليّ عن طريق إطلاق فوتون ضوئي، تسمّى هذه العملية بالانبعاث التلقائي.
  4. الفوتونات تسير داخل بلورة الكريستال بسرعة الضوء.
  5. تقوم أحد هذه الفوتونات بتحفيز ذرّة مثارة، حيث تعطي الذرة المثارة فوتونًا وتتم استعادة الفوتون الأصلي وهذا ما يدعى بـ الانبعاث المحفز.
  6. المرآة الموجودة في إحدى نهايتي أنبوب الليزر تحافظ على حركة الإلكترونات ذهابًا وإيابًا داخل البلورة.
  7. المرآة الجزئية الموجودة في الطرف الآخر للأنبوب، تعيد بعض الفوتونات إلى البلورة وتسمح لبعضها بالهروب.
  8. في النهاية تشكل الإلكترونات الهاربة شعاعًا شديد التركيز من ضوء الليزر القوي.

أكمل القراءة

تستطيع فهم الطريقة التي تيشأ بها الليزر من تفسير مصطلح الليزر، فكلمة ليزر (Laser) هي اختصار لخمسة كلمات هي (light amplification by stimulated emission of radiation) أي “تضخيم الضوء بواسطة الانبعاثات المحفزة للإشعاع”.

أي أن الليزر ينشأ نتيجة امتصاص بعض الإلكترونات الموجودة في ذرات الغاز أو البلور للطاقة القادمة من تيارٍ كهربائيٍ أو من أشعة ليزر أخرى، لتصبح نتيجة ذلك مُنشطة (excited)، وعند حصول ذلك ستغير الإلكترونات المثارة هذه مدارها حول النواة، من مدار ذو طاقة منخفضة، لمدارٍ أعلى طاقةً، إلا أن هذه الإلكترونات لا تبقَ بحالتها الجديدة لوقتٍ طويلٍ، بل ترجع لحالتها الطبيعية غير المُثارة، وأثناء انتقالها تطلق طاقة على شكل فوتونات متماسكة تتشابه فيما بينها بالطول الموجي.

إن هذه الفوتونات المنطلقة هي التي تشكل ضوء الليزر الذي نشاهده، وطبيعة الطول الموجي المتساوي لهذه الفوتونات هي ما يميز ضوء الليزر عن الضوء الطبيعي. فالضوء الطبيعي على عكس ضوء الليزر يحتوى على أطوال موجية مختلفة فيما بينها، كما يمكن التمييز بين ضوء الليزر والضوء الطبيعي من كون ضوء الليزر ينطلق باتجاهٍ واحدٍ فقط، ما يساعده في الوصول لمسافات بعيدة كونه لا ينتشر في اتجاهات مختلفة ما يبقيه متماسكًا على عكس الضوء الطبيعي غير المتماسك نتيجة انتشاره في كافة الاتجاهات.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يتم انشاء اشعه ليزر"؟