إنّ أشعة الليزر أوّ تقنيّة الليزر بشكلٍ عام هي اصطلاحٌ مختصرٌ لعبارة “تضخيم الضوء بواسطة الانبعاثات المحفزة للإشعاع”، ويمكن وصفه بأنّه جهازٌ مبنيٌّ على مبادئ ميكانيكا الكم، لإنشاء حزمةٍ من الضوء عن طريق تحفيز الذرات لإصدار الفوتونات (جزيئات الضوء) عند أطوالٍ موجيةٍ معينةٍ، هذا يعني أن الضوء الصادر عن الليزر غالبًا ما يكون شديد التركيز ولا ينحرف كثيرًا، وقد تم تطوير العديد من أنواع الليزر المختلفة مع خصائص متنوعة للغاية.1

كيف يعمل الليزر

يتم إنشاء الليزر عندما تمتص الإلكترونات الموجودة في ذرات البلورات أو الغازات الطاقة من تيارٍ كهربائيٍّ أو ليزرٍ آخر وتصبح “مُنشطة” عندها تنتقل الإلكترونات المثارة من مدارٍ منخفض الطاقة إلى مدارٍ ذو طاقة أعلى حول نواة الذرة، لكن سرعان ما تريد الإلكترونات العودة إلى حالتهم الطبيعية فتقوم بإطلاق طاقتها على شكل فوتونات تكون هذه الفوتونات كلها في نفس الطول الموجي ومتماسكةً.

الفرق بين أشعة الليزر والضوء الطبيعي

ضوء الليزر يختلف عن الضوء الطبيعي بأن ضوءه يحتوي على طول موجة واحد فقط (لون محدد واحد) يتم تحديده من خلال مقدار الطاقة المنبعثة عندما ينخفض ​​الإلكترون المثار إلى مدارٍ أدنى، أما الضوء الطبيعي يحتوي على أطوالٍ موجيةٍ متعددة، كما أن أشعة الليزر تأخذ طابعًا اتجاهيًّا (تنتشر باتجاه واحد)؛ أي إنه يظل مركزًا لمسافاتٍ طويلةٍ كونه متماسكًا بطبيعته، أما الضوء الطبيعي فهو غير متماسكٍ وينتشر في اتجاهاتٍ مختلفةٍ.2

أنواع الليزر

يتم تصنيف الليزر إلى 4 أنواع بناءً على نوع وسيط الليزر المستخدم وفق:

  • ليزر الحالة الصلبة:

ليزر الحالة الصلبة هو ليزرٌ يستخدم جسمًا صلبًا كوسيطٍ مثل الزجاج أو المواد البلورية، فيتم إدخال الأيونات كشوائب في المادة المضيفة وتسمى عملية إضافة الشوائب للمادة المنشطات.

من العناصر الأكثر شيوعًا لاستخدامها لإنتاج أشعة الليزر الحالة الصلبة نجد شوائب السيريوم (Ce)، والإربيوم (Eu)، والتيربيوم (Tb)، كما يتم استخدام موادٍ مثل الياقوت (Al2O3) وعقيق الألومنيوم المطلي بالنيتريوم المشبع بالنيودميوم (Nd: YAG)، والزجاج المخدر بالنيوديميوم (Nd: glass) والزجاج المخدر بالإيتربيوم كموادٍ مضيفةٍ لوسائط الليزر.

إنّ أول ليزر الحالة الصلبة كان ليزر روبيـ والذي لا يزال يستخدم في بعض التطبيقات، وقد تم في هذا الليزر استخدام بلورة الياقوت كوسيلة ليزر.

  • الليزر الغازي

ليزر الغاز هو ليزر يتم فيه تفريغ تيار كهربائي عبر غازٍ داخل وسيط الليزر لإنتاج أشعة الليزر أي إنّ وسيط الليزر في الحالة الغازية يحدد طول موجة الليزر أو كفاءته، ويستخدم في التطبيقات التي تتطلب ضوًا من الليزر بجودةٍ عاليةٍ جدًا وأطوال موجة طويلة من التماسك.

أنواع الليزر الغازي هي: ليزر الهليوم (He)، وليزر النيون (Ne)، وليزر الأرجون الأيوني، وليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر أول أكسيد الكربون، والليزر النيتروجيني، وليزر الهيدروجين ،.

  •  الليزر السائل

الليزر السائل هو الليزر الذي يستخدم السائل كوسيطٍ؛ حيث يقوم الضوء بتوفير الطاقة لوسيط الليزر، من أمثلته الليزر الصبغي؛ وهو ليزر يستخدم صبغةً عضويةً ممزوجةً بمذيبٍ كوسيط ليزر، يولد هذه الليزر الضوء من حالات الطاقة المثيرة للأصباغ العضوية الذائبة في المذيبات السائلة، ويُنتج أشعة الليزر في الأشعة فوق البنفسجية القريبة إلى المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف.

  • ليزر أشباه الموصلات

تلعب أشباه الموصلات الليزرية دورًا مهمًا في حياتنا اليومية، تتميز هذه الليزرات بأنها رخيصةٌ للغاية وصغيرة الحجم وتستهلك طاقةً منخفضةً وتُعرف أيضًا باسم ثنائيات الليزر.

ليزر أشباه الموصلات يختلف عن ليزر الحالة الصلبة التي يتم فيها استخدام الطاقة الضوئية كمصدرٍ لإثارة ذرات البلورات، بينما في أشباه الموصلات الليزرية يتم استخدام الطاقة الكهربائية كمصدرٍ لإثارة الذرات.3

استخدامات أشعة الليزر

استخدامات الليزر

تقدّم أشعة الليزر الكثير من التطبيقات التي تؤثر على حياتنا اليومية، بعضها مرئيٌّ مثل استخدام الليزر في إزالة الوشم، وبعضها الآخر يعمل خلف الكواليس في جميع أجهزتنا الإلكترونية، ومن التطبيقات الأكثر شيوعًا لاستخدام الليزر:

  • قطع الأشياء: تستخدم الروبوتات الموجهة بالليزر لقطع الأقمشة والمعادن بدلًا من قطعها يدويًّا.
  • الطب: يستخدم الليزر في الطب لتدمير أورام السرطان وعلاج الخثرات الدموية، واستعادة البصر عن طريق إصلاح شبكية العين المنفصلة، وتبييض الأسنان وإزالة الشعر الزائد والعلاجات الجلدية.
  • التواصل: يشكل الليزر أساس جميع أجهزتنا وتقنيات الإنترنت مثل ماسح الباركود الموجود في المتاجر وسواقة الـ DVD في الحواسيب، والأجهزة الإلكترونية وكابلات الألياف الضوئية التي تستخدم الفوتونات لنقل كمياتٍ هائلةٍ من البيانات عبر الإنترنت.
  • الدفاع: تعد الجيوش ووزارات الدفاع والحرب من المستثمرين الكبار في تقنيات أشعة الليزر وتستخدمها في أنظمة الأسلحة والصواريخ وتحديد الأهداف بعيدة المدى.4

المراجع

  • 1 ، Laser، من موقع: www.britannica.com، اطّلع عليه بتاريخ 7-10-2019.
  • 2 ، How Lasers Work، من موقع: lasers.llnl.gov، اطّلع عليه بتاريخ 7-10-2019.
  • 3 ، Types of lasers، من موقع: www.physics-and-radio-electronics.com، اطّلع عليه بتاريخ 7-10-2019.
  • 4 ، How Do Lasers Work، من موقع: www.autodesk.com، اطّلع عليه بتاريخ 7-10-2019.