كيف يعمل الليزر ؟؟؟ شرح مع الصور

**الفجر القادم** · 05-07-2006, 01:51

لقد أصبحت أجهزة الليزر في أيامنا هذه محط إعجاب العديد من المجالات التطبيقية وذلك لما لهذا الجهاز من أثر عميق في تطوير الأجهزة التي يستخدمها الإنسان مما يفيد في اختصار الجهد والوقت وفتح الآفاق نحو مستقبل أكثر تقدما من ذي قبل بأشواط عديدة وبخطى متسارعة .

فإذا حاولنا استحضار الأدوات التي تعتمد على الليزر في عملها , سنجد أن السواقة " " الليزرية " التي نقرأ بواستطها CDs والعديد من الأدوات الطبية الحساسة وأجهزة صناعية مهمة ومتنوعة تعتمد في عملها بشكل أساسي على هذه التقنية المدهشة .

في هذه المقالة سوف نحاول تقديم الأسس التي يرتكز عليها مفهوم إصدار الضوء بواسطة جهاز ليزري , ثم التعرض إلى خصائص هذا الضوء الناتج والتي جعلتنا نفضله عن غيره , ثم نورد مثالا يوضح عمل الليزر الياقوتي (ruby laser) , وننتقل بعد ذلك إلى تعداد بعض الأنواع الأخرى من أجهزة الليزر .
ولكن قبل أن نبدأ ... دعونا نقف عند التسمية التي أطلقت على هذه التقنية والتي ستقودنا إلى مبدأ عمله

إن كلمة ليزر (LASER) مشتقة من العبارة :

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

والتي تعني : تضخيم الضوء بالإصدار المحثوث للأشعة .

لا تقلق من تلك العبارة , سوف تحصل على معنى كامل لها حالما تنهي هذه المقالة

الذرة وامتصاص الطاقة :

تمثل المدارات التي تدور بها الالكترونات حول الذرة سويات طاقية (energy levels) مختلفة , ويدور الالكترون في أحدها تبعا للطاقة التي يمتلكها . وذلك يعني أن الالكترون يستطيع الانتقال من سوية طاقة إلى أخرى عن طريق اكتساب الطاقة أو تحريرها .
وبالفعل , عند تقديم طاقة إلى الالكترون ( يتم ذلك بعدة طرق : التسخين – التعريض للإشعاع – بواسطة حقول كهربائية ...) فإنه ينتقل إلى سوية طاقية أعلى ( أبعد عن النواة ) ولكنه سرعان ما يعود إلى السوية الأساسية التي كان فيها محررا الطاقة التي اكتسبها في طريق الذهاب على شكل فوتون .
أي أنك – عزيزي القارئ – تشاهد الألوان المختلفة للأشياء من حولك بسبب هذه الظاهرة الدائمة التي تقوم بها الذرات عن طريق الالكترونات .

العلاقة بين الليزر وامتصاص وإصدار الذرة للطاقة :

إن الليزر ما هو إلا جهاز يقوم بالتحكم بعملية إصدار الطاقة من قبل الذرات على شكل فوتونات . ويبدو أن ذلك يذكرنا باسمه .
وعلى الرغم من الأنواع العديدة لأجهزة الليزر , فإن مبدأ عملها الأساسي هو مبدأ واحد ويمكن إيجازه كما يلي :

1- يتم ضخ الوسط الليزري بالطاقة بهدف إثارة أكبر قدر ممكن من الذرات لتصبح الالكترونات فيها في سويات طاقية أعلى ( يتم ذلك عادة بواسطة flash light كالمستخدم في الكاميرات أو بواسطة التفريغ الكهربائي )
2- تسمى النسبة بين عدد الذرات المثارة والذرات غير المثارة ب : عكس الإسكان
Population inversion-
3- كما يحدث في الحالة الطبيعية , تعود الالكترونات إلى سوياتها الطاقية الأساسية محررة الطاقة التي اكتسبتها عل شكل فوتونات .
4- عندما يصادف هذا الفوتون المحرر ذرة أخرى ولكن في حالتها المثارة يحدث مايسمى بالإصدار المحثوث (stimulated emission) حيث يحرض هذا الفوتون الذرة المثارة على إصدار فوتون له نفس تواتر وطول موجة الفوتون الاول وله نفس جهته في الحركة .
5- تصطدم الفوتونات الصادرة بمرآتين ( إحداهما نصف عاكسة ) متوضعتين على طرفي الوسط الليزري ( قد يكون الوسط مادة صلبة أو غازية أو سائلة .. كما سنرى ) وفي أثناء ذلك تقوم بتحريض المزيد من الذرات المثارة على إصدار فوتونات أخرى
6- في النهاية , تعبر الفوتونات – ذات طاقة وطول موجي معينين – عبر مرآة نصف مفضضة ولهذه الفوتونات جميعها نفس الطاقة والتواتر .

خصائص الضوء الناتج عن جهاز الليزر :

ضوء وحيد اللون (monochromatic) . وذلك لأان جميع الفوتونات الصادرة لها نفس الطاقة والطول الموجي .

ضوء مترابط (coherent) . وذلك لأن جميع الأطوال الموجية فيه لها نفس المرحلة والطور .

ضوء مركز وموجه (directional) . نستطيع التحكم بجهة هذا الضوء بدقة عالية بعكس الضوء العادي الذي يكون ضعيفا ومنتشرا بجميع الاتجاهات .

مراحل عمل الليزر الياقوتي :

يتكون الوسط الذي يتم إثارة ذراته هنا من الياقوت . ويمكن توضيح مراحل عمله وفق الخطوات التالية :

في البداية نوضح الأجزاء التي يتكون منها هذا الليزر

عملية إثارة الذرات إلى سويات طاقية أعلى بواسطة وماض flash light

بعض الذرات المثارة تصدر فوتونات

بعض الفوتونات المثارة تكون جهتها موازية لمحور الأسطوانة , وخلال مرورها بهذه الأسطوانة الياقوتية تقوم بتحفيز الذرات المثارة لإصدار فوتونات

النتيجة ... ضوء وحيد اللون ... موجه ... جميع موجاته ذات طور موحد

أنواع الليزر :

الليزر ذو المادة الصلبة (Solid-state laser) : ومثاله الليزر الياقوتي

الليزر الغازي (Gas laser) : أشهر أنواعه ليزر الهيليوم وليزر الهيليوم- نيون وهي تصدر ضوءا أحمر . أما الليزر الذي يعتمد على غاز CO2 فهو يصدر الأشعة تحت الحمراء البعيدة ويستخدم في عمليات قص معادن ذات درجة قساوة عالية

(Excimer laser) واسمه مشتق من الكلمتين excited و dimers والتي تعني الجزيئات الثنائية المثارة , وقد سمي كذلك لأنه يعتمد على الغازات النشطة مثل غاز الكلور Cl2 و غاز الفلور Fl2 والتي تتكون جزيئاتها من ذرتين متماثلتين . يضاف لها كميات من غازات خاملة

الليزر الصبغي العضوي (Dye laser ) ويعتمد على أصباغ عضوية (مثل rhodamine 6G ) موجودة ضمن محلول سائل .

الليزر الذي يعتمد على أنصاف النواقل (Semiconductor laser) هذا النوع صغير الحجم وستهلك مقدارا صغيرا من القدرة . وهو معد للعمل في الأجهزة الالكترونية مثل السواقات والطابعات الليزرية

في النهاية لابد من الإشارة إلى أن كثير من أشعة الليزر قد تكون ذات آثار ضارة ويجب اتخاذ اجراءا وقائية عند التعامل معها ويشار إلى مثل هذه الحالات بالرمز

انتهى الموضوع .........

بالنهايه اخواني وجب علي نقل المصدر لكم
اضغط هنا