طريقة عمل الليزر وأنواعه وخصائصه
واستخداماته
الليزر ( Laser ) معناه (
تكبير الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع ) وأول من تنبأ بالليزر ( آينشتين ) عندما
أوضح حادثة ( الفعل الكهروضوئى ) فالمادة تتكون من ذرات والذرة تحتوى على نواة بها
البروتونات موجبة الشحنة وتيوترونات متعادلة الشحنة وبوزيترونات التى هى مضاد
الإلكترونات فى الشحنة أى أنها موجبة الشحنة حيث أن الإلكترونات تدور حول نواة
الذرة فى مدارات محددة ( مستويات الطاقة ) وبسرعات هائلة جدا تقترب من سرعة الضوء
وشحنتها سالبة وكما تكون الإلكترونات فى مستوياتها فحالة الذرات ( الحالة الأرضية
) لكن عندما تقفز الإلكترونات من مستوى أدنى إلى مستوى أعلى فالذرة ( االذرة
المثارة ) فكيف تنتقل الإلكترونات إلى مستويات أعلى أو أبعد عن النواة ؟ فعندما
تمتص الإلكترونات طاقة تقفز من مستواها إلى مستوى أعلى وأى مصدر طاقة ينفع سواء
كان حرارى أو ضوئى أو كهربائى أو كيميائى فإذا قامت الذرة بامتصاص فوتون طاقته =
الفرق بين مستويى الأدنى والأعلى فإن الإلكترونات تقفز إلى المستوى الأعلى /
الامتصاص التحريضى / وتمكث الإلكترونات لفترة قصيرة تقدر ( 10 اس -8 / ث ) ثم لا
يلبث أن يعود إلى مستواه الأصلى مطلقا طاقة على شكل فوتون ( ضوء ) ( الانبعاث
التلقائى ) لكن لو وجد تأثير خارجى يعمل على عودة الإلكترونات إلى مستويات
الاستقرار ( الانبعاث المحفز ) فما علاقة ذلك بالليزر ؟ فالليزر هو جهاز يقوم
بالتحكم فى كيفية تحرير الذرات للفوتونات فما هو الليزر ؟ ومما يتكون ؟ فيمكن
تمثيل الليزر بإنبوبة يداخلها المادة التى تنتج الليزر ويتم إثارة إحدى هذه المواد
بعملية ضخ الإلكترونات ويستخدم للضخ الإلكترونى إما ضوء فلاش أو تفريغ كهربى
والهدف منها ( قلب التعداد ) فما المقصود بقلب التعداد ؟ أى يصبح عدد الذرات المثارة
أكبر من عدد الذرات التى تكون فى الحالة الأرضية فالعملية مهمة جدا والسبب لأن
الضوء لا يمكن أن يكون ليزريا إذا لم يحدث ( قلب التعداد ) وعلى طرفى الأنبوبة
توجد مرآتان أحدهما عاكسة بشكل تام والأخرى تكون عاكستها تابعة للمادة الليزرية
فأحيانا تكون عاكستها ( 99 % ) من ليزر ( هيليوم / نيون ) وأحيانا تكون
( 90 % ) كليزر الياقوت الأحمر وأحيانا تكون
عاكستها ( 0 % ) كليزر النيتروجين .
1 ) طريقة عمل الليزر :
عندما تمتص الإلكترونات فى الذرات الطاقة
المقدمة من ضوء الفلاش أو المصدر الكهربى وتنتقل لمستوى أعلى ثم لا يلبث الإلكترون
أن يعود لمستواه الأرضى محررا طاقة على شكل فوتونات ضوئية وكلما كان مقدار الطاقة
الممتصة أكبر كان للفوتونات الضوئية المحررة طاقة أكبر فإذا تم ضبط الانتقالات بين
المستويين الأدنى والأعلى المحددين ستكون للفوتونات الضوئية المحررة الطاقة نفسها
والطول الموجى نفسه أما بالنسبة للمرايا الموجودة على طرفى الانبوبة فتقوم بعكس
بعض الفوتونات الضوئية إلى داخل المادة الليزرية عدة مرات واستحثاث إلكترونات
مثارة أخرى لتطلق المزيد من الفوتونات الضوئية بنفس الطول الموجى ونفس الطور فى
عملية ( تكبير الضوء ) وللمرايا دور هام جدا فأحيانا تكون مرايا مستوية وأحيانا
تكون مرايا مقعرة فإحدى المرآتين تكون عاكسيتها أقل من ( 100 % ) لتسمح لبعض
الفوتونات الضوئية من الخروج عبرها وهو شعاع الليزر الذى يتم الحصول عليه .
2 ) أنواع الليزر :
إن
لليزر أنواع مختلفة تبعا لنوع المادة المستخدمة كليزر اليافوت الأحمر وليزر الزمرد
الأزرق وليزر الزبرجد الأخضر وليزر الماس الأبيض ( مجموعة ليزر الأحجلر الكريمة )
.
الليزر الغازى : ليزر الأكسجين ليزر الهيدروجين ليزر أول وثانى أكسيد الكربون الليزر النووى الليزر الكهرومغناطبسى
ليزر الغازات الخاملة وليزر المواد الصلبة
فالليزر النووى مكون من عدة مواد ( اليورانيوم 235 / 238 ) ( الديوتيريوم )
( البلوتونيوم ) وليزر الهليوم / النيون
وليزر النيتروجبن والليزر الكيماوى ( مجموعة من المواد الكيماوبة المنفاعلة مع بعض
بسرعة جدا ) .
ليزر الحالة الصلبة : تستخدم مادة صلبة أو
خليط من مادة صلبة لإنتاجه كليزر الياقوت الأحمر أو ليزر خليط الألمنيوم
والديوتيريوم ويعطى أطوالا موجية فى منطقة الأشعة تحت الحمراء .
الليزر الغازى : تستخدم فيه مادة غازية
كالهليوم والهيدروجين والنيون أو أول وثانى أكسيد الكربون وتكون أشعته فى مدى
الأشعة تت الحمراء .
لبزر اكزايمر : يستخدم فيه غازات خاملة
كالكلور أو الفلور أو الكريبتون أو الأرجون وتعطى أشعة ليزر فى مدى الأشعة فوق
البنفسجية .
ليزر3 الأصباغ : تستخدم فيه مواد عضوية معقدة
كالرودامين مذاب فى محلول كحولى وينتج ليزر يمكن التحكم فى أطواله الموجية .
ليزر أشباه المواصلات فتستخدم فيه أشباه
الموصلات ويمتاز بصغر حجمه واستهلاكه طافة أقل ويستخدم فى الأجهزة الدقبقة
كالطابعات الليزرية .
3 ) خصائص الليزر :
يختلف ضوء الليزر عن الضوء العادى فهو ضوء
أحادى اللون لأنه يتكون من فوتونات ضوئية لها طول موجى محدد والطول الموجى يعتمد
على مقدار الطاقة المنطلقة من الإلكترونات عندما تهبط من مدار أعلى إلى مدار أدنى
وتوجد ميزة لضوء الليزر أنه يكون مترابط واتجاه حيث أن الفوتونات الضوئية تسير بمحاذاة
بعضها البعض وتكون حزمة ضوئية طويلة حيث تكون محيطة وقوية جدا ومركزة فالخصائص هى
التى تميز ضوء الليزر عن قوى المادة بحيث ستعطى الاستخدامات المتعددة لليزر
4 ) تصنيفات الليزر :
يصنف الليزر ( 4 ) تصنيفات :
1 ) ليزر منخغص النبلت بنبضات من الليزر
وخصائصها عن طريق طاقة منخفض ولا يشكل
خطورة .
2 ) ضوئه بمعنى طاقته لا تتعدى قدر معين من
الطاقة .
3
) طاقة متوسطة تبلغ قدر معين من الطاقة .
4 ) طاقة عالية جدا تصل لقدر هائل جدا من
الطاقة ويشكل خطورة على العين والجلد وتصنيفات الليزر الأساسية تعتمد على خطورتها
على العين والجلد والخلايا الحية وتوجد إشرة توضح تصنيف الليزر .
5 ) استخدامات الليزر :
الطب / الهندسة / الصناعة ويستخدم الليزر فى
قياس المسافات الطويلة جدا كالمسافة بين الأرض والقمر ويستخدم الليزر فى الاتصالات
وفى الهندسة فى قياس الأطوال بدقة وفى قياس الإجهاد ويستخدم الليزر فى الصناعة من
لحام وقطع وثقب المعادن وتستخدم لأغراض علمية كتعيين حجم الجسيمات دون الذرية (
الإلكترونات / البروتونات / النيوترونات / البوزيترونات / الجالونات / الليبتونات
/ الفوتونات ) ويستخدم الليزر فى الطب فى جراحة العيون ( عمليات الليزك ) وفى علاج
المسالك البولية ومعالجة العيوب البصرية أو معالجة انفصام الشبكية وأفضل الليزرات المستخدمة
فى الطب هى التى تكون أطوالها الموجية ما بين ( 450 نانومتر / 800 نانومتر )
ويستخدم الليزر فى علاج السرطان ويستخدم كمشرط للجراحة فهو لا يسبب النزيف ومعقم
وذو توجيه عال ويستخدم فى عمليات التجميل والترميم كإزالة الشعر وإزالة البقع
السوداء الموجودة فى الجلد أما عن أغرب استخدامات الليزر عن طريق عمل سياج من
الليزر الذى يكون فيه عبارة عن آلية تستخدم فى الكشف عن الأجسام التى تمر بخط
الرؤية أو الأفق ما بين مصدر الليزر والجسم وبإمكان استخدام أشعة الليزر أكثر قوة
لجرح أو ايذاء الشخص الذى يحاول عبور الحاضر وتظهر الكثير من الحالات فى أفلام
الخيال العلمى أو فى بعض ألعاب الفيديو .
6 ) ملحوظة هامة جدا :
إن المواد التى يتكون منها الليزر هى الأحجار
الكربمة وتتمثل فى ( الياقوت الأحمر / الزمرد الأزرق / الزبرجد الأخضر / الماس
الأبيض ) .
أسامه ممدوح عبد
الرازق مصطفى شرف
15 / 9 / 2024
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق