07-22-2009, 12:18 PM
|
| |
| رد: الليزر laser
خصائص ضوء الليزر
يختلف ضوء الليزر عن الضوء العادي في خاصيتين أساسيتين. فهو 1- ذو خاصية تباعد (انتشار) منخفضة،  - أحادي اللون. ويسمى الضوء الذي يمتاز بهاتين الخاصيتين الضوء المترابط.
ومعظم مصادر الضوء تتباعد بسرعة. فضوء المصباح الومضي، على سبيل المثال، يتباعد بسرعة، ويختفي بعد مسافة قصيرة، بينما ينتقل ضوء الليزر في حزمة رفيعة للغاية، ولا ينتشر مهما بعدت المسافة. فعلى سبيل المثال، يتباعد ضوء الليزر إلى قطر طوله متر واحد فقط بعد أن ينتقل لمسافة 1000 متر، أو إلى حوالي 260سم لكل كيلومتر.
يتكون الضوء من موجات كهرومغنطيسية، ويتحدد لونه بطوله الموجي، أي المسافة بين قمة موجة وقمة الموجة التي تليها. ويتكون الضوء العادي من موجات ذات أطوال موجية متعددة وألوان متعددة. وتبدو هذه الموجات بيضاء اللون عند النظر إليها كلها معًا في وقت واحد. ولكن الضوء الصادر عن معظم الليزرات يتكون من موجات ذات نطاق ضيق جدًا من الأطوال الموجية، ولذلك يبدو ضوء الليزر وكأنه مكون من لون واحد. وتستطيع بعض الليزرات إنتاج أحزمة ذات ألوان متعددة، ولكن كل نطاق لوني يكون ضيقًا. وتنتج بعض الليزرات حزمة غير مرئية، حيث تتكون مثل هذه الأحزمة من أشكال غير مرئية من الإشعاع مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
وضوء الليزر ذو درجة انتظام أو ترابط عالية. وتتحرك موجات الليزر في تطاور، أي تتحرك كل القمم معًا في خطوة واحدة. وهي تنتقل في مسار ضيق، وفي اتجاه واحد. وبذلك يمكن تشبيه ضوء الليزر المترابط بخط من الجنود المتحركين في استعراض بخطوات ثابتة وفي اتجاه واحد. وفي المقابل، تنتشر موجات الضوء العادي بسرعة، وتنتقل في اتجاهات متعددة. ويسمى الضوء العادي الضوء غير المترابط. ويمكن تشبيه طريقة انتقال الضوء غير المترابط بالطريقة التي يتحرك بها الناس في الشارع أي بخطوات مختلفة، وفي اتجاهات متعددة. وبسبب ترابط ضوء الليزر تنتقل حزمة الليزر لمسافات طويلة دون أن تفقد شدتها. أنواع الليزرات
تنتج معظم الليزرات الضوء في شكل حزمة متصلة أو نبضات. وتطلق الليزرات المولدة للنبضات، والتي تسمى الليزرات المنبَّضة، كل طاقتها في جزء من الثانية فقط. ونتيجة لذلك تنتج هذه الليزرات قدرة أكبر بكثير من القدرة التي تنتجها الليزرات المولدة للأحزمة المتصلة، والتي تسمى ليزرات الموجات المتصلة، حيث تتراوح القدرة الناتجة عن معظم ليزرات الموجات المتصلة بين أقل من 0,001 واط وأكثر من 10,000 واط، بينما تنتج بعض الليزرات المنبضة أحزمة ذات قدرة تبلغ عدة ترليونات واط لكل جزء من بليون جزء من الثانية.
وهناك أربعة أنواع أساسية من الليزرات، هي: 1- ليزرات حالة الصلابة 2- ليزرات أشباه الموصلات 3- الليزرات الغازية 4- الليزرات الصبغية.
ليزرات حالة الصلابة. تستخدم قضيبًا من مادة صلبة وسطًا فعالاً، حيث يصنع القضيب في العادة من مادة بلورية أو زجاجية. ويحتوي أكثر الليزرات البلورية شيوعًا على كمية صغيرة من عنصر النيوديميوم (رمزه الكيميائي Nd)، ضمن بلورة من غارنيت اليتريوم والألومنيوم (YAG). ويسمى هذا النوع من الليزرات ليزرات النيوديميوم: غارنيت اليتريوم والألومنيوم. وفي بعض الليزرات يذاب النيوديميوم في الزجاج. وتستخدم المصابيح الومضية بصفة عامة لضخ الوسط الفعال في ليزرات حالة الصلابة.
وأكبر الليزرات في العالم وأقواها ليزر نيوديميوم: زجاج، يوجد في معمل لورنس ليفرمور الوطني في ليفرمور بكاليفورنيا بالولايات المتحدة. ويبلغ طول هذا الليزر المسمى نوفا طول ملعب كرة القدم، وينتج ضوء الليزر في شكل نبضات، ويستخدم في أبحاث الطاقة النووية. وينشطر ضوء هذا الليزر إلى 10 أحزمة، تُضخَّم لتبئير (تركيز) أكثر من 100 ترليون واط من القدرة على هدف في كل جزء من بليون جزء من الثانية.
وتُستخدم ليزرات النيوديميوم: غارنيت اليتريوم والألومنيوم وليزرات النيوديميوم: الزجاج بكثرة في الصناعة، لثقب ولحم الفلترات، كما تستخدم أيضًا في معينات المدى ومحددات الأهداف.
ليزر شبه الموصل. يتكون من طبقتين من المواد مختلفتين كهربائيًا. ينتج التيار الكهربائي المار عبر الطبقتين ضوء الليزر في المنطقة الفاصلة بين الطبقتين.
ليزرات أشباه الموصلات. وتسمى أيضًا ليزرات الثنائيات، تستخدم أشباه الموصلات، وهي مواد توصل التيار الكهربائي، ولكن ليس بمستوى جودة توصيل الفلزات مثل النحاس والحديد. وتشمل أشباه الموصلات المستخدمة في الليزرات مركبات فلزات مثل الجاليوم والإنديوم والزرنيخ. ويتكون شبه الموصل المستخدم في الليزر من طبقتين مختلفتين في خصائصهما الكهربائية. وتؤدي الوصلة الفاصلة بين المنطقتين وظيفة الوسط الفعال. فعند مرور التيار عبر الوصلة ينشأ انقلاب سكاني، وتعكس مرآتان عند طرفي شبه الموصل الفوتونات، ويحدث ابتعاث محفَّز في منطقة الوصلة.
وليزرات أشباه الموصلات هي أصغر أنواع الليزرات، حيث يعادل حجم أحد الأنواع حجم حبة الملح، بينما يبلغ نوع آخر حدًا من الصغر بحيث لا يرى إلا بالمجهر (الميكروسكوب). وهي أكثر أنواع الليزرات استخدامًا لصغر أحجامها، وخفة أوزانها، واحتياجها قدرة أقل، مقارنة بالليزرات الأخرى. وتجعلها أحجامها الصغيرة مناسبة للاستخدام في حاكيات الأقراص المدمجة وحاكيات أقراص الفيديو وفي الاتصالات الليفية البصرية.
الليزرات الغازية. تستخدم غازًا أو خليطًا من الغازات داخل أنبوب وسطًا فعالاً. وتشمل أكثر الأوساط الفعالة استخدامًا ثاني أكسيد الكربون والأرجون والكريبتون وخليط الهيليوم والنيون. وتثار الذرات في الليزرات الغازية بنفس الطريقة التي تضاء بها إشارات النيون. وتستخدم الليزرات الغازية عادة في الاتصالات وجراحة العيون والترويح والتصوير التجسيمي والطباعة والمسح.
وتنتج العديد من الليزرات الغازية أحزمة تحت حمراء. وأهم أنواعها ليزرات ثاني أكسيد الكربون. فهي من أقوى الليزرات، وأكثرها كفاءة، حيث تحول ما بين 5%  0% من الطاقة المأخوذة من مصدر الطاقة إلى ضوء ليزر، بينما تحول العديد من الليزرات الأخرى حوالي 1% فقط من الطاقة التي تحصل عليها. وبإمكان ليزرات ثاني أكسيد الكربون إنتاج أحزمة تتراوح قدرتها بين واط واحد ومليون واط، ولذلك تستخدم هذه الليزرات في قطع ولحم الفلزات، كما تستخدم أيضًا مشارط ليزرية وفي معيِّنات المدى.
الليزرات الصبغية. تستخدم الأصباغ وسطًا فعالاً. ويمكن استخدام عدد من أنواع الأصباغ، حيث يذاب الصبغ في سائل، وخاصة الكحول. ويستخدم ليزر آخر عادة لضخ ذرات الصبغ. وأهم خواص الليزرات الصبغية قابليتها للموالفة، أي إمكانية ضبط الليزر لإنتاج أحزمة أحادية اللون، مختلفة الأطوال الموجية أو الألوان. وتفيد الليزرات القابلة للموالفة الباحثين في تقصي كيفية امتصاص المواد للألوان المختلفة من الضوء. نبذة تاريخية
أول أنواع الليزرات. استخدم فيه قضيب من الياقوت وسطًا فعالاً، وأنبوب ومضي ملفوف مصدرًا للطاقة.
لم يُخترع الليزر قبل القرن العشرين لأن العلماء لم يكن لديهم معلومات عن الابتعاث المحفز. وجاء أول وصف للعملية في عام 1917م على يدي الفيزيائي الألماني المولد ألبرت أينشتاين. ولم يحدث التقدم الجذري التالي في مجال الليزر إلا في عام 1954م، عندما أنتج الفيزيائي الأمريكي تشارلز تاونز انقلابًا سكانيًا في نبيطة تضخم الموجات الدقيقة، وهي إحدى أشكال الإشعاع غير المرئية. وقد أطلق على النبيطة اسم الميزر، حيث صكت التسمية بجمع الحروف الأولى للكلمات المكونة للعبارة الإنجليزية التي تعني تضخيم الموجة الدقيقة بالابتعاث المحفَّز للإشعاع.
وخلال أواخر خمسينيات القرن العشرين اقترح الباحثون تصميمات لنبيطة تستخدم الإشعاع المحفَّز لتضخيم الضوء. وينسب إنشاء التصميم الأساسي لليزر إلي عدد من الأشخاص، منهم تاونز والفيزيائي الأمريكي آرثر شاولو والفيزيائيان الروسيان ألكسندر بروخروف ونيكولاي باسوف والمخترع الأمريكي جوردون جولد.
وقد شيد الأمريكي ثيودور مايمان أول ليزر في عام 1960م، استخدم فيه قضيبًا من الياقوت وسطًا فعالاً. وفي أواخر ذلك العام شيد الفيزيائي الأمريكي علي جافان أول ليزر غازي. وفي عام 1962م تمكنت ثلاث مجموعات من العلماء الأمريكيين، تعمل كل منها على حدة، من تشغيل أولى ليزرات أشباه الموصلات. وفي عام 1966م بنى الفيزيائي الأمريكي بيتر سوروكين أول ليزر صبغي.
ومنذ أوائل سبعينيات القرن العشرين حدث تقدم هائل في تقنية الليزرات واستخداماتها. واليوم، وبفضل سعة نقل المعلومات الهائلة للألياف البصرية، ينفتح عصر جديد في مجالات الترويح المنزلي والاتصالات وتقنية الحاسوب. والباحثون على اقتناع بأن أكثر استخدامات الليزر إثارة وثورية لم يحن أوانها بعد. |