الخميس , 13 ديسمبر 2018
الرئيسية » كيف تعمل الأشياء » مبادئ فيزيائية » شرح مبسط لفكرة عمل الليزر

شرح مبسط لفكرة عمل الليزر

شرح مبسط لفكرة عمل الليزر







لا غنى عن الليزر لاجهزة الكمبيوتر والصناعات الطبية والجراحين والمحلات التجارية. ويعد شعاع الليزر شعاع متماسك بشكل مذهل ومركز، وتجدر الاشارة إلى ان شعاع ليزر اطلقته وكالة ناسا على مرأة على القمر وعاد اليها بدون حدوث تشتت يذكر. وبدون اي مجال للخطأ تمكن فريق ابولو من حساب المسافة بين الارض والقمر بدقة عالية. كيف يمكن لليزر ان يحقق هذا التماسك المذهل؟

انقلاب التعداد Population Inversion

كلمة ليزر في الحقيقة هي اختصار للجملة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation اي تكبير الضوء بواسطة الانبعاث الاستحثاثي للاشعاع الكهرومغناطيسي. والجزء الاهم في مكونات جهاز الليزر هو الوسط المادي والذي يكون في صورة انبوبة مغلقة بها غاز مثل خليط من الهيلوم والنيون او يكون عبارة عن بلورة صلبة مثل بلورة النيودينيوم ياج (Nd: YAG). ومثبت فوق هذا الوسط المادي مصدر للطاقة قد يكون كهربائي او ضوئي.

عندما تتعرض الذرات لجرعة من الطاقة فان الكتروناتها سوف تنتقل إلى مستويات طاقة اعلى. وهذا يعمل على اثارة الذرات التي سريعا ما تتخلص من هذه الاثارة لتعود إلى حالتها المستقرة بعودة الالكترونات إلى مستويات الطاقة الادنى. وهنا تطلق الذرات الطاقة التي اكتسبتها في صورة ضوء.

شرح مبسط لفكرة عمل الليزر

يستخدم عادة لاثارة ذرات الوسط اما تيار كهربي قوي او ضوء اشعة فوق بنفسجية. وعندما تثار كل ذرات الوسطة فاننا نحصل على حالة تعرف باسم انقلاب التعداد population inversion اي انه بدلا ان تكون الكترونات الذرات في ادنى مستوى للطاقة تصبح في مستويات الطاقة الاعلى للذرة وهذا ما نطلق عليه انقلاب التعداد وتكون الذرة في حالة غير مستقرة.




وكما ذكرنا قبل قليل، فان الالكترونات ما تلبث الا ان تعود لمستوياتها الاصلية محررة طاقة في صورة ضوء، ولكن مهلا، لا يسمح للضوء الهروب من الوسط! كما يحدث في الضوء العادي حيث نقول ان الضوء يتحرر عن طريق الانبعاث التلقائي spontaneous radiation. بل نجعله في داخل الوسط بهدف الحصول على الليزر، ولكن كيف يحدث هذا؟

الانبعاث الاستحثاثي Stimulated Radiation

تحاط مادة الوسط بمرآتين واحدة منهما تمتلك انعكاسية 100٪ بينما الاخرى تمتلك عاكسية اقل. وهنا ينعكس الاشعاع التلقائي بين المرآتين ذهابا وايابا مما يعمل على اعادة اثارة ذرات الوسط وينتج المزيد من الاشعاع. مما يترتب على ذلك سلسلة تفاعلات هائلة حيث ينتج فوتون واحد فوتونين والفوتونين ينتجا اربعة فوتونات ومن ثم ثمانية وهكذا حتى نحصل على بلايين وبلايين الفوتونات. تعرف هذه الطريقة لانتاج الفوتونات بالفوتونات المستحثة او الاشعاع المستحث stimulated radiation.

شرح مبسط لفكرة عمل الليزر

هناك ميزتين للانبعاث المستحث: الميزة الاولى اننا نحصل على مقدار هائل للتكبير والميزة الثانية ان جميع الفوتونات يكون لها نفس الطول الموجي ونفس الاتجاه ونفس الطور. وهذا موضح بالتفصيل محاضرات فيزياء الليزر.

والان، حيث ان الضوء الناتج له نفس الطول الموجي ونفس الطور فانه يكون احادي اللون او monochromatic، وقد يكون في مدى الطيف المرئي او الطيف فوق البنفسجي او الطيف تحت الاحمر او حتى في مدى اشعة اكس.

شرح مبسط لفكرة عمل الليزر

يخرج الاشعاع المستحث من المرآة في صورة اشعة ليزر للاستخدام كشعاع ضوئي قوي وموجه للتطبيقات المختلفة.

لمزيد من المعلومات اطلع على كيف يعمل الليزر؟




تعليقات

تعليقات

عن الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر - غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي | ومركز الترجمة العلمي | وقناة الفيزياء التعليمي على اليوتيوب | ورئيس تحرير مجلة الفيزياء العصرية | Email skhazem@gmail.com

تفضل بزيارة صفحتي
تصفح كل مقالاتي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.