الليزر

الليزر (بالإنجليزية: LASER وهي اختصارا لعبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation أي تضخيم الضوء بانبعاث الإشعاع المحفز) هو اشعاع كهرومغناطيسي تكون فوتوناته مساوية في التردد ومتتطابقة الطور الموجي حيث تتداخل تداخلا بناءً بين موجاتها لتتحول إلى نبضة ضوئية ذات طاقة عالية وشديدة التماسك زمانيا ومكانيا ذات زاوية انفراج صغيرة جدا وهو مالم يمكن تحقيقه باستخدام تقنيات أخرى غير تحفيز الاشعاع.
بسبب طاقتها العالية وزاوية انفراجها الصغيرة جدا تستخدم اشعة الليزر في عدة مجالات اهما القياس كقياس المسافات الصغيرة جدا أو الكبيرة جدا بدقة متناهية ويستخدم أيضا في إنتاج الحرارة لعمليات القطع الصناعي وفى العمليات الجراحية خاصة في العين ويستخدم أيضا في الأجهزة الإلكترونية لتشغيل الاقراص الضوئية.

تجربة بالجيش الأمريكي على استخدام الليزر لتوجيه الصواريخ

ليزر اشباه الموصلات هو أحد المصدر الشائعة لليزر ذو القدرات المتوسطة ويستخدم في مجالات متعددة ويتواجد بأطياف مختلفة

مقدمة موجات في نفس الطور، (كما في الليزر). موجات مختلفة الأطوار، (كالضوء المنبعث من مصباح عادي). يستخدم الليزر أشعة ضوئية احادية الطول الموجي أي لها نفس طول الموجة وهي تتولد في أنواع معينة من البلورات النقية. ويعمل جهاز الليزر على تسوية طور الموجات الضوئية بحيث تكون جميعها في نفس الطور، فتشتد طاقتها. يبين الشكل المجاور الموجات الضوئية التي هي في نفس الطور، فيحدث ما يسمى في الفيزياء تداخل بناء للموجات الضوئية. ويمكن تشبيه نبضة شعاع الليزر بالكتيبة العسكرية حيث يتقدم جميع العسكر بخطوات متوافقة منتظمة. وبينما يشع امصباح عادي الضوء في موجات ضوئية مبعثرة غير منتظمة فلا يكون لها طاقة الليزر، فتكون كالناس في الشارع كل منهم له اتجاه غير الآخر. ولكن باستخدام لبلورات من مواد مناسبة (مثل الياقوت الأحمر) عالية النقاوة يمكن تحفيز إنتاجها لأشعة ضوئية من لون واحد (أي ذو طول موجة واحدة) وكذلك تكون في طور موجي واحد. عندئذ تتطابق الموجات على بعضها البعض - عن طريق انعكاسها عدة مرات بين مرآتين داخل بلورة الليزر فتصبح كالعسكر في الكتيبة - فتنتظم الموجات وتتداخل تداخلا بناءا وتخرج من الجهاز بالطاقة الكبيرة المرغوب فيها. طريقة عمل الليزر 1. مادة توليد الليزر 2. مضخة طاقة الليزر 3. عاكس قوي 4. مخرج الأنبوب 5. شعاع الليزر هذا شكل يوضح أجزاء جهاز الليزر. (1) الوسط أو البلورة المنتجة لأشعة الليزر. (2) طاقة كهربائية لتحفيز الوسط الفعال على إصدار الموجات الضوئية (3) عاكس للضوء(مرآة) عال الأداء. (4) عدسة خروج الشعاع وقد تكون مستوية أوعدسة مقعرة. (5) شعاع الليزر الخارج (خرج ليزري) ويعمل جهاز الليزر على انعكاس ضوء ذو لون واحد، أي ذو طول موجة واحدة بين المرآة الخلفية (3) والعدسة. ويتم ذلك بتحفيز الوسط على إنتاج ذلك اللون من الضوء وهي خاصية من خصائص البلورة المختارة أو الوسط. وبعد انعكاس شعاع الضوء داخل الوسط عدة مرات تصل الموجات الضوئية المتجمعة إلى وضع اتزان. عندئذ تتميز بانتظام طورها(خطوتها) وتخرج كشعاع ليزر شديد الطاقة. ولمواصفات عدسة الشعاع الخارج أهميتين : نصف قطر الانحناء: قد يكون سطح العدسة الداخلي مستويا أو مقعرا وذلك بحسب الغرض المرغوب فيه. ويطلى السطح الداخلى للعدسة بطلاء فضي نصف عاكس حتى يستطيع شعاع الليزر الخروج من الوسط إلى الخارج. وإذا كانت هناك رغبة في تجميع الشعاع الخارج وتركيزة في بؤرة يكون السطح الخارجي للعدسة مقعرا. كما يـطلى السطح الخارجي بطلاء يمنع الانكسار، لكي يتيح خروج شعاع الليزر الناتج من دون فاقد. معامل انعكاس العدسة: يعتمد عدد الانعكاسات لأشعة الضوء المتراكمة داخل الوسط على نوع الوسط المستخدم. ففي ليزر الهيليوم-نيون نحتاج إلى درجة انعكاس للمرآة بنسبة 99% لكي يعمل الجهاز. وأما في حالة ليزر النيتروجين فلا حاجة للانعكاس الداخلي (درجة انعكاس 0%) حيث أن ليزر النيتروجين يتميز بدرجة فائقة عل إنتاج الأشعة. ومن جهة أخرى تعتمد خواص العدسة المتعلقة بانعكاس الضوء على طول موجة الضوء. ولهذا يـُعطي للخواص الضوئية للعدسة عناية خاصة عند تصميم جهازا لليزر. أنواع الليزر ليزر الغاز (CO2 ثاني أكسيد الكربون ,Excimer LASER) ليزر السائل () ليزر اشباه الموصلات (ليزر شبه الموصلات) ليزر الحالة الصلبة (نيوديميوم ياغ Neodymium-YAG LASER) استخدامات الليزر يستخدم الليزر حاليا في مجالات متعددة كاستعمالها في الأقراص المدمجة وفي صناعة الإلكترونيات وقياس المسافات بدقة -خاصة أبعاد الأجسام الفضائية- وفي الاتصالات. كما تستخدم أشعة الليزر في معالجة بعض أمراض العيون حيث يتم تسليط أشعة ليزر عالية الطاقة على شكل ومضات في نقطة معينة في العين لزمن قصير -أقل من ثانية-. ومن أمراض العيون التي يستخدم فيها الليزر: اعتلال الشبكية السكري. ثقوب الشبكية. انسداد أو تخثر الوريد الشبكي. الزرق (ارتفاع ضغط العين). عيوب الانكسار الضوئي في العين (طول أو قصر النظر واللابؤرية). انسداد القنوات الدمعية. بعض الأورام داخل العين. عمليات التجميل حول العين. حالات اندثار البقعة الصفراء. كما يستخدم اليزر في العمليات الجراحية مثل جراحة المخ والقلب والأوعية الدموية والجراحة العامة إزالة الشعر. في عام 1960 اخترع جهاز الليزر الذي يطلق الأشعة وحيدة اللون والاتجاه ويمكن أن تتركز بدرجة عالية بوساطة عدسة محدبة. كما أن هناك الكثير من المواد القادرة على إطلاق أشعة الليزر منها المتجمدة (الياقوت الاحمر وزجاج النيوديميوم) ,والغازية(الهيليوم والنيون والزينون) مواد شبه موصلة (زرنيخ, الجاليوم وانتيمون الإنديوم) في الصناعة عندما يجري تحفيز جهاز الليزر بوساطة الكهرباء ترتفع طاقة ذراتها من المستوى الأدنى إلى المستوى الأعلى ،وتعاود الانخفاض إلى مستوى الطاقة الأدنى مرورا بالمستوى الأوسط نتيجة عدم استقرار الجسيمات الواقعة في مسار الطاقة، عندها تنبعث الفوتونات التي تعطي رنينا في جهاز الليزر وتخرج من الجهاز بطاقة كبيرة وصلت أقصى ما وصلت إليه 1700 مليون ميجاواط ويتم التفاعل في ثلاثة على عشرة ملايين ثانية وضغطها مليون وخمسين الف كيلو جرام على السنتيمتر المربع ودرجة الحرارة بين 100-200 الف درجة. ويأمل العلماء باستعمال تلك الطريقة في التوصل إلى الاندماج النووي للعناصر الخفيفة مثل الهيدروجين الثقيل والتريتيوم والليثيوم بغرض إنتاج الطاقة الكهربائية. وتستخدم أنواع من أجهزة الليزر كالموصوفة أعلاه ولكن تعمل بطاقات أقل، تصل حرارتها إلى بين 1000 و 1800 درجة مئوية في الصناعة في قطع ألواح الصلب، قد يصل سمك اللوح منها 3 سنتيمتر. وميزتها أنها تقطع بدقة متناهية حيث يُوجه جهاز الليزر بوساطة الحاسوب. ومن استخدامات الليزر لحام المواد الصلبة والنشطة والمواد التي تتمتع بدرجة انصهار عالية مع امتيازها بدقة التصنيع بسبب إطلاقها لحزمة كثيفة ضيقة مركزة، كما تستطيع أشعة الليزر فتح ثقب قطره 5 ميكرومتر خلال 200 ميكروثانية في أشد مواد المعمورة صلابة (الماس والياقوت الأحمر والتيتانيوم) وبفضل قصر مدة التصنيع لا يحدث أي تغير في طبيعة المادة. كما لها استخدام مهم آخر وهو قياس المسافات بدقة متناهية، سواء المسافات القصيرة أو الطويلة. وأشعة الليزر تستطيع قياس عشرة امتار دون إحداث خطأ يتجاوز واحد على عشرة آلاف من المتر.كما استخدمت أشعة الليزر في تحديد بعد القمر عن الأرض. وقد تم ذلك في في السبعينبات حيث وضع رواد الفضاء على القمر مرآة لعكس الليزر عند سقوطه عليها، وبعد ذلك وُجه شعاع ليزر من الأرض إلى القمر وبانعكاسه على المرآة على سطح القمر وعودته إلى الأرض استطاع العلماء حساب بعد القمر عن الأرض بدقة لم يتوصلوا إليها من قبل. وهي تستخدم أيضا في تحديد الأهداف بدقة بالغة جدا، حيث أن كان الهدف على مسافة 20 كم ووجهنا شعاع ليزر فسوف ينحصر مقطع الشعاع في دائرة ضوئية قطرها 7 سم فقط. وإذا أطلقت إلى القمر فسيكون قطر الدائرة المشكلة 3,2 كم فقط. وتجري في أمريكا أبحاثا هائلة لاستخدام الليزر ذو طاقة عالية جدا لتدمير الصواريخ المعادية عاليا ًً في الفضاء قبل وصولها إلى أمريكا، واستطاعوا تحقيق بعض النجاح على هذا الطريق ولكن الأبحاث لا زالت مستمرة ،أولا لإتقان هذه التكنولوجيا الجديدة، ثم بناء شبكة عظمي لاكتشاف الصواريخ المعادية حين انطلاقها، ويتبع ذلك توجيه أجهزة الليزر القوي (أو سلاح الليزر) على الصاروخ المعادي لتدميره في الفضاء، وتتضمن هذه التكنولوجيا أيضا استخدام الإقمار الصناعية وقيامها بدور في هذا النطاق. وقد رصدت الولايات المتحدة أموالا باهظة لإحداث تقدم في هذا المشروع. الليزر الأجهزة التي ينبعث منها الميكروويف وترددات الراديو يتم الرمز إليها " مازر "، وفي الأدبيات الفنية في وقت مبكر، وبخاصة الباحثين في مختبرات بيل للهاتف، وكانت تسمى أيضا الليزر الضوئية مازر، وهو مصطلح شائع في الوقت الراهن، علاوة على ذلك، منذ عام1998، اعتمدت مختبرات بيل استخدام الليزر, الليزر كلمة هو غير دقيق في بعض الأحيان يستخدم لوصف غير الليزر ضوء التكنولوجيا، على سبيل المثال متماسكة المصدر ذرة الدولة هو الليزر ذرة. من اليسار إلى اليمين : أشعة غاما، والأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية، الطيف المرئي، الأشعة تحت الحمراء، الموجات، موجات الراديــــــو. تصميم الليزر المكونات الرئيسية:- مكاسب متوسطة الليزر ضخ الطاقة ارتفاع العاكس المخرجات مقرنة شعاع الليزر بناء اليزر الليزر يتكون من مكاسب متوسطة داخل تجويف عالية الإنعكاس الضوئي، وكذلك وسيلة لتوفير الطاقة للحصول على المتوسط. على المديين المتوسط هو مكسب مادي مع الخصائص التي تسمح لها تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المستحث.. في أبسط أشكالها، تجويف يتكون من اثنين من المرايا ترتيب من هذا القبيل على ضوء ذلك مستبعد جيئة وذهابا، وفي كل مرة يمر من خلال مكاسب متوسطة.. عادة واحدا من اثنين من المرايا مقرنة الإنتاج هو شفاف كليا، وشعاع الليزر المنبعث من خلال هذه المرآة. و ضوء محدد الطول الموجي الذي يمر عبر المتوسط هو كسب تضخيم (الزيادات في السلطة)، والمرايا المحيطة ضمان أن معظم ضوء يجعل يمر كثير من خلال كسب المتوسط، يجري تضخيمها بشكل متكرر. جزء من الضوء الذي هو بين المرايا (وهذا هو، داخل تجويف) يمر عبر مرآة شفافة جزئيا ويهرب بوصفها شعاع ضوء. عملية توريد الطاقة اللازمة لتضخيم ما يسمى الضخ.. الطاقة وعادة ما تزود بوصفه التيار الكهربائي أو الضوء في طول موجة مختلفة. قد يكون ضوء هذه المقدمة من مصباح فلاش أو ربما آخر ليزر. الأكثر عملية ليزر تحتوي على العناصر التي تؤثر على خصائص إضافية، مثل الطول الموجي للضوء المنبعث وشكل شعاع. فيزياء الليزر وقال ليزر الهليوم نيون مظاهرة في مختبر في جامعة باريس هن الا أشعة المتوهجة في منتصف الكهربائية المنتجة تقوم بتفريغ ضوء كثير بنفس الطريقة كما في ضوء النيون. هو مكاسب المتوسطة الذي من خلالها الليزر يمر، لا شعاع الليزر في حد ذاته، وهو أمر واضح هناك. الصلبان وشعاع الليزر في الهواء، ويمثل النقطة الحمراء التي تظهر على الشاشة إلى اليمين. طيف ليزر الهليوم نيون يظهر نقاء عالي جدا للطيفية الجوهرية إلى ما يقرب من جميع أشعة الليزر.مقارنة مع الابتعاثية الواسعة نسبيا الطيفية لانبعاث ضوء الصمام الثنائي. والمتوسطة للحصول على ليزر تعتبرمن المواد الخاضعة للنقاء، والحجم، والتركيز، والشكل، والذي يضاعف من الحزم من قبل عملية الانبعاث المستحث.ولذالك لأي دولة : الغاز، سائلة، صلبة أو البلازما. المتوسطة هي كسب مضخة تمتص الطاقة، مما يثير بعض الإلكترونات إلى أعلى طاقة "متحمس". والجزيئات يمكن أن تتفاعل مع الضوء على حد سواء عن طريق امتصاص الفوتونات، أو عن طريق انبعاث الفوتونات. الانبعاثات يمكن أن تكون عفوية أو حفز. في الحالة الأخيرة، الفوتون المنبعث في نفس الاتجاه على ضوء أن يمر بها. عندما يكون عدد الجزيئات في دولة واحدة متحمس يتجاوز عدد الجسيمات في بعض انخفاض طاقة الدولة، عكس السكان يتحقق ومقدار الانبعاث المستحث بسبب الضوء الذي يمر عبر أكبر من كمية الاستيعاب.. وبالتالي، وعلى ضوء يتم تضخيمه. بواسطة نفسها، وهذا يجعل من مكبر للصوت البصرية.. عندما وقع بصري مكبر للصوت وضعت داخل تجويف بصري الرنانة، واحد يحصل على الليزر في ضوء تولد عن طريق الانبعاث المستحث هي مشابهة جدا لإشارة الدخل من حيث المرحلة الطول الموجي، والاستقطاب. وهذا يعطي ضوء الليزر تماسكها المميزة، ويسمح ذلك للحفاظ على الاستقطاب موحدة وأحادية اللون في كثير من الأحيان التي وضعتها التصميم البصري تجويف. التجويف البصري، وهو نوع من تجويف مرنان، يحتوي على شعاع من الضوء متماسك بين السطوح العاكسة بحيث يمر الضوء من خلال وسيلة كسب أكثر من مرة قبل أن ينبعث من فتحة الإخراج أو فقدت لحيود أو الاستيعاب. في ضوء تداولها من خلال تجويف، مرورا المتوسطة كسب، إذا كسب (التضخيم) في المتوسط الذي هو أقوى من الخسائر مرنان، لا يمكن للسلطة على ضوء تعميم ترتفع أضعافا مضاعفة.. ولكن في كل حال الانبعاث المستحث بإرجاع الجسيمات من حالة متحمس للدولة الأرض، والحد من قدرة متوسطة لاكتساب مزيد من التضخيم.. عندما يصبح هذا التأثير القوي، فإن المكسب هو ان يكون المشبعة.. ميزان القوى مضخة ضد التشبع مكاسب وخسائر تجويف ينتج قيمة التوازن في السلطة ليزر داخل التجويف، وهذا التوازن الذي يحدد النقطة التي تعمل ليزر.. إذا اختارت السلطة مضخة صغيرة جدا، فإن المكسب ليس كافيا للتغلب على الخسائر مرنان، والليزر سوف تنبعث القوى فقط خفيفة صغيرة جدا..الحد الأدنى للضخ الطاقة اللازمة لبدء العمل ليزر يطلق على عتبة. المتوسطة كسب سيعظم أي الفوتونات يمر عليه، وبغض النظر عن الاتجاه، ولكن فقط للفوتونات تتوافق مع تجويف إدارة لتمرير أكثر من مرة من خلال المديين المتوسط وحتى يكون التضخيم الكبير شعاع في تجويف والإخراج من شعاع الليزر، وإذا كانت تحدث في الفضاء الحر بدلا من الدليل الموجي (كما هو الحال في الضوئية الليزر الألياف)، هي، في أفضل الأحوال، وانخفاض أجل غاوسي الحزم. lasers). إذا كان الشعاع ليس الترتيب المنخفض شكل غاوسي، وطرق عرضية من الشعاع لا يمكن أن توصف بأنها تراكب هيرميت—غاوسي أو اجير - غاوسي أشعة (ليزر مستقرة تجويف).. مرنانات الليزر غير المستقرة من جهة أخرى، وقد تبين أن إنتاج فركتل على شكل أشعة. والحزم قد يكون عاليا موازى، والذي يتم بالتوازي دون متباينة.. ومع ذلك، يمكن شعاع موازى تماما لا يمكن إنشاؤها، وذلك بسبب الانحراف.. شعاع موازى يظل على مسافة والتي تختلف مع مربع قطر الشعاع، وتتباعد في نهاية المطاف في زاوية وهي تختلف عكسيا مع شعاع قطره. وهكذا، تم إنشاؤها بواسطة شعاع ليزر صغيرة المختبر مثل ليزر الهليوم نيون ينتشر ل على بعد 1.6 كم (1 ميل) قطرها إذا أشرق من الأرض إلى القمر50 وبالمقارنة، فإن ناتج نموذجي ليزر اشباه الموصلات، وذلك بسبب قطرها صغير، يحيد تقريبا حالما يترك فتحة، في زاوية من أي شيء تصل إلى 50 درجة. ومع ذلك، يمكن أن تتحول هذه الحزمة أن تكون متباينة في شعاع موازى من خلال العدسة. في المقابل، على ضوء من مصادر غير ضوء الليزر لا يمكن أن يكون عن طريق موازى البصريات كذلك. على الرغم من أن ظاهرة الليزر اكتشفت بمساعدة فيزياء الكم، فإنه ليس بالضرورة أكثر ميكانيكا الكم من مصادر الضوء الأخرى.. يمكن أن العملية ليزر الإلكترون الحر يمكن تفسيرها دون الرجوع إلى ميكانيكا الكم. خراج الليزر قد تكون مستمرة ثابتة سعة الإنتاج المعروفة باسم (الأسلحة الكيميائية أو موجة مستمرة)، أو على شكل نبضات، وذلك باستخدام تقنيات سؤال والتبديل،، أو الحصول على التبديل. نابض في العملية، لا يمكن تحقيق أعلى بكثير من الذروة تكون القوى بعض أنواع الليزر، مثل أشعة الليزر، وليزر صبغ الحالة الصلبة يمكن أن تنتج الضوء على طائفة واسعة من الأطوال الموجية، وهذه الخاصية يجعلها مناسبة للغاية لتوليد نبضات قصيرة من الضوء، على أمر م قليلة (10 -15) ق (ليزر صبغ الحالة الصلبة).