اللـــــــــــيزر

زائر

التطبيقات الحديثة في مجال أشعة الليزر

بقلم اللواء الركن: صلاح الدين كامل مشرف

ظهرت أشعة الليزر وكأنها أشعة الموت القادرة على تدمير أي أهداف مهما كانت مسافتها. وإن أول الأخطاء الشائعة هي اعتبار الليزر نوعاً من الأشعة بما يرتبط بهذه الكلمة من مفاهيم الأشعة النووية وأشعة إكس... والحقيقة أن الليزر هو في الواقع شعاع ضوء القمر وضوء لمبات الإضاءة .
وقبل أن نبدأ في المقارنة بين شعاع الليزر باعتباره شعاع ضوء وبين مصادر الضوء التقليدية فإننا نؤكد أن الضوء في حقيقه ليس إلا موجات كهرومغناطيسية تنتمي الى طيف الموجات الكهرومغناطيسية الذي يمتد من موجات الراديو الطويلة وينتهى بأشعة جاما. ولكن علماء الطبيعة الحديثة يرون الضوء بنفس المنظار الذي يرون بة الموجات الكهرومغناطيسية فهو رغم طبيعته الموجية الا أنه مكون من جزيئات صغيرة عديمة الوزن حاملة للطاقة فقط وهي التي تسمى الفوتونات. وهذا التصور يمكّننا من فهم كيفية تفاعل الضوء مع المواد الكهروضوئية التى تنتج تيارا من الإلكترونات اذا سقط عليها ضوء. والفرق الوحيد بين أشعة الليزر والأشعة الضوئية المعتادة هو في طريقة إشعاع الذرات لها.
المكونات الأساسية لجهاز الليزر ونظرية عمله
بدون الدخول في تفاصيل عملية أو معادلات رياضية معقدة يمكننا تلخيص خطوات إنتاج أشعة الليزر في الآتي :
1- يجب أن تكون هناك مادة فعالة منتجة لليزر موضوعة بين مرآتين إحداهما عاكسة تماما والأخرى نصف عاكسة وعادة مايسمى جهاز الليزر باسم المادة الفعالة فيه.
2- يجب أن يكون هناك مصدر تغذية قادر على أعطاء طاقة عالية مثل لمبة فلاش - تفريغ كهربي - تسخين حراري - إلخ
3- تبدأ العملية بأن يتم إطلاق طاقة مصدر التغذية فيتم امتصاصها واختزانها في المادة الفعالة المنتجة لليزر وتصبح ذراتها أو جزيئاتها في حالة عدم استقرار نتيجة لاختزانها هذه الطاقة الكبيرة.
4- في لحظة محدودة تقوم جميع الذرات المشبعة بالطاقة بإطلاق الطاقة الزائدة بها على صورة فوتونات وتعمل المرايا العاكسة ونصف العاكسة على توحيد اتجاه الإشعاع ليكون على طول المحور العمودي على كلتا المرآتين وهو نفسه محور المادة الفعالة وتخرج أشعة الليزر من خلال المرآة نصف العاكسة على شكل شعاع متواز من الضوء المركّز القادر على قطع مسافات كبيرة جدا قبل أن تضعف شدته .
والمادة الفعالة هنا هى بلورة من الياقوت وهو أحد أكاسيد الألومونيوم مضافا إليها نسبة ضئيلة من الكروم لاتزيد عن 0.05 % والحقيقة أن هذه النسبة الضئيلة من ذرات الكروم هى المسئولة عن إنتاج شعاع الليزر القوي، أى إنها المادة الفعالة في هذا النوع من الليزر.
أهم الاكتشافات العلمية في مجال الليزر :يجتذب شعاع الليزر انتباه العلماء لأنه شعاع قوي وللتدليل على هذا فإننا نعرض للقارئ العزيز الحقائق التالية :
- شعاع الليزر ذو طاقة خَرْجٍ في حدود 5-10 كيلووات قادرة على اختراق المعادن وثقبها حتى عمق 20 مم وهذا الخرج يعتبر متواضعا اذ تصل قدرة خرج بعض أجهزة الليزر إلى 5 - 10 ميجاوات نبضياً.
- يستطيع شعاع ليزر ذو قدرة لاتزيد عن وات واحد مستخدم في الاتصالات أن يحقق مدى اتصال يصل الى 500 كم
لأن شعاع الليزر أحادي الطول الموجي.
- جهاز الليزر هو مصدر الضوء الوحيد القادر على إنتاج شعاع ضوء رفيع للغاية ولذا يسمى ضوءا متقارباCoherent، بينما مصادر الضوء الأخرى تشع ضوءها في زاوية 360 درجة.
ومن أهم الاكتشافات العلمية في مجال الليزر.. الآتي :
1- لقد تنبأ العالم ألبرت أينشتين عام 1917 بنظرية انبعاث الإشعاع بالفوتونات المستحثة فقد افترض أنه اذا وُجِد عدد من الألكترونات أعلى من العادي في مستوى طاقة أعلى فإن القفوتون القادم ذو طاقة تساوي الفرق بين مستوى الطاقة الأعلى، ومستوى الطاقة الأقل، ولهذا فإن شعاع الفوتون القادم سيكبر بالانبعاث المستحث للفوتونات ذات الطاقة المماثلة وبالتالي ذات التردد المماثل.
وتتم هذه العملية بكفاءة فقط لو وُجد عدد ليس بالقليل من الألكترونات في المستوى ذات الطاقة الأعلى ويتم الحصول على حالة انقلاب مكونات الذرة بحقنها بالطاقة الحرارية أو الضوئية أو الميكانيكية.
2- تعتمد فكرة الليزر في الدرجة الأولى على تكبير شعاع الفوتونات بالانبعاث المستحث بالفوتونات التى لها نفس التردد ولهذا فإن قوة شعاع الضوء ستزداد بالانبعاث المستحث للفوتونات.
3- في عام 1951 لأول مرة وصف عالم الطبيعة الأمريكى شارلز هارد تاونز، الحاصل على جائزة نوبل في الطبيعة عام 1964، إمكانية تكبير الموجات القصيرة أو ما يسمى بتأثير الميزرMaser .
والميزر عبارة عن جهاز لتحويل الطاقة الداخلية للجزيئات الى طاقة دقيقة الأمواج أى تكبير الموجات الدقيقة Microwave بالانبعاث الراداري المستحث وإذا قلنا إن أينشتين هو الأب الروحى لليزر فإنه يمكن القول بأن تاونز هو الأب العملي لليزر.
4- في عام 1959 من الناحية التاريخين صُمم أول جهاز ليزر ونفذ بواسطة عالم إيراني يعيش في الولايات المتحدة الأمريكية وكان جهاز هليوم نيون أي أن المادة الفعالة هي خليط من غازى الهليوم والنيون في أنبوبة طولها 4 سم وقطرها 1 سم
5- في عام 1960 أخترع العالم الأمريكي ميامان أول ليزر ياقوتيRuby Laser
وفي العام التالي استطاع جافان صنع أول ليزر غازي Gas Laser ثم تلا ذلك تصنيع أربع مجموعات كبيرة من الليزر هي
*الليزرات الصلبة Solid State Laser
باستخدام الياقوت وأنابيب النيوديمبرم وهو عنصر فلزي، وعقيق الألومنيوم الأيتربيوم عنصر فلزي نادر.
*الليزرات الغازيةGas Laserباستخدام الغاز المتأين لليزر الأيوني أو ثاني أكسيد الكربون أو الأبخرة المعدنية
* الليزرات الكيماوية Chimical Laser التي تستخدم التفاعل بين الفلوريد وهو مركب من غاز الفلورين السام وأي عنصر آخر وبين الهيدروجين أو الديوتيرم ( الهيدروجين الثقيل ) لأنتاج جزيئات مستحثة وكذلك باستخدام فلوريد الهيدروجين أو فلوريد الديوتيرم أو ليزرات اليود.
*ليزرات أشباه الموصلات وهى عبارة عن معجون بإضافة شوائب لأنصاف موصلات معينة لإنتاج مستويات مستحثة ومنها مجموعة ليزرات الصبغات Dye Laser التى تستخدم مركَّز السائل وتعتبر هى التى نقلتنا الى ليزرات الألكترون الحر ثم ظهرت الليزرات النمطية ذات دورة الضخ والليزرات السائلة والليزرات الزجاجية.
ويجدر بنا أن نتعرف على أسماء بعض
أنواع الليزر :
Helium- Neon Lasers
Noble Gaslon Lasers
Helium Cadmium Lasers
Carbon Dioxide Lasers
Chemical Lasers
Copper and Gold Vapor Lasers
Excimer Lasers
Nitrogen Lasers
Far - Infrared Gas Lasers
Dye LasersSemiconductor Dye Lasers
Short - Wave Length Semiconductor Diode Lasers
Long - Wave Length Semiconductor Produlaser
Lead Salt Semiconductor Diode Lasers
Neodymium Lasers
Tunable Uibromic Solid State Lasers
Color -Center Lasers
Fiber Lasers And Amplifiers
Other Solid -State Lasers
Free Electron Lasers
Lasers and Fiber Optics
High Power Continous IRCO2 Lasers

واااو ما كنت اعرف انو كل هالمعلومات عن
الليزر

يسلمووو ماهر على طرحك المميز والجميل

تحيااتي

اللـــــــــــيزر Be107cbaab

يعطيك العافيه ماهر
وكل الشكر على جهودك
دمت بود

يسلموو كتيير ماهر
موضوع روووعه