الليزر==مازن

الليزر..أشعة الغد
* ما هو الليزر؟شهد صيف عام 1960 أول عرض لمصدر جديد للضوء ذي خصائص فريدة. منها انه مركز جدا. ومن ثم فطاقته مروعة. إلي حد أنه يتمكن من اطلاق طاقة تعادل طاقة الشمس. ومن ناحية أخري يمكن التحكم في قوة هذا الضوء الجديد. حتي أن الجراحين يستخدمونه في اجراء العمليات الجراحية الدقيقة في العين البشرية.كما يمكن لاشعة هذا الضوء العجيب أن تحدث ثقوبا في ألواح الصلب السميكة. وكذلك أشعال الكربون. ولأنها تمر في حزم متوازية ضيقة فيمكن ارسالها من كوكب الأرض إلي القمر. أي حوالي 400.000 كيلومتر. فلا تضيء إلا مساحة يبلغ قطرها حوالي ثلاثة كيلومتر فقط.وتتميز هذه الأشعة بانها نقبة جدا ذلك أن كل الضوء الذي بها له نفس الطول الموجي. وهي أيضا متماسكة أي أن كل الموجات الضوئية بها متماثلة تماما وهذه الخواص لها استخدامات عديدة في الحياة العملية.واطلق العلماء علي هذه الأشعة الفريدة "الليزر Laser" وهذه الكلمة مكونة من الحروف الأولي من عبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation أي تضخيم الضوء بواسطة القذف المثار للاشعاع وتعتبر أشعة الليزر من أهم المنجزات التي تحققت في العصر الحديث. إذ أنها أصبحت تستخدم بكفاءة عالية في مجالات مختلفة. وخصوصا في الصناعة والفضاء والطب والحرب. والاتصالات والمعلومات وفن التصوير المجسم "الهولوجرافيا". ولتوضيح طبيعة أشعة الليزر. يجب أن نتعرف علي بعض المفاهيم الأساسية والمصطلحات المستخدمة.الذرةتتكون المواد- بأشكالها الصلبة والسائلة والغازية- من مجموعة منتظمة من الذرات التي هي أصغر جزء من المادة. وتتكون الذرة من نواة مركزية تتضمن بروتونات "ذات شحنات كهربية موجبة" ونيوترونات "ذات شحنات متعادلة" وحول نواة الذرة هناك الكترونات "ذات شحنات كهربائية سالبة" تدور في مدارات مختلفة البعد عن النواة. وتأخذ المادة الشكل الصلب عندما تكون الذرات متقاربة جدا. أما في الشكل السائل فيكون لدي الذرات بعض الحرية في الحركة. وتتباعد الذرات جدا عن بعضها في الشكل الغازي.تنتج الاشعة الكهرومغناطيسية من تفاعل الذرات المختلفة مع مجالات مغناطيسية وكهربية في الفضاء. وهي تشمل موجات الراديو والاشعة تحت الحمراء. والاشعة المرئية والاشعة فوق البنفسجية والاشعة السينية "اشعة اكس" واشعة جاما والاشعة الكونية.إن الضوء العادي هو شكل من أشكال الطاقة وجزء من الاشعة الكهرومغناطيسية. ويطلق علي أصغر وحدات الضوء "الفوتون" وكل منها يحتوي علي نبضة طاقة. وتختلف كمية الطاقة حسب طبيعة الفوتون. ويسير الضوء بسرعة تبلغ حوالي 300.000 كيلومتر في الثانية الواحدة.الضوء العادي.. والليزريتكون الضوء العادي من موجات ضوئية مختلفة الطول والتردد واللون. وهي مختلطة ببعضها دون انتظام. ويمكن أن نتبين هذا اذا قمنا بامرار الضوء العادي "ضوء الشمس مثلا" خلال منشور زجاجي. فنجد أنه يتحلل الي ألوان عديدة نطلق عليها ألوان الطيف. وتتكون من الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. وكل لون له طول موجي معين. وطول هذه الموجة الضوئية هو الذي يحدد لونها.ويطلق علي أعلي جزء من موجة الضوء "قمة الموجة" أما أدني جزء فيطلق عليه "قرار الموجة" وطول الموجة هو المسافة بين قمتين متتاليتين. أما تردد الضوء فيقصد به عدد الموجات التي تمر في نقطة معينة في الثانية الواحدة. وبمقارنة الضوء العادي بأشعة الليزر يتضح لنا ما يلي:-1- أشعة الليزر ذات اتجاه واحد ثابت. وهي تختلف عن الضوء العادي الذي ينتشر في جميع الاتجاهات. ومن ثم فاشعة الليزر تركز الطاقة عند نقطة محددة تماما.2- أشعة الليزر متماسكة. أي أن جميع الطاقة المنبعثة لها نفس طول الموجة وترددها. أما الضوء العادي فهو يحتوي علي العديد من الموجات المتباينة الطول والتردد.3- اشعة الليزر ذات لون واحد نقي "أو علي الأرجح هي حزمة ضيقة جدا من الاشعة". بينما يتكون الضوء العادي من العديد من ألوان كثيرة مختلطة "ألوان الطيف".كيف يعمل الليزر؟يتكون جهاز الليزر من ثلاثة أجزاء رئيسية: مادة يطلق عليها "الوسط الفعال" التي تنتج أشعة الليزر. ومصدر للطاقة لاثار ذرات الوسط الفعال. ووحدة يطلق عليها "وحدة تضخيم الضوء" وهي غالبا في شكل مرآتين احداهما عاكسة تماما والأخري شبة عاكسة "نصف شفافة".وقد يكون الوسط الفعال في أجهزة الليزر مادة صلبة "مثل الياقوت الصناعي" أو مادة سائلة "مثل مادة النيوديوم المذابة في أكسيد كلوريد الصوديو" أو مادة غازية "مثل الهيليوم والنيوم وثاني أكسيد الكربون".وهذا الوسط الفعال من خواصه أنه يقذف بضوء شديد التركيز والتماسك. إذا وجهت اليه طاقة مثل التيار الكهربائي أو الاشعاع الضوئي. ذلك تبعا للنظرية الكمية فان الذرة- عند اثارتها بمصدر طاقة- تصبح قادرة علي امتصاص هذه الطاقة. ويؤدي هذا الي انتقال الكتروناتها من مدارها الطبيعي الي مستوي اعلي. ولكن سرعان ما تعود إلي مستواها الطبيعي مرة أخري. متخلية عن الطاقة التي امتصتها من قبل. في شكل فوتون ضوئي بنفس الطول الموجي. ولكن بشد أكبر بكثير بحيث أن كل فوتون وارد يسبب انقلات فوتون.وبتطبيق مباديء النظرية الكمية أمكن التفكير في اختراع جهاز الليزر. وهنا يثار سؤال: كيف يعمل جهاز الليزر باستخدام النظرية الكمية؟ حتي يمكن الاجابة علي هذا السؤال. نقوم بشرح لكيفية عمل أول جهاز لليزر. والذي كان يطلق عليه "جهاز ليزر الياقوت". كان يتكون من انبوبة ضوئية لولبية. تلتف حول قضيب سميك من الياقوت الصناعي اسطواني الشكل "الياقوت الصناعي نوع من أكسيد الالمنيوم. مع كمية من الكروم مذابة فيه" وعلي طرفي اسطوانة الياقوت الصناعي مرآتين. إحداهما عاكسة تماما والأخري شبة عاكسة "تعكس حوالي 95% من الضوء الساقط عليها".وتستخدم الأنبوبة الضوئية اللولبية في اصدار ضوء شديد الكثافة. يقوم بامتصاصه قضيب الياقوت الصناعي في زمن قصير جدا- حوالي عدة أجزاء من ألف من الثانية الواحدة- ثم يعيد اطلاقه بشدة أكبر وبشكل مواز لمحوره. وينعكس عند اصطدامه بالمرآتين عند طرفي القضيب. ومن ثم فهو يمر عدة مرات خلال قضيب الياقوت الصناعي. وهذا ينتج عنه تضخيم لاشعة هذا الضوء. ذلك انها تكتسب طاقة أكبر من قضيبي الياقوت الصناعي بمرورها عليه عدة مرات جيئة وذهابا. وتزداد هذه الأشعة إلي الحد الذي يسمح لها بالانطلاق عبر المرآة شبة العاكسة. وهكذا تصدر أشعة الليزر. بخواصها الفريدة بأي لون من ألوان الطيف. وقد تصدر في شكل أشعة غير مرئية "الأشعة تحت الحمراء مثلا".أنواع الليزرهناك العديد من اشعة الليزر تنتج عن أجهزة متباينة الأشكال. والتي تستخدم في أغراض مختلفة. ويمكن أن نصنفها تبعا للوسط الفعال الذي يوضع بالجهاز "مواد صلبة- سائلة- غازية" ذلك أن الوسط الفعال هو الذي يحدد طول موجة أشعة الليزر. لان طول الموجة ينتج عن التغير في مستويات الطاقة بهذه المواد. ومن أهم أنواع الليزر:-û ليزر الغاز: يتألف هذا النوع من الليزر من أنبوب زجاجي. يحتوي علي مزيج من غازي الهيليوم "90%" والنيون "10%" ويتصل بقطبين كهربيين لامرار التيار الكهربائي. وفي طرفي الأنبوب مرآتان أحدهما عاكسة تماما. والأخري شبة عاكسة "نصف شفافة".ويعمل ليزر الغاز عندما تثار ذرات الهيليوم أولا بالتيار الكهربائي. فتنتقل طاقتها إلي ذرات النيون التي تصدر أشعة الليزر من خلال المرآة نصف الشفافة. وتعتبر أشعة الليزر الصادرة من أجهزة الليزر الغازي أفضل بكثير من تلك التي تصدر عن الأجهزة التي تستخدم المواد الصلبة أو السائلة. وذلك لشدة تماسك ضوئها. سواء فوق الأرض أو في الفضاء. وأيضا لمداها الكبير وطاقتها العالية.وتستخدم أشعة الليزر الغازي في البحوث العلمية مثل التي تجري في الفضاء. كذلك في ارسال الأحاديث والموسيقا علي صور التليفزيون. ومن أجهزة ليزر الغاز أيضا تلك الاجهزة التي تعمل بواسطة غاز ثاني أكسيد الكربون. ويصدر عنها أشعة ليزر غير مرئية "أشعة تحت الحمراء" وتعتبر ذات قوة عالية وتستخدم في الأغراض الصناعية.û ليزر السوائل: يتكون الوسط الفعال في هذا النوع من أجهزة الليزر. من سائل خاص. يحضر من اذابة مادة النيوديوم باكسيد كلوريد الصوديوم. ويتميز ليزر السوائل بسهولة تحضيره في المختبرات. كما أن المواد المستخدمة فيه اقتصادية لدرجة كبيرة. بالمقارنة بأجهزة الليزر الأخري. بالاضافة الي امكانية تغيير السائل المستخدم بسهولة. للحصول علي أشعة ليزر ذات موجات ومواصفات جديدة دون تغيير جهاز الليزر.û ليرز المواد الصلبة: يصنع جهاز ليزر المواد الصلبة من أشباه الموصلات. مثل الترانزستور. وهي ببساطة وحدات دقيقة تسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط. وتمنعه من المرور في الاتجاه المعاكس.ويمكن استخدام هذا النوع من أجهزة الليزر في الأقمار الصناعية. أو نقل المعلومات في الحاسبات الالكترونية "الكمبيوتر". وحتي كمصدر ضوء يمكن توجيهه إلي الاجهزة الأخري من الليزر لتشغيلها. وتنتج أجهزة ليزر المواد الصلبة أشعة بأطوال موجات مختلفة. تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية الي الأشعة الحمراء.

اعلى الصفحة
الصفحة السابقة