9 أنواع الليزر: مبادئ ، حقائق (دليل المبتدئين!)


ما هي فيزياء الليزر؟

فيزياء الليزر أو علم الليزر هو قسم فرعي من البصريات يتعامل مع نظرية الليزر وعمله وبنائه وممارسته. بالمعنى الدقيق للكلمة ، ترتبط فيزياء الليزر بتصميم التجويف البصري ، والتطور الزمني لمجال الضوء (في الليزر) ، والإلكترونيات الكمومية ، والبصريات غير الخطية ، وبناء الليزر ، والفيزياء وراء توليد انعكاس السكان في وسائط الليزر ، والليزر انتشار شعاع.

من وضع الأساس لفيزياء الليزر؟

  • في عام 1917 سيدي البرت اينشتاين وضع أساس الليزر من خلال إعادة اشتقاق قانون ماكس بلانك للإشعاع. البرت اينشتاين معاملات الاحتمالية الرسمية بشأن الامتصاص ، والانبعاثات المحفزة ، والانبعاث التلقائي للإشعاع الكهرومغناطيسي.
  • في العام 1928 ، رودولف دبليو لادنبرج تعيين وجود الانبعاث المحفز و فالنتين إيه فابريكانت قدم الاقتراح الأول لليزر (تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع) وذكر الشروط اللازمة لتضخيم الضوء بالانبعاثات المحفزة في عام 1939.
  • آر سي ريثرفورد و ويليس إي لامب لوحظ وأظهر انبعاثًا محفزًا في أطياف الهيدروجين في عام 1947.
  • في 1952، الكسندر بروخوروف و نيكولاي باسوف وصف المبادئ النظرية وراء تشغيل مازر أو ليزر الميكروويف (مُنح بروخوروف وباسوف جائزة نوبل لأبحاثهما في مجال فيزياء الليزر).
  • في 1960، ثيودور ميمان بنى أول ليزر يعمل بنبض الياقوت في مختبرات أبحاث هيوز.

ما هو مبدأ العمل الأساسي لليزر؟

  • تمتلك الإلكترونات الموجودة في مستوى طاقة أقل ميلًا لامتصاص الطاقة الضوئية خارجيًا في شكل فوتونات أو فونونات للوصول إلى مستوى الطاقة الأعلى والطاقة في الفوتون أو الفونون الممتص تساوي فرق الطاقة بين المستويين. في حالة الطاقة الضوئية ، هذا يعني أن ذرات معينة يمكنها فقط امتصاص طول موجي معين من الضوء من أجل الانتقال.
  • بعد الوصول إلى الحالة الأعلى المثارة ، لا يمكن للإلكترون البقاء هناك إلى الأبد. تميل الإلكترونات إلى الانحلال إلى مستوى طاقة أقل بفقدان الطاقة. يحدث هذا الانتقال للإلكترونات عمومًا على فترات زمنية مختلفة ويصدر طاقة على شكل فوتونات. تسمى هذه العملية الكاملة لانتقال الإلكترون دون أي تدخل خارجي بالانبعاث التلقائي. في هذا ، يكون للإلكترون المنبعث اتجاه عشوائي وطور.
  • في بعض الأحيان ، تخضع الإلكترونات لتأثير خارجي للانتقال من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة. في هذه الحالة ، يتطابق الفوتون المنبعث أثناء عملية الانتقال مع اتجاه الفوتون الفعلي وزاوية الطور وطول الموجة. تسمى هذه العملية لانبعاث الفوتون بالانبعاث المحفز الذي يستخدم في الليزر لمعرفة المزيد عن هذا الموضوع اضغط هنا.
  • تم تصميم كل ليزر ليكون له وسيط كسب ، يضخم شعاع الفوتون المنبعث ، ويتم التحكم في وسيط الكسب هذا من حيث الحجم والتركيز والنقاء والشكل وعند نقطة بعد الانبعاث المحفز عندما لا. من الإلكترونات الموجودة في مستوى طاقة متحمس أصبح أكبر من لا. من الإلكترونات المتاحة في مستوى الطاقة الأدنى في تلك الحالة ، ويحدث انعكاس سكاني وهنا ، يتجاوز معدل انبعاث الفوتون المحفز معدل امتصاص الإلكترونات للطاقة. لذلك ، يتم تضخيم الضوء أو الفوتونات المنبعثة. هذه العملية تسمى التضخيم البصري.
تحفيز مخطط الطاقة الانبعاثية.
مصدر الصورة: http://V1adis1av contribs) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stimulated Emission.svg), https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode (فيزياء الليزر)

أنواع الليزر:

ليزر غاز:

ليزر الغاز (مثل HeNe Laser أو CO2 الليزر) تستخدم المركبات الغازية للتضخيم المتماسك للضوء. يمكن إجراء التصريفات الغازية لتضخيم أطوال موجية مختلفة من الضوء. تستخدم هذه الليزرات على نطاق واسع للأغراض البحثية والتجارية. ينتج ليزر ثاني أكسيد الكربون شعاعًا مستمرًا عالي الطاقة من ضوء الأشعة تحت الحمراء له نطاقات أطوال موجية رئيسية تتراوح من 9.6 إلى 10.6 ميكرومتر. تتميز هذه الليزرات بكفاءة عالية في استهلاك الطاقة حيث تصل نسبة طاقة الخرج إلى طاقة الضخ إلى 20٪.

ليزر الهيجان:

استخدام الليزر الإكسيمري ضوء الأشعة فوق البنفسجية لإنتاج الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والدوائر المتكاملة أشباه الموصلات والآلات الدقيقة. تم تطوير ليزر الإكسيمر (المعروف أيضًا باسم ليزر إكسيبليكس) باستخدام الغازات النبيلة مثل الأرجون أو الكريبتون أو الزينون جنبًا إلى جنب مع غاز الهالوجين التفاعلي مثل الفلور أو الكلور.

الليزر الكيميائي:

توفر الليزر الكيميائي الطاقة لإثارة الإلكترونات من التفاعلات الكيميائية. هذه الليزرات قادرة على إنتاج كميات كبيرة من الطاقة في فترة زمنية قصيرة ، وبالتالي فهي تستخدم في الليزر عالي الطاقة.

ليزر الحالة الصلبة:

تستخدم ليزر الحالة الصلبة قضيبًا زجاجيًا أو بلوريًا مخدرًا بالأيونات لتمكين الإلكترونات من الوصول إلى مستويات الطاقة المطلوبة. المنشطات مسؤولة عن الحفاظ على انعكاس السكان. على سبيل المثال ليزر الياقوت.

ليزر الألياف:

تستخدم ليزر الألياف الضوئية الانعكاس الداخلي الكلي أو TIR لنقل أشعة الضوء بمساعدة الألياف الضوئية. تجد هذه الليزرات تطبيقاتها في إرسال أشعة الضوء لمسافات طويلة وفي تقليل التشوه الحراري لشعاع الليزر.

الليزر البلوري الضوئي:

يستخدم الليزر البلوري الفوتوني هياكل نانوية لتوفير وضع الحبس.

ليزر أشباه الموصلات:

تستخدم أشعة الليزر شبه الموصلة صمامات ثنائية شبه موصلة للضخ الكهربائي. طاقة إعادة التركيب المنبعثة هي المسؤولة عن الحفاظ على الكسب البصري.

ليزر صبغ:

تحتوي ليزر الصبغة على صبغة عضوية تعمل كوسيط ربح. يمكن أن تعمل هذه الليزرات بأطوال موجية ضوئية مختلفة ويمكن أن تنتج نبضات قصيرة الأمد.

ليزر الإلكترون الحر:

توفر ليزر الإلكترون الحر أوسع نطاق ممكن لعمل الليزر. تولد هذه الليزرات حزمًا عالية الطاقة متماسكة مع إشعاعات تتراوح من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة المرئية.

أحجام الليزر: علوي (ليزر مجهري) أسفل (ليزر زجاجي كبير) مصدر الصورة: مجهول ، مقاسات الليزر، تم تمييزه كملك عام ، مزيد من التفاصيل حول ويكيميديا ​​كومنز(فيزياء الليزر)

لمعرفة المزيد عن ليزر الإكسيمر قم بزيارة اضغط هنا.

اقرأ أكثر: الانقلاب السكاني | شرح | 3 ظاهرة مهمة.

سانشاري تشاكرابورتي

أنا متعلم شغوف ، مستثمر حاليًا في مجال البصريات التطبيقية والضوئيات. أنا أيضًا عضو نشط في SPIE (الجمعية الدولية للبصريات والضوئيات) و OSI (الجمعية البصرية في الهند). تهدف مقالاتي إلى تسليط الضوء على موضوعات البحث العلمي عالية الجودة بطريقة بسيطة ولكنها غنية بالمعلومات. العلم يتطور منذ زمن سحيق. لذا ، أحاول أن أستفيد من التطور وأقدمه للقراء. دعنا نتواصل من خلال https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

آخر المقالات