الليزر: 7 حقائق مهمة يجب أن تعرفها


المحتويات

ما هو الليزر؟

LASER تعني "تضخيم الضوء عن طريق تحفيز انبعاث الإشعاع"، هي أداة ينبعث فيها الضوء من خلال عملية التضخيم البصري من خلال الانبعاث المحفز للإشعاع الكهرومغناطيسي. تم اختراع وتصميم أول ليزر بواسطة ثيودور ميمان في عام 1960 ، وقد تأثر تصميم هذه الأداة بالأعمال النظرية لتشارلز هارد تاونز وآرثر ليونارد شاويلو والضوء المنبعث من الليزر متماسك في الطبيعة أي المرحلة- الاختلاف ثابت أيضًا. يستخدم هذا الجهاز في مجموعة متنوعة من التطبيقات في مجال الطب ، والبحوث ، والتصنيع ، والجيش ، وما إلى ذلك.

الليزر
مصدر الصورة: 彭家杰وحدة الليزرCC BY-SA 3.0

ما هو تحفيز الانبعاث?

الإلكترون الحالي الذي يشغل حالة طاقة منخفضة يمتص بعض الطاقة الخارجية الموجودة في شكل ضوء (فوتونات) أو حرارة (فونونات) من أجل احتلال حالة طاقة أعلى وهذا الانتقال الإلكتروني من حالة إلى أخرى يكون ممكنًا فقط عندما تكون الطاقات للفوتون أو الفونون يساوي فرق الطاقة بين هاتين الحالتين. لذلك ، فإن هذه الإلكترونات أو الذرات قادرة على امتصاص تردد معين من الضوء فقط للانتقال.

لا تستطيع الإلكترونات البقاء في حالة الإثارة الأعلى إلى الأبد. إنهم يميلون إلى العودة إلى حالتهم الأساسية. تتأثر هذه الإلكترونات أحيانًا خارجيًا لتهبط من حالة الإثارة الأعلى إلى حالة الإثارة الأقل أو الحالة الأرضية. الفوتون المنبعث بعد الانتقال العالي والمنخفض يطابق الفوتون المزود خارجيًا من حيث الاتجاه والطور والطول الموجي. يشار إلى عملية إطلاق الفوتونات هذه على أنها انبعاث محفز وهذا يشكل أساس العمل بالليزر.

بالنسبة للانبعاثات المحفزة ، فإن المطلب الأول هو إثارة الإلكترونات أو الذرات بمساعدة وسيط كسب ، لأنه في الوسط الطبيعي ، يكون عدد الذرات في حالة الطاقة المنخفضة أكبر مما هو عليه في حالات الطاقة الأعلى عند توازن حراري وبالتالي ، فإن معدل الامتصاص يتجاوز معدل الانبعاث المحفّز في الوسط الطبيعي.

مظاهرة الانبعاث المستحث ، مصدر الصورة: V1adis1av مساهمات), الانبعاث المستحثCC BY-SA 4.0

ما هو المازر؟

MASER أو "تضخيم الميكروويف عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع"، هو جهاز يتم فيه توليد انبعاث كهرومغناطيسي متماسك للميكروويف عن طريق التضخيم من خلال وضع الانبعاث المستحث. اخترع مازر في جامعة كولومبيا عام 1953 على يد العالم جيمس ب. جوردون ، وتشارلز إتش. تاونز ، وهربرت ج. تستخدم الماسكات تطبيقاتها في أجهزة مثل الساعات الذرية والتلسكوبات الراديوية. يمكن أن تنتج الماسكات أيضًا إشعاعات كهرومغناطيسية تنتمي إلى نطاق الراديو والأشعة تحت الحمراء.

تفريغ تردد الراديو للهيدروجين في مازر الهيدروجين. مصدر الصورة: مجاملة وكالة ناسا/JPL-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
مازر الهيدروجين

ما هو الفرق بين الليزر ومازر؟

الليزر مقابل مازر

الليزرماستر
ينتج هذا الجهاز انبعاثًا كهرومغناطيسيًا متماسكًا عبر نطاق تردد واسع (بشكل أساسي التردد المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء).ينتج مازر انبعاثًا كهرومغناطيسيًا متماسكًا له تردد في نطاق تردد الموجات الدقيقة والراديو.
تستخدم هذه الأداة في مجموعة متنوعة من التطبيقات في مجال الطب ، والبحوث ، والتصنيع ، والجيش ، إلخ.تستخدم هذه الأداة بشكل أساسي في اتصالات الميكروويف وفي العديد من الأدوات الفلكية.
تعمل هذه الأداة بشكل شائع عن طريق ذرات مثيرة من الهيليوم والنيون وثاني أكسيد الكربون ، إلخ.تعمل هذه الأداة بشكل شائع عن طريق ذرات مثيرة من الأمونيا والهيدروجين وما إلى ذلك.

ما هي وسيلة تضخيم؟

في الليزر ، يعد وسط التضخيم أو وسيط الكسب البصري مادة تعمل على تضخيم قوة حزمة الضوء المتولدة. يعوض وسيط الكسب فقدان الطاقة بسبب الرنان. يقوم وسيط الكسب بتضخيم الضوء عن طريق امتصاص الطاقة من خلال عملية الضخ الكهربائي (أو في بعض الأحيان الضخ البصري). يمكن أن يكون وسيط الكسب من عدة أنواع مثل Nd: YAG (عقيق الألومنيوم الإيتريوم المشبع بالنيوديميوم ليزر YAG) متوسط ​​، Yb: YAG (YAG-doped YAG) ، زرنيخيد الغاليوم ، نيتريد الغاليوم ، أو وسط أشباه موصلات زرنيخيد الغاليوم الإنديوم ، وسيط كسب السيراميك ، وسيط الألياف الضوئية ، إلخ.

كيف يعمل الليزر؟

بشكل عام ، تحتوي هذه الأدوات على وسيط كسب أو تضخيم ، وآلية ضخ ، ونظام لتوفير التغذية الراجعة البصرية. يعمل الليزر على مبدأ الامتصاص الكهروضوئي والانبعاثات المحفزة. تحتوي هذه الأدوات على وسيط كسب يمكن أن يكون مادة صلبة أو سائلة أو غازية. يستقبل هذا الوسيط الطاقة الخارجية ويوجهها نحو الذرات أو الإلكترونات لإثارة حالاتها الطاقية الأعلى ويمكن تعديل هذه المادة من حيث الشكل والحجم والتركيز والنقاء.

يشير انعكاس السكان إلى الحالة التي لا يتجاوز فيها عدد الجسيمات الموجودة في حالة الإثارة الأعلى عدد الجسيمات الموجودة في حالة الإثارة المنخفضة. في هذه الحالة ، سوف تتجاوز معدلات انبعاث الفوتون المحفز معدل الطاقة التي يمتصها الإلكترون. لذلك ، يتم تضخيم شعاع الضوء المنبعث على شكل فوتونات.

يوجد تجويف بصري داخل الجهاز. إنه في الأساس زوج من المرايا (تسمى أيضًا مقرنات الإخراج) موجودان في كل جانب من وسط الكسب لجعل شعاع الضوء يرتد ذهابًا وإيابًا عبر الوسط الذي يتم تضخيمه في كل مرة تضرب المرآة ، وإحدى المرآتين جزئيًا شفافة تسمح بمرور بعض الضوء من خلاله وإذا كانت المرايا الموجودة منحنية فإن الضوء يخرج على شكل شعاع ضيق وإذا كانت المرايا مسطحة فإن شعاع الضوء ينتشر.

أوصاف المكونات. : 1. Gainmedium. 2. طاقة الضخ. 3. العاكس العالي. 4. O / P المقرنة. 5. شعاع الضوء.
مصدر الصورة. المستخدم: TatouteالليزرCC BY-SA 3.0

ما هما وضعي تشغيل الليزر؟

يمكن أن يتولد شعاع ضوئي متماسك إما في الوضع النبضي أو في الوضع المستمر.

تشغيل الوضع النبضي لليزر:

في الوضع النبضي ، تتبع الطاقة الضوئية نمط النبضة ولها معدل تكرار يعتمد على مدة زمنية معينة. يستخدم الوضع النبضي لتوليد نبضات عالية الطاقة عن طريق خفض معدل النبضات. غالبًا ما تستخدم عملية الاجتثاث والحفر التي تتطلب مخرجات طاقة عالية الوضع النبضي عند ذروة قوة النبض. تستخدم العمليات التي تتطلب تطبيق التأثيرات الضوئية غير الخطية الوضع النبضي الذي يعتمد على أقصى طاقة أو طاقة نبضية. في بعض الأحيان لا يمكن تحقيق التضخيم في الوضع المستمر ، لذلك يتم استخدام الوضع النبضي.

تشغيل الوضع المستمر لليزر:

في الوضع المستمر ، تظل طاقة الخرج ثابتة بمرور الوقت. في هذا الأسلوب ، يكون تغير التردد ضئيلاً ولا يؤثر على تطبيق الليزر. يتطلب هذا الوضع مصدر مضخة ثابتًا بحيث يمكن تحقيق انعكاس السكان لوسط التضخيم. قد يؤدي ضخ الليزر بمستويات طاقة عالية باستمرار إلى إتلاف الليزر بسبب التسخين المفرط. لهذا السبب ، يكون للوضع المستمر مستوى خرج قدرة محدود. يستخدم هذا الوضع للأغراض التجريبية والطبية بشكل أساسي.

ما هي تطبيقات الليزر؟

تطبيقات الليزر

التطبيقات العسكرية لليزر

تُستخدم عدة أنواع من الليزر مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون الذي يعمل وينبعث منه ضوء الأشعة تحت الحمراء في العديد من التطبيقات العسكرية. الغلاف الجوي للأرض أكثر شفافية نسبيًا لأشعة الأشعة تحت الحمراء. لهذا السبب ، أثبتت هذه الليزرات فعاليتها في تحديد المدى العسكري باستخدام طرق مثل LIDAR (اكتشاف الضوء وتحديد المدى). يوفر شعاع الليزر معلومات حول مسافات المراقب والموقع المستهدف.

التطبيقات الطبية لليزر

الأشعة تحت الحمراء ، الليزر الإكسيمري المستخدم في المجال الطبي.

التطبيقات الصناعية (القطع واللحام) لليزر

يوفر الليزر حزمًا عالية الطاقة يمكن أن تكون فعالة للعديد من التطبيقات الصناعية مثل عملية اللحام ، وعملية الحفر ، وعملية الثقب والحفر ، وإعداد الكسوة ، والقطع بالليزر للمعادن الصلبة أو عملية قطع الزجاج وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر ، تُستخدم هذه الأدوات أيضًا في تنظيف الأسطح الذي يتضمن إزالة الشوائب والملوثات من سطح المادة. CO2 تستخدم للنقش على المواد وتستخدم هذه الأجهزة أيضًا في عمليات التصنيع الانتقائية لـ SLS أو التلبيد الانتقائي بالليزر.

تطبيقات البحث الليزر

يتضمن إجراء SILEX (فصل النظائر عن طريق الإثارة بالليزر) المستخدم لتخصيب اليورانيوم أيضًا ليزر الأشعة تحت الحمراء ، كما تتضمن العديد من التطبيقات المهمة الأخرى مثل تصنيع أجهزة ميكروفلويديك أيضًا استخدام هذه الأدوات لأن البولي البلاستيك الشائع (ميثيل ميثاكريلات) مادة ماصة جيدة من موجات الأشعة تحت الحمراء.

لمعرفة المزيد عن الليزر زيارة هنا

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