ما هو الليزر؟ مبدأ توليد الليزر

يعد الليزر أحد الاختراعات المهمة للبشرية، والمعروف باسم "الضوء الساطع". في الحياة اليومية، يمكننا أن نرى في كثير من الأحيان تطبيقات الليزر المختلفة، مثل التجميل بالليزر، واللحام بالليزر، وقاتل البعوض بالليزر، وما إلى ذلك. اليوم، دعونا نحصل على فهم تفصيلي لليزر والمبادئ الكامنة وراء توليده.

ما هو الليزر؟

الليزر هو مصدر للضوء يستخدم الليزر لتوليد شعاع خاص من الضوء. يولد الليزر ضوء الليزر عن طريق إدخال الطاقة من مصدر ضوء خارجي أو مصدر طاقة إلى المادة من خلال عملية الإشعاع المحفز.

الليزر هو جهاز بصري يتكون من وسط نشط (مثل الغاز أو الصلب أو السائل) يمكنه تضخيم الضوء وعاكس بصري. عادة ما يكون الوسط النشط في الليزر عبارة عن مادة مختارة ومعالجتها، وتحدد خصائصها الطول الموجي الناتج لليزر.

يتميز الضوء الناتج عن الليزر بعدة خصائص فريدة:

أولاً، الليزر عبارة عن ضوء أحادي اللون بترددات وأطوال موجية صارمة للغاية، ويمكن أن يلبي بعض الاحتياجات البصرية الخاصة.

ثانيا، الليزر هو ضوء متماسك، ومرحلة موجات الضوء متسقة للغاية، ويمكن أن تحافظ على كثافة ضوء مستقرة نسبيًا على مسافات طويلة.

ثالثًا، الليزر عبارة عن ضوء اتجاهي للغاية بأشعة ضيقة جدًا وتركيز ممتاز، ويمكن استخدامه لتحقيق دقة مكانية عالية.

الليزر هو مصدر للضوء

مبدأ توليد الليزر

يتضمن توليد الليزر ثلاث عمليات فيزيائية أساسية: الإشعاع المحفز، والانبعاث التلقائي، والامتصاص المحفز.

Sالإشعاع المحاكي

الإشعاع المحفز هو المفتاح لتوليد الليزر. عندما يتم إثارة إلكترون عند مستوى طاقة مرتفع بواسطة فوتون آخر، فإنه يصدر فوتونًا له نفس الطاقة والتردد والطور وحالة الاستقطاب واتجاه الانتشار في اتجاه ذلك الفوتون. وتسمى هذه العملية الإشعاع المحفز. وهذا يعني أن الفوتون يمكنه "استنساخ" فوتون مماثل من خلال عملية الإشعاع المحفز، وبالتالي تحقيق تضخيم الضوء.

Sانبعاث عفوي

عندما ينتقل إلكترون ذرة أو أيون أو جزيء من مستوى طاقة مرتفع إلى مستوى طاقة منخفض، فإنه يطلق فوتونات بكمية معينة من الطاقة، وهو ما يسمى بالانبعاث التلقائي. ويكون انبعاث هذه الفوتونات عشوائيًا، ولا يوجد تماسك بين الفوتونات المنبعثة، مما يعني أن طورها وحالة استقطابها واتجاه انتشارها كلها عشوائية.

Sامتصاص محفز

عندما يمتص إلكترون عند مستوى طاقة منخفض فوتونًا بفارق مستوى طاقة مساوٍ لفوتونه، فإنه يمكن استثارته إلى مستوى طاقة مرتفع. وتسمى هذه العملية الامتصاص المحفز.

في الليزر، عادة ما يتم استخدام تجويف رنين يتكون من مرآتين متوازيتين لتعزيز عملية الإشعاع المحفز. إحدى المرايا هي مرآة انعكاس كلي، والمرآة الأخرى هي مرآة شبه انعكاسية، والتي يمكن أن تسمح لجزء من الليزر بالمرور من خلالها.

تنعكس الفوتونات الموجودة في وسط الليزر ذهابًا وإيابًا بين مرآتين، وينتج كل انعكاس المزيد من الفوتونات من خلال عملية الإشعاع المحفز، وبالتالي تحقيق تضخيم الضوء. عندما تزداد شدة الضوء إلى حد معين، يتم توليد الليزر من خلال مرآة شبه عاكسة.