ما هو الليزر؟ مبدأ توليد الليزر

يُعدّ الليزر أحد أهم اختراعات البشرية، ويُعرف بـ"الضوء الأكثر سطوعًا". في حياتنا اليومية، نرى تطبيقاتٍ عديدة لليزر، مثل التجميل بالليزر، واللحام بالليزر، ومكافحة البعوض بالليزر، وغيرها. دعونا اليوم نتعرف بالتفصيل على الليزر والمبادئ التي يقوم عليها توليده.

ما هو الليزر؟

الليزر هو مصدر ضوئي يستخدم الليزر لتوليد شعاع ضوئي خاص. ويُنتج الليزر ضوءًا ليزريًا عن طريق إدخال الطاقة من مصدر ضوئي خارجي أو مصدر طاقة إلى المادة من خلال عملية الإشعاع المحفز.

الليزر جهاز بصري يتكون من وسط فعال (مثل الغاز أو المادة الصلبة أو السائلة) قادر على تضخيم الضوء، وعاكس ضوئي. عادةً ما يكون الوسط الفعال في الليزر مادة مختارة ومعالجة، وتحدد خصائصه طول موجة الخرج لليزر.

يتميز الضوء الناتج عن الليزر بعدة خصائص فريدة:

أولاً، الليزر عبارة عن ضوء أحادي اللون بترددات وأطوال موجية دقيقة للغاية، والتي يمكن أن تلبي بعض الاحتياجات البصرية الخاصة.

ثانياً، الليزر عبارة عن ضوء متماسك، وطور موجات الضوء متسق للغاية، مما يسمح بالحفاظ على شدة ضوء مستقرة نسبياً على مسافات طويلة.

ثالثًا، الليزر عبارة عن ضوء موجه للغاية ذو حزم ضيقة للغاية وتركيز ممتاز، والذي يمكن 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 المحفز

الإشعاع المحفز هو مفتاح توليد الليزر. فعندما يُثار إلكترون ذو مستوى طاقة عالٍ بواسطة فوتون آخر، فإنه يُصدر فوتونًا بنفس الطاقة والتردد والطور وحالة الاستقطاب واتجاه الانتشار في اتجاه ذلك الفوتون. تُسمى هذه العملية بالإشعاع المحفز. أي أن الفوتون يستطيع "استنساخ" فوتون مطابق له من خلال عملية الإشعاع المحفز، مما يُحقق تضخيمًا للضوء.

Sالانبعاث التلقائي

عندما ينتقل إلكترون في ذرة أو أيون أو جزيء من مستوى طاقة عالٍ إلى مستوى طاقة منخفض، فإنه يُطلق فوتونات ذات طاقة معينة، ويُسمى هذا الانبعاث التلقائي. ويكون انبعاث هذه الفوتونات عشوائيًا، ولا يوجد ترابط بينها، مما يعني أن طورها وحالة استقطابها واتجاه انتشارها كلها عشوائية.

Sالامتصاص المحفز

عندما يمتص إلكترون في مستوى طاقة منخفض فوتونًا بفارق طاقة مساوٍ لمستوى طاقته، فإنه يمكن إثارته إلى مستوى طاقة عالٍ. تُسمى هذه العملية بالامتصاص المحفز.

في الليزر، يُستخدم عادةً تجويف رنيني مُكوّن من مرآتين متوازيتين لتعزيز عملية الإشعاع المُحفّز. إحدى المرآتين عاكسة كليًا، والأخرى شبه عاكسة، مما يسمح بمرور جزء من شعاع الليزر.

تنعكس الفوتونات في وسط الليزر ذهابًا وإيابًا بين مرآتين، وينتج عن كل انعكاس المزيد من الفوتونات من خلال عملية الإشعاع المحفز، مما يؤدي إلى تضخيم الضوء. وعندما تزداد شدة الضوء إلى حد معين، يتولد الليزر من خلال مرآة شبه عاكسة.