الليزر

الليزر هو اختصار لتضخيم الضوء عن طريق تنشيط الإشعاع المنبعث، إذ يُنشَأ الليزر عندما تُمتَصّ الإلكترونات الموجودة في الذرات في النظارات الخاصة، أو البلورات، أو الغازات الطاقة من تيار كهربائي، أو ليزر آخر وتصبح مُثارة، وتنتقل الإلكترونات المثارة من مدار منخفض الطاقة إلى مدار طاقة أعلى حول نواة الذرة، وعندما يعودون إلى حالتهم الطبيعية تنبعث الإلكترونات من الفوتونات أو جزيئات الضوء.
وهذه الفوتونات كلها متماسكة ولها الطول الموجي نفسه، وهذا يعني أنّ كلًا من موجات الضوء وقيعان موجات الضوء كلها في حالة توقف، وفي المقابل يشتمل الضوء المرئي العادي على أطوال موجية متعددة وغير متماسكة، وضوء الليزر يختلف عن الضوء الطبيعي بعدة أمور منها ما يلي:^[١]

• يحتوي ضوء الليزر على طول موجة واحدة فقط ولون محدد واحد، ويُحدّد الطول الموجي المحدد للضوء من خلال مقدار الطاقة المنبعثة عندما ينخفض ​​الإلكترون المثير إلى مدار أقل.
• ضوء الليزر اتجاهي، بينما يولد الليزر شعاعًا ضيقًا للغاية، إذ يُنتج المصباح ضوءًا منتشرًا، ونظرًا لأنّ ضوء الليزر متماسك فإنه يبقى مُرَكزًا لمسافات طويلة تبلغ مسافة الذهاب إلى القمر والعودة إلى الأرض.

وفي معظم أجهزة الليزر الكبيرة تجرى إضاءة ومضات من الضوء الأبيض من المصابيح الكاشفة العملاقة، والتي تُحفز الإلكترونات في ألواح كبيرة من الزجاج الليزري إلى حالة طاقة أعلى لا تستمر سوى مليون جزء من الثانية، وتُوجّه نبضة صغيرة من ضوء الليزر المضبوط لطاقة الإلكترونات الماثلة عبر الألواح الزجاجية، حيث نبضة الليزر هذه تحفّز الإلكترونات على الهبوط في حالات الطاقة الخاصة بها، وإصدار فوتون ضوئي بالطول الموجي نفسه بالضبط.
ويعمل المحول البصري لتعويض نبضات الليزر منخفضة الطاقة في المُضخم الضوئي الرئيس لأربعة ممرات عبر ألواح زجاجية بالليزر، وتتسبب المرايا في كلا طرفي المُضخم الضوئي الزجاجي في أن تتحرك الفوتونات ذهابًا وإيابًا عبر الزجاج؛ مما يُحفز المزيد من الإلكترونات على الهبوط في حالات الطاقة المنخفضة وإصدار المزيد من الفوتونات، وتُنتج هذه العملية عددًا كبيرًا من الفوتونات التي لها الطول الموجي والاتجاه نفسيهما، وتظهر في شكل حُزمة من الضوء الساطع والمستقيم للغاية، وبهذه الطريقة يُضخّم النبض الأولي ذي الطاقة المنخفضة بأكثر من ربع مليون مرة لإنشاء 192 من أشعة الليزر شديدة النشاط والمركزة بإحكام، والتي تتقارب في وسط الدائرة المستهدفة.

أنواع الليزر

يوجد العديد من أنواع الليزر المتاحة للبحث والاستخدامات الطبية والصناعية والتجارية، ويوصف الليزر بنوع الوسيلة الليزرية التي يُستخدم فيها، والحالة الصلبة أو الغازية وغيرها، وتشمل أنواع الليزر ما يلي:^[٢]

• الليزر الصلب؛ يحتوي ليزر الحالة الصلبة على مواد ليزر موزّعة في مصفوفة صلبة؛ على سبيل المثال: ليزر الياقوت أو النيوديميوم، إذ يصدر ليزر النيوديميوم ضوء الأشعة تحت الحمراء عند 1.064 ميكرو مترًا.
• الليزر الغازي؛ مثل: الهليوم، وهيليوم النيون، والهين، والتي تُعدّ من أكثر أنواع الليزر الغازي شيوعًا، ولها ناتج أولي من الضوء الأحمر المرئي، أمّا ليزر ثاني أكسيد الكربون يصدر الطاقة في الأشعة تحت الحمراء البعيدة التي يبلغ طولها 10.6 ميكرو متر، وتُستخدم في قطع المواد الصلبة.
• ليزر إكسيمَر، الذي يضمّ الغازات التفاعلية؛ مثل: الكلور والفلور المختلط بالغازات الخاملة؛ مثل: الأرجون، أو الكريبتون، أو زينون، وعند تحفيزها كهربائيًا يُنتَج شبه جُزيء وينتج الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.
• الليزر الصبغِي، تستخدم أشعة الليزر الصبغية مجموعة أصباغ عضوية معقدة؛ مثل: رودامين 6 جي، في محلول سائل، أو معلق في شكل وسائط لليزر.
• أشباه الموصلات الليزرية، تُسمّى ليزر ديود أحيانًا، وهذا النوع يظهر في شكل أجهزة الكترونية صغيرة جدًا عمومًا، وتستخدم طاقة منخفضة، وقد تُضمَّن في صفائف أكبر؛ مثل: مصدر الكتابة في بعض طابعات الليزر، أو مُشغّلات الأقراص المضغوطة.

استخدامات الليزر

وُجِد الليزر في أول استخدام له في السبعينيات في متاجر البقالة المحلية في ماسحة المنتجات، وكان الإنجاز الرئيس التالي لتكنولوجيا الليزر هو مشغل الأقراص المدمجة، واليوم تمتد استخداماته من المستشفيات إلى ساحات القتال والإلكترونيات والمصانع، وتشمل أمثلة استخدامات الليزر الحالية ما يلي:^[٣]

• في الطب:
• العلاج الجراحي.
• عمليات تصحيح النظر.
• علاج حصوات الكلى.
• طب الأسنان.
• إزالة الشعر.
• علاج مشاكل الجلد.
• إزالة الوشم.

• في الجيش:
• توجيه الصواريخ.
• استبدال الرادار.
• توجيه الهدف.

• في مجال الإلكترونيات:
• الأقراص المدمجة، وأقراص الفيديو الرقمية.
• طابعات الليزر.
• الصور المجسمة.
• ماسحات الباركود.

• في المصانع:
• القطع.
• اللحام.
• مواد التدفئة.

المراجع

1. ↑ "How Lasers Work", lasers.llnl, Retrieved 19-8-2019. Edited.
2. ↑ "Laser Types and Classification", ehs.oregonstate, Retrieved 19-8-2019. Edited.
3. ↑ "Lesson: Laser Types and Uses", teachengineering, Retrieved 19-8-2019. Edited.