على الرغم من أجهزة الليزر تبدو لنا من الوهلة الأولى أنها اختراعات حديثة جدًا ، ولكن في الواقع هذه الإختراعات الرائعة كانت معنا من منتصف القرن الماضي تحديدًا مند عام 1958 الذي تم فيه إكتشاف النظرية ، ولكن تم إختراع أول ليزر عملي في عام 1960.
على أي حال ، في ذلك الوقت لم يكن هُناك أي شخص آخر لديه أدنى فكرة عما يجب فعله باستخدام الليزر ؛ بحيث تم وصف الليزر في ذلك الوقت بأنه "حل يبحث عن مشكلة".
ماهو الليزر وماهي استخدامات الليزر في حياتنا اليومية
في وقتنا الحاضر ، جميعنا نمتلك أجهزة الليزر في منازلنا وهذه الأجهزة تتمثل في (مشغلات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD) ، وفي مكاتبنا (في طابعات الليزر) ، وكذلك في المتاجر التي نشتري منها (في ماسحات الباركود).
أيضًا ، من ضمن الأمثلة العظيمة لليزر هي كابلات الألياف الضوئية، بحيث نرسل ونستقبل البيانات على سبيل المثال (نرسل ونستقبل رسائل البريد الإلكتروني) عبر شبكة الإنترنت عن طريق استخدام إشارات الليزر التي تطلق داخل كابلات الألياف الضوئية.
إقرأ أيضًا:
سواءً أدركنا هذه الاستخدامات أم لا ، فإننا جميعًا نستخدم الليزر طوال اليوم ، ولكن السؤال الذي يطرح نفسه هنا، من منا يفهم حقًا ما أهمية الليزر أو كيف يعمل؟
حسنًا ، أن الفكرة الأساسية لليزر بسيطة جدًا ، بحيث أنه عبارة عن أنبوب يعمل على تركيز الضوء مرارًا وتكرارًا حتى يظهر في شعاع قوي للغاية.
حسنًا ، أن الفكرة الأساسية لليزر بسيطة جدًا ، بحيث أنه عبارة عن أنبوب يعمل على تركيز الضوء مرارًا وتكرارًا حتى يظهر في شعاع قوي للغاية.
لكن هل سألت نفسك كيف تحدث هذه العملية بالضبط؟ وما الذي يحدث داخل الليزر؟ على العموم ، سنقوم بإلقاء نظرة أعمق على هذا الموضوع الرائع للغاية.
ما هو الليزر؟
الليزر عبارة عن أشعة ضوئية مذهلة وقوية بما يكفي لتكبير الأميال في السماء أو حتى قطع كتل من المعدن. الليزر هو أكثر من مجرد مصباح يدوي قوي.
الفرق بين الليزر والضوء العادي
أن الفرق بين الضوء العادي وضوء الليزر يشبه الفرق ما بين التموجات الموجودة في حوض الاستحمام والأمواج الهائلة على البحر.
في حوض الاستحمام ، يُمكنك أن تلاحظ أنه إذا قمت بتحريك يديك ذهابًا وإيابًا تستطيع تكوين موجات قوية جدًا ، أضف إلى ذلك أنك إذا واصلت القيام بتحريك كلتا يديك بالتوازي مع الموجات التي تصنعها فأن هذه الموجات سوف تكبر وتكبر.
في حوض الاستحمام ، يُمكنك أن تلاحظ أنه إذا قمت بتحريك يديك ذهابًا وإيابًا تستطيع تكوين موجات قوية جدًا ، أضف إلى ذلك أنك إذا واصلت القيام بتحريك كلتا يديك بالتوازي مع الموجات التي تصنعها فأن هذه الموجات سوف تكبر وتكبر.
تخيل القيام بذلك عدة ملايين من المرات في المحيط المفتوح قبل مضي وقت طويل ، ستمتلك أمواج جبلية شاهقة فوق رأسك! هذا فعلًا مايقوم الليزر بفعله لموجات الضوء.
في بداية الأمر ، يبدأ بضوء ضعيف للغاية ويستمر في إضافة المزيد والمزيد من الطاقة (أي بمعنى القيام بتضخيم الضوء Amplification) حتى تصبح موجات الضوء أكثر تركيزًا من أي وقت مضى.
إذا كُنت في السابق (أثناء دراستك) قد شاهدت الليزر في مختبر علمي ، فيمكنك الملاحظة على الفور أن هُناك اختلافين مهمين جدًا وهما:
في بداية الأمر ، يبدأ بضوء ضعيف للغاية ويستمر في إضافة المزيد والمزيد من الطاقة (أي بمعنى القيام بتضخيم الضوء Amplification) حتى تصبح موجات الضوء أكثر تركيزًا من أي وقت مضى.
إختلاف أنواع أشعة الليزر عن المصباح
يقوم المصباح اليدوي بعملية إنتاج الضوء "ضوء أبيض" (وهو عبارة عن مزيج من جميع الألوان المختلفة ، هذا اللون الأبيض ينتج عن موجات ضوئية من جميع الترددات المختلفة).
بينما على الجانب الآخر، يعمل الليزر على صنع ما يسمى بالضوء أحادي اللون ( أي بمعنى تكوين ضوء بتردد ولون واحد ودقيق للغاية).
إقرأ أيضًا:
في الغالب يكون هذا اللون أحمر أو أخضر ساطع أو كذلك يمكن أن يكون لون غير مرئي مثل الأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية).
حيث ينتشر شعاع الكشاف من خلال العدسة إلى مخروط قصير وغير واضح إلى حد ما ، يطلق الليزر شعاعًا أضيق وأكثر إحكامًا على مسافة أطول بكثير (بحيث يمكننا القول إنه شعاع موازٍ للغاية).
أنتظر ، فهُناك أيضًا اختلاف ثالث مهم لن تتمكن من ملاحظته:
في شعاع المصباح اليدوي ، يتم خلط جميع موجات الضوء (مع اختلاط قمم بعض الحزم "High peak" مع قاع بعض الحزم الأخرى "Low peak" ).
بينما على الجانب الآخر ، فأن الموجات التي يتم توليدها في شعاع الليزر تسير على قدم وساق ( أي بمعنى قمة كل موجة تصطف مع قمة كل موجة أخرى).
وبالتالي ، في هذه الحالة يمكننا أن نقول أن الشعاع الذي يطلقه الليزر سيكون متماسك جدًا. هذه الأشياء الثلاثة تجعل أشعة الليزر دقيقة وقوية ومفيدة بشكل مذهل للغاية.
كيف يعمل الليزر
قبل أن تتمكن من فهم كيفية عمل الليزر ، عليك أن تعرف كيف يمكن للذرة أن تعطي الضوء. إذا لم تكن متأكدًا من كيفية حدوث ذلك ، فعليك القيام بإلقاء نظرة على مقالنا التمهيدي حول الضوء.
يمكننا القول أن الليزر هو عبارة عن آلة فعالة تجعل بلايين الذرات تضخ تريليونات من الفوتونات (جزيئات الضوء) دفعة واحدة بحيث تصطف لتشكل حزمة ضوئية مركزة جدًا.
ماذا تحتاج لصنع الليزر
في الحقيقة من أجل القيام بصنع الليزر سوف نحتاج إلى جزأين أساسيين:
- حمولة من الذرات (صلبة أو سائلة أو غازية) تحتوي على إلكترونات نستطيع تحفيزها ، بحيث يُعرف هذا بالوسيط ، أو أحيانًا وسيط التضخيم أو "الكسب" (لأن الكسب تُعد كلمة أخرى للتضخيم).
- شيء لتحفيز الذرات به ، مثل أنبوب فلاش (مثل مصباح الفلاش في الكاميرا) أو ليزر آخر.
بالحديث عن الليزر الأحمر النموذجي ، فأنه يحتوي على بلورة طويلة صُنعت من الياقوت مع أنبوبة فلاش ملفوفة حوله.
أنبوب الفلاش هذا يشبه إلى حد ما مصباح الشريط الفلوريسنت ، فهو ملفوف فقط حول الكريستال الياقوتي ويومض كثيرًا مثل مصباح فلاش الكاميرا.
أنواع الليزر
بما أن بمقدورنا القيام بإثارة الكثير من أنواع الذرات المختلفة عن طريق عدة طرق مختلفة ، إذًا فأننا نستطيع (نظريًا) القيام بصنع أنواع مختلفة من الليزر.
بالحديث عن الموضوع من الناحية العملية فأنه لا يوجد سوى عدد قليل من الأنواع الشائعة ، أشهرها خمسة أنواع وهي: الحالة الصلبة ، والغاز ، والصبغة السائلة ، وأشباه الموصلات ، والألياف.
إقرأ أيضًا:
على العموم ، فأن المواد الصلبة والسوائل والغازات هي الحالات الثلاث الرئيسية للمادة ، وهي اللي تقوم بإعطائنا الأنواع الثلاثة المختلفة من الليزر. على سبيل المثال ليزر الحالة الصلبة مثل ذلك الذي قمنا بتوضيحه في الأعلى.
من أجل العمل بفاعلية ، يجب تخدير المادة الصلبة ، وهي عملية يتم فيها إستبدال بعض ذرات المادة الصلبة بأيونات من الشوائب ، مما يمنحها مستويات الطاقة المناسبة لإنتاج شعاع الليزر بتردد محدد ودقيق جدًا.
يقوم ليزر الحالة الصلبة بإنتاج حُزم عالية الطاقة ، عادةً في نبضات قصيرة جدًا.
على عكس ذلك ، فأن أشعة الليزر الغازية تقوم بإنتاج حزمًا ساطعة ومستمرة باستخدام مركبات من الغازات (في ما يسمى ليزر الإكسيمر) أو ثاني أكسيد الكربون (CO2) كوسيط لها ، بحيث يتم ضخها باستخدام الكهرباء.
أن ليزر ثاني أكسيد الكربون قوي وفعال جدًا بحيث أنه عادةً يتم إستخدامه في القطاع الصناعي وكذلك في أعمال اللحام.
تستخدم ليزر الصبغة السائلة محلولًا من جزيئات الصبغة العضوية كوسيط ، يتم ضخه بواسطة شيء مثل مصباح القوس أو مصباح الفلاش أو ليزر آخر.
الميزة الكبرى التي تتمتع بها هي أنه يمكن استخدامها لإنتاج نطاق أوسع من ترددات الضوء على عكس ليزر الحالة الصلبة والغازية ، أضف إلى ذلك أنه حتى بإمكانك القيام بضبطها من أجل القيام بإنتاج ترددات مختلفة.
بالرغم من أن أجهزة الليزر الصلبة والسائلة والغازية تميل إلى أن تكون كبيرة وقوية وأيضًا مكلفة ، إلا أن أجهزة الليزر شبه الموصلة رخيصة الثمن وصغيرة الحجم تشبه الشرائح المستخدمة في مشغلات الأقراص المضغوطة وطابعات الليزر وأجهزة مسح الرمز الشريطي.
إنها تعمل مثل تقاطع بين الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) والليزر التقليدي. مثل LED ، فإنها تصدر الضوء عندما تقفز الإلكترونات و "الثقوب" (فعليًا ، "الإلكترونات المفقودة") وتنضم معًا ؛ مثل الليزر ، تولد ضوءًا متماسكًا أحادي اللون.
لهذا السبب يتم الإشارة إليها أحيانًا باسم ثنائيات الليزر (أو ليزر الصمام الثنائي).
أخيرًا ، يقوم جهاز الليزر المستخدم في الألياف بسحره داخل الألياف الضوئية ، حيث أنه في الواقع ، يُعتبر كيبل الألياف الضوئية هو الوسط المضخم.
تُعد مسببات الألياف الضوئية قوية وفعالة وكذلك موثوقة وتجعل من السهل توجيه ضوء الليزر إلى أي مكان يحتاج إليه.
هُناك العديد من الاستخدامات التي يتم فيها استخدام وحدات الليزر دايود ، بحيث تكاد أن تكون موجودة في جميع المجالات الرئيسية للإلكترونيات وهذه المجالات هي كالتالي:
الليزر وتطبيقاته
استخدامات الليزر في الاتصالات والصناعات الإلكترونية
يتم استخدام الليزر في مشغلات CD / DVD بحيث أنه عندما تشاهد قرص DVD أو تستمع إلى قرص مضغوط ، يرتد شعاع ليزر أشباه الموصلات عن القرص الدوار من أجل تحويل نمط البيانات المطبوعة إلى أرقام ، ثم بعد ذلك تقوم شريحة الكمبيوتر بتحويل هذه الأرقام إلى أفلام وموسيقى وصوت.
إقرأ أيضًا:
تقوم أيضًا شركة Facebook حاليًا بتجربة استخدام الليزر (بدلاً من موجات الراديو) لإجراء اتصالات أفضل بالأقمار الصناعية الفضائية ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع معدلات البيانات (Date Rate) والوصول بشكل أفضل إلى شبكة الإنترنت في البلدان النامية.
كذلك يتم إستخدامه في طابعات الليزر ، اتصالات الألياف البصرية ، قارئات الباركود ، إلخ.
استخدامات الليزر في الطب
تُستخدم ثنائيات الليزر في الأجهزة المستخدمة لإزالة الأنسجة غير المرغوب فيها ، والقضاء على الخلايا السرطانية ، والعمليات الجراحية غير الغازية والساد ، إلخ.
المركبات المستقلة
تُستخدم تقنية الصمام الثنائي الليزري في صنع أنظمة LIDAR للقيادة الذاتية.
الأجهزة العلمية
يتم استخدام الليزر في الأجهزة المستخدمة للقياسات غير التلامسية وقياس الطيف وأجهزة تحديد المدى "المسافة" وما إلى ذلك.
التطبيقات الصناعية لليزر
تستخدم ثنائيات الليزر كمصدر لشعاع الليزر عالي الكثافة لقطع المواد بدقة ، كذلك يتم إستخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
إرسال تعليق