كتاب الليزر وتطبيقاته

????????
? ??????????? ??
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
LASER
وتعني تضخيم الضوء بإنبع اث الإش عاع المحف ز وھ و عب ارة ع ن حزم ة ض وئية ذات
فوتون ات ت شترك ف ي ترددھ ا وتتط ابق موجاتھ ا بحي ث تح دث ظ اھرة الت داخل البن اء ب ين
موجاتھا لتتحول إلى نبضة ض وئية ذات طاق ة عالي ة . بينم ا ي شع الم صدر ال ضوئي الع ادي
موجات ض وئية مبعث رة غي ر منتظم ة ف لا يك ون لھ ا ق وة اللي زر . وباس تخدام بل ورات لم واد
مناسبة(مثل الياقوت الأحمر ) عالية النقاوة يمكن تحفيز انتاجھا لأشعة ضوئية من لون واح د
أي ذو طول موجة واحدة وكذلك في طور موجي واحد ، وعند تطابقھا مع بعضھا وانعكاسھا
عدة مرات ب ين م رآتين داخ ل بل ورة اللي زر فتن تظم الموج ات وتت داخل وتخ رج م ن الجھ از
بالطاق ة الكبي رة المرغ وب فيھ ا وت ستخدم كلم ة اللي زر للتعبي ر ع ن أي ة منطق ة م ن من اطق
الطيف، ولمعرفة الليزر يجب في الواقع التعرف على الطي ف الكھرومغناطي سي وال ذي يب دأ
م ن الموج ات الرادي و الطويل ة إل ى الموج ات الق صيرة لأش عة جام ا العالي ة الطاق ة كم ا ھ و
1 . وكما ھو معروف فإن المنطقة الضيقة من الطيف. والمعروفة لنا - موضح في شكل رقم 1
بالمرئي ة أو ال ضوء الأب يض. تتك ون م ن الأل وان ال ضوئية التالي ة: أحم ر، برتق الي، أص فر،
2 . كم ا أن ت رددات ھ ذه - أخ ضر، أزرق، وبنف سجي كم ا ھ و موض ح ف ي ش كل رق م 1
الإش عاعات وأطوالھ ا الموجب ة مختلف ة وم ضطربة، فھ ي أش بھ بال ضوضاء بمقارنتھ ا م ع
الموج ات ال صوتية، بينم ا نج د أن ض وء أش عة اللي زر م نظم ومرك ز. وف ي اللي زر عم ل
6
د. سعود بن حميّد اللحياني جامعة أم القرى
حي ث تنبع ث الفوتون ات، ،Coherence الاض طراب الطبيع ي للموج ات عل ى ترابطھ ا
الوحدات الأساسية لكل الإشعاعات الطيفية على شكل دفعات منتظمة ذات تردد واحد، ونظراً
لأن الموجات تترابط فإن الفوتونات تقوي بعضھا البعضوتزيد من قدرتھا على نقل الطاقة.
أن تقنية الليزر توسعت لتشمل ما وراء منطقة الموجات فوق البنفسجية باتجاه الطاقة
العالية للأشعة السينية، وكل طول موجي في ھذه المناطق يعط ي الق درة والم ساعدة للإن سان
على ابتكار تطبيقات متنوعة.
1 - شكل رقم 1
?? ??????????
والليزر ينتج حزمة ضوئية رفيعة جدًا وقوية. وبعضالأحزمة رفيعة لدرجة أنھا قادرة على
ثقب مائتي حفرة فوق نقطة في حجم رأس الدبوس . وبسبب إمكانية تركيز أشعة اللي زر إل ى
ھ ذا الح د م ن الدق ة وعلي ة ف إن ھ ذه الأش عة تك ون قوي ة ج دًا. ف بعضالأحزم ة، عل ى س بيل
المث ال، ت ستطيع اخت راق الم اس ، وھ و أص لب م ادة ف ي الطبيع ة، وبع ضھا ت ستطيع إح داث
7
د. سعود بن حميّد اللحياني جامعة أم القرى
تفاعل نووي صغير . ويمكن أيضًا نقل حزم ة اللي زر إل ى م سافات بعي دة دون أن تفق د قوتھ ا
? ?. وھذا يقودنا لدراسة خصائص شعاع الليزر، أي كانت مادتھ أو منطقة طيفھ
?????? ????????????? ? ?
وتعني أن لھ ع رضطيف ي ض يق ين تج عن ھ ت ردد Monochromatic أحادي اللون ·
مفرد نقي، وھذه الصفة الموجبة كانت تتميز بھا الأشعة الراديو دون سواھا
ھ ذا يعن ي أن الت شتت أو التفري ق ف ي الحزم ة Collimation توازي الح زم ال ضوئية ·
يكون مع دوماً، كم ا أنھ ا بطبيعتھ ا مرك زة دون حاج ة لاس تخدام عدس ات، وقطرھ ا ق د
يصل إلى أقل من قط ر ال دبوس، ويمكنھ ا أن تنتق ل إل ى م سافات طويل ة بفق د قلي ل ف ي
الطاقة خصوصاً إذا انعدم وجود مواد ممتصة في مسارھا .
DIRECTIONALITY او الاتجاھي ة COLLIMATION .ت وازي الح زم ال ضوئية
الضوء العادي نرى نجد انھ منفرج ويزاد الانفراج ل ذلك ال ضوء بالابتع اد ع ن م صدر ذل ك
الضوء. حيث ان جميع المصادر التقليديھ عب ارة ض وء ينبع ث ف ي جمي ع الاتجاھ ات (مث ل
الضوء المنبعثة من ضوء اللمبة). "الاتجاھية" ھي سمة من سمات ضوء الليزر التي تسبب
لھ الانتقال في اتجاه واحد ضمن نطاق ضيق مخروط الاختلاف. جميع أنواع الضوء تنتشر
بحزم في نھاية المطاف) تتباعد) حيث انھا تتحرك عبر الفضاء. ولكن ضوء الليزر ھو أكثر
بكثير مما كان اتجاھي ضوء تقليدية من اي مصدر ، وبالتالي أقل المتباينھ. أي يكاد التشتت
أو التفريق في الحزمة يكون معدوم
الترابط بين موجات الحزمة الواحدة عالي جدا ومت زامن وھ ذا Coherence الترابط ·
يساعد الموجات الضوئية أو الفوتونات في تقوي ة بع ضھا ال بعضلتعط ي طاق ة وق درة
عالي ة للحزم ة الواح دة وھ ذا الت رابط ام ا ان يك ون الت رابط بن اء وفي ة ف رق
بين الموجات يساوي صفر و اما ان يكون الت رابط ھ دام وفي ھ يك ون (Phase) الطور
3ب) والترابط ھو - 3أ- 1 - ھنالك فرق في الطور بين الموجات كما موضح في شكل ( 1
ما يميز ضوء الليزر ويبرز ھذا لت رابط عن د ح دوث الانبع اث الحث ي ال ذي يع د عام ل
8
د. سعود بن حميّد اللحياني جامعة أم القرى
اساسيا في التكبير لضوء بحيث ان الفوتون ات المنبعث ھ لھ ا ف رق ط ور مح دد ومتواف ق
4 . ھذا الترابط يوصف علي انھ ت رابط زمن ي - مع بعضھا كما ھو موضح في شكل 1
وترابط فضائي وكلاھما مھم في انتاج التداخل وال ذي ي سخدم ف ي رس م ال ضوء الع اي
الغير مترابط وذلك بسبب انھ قادم من ذراه مستقلھ والتي تبعث فوتونات برمن وق دره
. 108sec
? ??????? ? ???
???? ??
4 ترابط الفوتونات المكونة لشعاع الليزر - شكل 1
شدة ال شعاع عالي ة ومرك زة ف ي حزم ة ذات قط ر Light Intensity الشدة الضوئية ·
ضيق لا يتج اوز الواح د مليمت ر، وعن د اس تخدام الب صريات الملائم ة يمك ن تعري ضھا
وفق الحاجة، بالإضافة إلى أننا ن ستطيع تركيزھ ا ف ي بقع ة ص غيرة تمل ك ق درة كثافي ة
ھائلة ( وھي القدرة في وحدة المساحة ). ،Power density
9
د. سعود بن حميّد اللحياني جامعة أم القرى
1:- مميزات شعاع الليزر: -2-1
الحزم ة ال ضوئية ل شعاع اللي زر لا تمل ك كتل ة. نظ راً لأن كتل ة الفوتون ات المكون ة لھ ذا ·
الشعاع الليزري