LaserLectures_1

تعتبر تكنولوجيا الليزر من العلوم المتطورة التي تدخل في العديد من التطبيقات مثل استخدام الليزر في التطبيقات الطبية والاتصالات والأبحاث العلمية والهندسية والعسكرية. وأي مستخدم لليزر مهما اختلف تخصصه فهو بحاجة إلى فهم مبدأ عمل الليزر أي ما يعرف بفيزياء الليزر.

إن الليزر هو عبارة عن جهاز يحول الطاقة من مصادر مختلفة إلى صورة أشعاع كهرومغناطيسي. وهذا تعريف بسيط للبدأ في الموضوع وتوضيح فكرة عمل الليزر حيث أننا نحصل في النهاية على شعاع كهرومغناطيسي (ضوء) يمتلك العديد من الخواص التي تميزه عن أي مصدر ضوئي.

وقد جاءت تسمية كلمة ليزر من الأحرف الأولي لفكرة عمل الليزر أي أن :

The word LASER is an acronym for

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

وتعني تكبير الضوء بواسطة الانبعاث الاستحثاثي للإشعاع الكهرومغناطيسي. وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت اينشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث الاستحثاثي stimulated emission وتم تصميم أول جهاز ليزر في 1960 بواسطة العالم T.H. Maiman باستخدام بلورة الياقوت ويعرف بليزر الياقوت Ruby laser.

Light: All light is a form of electromagnetic radiation that is visible to the human eye.
Amplification: This is simply the process of making something bigger or or more powerful. When you turn up the volume on a radio, you are amplifying the sound; but with lasers, amplification makes the light brighter.
Stimulated: To stimulate means to stir to action. Laser light is created when a burst of light (electricity) excites the atoms in the laser to emit photons. These photons then stimulate the creation of additional identical photons to produce the bright laser light.
Emission: The word "emission" refers to something that is sent out or given off. Stimulated laser emission consists of large numbers of photons that create the intense laser light.
Radiation: The laser light is a form of energy that radiates, or moves out, from the laser source.

مزيد من المعلومات عن تاريخ تطور الليزر

* 1864 - 1940 : History of Astronomical Spectroscopy
*

1917 : Einstein postulates photons and stimulated emission
*

1954 : First microwave laser
*

1960 : First optical laser
*

1965 : Microwave laser discovered in the Orion nebula
*

1965 : Discovery of cosmic background radiation using microwave laser
*

1966 : First gas dynamic laser
*

1970 : First postulate of laser action in stars
*

1973 : Discovery of laser action in quasars
*

1979 : Near Infrared laser star found in Orion nebula
*

1981 : Carbon dioxide laser discovered in atmosphere of mars and venus
*

1984 : First x-ray laser
*

1993 : Gas contact plasma laser
*

1994 : Artificial laser guide stars
*

1995 : Far infrared laser star discovered by Kuiper Airborne Observatory
*

1996 : Ultraviolet laser star discovered by Hubble Space Telescope
*

2000 : Survey of the worlds most powerful research and military lasers



لفهم مبدأ عمل الليزر نحتاج إلى توضيح مفهوم كل مصطلح من مصطلحات الواردة في التعريف وهي

LASER


Light Amplification
Stimulated Emission
Radiation

ملاحظة: يرجى قراءة المادة العلمية تحت عنوان أساسيات Essential.



خصائص شعاع الليزر

شعاع الليزر يمتلك خصائص تميزه عن أية مصدر من مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي وهذه الخصائص هي:

هذه الخصائص جعلت لشعاع الليزر العديد من التطبيقات في كافة المجالات


Monochromaticity.
Directionality.
Coherence.



يمكنك تغيير المصدر الضوئي في الشكل أعلاه ومشاهدة تأثير تغيير الطول الموجي على الضوء المنبعث

Source of the demo: http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl



Monochromaticity

تعني أن الليزر أحادي اللون وهذا ما يميزه عن الضوء العادي حيث أن بتحليل الضوء الأبيض الصادر من الشمس أو من مصباح ضوئي فإنه يحتوي على العديد من الأطوال الموجية، كما هو واضح عند تحليل الضوء باستخدام المنشور Prism





Directionality

الضوء الصادر عن الليزر له اتجاه واحد بحيود مهمل بالمقارنة بالضوء الصادر من مصباح كهربي حيث أن الضوء ينبعث في كافة الاتجاهات وبحيود كبير كما في الشكل التالي.



Coherence

حيث أن الشعاع الكهرومغناطيسي يمتلك خاصية موجية يمكن وصفها بالمعادلة التالية:

y = Acos(wt+f)

A = Amplitude.
w = Angular Frequency.
f = Initial Phase of the wave (Describe the starting point in time of the oscillation).
(wt+f) = Phase of the wave.

الخاصية الفيزيائية Coherent تعني أن هنالك علاقة ثابتة في فرق الطور بين الأمواج المتداخلة مما تسبب في ظاهرة التراكب البناء.

Coherent waves are waves that maintain the relative phase between them.


الشكل التالي يوضح كيف أن ثلاث موجات لها نفس الطور Phase تعطي تراكب بناء Constructive بينما تلك التي تخلف