أشعة الليزر وأنواعها

تعرف على أشعة الليزر وأنواعها

أشعة الليزر تعتبر حجر الزاوية في الصناعات الإلكترونية نظرًا لتوصيلها الكهربائي الخاص وتطبيقاتها المهمة مثل: الثنائيات ، والإشعاع الخفيف ، الترانزستورات ، أجهزة الكمبيوتر الشخصية ... إلخ.

تجاوز حجم أشباه الموصلات المستخدمة في الصناعة ، وتم تنفيذ النظام الإلكتروني على عدة مراحل ، كل ذلك بهدف تقليل حجمه وزيادة كفاءته ، وتم استخدام أشباه الموصلات بشكلها الحجمي العادي ، ثم تم استخدامها بالشكل من الشرائح الدقيقة المقاسة بأبعاد ميكرومتر ونانومتر ، وقد تم إثبات كفاءتها وفعاليتها وتفضيلها على أشباه الموصلات في شكلها الحجمي في النقاط الكمية ، اتضح أنه شكل من أشكال المواد النانوية مثل الفلور ، وهو جزيء مكون من 60 ذرة كربون اكتشف في عام 1985 م.

إنه مفلور وفقًا للمهندس المعماري (بكمنستر فولر) ويشبه في المظهر كرة القدم.

هل من الممكن استغلال هذه النقاط الكمومية في عملية إنتاج الليزر بطاقة معينة؟

يعد الليزر أحد الإنجازات الرئيسية للنصف الثاني من القرن العشرين ، منذ أن بدأ الاكتشاف في عام 1917 ، عندما أثبت ألبرت أينشتاين وجود عملية الانبعاث المستحث. كانت هذه بداية إثبات وجود نوع جديد من الإشعاع المنبعث.

وفي أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، عملت مجموعة من جامعة كولومبيا في الولايات المتحدة بقيادة تاونز على جهاز ميكروويف يسمى مازر. في عام 1958 ، نشر Townes and Arthur Schawlow مقالًا مهمًا ناقشوا فيه التوسع في تقنية maser في المنطقة البصرية للطيف الكهرومغناطيسي ، مما يشير إلى بداية حقبة غنية بالمنافسة على العمل البحثي على مواد الليزر وعملية الإثارة. . لم يكمل العالمان اختراع الليزر لأنهما لم يجدا المادة الفعالة المناسبة ووسط الإثارة لحدوث الانقلاب السكاني.

وفي عام 1960 ، تم تصميم أول جهاز T.H. Maiman في مختبرات Hughes Research ، ويتكون هذا الليزر من قضيب ياقوتي يضخ بالضوء المنبعث من المصابيح (Flahamp). وفي غضون ستة أشهر ، أعلن الباحث جافان علي عن التشغيل الناجح لليزر ، وهو الهيليوم - خليط غاز النيون ، يوجد حاليًا المئات من وسائط الليزر.

والليزر هو انبعاث الفوتونات من الذرات ، وعلى الرغم من وجود العديد من أنواع الليزر ، إلا أن الفكرة في تكوينها هي نفسها عن طريق جعل الذرات تطلق كميات كبيرة من الفوتونات ، وهناك ذرتان أو أكثر تبرز فيهما الإلكترونات من الأرض مستوي بمستويين أو ثلاثة مستويات ، مما قد يزيد من تشوهات شعاع الليزر.

نبذة تاريخية عن شعاع الليزر :

في 7 يوليو 1960 ، من مختبرات أبحاث هيوز ، تم إطلاق أول شعاع ليزر في العالم من جهاز صممه العالم ميمان ، الذي استخدم بلورة الياقوت الصلبة كوسيط فعال وخلص إلى أن الياقوت مادة نشطة مبكرة بطول موجة 6940 انجسترومس. استخدم ميمان كشافات زينون ستروب لضخ أيونات الكروم في حالة تهيج وبالتالي الحصول على شعاع الليزر. قبل نهاية عام 1960 بعد الميلاد ، تمكن العالم جافان ومجموعته في مختبرات بيل من إدراك وتشغيل ليزر الهيليوم النيون الغازي (He-Ne).

وأما بالنسبة لليزر أشباه الموصلات ، فقد ظهر عام 1962 ، تلاه اختراع الليزر السائل والليزر الكيميائي في أوائل عام 1963.

وتجدر الإشارة إلى أن الليزر في بداية ظهوره كان يسمى الليزر الضوئي في الكتب والأبحاث المبكرة حول هذا الموضوع ، ولكن سرعان ما حلت محلها كلمة "ليزر" والتي تبدو بلا معنى في اللغة العربية. أشر إلى الكلمة الإنجليزية "laser" واقتبس الأحرف الأولى من الكلمات في الجملة التالية:

تضخيم الضوء بواسطة محاكاة انبعاث الاشعاع.

التي تعني "تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفّز".

تعريف الليزر :

إنه شعاع ضوئي أو شعاع كهرومغناطيسي بحيث تكون الفوتونات متساوية التردد وطول موجة متماثل بحيث تحدث ظاهرة التداخل بين موجاتها لتتحول بين موجاتها لتتحول إلى نبضة ضوئية عالية الطاقة ومتماسكة للغاية مع مرور الوقت. والفضاء وزاوية انعراج صغيرة جدًا ، والتي لا يمكن تحقيقها باستخدام تقنيات أخرى غير التحفيز الإشعاعي. بالإضافة إلى أنها أشعة أحادية اللون ، لها قوة بصرية هائلة ، وللحصول على هذا النوع من الضوء باستخدام تقنية الضخ.

نوع الليزر :

يُصنف الليزر حسب نوع الوسيط النشط الذي يحتويه وما ينتج عنه من طاقة عالية ، على سبيل المثال: (ليزر أول أكسيد الكربون) الذي يعتبر من أخطر أنواع الليزر نظرًا لقوته العالية التي تصل إلى عشرات الكيلوواط. حيث يطلق عليه أشعة الموت ، يتم استخدامه لقطع المعادن وكذلك في التطبيقات الصناعية المختلفة. هناك أيضًا أنواع أخرى من الليزر الضعيف جدًا ، مثل تلك المستخدمة في الحياة اليومية في المؤشرات ، وعادة ما يكون هذا الليزر مزدوج الارتباط.

فيما يلي الأنواع الرئيسية من الليزر:

1- ليزر الحالة الصلبة:

في هذه الحالة ، يتم توزيع مادة الليزر في مصفوفة صلبة ، مثل ليزر الياقوت وليزر النيوديميوم- YAG.

ليزر الياقوت: تم تصنيع أول جهاز ليزر ناجح في عام 1960 ، وهو ليزر الياقوت.

الياقوت عبارة عن بلور أحمر مكون من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) مرصع بأيونات الكروم الثلاثية (Cr + 3) ، أيونات الكروم مسؤولة عن توليد مستويات جديدة من الطاقة مثل البنية البلورية وأيضًا التأثير على التحولات المرتبطة بتوليد الليزر.

وفي أنبوب المولد ، يتم استخدام البلورة على شكل أسطوانة ، ويتم قطع نهاياتها المعاكسة ومطلية بالفضة لتشكيل مرآتين من نفس المادة ، ويشكل الطرفان مرآتين ، إحداهما عاكسة بالكامل والأخرى الآخر هو انعكاس جزئي.

ويتم استخدام مصباح فلاش حلزوني لإحاطة الياقوت ، وعندما يصدر المصباح وميضًا عالي الكثافة ، تمتص أيونات الكروم الضوء المنبعث وترتفع العديد من هذه الأيونات إلى مستوى طاقة أعلى. عند النزول إلى مستوى الحالة شبه المستقرة ، تتحقق حالة التوزيع العكسي ويتم إنشاء شعاع الليزر عندما ينزل إلى مستوى الطاقة الأول ، ويتم تلوين أشعة الليزر الناتجة هنا باللون الأحمر بطول موجة d 694 نانومتر.

ليزر النيوديميوم - ياج:

ويعتبر هذا الليزر من أهم أنواع الليزر الموجودة اليوم ، ويتفوق على ليزر الياقوت في العديد من المزايا.

2- الليزر في الحالة الغازية:

تشمل أنواع هذا الليزر ليزر الهليوم نيون وثاني أكسيد الكربون:

ليزر الهليوم-نيون:

يتكون وسط الليزر هنا من مزيج 1/10 من غاز النيون وغاز الهليوم. يتم وضع الخليط في أنبوب مفرغ.

ليزر ثاني أكسيد الكربون:

يعتبر من أهم أنواع الليزر ، وذلك بسبب كفاءته العالية بنسبة 30٪ وما ينتج عنه من طاقة عالية حيث يصدر هذا الليزر إشعاعًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء ومنطقة الميكروويف. بسبب الحرارة العالية المنبعثة من هذا الليزر ، فإنه يذيب أي شيء يتلامس معه.

3- الليزر في الحالة السائلة:

تُستخدم بعض الأصباغ العضوية المعقدة ، مثل استخدام رودامين في محلول سائل ، كدعم لليزر ، وتتميز بحقيقة أنه يمكن الحصول عليها من مجموعة واسعة من الأطوال الموجية.

4- ليزر أشباه الموصلات:

يختلف ليزر الحالة الصلبة عن ليزر الحالة الصلبة في طريقة تمثيل مستويات الطاقة وبالتالي في آلية الضخ وعملية الانبعاث البصري. تحتوي ليزر الحالة الصلبة على حزم كبيرة من مستويات الطاقة بدلاً من المستويات الفردية التي تتضمن التحولات المشاركة في تحدث عملية انبعاث الليزر.

ليزر الهيجان:

يستخدم هذا النوع مزيجًا من الغازات الخاملة مثل الكلور والفلور والغازات الخاملة مثل الأرجون والكيتون والزينون ، وباستخدام تفريغ كهربائي ، من الممكن إنتاج جزيء وهمي يصدر ضوءًا على المدى القصير وله طول موجي مميز في نطاق الضوء فوق البنفسجي.