الليزر

أهداف الدرس
• أن يشرح الطالب مبدأ الانبعاث المستحث.
• أن يوضح شرط الإسكان المعكوس.
• أن يذكر خصائص شعاع الليزر وتطبيقاته.

تعريف الليزر
الليزر ضوء مكبر بالانبعاث المستحث للإشعاع، وهو شعاع متماسك وأحادي اللون وموازٍ تقريباً.

• الانبعاث المستحث
  عندما يصطدم فوتون بذرة موجودة في حالة إثارة، فإنه يحفزها على إصدار فوتون مماثل له في التردد والطور والاتجاه.
• يصبح لدينا فوتونان، ثم أربعة، فيحدث تضاعف متسارع للضوء.

• شرط الإسكان المعكوس
  لكي يحدث التضاعف يجب أن يكون عدد الذرات في الحالة المثارة أكبر من عددها في الحالة الأقل طاقة.
• وتحقيق ذلك يحتاج إلى ضخ طاقة مستمر من مصدر خارجي، ويتم في وسط فعال بين مرآتين متوازيتين إحداهما شبه منفذة.

خصائص شعاع الليزر
• أحادي اللون: طول موجي واحد تقريباً.
• متماسك: موجاته متوافقة في الطور.
• اتجاهي: حزمة رفيعة تنتشر مسافة كبيرة دون تفرق ملحوظ.
• شديد الكثافة: تركيز طاقة عالية في مساحة صغيرة.

أنواع الليزر
• ليزر الحالة الصلبة: مثل ليزر الياقوت.
• ليزر الغاز: مثل ليزر الهيليوم والنيون.
• ليزر أشباه الموصلات: صغير الحجم ويستخدم في الأجهزة الإلكترونية.
• ليزر الصبغات السائلة.

تطبيقات الليزر
• الطب: جراحة العيون وتفتيت الحصوات وعلاج الأورام.
• الصناعة: القطع واللحام والثقب الدقيق للمعادن.
• الاتصالات: نقل البيانات عبر الألياف الضوئية.
• القياس: قياس المسافات بدقة عالية.
• التكنولوجيا: القارئ الضوئي والأقراص المدمجة والطابعات.
• البحث العلمي: دراسة التفاعلات الذرية والتحليل الطيفي.

مقارنة سريعة
الضوء العادي غير متماسك ومتعدد الألوان وينتشر في كل الاتجاهات، أما شعاع الليزر فمتماسك وأحادي اللون واتجاهي، ولهذا يستطيع حمل طاقة مركزة لمسافات بعيدة.

تقييم سريع
1- ما الفرق بين الانبعاث التلقائي والانبعاث المستحث؟
2- لماذا يلزم الإسكان المعكوس لعمل الليزر؟
3- اذكر ثلاثة تطبيقات لليزر في الطب والصناعة والاتصالات.