مكونات أجهزة الليزر:
- مصدر ضوئي:
هو الذي يضخ الطاقه للمادة النشطة في جهاز الليزر. مصدر الطاقة الذي يبعثها مرتبطة بنوع الليزر.
هذه المصادر قد تكون كهربائية كما هو الحال في جهاز ارجون ليزر وجهاز ثاني أوكسيد الكربون أو ضوء فلاش في جهاز الصباغي.
- محتويات فراغ جهاز الليزر:
يحتوي جهاز الليزر على أنبوب وعدد من المرايا موجوده عند طرفي الأنبوب حيث تقوم بعكس أشعة الليزر بشدة ومن ثم تزداد شدة الأشعه المنبعثة من المصدر.
الفوتونات التي تمر خلال الأنبوب تنعكس إلى الخلف خلال وسط الليزر.
وفي كل مرة ينعكس فيها الضوء إلى الأمام والخلف بواسطة مرايا خاصة على طرفي الأنبوبة يزداد فيها عدد الذرات لتضخ المزيد من الفوتونات وبالتالي فإن شدة ضوء الليزر يزداد.
في نهاية المرايا يوجد فتحة صغيرة تسمح لنسبة ضئيلة من ضوء الليزر للمرور إلى الخارج خلال ذراع خاص يوجد في نهايته الأداة اليدوية التي يخرج منها ضوء الليزر ليسقط على المنطقة المراد معالجتها.
- مرشد ضوء الليزر:
ضوء الليزر غير مرئي ولذلك يستعمل ضوء خفيف "هيليوم نيون" وهو ذو تأثير ضعيف والهدف منه الإرشاد إلى وضع ضوء الليزر عند المعالجة إذ أن مكان سقوط ضوء هيليوم نيون هو المكان الذي يسقط عليه ضوء الليزر عند المعالجة.
الليزر، وهو جهاز يحفز الذرات أو الجزيئات على انبعاث الضوء عند أطوال موجية معينة ويضخم ذلك الضوء، وينتج عادة شعاعًا ضيقًا جدًا من الإشعاع.
يغطي البث عمومًا نطاقًا محدودًا للغاية من الأطوال الموجية المرئية أو بالأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية.
تم تطوير العديد من أنواع الليزر المختلفة، مع خصائص متنوعة للغاية.
الليزر هو اختصار لـ "تضخيم الضوء من خلال انبعاث الإشعاع المحفز".
الليزر هو ثمرة اقتراح قدمه ألبرت آينشتاين في عام 1916 بأنه في ظل الظروف المناسبة يمكن للذرات إطلاق طاقة زائدة كضوء - إما بشكل عفوي أو عند تحفيزها بالضوء.
لاحظ الفيزيائي الألماني رودولف فالتر لادنبرغ لأول مرة انبعاثًا محفزًا في عام 1928، على الرغم من أنه في ذلك الوقت بدا أنه ليس له استخدام عملي.
في عام 1951، فكر تشارلز تاونز، ثم في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك، في طريقة لتوليد انبعاث محفز على ترددات الموجات الدقيقة.
في نهاية عام 1953، أظهر جهازًا يعمل يركز على جزيئات الأمونيا في تجويف الميكروويف الرناني، حيث ينبعث منها تردد ميكروويف نقي.
سمى تاونز الجهاز بأنه جهاز "لتضخيم الميكروويف عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز".
ألكسندر ميخائيلوفيتش بروخوروف ونيكولاي جيناديفيتش باسوف من P.N.
وصف معهد ليبيديف الفيزيائي في موسكو بشكل مستقل نظرية عملية الماسر.
لعملهم الثلاثة شاركوا في جائزة نوبل للفيزياء لعام 1964.
تبع ذلك اندفاع مكثف لأبحاث الماسر في منتصف الخمسينيات، لكن الماسرات وجدوا فقط مجموعة محدودة من التطبيقات مثل مضخمات الميكروويف منخفضة الضوضاء والساعات الذرية.
في عام 1957، اقترح تاونز على شقيق زوجته وطالب ما بعد الدكتوراه السابق في جامعة كولومبيا، آرثر شوالو (ثم في مختبرات بيل)، أن يحاولوا تمديد عمل الماسر إلى أطوال موجية أقصر بكثير من الأشعة تحت الحمراء أو الضوء المرئي.
كما أجرت تاونز مناقشات مع طالب دراسات عليا في جامعة كولومبيا، جوردون جولد، الذي طور بسرعة أفكاره الخاصة بالليزر.
نشرت Townes and Schawlow أفكارهما حول "ماسح ضوئي" في ورقة بحثية في عدد 15 ديسمبر 1958، من مجلة Physical Review.
وفي الوقت نفسه، صاغ جولد كلمة ليزر وكتب طلب براءة اختراع.
وهكذا أصبحت مسألة ما إذا كان ينبغي أن يُنسب إلى Townes أو Gould على أنها "مخترع" الليزر، الأمر الذي أثار جدلاً حادًا وأدى إلى سنوات من التقاضي.
في النهاية، حصل غولد على سلسلة من أربع براءات اختراع ابتداء من عام 1977 والتي أكسبته ملايين الدولارات من الإتاوات.
دفع اقتراح Townes-Schawlow عدة مجموعات إلى محاولة بناء ليزر.
أصبح اقتراح غولد الأساس لعقد عسكري سري.
جاء النجاح أولاً لثيودور ميمان، الذي اتخذ نهجًا مختلفًا في مختبرات هيوز للأبحاث في ماليبو، كاليفورنيا.
أطلق نبضات مشرقة من مصباح فلاش المصور لإثارة ذرات الكروم في بلورة من الياقوت الاصطناعي، وهي مادة اختارها لأنه درس بعناية كيف يمتص ويبعث الضوء ويحسب أنه يجب أن يعمل كليزر.
في 16 مايو 1960، أنتج نبضات حمراء من قضيب ياقوتي بحجم طرف الإصبع.
في ديسمبر 1960، قام علي جافان وويليام بينيت جونيور ودونالد هيريوت في مختبرات Bell Labs ببناء أول ليزر غاز، والذي أنتج شعاعًا مستمرًا بالأشعة تحت الحمراء من خليط من الهليوم والنيون.
في عام 1962 قام روبرت ن. هول وزملاؤه في مركز جنرال إلكتريك للبحث والتطوير في شينيكتادي، نيويورك، بعمل أول ليزر أشباه الموصلات.
بينما سرعان ما لفتت أشعة الليزر خيال الجمهور، ربما بسبب تشابهها مع "أشعة الحرارة" للخيال العلمي، استغرق تطوير التطبيقات العملية سنوات.
فيزيائي شاب يدعى Irnee D’Haenens، أثناء العمل مع Maiman على ليزر الياقوت، قال مازحا أن الجهاز كان "حلا يبحث عن مشكلة"، وأن الخط بقي في مجتمع الليزر لسنوات عديدة.
توقعت تاونز وشاولو استخدام أشعة الليزر في البحث الأساسي وإرسال إشارات عبر الهواء أو الفضاء.
تصورت جولد أشعة أقوى قادرة على قطع وحفر العديد من المواد.
جاء نجاح مبكر رئيسي في أواخر عام 1963 عندما استخدم باحثان في جامعة ميشيغان، إيميت ليث وجوريس أوباتنيكس، الليزر لصنع أول ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد (انظر التصوير المجسم).
كانت ليزر هيليوم نيون هي أول ليزر له تطبيقات تجارية واسعة.
لأنه يمكن تعديلها لتوليد شعاع أحمر مرئي بدلاً من شعاع الأشعة تحت الحمراء، وجدوا استخدامًا فوريًا لإسقاط الخطوط المستقيمة للمحاذاة والمسح والبناء والري.
سرعان ما استخدم جراحو العيون نبضات من أشعة الليزر الياقوتية لحام الشبكية المنفصلة في مكانها دون قطع في العين.
كان أول تطبيق واسع النطاق للليزر هو ماسح الليزر للخروج الآلي في محلات السوبر ماركت ، والذي تم تطويره في منتصف السبعينيات وأصبح شائعًا بعد بضع سنوات.
وسرعان ما تبع ذلك مشغلات الأقراص المدمجة وطابعات الليزر لأجهزة الكمبيوتر الشخصية.
أصبح الليزر أدوات قياسية في تطبيقات متنوعة.
تبرز مؤشرات الليزر نقاط العرض في قاعات المحاضرات، ويوجه مصممو الهدف بالليزر القنابل الذكية إلى أهدافهم.
يعمل الليزر على لحام شفرات الحلاقة، وكتابة أنماط على الأشياء في خطوط الإنتاج دون لمسها، وإزالة الشعر غير المرغوب فيه، والوشم المبيض.
حددت أجهزة ضبط المدى بالليزر في مجسات الفضاء ملامح سطح المريخ والكويكب إيروس بتفاصيل غير مسبوقة.
في المختبر، ساعدت الليزر علماء الفيزياء على تبريد الذرات إلى جزء صغير من درجة الصفر المطلق.
- مصدر ضوئي:
هو الذي يضخ الطاقه للمادة النشطة في جهاز الليزر. مصدر الطاقة الذي يبعثها مرتبطة بنوع الليزر.
هذه المصادر قد تكون كهربائية كما هو الحال في جهاز ارجون ليزر وجهاز ثاني أوكسيد الكربون أو ضوء فلاش في جهاز الصباغي.
- محتويات فراغ جهاز الليزر:
يحتوي جهاز الليزر على أنبوب وعدد من المرايا موجوده عند طرفي الأنبوب حيث تقوم بعكس أشعة الليزر بشدة ومن ثم تزداد شدة الأشعه المنبعثة من المصدر.
الفوتونات التي تمر خلال الأنبوب تنعكس إلى الخلف خلال وسط الليزر.
وفي كل مرة ينعكس فيها الضوء إلى الأمام والخلف بواسطة مرايا خاصة على طرفي الأنبوبة يزداد فيها عدد الذرات لتضخ المزيد من الفوتونات وبالتالي فإن شدة ضوء الليزر يزداد.
في نهاية المرايا يوجد فتحة صغيرة تسمح لنسبة ضئيلة من ضوء الليزر للمرور إلى الخارج خلال ذراع خاص يوجد في نهايته الأداة اليدوية التي يخرج منها ضوء الليزر ليسقط على المنطقة المراد معالجتها.
- مرشد ضوء الليزر:
ضوء الليزر غير مرئي ولذلك يستعمل ضوء خفيف "هيليوم نيون" وهو ذو تأثير ضعيف والهدف منه الإرشاد إلى وضع ضوء الليزر عند المعالجة إذ أن مكان سقوط ضوء هيليوم نيون هو المكان الذي يسقط عليه ضوء الليزر عند المعالجة.
الليزر، وهو جهاز يحفز الذرات أو الجزيئات على انبعاث الضوء عند أطوال موجية معينة ويضخم ذلك الضوء، وينتج عادة شعاعًا ضيقًا جدًا من الإشعاع.
يغطي البث عمومًا نطاقًا محدودًا للغاية من الأطوال الموجية المرئية أو بالأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية.
تم تطوير العديد من أنواع الليزر المختلفة، مع خصائص متنوعة للغاية.
الليزر هو اختصار لـ "تضخيم الضوء من خلال انبعاث الإشعاع المحفز".
الليزر هو ثمرة اقتراح قدمه ألبرت آينشتاين في عام 1916 بأنه في ظل الظروف المناسبة يمكن للذرات إطلاق طاقة زائدة كضوء - إما بشكل عفوي أو عند تحفيزها بالضوء.
لاحظ الفيزيائي الألماني رودولف فالتر لادنبرغ لأول مرة انبعاثًا محفزًا في عام 1928، على الرغم من أنه في ذلك الوقت بدا أنه ليس له استخدام عملي.
في عام 1951، فكر تشارلز تاونز، ثم في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك، في طريقة لتوليد انبعاث محفز على ترددات الموجات الدقيقة.
في نهاية عام 1953، أظهر جهازًا يعمل يركز على جزيئات الأمونيا في تجويف الميكروويف الرناني، حيث ينبعث منها تردد ميكروويف نقي.
سمى تاونز الجهاز بأنه جهاز "لتضخيم الميكروويف عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز".
ألكسندر ميخائيلوفيتش بروخوروف ونيكولاي جيناديفيتش باسوف من P.N.
وصف معهد ليبيديف الفيزيائي في موسكو بشكل مستقل نظرية عملية الماسر.
لعملهم الثلاثة شاركوا في جائزة نوبل للفيزياء لعام 1964.
تبع ذلك اندفاع مكثف لأبحاث الماسر في منتصف الخمسينيات، لكن الماسرات وجدوا فقط مجموعة محدودة من التطبيقات مثل مضخمات الميكروويف منخفضة الضوضاء والساعات الذرية.
في عام 1957، اقترح تاونز على شقيق زوجته وطالب ما بعد الدكتوراه السابق في جامعة كولومبيا، آرثر شوالو (ثم في مختبرات بيل)، أن يحاولوا تمديد عمل الماسر إلى أطوال موجية أقصر بكثير من الأشعة تحت الحمراء أو الضوء المرئي.
كما أجرت تاونز مناقشات مع طالب دراسات عليا في جامعة كولومبيا، جوردون جولد، الذي طور بسرعة أفكاره الخاصة بالليزر.
نشرت Townes and Schawlow أفكارهما حول "ماسح ضوئي" في ورقة بحثية في عدد 15 ديسمبر 1958، من مجلة Physical Review.
وفي الوقت نفسه، صاغ جولد كلمة ليزر وكتب طلب براءة اختراع.
وهكذا أصبحت مسألة ما إذا كان ينبغي أن يُنسب إلى Townes أو Gould على أنها "مخترع" الليزر، الأمر الذي أثار جدلاً حادًا وأدى إلى سنوات من التقاضي.
في النهاية، حصل غولد على سلسلة من أربع براءات اختراع ابتداء من عام 1977 والتي أكسبته ملايين الدولارات من الإتاوات.
دفع اقتراح Townes-Schawlow عدة مجموعات إلى محاولة بناء ليزر.
أصبح اقتراح غولد الأساس لعقد عسكري سري.
جاء النجاح أولاً لثيودور ميمان، الذي اتخذ نهجًا مختلفًا في مختبرات هيوز للأبحاث في ماليبو، كاليفورنيا.
أطلق نبضات مشرقة من مصباح فلاش المصور لإثارة ذرات الكروم في بلورة من الياقوت الاصطناعي، وهي مادة اختارها لأنه درس بعناية كيف يمتص ويبعث الضوء ويحسب أنه يجب أن يعمل كليزر.
في 16 مايو 1960، أنتج نبضات حمراء من قضيب ياقوتي بحجم طرف الإصبع.
في ديسمبر 1960، قام علي جافان وويليام بينيت جونيور ودونالد هيريوت في مختبرات Bell Labs ببناء أول ليزر غاز، والذي أنتج شعاعًا مستمرًا بالأشعة تحت الحمراء من خليط من الهليوم والنيون.
في عام 1962 قام روبرت ن. هول وزملاؤه في مركز جنرال إلكتريك للبحث والتطوير في شينيكتادي، نيويورك، بعمل أول ليزر أشباه الموصلات.
بينما سرعان ما لفتت أشعة الليزر خيال الجمهور، ربما بسبب تشابهها مع "أشعة الحرارة" للخيال العلمي، استغرق تطوير التطبيقات العملية سنوات.
فيزيائي شاب يدعى Irnee D’Haenens، أثناء العمل مع Maiman على ليزر الياقوت، قال مازحا أن الجهاز كان "حلا يبحث عن مشكلة"، وأن الخط بقي في مجتمع الليزر لسنوات عديدة.
توقعت تاونز وشاولو استخدام أشعة الليزر في البحث الأساسي وإرسال إشارات عبر الهواء أو الفضاء.
تصورت جولد أشعة أقوى قادرة على قطع وحفر العديد من المواد.
جاء نجاح مبكر رئيسي في أواخر عام 1963 عندما استخدم باحثان في جامعة ميشيغان، إيميت ليث وجوريس أوباتنيكس، الليزر لصنع أول ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد (انظر التصوير المجسم).
كانت ليزر هيليوم نيون هي أول ليزر له تطبيقات تجارية واسعة.
لأنه يمكن تعديلها لتوليد شعاع أحمر مرئي بدلاً من شعاع الأشعة تحت الحمراء، وجدوا استخدامًا فوريًا لإسقاط الخطوط المستقيمة للمحاذاة والمسح والبناء والري.
سرعان ما استخدم جراحو العيون نبضات من أشعة الليزر الياقوتية لحام الشبكية المنفصلة في مكانها دون قطع في العين.
كان أول تطبيق واسع النطاق للليزر هو ماسح الليزر للخروج الآلي في محلات السوبر ماركت ، والذي تم تطويره في منتصف السبعينيات وأصبح شائعًا بعد بضع سنوات.
وسرعان ما تبع ذلك مشغلات الأقراص المدمجة وطابعات الليزر لأجهزة الكمبيوتر الشخصية.
أصبح الليزر أدوات قياسية في تطبيقات متنوعة.
تبرز مؤشرات الليزر نقاط العرض في قاعات المحاضرات، ويوجه مصممو الهدف بالليزر القنابل الذكية إلى أهدافهم.
يعمل الليزر على لحام شفرات الحلاقة، وكتابة أنماط على الأشياء في خطوط الإنتاج دون لمسها، وإزالة الشعر غير المرغوب فيه، والوشم المبيض.
حددت أجهزة ضبط المدى بالليزر في مجسات الفضاء ملامح سطح المريخ والكويكب إيروس بتفاصيل غير مسبوقة.
في المختبر، ساعدت الليزر علماء الفيزياء على تبريد الذرات إلى جزء صغير من درجة الصفر المطلق.
