اقرأ في هذا المقال
الليزر من البلورات والزجاج والغازات
يمكن أن تولد البلورات والزجاج وأشباه الموصلات والغازات والسوائل وشعاع الإلكترونات عالية الطاقة وحتى الجيلاتين المشبع بمواد تناسب أشعة الليزر، ففي الطبيعة يمكن للغازات الساخنة بالقرب من النجوم الساطعة أن تولد انبعاثًا محفزًا قويًا بترددات الميكروويف، على الرغم من أن هذه السحب الغازية تفتقر إلى تجاويف الرنين، لذلك لا تنتج أشعة.
في ليزرات الكريستال والزجاج مثل ليزر الياقوت الأول في ميمان يكون الضوء من مصدر خارجي يثير الذرات، والمعروفة باسم الإشابة (dopants) وهي عملية لتحويل شبه الموصلات من شبه موصلات داخلية الى شبة موصلات خارجية، حيث تمت إضافتها إلى مادة مضيفة بتركيزات منخفضة.
تشمل الأمثلة الهامة الزجاج والبلورات المشبعة بعنصر النيوديميوم النادر في الأرض والزجاج المغطى بالإربيوم أو الإيتيربيوم، والتي يمكن سحبها إلى ألياف لاستخدامها كألياف ضوئية أو مضخمات، كما يمكن لذرات التيتانيوم المخدرة في الياقوت الاصطناعي أن تولد انبعاثًا محفزًا عبر نطاق واسع بشكلٍ استثنائي وتستخدم في أشعة الليزر القابلة للضبط بطول الموجة.
يمكن أن تعمل العديد من الغازات المختلفة كوسائط ليزر، يحتوي ليزر الهيليوم–النيون الشائع على كمية صغيرة من النيون وكمية أكبر بكثير من الهيليوم، حيث تلتقط ذرات الهيليوم الطاقة من الإلكترونات التي تمر عبر الغاز وتحوله إلى ذرات النيون التي تنبعث منها الضوء.
تنبعث أشعة ليزر الهليوم-نيون المعروفة ضوءًا أحمر، ولكن يمكن أيضًا تصنيعها لإصدار ضوء أصفر أو برتقالي أو أخضر أو الأشعة تحت الحمراء؛ وذلك نتيجة القوى النموذجية في نطاق الميلي واط، ويمكن لذرات الأرجون والكريبتون التي تم تجريدها من إلكترون أو إلكترونين أن تولد ملي واط إلى واط من ضوء الليزر عند الأطوال الموجية المرئية والأشعة فوق البنفسجية.
إلى جانب ذلك فإن أقوى ليزر غاز تجاري هو ليزر ثاني أكسيد الكربون، والذي يمكن أن يولد كيلووات من الطاقة المستمرة.
ليزر أشباه الموصلات ثنائية الصمام
أكثر أنواع الليزر استخدامًا اليوم هي أشباه الموصلات ثنائية الصمام، التي تصدر ضوءًا مرئيًا أو الأشعة تحت الحمراء عندما يمر تيار كهربائي من خلالها، حيث يحدث الانبعاث في السطح (وصلة الموجب والسالب(P-N Junction)) بين منطقتين تم تخديرهما بمواد مختلفة، كما يمكن أن تعمل الوصلة الثنائية p-n كوسيط ليزر، وتولد انبعاثًا محفزًا، حيث يوفر عمل ليزر إذا كان داخل تجويف مناسب.
تحتوي ليزر أشباه الموصلات التقليدية (Conventional edge-emitting semiconductor lasers) التي تنبعث منها الحواف على مرايا موضوعة على الحواف المقابلة من تقاطع الوصلة الثنائية p-n، لذا يتأرجح الضوء في مستوى الوصلة، كما أن الليزر الذي ينبعث منه تجويف رأسي (VCSELs) له مرايا أعلى وأسفل تقاطع p-n، لذلك فإن صدى الضوء متعامد على الوصلة، يعتمد الطول الموجي على مركب أشباه الموصلات.
يتم استخدام بعض أنواع الليزر الأخرى في البحث في ليزر الصبغة، حيث أن متوسط الليزر هو سائل يحتوي على جزيئات صبغة عضوية يمكن أن تنبعث منها الضوء على مجموعة من الأطوال الموجية، كما أن تعديل تجويف الليزر يغير أو يضبط طول موجة المخرجات.
الليزر الكيميائي
هو ليزر غاز يولد فيه تفاعل كيميائي الجزيئات المثارة التي تنتج انبعاثًا محفزًا في ليزر الإلكترون الحر، كما أن الانبعاث المحفز من الإلكترونات التي تمر عبر مجال مغناطيسي يتغير دوريًا في الاتجاه والشدة، مما يتسبب في تسريع الإلكترونات وإطلاق طاقة الضوء.
نظرًا لأن الإلكترونات لا تنتقل بين مستويات طاقة محددة بشكلٍ جيد، يتساءل بعض المتخصصين عما إذا كان يجب تسمية ليزر الإلكترون الحر بالليزر، لكن التسمية عالقة اعتمادًا على طاقة شعاع الإلكترون والتغيرات في المجال المغناطيسي، حيث يمكن ضبط ليزرات الإلكترون الحر عبر مجموعة واسعة من الأطوال الموجية، كما يمكن لكل من الإلكترونات الحرة والليزر الكيميائي أن ينبعث منها قوى عالية.
تقدم الليزر أشعة ضوء متماسكة أحادية اللون يتم التحكم فيها جيدًا وموجهة بدقة، وعلى الرغم من أن أجهزة الليزر تتخذ خيارات سيئة للإضاءة للأغراض العامة إلاّ أنها مثالية لتركيز الضوء في المكان أو الزمان أو أطوال موجية معينة.
على سبيل المثال، تم تقديم العديد من الأشخاص لأول مرة إلى الليزر عن طريق الحفلات الموسيقية في أوائل السبعينيات التي تضمنت عروض ضوء الليزر، حيث عرضت أشعة الليزر المتحركة ذات الألوان المختلفة أنماطًا متغيرة على قباب القبة السماوية أو سقوف قاعة الحفلات الموسيقية أو الغيوم الخارجية.
تطبيقات الليزر
تندرج معظم تطبيقات الليزر ضمن إحدى الفئات العريضة القليلة:
(1) إرسال المعلومات ومعالجتها.
(2) توصيل الطاقة بدقة.
(3) المحاذاة والقياس والتصوير.
تغطي هذه الفئات تطبيقات متنوعة، من توصيل الطاقة الدقيقة للجراحة الدقيقة إلى اللحام الشاق ومن المحاذاة الدنيوية للأسقف المعلقة إلى القياسات المختبرية للخصائص الذرية.
