ما هي خصائص أشعة الليزر؟
يختلف ضوء الليزر بشكلٍ عام عن الضوء الآخر في التركيز في شعاع ضيق، كما يقتصر على نطاق ضيق من الأطوال الموجية (غالبًا ما يسمى “أحادي اللون”)، ويتكون من موجات في طور مع بعضها البعض، حيث تنشأ هذه الخصائص من التفاعلات بين عملية الانبعاث المحفز، وتجويف التردد اللاسلكي ووسط الليزر.
ينتج الانبعاث المحفز فوتونًا ثانيًا مطابقًا للفوتون الذي حفز الانبعاث، وبالتالي فإن الفوتون الجديد له نفس المرحلة وطول الموجة والاتجاه، أي أن الاثنين متماسكان فيما يتعلق ببعضهما البعض، مع وجود قمم ووديان في الطور.
يمكن لكل من الفوتون الأصلي والجديد تحفيز انبعاث الفوتونات المتطابقة الأخرى، كما أن تمرير الضوء ذهابًا وإيابًا من خلال تجويف رنان يعزز هذا التوحيد، مع درجة التماسك وضيق الشعاع اعتمادًا على تصميم الليزر.
على الرغم من أن الليزر المرئي ينتج ما يشبه نقطة ضوء على الجدار المقابل للغرفة، إلاّ أن محاذاة أو تصادم الحزمة ليست مثالية، كما يعتمد مدى انتشار الحزمة على كل من المسافة بين مرايا الليزر والانحراف، مما يؤدي إلى تشتيت الضوء عند حافة فتحة العدسة.
الحيود/ الانحراف يتناسب مع طول موجة الليزر مقسومًا على حجم الفتحة المنبعثة؛ فكلما كانت الفتحة أكبر، كلما انتشر الشعاع بشكلٍ أبطأ.
ينبعث ليزر نيليوم نيون أحمر من فتحة بقطر مليمتر واحد بطول موجة 0.633 ميكرومتر، مما يولد شعاعًا يختلف بزاوية حوالي 0.057 درجة أو ميلليراديان واحد(هي وحدة مشتقة من النظام الدولي للوحدات (SI) لقياس الزاوية والتي يتم تعريفها على أنها جزء من الألف راديان (0.001 راديان)).
ستنتج مثل هذه الزاوية الصغيرة من الاختلاف بقعة متر واحد على مسافة كيلومتر واحد، وفي المقابل سينتج شعاع مصباح يدوي نموذجي بقعة مماثلة متر واحد في غضون بضعة أمتار، ومع ذلك لا تنتج جميع أشعة الليزر حزمًا ضيقة.
كما يصدر ليزر أشباه الموصلات ضوءًا بالقرب من الطول الموجي الميكروميتر من فتحة ذات حجم مماثل، لذا فإن تباعدها يبلغ 20 درجة أو أكثر، وهناك حاجة إلى البصريات الخارجية لتركيز حزمها.
يمكن أن يولد الليزر أشعة نبضية أو مستمرة، بمتوسط قدرة تتراوح من ميكروبات إلى أكثر من مليون واط في أقوى ليزر تجريبي.
يسمى الليزر بالموجة المستمرة إذا كان انتاجه ثابتًا خلال فترة ثانية أو أكثر، أحد الأمثلة هو الشعاع الأحمر الثابت من مؤشر الليزر، كما تركز أشعة الليزر النبضية طاقتها الإنتاجية إلى سلسلة نبضات موجزة عالية الطاقة.
يمكن لهذه الليزرات إطلاق نبضات مفردة أو سلسلة من النبضات على فترات منتظمة ويمكن أن تكون الطاقة اللحظية عالية للغاية في ذروة نبضة قصيرة جدًا، كما أنتجت ليزر المختبر طاقة ذروة تتجاوز 1015 واط لفترات تبلغ حوالي 10−12 ثانية.
يكون ضغط النبضات لمدة قصيرة للغاية، حوالي 5 فمتو ثانية (5 × 10−15ثانية) في التجارب المعملية؛ وذلك من أجل “تجميد” الإجراء أثناء الأحداث التي تحدث بسرعة كبيرة، مثل مراحل التفاعلات الكيميائية، ويمكن أيضًا تركيز نبضات الليزر على تركيز القوى العالية على البقع الصغيرة، مثلما يركز المكبر ضوء الشمس على بقعة صغيرة لإشعال قطعة من الورق.
