مفهوم الليزر
هو جهاز يُحفز 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، حيث تم تطوير العديد من أنواع الليزر المختلفة، مع خصائص متنوعة للغاية، فالليزر هو اختصار لـ “تضخيم الضوء من خلال انبعاث الإشعاع المحفز”.
تاريخ اكتشاف الليزر
الليزر هو ثمرة اقتراح قدمه ألبرت آينشتاين في عام 1916، حيث أنه وفي ظل الظروف المناسبة يمكن للذرات إطلاق طاقة زائدة كضوء – إما بشكل تلقائي أو عند تحفيزها بالضوء.
لاحظ الفيزيائي الألماني رودولف فالتر لادنبرغ لأول مرة انبعاثًا محفزًا في عام 1928، على الرغم من أنه في ذلك الوقت لم يكن له أية استخدامٍ عملي.
وفي عام 1951 فكر تشارلز تاونز في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك، في طريقة لتوليد انبعاث محفز على ترددات الموجات الدقيقة، وفي نهاية عام 1953، أظهر جهازًا يُركز على “متحمس” جزيئات الأمونيا في تجويف الميكروويف الرناني، حيث ينبعث منها تردد ميكروويف نقي سُمي بجهاز “التضخيم للميكروويف عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز”.
ألكسندر ميخائيلوفيتش بروخوروف ونيكولاي جينادييفيتش باسوف من معهد ليبيديف الفيزيائي في موسكو بشكلٍ مستقل في نظرية عملية الليزر (maser operation)، لعملهم الثلاثة، حيث شاركوا في جائزة نوبل للفيزياء لعام 1964، كما تبع ذلك اندفاع مكثف لأبحاث الليزر في منتصف الخمسينيات، لكن باحثي الليزر وجدوا فقط مجموعة محدودة من التطبيقات مثل مضخمات الميكروويف منخفضة الضوضاء والساعات الذرية.
في عام 1957، اقترح تاونز على شقيق زوجته وطالب ما بعد الدكتوراة السابق في جامعة كولومبيا، آرثر ل. شاولو (ثم في مختبرات بيل) أن يحاولوا تمديد عمل الليزر 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، كما 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 يجب أن يُنسب إلى Townes أو Gould على أنها “مخترع” الليزر، الأمر الذي أثار جدلاً حادًا وأدى إلى سنوات من التقاضي، وفي النهاية، حصل غولد على سلسلة من أربع براءات اختراع ابتداء من عام 1977 والتي أكسبته ملايين الدولارات.
دفع اقتراح Townes-Schawlow عدة مجموعات إلى محاولة بناء الليزر، أصبح اقتراح غولد الأساس لعقد عسكري سري، حيث 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 كيفية امتصاص الضوء وانبعاثه وحسب أنه يجب أن يعمل كليزر.
في 16 مايو 1960، أنتج نبضات حمراء من قضيب ياقوتي بحجم طرف الإصبع، في ديسمبر 1960، حيث 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 الهيليوموالنيون.
توقعت تاونز وشاولو استخدام أشعة الليزر في البحث الأساسي وإرسال اشارات 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 لييث وجوريس أوباتنيكس، الليزر لصنع أول تصوير تجسيمي ثلاثي الأبعاد.
استخدامات الليزر
كانت ليزر هيليوم نيون أول ليزر له تطبيقات تجارية واسعة، لأنه يمكن تعديلها لإنشاء شعاع أحمر مرئي بدلاً من شعاع الأشعة تحت الحمراء، حيث 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 لليزر هو ماسح الليزر للخروج الآلي والمُستخدم في العديد من المحلات التجارية، والذي تم تطويره يصبح يُستخدم بشكلٍ كبير، ومع استمرار الدراسات والأبحاث تطور ليصبح يضم 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، حيث يُلحم الليزر شفرات الحلاقة، ويكتب أنماطًا على الأشياء في خطوط الإنتاج دون لمسها، ويزيل الشعر غير المرغوب فيه.
حددت أجهزة ضبط المسافة بالليزر في المسابر الفضائية ملامح سطح المريخ، والكويكب إيروس بتفاصيل غير مسبوقة في المختبر، حيث ساعدت الليزر علماء الفيزياء على تبريد الذرات إلى جزء صغير من درجة الصفر المطلق.
