1234729512521617293434334345125216729

توليد أشعة الليزر ـ وجهاز ليزر الياقوت ، Generating a laser beam

ملاحظة : يحتوي هذا الموقع على أكثر من 200 كتاب فيزياء إلكتروني pdf ـ يمكن الوصول إليها من صفحة كتب الفيزياء
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ملاحظة مهمة / يوجد في هذا الموقع عشرة (10) كتب في فيزياء الليزر وهي ضمن كتب الفيزياء الإشعاعية في صفحة كتب الفيزياء
أشعـــــة الليــــــزر ـ وجهاز ليزر الياقوت
أشعـــــة الليــــــزر ـ وجهاز ليزر الياقوت
* فكرة الحصول عليها: تعتمد على الانبعاث المستحث للإشعاع .
*كيف تم اكتشافها: تنبأ العالم انشتاين بأنه يمكن تضخيم الضوء كما يضخم الصوت وفي عام 1954م تم تطوير جهاز لتضخيم الأمواج القصيرة غير المرئية (الميكروية ) ، سميت هذه الأشعة المضخمة بأشعة الميزر .
معنى الميزر: هي الأحرف الأولى لعبارة بالإنجليزية معناها تكبير الموجات القصيرة غير المرئية (الميكروية)  بواسطة الانبعاث المستحث للإشعاع .
استطاع العالم ثيودور ميمان عام 1960 م من تصميم أول جهاز لتضخيم الأمواج الضوئية المرئية مستخدما بلورة الياقوت . وتسمى الأشعة المرئية المضخمة بأشعة الليزر .
 معنى الليزر: هي الأحرف الأولى لعبارة بالإنجليزية معناها تضخيم الضوء المرئي بواسطة الانبعاث المستحث للإشعاع.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ملاحظة: للذرة مستويات طاقة أدناها هو مستوى الطاقة الأرضي (طا1) وتكون الذرة فيه مستقرة ويليه مستويات الطاقة (طا2، طا3،...)وتكون هذه المستويات للذرة غير مستقرة (أي مثارة )
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مبدأ توليد أشعة الليزر
تتفاعل المادة مع الإشعاع الساقط عليها بثلاث عمليات أساسية (وهذه العمليات هي مبدأ توليد أشعة الليزر) هي :


                                                                                                             
1ـ الامتصاص المستحث : عند قذف ذرة وهي في حالة مستقرة (طا1) بفوتون ضوئي طاقته تساوي الفرق في الطاقة بين المستويين  (hf= طا2- طا1) فإن الذرة تمتص طاقة الفوتون مما يؤدي إلى انتقال الإلكترون من مستوى الطاقة  (طا1)إلى المستوى (طا2)( أي أن الذرة تصبح مثارة) تسمى هذه العملية بالامتصاص المستحث.
كيفية توليد أشعة ليزر الياقوت ـ وجهاز ليزر الياقوت
*تعريف الامتصاص المستحث : هي عملية امتصاص الذرة لطاقة فوتونات ضوئية تكفي لنقل بعض الكتروناتها من مستوى الطاقة الأرضي إلى مستويات طاقة أعلى .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
2ـ الانبعاث التلقائي(الطبيعي): عندما تعود الذرة من الحالة المثارة في المستوى(طا2) إلى حالتها المستقرة في مستوى الطاقة (طا1) من تلقاء نفسها فإنها تبعث بالطاقة التي امتصتها عند إثارتها على شكل إشعاع ضوئي يتميز بأن  
1ـ له نفس تردد الفوتونات الساقطة (الفوتونات المسببة للإثارة)
2ـ أما التردد والطورللفوتونات المنبعثة  فهما غير محددين(قد تكون متفقة أو مختلفة)
كيفية توليد أشعة ليزر الياقوت ـ وجهاز ليزر الياقوت الانبعاث التلقائي3ـ تكون هذه الأشعة في اتجاهات مختلفة مثل الأشعة المنبعثة من
 المصابيح الكهربائية (علل) لأن كل ذرة تبعث بأشعتها بشكل مستقل عن الأخرى وتكون هذه الأشعة منتشرة في اتجاهات مختلفة
*تعريف الانبعاث التلقائي: هي عملية انبعاث الأشعة من الذرات المثارة عند عودتها إلى حالتها المستقرة في مستوى طاقة أدنى بصورة تلقائية ( أي دون مؤثر خارجي يؤثر عليها) 
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
3ـ الانبعاث المستحث: عند قذف ذرة مثارة في مستوى الطاقة (طا2) بفوتون طاقته ( hf= طا2- طا1) فإنه يدفع الذرة (أي يحثها بالقوة)على الانتقال إلى المستوى الأرضي (طا1) وينتج عن ذلك انبعاث فوتون آخر (أي غير الساقط) يكون له نفس طاقة وطور واتجاه الفوتون الساقط.
توليد أشعة الليزر
وهذا الانبعاث هو أساس توليد أشعة الليزر.
تعريف الانبعاث المستحث:عبارة عن عملية حث إلكترون في مستوى
                               مثار على العودة إلى المستوى الأرضي .
*ملاحظة: لا يحدث الانبعاث المستحث في الطبيعة وإنما تنبأ بحدوثه أينشتاين إذا توفرت شروط وخصائص معينة في مستويات الطاقة لذرات أو جزيئات عنصر معين ومن هذه الخصائص هو أن هنالك  مستويات شبه مستقرة للذرات
ومن هذه الشروط اللازم توفرها :
1ـ أن يكون عدد الذرات المثارة في مستوى الطاقة (طا2) أكبر من عدد الذرات في المستوى الأرضي   (طا1) ( الاستيطان العكسي ).
      ولتحقيق ذلك يجب أن يكون المستوى(طا2) شبه مستقر (أي تستطيع الذرات الاستقرار فيه  مدة زمنية أطول نسبياً (علل)وذلك حتى تتراكم الإلكترونات في هذا المستوى لفترة زمنية تكفي لحدوث عملية توليد أشعة الليزر) ويسمى تواجد الذرات في المستوى المثار(طا2) بالاستيطان العكسي (علل) لأنه عكس الاستيطان الطبيعي الذي يحدث في المستوى الأرضي (طا1) .
2ـ إجراء ترتيبات معينة تجعل خروج معظم الفوتونات متفقة في الطور والتردد والاتجاه.
س: ما المبدأ الذي يقوم عليه توليد الأشعة الليزرية.   وزراي (2004ـ 2005م)
جـ : مبدأ توليد أشعة الليزر هو : 1 ـ الامتصاص المستحث  2 ـ الانبعاث التلقائي  3 ـ الانبعاث المستحث
* تعريف الاستيطان العكسي : هو عملية زيادة عدد الإلكترونات في مستوى الطاقة(طا2) عن عددها في المستوى (طا1) .
* من الذرات التي تتمتع بمستويات شبه مستقرة : بلورة الياقوت.



جهاز ليزر الياقوت
ملاحظة: هنالك العديد من أنواع الليزرات منها ليزر الحالة الصلبة والسائلة والغازية ، ويتولد الليزر بأطوال موجية مختلفة .
* تركيب جهاز ليزر الياقوت :
كيفية توليد أشعة ليزر الياقوت ـ وجهاز ليزر الياقوت
1ـ قضيب أسطواني من الياقوت وهو عبارة عن بلورة من أكسيد الألمنيوم AL2O3  طعمت بحوالي 0.05% من مادة الكروم (cr) التي تكسب البلورة اللون الوردي وهي التي تثار وتبعث بأشعة الليزر.
2ـ مصباح الزينون ويكون بشكل حلزوني حول القضيب (علل) حتى يتم الحصول على أكبر كمية من الضوء بغرض إثارة ذرات الكروم لتنتقل من مستوى أدنى إلى مستوى أعلى.
3ـ مرآتان توضعان عند طرفي القضيب إحداهما عاكسة 100% والأخرى عاكسة بحوالي 95% وضيفتهما عكس أشعة الليزر داخل القضيب بهدف حث ذرات أخرى على الانتقال من (طا2) إلى (طا1) .
4ـ مصدر جهد كهربائي عالي التردد.
عمل جهاز ليزر الياقوت


كيفية توليد أشعة ليزر الياقوت ـ وجهاز ليزر الياقوت
تثار ذرات عنصر الكروم بواسطة مصباح الزينون فتنتقل من المستوى الأرضي( طا1) إلى المستوى العلوي المثار (طاً3، طاَ3) وهذان المستويان غير مستقران وزمن عمر كلاً منهما(10-8 ) ثانية أي أن الذرات تمكث
فيه فترة زمنية تكاد لا تذكر.
تنتقل هذه الذرات تلقائياً من (طاً3، طاَ3) إلى مستوى الطاقة (طا1) على مرحلتين هما:
أ ـ تعود الذرات من المستوى(طاً3، طاَ3) إلى المستوى شبه المستقر (طاً2، طاَ2)الذي زمن عمره حوالي (30×10-3 ) ثانية وبذلك يحدث استيطان عكسي للذرات فيه وهذا هو الشرط الأول للحصول على أشعة الليزر.
كيفية توليد أشعة ليزر الياقوت ـ وجهاز ليزر الياقوت
ب ـ تنتقل بعض ذرات الكروم من (طاً2، طاَ2) تلقائياً إلى مستوى الطاقة ( طا1 ) وتبعث بفوتونات في كل الاتجاهات فتتشتت ولا يبقى منها سوى الفوتونات التي تتحرك ذهاباً وإياباً عمودي على مرآتي الجهاز وموازية لمحور اسطوانة قضيب الياقوت .
تعمل هذه الفوتونات المتحركة عمودياً على المرآتين على حث الذرات الموجودة في (طاً2، طاَ2) على العودة إلى (طا1) قبل موعد عودتها تلقائيا مما يؤدي إلى انبعاث فوتونات لها نفس التردد والطور والاتجاه للفوتونات التي قامت بحثها.
ونتيجة لحركة الفوتونات بين المرآتين ذهاباً وإياباً بسبب الانعكاسات على المرآتين فإنها تستحث ذرات أخرى على العودة إلى (طا1) في كل ذهاب وإياب وبذلك يزداد ويتضخم عدد الفوتونات المنبعثة.
  عندما تزداد شدة الحزمة الضوئية إلى حداً معيناً فإنه ينفذ نسبة معينة منها إلى الخارج خلال المرآة العاكسة 95 % ، على شكل حزمة متوازية ذات شدة عالية موحدة التردد ..... (أشعة ليزر) .
الذرات التي انتقلت بالحث من (طا2) إلى المستوى (طا1) يعاد ضخها (إثارتها) إلى المستويين العلويين (طاً3، طاَ3) بواسطة مصباح الزينون ، وهكذا تستمر العملية.
ملاحظة:
1ـ من الشكل المقابل الذي يمثل مستويات الطاقة لعنصر الكروم نلاحظ أن:  1ـ المستوى (طا2) هو عبارة عن مستويين(طاً2، طاَ2) وبالتالي فان الإشعاع الليزري يعطي في الحقيقة طولين موجيين مناظرين للانتقالين التاليين:

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
خصائص أشعة الليزر
1ـ أنها أشعة وحيدة اللون : (علل)
 لأن الفوتونات التي تتكون منها تمتلك نفس كمية الطاقة (hf  ) وبالتالي فإنها تكون متفقة في التردد وفي الطور.
2ـ أنها أشعة مترابطة: (علل) لأن الفوتونات التي تتكون منها متفقة في الطور وهذه الخاصية تجعلها تتداخل فيما بينها تداخل بناء.

3ـ أنها أشعة ذات شدة عالية :(علل) لأن جميع موجاتها تنبعث من مصدرها في حزمة ضيقة مترابطة وذات طاقة عالية.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
استخدامات أشعة الليزر
1ـ في مجال الطب : تستخدم في العمليات الجراحية الدقيقة كعمليات جراحة العيون أو الجملة العصبية وفي التشخيص والعلاج ويستخدم ليزر الياقوت في إزالة الوشم من الجلد والبقع السوداء من جلد المسنين.
2ـ في مجال الصناعة : تستخدم في عمليات قص وثقب المعادن وتشكيلها وشق الأنفاق وحفر المناجم بفضل قدرتها على تليين الصخور الصلبة وتفتيتها مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون.
3ـ في مجال الملاحة الجوية : إذ تزود الطائرات بأجهزة قادرة على استقبال إشارات الليزر الصادرة من الأرض لتحديد أهدافها.
4ـ في مجال الاتصالات ونقل المعلومات والصناعات الحربية ، إذ تصنع أسلحة فتاكة توجه بالليزر فتصيب أهدافها إصابة دقيقة.

5ـ في مجال الأبحاث : تستخدم كأداة دقيقة للحصول على أفضل النتائج ، التي لم يكن الحصول عليها ممكناً بالوسائل التقليدية.  
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
لا تستفيد وترحل ، من فضلك إترك بصمتك
شارك الموضوع مع زملاءك واكتب تعليق بالأسفل وسجل إعجابك بصفحتنا على الفيس بوك ، لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى 
  1. التدوينة التالية
  2. التدوينة السابقة
    blogger
    facebook
جارى التحميل ...

تابعنا على فيسبوك

تابعنا على تويتر

النشرة البريدية