جهاز ليزر الياقوت ـ تركيبه ـ استخداماته
جهاز ليزر الياقوت
ملاحظة: هنالك العديد من أنواع الليزرات منها ليزر الحالة الصلبة والسائلة والغازية ، ويتولد الليزر بأطوال موجية مختلفة .
* تركيب جهاز 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
1ـ 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(10أس8- ) ثانية أي أن الذرات تمكث فيه فترة زمنية تكاد لا تذكر.
2ـ 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 (30×10أس3- ) ثانية وبذلك يحدث استيطان عكسي للذرات فيه وهذا هو الشرط الأول للحصول على أشعة الليزر.
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 .
3ـ 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.
4ـ 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.
5ـ 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) .
6ـ 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:
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
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.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
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.
************************************
شرح درس جهاز ليزر الياقوت بالفيديو
الدرس السابق ... الوحدة التالية
تعليقات