الشكل (4.1) مخطط لليزر
وحالما يتحقق شرط الانقلاب الحرج يبدأ التذبذب بالنمو من الانبعاث التلقائي, إذ أن الفوتونات المنبعثة تلقائيا التي تسير موازية لمحور التجويف ستبدأ عملية التضخيم, هذا هو أساس المذبذب الليزري أو الليزر. ] زفلتو(2) [
6.1 الخرج الليزري Laser Output
عرفنا مما سبق أن أشعة الليزر تولد داخل تجويف ضوئي رنان بالانعكاسات المتكررة للضوء على سطحي المرآتين العاكستين عند نهايتي هذا التجويف و الذي يحتوى على المادة الفعالة ( قضيب الياقوت على سبيل المثال ). وبالتالي تكون الأشعة محجوزة داخل التجويف، ولغرض الحصول على أشعة الليزر المتكونة في الحجز والاستفادة منها بالصورة المطلوبة يجب أن يتم الآتي :
-1جعل إحدى المرآتين التي في نهايتي التجويف الرنان عاكسة تماماً أي تعكس الضوء الساقط عليها بنسبة 100% ( 100% Reflective ). بينما تكون المرآة التي عند النهاية الأخرى للتجويف الرنان عاكسة جزئـيا
((Partially Reflective.
-2يسمح ذلك التصميم للمرآتين بمرور بعض من أشعة الليزر المتولد داخل التجويف الرنان على هيئة حزمة ضوئية شديدة التركيزBeam ) ( Laser . لها نفس قطر قضيب الياقوت المستخدم .
-3في حالة استخدام قضيب الياقوت كمادة فعالة فيمكن الاستغناء عن المرآتين العاكستين, وذلك بان تطلى إحدى نهايتي القضيب بمادة عازلة للكهرباء مثل فلوريـد المــاغـنسيـوم ( Magnesium Fluride) . أو ثـاني أكسـيد السـير يـوم.( Cerium dioxide ) بينمـا يطـلى السطح الأخـر جزئيـاً, بحيث يمكن مرور حزمة الليزر الناتجة. ]العامري (1)[
7.1 خصائص أشعة الليزر Laser Characteristics
كما هو معروف أن أشعة الليزر هي أشعة مركزة بدرجة عالية, ومما يميزها عن أشعة الضوء أنها أشعة متماسكة, تصل شدتها إلى مليون مرة من شدة شعاع ضوء الشمس الساقط على الأرض وهذا ما يجعلها تتميز بالخصائص الآتية :
* أحادية اللون Monochromaticity
إن هذه الخاصية هي نتيجة السببين الآتيين :
1- من الممكن فقط تضخيم الموجات الكهرومغناطيسية ذات التردد υ المحدد بالمعادلة (1.1).
2- بما أن المرآتين تكونان تجويفا رنانا فالتذبذب يحدث فقط عند الترددات الرنينية لهذا التجويف.
وبالتالي فإن هذه الخاصية تعنى أن جميع الفوتونات المنبعثة لها نفس التردد (اللون). فالضوء الصادر من جسم ساخن أو مصباح يحتوى على جميع الأطوال الموجية ولمدى واسع جدا من الطيف الضوئي. أما الليزر فتكون طاقته في مدى ضيق جدا من الأطوال الموجية وغالبا ما يكون طولها الموجي واحد فقط كما في الجدول الآتي :
الطول الموجي nm اللون الليزر
488.0 أزرق الاركون
514.5 أخضر
530.9 أخضر الكربتون
568.2 أصفر
647.1 أحمر
694.0 أحمر الياقوت
1064.0 تحت الحمراء النيوديوم ياك
10600.0 تحت الحمراء ثاني أكسيد الكربون
* التشاكة Coherence
لأي موجه كهرومغناطيسية من الممكن إدخال مفهومي التشاكة المكاني والتشاكة الزماني.
لتوضيح التشاكة المكاني نتـصور نقطتين P1 و P2 تكونـان عنـد اللحـظة t = c على نفس الجبهة لموجه كهرومغناطيسية. ونفرض أن المجال الكهربي عند هاتين النقطتين E1 (t) و E2 (t) على التوالي. ومن الواضح أن فرق الطور بين هذين المجالين يساوى صفر عند t = 0. فإذا بقى فـرق الطـور صـفر لأي زمـن t > 0 فيقـال أنه يوجد تشـاكة تام بين النقطـتين. وإذا تحقق هذا لأي نقطتين على جبهة الموجه فيقال أن الموجه لها تشاكة مكاني تام. ومن الناحية لكي نحصل على ترابط جيد للطور, لأي نقطة P1 يجب أن تقع النقطة P2 ضمن منطقة محددة حول P1 وفي هذه الحالة يقال أن الموجه لها تشاكة مكاني جزئي.
ولتوضيح التشاكة الزماني نتصور المجال الكهربي للموجه الكهرومغناطيسية عند نقطة معينة P في اللحظة t و τ t + , إذا بقى فرق الطور بين المجالين ثابتا بعد تأخر زمني محدد τ وبقى ثابتا لأي زمن t فيقال أنه يوجد تشاكة زماني خلال الفترة الزمنية τ, وإذا تحقق هذا لأية قيمة لـτ فيقال أن الموجه لها تشاكة زماني تام, أما إذا تحقق هذا لتأخر زمني τ بحيث أن τ0 < τ < 0 فيقال أن الموجه لها تشاكة زماني جزئي بزمن تشاكة يساوي τ0 .
وبالتالي فإن الضوء الاعتيادي الصادر من مصباح أو نار مثلا غير متشاكة, ويكون محتويا على عدد من الأطوال الموجيه المنبعثة إلى مختلف الاتجاهات ولا تتوافق هذه الأمواج مع بعضها في الطور إطلاقا. أما شعاع الليزر فهو شعاع متشاكة وبطول موجي واحد وثابت تنبعث أمواجه جميعها باتجاه واحد.
* الاتجاهية Directionality
إن هذه الخاصية هي نتيجة مباشرة لكون أن المادة الفعالة موضوعة داخل تجويف رنان مثل التجويف المتكون من المرآتين المستويتين المتوازيتين, والحقيقة هي أن تلك الأشعة التي تسير على طول محور التجويف (والتي تسير قريبة منه) وهي التي تطيل البقاء داخل التجويف.
يمكن ملاحظة أن الأشعة المنبعثة من مصباح اليد الصغير منفرجة, إذ يزداد عرض الحزمة كلما ابتعدنا عن المصدر.
أما أشعة الليزر فتكون متوازية ونتيجة لتوازى الأشعة فأن كمية الطاقة المفقودة تكون قليلة جدا, وهذا أحد الأسباب التي جعلت من شعاع الليزر شعاعا ذات طاقة عالية. ] زفلتو(2), ابستن – جوف [(3)
* السطوع Brightness
يعرف سطوع مصدر الموجات الكهرومغناطيسية بأنه القدرة المنبعثة لكل وحدة مساحة من السطح.
إن شدة الشعاع العالية والمركزة في حزمة ذات قطر ضيق لا يتجاوز الواحد مـيلـيمتـر, وهـذه الــشدة نـاتـجة عـن التطـابـق التـام في الطـور بــين المـوجـات
(قمم الموجات فوق بعضها البعض), مما يجعلها مؤثرة جدا عند سقوطها على المواد والكائنات الحية, كما أن تركيز الطاقة المنبعثة في حزمة ضيقة قليلة الانفراج يجعل الشعاع الليزري بشدة عالية. ] زفلتو(2), الانترنت (5) [
8.1 الخلاصة Summary
لكي تعمل أجهزة الليزر لابد من توفر الشروط آلاتية :
1- الوسط الفعال Active Medium
هو مجموعة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات لعنصر أو مركب أو مزيج بحالة صلبة أو سائلة أو غازية، بحيث يكون له عدد من مستويات الطاقة تصلح لأن تتحقق بينها الانتقالات الثلاث وهي الامتصاص والانبعاث التلقائي والانبعاث المحفز والضرورية لانبعاث شعاع الليزر .
2- التوزيع العكسي Population Inversion
شرط ضروري لكي يحدث الانبعاث المستثار ، وهذا الشرط يلزم لتحقيقه ظروف غير اعتيادية توفرها طرائق الضخ والتي سيتم شرحها .
3- المرنان Resonator
وهو الوعاء الحاوي والمنشط لعملية التكبير ، ويجب أن يصمم هذا المرنان بأبعاد معينة تعتمد على الطول الموجي لشعاع الليزر الناتج ، بحيث يكون طول المسار البصري مساوياً لأعداد صحيحة من أنصاف الطول الموجي فيحدث التداخل البناء ونحصل على حزمه من أشعة الليزر المتوازية . ] الإنترنت (5) [
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)