مبدأ عمل الليزر الأخضر

October 28, 2024
آخر أخبار الشركة مبدأ عمل الليزر الأخضر

يتم استخدام الليزر في مجموعة واسعة من المنتجات والتقنيات، والتنوع مذهل. من مشغلات الأقراص المضغوطة،يبدو أن كل شيء لديه ليزر في ظلهولكن ما هو بالضبط الليزر؟ ما هو الفرق بين شعاع الليزر وشعاع المصباح اليدوي؟

مركز أبحاث ناسا لانجلي
جهاز اختبار عتبة الضرر البصري يحتوي على ثلاثة أشعة ليزر: النيوديميوم-اليترميوم الألومنيوم النابض عالي الطاقة
ليزر الجرانيت و ليزر التيتانيوم و ليزر الهي

مركز أبحاث ناسا لانجلي
جهاز اختبار عتبة الضرر البصري يحتوي على ثلاثة أشعة ليزر: النيوديميوم-اليترميوم الألومنيوم النابض عالي الطاقة
ليزر الجرانيت و ليزر التيتانيوم و ليزر الهي

هناك فقط حوالي 100 ذرة مختلفة في الكون بأكمله كل ما نراه يتكون من أكثر من 100 ذرةطريقة ترتيب هذه الذرات فيما بينها تحدد ما إذا كان الجسم الذي يتشكل كأس من الماء، قطعة من المعدن، أو الرغوة في زجاجة صودا!

الذرات في حركة دائمة. إنها تهتز وتتحرك وتدور باستمرار، وحتى الذرات التي تشكل مقاعدنا في حركة مستمرة.الذرات لديها عدة حالات إثارة مختلفة، وبعبارة أخرى، لديهم طاقات مختلفة إذا أعطيت طاقة كافية للذرة، فإنها يمكن أن ترتفع من مستوى الطاقة الحالة الأساسية إلى مستوى الطاقة الحالة المثيرة.مستوى الطاقة في الحالة المثيرة يعتمد على كمية الطاقة التي تعطى للذرة في شكل حرارة، الضوء، الكهرباء، الخ

يوضح الرسم البياني التالي بنية الذرات بشكل جيد:

 

أبسط نموذج ذري
وهي تتكون من نواة ذرية والإلكترونات التي تدور حولها.

وهي تتكون من نواة ذرية والإلكترونات التي تدور حولها.

تتكون الذرة البسيطة من نواة (تحتوي على بروتونات ونيوترونات) وسحابة من الإلكترونات.يمكننا أن نفكر في الإلكترونات في سحابة الإلكترونات كما السفر في عدد مختلف من المدارات حول النواة.

حتى لو نظرنا إلى الذرات بالتكنولوجيا الحديثة، لا يمكننا أن نرى المدارات المنفصلة للإلكترونات، ولكن من المفيد التفكير في هذه المداراتإذا قمنا بتسخين ذرة، بعض الإلكترونات في الطاقة المنخفضة المدارية قد تكون متحمسة للقفز إلى الطاقة العالية المدارية أبعد من النواة.

 

امتصاص الطاقة:
يمكن للذرات امتصاص الطاقة في شكل الحرارة والضوء والكهرباء، الخ. يمكن أن يقفز الإلكترون بعد ذلك من مدارات منخفضة الطاقة إلى مدارات عالية الطاقة.

على الرغم من أن هذا الوصف بسيط، إلا أنه يكشف عن المبدأ الأساسي لكيفية تشكيل الذرات للليزر.

بعد انتقال الإلكترون إلى مدار طاقة أعلى، سيعود في النهاية إلى الحالة الأساسية. خلال هذه العملية، تطلق الإلكترونات الطاقة في شكل فوتونات (نوع من جسيمات الضوء).سترى أن الذرات تنتج باستمرار الطاقة في شكل فوتوناتعلى سبيل المثال، عنصر التدفئة في الفرن يصبح أحمر ساطع، حيث أن اللون الأحمر هو الفوتون الأحمر الذي يطلقه الذرات المثارة بالحرارة.ما تراه هو مجموعة متنوعة من الألوان المختلفة للضوء المنبعث من ذرات الفوسفور التي تحفزها الإلكترونات عالية السرعةأي جسم مضيء، بما في ذلك المصابيح الفلوريسنتية ومصابيح الغاز والمصابيح الساطعة، ينبعث الضوء عن طريق تغيير مدار الإلكترونات وإطلاق الفوتونات.

الليزر هو جهاز يتحكم في إطلاق الفوتونات من الذرات المثيرة..هذا الاسم يصف بشكل مختصر كيف يعمل الليزر

على الرغم من أن هناك العديد من أنواع الليزر ، إلا أن جميعها لها بعض الخصائص الأساسية. في الليزر ، يجب ضخ وسط الليزر لجعل الذرات في حالة متحمسة. بشكل عام ، يجب أن يكون التركيز على التركيز على التركيز.يمكن لمصاعع أو تفريغ عالي الكثافة ضخ الوسيط، والتي تنتج بدورها عددًا كبيرًا من الذرات (الذرات التي تحتوي على إلكترونات عالية الطاقة) في حالة متحمسة.يجب أن يكون لديها عدد كبير من الذرات في حالة متحمسةبشكل عام، يجب أن تكون الذرات متحمسة لترتفع إلى مستويات طاقة اثنين أو ثلاثة فوق الحالة الأساسية. وهذا يزيد من درجة انعكاس السكان.عكس السكان هو نسبة العدد بين الذرات في الحالة المثارة والذرات في الحالة الأساسية.

عندما يتم ضخ وسط الليزر ، فإنه يتضمن عددًا من الذرات مع إلكترونات متحمسة. طاقة الإلكترون المتحمس أعلى من طاقة الإلكترون المنخفض المستوى.تماماً مثلما يستطيع الإلكترون أن يمتص كمية معينة من الطاقة للوصول إلى حالة متحمسةكما هو مبين في الشكل أدناه، طالما أن الإلكترون يقفز إلى المستوى الأدنى، فإنه سيطلق بعض طاقته.يتم تحويل الطاقة المطلقة إلى شكل فوتونات (طاقة الضوء)الفوتون المنبعث له طول موجة محدد (اللون) ، اعتمادا على حالة الطاقة للإلكترون في وقت إطلاقه.ذراتان بنفس الحالة الإلكترونية تنبعث منها فوتونات بنفس طول الموجة.

 


ضوء الليزر يختلف كثيراً عن الضوء العادي. له الخصائص التالية:

 

الليزر المنبعث أحادي اللون. يحتوي الليزر على ضوء بطول موجة معين (أي لون معين).طول الموجة للضوء يحدده الطاقة التي تطلقها الإلكترونات عندما تعود إلى مدار طاقة أقل.

الليزر المنبعث له انسجام جيد. هيكل الليزر أفضل، وكل فوتون يتبع الفوتون الآخر. أي أن جبهة الموجة لجميع الفوتونات هي نفسها تمامًا.

الليزر لديه توجيه جيد. أشعة الليزر صغيرة التركيز وفعالة للغاية. على العكس من ذلك، يشتت الضوء المنبعث من مصباح الكاشف في اتجاهات متعددة،و طاقة الضوء ضعيفة و التركيز منخفض.

 

من أجل تحقيق هذه الخصائص الثلاث، هناك حاجة إلى عملية تسمى الانبعاث المحفز. هذه الظاهرة لا يمكن رؤيتها في مصباح يد عادي لأن ذراتها تنبعث من الفوتونات عشوائيا.في الانبعاثات المحفزة، الذرات تصدر الفوتونات بطريقة منظمة.

الفوتون المنبعث من الذرة له طول موجي محدد، والذي يعتمد على فرق الطاقة بين الحالة المثارة والحالة الأساسية.إذا كان الفوتون (مع طاقة ومرحلة معينة) يلمس ذرة أخرى لديها إلكترون في نفس الحالة المثيرة، يمكن أن يسبب انبعاث محفز. الفوتون الأول يمكن أن يحفز أو توجيه الذرة لإطلاق الفوتون، والفوتون المنبعث (أيالفوتون المنبعث من الذرة الثانية) يتذبذب بنفس التردد والاتجاه الذي يتذبذب به الفوتون الوارد.

مكون رئيسي آخر للليزر هو زوج من المرايا، وتقع في كل طرف من وسط الليزر.الفوتونات ذات الطول الموجي المحدد والمرحلة تسافر ذهابا وإيابا بين الوسيط الليزر من خلال انعكاس العاكسين في كلا الطرفينفي القيام بذلك، فإنها سوف تحفز المزيد من الإلكترونات للقفز من الطاقة العالية إلى مدارات منخفضة الطاقة، والتي سوف تنبعث من المزيد من الفوتونات من نفس الطول الموجي والمرحلة،والتي ستنتج في وقت لاحق " الشلال "، يتم تجميع عدد كبير من الفوتونات من نفس الطول الموجي والمرحلة بسرعة في الليزر. المرآة في نهاية واحدة من وسط الليزر هيإنه يعكس فقط جزء من الضوءالضوء الذي يمر من خلاله هو الليزر

يتكون الليزر الروبي من أنبوب فلاش يشبه فلاش الكاميرا ، وعصا روبي ، ومرايا اثنتين (واحدة منها هي مرآة شبه عاكسة). العصا الروبي هي وسط الليزر ،و أنبوب الفلاش هو مصدر الضخ.