الرئيسية
حسام مسعود السيد نصار رقم السكشن : 5
رقم المسلسل :120
<BLOCKQUOTE dir=ltr style="MARGIN-RIGHT: 0px">
رقم المسلسل :120
<BLOCKQUOTE dir=ltr style="MARGIN-RIGHT: 0px">
كيف تستخدم الليزرات
تستطيع الليزرات أداء العديد من المهام غير العادية. وهي ذات خواص تجعلها مفيدة بصفة خاصة في تسجيل أنواع متعددة من المعلومات، وتخزينها ونقلها. وهي أيضًا مفيدة في أنشطة مثل المسح والتسخين والقياس والتوجيه. ونظرًا لاستخداماتها المتعددة يوجد الليزر في العديد من المعدات المستخدمة في المنازل والمصانع والمكاتب والمستشفيات والمكتبات.
تسجيل المعلومات وتخزينها ونقلها. من أكثر استخدامات الليزر شيوعًا استخدامه في تسجيل الموسيقى والأفلام والبيانات الحاسوبية وغيرها من المواد في أقراص خاصة، حيث تسجل دفعات من ضوء الليزر هذه المواد على الأقراص في أنماط من حفر صغيرة. وتسمى الأقراص التي تسجل عليها الموسيقى والبيانات الحاسوبية الأقراص المدمجة.
وتسمح إمكانية التبئير المحكم لحزمة الليزر بتخزين كمية من المعلومات على القرص المدمج أكبر بكثير من تلك التي يمكن تخزينها على شريط الحاكي، مما يجعل القرص المدمج مفيدًا في تخزين البيانات والموسيقى. فبعض الأقراص المدمجة يمكنها احتواء موسوعات كاملة. ويسمى القرص المستخدم في تخزين البيانات اختصارًا سي دي روم، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني: القرص المدمج - ذاكرة القراءة فقط-. وتختزن مثل هذه الأقراص قواعد البيانات (ملفات ضخمة من المعلومات مختزنة في الحواسيب)، وتستخدم عادة في الأعمال التجارية والمكتبات والدوائر الحكومية
وبإمكان الليزر أيضًا قراءة المعلومات المسجلة في الأقراص واستعادتها. ففي حاكي القرص المدمج تعكس حزمة ليزر نمط الحُفَر أثناء دوران القرص المدمج. وتغير نبائط أخرى في الحاكي الانعكاسات إلى إشارات كهربائية، وتعيد تشفيرها في شكل موسيقى. وتستخدم ليزرات كثيرة في حاكيات القرص المدمج مقارنة بالمنتجات الأخرى.
وتستخدم الليزرات في تسجيل الأفلام على أسطوانات كبيرة تسمى أقراص الفيديو. وبالإضافة إلى ذلك تستطيع أحزمة الليزر إنتاج صور ثلاثية الأبعاد في عملية تصوير ضوئي تسمى التصوير التجسيمي. وتسمى الصور ـ المسجلة على لوحة التصوير الضوئي ـ الصور المجسمة، وتظهر في عروض الإعلانات والأعمال الفنية والمجوهرات، وتثبت بعضها على البطاقات الإئتمانية لمنع التزوير.
ومن أهم استخدامات الليزر استخدامه في مجال الاتصالات الليفية البصرية، حيث تغير هذه التقنية الإشارات الكهربائية للمكالمات الهاتفية والصور التلفازية إلى نبضات من ضوء الليزر. وتوصل جدائل زجاجية تسمى الألياف البصرية الضوء. ويبلغ سمك الليف البصري سمك شعرة الإنسان تقريبًا، ولكن الليف البصري الواحد يستطيع حمل كمية من المعلومات تساوي كمية المعلومات التي تستطيع حملها عدة آلاف من الأسلاك الهاتفية النحاسية. وضوء الليزر مناسب في هذه التقنية، لأنه قابل للتبئير بدقة متناهية، ولأن كل طاقته يمكن نقلها إلى الألياف. ويسمح الإرسال الليفي البصري لضوء الليزر بربط أعداد هائلة من الهواتف والتلفازات وغيرها من البيانات بتكلفة منخفضة نسبيًا
المسح ينطوي المسح على حركة حزمة ليزر على سطح ما. وتستخدم أحزمة المسح عادة في قراءة المعلومات. فقد اعتاد الناس، على سبيل المثال، على الماسحات الليزرية المستخدمة عند نقاط الدفع في الأسواق المركزية، حيث يرى الشخص ما يشبه الخط الضوئي، والذي هو في الواقع حزمة ليزر متحركة بسرعة لمسح ما يسمى الكود القضيبي، الذي يتكون من نمط من الخطوط والفراغات، في مجموعات ممثلة لكل منتج. ويقرأ الماسح النمط ويرسل المعلومات إلى حاسوب في السوق، والذي يتعرف على سعر المنتج، ويرسل المعلومات إلى موظف الدفع.
وتستخدم أنواع أخرى عديدة من المحلات التجارية ماسحات الكود القضيبي. وبالإضافة إلى ذلك، تحتفظ هذه الماسحات بسجل للكتب الخاصة بمكتبة ما، وتفرز الخطابات في مكاتب البريد، وتقرأ أرقام الحسابات على الشيكات في البنوك. وتستخدم الطابعات الليزرية حزمة ليزر ماسحة لإنتاج نسخ من الوثائق. وتصنع ماسحات أخرى ألواح الطباعة الخاصة بالصحف.
ولأغراض الترويح تنتج عروض الأضواء الليزرية بأحزمة ليزر ماسحة، حيث "ترسم" هذه الأحزمة أنماطًا رائعة من الألوان، تتراوح بين الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق، على المباني والسطوح الخارجية. وتتحرك هذه الأحزمة بسرعة هائلة منتجة ما يشبه الصور الثابتة. وتنتج الماسحات الليزرية أيضًا أنماطًا من الألوان المبهرة في موسيقى الروك.
التسخين تنتج طاقة حزمة الليزر ذات التبئير الدقيق كمية كبيرة من الحرارة. فالليزرات الصناعية، على سبيل المثال، تنتج أحزمة ذات قدرة تبلغ عدة آلاف واط، ويمكنها قطع الفلزات ولحمها، وثقب الحفر، وتقوية المواد بتسخينها. وبإمكان الليزرات الصناعية قطع السيراميك والقماش والبلاستيك.
وفي الطب تستخدم القوة التسخينية لليزرات في جراحة العيون. ففي إمكان أحزمة الليزر الدقيقة التبئير رتق الأوعية الدموية المتهتكة في الشبكية، وهي نسيج يقع في الجزء الخلفي من مقلة العين. وتستطيع الليزرات أيضًا إعادة تثبيت الشبكية المتخلخلة. فأحزمة الليزر تمر عبر القرنية (السطح الأمامي للعين)، دون أن تسبب ألمًا أو إصابة، لأن القرنية شفافة ولا تمتص الضوء.
ويستخدم الأطباء الليزرات أيضًا في علاج الاضطرابات الجلدية وإزالة علامات الولادة وتفتيت حصوات المرارة. وتحل أحزمة الليزر محل المشرط الجراحي في بعض العمليات، حيث يتيح الليزر دقة عالية في قطع الأنسجة ووصل الأنسجة المقطوعة، مما يقلل النزيف أو التدمير الذي يمكن أن يصيب الأنسجة المجاورة.
وفي أبحاث الطاقة النووية يستخدم العلماء الليزرات لإحداث انفجارات قنابل هيدروجينية صغيرة ومضبوطة. يركز العلماء عددًا من أحزمة الليزر القوية على كرية مكونة من أشكال مجمدة من الهيدروجين. وتضغط الأحزمة المكثفة على الكرية وتسخنها إلى ملايين الدرجات، مما يؤدي إلى اندماج (اتحاد) ذرات الكرية، وانطلاق طاقة. وقد تستخدم هذه العملية المسماة الاندماج النووي في إنتاج طاقة تكفي لحل مشكلة الطاقة في العالم. واليوم تنتج الليزرات الطاقة الهائلة
المطلوبة لإحداث الاندماج النووي، ولكنها لم تنتج بعد كميات الطاقة التي يمكن الاستفادة منها فعلاً.
القياس تستخدم الليزرات أيضًا في قياس المسافات، حيث يمكن تحديد بُعد أي جسم بقياس الزمن الذي تستغرقه نبضة من ضوء الليزر للوصول إلى الجسم والانعكاس عنه عائدة إلى مصدرها.
وفي عامي 1969 و1971م، وضع الرواد الأمريكيون نبائط مزودة بمرايا، تسمى العاكسات الليزرية، على سطح القمر. وباستخدام ليزر مدفوع بقدرة عالية، قاس العلماء المسافة بين الأرض والقمر ـ أكثر من 383,000كم ـ بهامش خطأ قدره 5 سنتميترات. وقد أجروا القياس بتسليط ضوء الليزر من تلسكوب على الأرض إلى العاكسات على القمر.
وبإمكان أحزمة الليزر الموجهة عبر مسافات بعيدة الكشف عن الحركات الأرضية الصغيرة، حيث يساعد ذلك الجيولوجيين المعنيين بنظم الإنذار الزلزالية.
وتسمى النبائط الليزرية المستخدمة في قياس المسافات القصيرة معيِّنات المدى. ويستخدم المساحون هذه النبائط للحصول على المعلومات المطلوبة لتصميم الخرائط، كما يستخدمها العسكريون لحساب المسافات المؤدية إلى الأهداف العسكرية
التوجيه الليزر أداة توجيه قيمة لقوة أحزمته واستقامتها. فعلى سبيل المثال، يستخدم العاملون في مجال المباني أحزمة الليزر ـ باعتبارها خيوطًا عديمة الوزن ـ لرص جدران وأسقف المباني ومد أنابيب المياه والمجاري.
وتستخدم أجهزة تسمى الجيروسكوبات الليزرية أحزمة الليزر لتقصي التغيرات التي تطرأ على الاتجاهات. وتساعد هذه النبائط السفن والطائرات والقذائف الموجهة على البقاء في مساراتها. ومن الاستخدامات العسكرية الأخرى لليزرات استخدامها في نبيطة توجيه تسمى معيِّنة الأهداف. وفي هذا الاستخدام تُوجَّه حزمة ليزرية من النبيطة إلى الهدف. وتتبع الصواريخ وقذائف المدفعية والمتفجرات المزودة بكاشفات الأحزمة الليزرية الحزمة المنعكسة، وتضبط اتجاهاتها لضرب النقطة التي تشير إليها الحزمة
كيف يعمل الليزر
أجزاء الليزر. يتكون الليزر من ثلاثة أجزاء رئيسية، هي الوسط الفعّال ومصدر الطاقة والفجوة البصرية.
والوسط الفعّال مادة يمكن تنشيطها لتولد ضوءًا ليزريًا، وقد تكون غازًا أو سائلاً أو مادة صلبة.
ويمكن استخدام أي نبيطة مولدة للطاقة مصدرًا للطاقة، حيث تمد النبيطة الوسط الفعال بالطاقة بعملية تسمى الضخ. وتستخدم الليزرات عادة الكهرباء أو أي ليزر آخر أو المصباح الومضي، مضخة للطاقة. وينتج المصباح الومضي وميضًا ضوئيًا لامعًا يشبه الوميض الذي تنتجه آلة التصوير.
والفجوة البصرية، التي تسمى أيضًا المرنان، تركيب يغلف الوسط الفعال، ويشتمل على مرآتين، مرآة بكل طرف، حيث تعكس إحدى المرآتين الضوء كليًا، بينما تعكسه المرآة الأخرى جزئيًا. وتخرج حزمة الليزر من الليزر عبر المرآة العاكسة جزئيًا.
طبيعة الليزرات ينتج ضوء الليزر عن التغيرات في كمية الطاقة التي تختزنها ذرات الوسط الفعال. فذرات المادة تكون عادة في حالة ذات أدنى طاقة تسمى الحالة الأرضية، وقد تكون في حالات طاقة أعلى تسمى حالات الإثارة.
وتتحول الذرات من الحالة الأرضية إلى حالة إثارة بامتصاص أشكال متنوعة من الطاقة، وتسمى هذه العملية الامتصاص. وفي العديد من الليزرات تمتص الذرات كتلاً من الطاقة الضوئية تسمى الفوتونات. وفي معظم الحالات تستطيع الذرة المثارة الإمساك بالطاقة الزائدة لجزء من الثانية فقط، قبل أن تطلق طاقتها في شكل فوتون آخر وتعود مرة أخرى إلى حالتها الأرضية، وتسمى هذه العملية الابتعاث التلقائي.
ولبعض الذرات حالات إثارة تستطيع فيها الذرة اختزان الطاقة لفترة طويلة نسبيًا، تمتد لحوالي 0,001 من الثانية، وهي فترة أطول بكثير من فترات حالات الإثارة الأخرى. وعندما يسطع فوتون ذو طاقة مساوية بالضبط لطاقة حالة الإثارة الطويلة الأمد، يحفز الفوتون الذرة لابتعاث (إطلاق) فوتون مطابق. ولهذا الفوتون الثاني طاقة مساوية في كميتها لطاقة الفوتون الأصلي، ويتحرك في نفس الاتجاه. وتسمى هذه العملية الابتعاث المحفَّز.
أجزاء الليزر
تنتج الليزرات ضوءًا مترابطًا. تنتقل موجات الضوء المترابط - على نقيض موجات الضوء غير المترابط ـ مؤتلفة بعضها مع بعض. ونتيجة لذلك تتباعد هذه الموجات تباعدًا طفيفًا - حتى عندما يقطع الضوء مسافات بعيدة.
إنتاج ضوء الليزر الابتعاث المحفز هو العملية المركزية في الليزر. وفي هذه العملية ينتج فوتون ـ أي الفوتون الحافزـ فوتونًا آخر، وبذلك يضاعف كمية الطاقة الضوئية الموجودة بعملية تسمى التضخيم. وقد صُكَّت كلمة ليزر بجمع الحروف الأولى للكلمات المكونة للعبارة الإنجليزية التي تصف العملية الأساسية في توليد ضوء الليزر. وتعني العبارة تضخيم الضوء بالابتعاث المحفز للإشعاع.
ولا يحدث الابتعاث المحفز إلا في حالة وجود ذرات في حالة إثارة. ولكن عدد الذرات التي تكون في الحالة الأرضية يفوق عادة عدد الذرات التي تكون في حالة إثارة. ولكي يحدث التضخيم لابد أن يكون عدد الذرات التي تكون في حالة إثارة أكبر من عدد الذرات التي تكون في الحالة الأرضية. وتسمى هذه الحالة الانقلاب السكاني. وفي الليزر يساعد مصدر الطاقة في توليد انقلاب سكاني بضخ طاقة إلى الوسط الفعال، حيث تضع هذه الطاقة الذرات في حالات إثارة طويلة الأمد، وتتسبب في حدوث الابتعاث المحفز. وتعكس مرآتا الفجوة البصرية الفوتونات إلى الخلف وإلى الأمام.
وينتج التداخل بين أي فوتون وذرة مثارة تفاعلاً سلسليًا من الابتعاثات المحفزة. ويتسبب هذا التفاعل السلسلي في ازدياد عدد الابتعاثات المحفزة بسرعة منتجة فيضًا ضوئيًا. ويخرج جزء من هذا الضوء المكثف عبر المرآة العاكسة جزئيًا في شكل حزمة قوية.
تنتج الليزرات ضوءًا مترابطًا. تنتقل موجات الضوء المترابط - على نقيض موجات الضوء غير المترابط ـ مؤتلفة بعضها مع بعض. ونتيجة لذلك تتباعد هذه الموجات تباعدًا طفيفًا - حتى عندما يقطع الضوء مسافات بعيدة
خصائص ضوء الليزر يختلف ضوء الليزر عن الضوء العادي في خاصيتين أساسيتين. فهو 1- ذو خاصية تباعد (انتشار) منخفضة، و2- أحادي اللون. ويسمى الضوء الذي يمتاز بهاتين الخاصيتين الضوء المترابط.
ومعظم مصادر الضوء تتباعد بسرعة. فضوء المصباح الومضي، على سبيل المثال، يتباعد بسرعة، ويختفي بعد مسافة قصيرة، بينما ينتقل ضوء الليزر في حزمة رفيعة للغاية، ولا ينتشر مهما بعدت المسافة. فعلى سبيل المثال، يتباعد ضوء الليزر إلى قطر طوله متر واحد فقط بعد أن ينتقل لمسافة 1000 متر، أو إلى حوالي 260سم لكل كيلومتر.
يتكون الضوء من موجات كهرومغنطيسية، ويتحدد لونه بطوله الموجي، أي المسافة بين قمة موجة وقمة الموجة التي تليها. ويتكون الضوء العادي من موجات ذات أطوال موجية متعددة ـ وألوان متعددة. وتبدو هذه الموجات بيضاء اللون عند النظر إليها كلها معًا في وقت واحد. ولكن الضوء الصادر عن معظم الليزرات يتكون من موجات ذات نطاق ضيق جدًا من الأطوال الموجية، ولذلك يبدو ضوء الليزر وكأنه مكون من لون واحد. وتستطيع بعض الليزرات إنتاج أحزمة ذات ألوان متعددة، ولكن كل نطاق لوني يكون ضيقًا. وتنتج بعض الليزرات حزمة غير مرئية، حيث تتكون مثل هذه الأحزمة من أشكال غير مرئية من الإشعاع مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
وضوء الليزر ذو درجة انتظام أو ترابط عالية. وتتحرك موجات الليزر في تطاور، أي تتحرك كل القمم معًا في خطوة واحدة. وهي تنتقل في مسار ضيق، وفي اتجاه واحد. وبذلك يمكن تشبيه ضوء الليزر المترابط بخط من الجنود المتحركين في استعراض بخطوات ثابتة وفي اتجاه واحد. وفي المقابل، تنتشر موجات الضوء العادي بسرعة، وتنتقل في اتجاهات متعددة. ويسمى الضوء العادي الضوء غير المترابط. ويمكن تشبيه طريقة انتقال الضوء غير المترابط بالطريقة التي يتحرك بها الناس في الشارع ـ أي بخطوات مختلفة، وفي اتجاهات متعددة. وبسبب ترابط ضوء الليزر تنتقل حزمة الليزر لمسافات طويلة دون أن تفقد شدتها.
</BLOCKQUOTE>تسجيل المعلومات وتخزينها ونقلها. من أكثر استخدامات الليزر شيوعًا استخدامه في تسجيل الموسيقى والأفلام والبيانات الحاسوبية وغيرها من المواد في أقراص خاصة، حيث تسجل دفعات من ضوء الليزر هذه المواد على الأقراص في أنماط من حفر صغيرة. وتسمى الأقراص التي تسجل عليها الموسيقى والبيانات الحاسوبية الأقراص المدمجة.
وتسمح إمكانية التبئير المحكم لحزمة الليزر بتخزين كمية من المعلومات على القرص المدمج أكبر بكثير من تلك التي يمكن تخزينها على شريط الحاكي، مما يجعل القرص المدمج مفيدًا في تخزين البيانات والموسيقى. فبعض الأقراص المدمجة يمكنها احتواء موسوعات كاملة. ويسمى القرص المستخدم في تخزين البيانات اختصارًا سي دي روم، وهو اختصار لعبارة إنجليزية تعني: القرص المدمج - ذاكرة القراءة فقط-. وتختزن مثل هذه الأقراص قواعد البيانات (ملفات ضخمة من المعلومات مختزنة في الحواسيب)، وتستخدم عادة في الأعمال التجارية والمكتبات والدوائر الحكومية
وبإمكان الليزر أيضًا قراءة المعلومات المسجلة في الأقراص واستعادتها. ففي حاكي القرص المدمج تعكس حزمة ليزر نمط الحُفَر أثناء دوران القرص المدمج. وتغير نبائط أخرى في الحاكي الانعكاسات إلى إشارات كهربائية، وتعيد تشفيرها في شكل موسيقى. وتستخدم ليزرات كثيرة في حاكيات القرص المدمج مقارنة بالمنتجات الأخرى.
وتستخدم الليزرات في تسجيل الأفلام على أسطوانات كبيرة تسمى أقراص الفيديو. وبالإضافة إلى ذلك تستطيع أحزمة الليزر إنتاج صور ثلاثية الأبعاد في عملية تصوير ضوئي تسمى التصوير التجسيمي. وتسمى الصور ـ المسجلة على لوحة التصوير الضوئي ـ الصور المجسمة، وتظهر في عروض الإعلانات والأعمال الفنية والمجوهرات، وتثبت بعضها على البطاقات الإئتمانية لمنع التزوير.
ومن أهم استخدامات الليزر استخدامه في مجال الاتصالات الليفية البصرية، حيث تغير هذه التقنية الإشارات الكهربائية للمكالمات الهاتفية والصور التلفازية إلى نبضات من ضوء الليزر. وتوصل جدائل زجاجية تسمى الألياف البصرية الضوء. ويبلغ سمك الليف البصري سمك شعرة الإنسان تقريبًا، ولكن الليف البصري الواحد يستطيع حمل كمية من المعلومات تساوي كمية المعلومات التي تستطيع حملها عدة آلاف من الأسلاك الهاتفية النحاسية. وضوء الليزر مناسب في هذه التقنية، لأنه قابل للتبئير بدقة متناهية، ولأن كل طاقته يمكن نقلها إلى الألياف. ويسمح الإرسال الليفي البصري لضوء الليزر بربط أعداد هائلة من الهواتف والتلفازات وغيرها من البيانات بتكلفة منخفضة نسبيًا
المسح ينطوي المسح على حركة حزمة ليزر على سطح ما. وتستخدم أحزمة المسح عادة في قراءة المعلومات. فقد اعتاد الناس، على سبيل المثال، على الماسحات الليزرية المستخدمة عند نقاط الدفع في الأسواق المركزية، حيث يرى الشخص ما يشبه الخط الضوئي، والذي هو في الواقع حزمة ليزر متحركة بسرعة لمسح ما يسمى الكود القضيبي، الذي يتكون من نمط من الخطوط والفراغات، في مجموعات ممثلة لكل منتج. ويقرأ الماسح النمط ويرسل المعلومات إلى حاسوب في السوق، والذي يتعرف على سعر المنتج، ويرسل المعلومات إلى موظف الدفع.
وتستخدم أنواع أخرى عديدة من المحلات التجارية ماسحات الكود القضيبي. وبالإضافة إلى ذلك، تحتفظ هذه الماسحات بسجل للكتب الخاصة بمكتبة ما، وتفرز الخطابات في مكاتب البريد، وتقرأ أرقام الحسابات على الشيكات في البنوك. وتستخدم الطابعات الليزرية حزمة ليزر ماسحة لإنتاج نسخ من الوثائق. وتصنع ماسحات أخرى ألواح الطباعة الخاصة بالصحف.
ولأغراض الترويح تنتج عروض الأضواء الليزرية بأحزمة ليزر ماسحة، حيث "ترسم" هذه الأحزمة أنماطًا رائعة من الألوان، تتراوح بين الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق، على المباني والسطوح الخارجية. وتتحرك هذه الأحزمة بسرعة هائلة منتجة ما يشبه الصور الثابتة. وتنتج الماسحات الليزرية أيضًا أنماطًا من الألوان المبهرة في موسيقى الروك.
التسخين تنتج طاقة حزمة الليزر ذات التبئير الدقيق كمية كبيرة من الحرارة. فالليزرات الصناعية، على سبيل المثال، تنتج أحزمة ذات قدرة تبلغ عدة آلاف واط، ويمكنها قطع الفلزات ولحمها، وثقب الحفر، وتقوية المواد بتسخينها. وبإمكان الليزرات الصناعية قطع السيراميك والقماش والبلاستيك.
وفي الطب تستخدم القوة التسخينية لليزرات في جراحة العيون. ففي إمكان أحزمة الليزر الدقيقة التبئير رتق الأوعية الدموية المتهتكة في الشبكية، وهي نسيج يقع في الجزء الخلفي من مقلة العين. وتستطيع الليزرات أيضًا إعادة تثبيت الشبكية المتخلخلة. فأحزمة الليزر تمر عبر القرنية (السطح الأمامي للعين)، دون أن تسبب ألمًا أو إصابة، لأن القرنية شفافة ولا تمتص الضوء.
ويستخدم الأطباء الليزرات أيضًا في علاج الاضطرابات الجلدية وإزالة علامات الولادة وتفتيت حصوات المرارة. وتحل أحزمة الليزر محل المشرط الجراحي في بعض العمليات، حيث يتيح الليزر دقة عالية في قطع الأنسجة ووصل الأنسجة المقطوعة، مما يقلل النزيف أو التدمير الذي يمكن أن يصيب الأنسجة المجاورة.
وفي أبحاث الطاقة النووية يستخدم العلماء الليزرات لإحداث انفجارات قنابل هيدروجينية صغيرة ومضبوطة. يركز العلماء عددًا من أحزمة الليزر القوية على كرية مكونة من أشكال مجمدة من الهيدروجين. وتضغط الأحزمة المكثفة على الكرية وتسخنها إلى ملايين الدرجات، مما يؤدي إلى اندماج (اتحاد) ذرات الكرية، وانطلاق طاقة. وقد تستخدم هذه العملية المسماة الاندماج النووي في إنتاج طاقة تكفي لحل مشكلة الطاقة في العالم. واليوم تنتج الليزرات الطاقة الهائلة
المطلوبة لإحداث الاندماج النووي، ولكنها لم تنتج بعد كميات الطاقة التي يمكن الاستفادة منها فعلاً.
القياس تستخدم الليزرات أيضًا في قياس المسافات، حيث يمكن تحديد بُعد أي جسم بقياس الزمن الذي تستغرقه نبضة من ضوء الليزر للوصول إلى الجسم والانعكاس عنه عائدة إلى مصدرها.
وفي عامي 1969 و1971م، وضع الرواد الأمريكيون نبائط مزودة بمرايا، تسمى العاكسات الليزرية، على سطح القمر. وباستخدام ليزر مدفوع بقدرة عالية، قاس العلماء المسافة بين الأرض والقمر ـ أكثر من 383,000كم ـ بهامش خطأ قدره 5 سنتميترات. وقد أجروا القياس بتسليط ضوء الليزر من تلسكوب على الأرض إلى العاكسات على القمر.
وبإمكان أحزمة الليزر الموجهة عبر مسافات بعيدة الكشف عن الحركات الأرضية الصغيرة، حيث يساعد ذلك الجيولوجيين المعنيين بنظم الإنذار الزلزالية.
وتسمى النبائط الليزرية المستخدمة في قياس المسافات القصيرة معيِّنات المدى. ويستخدم المساحون هذه النبائط للحصول على المعلومات المطلوبة لتصميم الخرائط، كما يستخدمها العسكريون لحساب المسافات المؤدية إلى الأهداف العسكرية
التوجيه الليزر أداة توجيه قيمة لقوة أحزمته واستقامتها. فعلى سبيل المثال، يستخدم العاملون في مجال المباني أحزمة الليزر ـ باعتبارها خيوطًا عديمة الوزن ـ لرص جدران وأسقف المباني ومد أنابيب المياه والمجاري.
وتستخدم أجهزة تسمى الجيروسكوبات الليزرية أحزمة الليزر لتقصي التغيرات التي تطرأ على الاتجاهات. وتساعد هذه النبائط السفن والطائرات والقذائف الموجهة على البقاء في مساراتها. ومن الاستخدامات العسكرية الأخرى لليزرات استخدامها في نبيطة توجيه تسمى معيِّنة الأهداف. وفي هذا الاستخدام تُوجَّه حزمة ليزرية من النبيطة إلى الهدف. وتتبع الصواريخ وقذائف المدفعية والمتفجرات المزودة بكاشفات الأحزمة الليزرية الحزمة المنعكسة، وتضبط اتجاهاتها لضرب النقطة التي تشير إليها الحزمة
كيف يعمل الليزر
أجزاء الليزر. يتكون الليزر من ثلاثة أجزاء رئيسية، هي الوسط الفعّال ومصدر الطاقة والفجوة البصرية.
والوسط الفعّال مادة يمكن تنشيطها لتولد ضوءًا ليزريًا، وقد تكون غازًا أو سائلاً أو مادة صلبة.
ويمكن استخدام أي نبيطة مولدة للطاقة مصدرًا للطاقة، حيث تمد النبيطة الوسط الفعال بالطاقة بعملية تسمى الضخ. وتستخدم الليزرات عادة الكهرباء أو أي ليزر آخر أو المصباح الومضي، مضخة للطاقة. وينتج المصباح الومضي وميضًا ضوئيًا لامعًا يشبه الوميض الذي تنتجه آلة التصوير.
والفجوة البصرية، التي تسمى أيضًا المرنان، تركيب يغلف الوسط الفعال، ويشتمل على مرآتين، مرآة بكل طرف، حيث تعكس إحدى المرآتين الضوء كليًا، بينما تعكسه المرآة الأخرى جزئيًا. وتخرج حزمة الليزر من الليزر عبر المرآة العاكسة جزئيًا.
طبيعة الليزرات ينتج ضوء الليزر عن التغيرات في كمية الطاقة التي تختزنها ذرات الوسط الفعال. فذرات المادة تكون عادة في حالة ذات أدنى طاقة تسمى الحالة الأرضية، وقد تكون في حالات طاقة أعلى تسمى حالات الإثارة.
وتتحول الذرات من الحالة الأرضية إلى حالة إثارة بامتصاص أشكال متنوعة من الطاقة، وتسمى هذه العملية الامتصاص. وفي العديد من الليزرات تمتص الذرات كتلاً من الطاقة الضوئية تسمى الفوتونات. وفي معظم الحالات تستطيع الذرة المثارة الإمساك بالطاقة الزائدة لجزء من الثانية فقط، قبل أن تطلق طاقتها في شكل فوتون آخر وتعود مرة أخرى إلى حالتها الأرضية، وتسمى هذه العملية الابتعاث التلقائي.
ولبعض الذرات حالات إثارة تستطيع فيها الذرة اختزان الطاقة لفترة طويلة نسبيًا، تمتد لحوالي 0,001 من الثانية، وهي فترة أطول بكثير من فترات حالات الإثارة الأخرى. وعندما يسطع فوتون ذو طاقة مساوية بالضبط لطاقة حالة الإثارة الطويلة الأمد، يحفز الفوتون الذرة لابتعاث (إطلاق) فوتون مطابق. ولهذا الفوتون الثاني طاقة مساوية في كميتها لطاقة الفوتون الأصلي، ويتحرك في نفس الاتجاه. وتسمى هذه العملية الابتعاث المحفَّز.
أجزاء الليزر
تنتج الليزرات ضوءًا مترابطًا. تنتقل موجات الضوء المترابط - على نقيض موجات الضوء غير المترابط ـ مؤتلفة بعضها مع بعض. ونتيجة لذلك تتباعد هذه الموجات تباعدًا طفيفًا - حتى عندما يقطع الضوء مسافات بعيدة.
إنتاج ضوء الليزر الابتعاث المحفز هو العملية المركزية في الليزر. وفي هذه العملية ينتج فوتون ـ أي الفوتون الحافزـ فوتونًا آخر، وبذلك يضاعف كمية الطاقة الضوئية الموجودة بعملية تسمى التضخيم. وقد صُكَّت كلمة ليزر بجمع الحروف الأولى للكلمات المكونة للعبارة الإنجليزية التي تصف العملية الأساسية في توليد ضوء الليزر. وتعني العبارة تضخيم الضوء بالابتعاث المحفز للإشعاع.
ولا يحدث الابتعاث المحفز إلا في حالة وجود ذرات في حالة إثارة. ولكن عدد الذرات التي تكون في الحالة الأرضية يفوق عادة عدد الذرات التي تكون في حالة إثارة. ولكي يحدث التضخيم لابد أن يكون عدد الذرات التي تكون في حالة إثارة أكبر من عدد الذرات التي تكون في الحالة الأرضية. وتسمى هذه الحالة الانقلاب السكاني. وفي الليزر يساعد مصدر الطاقة في توليد انقلاب سكاني بضخ طاقة إلى الوسط الفعال، حيث تضع هذه الطاقة الذرات في حالات إثارة طويلة الأمد، وتتسبب في حدوث الابتعاث المحفز. وتعكس مرآتا الفجوة البصرية الفوتونات إلى الخلف وإلى الأمام.
وينتج التداخل بين أي فوتون وذرة مثارة تفاعلاً سلسليًا من الابتعاثات المحفزة. ويتسبب هذا التفاعل السلسلي في ازدياد عدد الابتعاثات المحفزة بسرعة منتجة فيضًا ضوئيًا. ويخرج جزء من هذا الضوء المكثف عبر المرآة العاكسة جزئيًا في شكل حزمة قوية.
تنتج الليزرات ضوءًا مترابطًا. تنتقل موجات الضوء المترابط - على نقيض موجات الضوء غير المترابط ـ مؤتلفة بعضها مع بعض. ونتيجة لذلك تتباعد هذه الموجات تباعدًا طفيفًا - حتى عندما يقطع الضوء مسافات بعيدة
خصائص ضوء الليزر يختلف ضوء الليزر عن الضوء العادي في خاصيتين أساسيتين. فهو 1- ذو خاصية تباعد (انتشار) منخفضة، و2- أحادي اللون. ويسمى الضوء الذي يمتاز بهاتين الخاصيتين الضوء المترابط.
ومعظم مصادر الضوء تتباعد بسرعة. فضوء المصباح الومضي، على سبيل المثال، يتباعد بسرعة، ويختفي بعد مسافة قصيرة، بينما ينتقل ضوء الليزر في حزمة رفيعة للغاية، ولا ينتشر مهما بعدت المسافة. فعلى سبيل المثال، يتباعد ضوء الليزر إلى قطر طوله متر واحد فقط بعد أن ينتقل لمسافة 1000 متر، أو إلى حوالي 260سم لكل كيلومتر.
يتكون الضوء من موجات كهرومغنطيسية، ويتحدد لونه بطوله الموجي، أي المسافة بين قمة موجة وقمة الموجة التي تليها. ويتكون الضوء العادي من موجات ذات أطوال موجية متعددة ـ وألوان متعددة. وتبدو هذه الموجات بيضاء اللون عند النظر إليها كلها معًا في وقت واحد. ولكن الضوء الصادر عن معظم الليزرات يتكون من موجات ذات نطاق ضيق جدًا من الأطوال الموجية، ولذلك يبدو ضوء الليزر وكأنه مكون من لون واحد. وتستطيع بعض الليزرات إنتاج أحزمة ذات ألوان متعددة، ولكن كل نطاق لوني يكون ضيقًا. وتنتج بعض الليزرات حزمة غير مرئية، حيث تتكون مثل هذه الأحزمة من أشكال غير مرئية من الإشعاع مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
وضوء الليزر ذو درجة انتظام أو ترابط عالية. وتتحرك موجات الليزر في تطاور، أي تتحرك كل القمم معًا في خطوة واحدة. وهي تنتقل في مسار ضيق، وفي اتجاه واحد. وبذلك يمكن تشبيه ضوء الليزر المترابط بخط من الجنود المتحركين في استعراض بخطوات ثابتة وفي اتجاه واحد. وفي المقابل، تنتشر موجات الضوء العادي بسرعة، وتنتقل في اتجاهات متعددة. ويسمى الضوء العادي الضوء غير المترابط. ويمكن تشبيه طريقة انتقال الضوء غير المترابط بالطريقة التي يتحرك بها الناس في الشارع ـ أي بخطوات مختلفة، وفي اتجاهات متعددة. وبسبب ترابط ضوء الليزر تنتقل حزمة الليزر لمسافات طويلة دون أن تفقد شدتها.
» دروس في الميكروكنترولر PIC 16F84
» دورة في التحكم الالي بالغة العربية للي عايز يفهم بسسسسسسسسسس
» برنامج الا صلاتى حساب أوقات الصلاة لـ 252 بلد و 9511 مدينة
» مجلة الدوائر الإلكترونية
» اصنع ليزر حارق باستخدام DVD writer(فيديو)
» دائره stepper motor شغاله ومتجربه
» كيف تصنع ليزر حارق من ليزر عادى
» نبذه مختصره عن opirating system
» كورس الشبكات الذي يؤهلك للحصول علي شهادة CCNA /CCNP من CISCO
» مهم اوي شرح المتلاب صوت وصوره
» LED FLASHER الدائره مطبوعه_نظريه_المكونات_البرنامج بالأسمبلي
» كلم صاحبك وانت بعيد عنة :دائرة ارسال fm
» كورس الشبكات ( ccna (640-802
» كورس الشبكات ( ccna (640-802
» كورس الشبكات
» هام جدا لطلبة الفرقة الاعدادى مسابقة ieee
» موضوع المليون رد........!!!!
» اشتراكات رابيد شير شهرية بسعر 35 جنيه فقط
» نهضه المحروسه في هندسه منوف