الفصل السابع : الليزر
بسم الله الرحمن الرحيماهلا ومرحبا بكم اعزائي طلبة وطالبات الصف الثالث الثانوي علي موقع فيزياء اونلاين لنقدم اليوم درسا جديدا من دروس الفيزياء للثانويه العامه وهو درس الليزر لنتعرف فيه معا علي تركيبه ومكوناته ومميزاته في حياتنا فهيا بنا علي بركة الله نبدأ :
بدأت أبحاثه 1917 م على يد اينشتين وتوصل العالم الامريكى ميمان عام 1960 م إلى صناعة أول جهاز ليزر لاستخدام بلورة الياقوت المطعم بالكروم ثم تلاه بعدة شهور تركيب الليزر الغازى مثل ليزر الهيليوم – نيون
ثم توالى تركيب الأنواع المختلفة من الليزر .
فما هو الليزر ؟
جاءت تسمية الليزر LASER من الحروف الأولى للعبارة
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
وتعنى تضخيم أو تكبير الشدة الضوئية بواسطة الانبعاث المستحث .
وهناك نوعان من الانبعاث الضوئية للفوتونات :
1- انبعاث تلقائي : وهو السائد في مصادر الضوء العادية
2- انبعاث مستحث: وهو السائد في مصادر الليزر
جاءت تسمية الليزر LASER من الحروف الأولى للعبارة
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
وتعنى تضخيم أو تكبير الشدة الضوئية بواسطة الانبعاث المستحث .
وهناك نوعان من الانبعاث الضوئية للفوتونات :
1- انبعاث تلقائي : وهو السائد في مصادر الضوء العادية
2- انبعاث مستحث: وهو السائد في مصادر الليزر
الانبعاث التلقائي
س : ما هي شروط الانبعاث التلقائي ؟
1- أن تمتص الذرة قدرا من الطاقة فتنقلها من الحالة العادية إلى مستوى الإثارة (حالة 1)
2- أن تقضي الذرة فترة من الزمن في مستوى الإثارة وتسمى هذه الفترة بفترة العمر وتساوي تقريبا 10-8 S ( شرط مهم )
1- أن تمتص الذرة قدرا من الطاقة فتنقلها من الحالة العادية إلى مستوى الإثارة (حالة 1)
2- أن تقضي الذرة فترة من الزمن في مستوى الإثارة وتسمى هذه الفترة بفترة العمر وتساوي تقريبا 10-8 S ( شرط مهم )
3- أن تعود الذرة إلى مستوى طاقتها الأول بعد أن تفقد جزء من الطاقة يساوي الفرق بين المستويين E2 – E1 .
* ملحوظة هامة للغاية :
مع وجود ملايين الملايين من الذرات المختلفة أصلا في الطاقة فإن انبعاث الفوتونات منها يجب أن تتوقع أن تكون هذه الفوتونات غير متساوية ومشتتة وهذا هو أهم ما يميز الانبعاث التلقائي وهو السائد في مصادر الضوء العادية .
ثانيا : الانبعاث المستحث :
أول من أثبت وجوده هو ألبرت اينشتين ويحدث عندما يسقط فوتون طاقته تساوي E2 –E1 على ذرة
* أهم خصائص أشعة الليزر :
1- النقاء الطيفي 2- توازي الحزمة الضوئية 3- ترابط الفوتونات 4- الشدة
اولا : النقاء الطيفي
ثالثاً الترابط :
نظرية عمل الليزر ( الفعل الليزري ) ( هام جدا )
2- انطلاق الفوتونات من الذرات المثارة
3- تضخيم الشعاع المنطلق داخل
التجويف الرنيني
4- في حالة الإسكان المعكوس
تتهيأالفرصة التي يزداد فيها عدد
الفوتوناتبالانبعاث المستحث مما
يؤدي إلى أن
يتضخم عدد تلك الفوتونات ذهابا
وإيابا أثناء مرورها داخل المادة
الفعالة نتيجةللانعكاسات المتتالية
بين سطحي مرآتين موجودتين
في نهايتي المادة الفعالة .
وبالتالي يتم حث المزيد من الذرات
وإنتاج المزيد من الفوتونات
المترابطة
وهكذا تتم عملية التضخيم والتكبير
للإشعاع بالانبعاث المستحث
العناصر ( المكونات الأساسية ) اللازمة لإنتاج الليزر :
4- في حالة الإسكان المعكوس
تتهيأالفرصة التي يزداد فيها عدد
الفوتوناتبالانبعاث المستحث مما
يؤدي إلى أن
يتضخم عدد تلك الفوتونات ذهابا
وإيابا أثناء مرورها داخل المادة
الفعالة نتيجةللانعكاسات المتتالية
بين سطحي مرآتين موجودتين
في نهايتي المادة الفعالة .
وبالتالي يتم حث المزيد من الذرات
وإنتاج المزيد من الفوتونات
المترابطة
وهكذا تتم عملية التضخيم والتكبير
للإشعاع بالانبعاث المستحث
1- الوسط الفعال
2- مصدر الطاقة
2- مصدر الطاقة
3- التجويف الرنيني
أولا الوسط الفعال :
هي تلك المادة التي تنتج ذراتها فوتونات الليزر وهي أنواع منها :
1- بللورات صلبة مثال الياقوت الصناعي .
2- مواد شبة موصلة مثال بللورات السليكون .
3- مواد سائلة مثال الصبغات العضوية المذابة في الماء .
4- مواد غازية مثال غاز الأرجون المتأين أو خليط من غازي الهيليوم والنيون أو جزيئات ثاني أكسيد الكربون .
ثانيا مصادر الطاقة :
1- بللورات صلبة مثال الياقوت الصناعي .
2- مواد شبة موصلة مثال بللورات السليكون .
3- مواد سائلة مثال الصبغات العضوية المذابة في الماء .
4- مواد غازية مثال غاز الأرجون المتأين أو خليط من غازي الهيليوم والنيون أو جزيئات ثاني أكسيد الكربون .
ثانيا مصادر الطاقة :
وهي المسئولة عن إكساب ذرات الوسط الفعال الطاقة اللازمة لإثارتها وتحقيق مبدأ الإسكان المعكوس لتوليد الليزر
وهي أنواع كما يلي :
1- إثارة بالطاقة الكهربية :
1- إثارة بالطاقة الكهربية :
باستخدام ترددات راديوية أو تفريغ كهربي بإستخدام فرق جهد عالي مستمر كما يحدث في ليزر الغازات .
2- إثارة بالطاقة الضوئية ( الضخ الضوئي )
2- إثارة بالطاقة الضوئية ( الضخ الضوئي )
وتتم بأسلوبين
أ- المصابيح الوهاجة ذات القدرة العالية كما في ليزر الياقوت ( ضخ ضوئي )
أ- المصابيح الوهاجة ذات القدرة العالية كما في ليزر الياقوت ( ضخ ضوئي )
ب- شعاع الليزر كما في ليزر الصبغات السائلة ( ضخ ضوئي )
3- إثارة بالطاقة الحرارية :
3- إثارة بالطاقة الحرارية :
وذلك كما في حالة الغازات
4- إثارة بالطاقة الكيميائية :
4- إثارة بالطاقة الكيميائية :
عن طريق تفاعلات تؤدي إلى حث جزيئات المادة الفعالة على إنتاج الليزر مثل تفاعل الهيدروجين و الفلور – مزيج من ثاني أكسيد الكربون و فلوريد الديوتيريوم
وهو الوعاء الحاوي على المادة الفعالة وهو نوعان :
يسمى بالتجويف الرنيني لأن فيه يتساوى التردد الطبيعي للمادة الفعالة مع التردد القصري ( قسري ) الناتج عن حركة الفوتونات ذهابا وإيابا بين السطحين العاكسين وعند التساوي بينهما يحدث الرنين وتنطلق فوتونات الليزر من المرآة الشبة منفذة .
س /علل تم اختيار عنصرى الهيليوم –نيون فى إنتاج الليزر ؟
ليزر الهيليوم- نيون (الأشعة تقع فى منطقة الضوء المنظور)
ج/ لتقارب قيم طاقة مستويات الإثارة الشبه مستقرة فى كل من الهيليوم و النيون .
تركيب الجهاز :
1- أنبوب زجاجى من الكوارتز بها خليط من غازى الهيليوم والنيون بنسبة 1 : 10 تحت ضغط منخفض جدا قدره 0.6 mmHg
2- مرآتان متساويتان متوازيتان ومتعامدتان على محور الأنبوب إحداهما عاكسة والأخرى شبه منفذة كما بالرسم .1- أنبوب زجاجى من الكوارتز بها خليط من غازى الهيليوم والنيون بنسبة 1 : 10 تحت ضغط منخفض جدا قدره 0.6 mmHg
3- يغذى الأنبوب من الخارج مجال كهربى عالى التردد أو فرق جهد عالى مستمر يسلط على الغاز داخل الأنبوب لإحداث التفريغ الكهربى و إثارة ذرات الغاز .
عمل الجهاز : 1- يعمل فرق الجهد أو المجال الكهربى على إثارة ذرات الهيليوم إلى مستويات طاقة عليا
2- تصطدم ذرات الهيليوم المثارة بذرات النيون غير المثارة تصادم غير مرن فتنتقل الطاقة إلى ذرات النيون لتقارب قيم مستويات الإثارة بين الذرتين فتثار ذرات النيون (عملية ضخ)
3- يحدث تراكم لذرات النيون المثارة فى مستوى الطاقة شبه المستقر ويتميز بطول فترة عمره حوالى ( 10-3 S). (تحقيق مبدأ الإسكان المعكوس )
5- مجموعة الفوتونات التى تتحرك فى اتجاه محور الأنبوب تصطدم بإحدى المرأتين فى نهايتى التجويف الرنينى فترتد ولا تستطيع الخروج . 6- أثناء حركة الفوتونات ذهابا و إيابا بين المرأتين داخل الأنبوب تصطدم ببعض ذرات النيون فى مستوى الإثارة الشبه المستقر E2 وهى لم تنته فترة العمر لها بعد.. فتحثها على انبعاث فوتونات مترابطة معها فيتضاعف بذلك عدد الفوتونات المتحركة داخل الانبوبة بين المرأتين
7- تتكرر الخطوة السابقة ولكن بالعدد الجديد من الفوتونات المتحركة بين المرأتين فيتضاعف هذا العدد مره أخرى وهكذا حتى يحدث عملية تضخيم الشعاع
8- عندما تصل شدة الشعاع إلى حد معين فانه يخرج جزء منه من خلال المرأة شبه المنفذة على شكل شعاع ليزر ويبقى باقى الشعاع داخل الانبوبة لتستمر عملية الانبعاث المستحث و انتاج الليزر
9- بالنسبة لذرات النيون التى هبطت الى المستوى الأقل فإنها تفقد بعد فترة وجيزة باقى ما بها من طاقة فى صور أخرى متعدده وتهبط الى المستوى الأرضى لتصطدم بها ذرات هيليوم أخرى وتمدها بالطاقة لمستوى الاثارة شبه المستقر و هكذا
10- بالنسبة لذرات الهيليوم التى فقدت طاقتها بالتصادم مع ذرات النيون وعادت الى المستوى الأرضى فإنها تعود وتثار مره أخرى بفعل التفريغ الكهربى داخل الانبوبة وهكذا
أهم التطبيقات على الليزر
1- التصوير المجسم (الهولوجرافى )هذه الأشعة المنعكسة من على تضاريس الجسم تكون مختلفة فى الشدة الضوئية و الطور على اللوح الفوتوغرافى المعتاد و يسجل الاختلاف فى الشدة الضوئية وفقط .
اذن هناك جانب من المعلومات عن تضاريس الجسم وهو الاختلاف فى الطور بين الأشعة المنعكسة من على تضاريس الجسم المختلفة وهى تساوى
هو صورة مشفرة تتكون نتيجة تداخل الاشعة المرجعية مع الاشعة المنعكسة من على الجسم المراد تصوير وتظهر على شكل هدب تداخل بعد تحميض اللوح الفوتوغرافى
ملحوظة هامة :- 1) عند إضاءة الهولوجرام بأشعة الليزر التي لها نفس الطول الموجى وبالنظر خلاله بالعين المجردة وبدون استخدام عدسات نرى صورة مماثلة للجسم ثلاثية الأبعاد .
2) يمكن تخزين عشرات الصور على الهولوجرام الواحد و أيضا تسجيل صور مجسمة متحركة .
3) من تطبيقات أشعة الليزر : فى الطب حالات انفصال الشبكية و تصحيح الابصار – فى الإتصالات – فى التسجيل والطباعة على أقراص الليزر – فى تدمير الطائرات و الصواريخ – توجية الصواريخ العابرة للقارات – دقة التصويب فى القناصة .
والي هنا ينتهي درس اليوم (الليزر) ولـ تحميل شرح الليزر
مواضيع ذات صله
شرح الليزر 2017الفيزياء الحديثة الفصل السابع
شرح الفيزياء الحديثة للصف الثالث الثانوى 2017
ميكروبيديا الفصل السابع
فيزياء الفصل السابع الليزر
فيزياء الليزر
فيزياء الليزر pdf
شرح الليزر 2018
اتمني ان اكون قد وفقت
إِنِ الْحُكْمُ إِلَّا لِلَّهِ ۖ عَلَيْهِ تَوَكَّلْتُ ۖ وَعَلَيْهِ فَلْيَتَوَكَّلِ الْمُتَوَكِّلُونَ .
وتحياتي لكم جميعا وتمنياتي لكم بالتوفيق
لا تنسي اذا اعجبك الموضوع ان تشارك صفحتي
تعليقات
إرسال تعليق
ان التعليقات تعبر علي رأي صاحبها و الموقع غير مسئول عن التعليقات وتذكر ان الله يراك