مقدمة عن الليزر

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

مقدمة عن الليزر

مُساهمة  Admin في الأحد أبريل 03, 2011 3:55 pm

تعريف الليزر:
الليزر نبيطة (أو أداة ) تنتج حزمة ضوئية رفيعة جدًا وقوية. وبعض الأحزمة رفيعة لدرجة أنها قادرة على ثقب مائتي حفرة فوق نقطة في حجم رأس الدبوس . وبسبب إمكانية تبئير (تركيز) أشعة الليزر إلى هذا الحد من الدقة فإن هذه الأشعة تكون قوية جدًا. فبعض الأحزمة، على سبيل المثال، تستطيع اختراق الماس ، وهو أصلب مادة في الطبيعة، وبعضها تستطيع إحداث تفاعل نووي صغير . ويمكن أيضًا نقل حزمة الليزر إلى مسافات بعيدة دون أن تفقد قوتها، حيث وصلت بعض الأحزمة إلى القمر.

ويستخدم ضوء الليزر في تطبيقات متنوعة نظرًا لما يتميز بها من خواص. فبعض أنواع الليزرات، على سبيل المثال، تستخدم في الموسيقى وقراءة شفرات الأسعار وقطْع الفلزات ولحمها ونقل المعلومات. وبالإضافة إلى ذلك، توجه الليزرات الصواريخ إلى أهدافها، وتعالج العيون، وتنتج عروضًا ضوئية مثيرة، كما تستخدم في رص جدران وأسقف المباني وفي طباعة الوثائق. وتستطيع بعض الليزرات تتبع أقل حركة تحدث للقارات.

وتتفاوت الليزرات في الحجم، حيث يبلغ طول نوع من الليزر عدة أمتار ، بينما لا يزيد حجم نوع آخر عن حجم حبة الملح.



طريقة عمل الليزر:







. Active laser medium
2. Laser pumping energy
3. High reflector
4. Output coupler
5. Laser beam

هذا شكل يوضح أجزاء جهاز الليزر . (1) الوسط المنتج لشعاع الليزر . (2) طاقة كهربائية لتحفيز الوسط على أصدار الموجات الضوئية . وعاكس (3) للضوء عال الأداء . وعدسة(4) خروج الشعاع وقد تكون مستوية أوعدسة مقعرة. (5) شعاع الليزر الناتج .

ويعمل جهاز الليزر على انعكاس الضوء ذو لون واحد، أي ذو طول موجة واحدة بين المرآة الخلفية (3) والعدسة . ويتم ذلك بتحفيز الوسط على انتاج ذلك اللون من الضوء وهي خاصية من خصائص الوسط . وبعد انعكاس شعاع الضوء داخل الوسط عدة مرات نصل إلى وضع اتزان بين عدد الاشعة المتجمعة في الوسط والتي تتميز بانتظام (خطوة) الأشعة عن طريق الانعكاس المتعدد . وبين الشعاع الخارج .

ولمواصفات عدسة الشعاع الخارج أهميتين :

نصف قطر الانحناء:
قد يكون سطح العدسة الداخلي مستويا أو مقعرا وذلك بحسب الغرض المرغوب فيه .ويطلى السطح الداخلى للعدسة بطلاء فضي نصف عاكس حتى يستطيع شعاع الليزر الخروج من الوسط إلى الخارج . وإذا كانت هناك رغبة في تجميع الشعاع الخارج وتركيزة في بؤرة يكون السطح الخارجي للعدسة مقعرا .كما يـطلى السطح الخارجي بطلاء يمنع الانعكاس ، لكي يتيح خروج شعاع الليزر الناتج من دون فاقد .

معامل انعكاس العدسة:
يعتمد عدد الانعكاسات لأشعة الضوء المتراكمة داخل الوسط على نوع الوسط المستخدم . ففي ليزر الهيليوم-نيون نحتاج إلى درجة انعكاس للمرآة بنسبة 99 % لكي يعمل الجهاز . وأما في حالة ليزر النيتروجين فلا حاجة للانعكاس الداخلي (درجة انعكاس 0 %) حيث أن ليزر النيتروجين يتميز بدرجة فائقة عل انتاج الأشعة. ومن جهة أخرى تعتمد خواص العدسة المتعلقة بانعكاس الضوء على طول موجة الضوء . ولهذا يـُعطي للخواص الضوئية للعدسة عناية خاصة عند تصميم جهازا لليزر .

أنواع الليزر:
يصنف الليزر تبعاً لنوع مادة الوسط الفعال فيها ، فبعض أنواع الليزر تتميز بكبر القدرة الناتجة عنها مثل ( ليزر ثاني أكسيد الكربون ) الذي يعتبر من أخطر أنواع الليزر ، بسبب قدرته العالية التي تصل إلى عشرات الكيلو واط ، وهذه القدرة الكبيرة أوحت بتسميته بأشعة الموت ، ويستخدم لقطع المعادن وفي تطبيقات صناعية مختلفة . كما توجد أنواع أخرى من الليزر ضعيفة جداً ، مثل تلك التي تستخدم في الحياة اليومية في المؤشرات ، وهذه عادة تكون ليزر ثنائي الوصلة .
وفيما يلي دراسة مفصلة لأهم أنواع الليزر :



1) ليزر الحالة الصلبة: ( Solid-state laser )

وفي هذه الحالة تتوزع مادة الليزر في مصفوفة صلبة مثل ليزر الياقوت ( Ruby laser) وليزر النيوديميوم – ياج ( neodymium –Yag) .
2
1) ليزر الحالة الصلبة ( Solid-state laser )

ليزر الياقوت
صُنع أول جهاز ليزر بنجاح في عام 1960 وقد كان ليزر الياقوت . والياقوت بلورة لونها أحمر تتكون من أوكسيد الألومينوم ( Al2O3 ) المطعمة بأيونات الكروم الثلاثية (Cr 3+ ) .

وتكون أيونات الكروم هي المسؤولة عن توليد مستويات طاقة جديدة داخل التركيب البلوري وتكون مؤثرة أيضاً في عمليات الانتقال المصحوبة بتوليد الليزر .

ويتم في أنبوب توليد الليزر استخدام بلورة بشكل اسطوانة وتقطع نهايتيها المتقابلتين وتُطليان بالفضة ليتكون مرآتان من نفس المادة وتشكل هاتين النهاتين مرآتين إحداهما عاكسة كلياً والأخرى عاكسة جزيئاً .

ويستخدم مصباح ومضي لولبي ليحيط بالياقوت ، وعندما يبعث المصباح وميضاً عالي الشدة فإن أيونات الكروم تمتص الضوء الصادر ويرتفع عدد كبير من هذه الأيونات إلى مستويات الطاقة العليا . وعند هبوطها إلى مستوى الحالة شبه المستقرة يتحقق شرط التوزيع المعكوس ويتولد شعاع الليزر عند هبوطها إلى مستوى الطاقة الأول ( Ground state ) . تكون أشعة الليزر الناتجة هنا ذات لون أحمر طولها الموجي 694 ناتومتر .
ليزر النيوديميوم – ياج :
يعد هذا الليزر من أهم أنواع الليزر الموجودة حالياً ، ويتفوق على ليزر الياقوت بكثير من المزايا ، وكلمة الياج هي مختصر لمادة بلورية هي ( Y3 AL5 Q2) ( Yttrium Aluminum Garnet ) وتطعم هذه البلورة بأيونات النيوديميوم (Nd3+ ) بنسبة 2.5% حيث تحل هذه البلورة محل أيونات الاتريوم الموجودة في الياج .



) ليزر الحالة الغازية Gas lasers )

ومن أهم أنواع هذا الليزر هو ليزر الهيليوم – نيون – (Helium Neon laser ) وليزر ثاني أكسيد الكربون( CO2 )
ومن أهم أنواع هذا الليزر هو ليزر الهيليوم – نيون – (Helium Neon laser ) وليزر ثاني أكسيد الكربون( CO2 )
ليزر الهيليوم – نيون :
ويتكون وسط الليزر هنا من خليط من غاز النيون وغاز الهيليوم 1 : 10 . ويوضع الخليط في أنبوبة مغلقة مفرغة .

تتم عملية الضخ باستخدام عملية تفريغ كهربائي ( فرق جهد عال يسلَّط بين الكاتود والأنود ) .
وتقوم الإلكترونات الناتجة عن مرور التيار بوساطة التفريغ الكهربائي بالتصادم مع ذرات الهيليوم حيث تنقلها إلى مستويات الطاقة العليا ، ثم بتصادم ذرات الهيليوم مع ذرات النيون يمكن أن تنتقل الطاقة إلى ذرات النيون والتي تنتقل بدورها من مستوى الطاقة الأول إلى مستوى طاقة أعلى ( طا3 ) .

وبهذا يتم تحقيق التوزيع المعكوس لذرات النيون . وعندئذ يحدث الانبعاث المستثار إلى مستوى الطاقة ( طا3 ) لذرة النيون لتنتقل الذرة إلى المستوى ( طا2 ) باعثة حزمة الليزر ذات اللون الأحمر بطول موجي 633 نانومتر . وتعتبر كفاءة هذا الليزر منخفضة جداً ، ولا تتعدى أعلى قدرة له ( 50 ملي واط ) . لكن استخداماته واسعة جداً بسبب طوله الموجي المرئي وانفراجيته الصغيرة .
ليزر ثاني أكسيد الكربون ( CO2 – laser )
يعتبر ليزر ثاني أكسيد الكربون من أهم أنواع الليزر ، بسبب كفاءته العالية التي تبلغ 30 % وكبر القدرة الناتجة عنه بسبب أن هذا الليزر يصدر إشعاعاً في منطقة الأشعة تحت الحمراء ومنطقة الميكرويف . وبسبب الحرارة العالية الصادرة عن هذا الليزر فإنه يصهر كل شيء يعترضه .



) ليزر الحالة السائلة Dye – lasers )

وتستخدم هذه الليزر بعض الصبغات العضوية المعقدة ، مثل استخدام الرودمين 6ج (Rhodamine G6 ) في محلول سائل كوسط لليزر ، وتتميز هذه الليزر بأننا يمكن الحصول منها على مدى واسع من الأطوال الموجية
4) الليزر شبه الموصل ( Semiconductor or diode – lasers )

يختلف الليزر شبه الموصل عن ليزر الحالة الصلبة في طريقة تمثيل مستويات الطاقة ، وبالتالي ميكانيكية الضخ وعملية الانبعاث الضوئي ، حيث يحتوي ليزر شبه الموصل على حزم عريضة من مستويات الطاقة بدلاً من المستويات المفردة التي تحدث بينها الانتقالات التي تشارك في عملية انبعاث الليزر . وكل حزمة من هذه الحزم تحتوي على عدد كبير من مستويات الطاقة المتقاربة والتي لا يقترن وجودها بذرات معينة وإنما تشترك فيها المادة البلورية كلها .

إن ليزر شبه الموصل عبارة عن وصلة ثنائية (P-N junction ) وأكثر أنواعه شيوعاً هو زرنخيد الجاليوم (Ga As ) وشعاع الليزر الذي يبعثه يقع في منطقة تحت الحمراء وهو ضوء غير مرئي .

5) الإكسايمر ( Excimer lasers )
والاسم بالانجليزية مشتق من excited ( المثارة ) و dimmers ( الضوء القصير المدى ) .
ويستخدم هذا النوع خليط من غازات غير خاملة مثل الكلور والفلور ، وغازات خاملة مثل الآرجون ، الكربتون ، والزينون . وباستخدام التفريغ الكهربائي يمكن إنتاج جزيء وهمي يصدر ضوءاً قصير المدى ويكون الطول الموجي المميز له في منطقة الضوء فوق البنفسجي .
والجدول التالي يوضح بعض أنواع الليزر والطول الموجي لشعاع الليزر الناتج :
نوع الليزر منطقة الإشعاع الطول الموجي ( نانومتر )
آرجون ـ فلور فوق البنفسجي 193
كربتون ـ فلور فوق البنفسجي 248
النيتروجين فوق البنفسجي 337
الآرجون الأزرق 448
الآرجون الأخضر 514
الهيليوم ـ نيون الأخضر 543
الهيليوم ـ نيون الأحمر 733
الرودمين ج 6 متغير 570 ـ 650
نيوديميوم ـ ياج تحت الحمراء القريبة 1064
ثاني أكسيد الكربون تحت الحمراء البعيدة 10600



استخدامات الليزر في طب العيون:


*هناك اربعة انواع رئيسية من الليزر التى يتم استخدامها في طب وجراحة العيون:



الارجون ليزر : ويستخدم في كى الشبكية وذلك في حالات الارتشاح الشبكى السكرى وكذلك في حالات وجود قطوعات في الشبكية لحمايها من حدوث الانفصال الشبكى.



الياج ليزر : ويستخدم في فتح الحافظة الخلفية في حالة اعتامها عقب عمليات المياه البيضاء ويستخدم كذلك في ثقب القزحية كأحدى خطوط علاج المياه الزرقاء.



الديود ليزر : ويستخدم في كى الشبكية عند مرضى العبث الشبكى السكرى وخاصة عند تواجد نزيف بالجسم الزجاجى والذى يعوق الكى بالارجون ليزر.



والاكسيمر ليزر : ويستخدم في جراحات تصحيح عيوب انكسار العين وازالة سحابات القرنية السطحية.
avatar
Admin
Admin

المساهمات : 39
تاريخ التسجيل : 03/04/2011
العمر : 27

معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو http://oloumhyatna.ahlamontada.com

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى