كيف يعمل الليزر
وباستثناء الليزرات الإلكترونية المجانية ، فإن مبادئ العمل الأساسية للليزر المختلفة هي نفسها. الشرط الذي لا غنى عنه لتوليد ضوء الليزر هو أن الانعكاس والمكاسب السكانية أكبر من الضياع ، لذلك فإن مكونات الجهاز التي لا غنى عنها هي مصدر الإثارة (أو الضخ) والوسط العامل بمستوى الطاقة المستقرة. الإثارة هي إثارة وسط العمل لإثارة الحالة المثارة ، تهيئة الظروف لتحقيق والحفاظ على انعكاس السكان. وتشمل أساليب الحفز الإثارة البصرية ، الإثارة الكهربائية ، الإثارة الكيميائية وإثارة الطاقة النووية.
إن مستوى الطاقة المستقرة في وسط العمل هو الذي يسود الإشعاع المحفّز ، وبالتالي تحقيق التضخيم البصري. أحد المكونات الشائعة للليزر هو تجويف رنيني ، ولكن التجويف الرنيني (انظر التجويف البصري) ليس مكونًا لا غنى عنه. يسمح التجويف الرنانة للفوتونات في التجويف أن يكون لها تردد ثابت ، وطور ، واتجاه سفر ، مما يتيح للليزر أن يكون له اتجاه واتساق جيد. علاوة على ذلك ، يمكن أن تقلل مدة المادة العاملة بشكل جيد ، ويمكنها أيضًا ضبط نمط الليزر المتولد عن طريق تغيير طول التجويف (أي اختيار النمط) ، لذلك يكون ليزر بشكل عام له تجويف رنيني.
يتكون الليزر بشكل عام من ثلاثة أجزاء
1. المادة العاملة: جوهر الليزر ، يمكن فقط استخدام المواد التي يمكن أن تحقق انتقال مستوى الطاقة كمادة العمل للليزر.
2 ، والطاقة الحافزة: دورها هو إعطاء الطاقة للمادة العاملة ، متحمس الذرة من مستوى منخفض للطاقة إلى مستوى الطاقة العالية للطاقة الخارجية. عادة ما تكون هناك الطاقة الضوئية والطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية والطاقة الكيميائية وهلم جرا.
3. تجويف الرنين البصري: الإجراء الأول هو جعل الإشعاع المحفز للمادة العاملة باستمرار. والثاني هو تسريع الفوتون بشكل مستمر. والثالث هو الحد من اتجاه خرج الليزر. يتكون أبسط تجويف بصري من مرايا متوازيتين توضعان في نهايات ليزر HeNe. عندما تنتقل بعض ذرات الديوتيريوم بين مستويين من مستويات الطاقة التي تحقق انعكاس الجسيمات ، وتنبعث فوتونات موازية لاتجاه الليزر ، فإن هذه الفوتونات سوف تنعكس ذهابًا وإيابًا بين المرآتين ، وبالتالي تتسبب باستمرار في إشعاع محفز. يتم إنتاج ليزر قوي جدا بسرعة كبيرة.
يمكن تطبيق ضوء نقي وطيف ثابت من الليزر في العديد من الجوانب.
روبي ليزر: الليزر الأصلي كان روبيًا كان متحمسًا بواسطة لمبة ساطعة. كان الليزر المنتج عبارة عن "ليزر نابض" بدلاً من شعاع مستقر بشكل مستمر. تختلف جودة الضوء الناتج عن هذا الليزر اختلافًا جوهريًا عن الليزر الذي ينتجه دايود الليزر الذي نستخدمه اليوم. هذا الانبعاث الضوئي المكثف ، الذي لا يستغرق سوى بضع نانوثانية ، يعتبر مثاليًا لالتقاط الأشياء التي يسهل تحريكها ، مثل صور اللوحات الجليدية. ولدت أول صورة ليزر في عام 1967. تتطلب أشعة الياقوت الأحمر الياقوت باهظة الثمن ويمكنها فقط إنتاج رشقات قصيرة من الضوء.
ليزر الهيليوم: في عام 1960 قام العلماء علي جافان وويليام آر. برينيت جونيور ودونالد هيريوت بتصميم ليزر HeNe. هذا هو أول ليزر غاز يستخدم بشكل شائع في المصورين الفوتوغرافيين. ميزتان: 1. إنتاج مستمر ليزر الإخراج ؛ 2. لا حاجة لمبة فلاش لأداء الإثارة الخفيفة ، ولكن استخدام الغاز الإثارة الكهربائية.
الثنائيات الليزرية: ليزر الثنائيات هي واحدة من أشعة الليزر الأكثر شيوعا. تسمى ظاهرة إعادة التركيب التلقائي للإلكترونات والثقوب على جانبي وصلة PN في الصمام الثنائي الانبعاثات التلقائية. عندما تمر الفوتونات المولدة من الانبعاثات التلقائية عبر أشباه الموصلات ، عندما تمر من خلال أزواج الثقب الإلكترون المنبعثة ، يمكن أن تكون متحمسًا لإعادة تكوين لإنتاج فوتونات جديدة ، والتي تحفز الحاملات المثارة على إعادة تكوين وتنبعث فوتونات جديدة. وتسمى هذه الظاهرة الإشعاع المحفز.
إذا كان تيار الحقن كبيرًا بما فيه الكفاية ، فسيتم تكوين توزيع حامل مقابل حالة التوازن الحراري ، أي أن يتم عكس عدد السكان. عندما تكون الموجات الحاملة في الطبقة النشطة في عدد كبير من الانعكاسات ، تنتج كمية صغيرة من الفوتونات المولدة عفويًا إشعاعًا حثيًا بسبب الانعكاس التبادلي عند طرفي التجويف الرنانة ، مما ينتج عنه ردود فعل انتقائية للرنين الانتقائي للتردد ، أو كسب تردد معين. عندما يكون الكسب أكبر من فقدان الامتصاص ، يمكن أن ينبعث ضوء متماسك مع خط طيفي جيد ، وهو الليزر ، من تقاطع PN. يتيح اختراع الثنائيات الليزرية التطبيق السريع لتطبيقات الليزر ، وأنواع مختلفة من مسح المعلومات ، والاتصالات بالألياف الضوئية ، ومدى الليزر ، ورادار الليزر ، وأقراص الليزر ، ومؤشرات الليزر ، ومجموعات السوبر ماركت ، وما إلى ذلك ، والتطبيقات المختلفة التي يجري تطويرها وتعميمها باستمرار. .
