مبادئ وأنواع الليزر

مبادئ وأنواعليزر
ما هو الليزر؟
الليزر (تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع)؛ للحصول على فكرة أفضل، انظر إلى الصورة أدناه:

تنتقل الذرة الموجودة في مستوى طاقة أعلى تلقائيًا إلى مستوى طاقة أقل وتطلق فوتونًا، وهي عملية تسمى الإشعاع التلقائي.
يمكن فهم هذا المفهوم الشائع على النحو التالي: الكرة على الأرض هي أنسب وضع لها، وعندما تُدفع الكرة في الهواء بقوة خارجية (تُسمى الضخ)، فما إن تختفي هذه القوة الخارجية حتى تسقط الكرة من ارتفاع شاهق، مطلقةً كمية معينة من الطاقة. وإذا كانت الكرة ذرة معينة، فإن هذه الذرة تُصدر فوتونًا بطول موجي محدد أثناء انتقالها.

تصنيف الليزر
لقد أتقن الناس مبدأ توليد الليزر، وبدأوا في تطوير أشكال مختلفة من الليزر، وإذا تم تصنيفها وفقًا لمادة عمل الليزر، فيمكن تقسيمها إلى ليزر غازي، وليزر صلب، وليزر أشباه الموصلات، وما إلى ذلك.
1- تصنيف ليزر الغاز: ذرة، جزيء، أيون؛
المادة العاملة في ليزر الغاز هي الغاز أو بخار المعدن، ويتميز بنطاق واسع من أطوال موجات الليزر الخارجة. وأكثرها شيوعًا هو ليزر ثاني أكسيد الكربون، حيث يُستخدم ثاني أكسيد الكربون كمادة عاملة لتوليد ليزر الأشعة تحت الحمراء بطول موجي 10.6 ميكرومتر عن طريق إثارة التفريغ الكهربائي.
نظراً لأن المادة العاملة في ليزر الغاز هي الغاز، فإن حجمه كبير جداً، وطول موجة خرجه طويل جداً، مما يؤثر سلباً على أداء معالجة المواد. لذلك، سُرعان ما اختفت ليزرات الغاز من السوق، واقتصر استخدامها على مجالات محددة، مثل الوسم بالليزر لبعض الأجزاء البلاستيكية.
2, ليزر صلبالتصنيف: الياقوت، Nd:YAG، إلخ؛
المادة العاملة في ليزر الحالة الصلبة هي الياقوت، وزجاج النيوديميوم، وعقيق الألومنيوم الإيتريوم (YAG)، وما إلى ذلك، وهي عبارة عن كمية صغيرة من الأيونات المدمجة بشكل موحد في بلورة أو زجاج المادة كمصفوفة، وتسمى الأيونات النشطة.
يتكون ليزر الحالة الصلبة من مادة عاملة، ونظام ضخ، ومرنان، ونظام تبريد وترشيح. المربع الأسود في منتصف الصورة أدناه هو بلورة ليزر، تشبه زجاجًا شفافًا فاتح اللون، وتتكون من بلورة شفافة مُطعّمة بمعادن أرضية نادرة. يُحدث التركيب الخاص لذرة المعدن الأرضي النادر انعكاسًا في توزيع الجسيمات عند إضاءتها بمصدر ضوئي (كما لو أن كرات عديدة على الأرض تُدفع في الهواء)، ثم تُصدر فوتونات عند انتقال الجسيمات، وعندما يكون عدد الفوتونات كافيًا، يتشكل الليزر. ولضمان توجيه الليزر المنبعث في اتجاه واحد، توجد مرايا كاملة (العدسة اليسرى) ومرايا شبه عاكسة (العدسة اليمنى). عند خروج الليزر، يتم توجيهه عبر تصميم بصري مُحدد، فتتشكل طاقة الليزر.

3, ليزر أشباه الموصلات
عند الحديث عن ليزرات أشباه الموصلات، يمكن فهمها ببساطة على أنها ثنائي ضوئي، حيث يوجد وصلة PN داخل الثنائي، وعند إضافة تيار معين، يحدث انتقال إلكتروني في شبه الموصل لإطلاق فوتونات، مما ينتج عنه الليزر. عندما تكون طاقة الليزر المنبعثة من شبه الموصل صغيرة، يمكن استخدام جهاز شبه الموصل منخفض الطاقة كمصدر ضخ (مصدر إثارة) لـليزر الأليافوهكذا يتشكل ليزر الألياف. وإذا زادت قدرة ليزر أشباه الموصلات إلى الحد الذي يسمح بتوجيهها مباشرةً لمعالجة المواد، فإنه يتحول إلى ليزر أشباه موصلات مباشر. وقد وصلت قدرة ليزرات أشباه الموصلات المباشرة المتوفرة في السوق حاليًا إلى 10000 واط.

إضافةً إلى أنواع الليزر المذكورة أعلاه، تم اختراع الليزر السائل، المعروف أيضاً باسم ليزر الوقود. يتميز الليزر السائل بحجمه ومادته العاملة الأكثر تعقيداً من الليزر الصلب، ولذا فهو نادر الاستخدام.