الليزر، الذي يرمز إلى تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع، عبارة عن أجهزة تبعث ضوءًا عالي التركيز ومتماسكًا وأحادي اللون. على عكس مصادر الضوء العادية، ينتج الليزر ضوءًا دقيقًا للغاية ويمكن التحكم فيه بدقة عالية. يستكشف هذا الدرس مبادئ الليزر وأنواعه وتطبيقاته، خاصة في مجال البصريات.
في قلب عملية الليزر توجد عملية الانبعاث المحفز. تتضمن هذه العملية تضخيم الضوء عن طريق إثارة الإلكترونات في وسط (غاز، أو صلب، أو سائل) إلى مستوى طاقة أعلى. عندما تعود هذه الإلكترونات المثارة إلى مستوى طاقة أقل، فإنها تبعث فوتونات (جسيمات ضوئية) ذات طاقة محددة. والأهم من ذلك، أن هذه الفوتونات تحفز الإلكترونات الأخرى المثارة لإصدار فوتونات إضافية، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل يؤدي إلى تضخيم الضوء.
المكونات الثلاثة الرئيسية لليزر هي:
إن مفتاح تشغيل الليزر هو تحقيق حالة تسمى "الانعكاس السكاني"، حيث يوجد عدد أكبر من الإلكترونات في وسط الكسب في الحالة المثارة مقارنة بحالة الطاقة المنخفضة. هذا الشرط ضروري للانبعاث المحفز للسيطرة على الامتصاص.
يمكن تصنيف الليزر على أساس متوسط الكسب الخاص به:
لقد حول الليزر جوانب عديدة من البصريات ووجد تطبيقات واسعة النطاق:
في حين أن هناك حاجة إلى معدات معقدة لإجراء تجارب متعمقة باستخدام الليزر، فإن مراقبة أنماط تداخل أضواء الليزر يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لخصائصها.
نمط التداخل: عندما يمر ضوء الليزر عبر شقين متقاربين (وهو إعداد يعرف باسم تجربة الشق المزدوج ليونغ)، فإنه يخلق نمط تداخل على شاشة موضوعة خلف الشقين. يوضح هذا النمط من الأشرطة الساطعة والداكنة الطبيعة الموجية للضوء وتماسك ضوء الليزر. يمكن تحديد المسافة بين هذه النطاقات بالمعادلة:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)حيث \(D\) هي المسافة بين النطاقات المضيئة أو المظلمة المتجاورة، \(\lambda\) هو الطول الموجي لضوء الليزر، \(L\) هي المسافة من الشقوق إلى الشاشة، و \(d\) هي المسافة بين الشقين.
إن فهم الليزر ومبادئه لا يتعمق في مجال البصريات فحسب، بل يفتح أيضًا الأبواب أمام الابتكارات في مجال الاتصالات والرعاية الصحية والاستكشافات العلمية المختلفة. إن دقتها وقدرتها على التحكم الدقيق تجعل من الليزر أدوات لا غنى عنها في التكنولوجيا والأبحاث الحديثة.
