Tip:
Highlight text to annotate it
X
كيف يعمل اللَّيزر سلسلة الرجل المهندس # 4
لسنواتٍ عديدة كانت أضواء اللَّيزر من سمات الخيال العلمي
مع ذلك فإن العديد من تكنولوجيا اليوم تعتمد عليهم
كأجهزة قياس المسافة, الاتصالات البصريّة, و طبعاً
قارئات الشريط المشفر او الباركود
المميزات الفريدة لضوء اللّيزر
تجعل كل ذلك ممكناً.
ولكنّ الأكثر تميّزا ,استخدامه بواسطة الجرَّاحين
لإعادة وصل شبكيّة العين.
يمكن لضررٍ ان يتسبب في تقشير طبقة شبكية العين
عن الأنسجة الدَّاعمة.
بدون علاج سريع ,يمكن للشبكية أن تنفصل بشكل كامل
مسبِّبةً العمى.
يستخدم الجراحون اللّيزر الأخضر بطول موجة واحد
لأنّ ذلك اللّون يعبر عدسة العين
و المادّة الزجاجية
بدون أن يُمتص, وبالتّالي دون أن يسبِّب ضرر.
و من ثمّ يضرب شعاع اللّيزر الشبكية حيث يقوم النسيج
بامتصاص الضّوء بشدّة, مستعملاً الضّوء المركّز
للَحمِ الشبكية المفصولة إلى مكانها الأصلي.
تركيز الإشعاع يسمح للجرّاح بأن يؤثِّرَ
في مساحة الشبكيّة المصابة فقط
في سطح بصغر 30 ميكرون.
كيفيّة إنتاجُ اللِّيزر ضوءاً بهذه الميزات الثلاثة
هو رحلة مذهلة في عالم الهندسة.
دعوني أريكم.
أيّة لعبة تتوهّج في الظلام ممكن أن تشرح المبادئ الأوَّلية
لصنع ضوء اللِّيزر.
إنّها تتوهَّج لأنّ المُركَّب المكوَّن من الزنك و النحاس الذي يطلي
الدّاخل قادر على امتصاص الطَّاقة من أيّ مصدر للضوء
و يشعّ هذه الطاقة لاحقاً على شكل ضوء.
الضُّوء يعطي طاقة إلى الإلكترونات في الطِّلاء
رافعاً مستوى الطَّاقة للإلكترونات.
عندما يثطفئ النُّور , تخسر الإلكترونات هذه الطاقة ببطئ
و تعود إلى مستوى الطَّاقة الأصلي.
الطَّاقة التي تخسرها الالكترونات تنبعث كضوء.
هناك ظاهرة مشابهة لذلك تحدث في قلب اللِّيزر.
دعوني أُخبركم عن الهندسة
المستخدمة في أوّل ليزر مولَّد من الياقوت.
لديّ هنا قطعة صغيرة من الياقوت
و بعض الخرز الزُّجاجيِّ الأحمر.
عندما أضيءُ ضَوءاَ أزرقَ على الخرز الزجاجي لا يحدث شيء
ولكن عندما أضيء الياقوت فإنه يشعُّ باللّون الأحمر
على عكس الكرة التي تشعُّ في الظلام فإن الضُّوءَ يحدث آنيَّاً
و عندما أضفئ النُّور الأزرق فإنّه يختفي.
في 1960, شَرَحَ \"تيد ميمان\" أول ضوء ليزر
بأن أخَذَ أسطوانةً من الياقوت و أحاطها
بضوء مصباح وميضٍ متقوِّس مُستخدم في التصوير الجوِّي.
انبعاث شديد للضوء من المصباح يبدأ عمليّة تكوين الليزر.
لرؤية كيفية عمله دعونا نرى ماذا
يحدث مع مصباح أضعف.
وميضٌ سوف يرفّع بعض الالكترونات
من الوضع الساكن إلى الوضع المُثار.
سوف تخسر بعض الطاقة
ثمَّ تنزل ‘لى مستوى طاقة أدنى دون إشعاع ضوء
و من ثمَّ تنزل من هناك إلى الوضع الساكن
مصدرةً نبعاثاَ ضوئيا َ.
الضوء المتكوِّن يكون غير متجانس
طيفٌ من ألوانٍ و شدّاتً
مثلما قام اللّيزر الصغير بجعل الياقوت يشع.
توليد اللِّيزر يتطلَّب مصباحاَ قويَّا جدَّا.
الومضات المتكرِّرة في اللّيزر الياقوتي
المدعوَّة بالضَّخ
تقوم بشيءٍ مذهل
أنها تولِّد طاقة كبيرة لدرجة أنَّها تسبب أنعكاساَ في التعدديّة
هنا يكون عدد الإلكترونات في مستوى الطّاقة
الذي هو أعلى بقليل من وضع السكون.أكبر من عدد الإلكترونات في وضع السكون
الإلكترونات من انعكاس التعدّدية التي تعود
إلى وضع السكون تصدر ضوء يبدأ بدورهِ سلسلة انهيارات
تدعى بالانبعاث المستحث.
الفوتون المتكوّن من اضمحلال الإلكترون
يحثُّ الإلكترونات الأخرى على أن تضمحلَّ معاً
مطلقةً فوتونات أخرى مشابهة.
ذلك يصدر ضوءاً متجانساً
مما يعني أن الصعود و الهبوط
لكلِّ موجة ضوئيَّة في الشعاع متشابهة.
الآن,لدينا في هذه المرحلة ضوءٌ متجانس
ولكن ليس لدينا الميِّزتان الباقيتان لضوء اللِّيزر.
للحصول على شعاع مركَّز بإشعاعات متوازية
و طول موجةٍ موحّد تقريباً يتطلّب
إضافة شيءٍ إلى أسطوانة الياقوت.
قام \"ميمان\" بجعل النهايتان فضيتان لتعكسا الضّوء إلى داخل اسطوانة الياقوت
و جعَل قاعدتا الأسطوانة متوازيتان بشكل مدهش.
من الأعلى إلى الأسفل فإنَّ البعد بين
المرآتان لا يختلف بأكثر عن 200 نانو متر
داخل هذا التجويف المرنان, يحدثُ شيئان.
أولاً , أيَّة أشعَّة ضوء لا تتوازى مع المحور
ستخرج في النهاية من جانب الأسطوانة
و أشعّة الضوء الموازية للمحور سوف تتكثَّف
و تصغر طول موجتها.
المرآتان تشكلان طول موجة موحَّد
مما يعني أنه فقط الضوء بطول موجةٍ معيَّن
يمكن ان يوجد داخل التجويف.
باختيار طول أسطوانة الياقوت المناسب
بإمكاننا الحصول على طول موجة واحد
ممثّلاً بضوء اللّيزر
ثقب صغير في إحدى المرآتين الفضِّيتين جزئياً
يسمح للضوء بالهروب منشئاً الشعاع المعروف.
الآن, منذ صناعة أوَّل ضوء ليزر ياقوتي
أصبح اللِّيزر رخيصاً و سهل التصنيع.
مثلا هذاالمشير اللِّيزري يستخدم
دايود أشباه الموصلات (semiconductor diode) لإنتاج الضوء
بالرغم من أنَّ الكثير من الإبتكارات و التطويرات حدثت منذ
عام 1960 لكن المبدأ الأساسي هو نفسه.
أنا بيل هاموك, الرجل المهندس.
هذاالفيديو مستند على فصل في كتاب
ثمان قصص هندسية مذهلةEight Amazing Engineering Stories
الفصل يشرح معلومات أكبر عن هذا الموضوع.