مبدأ الليزر
(1) الأساسيات الذرية.
لا يوجد سوى حوالي 100 ذرة مختلفة في الكون ، وكل ما نراه هو مزيج من هذه الذرات المائة أو نحو ذلك بطريقة محدودة للغاية ، ويحدد ترتيب هذه الذرات تكوين كوب من الماء أو معدن أو فقاعة في زجاجة الصودا ، الذرة هي حركة دائمة ، فهي تهتز وتتحرك وتدور ، وحتى الذرات التي تتكون منها مقاعدنا تتحرك باستمرار ، فالصلب في الواقع يتحرك ، فالذرات لها حالات إثارة مختلفة ، بمعنى آخر ، لها طاقات مختلفة إذا تم منح الذرة طاقة كافية ، فيمكنها الصعود من مستوى طاقة الحالة الأرضية إلى مستوى طاقة الحالة المثارة. تعتمد مستويات الطاقة في الحالات المثارة على مقدار الطاقة المعطاة للذرات من خلال الطاقة الحرارية والطاقة الضوئية و كهرباء.
(2) المبدأ الأساسي للذرات التي تشكل الليزر.
فكر في بنية الذرة ، حتى مع التكنولوجيا الحديثة ، لا يمكننا رؤية المدارات المنفصلة للإلكترونات ، لكن&# 39 ؛ من المفيد التفكير في هذه المدارات على أنها ذرات في مستويات طاقة مختلفة. إذا قمنا بتسخين الذرات ، فإن بعض الإلكترونات الموجودة في المدارات منخفضة الطاقة يمكن أن تتأثر وتقفز إلى مدار طاقة أعلى بعيدًا عن النواة ، وعلى الرغم من أن هذا الوصف بسيط ، إلا أنه يكشف عن المبدأ الأساسي للذرات التي تشكل الليزر. يقفز الإلكترون إلى مدار طاقة أعلى ، ولا يزال يتعين عليه العودة إلى الحالة الأرضية ، وفي هذه العملية ، تطلق الإلكترونات طاقة على شكل فوتونات (جسيم ضوئي) ، وستجد أن الذرات تطلق الطاقة باستمرار على شكل الفوتونات ، على سبيل المثال عنصر التسخين في الفرن يتحول إلى اللون الأحمر الساطع ، والعنصر الأحمر هو الفوتون الأحمر المنبعث من حرارة الذرات ، وعندما تنظر إلى الصور على شاشة التلفزيون ، ترى أن ذرات الفوسفور مكشوفة. لمختلف ألوان الضوء المنبعث من السرعة العالية e يُصدر أي شيء ينبعث منه الضوء ، بما في ذلك مصابيح الفلورسنت ومصابيح الغاز والمصابيح المتوهجة ، عن طريق تغيير مدارات الإلكترون وإطلاق الفوتونات.
(3) العلاقة بين الليزر والذرة.
الليزر هو جهاز يتحكم في إطلاق الفوتونات المنبعثة من الذرات المثارة."؛ Laser"؛ هو اختصار لتضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع (تضخيم ضوء الإشعاع المحفز) ويصف هذا الاسم بإيجاز كيفية عمل الليزر ، على الرغم من وجود أنواع عديدة من الليزر ، إلا أنها تتميز ببعض الخصائص الأساسية ، ففي الليزر يجب ضخ وسيط الليزر لإثارة الذرات ، بشكل عام ، يمكن للوميض أو التفريغ عالي الكثافة أن يضخ الوسائط المتحمسة ، والتي يمكن أن تنتج عددًا كبيرًا من الحالات المثارة (بما في ذلك ذرات الإلكترون عالية الطاقة). يجب أن يحتوي الليزر على عدد كبير من الذرات المثارة ليعمل بكفاءة بشكل عام ، يجب تحفيز الذرات للارتفاع إلى مستويين أو ثلاثة من مستويات الطاقة فوق حالة الأرض ، وهذا يزيد من درجة انعكاس عدد الجسيمات ، وانعكاس رقم الجسيم هو عدد الذرات في حالة مثارة و عدد الذرات في الحالة الأرضية ، فعند ضخ وسيط الليزر ، فإنه يتضمن مجموعة من الذرات ذات إلكترونات مثارة ، وتكون للإلكترونات المثارة طاقة أعلى من الإلكترونات منخفضة الدرجة. يمكن للإلكترونات امتصاص كمية معينة من الطاقة إلى الحالة المثارة ، ويمكن للإلكترونات إطلاق هذه الطاقة ، كما هو موضح في الشكل أدناه ، يمكن للإلكترونات إطلاق بعض طاقتها طالما أنها تنتقل إلى مستوى أقل ، وتتحول الطاقة المنبعثة إلى يتكون الفوتون (الطاقة الضوئية) ، الفوتون المنبعث له طول موجي محدد (لون) ، والذي يعتمد على حالة طاقة الإلكترون عند إطلاق الفوتون ، وتقوم ذرتان لهما نفس حالة الإلكترون بإطلاق فوتونات لها نفس الطول الموجي.
(4) ليزر الليزر مختلف جدًا عن الضوء العادي.
له الخصائص التالية: انبعاث الليزر أحادي اللون ، حيث يحتوي الليزر على ضوء له طول موجي محدد (أي لون معين) ، ويتم تحديد الطول الموجي للضوء من خلال الطاقة المنبعثة من الإلكترون إلى الطاقة المنخفضة المدار: الليزر المنبعث لديه تماسك جيد ، الليزر له هيكل أفضل ، وكل فوتون يتبع حركات الفوتونات الأخرى ، بمعنى آخر ، موجات جميع الفوتونات متماثلة تمامًا ، الليزر لديه توجيه جيد ، شعاع الليزر مضغوط ومركّز وحيوية للغاية ، وبدلاً من ذلك ، ينتشر الضوء الصادر من المصباح في اتجاهات متعددة ، مع طاقة ضعيفة وتركيز منخفض ، ولتحقيق هذه الخصائص الثلاث ، تحتاج إلى المرور بعملية تسمى الانبعاث المحفز ، ومن غير المرجح أن تحدث هذه الظاهرة في مصباح يدوي عادي لأن ذراتها تنبعث بشكل عشوائي من الفوتونات ، وعند إطلاقها تكون الذرة عبارة عن انبعاث منظم للفوتونات ، ويكون للفوتون المنبعث من الذرة طول موجي محدد ، والذي يعتمد على الاختلاف في الطاقة بين الحالة المثارة والحالة الأرضية ، إذا واجه الفوتون (مع طاقة وطور معينين) ذرة أخرى ، وكان للذرة إلكترون في نفس الحالة المثارة ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إثارة الإثارة. أو تقود الذرة إلى إصدار فوتونات ، ثم تنبعث منها فوتونات (الفوتونات المنبعثة من الذرة الثانية) تهتز بنفس التردد والاتجاه عندما يدخل الفوتون إلى الفوتون. الأطراف المتقابلة لوسط الليزر: الفوتون ذو الطول الموجي والطور المعين ينعكس ذهابًا وإيابًا بين وسط الليزر من خلال انعكاس المرآة في كلا الطرفين ، وفي هذه العملية ، سوف يحفزون المزيد من الإلكترونات عن طريق مدار عالي الطاقة إلى منخفض قفز مسار الطاقة ، والذي يصدر المزيد من نفس الطول الموجي وطور الفوتونات ، والتي سيكون لها بعد ذلك&مثل ؛ شلال&مثل ؛ ، ثم جمعت بسرعة عددًا كبيرًا من نفس الطول الموجي في الليزر وطور الفوتونات. تستخدم مرآة على جانب واحد من الليزر" ؛ شبه عاكسة" ؛ الطلاء ، أي أنه يعكس جزءًا فقط من الضوء ، بينما الضوء الآخر يمكنه الاختراق ، والضوء النافذ هو الليزر.