معرض المتعلقات الشخصية للرسول، ص  *   لدعم ادعاءاتها في نزاع حقول الغاز في بحر الصين الجنوبي، الصين تخلق جزيرة اصطناعية ليصبح لها منطقة اقتصادية خالصة 200 ميل بحري  *   نصر دبلوماسي للأرجنتين والدول المتعثرة. الأمم المتحدة تقرر، بدء وضع اطار قانوني دولي لإعادة هيكلة اقتصادات الدول ومن له حق الحكم بالامتناع عن السداد والإفلاس  *   بوكو حرام تسيطر على بلدة باما النيجرية قرب الحدود مع الكاميرون  *   تعيين عمر الحاسي رئيساً لوزراء ليبيا  *   ناسا تبدأ اختباز نماذج نظام الاطلاق الفضائي للوصول للمريخ والكواكب الأخرى، ليصبح جاهزاً في 2018، وتترك مجال المركبات المأهولة حول الأرض للشركات الخاصة مثل سپيس-إكس  *   افتتاح معبر القسطل البري بين مصر والسودان يجدد الآمال في إنشاء طريق القاهرة-كيپ تاون في 2015  *  علماء آثار يعلنون ينسبون أول فن تجريدي لإنسان نياندرتال في كهف گورهام، جبل طارق  *   اكتشاف أكبر ديناصور بري، دريدنوتس، في الأرجنتين  *   سيرينا وليامز تفوز ببطولة أمريكا المفتوحة للمرة السادسة  *   هل انهارت مبادرة حوض النيل؟  *   ثروات مصر الضائعة في البحر المتوسط  *   شاهد أحدث التسجيلات  *  تابع المعرفة على فيسبوك  *  تابع مقال نائل الشافعي على جريدة الحياة: تطورات غاز المتوسط في أربع مشاهد  *      

ليزر

ليزر
Military laser experiment.jpg

United States Air Force laser experiment
المخترع Charles Hard Townes
سنة الإصدار 1960
التوافر Worldwide


الليزر (بالإنجليزية: LASER وهي اختصار لعبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء بإنبعاث الإشعاع المحفز) عبارة عن حزمة ضوئية ذات فوتونات تشترك في ترددها وتتطابق موجاتها بحيث تحدث ظاهرة التداخل البناء بين موجاتها لتتحول إلى نبضة ضوئية ذات طاقة عالية . ويمكن تشبيه نبضة شعاع الليزر بالكتيبة العسكرية حيث يتقدم جميع العسكر بخطوات متوافقة منتظمة ، بينما يشع المصدر الضوئي العادي موجات ضوئية مبعثرة غير منتظمة فلا يكون لها قوة الليزر . وباستخدام بلورات لمواد مناسبة(مثل الياقوت الأحمر ) عالية النقاوة يمكن تحفيز انتاجها لأشعة ضوئية من لون واحد أي ذو طول موجة واحدة ، وعند تطابقها مع بعضها وانعكاسها عدة مرات بين مرآتين داخل بلورة الليزر (تصبح كالعسكر في الكتيبة) ، فتنتظم الموجات وتتداخل وتخرج من الجهاز بالطاقة الكبيرة المرغوب فيها .

Contents

تعريف الليزر

From left to right: gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible spectrum, infrared, microwaves, radio waves. Bottom: enlargement of visible spectrum from violet (400nm) to red (700nm).

الليزر نبيطة (أو أداة ) تنتج حزمة ضوئية رفيعة جدًا وقوية. وبعض الأحزمة رفيعة لدرجة أنها قادرة على ثقب مائتي حفرة فوق نقطة في حجم رأس الدبوس . وبسبب إمكانية تبئير (تركيز) أشعة الليزر إلى هذا الحد من الدقة فإن هذه الأشعة تكون قوية جدًا. فبعض الأحزمة، على سبيل المثال، تستطيع اختراق الماس ، وهو أصلب مادة في الطبيعة، وبعضها تستطيع إحداث تفاعل نووي صغير . ويمكن أيضًا نقل حزمة الليزر إلى مسافات بعيدة دون أن تفقد قوتها، حيث وصلت بعض الأحزمة إلى القمر.


إستخدامات الليزر

A helium-neon laser demonstration at the Kastler-Brossel Laboratory at Univ. Paris 6. The pink-orange glow running through the center of the tube is from the electric discharge which inadvertently produces incoherent light, just as in a neon tube. That glowing plasma however also acts as the gain medium through which the internal beam passes as it is reflected in between the two mirrors. Laser radiation output from the front mirror can be seen to produce a tiny (about 1mm in diameter) intense spot on the screen to the right. Although it is a deep and pure red color, spots of laser light are so intense that cameras are typically overexposed and distort their color, often appearing more white.

ويستخدم ضوء الليزر في تطبيقات متنوعة نظرًا لما يتميز بها من خواص. فبعض أنواع الليزرات، على سبيل المثال، تستخدم في الموسيقى وقراءة شفرات الأسعار وقطْع الفلزات ولحمها ونقل المعلومات. وبالإضافة إلى ذلك، توجه الليزرات الصواريخ إلى أهدافها، وتعالج العيون، وتنتج عروضًا ضوئية مثيرة، كما تستخدم في رص جدران وأسقف المباني وفي طباعة الوثائق. وتستطيع بعض الليزرات تتبع أقل حركة تحدث للقارات .

وتتفاوت الليزرات في الحجم، حيث يبلغ طول نوع من الليزر عدة أمتار ، بينما لا يزيد حجم نوع آخر عن حجم حبة الملح.

طريقة عمل الليزر

:
1. Active laser medium
2. Laser pumping energy
3. High reflector
4. Output coupler
5. Laser beam

هذا شكل يوضح أجزاء جهاز الليزر . (1) الوسط المنتج لشعاع الليزر . (2) طاقة كهربائية لتحفيز الوسط على أصدار الموجات الضوئية . وعاكس (3) للضوء عال الأداء . وعدسة(4) خروج الشعاع وقد تكون مستوية أوعدسة مقعرة. (5) شعاع الليزر الناتج .

ويعمل جهاز الليزر على انعكاس الضوء ذو لون واحد، أي ذو طول موجة واحدة بين المرآة الخلفية (3) والعدسة . ويتم ذلك بتحفيز الوسط على انتاج ذلك اللون من الضوء وهي خاصية من خصائص الوسط . وبعد انعكاس شعاع الضوء داخل الوسط عدة مرات نصل إلى وضع اتزان بين عدد الاشعة المتجمعة في الوسط والتي تتميز بانتظام (خطوة) الأشعة عن طريق الانعكاس المتعدد . وبين الشعاع الخارج .

ولمواصفات عدسة الشعاع الخارج أهميتين :

قد يكون سطح العدسة الداخلي مستويا أو مقعرا وذلك بحسب الغرض المرغوب فيه .ويطلى السطح الداخلى للعدسة بطلاء فضي نصف عاكس حتى يستطيع شعاع الليزر الخروج من الوسط إلى الخارج . وإذا كانت هناك رغبة في تجميع الشعاع الخارج وتركيزة في بؤرة يكون السطح الخارجي للعدسة مقعرا .كما يـطلى السطح الخارجي بطلاء يمنع الانعكاس ، لكي يتيح خروج شعاع الليزر الناتج من دون فاقد .

  • معامل انعكاس العدسة:

يعتمد عدد الانعكاسات لأشعة الضوء المتراكمة داخل الوسط على نوع الوسط المستخدم . ففي ليزر الهيليوم-نيون نحتاج إلى درجة انعكاس للمرآة بنسبة 99 % لكي يعمل الجهاز . وأما في حالة ليزر النيتروجين فلا حاجة للانعكاس الداخلي (درجة انعكاس 0 %) حيث أن ليزر النيتروجين يتميز بدرجة فائقة عل انتاج الأشعة. ومن جهة أخرى تعتمد خواص العدسة المتعلقة بانعكاس الضوء على طول موجة الضوء . ولهذا يـُعطي للخواص الضوئية للعدسة عناية خاصة عند تصميم جهازا لليزر .

أنواع الليزر

Graph showing the history of maximum laser pulse intensity throughout the past 40 years.

استخدامات الليزر

Wavelengths of commercially available lasers. Laser types with distinct laser lines are shown above the wavelength bar, while below are shown lasers that can emit in a wavelength range. The color codifies the type of laser material (see the figure description for more details).

يستخدم الليزر حاليا في مجالات متعددة كاستعمالها في الأقراص المدمجة وفي صناعة الإلكترونيات وقياس المسافات بدقة -خاصة أبعاد الأجسام الفضائية- وفي الإتصالات. كما تستخدم أشعة الليزر في معالجة بعض أمراض العيون حيث يتم تسليط أشعة ليزر عالية الطاقة على شكل ومضات في نقطة معينة في العين لزمن قصير -أقل من ثانية-. ومن أمراض العيون التي يستخدم فيها الليزر:

كما يستخدم الليزر في العمليات الجراحية مثل جراحة المخ والقلب والأوعية الدموية والجراحة العامة. في عام 1960 اخترع جهاز الليزر الذي يطلق الاشعة وحيدة اللون والاتجاه ويمكن ان تتركز بدرجة عالية بوساطة عدسة محدبة . كما ان هناك الكثير من المواد القادرة على اطلاق اشعة الليزر منها المتجمدة (الياقوت الاحمر و زجاج النيوديميوم) ,والغازية(الهيليوم والنيون والزينون) مواد شبه موصلة (زرنيخ, الجاليوم و انتيمون الانديوم)

مزايا الليزر

A frequency-doubled green laser pointer, showing internal construction. Two AAA cells and electronics power the laser module (lower diagram) This contains a powerful 808 nm IR diode laser that optically pumps a Nd:YVO4 crystal inside a laser cavity. That laser produces 1064 nm (infrared) light which is mainly confined inside the resonator. Also inside the laser cavity, however, is a non-linear KTP crystal which causes frequency doubling, resulting in green light at 532 nm. The front mirror is transparent to this visible wavelength which is then expanded and collimated using two lenses (in this particular design).

الاتجاهية

تنتج هذه الصفة مباشرة من حقيقة توضّع الوسط الفعال ضمن مجاوب ضوئي مكون من مرايا مستوية مثلاً، يكون اتجاه انتشار الأشعة محدداً وفق محور المجاوب أو قريباً منه. ويكون التباعد صغيراً جداً مقارنة مع المصادر الأخرى المعروفة مما يسمح بنقل الطاقة إلى مسافات بعيدة.

الشدّة

Laser spots (650, 532, 405 nm)

تنجم أشعة الليزر عن تضخيم متزايد لفوتونات واردة متطابقة تقريباً، فلا يوجد فرق في الطور بينها يؤدي لتداخل هدّام، بل يوجد تراكم للطاقة وشدة تتناسب مع عدد الفوتونات. يسمح هذا التراكم بالحصول على شدة ضوئية في واحدة السطح قادرة على صهر أقسى المواد.

وحيد اللون

A 5.6 mm 'closed can' commercial laser diode, probably from a CD or DVD player

يُصدر الليزر أشعة لها التواتر نفسه تقريباً ضمن مجال طيفي ضيق جداً يفرضه نمط المجاوب الضوئي. ينجم عن ذلك ضوء على درجة عالية من النقاء الطيفي المحدد بعرض مجال أقل بمليون مرة من عرض الخط الطيفي للإصدار التلقائي الموافق.

الترابط الزماني والمكاني

يلخص مصطلح الترابط الزماني أن فرق الطور في أي نقطة من الحقل الكهرطيسي الموافق للإشعاع الليزري بين لحظة t ولحظة τ + t يبقى ثابتاً في أي لحظة من الزمن t فيقال: هناك ترابط للموجة على زمن τ. أما الترابط المكاني المثالي فيعني أن فرق الطور في أي لحظة من الزمن بين نقطتين من صدر الموجة يبقى معدوماً. وأشعة الليزر على درجة كبيرة من الترابط الزماني والمكاني؛ وهذا يعطيها الخواص الفريدة التي تسمح باستخدامها في مختلف التطبيقات.

تطبيقات الليزر

Laser beams (red, green, violet)

الليزر أداة مهمة في البحث العلمي، فقد أتاح الإشعاع الليزري معرفة أفضل لظواهر مثل الانتثار والانعراج كما أتاح تحسين القياسات الطيفية. يستخدم الليزر لفصل نظائر اليورانيوم وللقياسات الدقيقة وفي الاتصالات وفي التركيب الضوئي وفي الصناعة الميكانيكية في اللحام والقص وكذلك في صنع الأخيلة المجسمة (الهولوغرافية) وفي المعلوميات وفي قراءة الأقراص المدمجة الرقمية.

التطبيقات الطبية

Lasers range in size from microscopic diode lasers (top) with numerous applications, to football field sized neodymium glass lasers (bottom) used for inertial confinement fusion, nuclear weapons research and other high energy density physics experiments.

يتقدم استخدام الليزر في الطب باستمرار؛ ليصبح وسيلة فعّالة بامتياز للعديد من التخصصات الطبية. ففي طب العيون يعدّ وسيلة فريدة لمعالجة الأمراض داخل العين كانفصام الشبكية أو النزيف الداخلي، وكذلك يستخدم بفعّالية كبيرة لتصحيح عيوب البصر وأمراض الزرق والسّاد وغيرها. وفي الجراحة يستخدم مبضعاً من دون تلامس مما يحقق تعقيماً نموذجياً وتخثيراً للدم يقلل النزيف كثيرًا. وفي المعالجات الجلدية أثبت فعالية كبيرة لمعالجة الوحمات وبعض الأمراض الجلدية ونزع الشعر. تتفاعل أشعة الليزر مع الأنسجة الحيوية بعدة مظاهر، منها:

الفعل الحراري

Warning symbol for lasers.

ينجم عن امتصاص الأنسجة للطاقة المحمولة بالحزمة الليزرية وتبددها الموضعي على شكل حرارة، يؤدي إلى تخثر الخلايا أو حرقها أو تبخيرها، تبعاً لكثافة الطاقة السطحية الساقطة وتبعاً لطيف الامتصاص للأنسجة الحيوية المختلفة يتحدد عمق التفاعل.

من أجل التبخير يعد ليزر ثنائي أكسيد الكربون CO2 هو الأفضل، ومن أجل التخثر السطحي هناك ليزر غاز الأرغون Ar+، أما من أجل التخثر الحجمي فيستخدم ليزر النيوديميوم: Nd:YAG

ب - فعل الامتصاص الانتقائي: تمتص بعض الأعضاء الحيوية - ونتيجة لتركيبتها الكيمياوية - شكلاً انتقائياً واحداً أو أكثر من الأطوال الموجية في الطيف الكهرطيسي. وهكذا إذا شُعِّعت هذه الأعضاء بليزر ذي طول موجي يوافق قمة الامتصاص لبعض المركبات؛ فإنه يمكن تدمير هذه المركبات الموجودة في الخلية، من دون تدمير الخلية وهذا أحد مجالات الأبحاث للقضاء على الخلايا السرطانية .

ج- فعل الحقل الكهرطيسي: تبلغ شدة الحقل الكهرطيسي في نبضة الليزر نحو 10 7 إلى 10 12 فولت/م، في حين شدة الحقل الكهربائي الذي يربط الإلكترونات السطحية مع النواة هو من مرتبة 10 8 إلى 10 12 فولت/م؛ لذلك من الممكن أن يتم تأيين الذرات وتخريب الروابط العضوية للجزيئات وظهور الجذور الحرة. كما أن شدة الحقل الكهرطيسي يمكن أن تؤثر في الثوابت الفيزيائية للوسط، مثل الناقلية وثابت العازلية واستقطاب أغشية الخلايا؛ وهذا يؤدي إلى فوضى في التبادل الأيوني عبر جدار الخلايا العضوية. يحدث هذا في حالة النبضات القصيرة جداً من مرتبة النانو ثانية أو البيكو ثانية، تكون شدة الحقل الكهرطيسي في نقطة المحرق كبيرة جداً بحيث يخلق الحقل بلازماplasma موضعية تكون درجة الحرارة الموضعية والضغط فيها شديدين جداً، ويؤدي تمدد هذه البلازما إلى خلق موجة صدم ميكانيكية تؤثر في الخلايا.

د- فعل القشط الإشعاعي photo-ablatives: تعتمد ليزرات الأكسايمر المستخدمة في الجراحة العينية هذا الفعل حيث إن البروتينات تمتص كثيراً الأشعة فوق البنفسجية UV، فإذا كانت شدة الإشعاع فوق البنفسجي من مرتبة 10 8 W/cm2 فإن هذا الامتصاص يؤدي إلى تحطيم الروابط العضوية بالفعل الضوئي للسلاسل البوليميرية المكونة للمادة الحية مع تدافع إلكترونى بين الأجزاء، وتكون هذه الأجزاء من مرتبة 3-5 μm. هذا القشط نظيف يشفى بسرعة كبيرة.

في الصناعة

عندما يجري تحفيز جهاز الليزر بوساطة الكهرباء ترتفع طاقة ذراتها من المستوى الادنى إلى المستوى الاعلى ،وتعاود الانخفاض إلى مستوى الطاقة الادنى مرورا بالمستوى الأوسط نتيجة عدم استقرار الجسيمات الواقعة في مسار الطاقة ، عندها تنبعث الفوتونات التي تعطي رنينا في جهاز الليزر وتخرج من الجهاز بطاقة كبيرة وصلت اقصى ما وصلت اليه 1700 مليون ميجاواط ويتم التفاعل في ثلاثة على عشرة ملايين ثانية وضغطها مليون وخمسين الف كيلو جرام على السنتيمتر المربع ودرجة الحرارة بين 100-200 الف درجة . ويأمل العلماء بإستعمال تلك الطريقة في التوصل إلى الإندماج النووي للعناصر الخفيفة مثل الهيدروجين الثقيل و التريتيوم و الليثيوم بغرض إنتاج الكاقة الكهربائية .

  • وتستخدم أنواع من أجهزة الليزر كالموصوفة أعلاه ولكن تعمل بطاقات أقل ، تصل حرارتها إلى بين 1000 و 1800 درجة مئوية في الصناعة في قطع ألواح الصلب ، قد يصل سمك اللوح منها 3 سنتيمتر . وميزتها أنها تقطع بدقة متناهية حيث يُوجه جهاز الليزر بوساطة الحاسوب .
  • ومن استخدامات الليزر لحام المواد الصلبة والنشطة والمواد التي تتمتع بدرجة انصهار عالية مع امتيازها بدقة التصنيع بسبب اطلاقها لحزمة كثيفة ضيقة مركزة ، كما تستطيع أشعة الليزر فتح ثقب قطره 5 ميكرومتر خلال 200 ميكروثانية في أشد مواد المعمورة صلابة ( الماس والياقوت الاحمر والتيتانيوم) وبفضل قصر مدة التصنيع لا يحدث اي تغير في طبيعة المادة.
  • كما لها استخدام مهم اخر وهو قياس المسافات بدقة متناهية ، سواء المسافات القصيرة أو الطويلة . وأشعة الليزر تستطيع قياس عشرة امتار دون إحداث خطأ يتجاوز واحد على عشرة الاف من المتر .كما استخدمت أشعة الليزر في تحديد بعد القمر عن الأرض . وقد تم ذلك في في السبعينبات حيث وضع رواد الفضاء على القمر مرآة لعكس الليزر عند سقوطه عليها ، وبعد ذلك وُجه شعاع ليزر من الأرض إلى القمر وبانعكاسه على المرآة على سطح القمر وعودته إلى الأرض أستطاع العلماء حساب بعد القمر عن الأرض بدقة لم يتوصلوا إليها من قبل .
  • وهي تستخدم أيضا فى تحديد الأهداف بدقة بالغة جدا، حيث ان كان الهدف على مسافة 20 كم ووجهنا شعاع ليزر فسوف ينحصر مقطع الشعاع في دائرة ضوئية قطرها 7 سم فقط . وإذا أطلقت إلى القمر فسيكون قطر الدائرة المشكلة 3,2 كم فقط.
  • وتجري في أمريكا أبحاثا هائلة لاستخدام الليزر ذو طاقة عالية جدا لتدمير الصواريخ المعادية عاليا ًً في الفضاء قبل وصولها إلى أمريكا ، واستطاعوا تحقيق بعض النجاح على هذا الطريق ولكن الأبحاث لا زالت مستمرة ،أولا لإتقان هذه التكنولوجيا الجديدة ، ثم بناء شبكة عظمي لإكتشاف الصواريخ المعادية حين انطلاقها ، ويتبع ذلك توجيه أجهزة الليزر القوي (أو سلاح الليزر) على الصاروخ المعادي لتدميره في الفضاء ، وتتضمن هذه التكنولوجيا أيضا استخدام الإقمار الصناعية وقيامها بدور في هذا النطاق . وقد رصدت الولايات المتحدة اموالا باهظة لإحداث تقدم في هذا المشروع .

تطبيقات الليزر العسكرية

يستخدم الليزر في كثير من المجالات العسكرية، فقد استخدم منذ اختراعه حتى اليوم قائساً للمسافة؛ وفي الاتصالات حيث يمكن تحميل كثير من المكالمات على حزمة ضوئية؛ كذلك يستخدم مقلد سلاح في المناورات الحربية وللتدريب على الرمي. أما الرادار الليزري LIDAR إضافة إلى إمكانية عمله راداراً تقليدياً فيمكن استخدامه في كشف عناصر الحرب الكيمياوية والبيولوجية، وتوجد أنواع عديدة منه. يوجد كذلك كثير من التطبيقات العسكرية الأخرى، من أهمها:

- أنظمة قيادة القذائف وتوجيهها ليزرياً: باستخدام الليزر يمكن توجيه مقذوفات مختلفة من صواريخ و قنابل إلى الهدف بالاعتماد على مبادئ مختلفة؛ منها الإنارة والحزمة الموجهة.

الإنارة بالليزر

المبدأ هو قيادة قذيفة نحو هدف معلّم بحزمة ليزريّة، يمكن أن تكون القذيفة صاروخاً بتوجيه ذاتي أو قنابل ذكية أو قذائف موجهة. يوجد المرسل الليزري على حامل القذيفة أو غيره، مثلاً الطائرة نفسها تكون حاملة للمرسل الليزري، وتحمل القذيفة الموجهة بالليزر، أو أن المرسل الليزري موجود على طائرة استطلاع أو مع مراقب متقدم يمكن أن يعلّم هدفاً بحزمة ليزرية؛ لكي يضرب من طائرة مهاجمة أخرى.

الغاية من تعليم الأهداف بالليزر هي زيادة احتمال الإصابة في النهاية؛ لأن القذائف الكلاسيكية - مثل القنابل والصواريخ - يمكن أن تنحرف عن المسار المطلوب تحت تأثير عوامل عديدة، مثل سرعة الريح واتجاه المتغيرتين خلال مسار القذيفة، وقد يكون من الصعب أخذ هذه العوامل في الحسبان في حاسب منصّة الإطلاق. يترجم الجهل بهذه العوامل بتبعثر عشوائي لمسقط القذائف حول الهدف؛ ولكن يكون التوجيه بالإنارة الليزرية سواء للقنابل أم للصواريخ دقيقاً جداً.

الحزمة الموجّه

يوضع الليزر في هذه الحالة على منصة الإطلاق للقذيفة، ويصدر حزمة ليزرية باتجاه الهدف ذات تباعد يمكن التحكم به. في لحظة الإطلاق تكون الحزمة الليزرية ذات تباعد كبير لكي تدخل القذيفة ضمن مخروط الحزمة بسرعة. يتوضع الكاشف في هذه الحالة في مؤخرة القذيفة بوضع هندسي معين بشكل يسمح بتعيين موقعها ضمن الحزمة دوماً؛ وبذلك التوجه الذاتي نحو الهدف. عندما تقترب القذيفة من الهدف يتناقص تباعد الحزمة الليزرية؛ ولكن مع بقائها موجهة بدقة نحو الهدف.

طورت الصواريخ المضادة للدروع، والصواريخ جو- أرض، والصواريخ أرض - جو المحمولة على الحزمة الليزرية. من محاسن هذه الأنظمة أن قيادة الصاروخ تتم بالمتابعة عبر مؤخرة الصاروخ وباستخدام حزمة ليزرية ضيقة مكانياً وطيفياً. وهذا ما يجعل من الصعوبة القصوى التشويش على القذائف الموجهة بهذه الطريقة.

السلاح الليزري

يمكن استخدام الليزر في تحييد الأهداف أو تدميرها بإعماء الحساسات الإلكتروبصرية الموجودة في الأهداف أو ضربها أو إعطاب بعض الأجزاء الميكانيكية فيها. الليزرات المستخدمة إما صلبة أو غازية (CO2) أو كيمياوية (COIL, (HF, DF. بعض النظم الليزرية المستخدمة في الإعماء موجودة، وتخدم في بعض الجيوش، ولكن النظم التدميرية مازالت في طور البحث والتطوير، ويمكن أن تخدم الجيوش البرية والبحرية والجويّة.

وتتجه البحوث اليوم نحو سلاح ليزري ذي استطاعة عالية جداً قاعدته في الفضاء الخارجي قادر على تدمير الصواريخ البالستية العابرة للقارات منذ مرحلة إطلاقها. ويشكّل هذا الموضوع حجر الزاوية في البرنامج الأمريكي المسمى مبادرة الدفاع الاستراتيجي أو حرب النجوم.

تطبيقات أخرى

يمكن استخدام الليزر النبضي في الرادار الضوئي، أو ما يدعى الليدار LIDAR (Light Detection and Ranging)، حيث تقاس المسافة عن الهدف بمعرفة الزمن الذي تستغرقه النبضة الضوئية للوصول إليه، والعودة بعد انعكاسها عليه؛ مع أخذ سرعة انتشار الضوء المعروفة في الحسبان. وكلما قصر زمن النبضة ازدادت الدقة في تعيين موضع الهدف؛ لذلك يجري توليد نبضات ليزرية لا تتعدى مدتها بضعة نانو ثانية (جزء من مليار من الثانية). جرى قياس صدى الليدار المنعكس على عاكس مكون من عدة مواشير وضع على سطح القمر مع أول رحلة مأهولة إليه، ومن ثم أمكن قياس المسافة بين مرصاد فضائي على سطح الأرض والمرآة القمرية بخطأ لا يتجاوز عدة سنتيمترات. يمكن لقياسات متواقتة للمسافة بين هذه المرآة القمرية ومرصادين موجودين في منطقتين مختلفتين على سطح الأرض أن تقيس المسافة الدقيقة بين المرصادين. كما يمكن لسلسلة من هذه القياسات توفير معلومات عن المسافات بين القارات.

يمكن بتثبيت رادار ضوئي شاقولياً على طائرة إجراء مسح دقيق لإنشاءات على سطح الأرض، مثل مناسيب المدرجات في ملعب كرة قدم، أو شكل سقف بيت. كما يمكن استخدام النبضات المرتدة من الغبار أو حتى من جزيئات الهواء في طبقات الجو العليا من أجل قياس كثافة الهواء ورسم التيارات الهوائية، أو الكشف عن بعض الانبعاثات الغازية، أو وجود مواد ملوثة في الهواء.

إن الترابط العالي للحزمة الليزرية، أو وجود علاقة واضحة بين اهتزازات الموجة الضوئية بين مختلف نقاط الحزمة، هو عنصر مهم في القياسات أو التطبيقات التي تعتمد على تداخل الحزم الضوئية. وإذا قسمت حزمة ضوئية إلى قسمين يسلكان طريقين مختلفين، ثم جمعا في منطقة واحدة؛ فإنهما يمكن أن يتوافقا في بعض نقاط الفضاء بحيث يعطيا شدة ضوئية كبيرة، أو يختلفا بحيث يُعدمان بعضهما بعضاً، وهذا ما يعطي شكل أهداب مضيئة وعاتمة تعرف باسم أهداب التداخل، ويوافق الانتقال بين هدب مضيء وهدب عاتم فرق في المسير الضوئي بين القسمين بقدر نصف طول الموجة. يدعى الجهاز الذي يستخدم هذه الطريقة بالمداخل الليزري laser interferometer، ويمكن بوساطته الكشف عن انتقالات صغيرة جداً. وباستخدام الليزر يمكن إنجاز هذه القياسات على مسافات كبيرة جداً. وتستخدم المداخلات الليزرية لقياس الانتقالات الصغيرة في القشرة الأرضية على طول الفوالق الجيولوجية. وتستخدم هذه الأجهزة لمعايرة الخيوط الدقيقة، ولمراقبة منتجات الآلات المؤتمتة، ولفحص العناصر البصرية.

تتميز بعض الليزرات بوحدانية لون عالية بحيث يمكن كشف تغيّر بسيط في تردد الموجة الضوئية (أو انزياح بسيط في اللون). يزداد تردد الضوء المنعكس عن جسم متحرك مقترباً من المنبع الليزري بمقدار يتعلق بسرعة هذا الجسم، وتعرف هذه الظاهرة باسم ظاهرة دوبلر Doppler effect. ومن أجل جسم يتحرك مبتعداً من المنبع الليزري يتناقص تردد الضوء المنعكس. إذا جمع على محس ضوئي جزء من الضوء الليزري الأصلي مع الضوء المنعكس ذي التردد المزاح؛ تتولد إشارة عن المحس الضوئي بتردد يعادل فرق التردد بين الضوءين. فيمكن بهذه الطريقة قياس سرعات صغيرة للأجسام المتحركة، وتستخدم لمراقبة تدفق الدم في الأوعية والشعيرات الدموية ، كما تستخدم لقياس سرعة السيارات.

مع توافر حزمات ليزرية بشدة كافية وترابط عال، وباستخدام التداخل الضوئي؛ أصبح من السهل تشكيل الهولوغرامات holograms التي تستخدم لتطوير طرائق تصويرية بحيث تشكل صوراً مجسمة ثلاثية الأبعاد للأجسام المصورة، ويوجد في العالم العديد من المتاحف الفنية التي تعرض صوراً مجسمة فريدة. وللهولوغرامات تطبيقات صناعية واسعة، فهي تسمح بالكشف عن تشوهات صغيرة لسطوح الأجسام، أو الكشف عن اهتزازات غير مرئية. كما أصبحت الهولوغرامات الرقيقة تستخدم عناصر بصرية في بعض الأجهزة البصرية بدلاً عن العدسات الزجاجية ، مختزلة بذلك حجم هذه الأجهزة ووزنها.

تسمح صفة الترابط للحزمة الضوئية بإمكانية تركيزها على مساحات صغيرة جداً، أبعادها بحدود طول الموجة الضوئية، وذلك بوساطة عدسات تقليدية. ويسمح تركيز الحزم الضوئية المترابطة والناتجة عن بعض الليزرات ذات الاستطاعة المتوسطة أو العالية؛ يسمح بالحصول على شدات ضوئية عالية جداً (أي نسبة الاستطاعة إلى واحدة السطح). وغالباً ما تسمح الليزرات النبضية بتوليد نبضات ضوئية باستطاعة أكبر من الليزرات المستمرة، فإذا ركّزت هذه النبضات ينتج منها شدات هائلة.

يمكن لليزرات النبضية باستطاعات متوسطة أن تبخر مقادير صغيرة من أي مركب وحفر ثقوب ضيقة في أقسى المواد. فمثلاً يستخدم ليزر الياقوت من أجل ثقب الألماس ومن أجل تشكيل الحجارة المستخدمة في الساعات من مادة الياقوت.

مع الشدات الضوئية الكبيرة التي يمكن الحصول عليها أصبح الليزر يستخدم أيضاً في قصّ المواد ولحمها على أبعاد صغيرة. يمكن قص مقاومات كهربائية لإنجاز قيم دقيقة بإزالة أجزاء منها، كما يمكن تعديل الوصلات بين عناصر الدارات الإلكترونية الدقيقة في الدارات المتكاملة، وتستطيع نبضة ليزرية تبخير عينة من مركب لتحليله بوساطة أجهزة مناسبة. بهذه الطريقة يمكن تحليل عينات صغيرة للغاية دون التسبب بالتلوث.

إن سطوع الضوء الليزري ولونه الصافي وانتشاره المستقيم وفق اتجاه محدد يجعله مثالياً لإجراء تجارب انتثار الضوء، ويمكن تحديد حتى مقادير صغيرة من الضوء المنتثر مع تغيير طول الموجة أو تغيير الاتجاه. يُسبب نوع خاص من الانتثار الضوئي- معروف باسم انتثار رامان Raman Effect- انزياحاً بطول الموجة مميزاً للجزيئات الكيمياوية، يمكن بوساطته تحديد نوع هذه الجزيئات؛ ومعرفة تركيبها الكيميائي. بهذه الطريقة يمكن تحليل عينات صغيرة من غاز أو سائل أو صلب شفاف، كما يمكن قياس ملوثات موجودة في الجو وعلى مسافات بعيدة باستخدام انتثار رامان لضوء حزمة ليزرية.

تستخدم الحزم الليزرية في الاتصالات؛ لكون تردد الموجة الضوئية مرتفعاً جداً (بحدود 5 × 1410 هرتز من أجل الضوء المرئي)، ويمكن تعديل الشدة الضوئية لتحميلها إشارات معقدة. هذا، ويمكن لحزمة ليزرية واحدة أن تحمل من المعلومات بقدر ما تحمله جميع الأقنية الراديوية. ولكن يمكن للمطر أو الضباب أو الثلج أن يوقفها، أو يضعفها، أو يبعثرها؛ لذلك تحتاج الحزمة الليزرية أن تنتشر ضمن وسط محمي من أجل تحقيق اتصالات موثوقة على الأرض، فتستخدم الألياف البصرية optical fibers المصنوعة من الزجاج والمغلّفة بمواد حافظة من أجل هذا الغرض. ومنذ عام 1980 تستخدم مرشدات الموجة هذه بتزايد من أجل الاتصالات على مسافات بعيدة جداً. وتستطيع الألياف البصرية نقل المعلومات بمعدل يفوق غيغا بايت في الثانية (Gbps أو 910 بايت في الثانية) ولمسافات تصل إلى مئات الكيلومترات أو آلافها، مثل خطوط النقل تحت المحيطات. هذا، وإن الليزرات المستخدمة مع الألياف البصرية هي ثنائيات ليزرية مصنوعة من أنصاف النواقل بأطوال موجات تحت الحمراء (1.55 ميكرومتر).

تتكامل تقانة الليزر مع أنظمة التسجيل والقراءة للأقراص الليزرية CD (Compact Disc) أو DVD (Digital Versatile Disc)، يجري تسجيل المعطيات الرقمية بحفر سلسلة من الثقوب المجهرية- تسمى حفراً pits- بوساطة حزمة ليزرية على سطح غشاء معدني رقيق متوضع على سطح القرص. وبهذه الطريقة يُصنع قرص أساسي يجري نسخه بوساطة طريقة طباعة خاصة. عند قراءة القرص، ينعكس الضوء الليزري ذو الشدة الضعيفة نسبياً على سطح القرص؛ ليسقط على محس بصري مكون من ثنائي ضوئي photodiode. تختلف شدة الضوء المنعكس على سطح القرص في حال وجود حفرة عن عدم وجودها، وتدوّن هذه المعلومات الرقمية الثنائية بوساطة دارة المحس البصري. وفي حال كان مضمون القرص صوتاً أو «فيديو»؛ فإن الإشارات الرقمية تحول إلى إشارات تماثلية ترسل إلى مكبر الصوت، أو إلى الشاشة المرئية.

تستخدم الليزرات أيضاً في كثير من الطابعات الحاسوبية حيث توجّه منظومة من العناصر البصرية الحزمة الليزرية داخل الطابعة لرسم الصورة المراد طباعتها على أسطوانة كهرضوئية بدقة عالية (تولد شحنات كهربائية في المناطق المعرضة للضوء)، وتنقل الصور المرسومة على الأسطوانة إلى الورقة عن طريق التصوير الكهربائي الساكن، ثم تزال الشحنة الكهربائية من الأسطوانة لطباعة الصفحة التالية.


أنظر أيضا

مراجع وملاحظات

جمال صبح سعيد، إياد سيد درويش. الليزر والميزر. الموسوعة العربية.

قراءات أضافية

Books
  • Bertolotti, Mario (1999, trans. 2004). The History of the Laser, Institute of Physics. ISBN 0-750-30911-3
  • Csele, Mark (2004). Fundamentals of Light Sources and Lasers, Wiley. ISBN 0-471-47660-9
  • Koechner, Walter (1992). Solid-State Laser Engineering, 3rd ed., Springer-Verlag. ISBN 0-387-53756-2
  • Siegman, Anthony E. (1986). Lasers, University Science Books. ISBN 0-935702-11-3
  • Silfvast, William T. (1996). Laser Fundamentals, Cambridge University Press. ISBN 0-521-55617-1
  • Svelto, Orazio (1998). Principles of Lasers, 4th ed. (trans. David Hanna), Springer. ISBN 0-306-45748-2
  • Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. ISBN 0-684-83515-0. 
  • Wilson, J. & Hawkes, J.F.B. (1987). Lasers: Principles and Applications, Prentice Hall International Series in Optoelectronics, Prentice Hall. ISBN 0-13-523697-5
  • Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics, 3rd ed., Wiley. ISBN 0-471-60997-8
Periodicals
  • Applied Physics B: Lasers and Optics (ISSN 0946-2171)
  • IEEE Journal of Lightwave Technology (ISSN 0733-8724)
  • IEEE Journal of Quantum Electronics (ISSN 0018-9197)
  • IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics (ISSN 1077-260X)
  • IEEE Photonics Technology Letters
  • Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics (ISSN 0740-3224)
  • Laser Focus World (ISSN 0740-2511)
  • Optics Letters (ISSN 0146-9592)
  • Photonics Spectra (ISSN 0731-1230)

روابط خارجية

كومونز
هنالك المزيد من الملفات في ويكيميديا كومنز حول :
[[Commons: Category:Lasers |ليزر]]