الليزر (بالإنجليزية: LASER وهي اختصار لعبارة Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء بإنبعاث الإشعاع المحفز) تعبير عن حزمة ضوئية ذات فوتونات تشهجر 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 فلاقد يكون لها قوة الليزر . وباستخدام بلورات لمواد مناسبة(مثل الياقوت الأحمر ) عالية النقاوة يمكن تحفيز انتاجها لأشعة ضوئية من لون واحد أي ذوطول 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 .

تعريف الليزر

الليزر نبيطة (أوأداة ) 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 (هجريز) أشعة الليزر إلى هذا الحد من الدقة فإن هذه الأشعة تكون قوية جدًا. فبعض الأحزمة، على سبيل المثال، تستطيع اختراق الماس ، وهوأصلب مادة في الطبيعة، وبعضها تستطيع إحداث تفاعل نووي صغير . ويمكن أيضًا نقل حزمة الليزر إلى مسافات بعيدة دون حتى تفقد قوتها، حيث وصلت بعض الأحزمة إلى القمر.

إستخدامات الليزر

ويستخدمضوء 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

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 ذولون واحد، أي ذوطول 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 :

• نصف قطر الانحناء:

قد يحدث سطح العدسة الداخلي مستويا أومقعرا 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 وهجريزة في بؤرةقد 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 حتى 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

• ليزر الغاز ( CO₂ laser,Excimer LASER)
• ليزر السائل ()
• ليزر اشباه الموصلات (Semiconductor LASER)
• ليزر الحالة الصلبة (نيوديميوم ياغ Neodymium-YAG LASER)

استخدامات الليزر

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:

• اعتلال الشبكية السكري.
• ثقوب الشبكية.
• انسداد أوتخثر الوريد الشبكي.
• الزرق (إرتفاع ضغط العين).
• عيوب الإنكسار الضوئي في العين (طول أوقصر النظر واللابؤرية).
• انسداد القنوات الدمعية.
• بعض الأورام داخل العين .
• عمليات التجميل حول العين.
• حالات اندثار البقعة الصفراء.

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 تهجرز بدرجة عالية بوساطة عدسة محدبة . كما ان هناك الكثير من المواد القادرة على اطلاق اشعة الليزر منها المتجمدة (الياقوت الاحمر وزجاج النيوديميوم) ,والغازية(الهيليوم والنيون والزينون) مواد شبه موصلة (زرنيخ, الجاليوم وانتيمون الانديوم)

مزايا الليزر

الاتجاهية

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

الشدّة

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

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 حتى 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 فينطق: هناك ترابط للموجة على زمن τ. أما الترابط المكاني المثالي فيعني حتى 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

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

التطبيقات الطبية

يتقدم استخدام الليزر في الطب باستمرار؛ ليصبح وسيلة فعّالة بامتياز للعديد من المجالات الطبية. ففي طب العيون يعدّ وسيلة فريدة لمعالجة الأمراض داخل العين كانفصام الشبكية أوالنزيف الداخلي، وكذلك يستخدم بفعّالية كبيرة لتسليم 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:

العمل الحراري

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

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

ب - عمل الامتصاص الانتقائي: تمتص بعض الأعضاء الحيوية - ونتيجة لهجريبتها الكيمياوية - شكلاً انتقائياً واحداً أوأكثر من الأطوال الموجية في الطيف الكهرطيسي. إلى غير ذلك 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- عمل الحقل الكهرطيسي: تبلغ شدة الحقل الكهرطيسي في نبضة الليزر نحو 10سبعة إلى عشرة 12 فولت/م، في حين شدة الحقل الكهربائي الذي يربط الإلكترونات السطحية مع النواة هومن مرتبة 10ثمانية إلى عشرة 12 فولت/م؛ لذلك من الممكن حتى يتم تأيين الذرات وتخريب الروابط العضوية للجزيئات وظهور الجذور الحرة. كما حتى شدة الحقل الكهرطيسي يمكن حتى 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 النانوثانية أوالبيكوثانية، 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- عمل القشط الإشعاعي photo-ablatives: تعتمد ليزرات الأكسايمر المستخدمة في الجراحة العينية هذا العمل حيث إذا البروتينات تمتص كثيراً الأشعة فوق البنفسجية UV، فإذا كانت شدة الإشعاع فوق البنفسجي من مرتبة 10ثمانية W/cm2 فإن هذا الامتصاص يؤدي إلى تحطيم الروابط العضوية بالعمل 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 كيلوجرام على السنتيمتر المربع ودرجة الحرارة بين 100-200 الف درجة . ويأمل الفهماء 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 و1800 درجة مئوية في الصناعة في بتر ألواح الصلب ، قد يصل سمك اللوح منها ثلاثة سنتيمتر . وميزتها أنها تبتر 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 قطرهخمسة 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 وهوقياس المسافات بدقة متناهية ، سواء المسافات القصيرة أوالطويلة . 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 الفهماء حساب بعد القمر عن الأرض بدقة لم يتوصلوا إليها من قبل .

• وهي تستخدم أيضا في تحديد الأهداف بدقة بالغة جدا، حيث ان كان الهدف على مسافة 20 كم ووجهنا شعاع ليزر فسوف ينحصر مبتر الشعاع في دائرة ضوئية قطرهاسبعة سم فقط . وإذا أطلقت إلى القمر فسيكون قطر الدائرة المشكلة 3,2 كم فقط.

• وتجري في أمريكا أبحاثا هائلة لاستخدام الليزر ذوطاقة 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 (أوسلاح 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 وقنابل إلى الهدف بالاعتماد على مبادئ مختلفة؛ منها الإنارة والحزمة الموجهة.

الإنارة بالليزر

المبدأ هوقيادة قذيفة نحوهدف معلّم بحزمة ليزريّة، يمكن حتى تكون القذيفة صاروخاً بتوجيه ذاتي أوقنابل ذكية أوقذائف موجهة. يوجد المرسل الليزري على حامل القذيفة أوغيره، مثلاً الطائرة نفسها تكون حاملة للمرسل الليزري، وتحمل القذيفة الموجهة بالليزر، أوحتى المرسل الليزري موجود على طائرة استطلاع أومع مراقب متقدم يمكن حتى 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 حتى تنحرف عن المسار المطلوب تحت تأثير عوامل عديدة، مثل سرعة الريح واتجاه المتغيرتين خلال مسار القذيفة، وقد يحدث من الصعب أخذ هذه العوامل في الحسبان في حاسب منصّة الإطلاق. يترجم الجهل بهذه العوامل بتبعثر عشوائي لمسقط القذائف حول الهدف؛ ولكنقد 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 مسقطها ضمن الحزمة دوماً؛ وبذلك التوجه الذاتي نحوالهدف. عندما تقترب القذيفة من الهدف يتناقص تباعد الحزمة الليزرية؛ ولكن مع بقائها موجهة بدقة نحوالهدف.

طورت الصواريخ المضادة للدروع، والصواريخ جو- أرض، والصواريخ أرض - جوالمحمولة على الحزمة الليزرية. من محاسن هذه الأنظمة حتى 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 استعمال الليزر في تحييد الأهداف أوتدميرها بإعماء الحساسات الإلكتروبصرية الموجودة في الأهداف أوضربها أوإعطاب بعض الأجزاء الميكانيكية فيها. الليزرات المستخدمة إما صلبة أوغازية (CO2) أوكيمياوية (COIL, (HF, DF. بعض النظم الليزرية المستخدمة في الإعماء موجودة، وتخدم في بعض الجيوش، ولكن النظم التدميرية مازالت في طور البحث والتطوير، ويمكن حتى تخدم الجيوش البرية والبحرية والجويّة.

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

تطبيقات أخرى

يمكن استعمال الليزر النبضي في الرادار الضوئي، أوما يدعى الليدار LIDAR (Light Detection and Ranging)، حيث تقاس المسافة عن الهدف بفهم الزمن الذي تستغرقه النبضة الضوئية للوصول إليه، والعودة بعد انعكاسها عليه؛ مع أخذ سرعة انتشار الضوء المعروفة في الحسبان. وحدثا قصر زمن النبضة ازدادت الدقة في تعيين موضع الهدف؛ لذلك يجري توليد نبضات ليزرية لا تتعدى مدتها بضعة نانوثانية (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 حتى 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، أوشكل سقف بيت. كما يمكن استعمال النبضات المرتدة من الغبار أوحتى من جزيئات الهواء في طبقات الجوالعليا من أجل قياس كثافة الهواء ورسم التيارات الهوائية، أوالكشف عن بعض الانبعاثات الغازية، أووجود مواد ملوثة في الهواء.

إن الترابط العالي للحزمة الليزرية، أووجود علاقة واضحة بين اهتزازات الموجة الضوئية بين مختلف نقاط الحزمة، هوعنصر مهم في القياسات أوالتطبيقات التي تعتمد على تداخل الحزم الضوئية. وإذا قسمت حزمة ضوئية إلى قسمين يسلكان طريقين مختلفين، ثم جمعا في منطقة واحدة؛ فإنهما يمكن حتى يتوافقا في بعض نقاط الفضاء بحيث يعطيا شدة ضوئية كبيرة، أويختلفا بحيث يُعدمان بعضهما بعضاً، وهذا ما يعطي شكل أهداب مضيئة وعاتمة تعهد باسم أهداب التداخل، ويوافق الانتنطق 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 انتنطقات صغيرة جداً. وباستخدام الليزر يمكن إنجاز هذه القياسات على مسافات كبيرة جداً. وتستخدم المداخلات الليزرية لقياس الانتنطقات 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 سهل في تردد الموجة الضوئية (أوانزياح سهل في اللون). يزداد تردد الضوء المنعكس عن جسم متحرك مقترباً من المنبع الليزري بمقدار يتعلق بسرعة هذا الجسم، وتعهد 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 الكثير من المتاحف الفنية التي تعرض صوراً مجسمة فريدة. وللهولوغرامات تطبيقات صناعية واسعة، فهي تسمح بالكشف عن تشوهات صغيرة لسطوح الأجسام، أوالكشف 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 هجريزها على مساحات صغيرة جداً، أبعادها بحدود طول الموجة الضوئية، وذلك بوساطة عدسات تقليدية. ويسمح هجريز الحزم الضوئية المترابطة والناتجة عن بعض الليزرات ذات الاستطاعة المتوسطة أوالعالية؛ 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 حتى 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 أوتغيير 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؛ وفهم هجريبها الكيميائي. بهذه الطريقة يمكن تحليل عينات صغيرة من غاز أوسائل أوصلب شفاف، كما يمكن قياس ملوثات موجودة في الجووعلى مسافات بعيدة باستخدام انتثار رامان لضوء حزمة ليزرية.

تستخدم الحزم الليزرية في الاتصالات؛ لكون تردد الموجة الضوئية مرتفعاً جداً (بحدودخمسة × 1410 هرتز من أجل الضوء المرئي)، ويمكن تعديل الشدة الضوئية لتحميلها إشارات معقدة. هذا، ويمكن لحزمة ليزرية واحدة حتى تحمل من المعلومات بقدر ما تحمله جميع الأقنية الراديوية. ولكن يمكن للمطر أوالضباب أوالثلج حتى يوقفها، أويضعفها، أويبعثرها؛ لذلك بحاجة الحزمة الليزرية حتى 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 أو910 بايت في الثانية) ولمسافات تصل إلى مئات الكيلومترات أوآلافها، 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 الإنضمام والقراءة للأقراص الليزرية CD (Compact Disc) أوDVD (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 ذوالشدة الضعيفة نسبياً على سطح القرص؛ ليسقط على محس بصري مكون من ثنائي ضوئي photodiode. تختلف شدة الضوء المنعكس على سطح القرص طالما 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، أوإلى 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 .
• 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

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Lasers | Lasers ]].

• Encyclopedia of laser physics and technology by Dr. Rüdiger Paschotta
• A Practical Guide to Lasers for Experimenters and Hobbyists by Samuel M. Goldwasser
• Homebuilt Lasers Page by Professor Mark Csele
• Powerful laser is 'brightest light in the universe' - The world's most powerful laser as of 2008 might create supernova-like shock waves and possibly even antimatter (New Scientist,تسعة April 2008)
• How Lasers Work at HowStuffWorks
• Homemade laser project by Kip Kedersha
• "The Laser: basic principles" an online course by Prof. F. Balembois and Dr. S. Forget. Instrumentation for Optics, 2008
• Laserati, a community website for laser people.
• Northrop Grumman's Press Release on the Firestrike 15kw tactical laser product.
• المسقط التعليمي للفيزياء