خواص إشعاع الليزر. المبادئ الأساسية والآليات البيولوجية لتأثير أشعة الليزر على الجلد. التكنولوجيا والتقنية
![خواص إشعاع الليزر. المبادئ الأساسية والآليات البيولوجية لتأثير أشعة الليزر على الجلد. التكنولوجيا والتقنية](https://i1.wp.com/syl.ru/misc/i/ai/369905/2226080.jpg)
يحدد جهاز الليزر وخصائص الانبعاث المحفّز الفرق بين إشعاع الليزر وإشعاع مصادر الضوء التقليدية. يتميز إشعاع الليزر (LI) بالخصائص المهمة التالية.
1. تماسك عالي.الإشعاع متماسك للغايةوالذي يرجع إلى خصائص الإشعاع المستحث المحفز. في هذه الحالة ، لا يحدث التماسك الزمني فحسب ، بل أيضًا التماسك المكاني: يظل فرق الطور عند نقطتين من المستوى المتعامد مع اتجاه الانتشار ثابتًا (الشكل أ) (بسبب التماسك المكاني ، يمكن تركيز الإشعاع في حجم صغير).
2. أحادي اللون.إشعاع الليزر موجود أحادية اللون للغاية ،أي أنه يحتوي على موجات من نفس التردد تقريبًا (الفوتونات لها نفس الطاقة). هذا يرجع إلى حقيقة أن الانبعاث المحفّز مرتبط بتكرار الفوتونات (كل فوتون مستحث مشابه تمامًا للفوتون الأصلي). في هذه الحالة ، يتم تشكيل موجة كهرومغناطيسية ذات تردد ثابت. عرض الخط الطيفي 0.01 نانومتر. على التين. يُظهر c مقارنة تخطيطية بين عرض خط شعاع الليزر وشعاع الضوء العادي.
قبل ظهور الليزر ، كان بالإمكان الحصول على إشعاع بدرجة معينة من أحادية اللون باستخدام أجهزة - أحادية اللون ، والتي تميز الفواصل الطيفية الضيقة (نطاقات الطول الموجي الضيقة) من الطيف المستمر ، لكن طاقة الضوء في هذه النطاقات منخفضة.
3. قوة عالية.بمساعدة الليزر ، من الممكن توفير طاقة عالية جدًا من الإشعاع أحادي اللون. - حتى 10 5 وات في الوضع المستمر. قوة الليزر النبضي أعلى بعدة مرات من الحجم. لذا فإن ليزر النيوديميوم يولد نبضة من الطاقة ه= 75 J ، مدتها ر= 3 10-12 ثانية. القوة في النبض ص= ه / ر\ u003d 2.5 10 13 واط (للمقارنة: قوة HPP ص~ 10 9 واط).
4. كثافة عالية.في الليزر النبضي ، تكون شدة إشعاع الليزر عالية جدًا ويمكن أن تصل أنا\ u003d 10 14-10 16 واط / سم 2 (قارن شدة ضوء الشمس بالقرب من سطح الأرض أنا= 0.1 واط / سم 2).
5. إضاءة عالية.بالنسبة لليزر التي تعمل في النطاق المرئي ، سطوعإشعاع الليزر (شدة الضوء لكل وحدة سطح) مرتفع جدًا. حتى أضعف الليزر لديها سطوع 10 15 cd / m 2 (للمقارنة: سطوع الشمس إل~ 10 9 cd / m2).
6. ضغط.شعاع الليزر ، عند وقوعه على سطح ، له الضغط (ع).مع الامتصاص الكامل لإشعاع الليزر العمودي على السطح ، يتم إنشاء الضغط ص= أنا/ ق ، أين أناهي كثافة الإشعاع ، معهي سرعة الضوء في الفراغ. مع الانعكاس الكلي ، يكون الضغط أعلى مرتين. في الشدة أنا\ u003d 10 14 واط / سم 2 \ u003d 10 18 واط / م 2 ، ص= 3.3 10 9 باسكال = 33000 ضغط جوي.
7. زاوية تباعد صغيرة في الشعاع. إيزاء.الإشعاع موازاةأي أن جميع الأشعة في الحزمة تكاد تكون متوازية مع بعضها البعض (الشكل 6). على مسافة كبيرة ، يزيد قطر شعاع الليزر بشكل طفيف فقط (بالنسبة لمعظم أنواع الليزر ، تكون زاوية الاختلاف 1 دقيقة قوسية أو أقل). نظرًا لأن زاوية الاختلاف صغيرة ، فإن شدة شعاع الليزر تقل قليلاً مع المسافة. تسمح لك البراعة بنقل الإشارات عبر مسافات طويلة مع تخفيف قليل من شدتها.
8. الاستقطاب.ضوء الليزر تماما مستقطب.
عندما تعلم العلماء ما هي خصائص إشعاع الليزر ، اكتسب الجمهور مجموعة واسعة من قدرات قياس التداخل. في الوقت الحاضر ، لدى المجتمع العلمي طرق دقيقة إلى حد ما لتحديد التقديرات الكمية لعمليات النزوح والأطوال. في البداية ، تم استخدام مقاييس التداخل بشكل محدود نوعًا ما ، نظرًا لأن مصادر موجة الضوء لم تكن متماسكة ومشرقة بالدرجة المطلوبة ، لذلك كانت الصورة المتاحة للشخص صحيحة فقط عندما يكون ذراع القياس 50 سم أو أقل. لقد تغير الكثير عندما أصبح من الممكن استخدام المزيد من إشعاع الليزر عالي الدقة.
مرقئ
يستخدم هذا المصطلح للإشارة لفترة وجيزة إلى خاصية إشعاع الليزر ، والتي يتم التعبير عنها من خلال اللحام واللحام. هذه العملية ناتجة عن النخر المرتبط بمعالجة درجة الحرارة. النخر المتحكم فيه التخثر ، الناجم عن تغيير في مستوى التسخين ، مصحوب بتكوين طبقة حافة من عناصر الخلايا والأنسجة. هذا يربط عدة طبقات من الجسم بمستوى واحد.
العمل باستخدام الليزر هو دائمًا تفاعل مع درجات حرارة عالية جدًا. بسبب هذه الميزة ، فإن السائل الطبيعي داخل الخلايا وبين الأنسجة يتبخر على الفور تقريبًا ، وتحترق المكونات الجافة. يتم تحديد الحثل من خلال نوع إشعاع الليزر (تختلف الخصائص قليلاً) المستخدم في تركيب معين. يعتمد الكثير أيضًا على نوع الأنسجة العضوية المعالجة ، وعلى مدة التلامس. إذا تم نقل الليزر ، فإنه يثير التبخر ، مما يؤدي إلى قطع خطي.
صفات مهمة
بالنظر إلى خصائص إشعاع الليزر ، من المهم ذكر الطيف أحادي اللون ، والمستوى العالي من التماسك ، والتباعد المنخفض ، وزيادة كثافة الطيف. بشكل إجمالي ، هذا يجعل من الممكن تصميم أجهزة عالية الدقة تعتمد على الليزر والتي يمكن الاعتماد عليها وقابلة للتطبيق في مجموعة متنوعة من الظروف المناخية والجيولوجية والهيدرولوجية.
في السنوات الأخيرة ، تم تصميم أجهزة عالية الدقة مزودة بأشعة الليزر للمساحين. إنها تستند إلى خصائص إشعاع الليزر المعروفة بالفعل للبشرية. ينتشر استخدام الليزر في مثل هذه الأجهزة ليس فقط في بلدنا ، ولكن أيضًا في الخارج. كما يتضح من الممارسة ، فإن أنظمة الليزر لا غنى عنها لعمال الأنابيب وآلات تحريك التربة كطريقة لتحديد اتجاه الحركة. كما أنها مهمة في إنشاء الطرق (السكك الحديدية والسيارات) والعديد من الأعمال الأخرى.
انه مهم
وجد الليزر استخدامه في تشكيل الخنادق. بمساعدة تثبيت خاص ، يتم إنشاء شعاع ليزر يحدد المسار. بالتركيز عليه ، يمكن للشخص الذي يقوم بتشغيل الحفارة أن يعمل بثبات. يعد تشغيل هذه الأجهزة الحديثة ضمانًا للتنفيذ عالي الجودة لجميع مراحل العمل وإنشاء الخنادق تمامًا كما هو محدد في وثائق المشروع.
الليزر لا يمكن الاستغناء عنه!
إذا تم تكليف الطالب بمهمة "تسمية الخصائص المميزة لإشعاع الليزر" في دورة مدرسية أو جامعية في عمل اختبار ، فإن التماسك والسطوع هما أول ما يتبادر إلى الذهن. إذا قارنا الليزر والبلازما ، فإن الأول يتجاوز معلمات السطوع عدة مرات ، وهو قابل للتطبيق لإنشاء ومضات تسلسلية ، ويمكن أن يصل التردد إلى 1010 هرتز. يمكن أن تستمر نبضة واحدة (بالبكو ثانية) عدة عشرات. في الوقت نفسه ، يكون الاختلاف منخفضًا ، ويمكن تعديل التردد. تبين أن هذه الصفات قابلة للتطبيق في التركيبات التي تجعل من الممكن دراسة العمليات التي تحدث بمعدل مرتفع للغاية.
بسبب الميزات الموصوفة ، أصبح الليزر لا غنى عنه في التحليلات باستخدام تقنية التحليل الطيفي الحراري البصري.
الهياكل الدقيقة
جعلت الخصائص الرئيسية لإشعاع الليزر التي حددها العلماء (المذكورة أعلاه) من الممكن تطبيق هذه التقنية في تطوير الأسلحة الحديثة وتصميم آلات لقطع المواد المختلفة. لكن هذا النطاق من الاحتمالات فقط غير محدود. باستخدام طرق دقيقة ومتقدمة تقنيًا بشكل خاص لبناء هيكل عمل ، من الممكن إنشاء نظام لدراسة الجزيئات وهيكلها وخصائصها على أساس إشعاع الليزر. بالحصول على أحدث المعلومات بهذه الطريقة ، يشكل العلماء الأساس لإنشاء أنواع جديدة من الليزر. كما يتضح من أكثر التوقعات تفاؤلاً ، في المستقبل القريب ، سيكون من الممكن الكشف عن طبيعة عملية التمثيل الضوئي من خلال إشعاع الليزر ، مما يعني أن العلماء سيحصلون على جميع المفاتيح لفهم جوهر الحياة على الكوكب وآليات تشكيلها.
معرفة العالم: أسرار واكتشافات
يُعتقد أنه تمت الآن دراسة جميع الخصائص الرئيسية لإشعاع الليزر. يعرف العلماء المبادئ الأساسية للانبعاثات المحفزة وقد تمكنوا من وضعها موضع التنفيذ. يعتبر الطيف أحادي اللون للإشعاع وشدته وطول النبضة والاتجاه الواضح مهمًا بشكل خاص. بسبب هذه الميزات ، يدخل شعاع الليزر في تفاعل غير نمطي مع المادة.
كما يولي علماء الفيزياء اهتمامًا إضافيًا ، لا يمكن تسمية خصائص إشعاع الليزر هذه بالخصائص المستقلة التي تصف جميع أنواع الظاهرة المذكورة دون استثناء. هناك صلات معينة بينهما. على وجه الخصوص ، يتم تحديد التماسك من خلال اتجاهية الإشعاع ، ويرتبط طول النبضة ارتباطًا مباشرًا بالطيف أحادي اللون للحزمة. المدة والاتجاه يحددان شدة الإشعاع.
تأثير رامان
تعتبر هذه الظاهرة من أهمها في تقييم وفهم وتطبيق خصائص إشعاع الليزر. يستخدم المصطلح للدلالة على مثل هذه الحالة ، والتي يتطلب بدءها تركيب طاقة عالية. تحت تأثيره ، يحدث التشتت عند ملاحظة تغير تردد الإشعاع. عند تحديد خصائص التركيب الطيفي ، وتقييم القدرة ، يمكن للمرء أن يلاحظ أن التردد يتم تصحيحه وفقًا لنمط معقد نوعًا ما. من خلال التحفيز المصطنع لتأثير رامان ، من الممكن إنشاء طريقة تصحيح لبصريات الإشارات المتماسكة.
إنه فضولي
أظهرت الدراسات التي أجريت على خصائص إشعاع الليزر والعمليات التي يبدأها في المادة أن الصورة تشبه في كثير من النواحي تلك التي لوحظت في بنية المغناطيسات الحديدية والموصلات الفائقة. إذا تم تحقيق مستوى عالٍ من الضخ باستخدام مرنان منخفض الطاقة ، فإن الحزم المنبعثة من الليزر تصبح فوضوية. في الوقت نفسه ، الفوضى نفسها هي حالة من الضوء تختلف تمامًا عن الفوضى التي تسببها الأجسام المشعة للحرارة.
مجال الاستخدام آخذ في التوسع
نظرًا لأن إشعاع الليزر له الخصائص التالية: طيف أحادي اللون ، اتجاه محدد بدقة ، لذلك يمكن استخدامه كمصدر للضوء. حاليًا ، هناك تطورات جارية في مجال تشغيل هذه التكنولوجيا لنقل الإشارات. من المعروف أن الضوء والمادة يمكن أن يتفاعلا بطريقة تجعل العملية قابلة للتطبيق عمليًا في بيئات مختلفة ، لكن الأساليب الصحيحة لم يتم تطويرها بعد. هناك مشاكل عاجلة أخرى عالية التقنية ومعقدة ومكثفة العلم ، والتي عاجلاً أم آجلاً سيكون من الممكن استخدام إشعاع الليزر عالي الطاقة.
تجعل خصائص الظاهرة الموصوفة من الممكن تصميم الأجهزة الطيفية. يفسر هذا إلى حد ما من خلال التباعد المنخفض للحزمة ، المصحوب بزيادة كثافة الطيف.
الكثير من الاحتمالات
كما اكتشف العلماء ، من أجل إنشاء التركيبات الأكثر كفاءة والأكثر استخدامًا ، فمن المعقول استخدام الليزر الذي يمكن ضبط التردد من أجله أثناء التشغيل. وهي ذات صلة في المقام الأول بالأجهزة الطيفية ذات الدقة المتزايدة. في مثل هذه التركيبات ، من الممكن تحقيق النتيجة الصحيحة للدراسة دون اللجوء إلى عنصر التشتيت.
الأنظمة القائمة على الليزر ، الذي يتم تعديل تردده أثناء العملية ، وجدت الآن تطبيقًا في مختلف مجالات ومجالات النشاط العلمي والطب والصناعة. من نواحٍ عديدة ، يتم تحديد الغرض من جهاز معين من خلال خصائص إشعاع الليزر المطبق فيه. يحدد خط التوليد الدقة الطيفية ، نصف عرض وظائف الجهاز. يعتمد الشكل على التوزيع الطيفي المكثف المعطى.
ميزات تقنية
عادةً ما يتم تصميم الليزر كرنان حيث يتم إنشاء بيئة معينة. السمة الرئيسية لها هي الامتصاص السلبي للطاقة الكهرومغناطيسية. يجعل هذا الرنان من الممكن تقليل خسائر الإشعاع في بيئة متخصصة. هذا يرجع إلى إنشاء دورة للطاقة الكهرومغناطيسية. في هذه الحالة ، يتم أخذ الترددات فقط في نطاق ضيق. هذا النهج يجعل من الممكن تعويض فقدان الطاقة الناتج عن حقيقة أن الإشعاع يتم تحفيزه.
لتوليد طاقة كهرومغناطيسية لها خصائص الليزر ، ليس من الضروري استخدام مرنان. ستظل النتيجة متماسكة وتتميز بتوازي عالٍ وطيف ضيق.
حول الهولوغرافي
لتنفيذ مثل هذه العمليات ، يجب أن يكون لدى المرء مصدر يولد إشعاعًا بمستوى عالٍ من التماسك. في الوقت الحالي هو الليزر. وبمجرد أن أصبح من الممكن اكتشاف مثل هذا الإشعاع لأول مرة ، أدرك الفيزيائيون على الفور تقريبًا أنه يمكن استخدام خصائصه لتنفيذ التصوير الهولوغرافي. كان هذا هو الدافع للتطبيق العملي الواسع للتكنولوجيا الواعدة.
حول التطبيق
بمجرد اختراع الليزر ، قدر المجتمع العلمي ، ثم العالم بأسره ، كحل فريد لأي مشكلة. هذا يرجع إلى خصائص الإشعاع. حاليًا ، يتم استخدام الليزر في التكنولوجيا والعلوم وفي حل العديد من المشكلات اليومية: من تشغيل الموسيقى إلى قراءة الرموز عند بيع البضائع. تستخدم الصناعة مثل هذه الأنظمة في اللحام والقطع واللحام. نظرًا لإمكانية الوصول إلى درجات حرارة عالية جدًا ، فمن الممكن لحام المواد غير القابلة لتقنيات الربط الكلاسيكية. هذا جعل من الممكن ، على سبيل المثال ، إنشاء أجسام صلبة من السيراميك والأجزاء المعدنية.
يمكن تركيز شعاع الليزر باستخدام التكنولوجيا الحديثة بحيث يتم تقدير قطر النقطة الناتجة بالميكرونات. هذا يسمح بتطبيق التكنولوجيا في الأجهزة الإلكترونية المجهرية. حاليًا ، يُعرف هذا الاحتمال بمصطلح "الكتابة".
اين أيضا؟
يتم استخدام الليزر بنشاط كبير ، نظرًا لصفاته الفريدة ، في الصناعة لإنشاء الطلاءات. هذا يساعد على زيادة مقاومة التآكل لمختلف المنتجات والمواد. لا تقل أهمية النقش والحفر بالليزر - بمساعدة التثبيت الحديث ، يمكن معالجة أي سطح تقريبًا بهذه الطريقة. هذا يرجع إلى حد كبير إلى عدم وجود تأثير ميكانيكي مباشر ، أي أن سير العمل يسبب تشوهًا أقل من أي طريقة أخرى شائعة. إن المستوى الحالي لتطور التكنولوجيا والعلوم هو أنه من الممكن أتمتة جميع مراحل العمل باستخدام الليزر ، مع الحفاظ على مستوى إنتاجية مرتفع ودقة متزايدة في تنفيذ المهام.
التكنولوجيا والتقنية
في الآونة الأخيرة ، تم استخدام أنظمة الليزر مع الأصباغ على نطاق واسع. إنها تنتج إشعاعًا أحادي اللون بأطوال موجية مختلفة ، وتقدر النبضات بـ 10-16 ثانية. قوة هذه التركيبات كبيرة جدًا ، ويتم تقدير النبضات المتولدة على أنها عملاقة. هذا الاحتمال مهم بشكل خاص للتحليل الطيفي والبحث في البصريات فيما يتعلق بالتأثيرات غير الخطية.
أصبح استخدام الليزر هو التقنية الأساسية لتقدير المسافة بين كوكبنا وأقرب جرم سماوي ، القمر. دقة القياس - حتى السنتيمتر. يتيح لك الموقع باستخدام الليزر زيادة المعرفة الفلكية ، وتحسين التنقل في الفضاء ، وزيادة قاعدة البيانات حول ميزات الغلاف الجوي وما تتكون منه كواكب نظامنا.
لم يتم استبعاد الكيمياء
تُستخدم تقنية الليزر الحديثة لبدء التفاعلات الكيميائية ودراسة كيفية استمرارها. باستخدام هذه القدرات ، من الممكن تحديد الموقع الدقيق والجرعة والعقم وتوفير مؤشرات الطاقة اللازمة في وقت بدء النظام.
يعمل العلماء بنشاط على تشكيل أنظمة تبريد بالليزر ويقومون بتطوير إمكانية استخدام مثل هذا الإشعاع للتحكم في التفاعلات النووية الحرارية.
مميزات إشعاع الليزر وأنواع الليزر.
أدى الليزر إلى ظهور تقنيات جديدة ذات قدرات فريدة. ما هو الاستثنائي خصائص إشعاع الليزر ، شعاع الليزر?
أولاً ، ينتشر شعاع الليزر تقريبًا دون أن يتمدد. تعني كلمة "تقريبًا" أن شعاع ضوء الليزر ليس متوازيًا تمامًا: هناك زاوية تباعد ، لكنها صغيرة نسبيًا - حوالي 10 ^ (-5) راد ، ومع ذلك ، يمكن ملاحظتها على مسافات كبيرة: تشغيل يعطي القمر مثل هذه الحزمة الموجهة من الأرض بقعة يبلغ قطرها حوالي 3 كم.
ثانيًا ، ضوء الليزر أحادي اللون للغاية ، أي له طول موجي واحد ولون واحد. على عكس مصادر الضوء العادية ، التي تبعث ذراتها الضوء بشكل مستقل عن بعضها البعض ، في الليزر ، تبعث الذرات الضوء بشكل متزامن. بفضل خاصية شعاع الليزر هذه ، أصبح من الممكن تسجيل المعلومات بكثافة عالية - يمكن للأقراص الضوئية الصغيرة أن تحتوي على كمية هائلة من المعلومات - مئات الميجابايت.
ثالثًا ، الليزر هو أقوى مصدر للضوء. في نطاق ضيق من الطيف ، لفترة قصيرة (10 ^ (-11) ثانية) ، يتم تحقيق قوة إشعاعية تبلغ 10 ^ 12-10 ^ 13 واط لكل سنتيمتر مربع ، بينما القوة الإشعاعية للشمس من نفس تبلغ مساحة المنطقة 7 10 ^ 3 وات فقط ، وبشكل عام عبر الطيف.
أنواع مختلفة من الليزر
في عام 1960 ، ابتكر T.Maiman (الولايات المتحدة الأمريكية) أول ليزر - ياقوت العمل في وضع النبض. لكنها ما زالت نبضة ضوئية قصيرة. يمكنهم عمل ثقب ولحام سلكين معدنيين والقيام بالعديد من الأشياء المفيدة الأخرى.
ليزر الغاز . تم إنشاء ليزر الغاز في نفس الوقت تقريبًا مع ليزر الياقوت ، في نفس عام 1960. وقد عمل على مزيج من الهيليوم والنيون. تعمل ليزرات الغاز الحديثة على العديد من الغازات والأبخرة. كلهم يعطون إشعاع مستمرفي نطاق الطول الموجي الواسع جدًا من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء.
ليزر ديناميكي للغاز على غرار محرك نفاث. تقوم غرفة الاحتراق الخاصة بها بحرق أول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون) مع إضافة الوقود (كيروسين ، بنزين ، كحول). يتكون خليط الغازات الناتج من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء. تجتاح جزيئات الغاز بين المرآتين طاقة تشع على شكل كمات ضوئية ، مما يؤدي إلى ظهور شعاع ليزر بقوة 150-200 كيلو واط. وهذه ليست قوة وميض واحد ، بل هي قوة شعاع ثابت وثابت ، يتألق حتى نفاد الوقود من الليزر.
ليزر أشباه الموصلات يعطي أيضًا إشعاعًا مستمرًا. تم إنشاء ليزر أشباه الموصلات في عام 1962 من قبل العالم الأمريكي آر هول. يعتمد على التسجيل البصري ، وهو معروف للعديد من مستخدمي الكمبيوتر الشخصي الذين يحملون قرص ليزر في أيديهم ، وهو جذاب ليس فقط لمظهره ، ولكن أيضًا لقدرته على المعلومات: يمكن تسجيل مئات الآلاف من الصفحات من النص على جهاز. قرص بقطر 12 سم.
ليزر صبغ (ليزر سائل). يطلق عليهم ذلك لأن سائل عملها عبارة عن محاليل لأصباغ الأنيلين في الماء والكحول والحمض والمذيبات الأخرى. يمكن لليزر السائل أن يصدر نبضات من الضوء بأطوال موجية مختلفة (من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء) وقدرة من مئات الكيلوواط إلى عدة ميغاوات ، اعتمادًا على نوع الصبغة.
يتم تطوير الليزر الكيميائي ، حيث تنتقل الذرات إلى حالة مثارة تحت تأثير طاقة المضخة للتفاعلات الكيميائية. يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لتطوير ليزر كيميائي عالي الطاقة يحول طاقة تفاعل كيميائي إلى إشعاع متماسك ، وليزر ذري لا يصدر ضوءًا ، بل شعاعًا من الذرات.
المحاضرة 8
"الليزر" هو اختصار يتكون من الأحرف الأولى من العبارة الإنجليزية تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع - تضخيم الضوء عن طريق إنشاء انبعاث محفز.
الليزر (مولد الكم البصري) - مولد للإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاق البصري ، يعتمد على استخدام الإشعاع المحفز (المحفز).
أشعة الليزرهو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتكون في ( الليزر ) بطول موجة من 0.2-1000 ميكرومتر: 0.2 ... 0.4 ميكرومتر - فوق بنفسجي ، 0.4 ... 0.75 ميكرومتر - ضوء مرئي ، بالقرب من الأشعة تحت الحمراء 0.75 ... 1.4 ميكرومتر ، الأشعة تحت الحمراء 1.4 ... 10 2 ميكرومتر.
متميز خصوصيةإشعاع الليزر هو: إشعاع أحادي اللون (بالضبط نفس الطول الموجي) تماسك الإشعاع (جميع مصادر الإشعاع تصدر موجات كهرومغناطيسية في مرحلة واحدة) ؛ اتجاه شعاع حاد (تناقض طفيف).
إشعاع الليزر يتميز نوع الإشعاع على
- مباشر(مضمن بزاوية صلبة محدودة)
- مبعثر(مبعثر من مادة تشكل جزءًا من الوسط الذي يمر من خلاله شعاع الليزر)
- انعكاس المرآة (ينعكس من السطح بزاوية تساوي زاوية حدوث الإشعاع)
- تنعكس بشكل منتشر(ينعكس من السطح في جميع الاتجاهات الممكنة)
كجهاز تقني ، يتكون الليزر من ثلاثة عناصر رئيسية:
- بيئة نشطة
- مرنان
- أنظمة الضخ.
حسب الطبيعة بيئة نشطة ينقسم الليزر إلى الأنواع التالية: الحالة الصلبة (على البلورات أو الزجاج) ؛ الغاز (He-Ne و Ar و Kr و Xe و Ne و He-Cd و CO 2 وما إلى ذلك) ؛ سائل أشباه الموصلات ، إلخ.
مثل مرنان عادة ، يتم استخدام المرايا المتوازية ذات معامل الانعكاس العالي ، والتي يتم وضع الوسط النشط بينها.
ضخ، أي. يتم نقل ذرات الوسيط النشط إلى المستوى الأعلى إما عن طريق مصدر ضوء قوي أو عن طريق تفريغ كهربائي.
هناك ليزر مستمر ونبضي.
يمكن تمثيل تصنيف الليزر على النحو التالي (الشكل):
وفقًا لدرجة خطورة الإشعاع المتولد ، يتم تصنيف الليزر وفقًا لـ GOST 12.1.041-83 (1996):
الفئة 1 ( آمن)- لا يشكل الإشعاع الناتج خطرًا على العينين والجلد ؛
الفئة الثانية ( منخفض الخطورة) - يكون الإشعاع الناتج خطيرًا عندما تتعرض العين للإشعاع المباشر أو المنعكس بشكل مرآوي ؛
الفئة الثالثة ( معتدل الخطورة) - يعتبر الإشعاع المباشر والمرآوي والمنتشر خطيرًا على العينين ؛
الفئة الرابعة ( شديد الخطورة) - الإشعاع المنعكس بشكل منتشر خطير على الجلد على مسافة 10 سم من السطح المنعكس.
يتم تصنيف الليزر وفقًا لدرجة الخطر على أساس الخصائص الزمنية والطاقة والهندسية (نقطة أو مصدر ممتد) لمصدر الإشعاع والحد الأقصى المسموح به من مستويات إشعاع الليزر.
مواصفات الليزر : الطول الموجي ، ميكرومتر ؛ عرض خط الانبعاث شدة الإشعاع (تحددها طاقة أو قوة الحزمة الناتجة ويُعبر عنها في J أو W) ؛ مدة النبض ، ثانية ؛ تردد تكرار النبض ، هرتز.
يستخدم الليزر على نطاق واسع للأغراض العلمية ، في الطب العملي ، وكذلك في مختلف مجالات التكنولوجيا. يتم تحديد مجالات تطبيق الليزر من خلال طاقة إشعاع الليزر المستخدم:
التأثير البيولوجي لليزر يعتمد الإشعاع على طاقة الإشعاع ه، دفعة الطاقة هو ، كثافة الطاقة (الطاقة) دبليوص ( دبليوه) ، وقت التعرض ر، الطول الموجي l، مدة النبضة t، تردد تكرار النبض F، تدفق الإشعاع F، كثافة الإشعاع السطحي هه ، شدة الإشعاع أنا.
كائن مميز | فِهرِس | تعيين | وحدة |
شعاع من إشعاع الليزر | طاقة إشعاع الليزر | ه | ي |
طاقة نبضات الليزر | E و | ي | |
قوة الليزر | ص | الثلاثاء | |
كثافة الطاقة (الطاقة) لإشعاع الليزر | دبليو إي ، دبليو ص | ي / سم 2 (عرض / سم 2) | |
مجال الإشعاع | تدفق الإشعاع | F ، F ، R | الثلاثاء |
كثافة تدفق الإشعاع السطحي | هـ هـ | W / م 2 | |
شدة الإشعاع | يكون | W / م 2 | |
مصدر الإشعاع | الانبعاثية | يكرر | W / م 2 |
قوة طاقة الإشعاع | أي | الثلاثاء / الأربعاء | |
سطوع الطاقة | لو | ث / م 2 ريال | |
مستقبل الإشعاع | الإشعاع (إضاءة الطاقة) | ه ه | W / م 2 |
كمية الطاقة للإضاءة | هو | ي / م 2 |
تحت تأثير إشعاع الليزر ، يتم تعطيل النشاط الحيوي لكل من الأعضاء الفردية والكائن الحي ككل. في الوقت الحاضر ، تم تحديد تأثير محدد لإشعاع الليزر على الكائنات البيولوجية ، والذي يختلف عن تأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية الصناعية الخطرة الأخرى. تحت تأثير إشعاع الليزر على بنية بيولوجية مستمرة (على سبيل المثال ، على جسم الإنسان) ، يتم تمييز ثلاث مراحل: فيزيائية وفيزيائية وكيميائية.
في المرحلة الأولى ( بدني) هناك تفاعلات للإشعاع مع المادة ، وتعتمد طبيعتها على الخصائص التشريحية والفيزيائية والفيزيائية والوظيفية للأنسجة ، وكذلك على خصائص الطاقة والمكان للإشعاع ، وقبل كل شيء ، على الطول الموجي وشدة إشعاع. في هذه المرحلة ، يتم تسخين المادة ، ويتم تحويل طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى اهتزازات ميكانيكية ، وتأين الذرات والجزيئات ، وإثارة وانتقال الإلكترونات من مستويات التكافؤ إلى نطاق التوصيل ، وإعادة اتحاد الذرات المثارة ، وما إلى ذلك. تتعرض لإشعاع الليزر المستمر ، تسود الآلية الحرارية للعمل ، مما يؤدي إلى تخثر البروتين ، وبطاقة عالية - تبخر الأنسجة البيولوجية. في الوضع النبضي (مع مدة النبض<10 -2 с) механизм взаимодействия становится более сплошным и приводит к переходу энергии излучения в энергию механических колебаний среды, в частности ударной волны. При мощности излучения свыше 10 7 Вт и высокой степени фокусировки лазерного луча возможно возникновение ионизирующих излучений.
في المرحلة الثانية ( الفيزيائية والكيميائية ) من الأيونات والجزيئات المثارة ، تتشكل الجذور الحرة ، والتي لها قدرة عالية على التفاعلات الكيميائية.
في المرحلة الثالثة ( المواد الكيميائية ) تتفاعل الجذور الحرة مع جزيئات المواد التي تتكون منها الأنسجة الحية ، وفي هذه الحالة يحدث تلف جزيئي ، مما يحدد الصورة العامة لتأثير إشعاع الليزر على الأنسجة المشعة والجسم ككل. من الناحية التخطيطية ، يمكن تمثيل العوامل الرئيسية التي تحدد التأثير البيولوجي لإشعاع الليزر على النحو التالي:
يشكل إشعاع الليزر خطراً بشكل رئيسي على الأنسجة التي تمتص الإشعاع بشكل مباشر ، وبالتالي ، من وجهة نظر الخطر المحتمل للتعرض وإمكانية الحماية من إشعاع الليزر ، وخاصة العين والجلد.
تعتبر القرنية وعدسة العين حساستين للغاية للإشعاع الكهرومغناطيسي ، والنظام البصري للعين قادر على زيادة كثافة الطاقة لنطاق الأشعة تحت الحمراء المرئي والقريب في قاع القرنية بالنسبة للقرنية بعدة أوامر من حيث الحجم.
يمكن أن يتسبب العمل المطول لإشعاع الليزر في النطاق المرئي (ليس أقل بكثير من عتبة الحرق) على شبكية العين في حدوث تغييرات لا رجعة فيها ، ويمكن أن يؤدي في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة إلى غشاوة العدسة. لا تتجدد خلايا الشبكية بعد تعرضها للتلف.
يؤدي تأثير أشعة الليزر على الجلد ، اعتمادًا على الطاقة الأولية الممتصة ، إلى آفات مختلفة: من حمامي خفيفة (احمرار) إلى تفحم سطحي ، وفي النهاية تشكيل عيوب جلدية عميقة.
يميز 6 أنواع من تأثيرات LI على كائن حي :
1) العمل الحراري (الحراري). عند تركيز إشعاع الليزر ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة في حجم صغير في فترة زمنية قصيرة ؛
2) عمل الطاقة. يتحدد بالتدرج الكبير للمجال الكهربائي بسبب كثافة الطاقة العالية. يمكن أن يتسبب هذا الإجراء في استقطاب الجزيئات وتأثيرات الرنين وغيرها ؛
3) العمل الضوئي الكيميائي. يتجلى في تلاشي عدد من الأصباغ ؛
4) العمل الميكانيكي. يتجلى في حدوث اهتزازات فوق صوتية في الكائن الحي المشع.
5) الكهرباء - تشوه الجزيئات في المجال الكهربائي لإشعاع الليزر ؛
6) تكوين مجال كهرومغناطيسي ميكروويف داخل الخلية.
يتم قبول التعرضات للطاقة كأقصى مستويات التعرض المسموح بها (MPL). للتحكم عن بعد في إشعاع الليزر المستمر ، اختر التعرض للطاقة بأقل قيمة لا تسبب تأثيرات بيولوجية أولية وثانوية (مع مراعاة الطول الموجي ومدة التعرض). بالنسبة للإشعاع النبضي المتكرر ، يُحسب حد التعرض مع مراعاة معدل التكرار وتأثير سلسلة من النبضات.
عند تشغيل الليزر ، بالإضافة إلى إشعاع الليزر ، تظهر أنواع أخرى من المخاطر. هذه هي إطلاق المواد الكيميائية الضارة والضوضاء والاهتزاز والمجالات الكهرومغناطيسية والإشعاع المؤين وما إلى ذلك.
مقدمة
1.2 الليزر شبه الموصل
1.3 الليزر السائل
1.3.1 صبغ الليزر
1.4 الليزر الكيميائي وغيره
1.5 ليزر قوي
2. استخدام الليزر
2.3 التصوير الفوتوغرافي
2.3.3 تطبيقات التصوير الفوتوغرافي
خاتمة
مبدأ تشغيل الليزر
إشعاع الليزر هو وهج الأشياء في درجات الحرارة العادية. لكن في ظل الظروف العادية ، تكون معظم الذرات في أدنى حالة طاقة. لذلك ، لا تتوهج المواد عند درجات حرارة منخفضة. عندما تمر الموجة الكهرومغناطيسية عبر مادة ما ، يتم امتصاص طاقتها. بسبب الطاقة الممتصة للموجة ، فإن بعض الذرات متحمسة ، أي أنها تنتقل إلى حالة طاقة أعلى. في هذه الحالة ، يتم أخذ بعض الطاقة من شعاع الضوء:
حيث hν هي القيمة المقابلة لكمية الطاقة المنفقة ،
E2 - طاقة أعلى مستوى طاقة ،
E1 - طاقة من أدنى مستوى طاقة.
يمكن للذرة المثارة أن تتخلى عن طاقتها للذرات المجاورة في تصادم أو تنبعث فوتونًا في أي اتجاه. الآن دعونا نتخيل أننا بطريقة ما قمنا بإثارة معظم ذرات البيئة. ثم ، عند المرور عبر مادة موجة كهرومغناطيسية بتردد
أين الخامس- تردد الموجة ،
E2 - E1 - الفرق بين طاقات المستويات الأعلى والأدنى ،
ح- الطول الموجي ،
لن تضعف هذه الموجة ، بل على العكس ، سوف تتضخم بسبب الإشعاع المستحث. تحت تأثيرها ، تنتقل الذرات باستمرار إلى حالات طاقة أقل ، وتنبعث منها موجات تتزامن في التردد والطور مع الموجة الساقطة.
ليزر أشباه الموصلات
في الستينيات ، وُجد أن أشباه الموصلات مادة ممتازة لأشعة الليزر.
إذا قمت بتوصيل لوحين من أشباه الموصلات من أنواع مختلفة ، فسيتم تشكيل منطقة انتقالية في المنتصف. يمكن أن تثير ذرات المادة الموجودة فيه عندما يمر تيار كهربائي عبر المنطقة ويولد الضوء. يمكن صقل المرايا اللازمة للحصول على إشعاع الليزر وحواف بلورة أشباه الموصلات مطلية بالفضة.
من بين هذه الليزرات ، يعتبر أفضل ليزر يعتمد على زرنيخيد الغاليوم - وهو مركب من عنصر نادر الغاليوم مع الزرنيخ. تبلغ طاقة إشعاعها تحت الأحمر ما يصل إلى عشرة واط. إذا تم تبريد هذا الليزر إلى درجة حرارة النيتروجين السائل (-200 درجة) ، يمكن زيادة قدرته الإشعاعية عشرة أضعاف. هذا يعني أنه مع مساحة طبقة انبعاث تبلغ 1 سم 2 ، فإن قوة الإشعاع ستصل إلى مليون واط. لكن لا يزال من المستحيل تصنيع شبه موصل بطبقة انتقالية بهذا الحجم لأسباب فنية.
من الممكن إثارة ذرات أشباه الموصلات بحزمة إلكترونية (كما هو الحال في ليزر الحالة الصلبة - بمصباح فلاش). تخترق الإلكترونات المادة بعمق ، وتثير المزيد من الذرات ؛ اتضح أن عرض المنطقة المشعة أكبر بمئات المرات مما هو عليه عند إثارة تيار كهربائي. لذلك ، فإن الطاقة الإشعاعية لمثل هذه الليزرات التي يتم ضخها بالإلكترون تصل بالفعل إلى 2 كيلوواط.
الحجم الصغير لليزر أشباه الموصلات يجعلها مناسبة جدًا للتطبيقات التي تتطلب مصدر ضوء عالي الطاقة مصغرًا.
الليزر السائل
في المواد الصلبة ، من الممكن تكوين تركيز كبير من الذرات المشعة ، وبالتالي الحصول على طاقة كبيرة من سنتيمتر مكعب واحد من القضيب. لكن من الصعب صنعها ، فهي غالية الثمن ، وإلى جانب ذلك ، يمكن أن تنفجر بسبب ارتفاع درجة الحرارة أثناء العملية.
الغازات متجانسة للغاية بصريًا ، وتشتت الضوء فيها صغير ، لذا يمكن أن يكون حجم الليزر الغازي مثيرًا للإعجاب: طول 10 أمتار وقطر 10-20 سم ليس هو الحد الأقصى. لكن مثل هذه الزيادة في الحجم لا ترضي أحدا. هذا إجراء قسري ضروري لتعويض الكمية الضئيلة من ذرات الغاز النشطة في أنبوب الليزر تحت ضغط جزء من المئات من الغلاف الجوي. ضخ الغاز يحفظ الأمر إلى حد ما ، مما يسمح لك بتقليل حجم الباعث.
تجمع السوائل بين مزايا كل من مواد الليزر الصلبة والغازية: كثافتها أقل مرتين أو ثلاث مرات فقط من كثافة المواد الصلبة (وليست مئات الآلاف من المرات ، مثل كثافة الغازات). لذلك ، فإن عدد ذراتهم لكل وحدة حجم هو نفسه تقريبًا. هذا يعني أنه من السهل صنع ليزر سائل بقوة ليزر الحالة الصلبة. التجانس البصري للسوائل ليس أدنى من تجانس الغازات ، مما يعني أنه يمكن استخدامه بكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا ضخ السائل من خلال حجم العمل ، مما يحافظ باستمرار على درجة حرارته المنخفضة والنشاط العالي لذراته.
صبغ الليزر
يطلق عليهم ذلك لأن سائل العمل لديهم عبارة عن محلول من أصباغ الأنيلين في الماء والكحول والحمض والمذيبات الأخرى. يُسكب السائل في كفيت مسطح. تم تركيب الكوفيت بين المرايا. يتم ضخ طاقة جزيء الصبغة بصريًا ، ولكن بدلاً من المصباح الوامض ، تم استخدام ليزر الياقوت النبضي أولاً ، ولاحقًا ليزر الغاز. ليزر المضخة ليس مدمجًا في الليزر السائل ، ولكنه يوضع خارج الليزر ، ويدخل شعاعه إلى الكوفيت من خلال نافذة في الغلاف. الآن أصبح من الممكن تحقيق توليد الضوء باستخدام مصباح فلاش ، ولكن ليس على جميع الأصباغ. يمكن أن تنبعث المحاليل نبضات من الضوء بأطوال موجية مختلفة - من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء - والطاقة من مئات الكيلوواط إلى عدة ميغاواط (ملايين الواط) ، اعتمادًا على الصبغة التي يتم سكبها في الكوفيت. ليزر الصبغ له ميزة واحدة. تنبعث جميع أنواع الليزر بدقة بنفس الطول الموجي. تكمن هذه الخاصية في طبيعة الانبعاث المحفز للذرات ، والذي يعتمد عليه تأثير الليزر بالكامل. في الجزيئات الكبيرة والثقيلة من الأصباغ العضوية ، يحدث الانبعاث المحفّز على الفور في نطاق واسع من الأطوال الموجية. لتحقيق أحادية اللون من ليزر صبغ ، يصبح مرشح الضوء في مسار الحزمة. إنه ليس مجرد زجاج مطلي. إنها مجموعة من الألواح الزجاجية التي تسمح بمرور ضوء بطول موجة واحد فقط. عن طريق تغيير المسافة بين الألواح ، يمكنك تغيير الطول الموجي لإشعاع الليزر بشكل طفيف. يسمى هذا الليزر قابل للضبط. ولكي يتمكن الليزر من توليد الضوء في أجزاء مختلفة من الطيف - للتبديل ، على سبيل المثال ، من الضوء الأزرق إلى الضوء الأحمر أو من الأشعة فوق البنفسجية إلى اللون الأخضر - يكفي تغيير الكوفيت بسائل العمل. لقد أثبتوا أنهم الأكثر واعدة لدراسة بنية المادة. من خلال ضبط تردد الإشعاع ، يمكنك معرفة الطول الموجي للضوء الممتص أو المنتشر على طول مسار الحزمة. وبهذه الطريقة يمكن تحديد تكوين الغلاف الجوي والسحب على مسافة تصل إلى مائتي كيلومتر ، وقياس تلوث الماء أو الهواء ، مع الإشارة على الفور إلى حجم الجسيمات التي تلوثه. أي أنه من الممكن بناء جهاز يتحكم تلقائيًا ومستمرًا في نقاء الماء والهواء.
ولكن إلى جانب الليزرات السائلة ذات النطاق العريض ، هناك أيضًا تلك التي ، على العكس من ذلك ، تكون أحادية اللون أعلى بكثير من أشعة الليزر في الحالة الصلبة أو الغاز.
يمكن أن يتغير الطول الموجي لضوء الليزر ويقصر ويطول بحوالي مائة (لليزر الجيد). كلما كانت المسافة بين المرآتين أصغر ، اتسع نطاق هذا النطاق. بالنسبة لليزر أشباه الموصلات ، على سبيل المثال ، هو بالفعل عدة أطوال موجية ، وبالنسبة لليزر الذي يعتمد على أملاح النيوديميوم ، فإن هذا النطاق هو واحد من عشرة آلاف. لا يمكن الحصول على مثل هذا الثبات في الطول الموجي إلا باستخدام أشعة الليزر الغازية الكبيرة ، وحتى ذلك الحين ، إذا تم اتخاذ جميع التدابير اللازمة لذلك: لضمان استقرار درجة حرارة الأنبوب ، وقوة التيار الذي يغذيه ، و تضمين في دائرة الليزر نظامًا لضبط الطول الموجي للإشعاع تلقائيًا. في هذه الحالة ، يجب أن تكون قدرة الإشعاع في حدها الأدنى: كلما زادت ، يتمدد النطاق. من ناحية أخرى ، في ليزر النيوديميوم السائل ، يتم الحصول على نطاق انبعاث ضيق من تلقاء نفسه ويتم الاحتفاظ به حتى مع زيادة ملحوظة في طاقة الإشعاع ، وهذا مهم للغاية لجميع أنواع القياسات الدقيقة.
لذلك ، تعتمد دقة القياسات على مدى دقة الحفاظ على الطول الموجي للضوء المنبعث من الليزر. إن تقليص عرض النطاق الترددي لليزر بمائة مرة يعد بمئات الأضعاف في دقة قياس الأطوال.
الليزر الكيميائي وغيره
يتم البحث عن ليزر جديد ، وطرق جديدة لزيادة قوة إشعاع الليزر ، في اتجاهات مختلفة. من بينها ، على سبيل المثال ، مولد كمومي يتم ضخه كيميائيًا ، تم إنشاء الإصدار الأول منه في معهد الفيزياء الكيميائية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في مختبر العضو المراسل في أكاديمية العلوم V. L. في مثل هذا الليزر ، أثناء تفاعل الفلور F مع الهيدروجين H2 أو الديوتيريوم D2 ، تنتقل جزيئات HF أو DF المتكونة إلى مستوى طاقة عالي. وبانحدار من هذا المستوى ، فإنها تخلق إشعاع ليزر - جزيئات HF بطول موجة 2700 نانومتر ، وجزيئات DF - بطول موجة 3600 نانومتر. يتم تحقيق طاقة تصل إلى 10 كيلو واط في ليزر من هذا النوع.
في أحد أنواع الليزر الغازية النبضية القوية نسبيًا ، يتم استخدام بخار النحاس عند درجة حرارة 1500 درجة مئوية أو ، في نسخة أبسط ، زوج من أملاح النحاس عند درجة حرارة 400 درجة مئوية ، كمادة عاملة. يتم الضخ بواسطة طاقة الإلكترونات التي تتحرك في تفريغ الغاز. يحدث إشعاع الليزر أثناء انتقال ذرات النحاس من حالة الإثارة إلى حالة من حالتين غير مستقرتين ، وفي هذه الحالة ، يكون الإشعاع ممكنًا عند طولين موجيين يبلغان 510.6 نانومتر و 578.2 نانومتر ، وهو ما يقابل درجتين من اللون الأخضر. في الرنان ، وهو أنبوب يتم ضخه بشكل مكثف يبلغ قطره 5 سم وطوله 1 متر ، تم تحقيق قوة نبضة تبلغ 40 كيلو وات مع مدة نبضة تتراوح من 15 إلى 20 نانوثانية ، بمعدل تكرار 10-100 كيلو هرتز ، متوسط قوة عدة عشرات من الواط ، وكفاءة تزيد عن 1٪ - يجري العمل على زيادة متوسط طاقة الليزر "النحاسي" إلى 1 كيلو وات.
يتم تشكيل فئة خاصة بواسطة ليزر صبغ قوي ، والميزة الرئيسية لها هي إمكانية التغيير السلس في التردد. تحتوي الوسائط السائلة المستخدمة فيها على مستويات طاقة "غير واضحة" وتسمح بالتوليد على ترددات عديدة. يمكن اختيار أحدهما عن طريق تغيير معلمات الرنان ، على سبيل المثال ، عن طريق تدوير المنشور بداخله. إذا تم استخدام مصادر إشعاع قوية ، على وجه الخصوص ، الليزر النبضي ، للضخ ويتم إجراء دورة مكثفة للصبغة السائلة ، عندئذٍ يصبح من الممكن إنشاء ليزر قابل لضبط التردد بمتوسط طاقة يصل إلى 100 واط وتكرار النبض بمعدل 10-50 كيلو هرتز.
عندما يتعلق الأمر بالآفاق ، غالبًا ما يُطلق على ليزر اليود ، في الرنان الذي ينفصل فيه مركب من اليود والفلور والكربون CF3J أو جزيئات أكثر تعقيدًا تحت تأثير ضخ الأشعة فوق البنفسجية. تكون ذرات اليود المنفصلة في حالة مثارة وبالتالي تعطي أشعة ليزر تحت الحمراء بطول موجة يبلغ 1315 نانومتر. غالبًا ما يُطلق على الليزر المبني على ما يسمى بجزيئات الإكسيمر ، والتي لا يمكن أن تكون بشكل عام إلا في حالة الإثارة. أثناء عملية الضخ ، يتم إنفاق الطاقة لتوحيد الذرات المتباينة في جزيء ، وفي نفس الوقت يتضح على الفور أنه متحمس وجاهز للإشعاع. وبعد أن تخلت عن كمية الإشعاع ، وساهمت في تكوين شعاع الليزر ، فإن جزيء الإكسيمر يتفكك ببساطة ، وتتطاير ذراته على الفور تقريبًا. تم إنشاء أول ليزر إكسيمر منذ عشر سنوات في مختبر الأكاديمي ن. بعد خمس سنوات ، تم الحصول على إشعاع الليزر في العديد من المختبرات الأمريكية على جزيئات excimer الأخرى ، وخاصة مركبات الغازات الخاملة مع الهاليدات ، على سبيل المثال XeF و XeCl و XeBr و KrF وغيرها. تعمل ليزرات الإكسيمر في كل من النطاق المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، وتسمح ببعض التباين في التردد. تم تصنيع الليزر بكفاءة 10٪ وطاقة 200 جول لكل نبضة.
أشعة الليزر القوية
أحد الاتجاهات الرئيسية في تطوير الفيزياء التطبيقية الحديثة هو إنتاج كثافات طاقة أعلى من أي وقت مضى والبحث عن طرق لإطلاقها في وقت أقصر من أي وقت مضى. أدى التقدم السريع في الإلكترونيات الكمومية إلى إنشاء عائلة كبيرة من أجهزة الليزر القوية. لقد فتحت أشعة الليزر القوية إمكانيات جديدة بشكل أساسي للحصول على تركيزات طاقة عالية قياسية في المكان والزمان ، ولإمداد مناسب جدًا من الطاقة الضوئية للمادة. قبل التعرف على نتائج محددة حول إنشاء ليزر عالي الطاقة ، من المفيد أن نتذكر أنه يمكن تقسيمها إلى ثلاث مجموعات - نبضية ، نبضية متكررة ، و cw. يبعث الضوء الأول بنبضات مفردة ، والثاني - في سلسلة متواصلة من النبضات ، وأخيراً ، يُصدر الثالث إشعاعًا مستمرًا.
القوة هي خاصية نسبية ، فهي تخبرنا عن الشغل الذي يتم إنجازه ، والطاقة التي يتم إنفاقها أو تلقيها لكل وحدة زمنية. وحدة الطاقة ، كما تعلم ، هي الواط (W) - وهي تقابل طاقة 1 J الصادرة في 1 ثانية (ثوان). إذا تم تمديد إطلاق هذه الطاقة لمدة 10 ثوانٍ ، فستكون هناك حاجة فقط 0.1 J لكل ثانية ، وبالتالي ، ستكون الطاقة 0.1 واط. حسنًا ، إذا تم إطلاق 1 J من الطاقة في جزء من مائة من الثانية ، فستكون الطاقة 100 واط. لأنه مع مثل هذه الكثافة للعملية ، سيتم إعطاء 100 J في الثانية. لا تحتاج إلى الانتباه إلى هذا "سوف" - عند تحديد القوة ، لا يهم أن العملية استغرقت فقط جزء من مائة من تم إطلاق الطاقة الثانية والقليل خلال هذا الوقت. لا تتحدث القوة عن الفعل الكامل والنهائي ، بل تتحدث عن شدتها وعن تركيزها في الوقت المناسب. إذا استمر العمل لفترة كافية ، على الأقل أكثر من ثانية ، فإن القوة تشير إلى أنه تم بالفعل في ثانية واحدة.
في الليزر النبضي ، يستمر الإشعاع لفترة قصيرة جدًا ، وبعض الأجزاء غير المهمة من الثانية ، وحتى مع الطاقة المنبعثة الصغيرة ، يتبين أن العملية مضغوطة للغاية ، ومركزة في الوقت المناسب ، والقوة هائلة. هنا ، على سبيل المثال ، كان ما حدث في أول ليزر ، في أول ليزر ياقوتي ، تم إنشاؤه في عام 1960: أطلق نبضة من الضوء بطاقة حوالي 1 J ومدة 1 مللي ثانية (ميلي ثانية ، جزء من الألف من a. الثانية) ، أي أن قوة النبض كانت 1 كيلو واط. بعد مرور بعض الوقت ، ظهرت أشعة الليزر التي تصدر نفس الجول من الطاقة في نبضة أقصر بكثير - تصل إلى 10 نانوثانية (نانوثانية ، جزء من المليار من الثانية). في الوقت نفسه ، وصلت قوة النبض بطاقة نفس الجول بالفعل إلى 100000 كيلو وات. هذه ليست محطة Kuibyshev HPP ، التي تبلغ طاقتها 2 مليون كيلوواط ، ولكنها بالفعل محطة طاقة لمدينة صغيرة. مع الاختلاف ، بالطبع ، أن الليزر يطور هذه القوة الهائلة فقط في جزء من المليار من الثانية ، ومحطة الطاقة - بشكل مستمر على مدار الساعة. ينتج الليزر الحالي نبضات يصل طولها إلى 0.01 نانوثانية ، وبنفس الطاقة البالغة 1 جول ، تصل قوتها إلى 100 مليون كيلو وات.
شعاع الليزر عبارة عن تيار من الإشعاع المتماسك المرتب حصريًا ، والموجه بدرجة عالية ، والمركّز ضمن زاوية صلبة صغيرة. من أجل كل هذه الصفات ، ندفع ثمنًا باهظًا - كفاءة الليزر هي أجزاء من نسبة مئوية ، وفي أحسن الأحوال بضعة في المائة ، أي عشرات أو حتى مئات الجولات من طاقة المضخة يجب إنفاقها لكل جول من أشعة الليزر. ولكن في كثير من الأحيان يكون مثل هذا الرسم المرتفع مبررًا تمامًا - فقد نفقد الكمية ونكسب الجودة. على وجه الخصوص ، تماسك واتجاهية شعاع الليزر ، جنبًا إلى جنب مع التركيز اللاحق في حجم صغير جدًا ، على سبيل المثال ، إلى كرة بقطر 0.1 مم ، وضغط العملية في الوقت المناسب ، أي عن طريق الانبعاث للغاية النبضات القصيرة تجعل من الممكن الحصول على كثافة طاقة هائلة. هذا يذكرنا بالجدول 1. يوضح الجدول أن تركيز الطاقة في حزمة ليزر مركزة عالية الطاقة أقل بألف مرة فقط من نوع القيمة المسجلة للإبادة الكاملة للمادة ذات الكثافة الطبيعية ، والتحويل الكامل للكتلة إلى طاقة. ترتبط زيادة قوة الليزر ببعض المشكلات العامة ، خاصةً بخصائص مائع العمل ، أي المادة نفسها ، حيث يولد الإشعاع. ولكن هناك أيضًا مشاكل خاصة بالليزر النبضي والنبضي المتكرر و cw. على سبيل المثال ، بالنسبة لليزر النبضي ، تتمثل إحدى المشكلات المهمة في استقرار العناصر الضوئية في مجال ضوء قوي ذي نبضات قصيرة جدًا. بالنسبة لليزر cw والليزر النبضي المتكرر ، فإن مشكلة إزالة الحرارة مهمة للغاية ، لأن هذه الليزرات تطور طاقة متوسطة عالية. بالنسبة إلى الليزر الذي يعمل في وضع الاندفاع الطويل ، تشير القدرة النبضية إلى كيفية تركيز طاقة نبضة واحدة في الوقت المناسب ، ويشير المتوسط إلى الشغل الذي تم إنجازه بواسطة سلسلة من النبضات التي استمرت لمدة ثانية. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كان الليزر ينتج 20 نبضة في الثانية لمدة 1 مللي ثانية وطاقة 1 J لكل منهما ، فإن القدرة النبضية ستكون 1 كيلو وات ، والمتوسط - 20 وات.
بدأت جميع أنواع الليزر بمؤشرات طاقة متواضعة ، وغالبًا ما تم تحسينها بطرق مختلفة. على وجه الخصوص ، أول ليزر نابض يعمل في وضع التشغيل الحر - نشأ سيل من إشعاع الليزر تلقائيًا وتوقف مرة أخرى من تلقاء نفسه بعد نهاية الإثارة. استمر النبض لفترة طويلة وفقًا لمعايير اليوم ، وهذا يحدد قوة النبض المنخفضة نسبيًا.
بعد بضع سنوات ، تعلموا التحكم في التوليد بطريقة Q-switching ، حيث قاموا بإدخال خلية Kerr أو عنصر آخر مشابه في الرنان ، والذي يغير خصائصه الضوئية تحت تأثير جهد كهربائي. في الحالة الطبيعية ، تكون الخلية مغلقة وغير شفافة ولا يحدث انهيار ليزر في الرنان. فقط تحت تأثير نبضة كهربائية قصيرة ، تفتح الخلية وتظهر نبضة ليزر قصيرة في وسط العمل. يمكن أن تكون مدته أطول بعدة مرات من وقت مرور الضوء بين مرايا الليزر ، أي أنه يمكن أن يكون من 10 إلى 20 نانوثانية.
أعطت هذه الطريقة زيادة ملحوظة في قدرة النبضة بسبب انخفاض مدة النبضة. يتم تلقي نبضات قصيرة جدًا ، تصل إلى البيكوثانية ، في وضع المزامنة ، أو بعبارة أخرى ، في وضع قفل الوضع. هنا ، يتم إدخال عنصر خاص غير خطي في الرنان ، وهو يتصرف بشكل مختلف ، ويتم تبييضه بشكل غير متساوٍ لدفقات إشعاعية مختلفة الشدة ، وكما كان الحال ، فإنه يقطع دفقات بيكو ثانية قصيرة جدًا من الشدة من نبضة ضوئية نانوثانية.
تطبيقات الليزر
استخدام الليزر في الطب
في الطب ، وجدت أنظمة الليزر تطبيقها على شكل مشرط ليزر. يتم تحديد استخدامه للعمليات الجراحية من خلال الخصائص التالية:
1. ينتج عنه شق غير دموي نسبيًا ، لأنه في وقت واحد مع تشريح الأنسجة ، فإنه يخثر حواف الجرح عن طريق "لحام" الأوعية الدموية غير الكبيرة ؛
2. يتميز مشرط الليزر بخصائص قطع مستقرة. ضرب جسم صلب (مثل العظام) لا يعطل المبضع. بالنسبة لمشرط ميكانيكي ، فإن هذا الوضع سيكون قاتلاً ؛
3. شعاع الليزر ، بسبب شفافيته ، يسمح للجراح برؤية منطقة العملية. إن شفرة المشرط العادي ، وكذلك نصل السكين الكهربائي ، تحجب دائمًا مجال العمل عن الجراح إلى حد ما ؛
4. شعاع الليزر يقطع الأنسجة على مسافة دون أي تأثير ميكانيكي على الأنسجة ؛
5. يوفر مشرط الليزر عقمًا مطلقًا ، لأن الإشعاع فقط هو الذي يتفاعل مع الأنسجة ؛
6. يعمل شعاع الليزر بشكل صارم محليًا ، ويحدث تبخر الأنسجة فقط في النقطة المحورية. تتضرر مناطق الأنسجة المجاورة بدرجة أقل بكثير مما يحدث عند استخدام مشرط ميكانيكي ؛
7. كما أظهرت الممارسة السريرية ، فإن جرح مشرط الليزر يكاد لا يؤلم ويشفى بشكل أسرع.
بدأ الاستخدام العملي لليزر في الجراحة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1966 في معهد AV Vishnevsky. تم استخدام مشرط الليزر في عمليات الأعضاء الداخلية للصدر والبطن. حاليًا ، يتم إجراء جراحات الجلد التجميلية وجراحات المريء والمعدة والأمعاء والكلى والكبد والطحال والأعضاء الأخرى باستخدام شعاع الليزر. من المغري جدًا إجراء عمليات باستخدام الليزر على الأعضاء التي تحتوي على عدد كبير من الأوعية الدموية ، على سبيل المثال ، القلب والكبد.
حاليًا ، هناك اتجاه جديد في الطب يتطور بشكل مكثف - جراحة العيون بالليزر. يُجرى البحث في هذا المجال في معهد V. من انفصال الشبكية. يتم إرسال نبضات ضوئية من ليزر الياقوت إلى داخل العين من خلال التلميذ (طاقة النبض 0.01 - 0.1 جول ، ومدتها 0.1 ثانية). تخترق بحرية من خلال الجسم الزجاجي الشفاف وتمتصها شبكية العين. من خلال تركيز الإشعاع على منطقة التقشير ، يتم "لحام" المنطقة المصابة بالقاع بسبب التخثر. العملية سريعة وغير مؤلمة على الإطلاق.
بشكل عام ، هناك خمسة من أخطر أمراض العيون المؤدية إلى العمى. هذه هي الجلوكوما وإعتام عدسة العين وانفصال الشبكية واعتلال الشبكية السكري وورم خبيث. اليوم ، يتم علاج جميع هذه الأمراض بنجاح باستخدام الليزر ، وتم تطوير واستخدام ثلاث طرق فقط لعلاج الأورام:
1. التشعيع بالليزر - تشعيع الورم بشعاع ليزر غير مركز ، مما يؤدي إلى موت الخلايا السرطانية ، وفقدان قدرتها على التكاثر
2. التخثر بالليزر - تدمير الورم بالإشعاع المركز بشكل معتدل.
3. الجراحة بالليزر هي الطريقة الأكثر جذرية. وهو يتألف من استئصال الورم مع الأنسجة المجاورة بإشعاع مركّز.
التصوير الفوتوغرافي
نشأة التصوير الفوتوغرافي
لطالما عرفت طريقة التصوير المستخدمة لحفظ صورة الأشياء ، وهي الآن الطريقة الأكثر تكلفة للحصول على صورة كائن على أي وسيط (ورق فوتوغرافي ، فيلم). ومع ذلك ، فإن المعلومات الواردة في الصورة محدودة للغاية. على وجه الخصوص ، لا توجد معلومات حول مسافات أجزاء مختلفة من الكائن من لوحة التصوير وغيرها من الخصائص الهامة. بمعنى آخر ، لا تسمح الصورة العادية للمرء باستعادة جبهة الموجة التي تم تسجيلها عليها بالكامل. تحتوي الصورة على معلومات أكثر أو أقل دقة حول اتساع الموجات المسجلة ، لكنها تفتقر تمامًا إلى المعلومات حول مراحل الموجات. يتيح التصوير المجسم إمكانية القضاء على هذا القصور في التصوير الفوتوغرافي العادي وتسجيل المعلومات على لوحة فوتوغرافية ، ليس فقط حول اتساع الموجات الواقعة عليها ، ولكن أيضًا حول المراحل ، أي المعلومات الكاملة. الموجة المستعادة باستخدام مثل هذا السجل متطابقة تمامًا مع الموجة الأصلية ، وتحتوي على جميع المعلومات التي احتوتها الموجة الأصلية. لذلك ، كانت الطريقة تسمى الهولوغرافي ، أي طريقة التسجيل الكامل للموجة. من أجل تنفيذ هذه الطريقة في نطاق الضوء ، من الضروري الحصول على إشعاع بدرجة عالية من التماسك. يمكن الحصول على هذا الإشعاع باستخدام الليزر. لذلك ، فقط بعد إنشاء أشعة الليزر التي تنتج إشعاعات بدرجة عالية من التماسك ، كان من الممكن تنفيذ التصوير المجسم في الممارسة العملية. تم طرح فكرة التصوير المجسم في وقت مبكر من عام 1920 من قبل الفيزيائي البولندي م. ولفك (1883-1947) ، ولكن تم نسيانها. في عام 1947 ، بشكل مستقل عن ولفك ، تم اقتراح فكرة التصوير المجسم ودعمها من قبل الفيزيائي الإنجليزي د. جابور ، الذي حصل على جائزة نوبل في عام 1971.
طرق التصوير الفوتوغرافي
عند الحديث عن عملية إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد ، من الضروري تحديد مراحل التصوير المجسم:
1. تسجيل كل من خصائص الاتساع والطور لمجال الموجة المنعكس على هدف المراقبة. يتم هذا التسجيل على لوحات فوتوغرافية تسمى الصور المجسمة.
2. استخلاص المعلومات من الصورة المجسمة عن الشيء المسجل عليه. للقيام بذلك ، فإن الصورة العاكسة ثلاثية الأبعاد مضاءة بشعاع ضوئي.
هناك عدة طرق لتنفيذ هذه الخطوات في الممارسة العملية.
أكثر هذه الطرق شيوعًا هي طريقة الموجة المستوية وطريقة الشعاع المتصادم.
يتم الحصول على نمط التداخل القياسي عن طريق تداخل موجات الضوء المتماسكة. وبالتالي ، من أجل تسجيل علاقات الطور في مجال الموجة ، والتي يتم الحصول عليها نتيجة لانعكاس الموجة بواسطة موضوع الملاحظة ، من الضروري أن يضيء الكائن بإشعاع أحادي اللون ومتماسك مكانيًا. عندئذٍ سيكون للحقل المبعثر بواسطة الكائن في الفضاء هذه الخصائص أيضًا.
إذا أضفنا إلى الحقل الذي تم التحقيق فيه الذي أنشأه الكائن ، مجالًا مساعدًا له نفس التردد ، على سبيل المثال ، موجة مستوية (تسمى عادةً الموجة المرجعية) ، ثم في الفضاء بأكمله حيث تتقاطع كلتا الموجتين ، يتم تكوين توزيع معقد ولكنه ثابت لمناطق التضخيم المتبادل والتوهين للموجات ، أي نمط تداخل ثابت يمكن تثبيته بالفعل على لوحة فوتوغرافية.
لاستعادة صورة ثلاثية الأبعاد تم تسجيلها بالفعل على صورة ثلاثية الأبعاد ، يجب أن تضيء الأخيرة بنفس شعاع الليزر الذي تم استخدامه أثناء التسجيل. تتشكل صورة الكائن نتيجة انعراج الضوء على اسوداد غير متجانس للصورة ثلاثية الأبعاد.
في عام 1962 ، اقترح العالم السوفيتي Yu. N. Denisyuk طريقة للحصول على صور ثلاثية الأبعاد ، وهي عبارة عن تطوير لطريقة التصوير المجسم الملون ، والتي لم تكن مستخدمة عمليًا في ذلك الوقت. ليبمان. يضيء موضوع الملاحظة من خلال لوحة فوتوغرافية (إنها شفافة تمامًا للضوء حتى في حالة التخلف). الركيزة الزجاجية للوحة التصوير مغطاة بمستحلب فوتوغرافي بسمك طبقة حوالي 15 - 20 ميكرون. ينتشر مجال الموجة المنعكس من الكائن للخلف باتجاه طبقة المستحلب الفوتوغرافية. يلعب شعاع الضوء الأولي من الليزر المتجه نحو هذه الموجة دور الموجة المرجعية. هذا هو السبب في أن هذه الطريقة تسمى طريقة الشعاع المتصادم. يتسبب تداخل الموجات الذي يحدث في سمك المستحلب الفوتوغرافي في سواد الطبقات ، والذي يسجل توزيع كل من السعات والمراحل لحقل الموجة المنتشرة بواسطة كائن الملاحظة. يعتمد التصوير المجسم الملون على التصوير المجسم باستخدام طريقة تصادم الحزم الضوئية. لفهم مبدأ تشغيل التصوير المجسم الملون ، من الضروري أن نتذكر الحالات التي ترى فيها العين البشرية صورة ملونة ، وليس بالأبيض والأسود.
أظهرت التجارب في فسيولوجيا الرؤية أن الشخص يرى صورة ملونة ، أو على الأقل قريبة من اللون الطبيعي لجسم ما ، إذا تم استنساخها بثلاثة ألوان على الأقل ، على سبيل المثال ، باللون الأزرق والأحمر والأخضر. يتم الجمع بين هذه الألوان مع إعادة إنتاج الألوان الأكثر بدائية ، والتي يتم إجراؤها بواسطة الطريقة المطبوعات الحجرية(للنسخ الفنية العالية ، يتم استخدام 10-15 مطبوعة ملونة)
مع الأخذ في الاعتبار خصوصيات الإدراك البشري ، من أجل استعادة صورة ملونة لجسم ما ، من الضروري إلقاء الضوء على الكائن نفسه عند تسجيل صورة ثلاثية الأبعاد في وقت واحد أو بالتتابع بإشعاع الليزر من ثلاثة خطوط طيفية متباعدة بشكل كافٍ في الأطوال الموجية. بعد ذلك ، يتم تشكيل ثلاثة أنظمة من الموجات الواقفة ، وبالتالي ، ثلاثة أنظمة من الشبكات المكانية بتوزيعات مختلفة للون الأسود في سمك المستحلب الفوتوغرافي. سيشكل كل من هذه الأنظمة صورة للكائن في منطقته الطيفية ذات اللون الأبيض المستخدمة في إعادة بناء الصورة. ونتيجة لذلك ، فإن شعاعًا متباينًا من الضوء الأبيض ينعكس من الهولوغرام المعالج سوف ينتج صورة ملونة للكائن نتيجة تراكب ثلاثة أقسام من الطيف ، والذي يتوافق مع الحد الأدنى من المتطلبات الفسيولوجية للرؤية البشرية. تُستخدم الصورة المجسمة لدينسيوك على نطاق واسع للحصول على نسخ ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لكائنات مختلفة ، مثل الأعمال الفنية الفريدة.
تطبيقات التصوير الفوتوغرافي
كما ذكرنا سابقًا ، كانت المهمة الأولية للتصوير الهولوغرافي هي الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد. مع تطور التصوير المجسم على ألواح سميكة ، أصبح من الممكن إنشاء صور ملونة ثلاثية الأبعاد. على هذا الأساس ، يتم التحقيق في طرق تحقيق السينما الثلاثية الأبعاد ، والتلفزيون ، وما إلى ذلك. وقد أصبحت إحدى طرق التصوير المجسم التطبيقي ، والتي تسمى قياس التداخل الهولوغرافي ، منتشرة على نطاق واسع. جوهر الطريقة على النحو التالي. يتم تسجيل نمطي التداخل بالتسلسل على لوحة فوتوغرافية واحدة ، تقابل حالتين مختلفتين ولكن مختلفتين قليلاً للكائن ، على سبيل المثال ، أثناء التشوه. عندما تضيء مثل هذه الصورة العاكسة ثلاثية الأبعاد "المزدوجة" ، من الواضح أنه يتم تكوين صورتين للكائن ، وتغييرهما بالنسبة لبعضهما البعض إلى نفس المدى مثل الكائن في حالتيه.
الموجات المعاد تشكيلها التي تشكل هاتين الصورتين متماسكة ومتداخلة ، ويتم ملاحظة هامش التداخل في الصورة الجديدة ، والتي تميز التغيير في حالة الكائن. في إصدار آخر ، يتم عمل الهولوغرام لبعض الحالات المحددة للكائن. عندما يكون الجسم شفافًا ، لا يتم إزالته وإعادة إضاءته ، كما هو الحال في المرحلة الأولى من التصوير المجسم. ثم مرة أخرى يتم الحصول على موجتين ، إحداهما تشكل صورة ثلاثية الأبعاد ، والأخرى تنتشر من الجسم نفسه. إذا كان هناك الآن بعض التغييرات في حالة الكائن (في موجتين متتاليتين ، يوجد اختلاف مقارنة بما كان أثناء تعريض الصورة المجسمة) ، ثم بين السكتات الدماغية المشار إليها ، والصورة مغطاة بأطراف متداخلة.
تُستخدم الطريقة الموصوفة لدراسة تشوهات الأجسام ، واهتزازاتها ، والحركة الانتقالية والدوران ، وعدم تجانس الأجسام الشفافة ، وما إلى ذلك. يشير نمط التداخل بوضوح إلى الاختلاف في التشوهات ، والضغوط في الجسم ، واللحظات الالتوائية ، وتوزيع درجة الحرارة ، وما إلى ذلك. يمكن استخدامها لضمان دقة معالجة الأجزاء.
خاتمة
الليزر هو أحد أقوى الأدوات في علم اليوم. لا يمكن سرد جميع مجالات تطبيقه ، حيث يتم العثور على مهام جديدة كل يوم لليزر.
في هذا البحث ، درسنا الأنواع الرئيسية لليزر ومبدأ عملها. كما تمت تغطية المجالات الرئيسية للتطبيق ، وهي: الصناعة ، والطب ، وتكنولوجيا المعلومات ، والعلوم.
يمكن إجراء مثل هذه المهام المتنوعة باستخدام الليزر نظرًا لخصائصه. يجعل التماسك ، أحادية اللون ، كثافة الطاقة العالية من الممكن حل العمليات التكنولوجية المعقدة.
الليزر هو أداة المستقبل التي دخلت حياتنا بالفعل.
مقدمة
1. مبدأ التشغيل وأنواع الليزر
1.1 الخصائص الرئيسية لشعاع الليزر
1.2 الليزر شبه الموصل
1.3 الليزر السائل
1.3.1 صبغ الليزر
1.4 الليزر الكيميائي وغيره
1.5 ليزر قوي
1.5.1 أنظمة متعددة المراحل ومتعددة القنوات
2. استخدام الليزر
2.1 استخدام شعاع الليزر في الصناعة والتكنولوجيا
2.2 استخدام الليزر في الطب
2.3 التصوير الفوتوغرافي
2.3.1 نشأة التصوير الفوتوغرافي
2.3.2 طرق التصوير
2.3.3 تطبيقات التصوير الفوتوغرافي
2.4 تقنيات الليزر - أداة تسجيل المعلومات ومعالجتها
خاتمة
فهرس
مبدأ تشغيل الليزر
يعتمد الليزر على ظاهرة الانبعاث المحفّز ، والتي تنبأ بوجودها أينشتاين في عام 1917. وفقًا لأينشتاين ، إلى جانب عمليات الإشعاع العادي وامتصاص الرنين ، هناك عملية ثالثة - الإشعاع المحفز (المستحث). ضوء تردد الرنين ، أي التردد الذي تستطيع الذرات امتصاصه ، والانتقال إلى مستويات طاقة أعلى ، يجب أن يتسبب في وهج الذرات الموجودة بالفعل عند هذه المستويات ، إن وجدت ، في الوسط. السمة المميزة لهذا الإشعاع هي أن الضوء المنبعث لا يمكن تمييزه عن ضوء القيادة ، أي أنه يتزامن مع الأخير في التردد والطور والاستقطاب واتجاه الانتشار. هذا يعني أن الانبعاث المحفّز يضيف إلى شعاع الضوء نفس كمية الضوء التي يزيلها امتصاص الرنين منها.
يمكن لذرات الوسط أن تمتص الضوء ، حيث تكون عند مستوى الطاقة الأدنى ، لكنها تشع في المستويات العليا. ويترتب على ذلك أنه مع وجود عدد كبير من الذرات في المستويات الأدنى (على الأقل أكثر من عدد الذرات في المستويات العليا) ، فإن الضوء الذي يمر عبر الوسط سوف يتم تخفيفه. على العكس من ذلك ، إذا كان عدد الذرات في المستويات العليا أكبر من عدد الذرات غير المستثارة ، فسيتم تضخيم الضوء ، بعد مروره عبر الوسط المحدد. هذا يعني أن الانبعاث المحفّز يسود في هذا الوسط. تمتلئ المساحة بين المرايا بوسط نشط ، أي وسيط يحتوي على عدد أكبر من الذرات المثارة (الذرات الموجودة في مستويات الطاقة العليا) من الذرات غير المستثارة. يقوم الوسيط بتضخيم الضوء الذي يمر عبره بسبب الانبعاث المحفّز ، والذي يُعطى بدايته عن طريق الانبعاث التلقائي لإحدى الذرات.
إشعاع الليزر هو وهج الأشياء في درجات الحرارة العادية. لكن في ظل الظروف العادية ، تكون معظم الذرات في أدنى حالة طاقة. لذلك ، في درجات حرارة منخفضة