لو سمحتم بغيت تقرير
للمادة الفيزياء عن الليزر
سأتحدث في تقريري عن الليز أن دخلت أشعة الليزر في العديد من المنتجات التكنولوجية فتجدها عنصر اساسي في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة أو في ألات طبيب الأسنان أو في معدات قطع ولحام الحديد أو في أدوات القياس وغيرها من المجالات. كل تلك الأجهزة تستخدم الليزر ولكن ما هو الليزر وما الذي يجعل الليزر مميز عن غيره من المصادر الضوئية. في هذه التقريرسوف أقوم بشرح كل ما يتعلق بالليزر بشكل مبسط وواضح.
الموضوع:
اساسيات فيزيائية حول الذرة
يوجد في الكون 100 نوع مختلف من الذرات وكل شيء حولنا هو مكون من الـ 100 ذرة تلك، ولكن كيف تتحد وتترابط الذرات مع بعضها البعض لتكون المواد مثل الماء المكون من ذرتين هيدروجين وذرة اكسجين أو كيف تكونت قطعة من الحديد أو النحاس. إن الذرات في حركة مستمرة حيث تتذبذب الذرات حول موضع استقرارها في المادة كما أن الذرات لها حركة دائرية أو حركة انتقالية أيضاً. فلو نظرت إلى طاولة خشبية مثلاً وبالرغم من أنها ثابتة في مكانها إلى أنها ذراتها التي كونت الخشب في حركة مستمرة.
نتيجة لحركة الذرات التي تكتسبها من الطاقة الحرارية فإنها تتواجد في حالات مختلفة من الأثارة أو بمعنى آخر أن الذرات لها طاقات مختلفة، فلو زودت ذرة ما بكمية من الطاقة فإن الذرة تنتقل من المستوى الأرضي الذي تتواجد فيه إلى مستوى طاقة أعلى يسمى بمستوى الإثارة. يعتمد مستوى الإثارة على كمية الطاقة التي ذودت بها الذرة ومصدر الطاقة إما حرارة أو ضوء أو كهرباء.
تحتوي الذرة على النواة (المكونة من البروتونات والنيوترونات) والإلكترونات التي تدور حول النواة في مدارات مختلفة كل مدار هو عبارة عن مستوى طاقة.
امتصاص الطاقة
إذا ذودت الذرة بطاقة حرارية لأو طاقة من مصدر ضوئي أو كهربائي فإن بعض الإلكترونات في الذرة سوف تنتقل من المدار ذو مستوى الطاقة الأدنى إلى مدار طاقته أعلى وابعد من النواة.امتصاص الطاقة
تمتص ذرة الطاقة من الحرارة أو الضوء أو الكهرباء. تنتقل الإلكترونات من مستوى الطاقة الأقل إلى مستوى طاقة أعلى.هذه فكرة السابقة هي مبسطة عن امتصاص الطاقة في الذرة ولكن تعتبر الاساس في دور الذرة لانتاج الليزر.
عندما ينتقل الإلكترون إلى المدار ذو مستوى الطاقة الأعلى فإنه ما يلبث إلا أن يعود وينتقل إلى المستوى الطاقة الأدنى، وعندها فإن الإلكترون يحرر طاقة في صورة فوتون (ضوء).
تصدر الإلكترونات الفوتونات عند اثارتها وعلى سبيل المثال عند تسخين معدن مثل سلك السخان الكهربي فإنه يتحول لونه من اللون المعتم إلى اللون المتوهج وهذا التوهج ناتج من الفوتونات التي انطلقت بعد اثارة ذرات مادة سلك السخان الكهربي. كذلك لو فكرنا في فكرة عمل شاشة التلفزيون فهي تعطي الصورة من خلال الفوتونات التي تنتجها مادة الشاشة (الفوسفور) عند اثارتها بشعاع إلكتروني.
اذا نستنتج ان الضوء ينتج من الفوتونات المنبعثة من اثارة الكترونات الذرة وتعتمد لون الفوتون (لون الضوء) على طاقة الفوتون.
علاقة الذرة بالليزر
لتعريف مبسط لليزر نقول معتمدين على الشرح السابق أنه جهاز يقوم بالتحكم في كيفية تحرير الذرات للفوتونات.وكما ذكرنا فإن كلمة ليزر هي اختصار للجملة والتي معناها يشرح بالتفصيل فكرة عمل الليزر والذي يعتمد على إن الليزر ماهو إلا ضوء مكبر بواسطة عملية تسمى الإنبعاث الإستحثاثي للإشعاع وهذا ما قصدنا به التحكم بكيفية تحرير الذرة للفوتون.
بالرغم من وجود عدة أنواع من الليزر إلا انهم جميعاً يشتركون في نفس الخصائص. ففي الليزر يوجد المادة التي تنتج الليزر يتم اثارتها بواسطة عملية ضخ للإلكترونات من المستوى الأرضي إلى مستوى الإثارة. يستخدم للضخ الإلكتروني ضوء فلاش قوي أو بواسطة التفريغ الكهربي ويساعد هذا الضخ على تزويد أكبر قدر ممكن من الإلكترونات لتنتقل إلى مستويات الطاقة الأعلى فتصبح مادة الليزر مكونة من ذرات ذات إلكترونات مثارة ونسميها بالذرة المثارة. ومن الجدير بالذكر أن أنه من الضروري جداً إثارة عدد كبير من الذرات للحصول على ليزر وتسمى هذه العملية بإنقلاب التعداد أي جعل عدد الذرات المثارة في مادة الليزر أكبر من عدد الذرات الغير مثارة.
قلب التعداد هو الذي يجعل الضوء الذي تنتجه المادة ليزراً وإذا لم نصل إلى مرحلة انقلاب التعداد نحصل على ضوء عادي.
وكما امتصت الإلكترونات طاقة كبيرة من خلال عملية الضخ فإن الإلكترونات هذه تطلق الطاقة التي امتصتها في صورة فوتونات أي ضوء.
الفوتونات المنبعثة لها طول موجي محدد (ضوء بلون محدد) يعتمد على فرق مستويات الطاقة التي انتقل بينها الإلكترونات المثارة. وإذا كان الإنتقال لكافة الإلكترونات بين مستويين طاقة محددين كما هز موضح غب الشكل أدناه فإن كل القوتونات المنبعثة سيكون لها نفس الطول الموجي.
الإلكترون باللون الأحمر مثار ينتقل إلى مستوى طاقة أدنى (الإلكترون باللون الأزرق) ويفقد طاقته في صورة فوتون
ضوء الليزر
ضوء الليزر يختلف عن الضوء العادي حيث يكون له الخصائص التالية:
الضوء المنبعث أحادي اللون أي أن له طول موجي واحد. يحدد الطول الموجي لون الضوء الناتج وكذلك طاقته.الضوء المنبعث من الليزر يكون متزامن أي ان الفوتونات كلها في نفس الطور مما يجعل شدة الضوء كبيرة فلا تلاشي الفوتونات الضوئية بعضها البعض نتيجة لاختلاف الطور بينها.الضوء المنبعث له اتجاه واحد حيث يكون شعاع الليزر عبارة عن حزمة من الفوتونات في مسار مستقيم بينما الضوء العادي يكون مشتت وينتشر في أنحاء الفراغ.
المسؤول عن هذه الخصائص هي عملية الانبعاث الإستحثاثي بينما في الضوء العادي يكون الإنبعاث تلقائي حيث يخرج كل فوتون بصورة عشوائية لا علاقة له بالفوتون الآخر.
في الشرح التالي سنرى مكونات الليزر من خلال شرح عمل ليزر الياقوت.
ليزر الياقوت مكونات ليزر الياقوت عبارة عن مصدر ضوء فلاش وساق من الياقوت ومرأتين مثبتتين على طرفي الساق احدى هاتين المرأتين لها مقدار انعكاس 90%. يعتبر المصدر الضوئي مسؤولاً عن عملية الضخ وساق الياقوت هو مادة انتاج الليزر.
نظام ليزر ثلاثي المستويات
الشكل التالي يوضح تفاصيل عملية انتاج الليزر من خلال نظام ذو ثلاث مستويات للطاقة
أنواع الليزرليزر الحالة الصلبة هو الليزر الذي ينتج بواسطة مادة أو خليط من مواد صلبة مثل الياقوت أو خليط الالومنيوم واليتريم والنيودينيم: ويسمى بليزر الـ اختصاراً ويكون طوله الموجي في منطقة الأشعة تحت الحمراء.
ليزر الغاز وهو يعتمد على مادة غازية مثل الهيليوم والنيون وغاز ثاني اكسيد الكربون وتكون اطوالها الموجية في مدى الاشعة تحت الحمراء وتستخدم في قطع المواد الصلبة لطاقتها العالية.
ليزر الإكسيمر وتطلق على أنواع الليزر التي تستخدم الغازات الخاملة مثل غاز الكلور أو الفلور أو الكربتون أو الأرجون وتنتج هذه الغازات اشعة ليزر ذات أطوال موجية في مدى الأشعة فوق البنفسجية.ليزر الأصباغ وهي عبارة عن مواد عضوية معقدة مثل الرودامين مذابة في محلول كحولي وتنتج ليزر يمكن التحكم في الطول الموجي الصادر عنه.
ليزر أشباه الموصلات ويطلق عليه احياناً بليزر الديود ويعتمد على المواد شبه الموصلة ويمتاز بحجم ليزر صغير ويستهلك طاقة قليلة ولذلك يستخدم في الأجهزة الدقيقة مثل أجهزة السي دي وطابعات الليزر .
تصنيفات الليزر
يصنف الليزر باربعة تصنيفات تعتمد على خطورتها على الخلايا الحية. فعند التعامل مع الليزر يجب الانتباه الى الاشارة التي توضح التصنيف.
التصنيف الأول هذا يعني أن شعاع الليزر ذو طاقة منخفضة ولا يشكل درجة من الخطورة.
التصنيف الأول هذا التصنيف يشير إلى أن الليزر يضر العين إذا نظرنا في اتجاه الشعاع ويستخدم في السوبرماركت كماسح ضوئي وتبلغ طاقة الليزر الذي يندرج تحت هذا التصنيف 4mW.
التصنيف الثاني هذا يشير إلى ليزر ضوئه مرئي وطاقته لا تتعدى 1mW.
التصنيف الثالث طاقة الليزر متوسطة وتبلغ 1-5mW وخطورته على العين إذا دخل الشعاع المباشر في العين. ومعظم الأقلام المؤشرة تقع في هذا التصنيف.
التصنيف الثالث طاقة هذا الليزر أكثر من المتوسط التصنيف الرابع
وهي انواع الليزر ذات الطاقة العالية وتصل إلى 500mW للشعاع المتصل بينما لليزر النبضات فتقدر طاقته بـ 10 J/cm2 ويشكل هطورة على العين وعلى الجلد واستخدام هذا الليزر يتطلب العديد من التجهيزات وإجراءات الوقاية .
الخاتمة
. في الختام نشرك لكم قراءتكم التقرير المتواضع
ان الليزر اكتشاف مثير غير الكثير من حياتنا , لذلك يجب الاستفادة منه في تسهيل الامور وحفظ الوقت وذلك عن طريق تشجيع البحث العلمي و الاختراع في وطنا العربي لنتمكن من الوصول الى القمم. الذي هو نتاج البحث المتواصل راجياً من الله تعالى أن يكون ذا فائدة لإخواني الطلاب في دراسة الليزر لما فيه من أهمية كبيرة في حياتنا العلمية والعملية و أن يكون عند حسن ظن مدرسه المادة
بسم الله الرحمن الرحيم ..
الفهرس:
1 . المقدمة ………………………………………….. …………….. 3
2 . الموضوع ………………………………………….. …………… 4
4 . ليزر الياقوت ………………………………………….. ………..5
5. الخاتمة ………………………………………….. ………………6
6. المراجع ………………………………………….. …………….7
المقدمه
إن الحمد لله نحمده ,ونستهديه ,ونستعينه ,ونستغفره ونعوذ بالله من شرور أنفسنا ,وسيئات أعمالنا , من يهديه الله فلا مضل له ومن يضلل فلا هادي له وأشهد أن لا إله إلا الله وحدة لاشريك له , وأشهد أن محمداً عبده ورسوله صلى الله علية وسلم تسليما كثيراً.
أما بعد . فهذا تقرير عن تلوت الهواء لمادة الفيزياء أضعة بين أيدي المعلمة الفاضلة
فاطمة قضيب آملة أن أحقق به ما أصبو إلية من أهداف .
هذا وقد سرت في كتابة هذا التقرير على خطة اشتملت على:
مقدمة و عناوين رئيسيه وخاتمه .
خطة التقرير فجاءت على النحو التالي:
1. المقدمة
2. تطبيقات الليزر
3. تطبيقات صناعية
4. تطبيقات طبية
5. ليزر الياقوت
6. الخاتمة
7. المراجع
وبعد فإني لم ادخر وسعا أو جهدا في إخراج هذا التقرير بالصورة المرضية غير أن عمل البشر دائما محفوف بالخطأ والتقصير, بل إن الخطأ والتقصير من سمات البشر. فما كان في هذا البحث من صواب فمن الله وما كان فيه من خطا فمني ومن الشيطان..
الموضوع:
الليزر له تطبيقات عديدة جدا في مختلف مجالات الحياة ولا يمكن في هذا التقرير من تغطية الموضوع بالكامل وسنقوم بإلقاء الضوء على أهم هذه التطبيقات وسيتم إثراء هذا المجال من خلال الكتابة فيه ولكن تحت باب تفسيرات فيزيائية أو مقالات علمية .
تطبيقات صناعية :
ادخل الليزر في التطبيقات الصناعية منذ اول اكتشافه في 1960. وبالأخص في القياسات measurements وفي الترتيب alignment للأجهزة البصرية وأنابيب الضخ وخطوط الكهرباء وأجهزة القياس واستخدم في مجال التصنيع كالقطع واللحام والصهر والتبخير وفي تصنيع الدوائر الإلكترونية المتكاملة وفي الحفر على الزجاج وغيره.
تطبيقات طبية :
دخل الليزر في التطبيقات الطبية وهي كثيرة ولذلك تقسم هذه التطبيقات اما حسب نوع المعالجة كأن تكون تطبيقات الليزر في الجراحة أو في مجال طب الاسنان أو طب العيون وتقسم ايضا حسب نوع الليزر المستخدم في الطب مثل ليزر ثاني اكسيد الكربون او ليزر النيتروجين او ليزر الاكسيمر وتقسم في بعضالاحيان حسب طبيعة المعالجة مثل تطبيقات الجراحة او لحام الاوعية الدموية او التشخيص.
العلاج بالليزر له خصائص عديدة منها قلة الفقد في الدم نتيجة للقطع كما انه نبضات الليزر تكون قصيرة زمنيا مما يجعل المريض لا يشعر بألم كما ان استخدام الليزر يعطي للطبيب رؤية واضحة للمنطقة التي يعالجها لقلة الادوات الميكانيكية التي يستخدمها الطبيب كما ان العلاج لا يحتاج إلى احداث جرح يذكر في جسم المريض وبالتالي يمكن للمريض مغادرة المستشفى فور رزوال تأثير التخدير كما ان الليزر يمكن ان يتم التحكم به بواسطة الكمبيوتر مما يعني دقة فائقة في العملية.
ليزر الياقوت Ruby Laser
مكونات ليزر الياقوت عبارة عن مصدر ضوء فلاش وساق من الياقوت ومرأتين مثبتتين على طرفي الساق احدى هاتين المرأتين لها مقدار انعكاس 90%. يعتبر المصدر الضوئي مسؤولاً عن عملية الضخ وساق الياقوت هو مادة انتاج الليزر.
1. مكونات ليزر الياقوت
2. فرق جهد عالي يعمل على تزويد الفلاش بالطاقة الكافية لتوليد ضوء ذو شدة عالية ولفترة زمنية قصيرة. هذا الضوء يعمل على اثارة الذرات في بلورة الياقوت إلى مستويات الطاقة الأعلى.
3. تطلق بعض الذرات فوتونات
4. تنطلق الفوتونات بموازاة محور ساق الياقوت لتصطدم
بالمرآة وتنعكس إلى داخل الياقوت عدة مرات لتستحث
إلكترونات أخرى لتطلق فوتونات.
5. فوتونات بطول موجي واحد وفي تفس الطور ومتجمعة
في حزمة تعبر من المرآة لتعطي ضوء اليزر.
الخاتمه :
وبعد إتمام هذا التقرير أشكر الله العلي القدير , واحمد المولى الجليل الكبير على أفضاله الكثيرة ونعمائه العظيم المتعددة , فلو لا رحمة الله سبحان وتعالى وفضلة ما كنت الاكتب حرفا ولا لأسطر سطرا فالحمد له أولا وأخرا والشكر له ظاهرا وباطنا حمدا يليق بجلاله وشكرا يليق بكبريائه.
وبعد فاني احمد الله الذي وفقني حتى فرغت من هذا التقرير عن الليزر ,كما احمده سبحانه وتعالى أن وفقني للخروج منه بمكاسب عظيمة. وثروات ضخمة والتي أهمها ما سطرته بين ثنايا هذا التقرير:
1. تطبيقات الليزر
2. تطبيقات صناعية
3. تطبيقات طبية
4. ليزر الياقوت
المراجع :
ع مساعدة
يزاك الله خير
يعطيه العافية اخوي عاشق ما قصر,,
موفقين,,
ما تقصر … أستمر
تحياتي لكم بالتوفيق ..