عودة الى قاعات المتحف العلمى

الليزر هو مصدر ضوئى أكتشف عام 1960 ودخل كافة فروع التكنولوجيا وفى كافة مجالات الحياة ويختلف الليزر عن الضوء العادى فى ثلآث نقاط

شعاع الليزرعبارة عن حزمة رفيعة جداً متجانسة موحدة الإتجاه تسير فى خطوط مستقيمة كأقرب للتوازى وزاوية إنفراجها صغير

أن شعاع الليزر موجه للقمر يفرش مساحة3كم مربع على سطح القمر أما زاويةإنفراج الضوء العادى كبيرة جدا .
شعاع الليزر وحيد اللون وليس خليط ألوان مثل الضوء العادى .

شعاع الليزر له خاصية تدافق فوتوناته مترابطة ولها نفس الطور أما موجات الضوء العادى غير مترابطه ومختلفة فى الطور .

إستخدامات الليزر:

* فى مجالات الطب وخاصة فى الجراحات الدقيقة وخاصة العين بدل المشرط

* فى الصناعة يستخدم الليزر فى القطع واللحام

* فى المجالات المساحية فيستخدم فى رسم الخرائط

* فى مجالات إستكشاف الفضاء يستخدم الليزر فى تحديد مواقع الكواكب عن طريق إرسال شعاع ليزر وإستقباله بعد إنعكاسه

* فى المجالات العسكرية يستخدم الليزر كرادار وفى توجيه الصواريخ وحديثاً ثم إستخدامه كسلاح
مدمر حيث ينتج الليزر طاقة تعادل الطاقة الناتجة من جميع محطات القوى فى العالم مجتمعه
فى مجال الإتصالات

* يستخدم الليزر لنقل المكالمات التليفونية والصور ومعلومات الكمبيوتر أنظر على سبيل المثال قاعة الأجتماعات
بالفيديو عن بعدبالمركز حيث يتم نقل الصوت والصورة لجميع المحافظات بإستخدام الليزر والالياف الضوئية بدلا من السلك وكذلك بإستخدام الأقمار الصناعية

الهولوجــــــــــرام

راسم الموجــــات

معلومات إضافية

الهولوجـــرام

الفكرة العلمية :
الهولوجرام هو صورة مجسمة نحصل عليها بإستخدام أشعة الليزر وتخزن على سطح مستو للوح فوتوغرافي ويمكن رؤيتها عن طريق إضاءة اللوح الفوتوغرافي بشعاع ليزر أو ضوء عادى

مكونات الجهاز :

يتكون الجهاز من عدة صور تظهر بأبعاد ثلاثة

التفسير :

يسقط شعاع الليزر على مجزئ وينقسم إلى جزئيين
الجزء الأول يسمى شعاع الجسم ليسقط على الجسم وينعكس على حائل
الجزء الثانى يسمى شعاع المرجع يسقط على مرآة ثم على عدسة ثم يسقط على الحائل مباشرة
نتيجة تداخل الشعاعين على اللوح الفوتوغرافي تتكون صورة ثلاثية ثم يحدث ترسيب بإستخدام التحليل الكهربى للوح الفوتوغرافي وتتم تغطيته بطبقة ألومنيوم شفافة تعمل كمرآة شبه عاكسة
يمكن رؤية الصورة المجسمة بعد ذلك عن طريق إضاءة اللوح بضوء عادى أو شعاع الليزر
عند إضاءتها بشعاع الليزر من الخلف تظهر الصورة مجسمة أمام اللوح وعند إضاءتها بضوء عادى أمام اللوح تظهر الصورة بإبعاده الثلاثة كصورة تقديرية
يمكن على نفس اللوح الفوتوغرافي تسجيل أكثر من صورة عن طريق تغيير شعاع المرجع

التطبيقات :

الهولوجرافي طريقة حديثة لتسجيل الصور الضوئية للأجسام بإستخدام أشعة الليزر . فصور الأجسام تتكون نتيجة الأشعة الضوئية المنعكسة عن الجسم المضاء والتي تحمل المعلومات عن سطحه في صورة إختلاف في الشدة الضوئية وزوايا الطور

فالصور المأخوذة بالتصوير الفوتوغرافي العادي صور مستوية غير مجسمة حيث أنها تتكون نتيجة لإختلاف الشدة الضوئية للأشعة المنعكسة عن الجسم في حين أن الصور المأخوذة بواسطة أشعة الليزر أى الهولوجرام صور لجسـم ثلاثية الأبعاد حيث أنها تتكون نتيجة لإختلاف الشدة الضوئيـة وكذلك زوايا الطور للأشعة المنعكسة عن الجسم تسقط حزمة من أشعة الليزر على مجزئ لحزمة الأشعة فتنقسم جزئين ينفذ الجزء الأول من الأشعة ليصل إلى مرآة مستوية مثبته فتنعكس الأشعة لتسقط على اللوح الفوتوغرافي

وتسمى بأشعة المرجع . ويسقط الجزء الثاني من الأشعة على الجسم المراد تصويره وتنعكس هذه الأشعة من جميع نقاط سطح الجسم حاملة للمعلومات عنه لتصل اللوح الفوتوغرافي وتسمى هذه الأشعة بأشعة الجسم

تلتقي أشعة المرجع وأشعة الجسم على اللوح الفوتوغرافي وتكون النتيجة نمط مركب من تداخل تلك الأشعة يسجل على اللوح الفوتوغرافي وبعد تحميض اللوح الفوتوغرافي يظهر نمط تداخل الأشعة في صورة مناطق مظلمة وأخرى مضيئة ويسمى اللوح الفوتوغرافي بعد تحميضه وتسجيل نمط التداخل عليه بالهولوجرام يلزم بعد ذلك إعادة تكوين الصورة وذلك بإضاءة الهولوجرام بالأشعة المرجع وبالنظر خلاله تظهر صورة مجسمة تماثل الجسم تماما ومسجلة لجميع دقائق الجسم في ثلاثة أبعاد

يمكن تسجيل أكثر من صورة واحدة على نفس اللوح الفوتوغرافي وذلك بإستخدام عدد من الأشعة المرجع في إتجاهات مختلفة وتكون كل صورة مستقلة عن الأخرى ويمكن تخزين عشرات الصور على هولوجرام واحد ويمكن الحصول على صور ملونة لجسم بأبعاده الثلاثة على هولوجرام واحد وذلك بإستخدام ثلاثة حزم من أشعة الليزر ذات الألوان المختلفة ويضاء الهولوجرام في هذه الحالة بالأشعة البيضاء

التعليق :

الهولوجرام هو نوع خاص من الصور ورغم أنها مسجلة على فيلم إلإ أنها تختلف عن الصور العادية إذا دققت النظر فى الهولوجرام ستجد أنه عبارة عن مجموعة من الخطوط والتعريجات والأشكال والتى تحتوى على معلومات أكثر تفصيلا من الصور العادية

والحقيقة إن الهولوجرام هو تجميد لأشعة الضوء ويحتوى ليس فقط على شكل الجسم ولكن أيضاٌ على سجل الإتجاهات التى مر بها شعاع الضوء أثناء تصويره

:ويتم عمل الهولوجرام بطريقتين

Transmission Hologram هولوجرام نفاذى
-------------------------------------------------
ويحدث نتيجة تفاعل شعاعى ليزر من أصل واحد حيث يتم تقسيم شعاع الليزر إلى شعاعين فرعيين الشعاع الأول يسلط على الجسم بحيث يغطيه كله ثم على اللوح الفوتوغرافى بينما يسقط الشعاع الثانى مباشرة على اللوح الفوتوغرافى وينشأ عن ذلك تداخل بين هذين الشعاعين بما يؤدى إلى الأشكال التى يتم تسجيلها والتى تحتوى على معلومات عن الأبعاد والزوايا المجسمة للجسم الذى تم تصويره

Reflection hologram هولوجرام إنعكاسى
-------------------------------------------------
ويحدث نتيجة تفاعل شعاع ليزر موجه إلى اللوح الفوتوغرافى مع الضوء العادى المنعكس من الجسم المراد تصويره والذى يسقط على نفس اللوح الفوتوغرافى

ولقراءة الهولوجرام فهناك طريقتان :

تتم قراءة الهولوجرام عن طريق تسليط شعاع ليزر ينفذ من خلال الهولوجرام فتقوم الخطوط والتعريجات والأشكال بتغير مسار شعاع الليزر لإعادة تكوين المسارات الأصلية فلو نظر شخصان خلال الهولوجرام من وضعين مختلفين أو شخص واحد يغير مكانه سيريان جوانب مختلفة لنفس الجسم كما لو كان ينظران إليه فى الأصل فى الفراغ

تتم قراءته بإستخدام الضوء العادى الساقط على سطحه فتتكون الصورة المنعكسة من الضوء المرتد من الهولوجرام. هل تعلم الآن من أى نوع الهولوجرام أمامك ‍‍‍؟

رأس الصفحة

راسم الموجات بإستخدام الليزر

يشرح الجهاز ظاهرة تداخل الموجات بإستخدام شعاع الليزر وذلك عندما تتقابل موجتان ناشئتان عن حركة توافقية بسيطة بحيث أن إتجاه الموجة الأولى متعامد على إتجاه الموجة الثانية ينشأ عن ذلك حركة موجية حركية تختلف في شكلها وترددها وطولها الموجي عن كل من الموجتين الأصليتين

مكونات الجهاز :

شعاع ليزر ينعكس شعاعه على مرآتين في وضع عمودى
شـاشـة تـوضـح أشكـال الموجة المركبة المتكونـة
سماعتين لسماع صوت المـوجه المركبة الجديــدة

خطوات التجربة :

عند إدارة عجلتي التحكم لكل مرآة تتغير سرعة ذبذبة كل مرآة أي تردد الموجات الناشئة عـن ذبذبة كل مرآة وبالتالي يتغير شكل وشدة الموجة الناشئة وبالتالي يمكن الحصول على أشكال مختلفة تصاحبها أصوات مختلفة
عندما تتذبذب المرآتان بتردد مختلف تتكون أشكال مختلفة

عندما تتذبذب المرآتان بنفس التردد يكون الشكل الناتج دائرة

عند تتذبذب المرآتان بنسبة تردد المرآة الأولى إلى المرآة الثانية مساوية

لنسبةعددية صحيحة مثل 1:2 أو 1:3 تتكون أشكال حلقية مختلفة

التفسير :

Interference تسمى هذه الظاهرة ظاهرة التداخل
حيث يتم تشكيل الموجة النهائية كمحصلة للموجتين وعندما يتقارب تردد كل من الموجتين تنشأ موجة مركبة ذات تردد منخفض يساوي الفرق بين الترددين وتسبب هذه الموجة الصوت الذي تسمعه ويتوقف شكل الموجه المركبة على ترددي الموجتين وشدة كل منهما وفرق الطور بينها وتسمى الأشكال التي تظهر
Lissajous Figures أشكال ليساجو

التطبيقات

معرفة موجة مجهولة بالنسبة لأخرى معلومة من ناحية فرق الطور والتردد
Oscilloscope وذلك بإستخدام جهاز راسم الموجات

عملية التشويش كما يحدث في موجات الراديو

رأس الصفحة

كيف يعمل جهاز الليزر

تقوم أجهزة الليزر بتوليد إشعاعات اى موجات كهرومغناطيسية من خلال الإستفادة بفروق مستويات الطاقة المتعددة التي يمكن أن تتخذها ذرات المواد المختلفة وتعد كلمة ليزر إختصار جملة " تكبير الضوء عن طريق الإطلاق الحفزي للإشعــاعــات" إذ أنهــا مكونــةالحــروف الأولي المقابلة لهذه الكلمات باللغــة الإنجليزيـة وقد إكتشف ألبرت أينشتاين عملية الإطلاق الحفـزى من الناحية النظرية عام 1917.

والليزر إذ هو عملية إطلاق حفزي يعتمد على بعض الخصائص المشتركة للإشعاعات الناتجة وقد أصبح من الميسور نتيجة إختراع الميزر في أواخر الخمسينات توليد وتكبير موجات ذات طول موجي معين يقع في موجات الميكروويف وبإختراع الميزر البصرى وهو الليزر في بداية الستينات أمكن توسيع مدى الموجات المنتجة . تتكون ذرة أية مادة عامة من جسم مركزى " نواة" تدور حوله مجموعة من الجسيمات المتناهية في الصغر "الإلكترونات" وتستطيع الإلكترونات شغل مستويات من الطاقة فعندما تكون الإلكترونات أقرب للنواة يصبح للذرة أقل كمية من الطاقة ويقال أنها في "الحالة الأرضية" أما إذا شغلت الإلكترونات مستويات أعلى من الطاقة فيقال عن الذرة إنهــا في الحالــة المستثارة .

وتكون أي ذرة عادية في الحالة الأرضية ولكن يمكن إستثارتها عن طريـق إمدادها بالطاقة على شكل طاقة حرارية مثلاً ، وعند زيادة درجة الحرارة تزداد طاقة حركة الإلكترونات وتميل الذرة عندما تكون في إحدى حالات الإستثارة إلى إطلاق جزء من طاقتها تخرج على هيئة ضوء طبقا لنظرية الكم

تعتبر كميات الطاقة المصاحبة لتلك التحولات أى الإنتقالات نوعـا من حزم أو رزمات من الطاقة تسمى "كمّات" ويطلق على وحدة كم الطاقة إسم"الفوتون" ويعتمد طول موجات الفوتونات ، على مقدار الطاقة التي تعتمد بدورها على طبيعة طاقة الإنتقال المصاحبة .

وعلى ذلك فهناك طريقة أخرى يمكن بها إستثارة الذرة فعندما يصطدم فوتون بذرة ما تستطيع الذرة إمتصاص جزء من طاقة هذا الفوتون وبذلك تنتقل من الحالة الأرضية إلى مستوى طاقة أعلى وتعرف هذه العملية "بالإمتصاص" ويمكن بعد ذلك إطلاق فوتونات وبذلك تعود إلى الحالة الأرضية ويسمى ذلك الإطلاق التلقائى .

ويمكن إطلاق الفوتونات بطريقة ثالثة، فإذا ما قذفت ذرة في حالة إستثارة بواسطة فوتون موجه أو موجة ذات طول موجي معين بكمية طاقة تناظر الفرق بين مستويات الطاقة الموجودة في الذرة المقذوفة ، تستطيع الذرة حينئذ إطلاق فوتون ، وتعتبر هذه العملية عكسية لعملية الإمتصاص والفوتون الناتج يكون له نفس طور الفوتون المسبب للإستثارة وتسمى هذه العملية الإطلاق المستحث.

رأس الصفحة

أمثلة على تطبيقات الليزر

أمكن استعمال أشعة الليزر في تطبيقات عديدة في الحياة العملية، لمالها من خواص متميزة مثل كثافة عالية للضوء ،إلى جانب الحصول على موجات ذات طول محدد يمكن إستعمال عدسات بصرية في تركيز شعاع الليزر في منطقة صغيرة جدا وتستخدم هذه التقنية في الصناعة لعمل فتحات في مواد متناهية في الصغر ومتناهية في الصلابة كالصلب والماس وتتم هذه العمليات في زمن قياسي كما استخدم الليزر في عمليات اللحام لمميزاته في مجال الطب .

يطبق الليزر بنجاح كبير فى معالجة إنفصال الشبكية ويحدث الإنفصال الشبكي في العين، عندما ينساب السائل الموجود في مقلة العين وكانت عيوب الشبكية تعالج في الماضي عن طريق العمليات الجراحية ولكن أمكن الآن وصلها أو لحامها بإستخدام وميض من ضوء أشعة الليزر الذي يستغرق جزء من الألف من الثانية ويمكن تصويب الضوء بدقة بالغة وهناك بصيص من الأمل في إمكان معالجة السرطان بالليزر

يحتل الليزر مكانا ضخما فى مجال الإتصالات إذ تعتبرموجات الليزرذات الطول الموجي المحدد كأنها ناتجة من جهاز إرسال راديو . وإذا تطورت تلك التقنيات بحيث يمكن تحميل الإشارات والمعلومات على موجات الليزر كما يحدث في موجات الراديو حينئذ يصبح من السهل إستخدام الليزر في مجالات الإتصالات وحيث ان كمية المعلومات المحمولة على موجات كهرومغناطيسية تتناسب طرديا مع تردد الموجة الحاملة وإذا كان تردد موجات الليزر يتخطى بكثير جدا تردد موجات الراديو لذلك يمكن حمل ملايين عديدة من إرسالات الراديو على شعاع ليزر واحد

وبالطبع هناك مشاكل حيث أن أشعة الليزر مثل باقي أشعة الضوء تتوقف إذا قابلتها السحب وصادفها الضباب ولايمثل ذلك مشكلة بالنسبة للفضاء الخارجي . أما بالنسبة للإتصالات الأرضية فيجب إرسال الأشعة من خلال أنابيب ليتسنى التغلب على الصعوبات الجوية . وتدرس حاليا إمكانية إستعمال الألياف الزجاجية فى حمل أشعة الليزر ولكن هناك صعوبات كثيرة فى تصنيع ألياف زجاجية عالية الدقة والجودة يمكن إستعمالها عبر مسافات طويلة ويستعمل الهلوجراف وهو جهاز السند يمكن بواسطته عمل صورة للأشياء والمشاهدة فى ثلاث أبعاد بطريقة متناهية فى الدقة ، كما يستطاع عن طريق تخزين المعلومات على صورة فيلمية واحدة وكذلك إسترداد تلك المعلومات ، وحذفها بإستخدام أشعة الليزر ويطبق هذا التكنيك فى نقل وتخزين المحتويات المطبوعة على ميكروفيلم

فى مجال الحا سبات الإلكترونية

قطع الليزر خطوات واسعة فقد أستخدم فى تخزين وحذف معلومات وتغيير لون بعض المواد إذا ما تعرضت لشعاع ليزر متغير الشدة وتسمى بالمواد "الفوتوكرومك" ويمكن بذلك كتابة مجموعة من النقط على بلورة ويمكن قراءة هذه المعلومات ويمكن تخزين كمية هائلة من المعلومات فى مساحة ضيقة يعتبر مجال الإندماج النووي الحرارى من اكثرتطبيقات الليزرأهمية وهو يمثل في رأي كثير من العلماء مصدر الطاقة في المستقبل . ولقد أجريت كثير من الأبحاث والتجارب في هذا المجال للوصول إلى نموذج أولي صالح يلزم مجرد فترة زمنية محدودة عند درجات حرارة مرتفعة أو الضغوط العالية فتتجرد ذرات الهيدروجين من الإلكترونات وتتجمع نوى الذرات بعضها نحو بعض وبإرتفاع الحرارة والضغط لدرجة كافية يصبح من الممكن إدماج نواتين من الهيدروجين مكونة بذلك نواة هليوم ويصاحب العملية نقص في الكتلة وبالتالي إطلاق الطاقة . فبقذف كرة من الهيدروجين بإستخدام ومضة من أشعة الليزر ترتفع درجة حرارة الكرة إلى عشرة ملايين درجة مئوية فتنصهر الكرة على الفور وتتجزأ وتتحد محدثة قوة رهيبة وفى نفس الوقت يسبب ذلك حدوث إنفجار داخلى مكافىء ومضاد حيث يضغط على الهيدروجين حتى يوصلها للضغط اللازم لإحداث الإندماج ويعد العيب الأساسى لهذا التكنيك الإندماجى توليد أشعة من الليزر متناهية الشدة وهناك أبحاث عسكرية فى هذا المجال للحصول على أشعة الموت "شعاع الموت" وهناك نوع خاص من المولدات الغازية الديناميكية لليزر يمكنها تدمير الأهداف الجوية الموجودة على مسافات تصل إلى ميلين وتقف التطبيقات العسكرية عند هذه الدرجة من القوة نظرا للصعوبات الجوية ومنها مثلا شعاع الليزر الشديد القوة ، يشحن الهواء نفسه مما يتسبب بالتالى فى تشتيت الشعاع .

جهاز الليزر الياقوتى

يتمثل التطور التالي لمكبرات الإطلاق الحفزي في جهاز قادر على تكبير أو تضخيم الموجات ذات الأطوال الأقصر من الموجات السابقة أي التي تقع في مدى الضوء المرئي . ولقد أستخدم أول جهاز للليزر بلورة من الياقوت . والياقوت بلورة من أكسيد الألومنيوم التي تستـبدل فيها ذرات الألومنيـوم بذرات الكروم يرجع السبب في اللون الأحمر الداكن المميز للياقوت إلى وجود ذرات الكروم ويعتمد التأثير التكبيري في جهاز الليزر الياقوتي أساساً على ذرات الكروم المستثارة التي تكتسب مستويات طاقة عالية عن طريق إمتصاص طاقة الضوء الناتجة من مصباح مضيء يقوم بدفع تلك الذرات إلى حالات الإستثارة ويزود قضيب الكريستال الياقوتي بنهايات مصقولة ومستوية تغطي بمادة عاكسة وتخرج ذرات الكروم المستثارة طاقتها الزائدة بطريقة الإطلاق التلقائي ، حيث يمر الضوء الناتج خلال جوانب القضيب ويطلق عدد بسيط من ذرات الكروم أشعة الضوء في إتجاه أطراف القضيب المصقولة حيث ينعكس هذا الضوء مرة أخرى في القضيب وعند إصطدامه بذرات الكروم المستثارة يحدث إطلاق حفزي يقوم بدوره بتكبير الإشعاعات وهكذا يجتاز الضوء القضيب مرات متعددة فتزداد بذلك شدة الضوء الناتج وتتسبب عملية إستثارة ذرات الكروم في تسخين بللورة الياقوت لذا يجب توفير عملية تبريد ملائمة للجهـاز حين يشتغل بإستمرار .

جهاز الليزر الغازى

تستعمل بعض أنواع أجهزة الليزر عددا ًمن الغازات كوسط مكبر وقد أستخدم خليط من الهيليوم والنيون، في أول جهاز من هذا النوع وتظل مشكلة رفع مستوى الذرات بحيث يمكنها إحداث إطلاق حفزي قائمة فيمكـن إستثارة الغاز عن طريق تمرير تيار كهربائي من خلاله . وتطبق هذه الطريقة للحصول على الضوء المرئي في إعلانات النيون ومصابيح الصوديوم المستعملة في إنارة الشوارع وقد تبين أن ذرات خليط الهيليوم والنيون. المستثارة بتعريضها لتيار كهربائي تطلق أشعة ضوء ، عن طريق إطلاق حفزي يبلغ طول موجته 115 ميكرومتر أي داخل الموجات الحمراء ، وتنعكس الأشعة الحفزية عدة مرات داخل الغاز فتزيد بذلك شدة الضوء الناتج نتيجة لزيادة عدد الذرات المطلقة للأشعة ولقد ظهرت عدة أجهزة ليزر تستعمل مجموعة من الغازات المختلفة بعد إستخدام خليط من الهيليوم والنيون في الجهاز الأول للليزر إذ ترجع أهميته إلي قدرته على تكبير الأشعة المنبعثة ذات ألوان مختلفة معطية في النهاية مظهر الضوء الأبيض وتتركز ميزة الليزر الغازي بالمقارنة مع الليزر الياقوتي في إمكانية تشغيل الأول لفترات زمنية طويلة .

رأس الصفحة