تعريف أشعة الليزر

ما هي أشعة الليزر؟

تعرف أشعة الليزر بأنها الأشعة الناتجة عن تضخيم الضوء بفعل انبعاث إشعاعي محفز، وهو مصدر ضوئي مختلف عن المصادر العادية، إذ يٌنتج حزم ضيقة جدًا من الضوء ذات استخدامات مفيدة في العديد من التقنيات والأجهزة، ويرجع مبدأ أشعة الليزر إلى اقتراح قدمه العالم ألبرت أينشتاين في عام 1916، يوضح فيه أن الذرات يمكن أن تطلق طاقة إضافية على شكل ضوء عند تحفيزها في الظروف المناسبة.

أما الاختراع الرسمي لليزر فيعود للعالمين تشارلز تونيز Charles Townes وآرثر شاولو Arthur Schawlow اللذين قدما ورقة لمبدأ عمله في ديسمبر من عام 1958، وبعدها بسنتين حصلا على براءة اختراع لليزر.

خصائص أشعة الليزر

تتميز أشعة الليزر عن غيرها من أنواع الضوء بالثلات خصائص الآتية وهي التي تجعل منه ضوءًا خطرًا:

• أحادي اللون: أي يحتوي على طول موجي واحد وبالتالي لون واحد فقط.
• موجه: أي يسير باتجاه واحد فقط بعكس أنواع الضوء الأخرى كضوء الشمس أو ضوء المصباح الذي يسير في عدة اتجاهات.
• متماسك: أي أن أمواجه تسير بوحدة واحدة.

استخدامات أشعة الليزر

ما هي استخدامات أشعة الليزر:

الاستخدامات الطبية لأشعة الليزر

تستخدم أشعة الليزر على نطاق واسع في المجال الطبي نظرًا لصغرها ودقتها، ويعد استخدام أشعة الليزر آمن طبيًا فهو لا يحمل أضرارًا للمريض أو الفريق الطبي، وقد ينتج عن استخدام الليزر للجراحة نفس أعراض الجراحة العادية كالألم والنزيف والندبات إلا أن عملية التشافي تكون أسرع، ومن استخداماته الطبية الأخرى:

• علاج الدوالي.
• تحسين البصر من خلال جراحة القرنية.
• إعادة الشبكية المنفصلة في العين.
• إزالة البروستاتا.
• إزالة حصى الكلى.
• إزالة الأورام.

الاستخدامات الصناعية لأشعة الليزر

أصبحت أشعة الليزر من أكثر الأدوات استخدامًا في الصناعة مؤخرًا، وقد مكنت المهندسين من تصنيع وتصميم المنتجات المعقدة التي كان من المستحيل تنفيذها باستخدام الآلات التقليدية، فيما يأتي أفضل استخدامات أشعة الليزر في الصناعات الحديثة:

• طباعة أو تخطيط الأسماء أو الأرقام على القطع أو المنتجات المختلفة.
• خلق تركيب أو نسيج معين على الأسطح.
• إزالة أجزاء معينة من الآلات دون إحداث ضرر بباقي الأجزاء.
• الحفر أو القص للأجزاء للمختلفة.
• لحام المعدن والبلاستيك.
• تعرية الأسلاك.

الاستخدامات العلمية لأشعة الليزر

أتاحت القدرة على التحكم بطول الموجة ومدة النبض بشكل دقيق الفرصة لاستخدام أشعة الليزر في الأبحاث العلمية في الفيزياء وغيره من المجالات، ومن استخدامات الليزر في العلوم:

• دراسة التحليل الطيفي وبالتالي دراسة الضوء الممتص والمنبعث من الذرات والجزئيات عندما تنتقل بين مستويات الطاقة المختلفة.
• إضاءة جسيمات معينة أثناء التفاعل الكيميائي مما يفيد في دراسة التفاعلات الكيميائية بدقة.
• إيقاف ذرات معينة أثناء التفاعل أو زيادة سرعتها أو إبطائها.

الاستخدامات التكنولوجية لأشعة الليزر

أهم استخدامات الليزر التكنولوجية هو الألياف الضوئية والتي تعد من أنواع ليزر أشباه الموصلات، ومن أهم استخداماتها:

• التعرف على البصمة.
• معالجة الصور باستخدام الأقمار الصناعية.
• الطائرات المحلقة على ارتفاعات عالية.
• الكمبيوتر البصري الذي يتفوق في سرعته على الكمبيوتر العادي.
• القرص الرقمي المرن الذي أحدث ثورة في تخزين المعلومات.
• أجهزة تشغيل الأقراص المرنة.

استخدامات أخرى لأشعة الليزر

يمكن لأشعة الليزر أن تركز طاقات عالية جدًا تستخدم في مجالات معينة مثل أبحاث الانصهار واختبار الأسلحة النووية والصواريخ الدفاعية، ويرجع ظهور أبحاث أسلحة الليزر العسكرية إلى فترة 1960، وقد بدأ الاهتمام بها يتزايد مع مبادرة الرئيس رونالد ريغان للدفاع الاستراتيجي عام 1983، إلا أنه ما لبث أن يتناقص بعد أن أكدت التجارب العلمية أن الغلاف الجوي يشتت الأشعة القوية مما يمنعها من الوصول إلى الهدف المطلوب.

أنواع أشعة الليزر

هناك أنواع عدة من أشعة الليزر، فمنها ما يستخدم في الطب أو الصناعة أو الأبحاث أو للأغراض التجارية، ويعتمد النوع على الوسط المستخدم كما توضح النقاط الآتية:

• ليزر الوسط الصلب: وفيها تستخدم شبكة صلبة لإنتاج الليزر مثل ليزر الياقوت أو ليزر النيوديميوم- YAG.
• ليزر الغاز: ومن أشهر أنواعه الهيليوم والنيون هيليوم، ويكون بلون أحمر مرئي، أما الليزر الناجم عن ثاني أكسيد الكربون فينتج أشعة تحت حمراء تستخدم لقطع المواد الصلبة.
• ليزر إكسيمير: ويستخدم فيها نوعين من الغازات مثل الكلور والفلور ممزوجة مع غاز خامل مثل الأرغون أو الكريبتون أو الزينون.
• ليزر الصبغة: يستخدم فيه صبغات عضوية معينة ومعقدة مثل؛ صبغة رودامين 6G.
• ليزر أشباه الموصلات: غالبًا ما يستخدم في الأجهزة الكهربائية مثل؛ الطابعات أو مشغلات الأقراص المرنة.

أضرار أشعة الليزر

تكمن خطورة أشعة الليزر في الاستخدام الخاطىء لأجهزتها، وتتراوح الأضرار الناجمة عن أشعة الليزر بين حروق الجلد الخفيفة إلى الإصابات الدائمة للجلد أو العين، وهناك أضرار بيولوجية لأشعة الليزر ناجمة عن العمليات التي تنتج هذه الأشعة كما توضح النقاط الآتية:

• أضرار حرارية: ناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة وتختلف الأضرار باختلاف مدة التعرض وطول الموجة وطبيعة النسيج المعرض للأشعة.
• أضرار صوتية: ناتجة عن صدمة ميكانيكة اهتزازية تتجمع في الأنسجة مما يؤدي إلى تلفها.
• أضرار ضوئية كيميائية: ناتجة عن تفاعل الفوتونات مع أنسجة الجسم مما يغير من كيميائيتها مسببًا تلفها.

الملخص

يعد الليزر أحد أنواع الضوء ولكنه يتميز بكونه أحادي الاتجاه والموجة، كما أنه يسير بشكل متماسك في الفضاء، وهو عبارة عن ضوء تم تضخيمه بفعل انبعاث إشعاعي، ويعد العالم آينشتاين أول من تحدث في مبدأ أشعة الليزر إلا أن الاختراع الرسمي لها كان على يد العالمين تشارلز تونيز وآرثر شاولو في عام 1958، ولقد أحدث استخدام الليزر ثورة في المجالات العلمية والطبية والصناعية والتكنولوجية وغيرها، ولكن الاستخدام الخاطىء له قد يؤدي إلى أضرار دائمة في الجلد أو العين.