كيف يعمل الليزر

كان الليزر ضرباً من الخيال لعدّة سنوات إلّا أنّ معظم التقنيات الموجودة في يومنا هذا تعتمد عليه كأجهزة تحديد المدى، والاتّصالات الضوئية، ويتمتّع الضوء الليزري ذو الكفاءة العالية بالخصائص ثلاثة وهي: طول موجة وحيد، وكثافة عالية، وشعاع ضيّق.

لإنتاج ضوء ليزري يتمتّع بهذه الخصائص قام تيد مايمان عام 1960 بعرض أوّل ليزر مستخدماً إسطوانة من الياقوت أحاطها بمصباح مقوّس يحتوي على غاز الكزينون حيث تقوم ومضة شديدة من المصباح بتحريض شعاع الليزر، عن طريق رفع بعض الإلكترونات من مستوى طاقتها العادي إلى حالة مثارة، ثم تخسر الإلكترونات قليلاً من الطاقة وتنتقل إلى مستوى طاقة أخفض دون أن تصدر ضوءاً ومن ذلك المستوى تعود إلى مستواها الأساسي وتطلق ومضة ضوئية.

إنّ ذلك الضوء الناتج يكون ضوءاً غير منتظم فهو مؤلّف من عدّة أطياف لونية ذات شِدّات متباينة، -لإنتاج ضوء ليزر يتطلب استخدام مصباح قوي جداً-، تؤدّي الومضات الضوئية المتتالية (وتسمّى الضخ) في الليزر الياقوتي إلى أمر مذهل، تعطي الومضات كمية كبيرة من الطاقة ممّا يسبّب نزحاً جماعياً للإلكترونات في هذه الحالة تصبح كمية الإلكترونات الموجودة فوق مستوى الطاقة المستقر أكبر من تلك التي بقيت عند مستوى الطاقة المستقر وتقوم إلكترونات النزوح الجماعي بالعودة إلى مستوى الطاقة المستقر محرّرة ضوءاً ينطلق بطريقة تشبه الإنهيار الثلجي وهذا ما يسمّى (الإصدار المحفز).

إنّ الفوتون الناتج عن تحرّر طاقة الإلكترون يؤدّي لجعل عدّة إلكترونات محفّزة تحرر طاقتها بوقت واحد وتطلق فوتونات متطابقة، وهذا ما يؤدّي لخلق ضوء متجانس وهذا يعني أنّ الذروة والحضيض في كل موجة ضوئية من الموجات المكوّنة للإشعاع تكون متطابقة تماماً وعند هذه النقطة نحصل على ضوء متجانس، ومن أجل الحصول على شعاع ضيّق تكون فيه كل الأشعة الثانوية متوازية وذات طول موجة موحّد قام مايمان بوضع طلاء فضي من أجل تأمين انعكاس الضوء ضمن الإسطوانة الياقوتية نفسها، كما جعل طرفي القضيب متوازيان فيما بينهما بطريقة مذهلة ممّا ترتب عليه ما يلي:

• كل شعاع ضوئي غير موازي للمحور يخرج بالنهاية من جانب الإسطوانة.
• الضوء الموازي للمحور يصبح مكثفاً وأمواجه ضيّقة متقاربة، تقوم المرأتان على طرفي الإسطوانة بتشكيل أمواج ثابتة وهذا يعني أنّ أشعة ضوئية ذات طول موجة محدّد هي الوحيدة التي يمكنها التواجد ضمن التجويف، ويمكننا الحصول على الخاصية الليزرية أحادية الموجة من خلال الاختيار الدقيق لطول القضيب، الثقب الصغير في جانب الإسطوانة هو من يسمح للضوء بالخروج مشكلاً شعاع الليزر.