الفصل السابع: الليزر

أسئلة وتمارين

أسئلة المقال

1. ما المقصود بكلمة الليزر؟

تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المستحث.

2. قارن بين الإشعاع التلقائي والإشعاع المستحث من حيث الطريقة التي يحدث بها كل منهما وخصائصه.

3. يتميز ضوء الليزر عن الضوء العادي بعدة خصائص. ناقش كلًا من هذه الخصائص بالتفصيل.

• النقاء الطيفي Monochromaticity: يحتوي كل خط من خطوط الطيف الضوئي في مصادر الضوء العادية على مدى كبير من الأطوال الموجية ( وإليها يرجع بسبب التعدد في درجات اللون الواحد عند رؤيته بالعين المجردة ) و تفاوت في شدتها من طول موجى لآخر كما هو مبين أما مصادر الليزر فهي تنتج خطًا طيفيًا واحدًا فقط، له مدى ضئيل جدًا من الأطوال الموجية، وتتركز الشدة عند هذا الطول الموجي المحدد، أي أنه يعتبر ضوء أحادي الطول الموجي Monochromatic Light.

• توازي الحزمة الضوئية Callimation:في مصادر الضوء العادية يزداد قطر الحزمة الضوئية المنبعثة من المصدر أثناء انتشارها نتيجة التشتت ( Scattering ). أما في شعاع الليزر فإن قطر الحزمة يظل ثابتًا اثناء الانتشار لمسافات طويلة، حيث تتحرك الحزم الضوئية بصورة متوازية ولا تعاني من تشتت يذكر، فتتمكن بذلك من نقل الطاقة الضوئية لمسافات طويلة دون فقد ملحوظ.

• الترابط Coherence: تنطلق فوتونات الضوء العادي من مصادرها بصورة عشوائية غير مترابطة Incoherent، حيث تنطلق في لحظات زمنية مختلفة، وتنتشر باختلاف كبير وغير ثابت في فرق الطور. أما في مصادر الليزر، تنطلق الفوتونات بصورة مترابطة زمانيًا ومكانيًا، حيث تنطلق من المصدر في نفس اللحظة، وتحتفظ فيما بينها بفرق طور ثابت اثناء الانتشار المسافات طويلة، وهذا يجعلها أكثر شده و اکثر ترکیزًا.

• الشدة Intensity: تخضع الأشعة الضوئية المنبعثة من المصادر العادية لقانون التربيع العكسي، حيث تقل الشدة الضوئية الساقطة على وحدة المساحات من السطح كلما بعد هذا السطح عن مصدر الضوء نتيجة عدم ترابط موجاته طبقًا لقانون التربيع العكسي. أما أشعة الليزر الساقطة على السطح فهي تحتفظ بشدة ثابتة لوحدة المساحات لا تخضع لقانون التربيع العكسي.

4. ناقش بالتفصيل مبدأ عمل الليزر.

متروك للطالب

5. ما المقصود بكل من: عملية الضخ - وضع الإسكان المعكوس.

عملية الضخ: هي عملية اثارة بواسة بالطاقة الضوئية. تتم إما بواسطة المصابيح الوهاجة أوبوسطة أشعة الليزر.

وضع الإسكان المعكوس: هي الحالة التي يكون فيها عدد الذرات في مستويات الاثارة العليا أكبر من عدد الذرات في المستويات الدنيا.

6. ما هو الدور الذي يقوم به التجويف الرنيني في إنتاج شعاع الليزر؟

منشط لعملية التكبير حيث يتم به العديد من الانعكاسات المتعددة.

7. تتكون أجهزة الليزر على اختلاف أنواعها من ثلاثة عناصر أساسية، ما هي هذه العناصر؟

• الوسط المادي الفعال.

• مصدر الطاقة.

• التجويف الرنيني

8. على اي اساس تم اختيار عنصري الهليوم والنيون كوسط فعال لإنتاج شعاع الليزر؟

نظرًا لتقارب قيم طاقات مستويات الإثارة.

9. ما هو الدور الذي يقوم به عنصر الهليوم في توليد الليزر في ليزر الهليوم - نيون؟

يتم إثارة ذرات الهيليوم، ثم تصطدم ذرات الهيليوم المثارة بذرات النيون الغير مثارة تصادما غير مرن فتنتقل الطاقة من ذرات الهيليوم المثارة إلى ذرات النيون الغير مثارة نظرًا لتقارب قيم طاقات مستويات الإثارة.

10. اشرح بالتفصيل كيف تم توليد شعاع الليزر في جهاز ليزر الهليوم - نيون.

متروك للطالب

11. اشرح بالتفصيل كيف تتم عملية التصوير ثلاثي الأبعاد باستخدام الليزر.

متروك للطالب

12. يستخدم الليزر كثيرًا في مجال الطب. ناقش أحد استخداماته في هذا المجال.

متروك للطالب.

13. يلعب الليزر دورًا فعالًا في توجيه الصواريخ في التطبيقات الحربية. على أي أساس يستخدم الليزر في هذا الغرض؟

متروك للطالب