يتفاعل البشر مع الليزر كل يوم، فهو موجود في الماسحات الضوئية لمتاجر البقالة، واتصالات الإنترنت، وكاميرات احتياطية للسيارات. ولكن ما هو الليزر بالضبط، وكيف يعمل؟
كيف يعمل الليزر؟
لقد ساعدت هذه التقنية المعتمدة على الضوء في بناء العالم الحديث المترابط الذي نعيش فيه. يقول موقع Live Science إن كلمة “ليزر” هي في الواقع اختصار؛ إنها تعني “تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز”، ويعمل الليزر عن طريق جعل الجسيمات النشطة تهتز أو “تتأرجح” بشكل متزامن، مما يعني أن قمم وقيعان موجات الضوء التي تنبعث منها تصطف جميعها.
يقول بيتر دلفيت، مهندس الضوئيات في جامعة سنترال فلوريدا: “فكر في جيش يسير في تشكيل مقارنة بحشد من الناس يتجولون حول ساحة البلدة. هذا نوع من جودة ضوء الليزر مقابل الضوء الأبيض غير المتماسك الذي اعتدنا عليه عادةً”، حسبما ذكر.
عندما تصل الإلكترونات الموجودة في الذرات المتزامنة اهتزازيًا إلى أعلى حالة طاقة لها، فإنها تعود فجأة إلى حالة الطاقة المنخفضة في انسجام تام، مما ينبعث منها شكل خاص من الضوء في هذه العملية. ثم يقوم جهاز ليزر بتحسين هذا الضوء عن طريق ارتداده ذهابًا وإيابًا بين مرآتين قبل استخدامه.
ويوضح ديلفيت: “هذا هو الضوء الفعلي الذي تراه يخرج من مؤشر الليزر الخاص بك”.
تقنية الليزر
إن الفيزياء الأساسية وراء تقنية الليزر معروفة منذ أكثر من قرن من الزمان؛ تم اقتراح النظرية لأول مرة من قبل ألبرت أينشتاين في عام 1917. لكن الأمر سيستغرق من الباحثين ما يقرب من أربعة عقود لجلب هذه الأفكار النظرية إلى الحياة.
قبل الليزر كما نعرفه الآن، كان هناك أجهزة ليزر، وهي تقنية مشابهة تستخدم الموجات الدقيقة بدلاً من الضوء المرئي. تم بناء أول جهاز مازر وظيفي في عام 1954 من قبل مجموعة من العلماء في جامعة كولومبيا.
استخدم هذا الجهاز شعاعًا من جزيئات الأمونيا عالية الطاقة وحاوية مجوفة تسمى تجويف الرنين لإجبار الموجات الميكروية على التأرجح معًا. ومع ذلك، كان إنتاج الطاقة صغيرًا، حوالي 10 نانو واط فقط. وهذا أقل بمليار مرة من الكمية اللازمة لتشغيل المصباح الكهربائي العادي. وفي المقابل، يمكن لأقوى أجهزة الليزر في العالم أن تنتج ما يصل إلى 10 بيتاواط، أي حوالي عُشر قوة الشمس.
ولصنع جهاز ليزر أكثر قوة، بدأ العلماء في النظر إلى ترددات مختلفة في الطيف الكهرومغناطيسي. في عام 1960، وُلد جهاز “الميزر البصري” – المعروف باسم الليزر. لا تعمل جميع أجهزة الليزر في طيف الضوء المرئي، ولكنها جميعها تستخدم ترددات أعلى من إشعاع الميكروويف.
ميزات أساسية
ويتمتع الليزر بميزتين، فبالإضافة إلى تعبئة المزيد من الطاقة في حزمها بسبب أطوالها الموجية الكهرومغناطيسية الأقصر، فإن أجهزة الليزر أسهل في البناء والتحكم فيها بدقة. في حين أن أجهزة الليزر لا تزال تستخدم في بعض الأحيان لأشياء مثل التلسكوبات الراديوية والاتصالات في الفضاء السحيق، إلا أن الليزر أكثر شيوعًا اليوم.
وقالت سفيتلانا لوكيشوفا، الباحثة في مجال البصريات النانوية بجامعة روتشستر في نيويورك: “يعد الليزر أحد أهم الاختراعات العلمية والتكنولوجية في القرن العشرين. يُستخدم الليزر الآن في كل شيء بدءًا من جراحة العيون وحتى حفر الزجاج وحتى كابلات الألياف الضوئية التي تتيح الاتصال العالمي بالإنترنت”.
تضيف: “لقد كان لها دور فعال في اكتشاف التموجات في الزمكان المعروفة باسم موجات الجاذبية؛ يستخدم مرصد موجات الجاذبية للتداخل الليزري جهازي ليزر ضخمين يقعان على مسافة آلاف الأميال لاستكشاف نسيج الزمكان ذاته”.
اقرأ أيضاً:
