ليزرالهليوم- نيون

[mido_hsn]

قرأت موضوع الليزر
والذى بارد به الأخ الجميلى ( المشرف العام)
وأرجو أن نتوسع قليلا فى هذا الموضوع
حيث هناك بعض الأسئلة التى أبحث لها عن أجابة
وهى تخص ليزر الهليوم- نيون
فعلى أى أساس تم أختيار ليزرالهليوم- نيون
ولماذا أستخدمت فى الجهاز مرآتين مقعرتين وليست مسنوية
ويلاحظ أن الفوتونات تنبعث عندما
تردد الشعاع = التردد الطبيعى أرجو ايضاح الفرق بين الترددين
من شارك وأفادنى بأى معلومة فله منى جزيل الشكر
وجزاه الله كل خير

[فادي محمد الدويك]

أرسم لنا الجهاز

[mido_hsn]

الليزر
كلمة ليزر هى الحروف الأولى من الكلمات الأنجليزية
Amplification by Stimulated Emission of Radiation Light
اى تضخيم او تكبيرشدة الضوء بواسطة الانبعاث المستحث
وفى عام 1960 توصل العالم الأمريكى ميميان من صناعة
أول ليزر بواسطة بللورة الياقوت Ruby ثم تلاها ليزر
الهليوم- النيون He-Ne ثم أكتشافات أخرى عديدة0
اثارة الذرة :- ويتم ذلك بان تمتص الذرة قدرمن الطاقة يساوى
طاقة فوتون (h n) فأنها تنتقل من المستوى الأرضى E1الى
مستوى آخر من مستويات الأثارة0
المستوى الارضى :- هو مستوى الطاقة الذى توجد به الكترونات
التكافؤ للذرة فى حالتها العادية0
مستويات الاثارة :- هى المستويات الاعلى من المستوى الارضى . مثل E2,E3,E4,...
يكون قد حدث للذرة عملية أثارة0 وهذه العملية يلازمهابعد فترة قصيرة عملية الأسترخاء وهى عملية التخلص من الطاقة الزائدة والعودة الى الوضع الأصلى وهناك طريقتان للعودة:
أولا:الأنبعاث التلقائى
* وفيه تعود الذرة لحالتها العادية بدون تدخل خارجى0
* حيث تتخلص الذرة من طاقة الأثارة بعد فترة زمنية قصيرة جدا 10 - 8 ثانية وهى فترة العمرالزمنى وذلك بأن ينطلق من الذرة قدرا من الطاقة على شكل فوتون طاقتهD E هو الفرق بين طاقتى المستويين ويخرج على هيئة انبعاث فوتون ضوئى تردد n وطاقته حيث DE = h n = E2 - E1




* للفوتون المنبعث نفس تردد الفوتون الذى سبب الأثارة0 أما الأتجاه والطور فمختلفان0
ثانيا: الأنبعاث المستحث:
* قبل أنتهاء الفترة الزمنية لحالة الأثارة 0
* أذا سقط فوتون طاقته(E2 - E1) على الذرة المثارة0
* الفوتون الساقط يدفع الذرة الى أن تشع طاقة أثارتها
على شكل فوتون آخر0
* وتعود الذرة الى المستوى الأرضى0
* الفوتون المنبعث له نفس تردد وأتجاه وطور الفوتون الساقط0
* الفوتونات الناتجة تتجمع فى حزم متوازية مترابطة شدتها عالية ولاتعانى من التشتت أو الأنتشار0
انواع الانبعاث الصادر من الذرة
انبعاث مستحث انبعاث تلقائى
* وفيه تنتقل الذرة من المنسوب الاعلى E2 الى المنسوب الادنى E1 عندما يمربها فوتون طاقته hn=E2 - E1 وذلك قبل أنقضاء العمر الزمنى0* تشع الذرة فوتونان عند عودتها الى E1 *الفوتونان لهما نفس التردد والطور والاتجاه أى أنهما متجانسان0*الفوتونات المنبعثة مترابطه لها نفس الطور والتردد وعلى شكل أشعة متوازية0 *طاقته هائله ويحتفظ بشدته لمسافات بعيده ولذلك لاتخضع لقانون التربيع العكسى 0*هو السمه المميزة لمصادر الليزر * وفيه تنتقل الذرة من المنسوبالاعلى E2 الى المنسوب الادنى E1 تلقائيا دون تدخل خارجى وبعدأنقضاء العمرالزمنى* تشع الذرة فوتون واحدا عند عودتها الى E1 *الفوتون المنبعث له نفس تردد الفوتون الاصلى ويختلف عنه الطور والاتجاه *الفوتونات المنبعثة غير مترابطه وتتحرك بصورة عشوائية فى جميع الأتجاهات *طاقته محدوده ولايحتفظ بشدته لمسافات بعيدة لذلك فهى تخضع لقانون التربيع العكسى فى الضوء0 *هو السمه المميزة لجميع المصادر الضوئيه كمصباح بخار الصوديوم
خصائص أشعة الليزر
1- النقاء الطيفى: هوأن يكون أتساع الخط الطيفى أقل مايمكن والفوتونات لها طول موجى واحد تقريبا
ففى مصادر الضوء العادية: يحتوى كل خط من خطوط الطيف الضوئى على مدى كبير من الأطوال الموجية0ولذلك تتعدد درجات اللون الواحد0
أما مصادر الليزر: فهى تنتج خطا طيفيا واحدا فقط يحتوى على عدد قليل من الأطوال الموجية المصاحبة لذلك فهى تعتبر أحادية الطول الموجى0






2- توازى الحزمة الضوئية:
فى مصادر الضوء العادية: يزداد قطرالحزمة الضوئية كلما
بعدنا عن مصدر الضوء، أثناء أنتشارها نتيجة التشتت0
فى شعاع الليزر: قطر الحزمة يظل ثابت أثناء الأنتشار
ولمسافات طويلة لأنها أشعة متوازية ولاتعانى من التشتت
فتنتقل الطاقة الضوئية لمسافات طويلة دون فقديذكر فى الطاقة
3- الترابط:
فى مصادر الضوء العادية: الفوتونات غير مترابطة لأنها تنطلق
فى لحظات زمنية مختلفة، فهى مختلفة الطور0
فى شعاع الليزر: الفوتونات مترابطة زمانيا ومكانيا، لأنها
تنطلق من المصدر فى نفس اللحظة والأتجاه، فتحتفظ بفرق
طور ثابت أثناء الأنتشار، فهى أكثر شدة وأكثر تركيزا0
4- الشدة:
أشعة الضوءالعادية: تخضع لقانون التربيع العكسى حيث تقل شدتها الضوئية الساقطة على وحدة المساحات بزيادة المسافة0
أشة الليزر: تحتفظ بشدة ثابته ولاتخضع لقانون التربيع العكسى0
مقارنه بين شعاع المصباح العادى وشعاع الليزر
شعاع الليزر شعاع ضوء المصباح العادى
* فوتوناته لها نفس التردد والطور والاتجاه * موجاته متجانسه وشديدة الترابط * اشعاع بالغ وشديد الشدة * طاقته كبيرة جدا * لا يخضع لقانون التربيع العكسى اى يحتفظ بشدته لمسافات بعيدة * فوتوناته مختلفه التردد والطور * موجاته غير متجانسه وغير مترابطه * اشعاع ضعيف الشدة * له طاقة محدده * يخضع لقانون التربيع العكسى اى تقل شدته بزيادة المسافه
نظرية عمل الليزر:
1- يعتمد الفعل الليزرى على الوصول بذرات الوسط الفعال
الى حالة الأسكان المعكوس0
· الأسكان المعكوس: هوالحالة التى يكون فيهاعدد الذرات
فى مستويات الأثارة العلياأكبرمن عددها فىالمستويات الأدنى
2- أجراء الترتيبات والتى تجعل معظم الفوتونات المنبعثة
بالأشعاع المستحث تخرج فى نفس الأتجاه وبنفس الطور
فتتولد فوتونات يتضخم عددها نتيجة الأنعكاسات المتتالية
بين سطحى المرآتين وأثارة ذرات أخرى0
3- تضخيم أو تكبير الفوتونات المنطلقة بالأشعاع المستحث
داخل التجويف الرنينى0
العناصر الأساسية لليزر
ثلاثة عناصر رئيسية مشتركة
1- الوسط المادي:
ومن أمثلة المواد الفعالة الشائعة الاستعمال حالياً :
1- البلورات الصلبة:مثل الياقوت الصناعي وعقيق الألومنيوم
2- المواد الصلبة شبه الموصلة : مثل بللورات السيليكون .
3- الصبغات السائلة:مثل الصبغات العضوية المذابة في الماء0
4- ذرات غازية : مثل خليط غاز الهليوم والنيون
5- الغازات المتأينة: مثل غاز الأرجون وغاز الكربتون .
6- الجزئيات الغازية: مثل ثاني أوكسيدالكربون .

2- مصادر الطاقة: وهي المسؤلة عن أمدادات الذرات بالطاقة وحثها على بعث إشعاع الليزر .. وتتنوع مصادر الطاقة المستخدمة حالياً ومنها :
الأثارة بالطاقة الكهربية: باستخدام مصادر للترددات الراديوية R.F كطاقة داخلية . أو استخدام التفريغ الكهربائي بفرق جهد عال مستمر وهى تستخدم فى ليزر غاز ثاني أكسيدالكربون - وليزر الهليوم / نيون ، وليزر غاز الأرجون ….. الخ .
الأثاربالطاقة الضوئية : والمعروفة باسم الضخ الضوئي ، ويتم ذلك بوسيلتين مختلفتين هى:
1- استخدام المصابيح الوهاجة ذات القدرة الكبيرة كما في ليزرالياقوت . 2- استخدام شعاع ليزر:كمصدر للطاقةكما فى ليزرات الصبغات السائلة Dye المتوفرة تجارياً .
الأثارة بالطاقة الحرارية :حيث يستخدم التأثير الحرارى الناتج عن الضغط الحركى للغازات فى حث وأثارة المواد الفعالة المنتجة لليزر0 الأثارة بالطاقة الكيميائية: حيث تعطى التفاعلات الكيميائية بين المواد طاقة تؤدى الى حث جزيئاتها على أنتاج شعاع الليزر0 مثال ذلك التفاعلات بين مزيج من الهيدروجين والفلور
وكذلك مع خليط فلوريد الديتريوم DF ، وثاني أوكسيد الكربون 0
3- التجويف الرنينى: وهو الوعاء الحاوي والمنشط لعملية التكبير ويتكون من:
تجويف رنينى خارجي : وهو مرآتان متوازيتان في نهاية الأنبوب الحاوي للمادة الفعالة ، وتكون الانعكاسات المتعددة بينهماهي الأساس في عملية التكبير الضوئي ، كما في الليزرات الغازية .
تجويف رنينى داخلى : ويتمثل في طلاء نهايات المادة الفعالة لتعملا كمرآتين يحصران بينهما المادة الفعالة كما في ليزرالياقوت وليزرعقيق الألومنيوم والزجاج ، وفي الليزرات الصلبة بصورة عامة .
وفي كلا الحالتين يجب أن تكون إحد ى المرآتين عاكسة تماماً للفوتونات الضوئية والأخرى شبه منفذه لكي تسمح بمرور بعض أشعة الليزر المتولدة منها.

ليزر الهليوم- نيون (Helium - Neon Laser)



أختيار غازى الهليوم والنيون:
نظرا لتقارب قيم طاقة مستويات الأثارة شبه المستقر فى كل منهما0
تركيب الجهاز:
1- أنبوبة من زجاج الكوارتز بها خليط من غازى الهليوم وغاز النيون بنسبة 10 : 1 تحت ضغط منخفض حوالى 0.6 ملم زئبق0
2- مرآتان مستويتان ومتوازيتان ومتعامدتان على محور الأنبوبة وعند نهايتيها0معامل أنعكاس أحدهما 99.5 % والأخرى شبه منفذه ومعامل أنعكاسها 98% 0
3- مجال كهربى عالى التردد يغذى الأنبوبة من الخارج لأثارة ذرات الهليوم والنيون أو فرق جهد كهربى عال مستمر يسلط على الغاز داخل الأنبوبة لأحداث تفريغ كهربى0
ملاحظة: النافذتان (W,W) الشفافتان: وتوضعان بزاوية بروستر وهى زاوية الأستقطاب الخطى لموجات الليزر فيكون نسبة الفقد أقل مايمكن، وتخرجمنهما أشعة الليزر مستقطبة خطيا وفى مستوى السقوط حتى لاتؤذى العين0
عمل الجهاز:
1- يؤدى فرق الجهد الكهربى داخل الأنبوبة الى
أثارة ذرات الهليوم الى مستويات الطاقة العليا0
2- تصطدم ذرات الهليوم المثارة بذرات النيون
الغير مثارة تصادم مرن ، فتفقد ذرات الهليوم
طاقتها لتكتسبها ذرات النيون فتثار ذرات النيون0
3- تتراكم ذرات النيون المثارة فى مستويات
الطاقة الشبه مستقر نظرا لطول فترة عمره0
فيتحقق وضع الأسكان المعكوس فى غاز النيون0
4- تهبط أول مجموعة من ذرات النيون المثارة
هبوطا تلقائيا الى مستوى طاقة أثارة أقل 0
وتشع بذلك فوتونات لها طاقة تعادل الفرق بين
طاقتى المستويين0 وتنتشر هذه الفوتونات
عشوائيا وفى جميع الأتجاهات داخل الأنبوبة0
5- الفوتونات الموازية لمحور الأنبوبة تنعكس
على المرآتين عدة مرات0
6- تصطدم هذه الفوتونات أثناء حركتها ببعض
ذرات النيون فى مستوى الأثارة شبه المستقر0
فتحثها على الهبوط لمستوى طاقة أقل وتنطلق فوتونات ، فيتضاعف عددها داخل الأنبوبة0
7- تتكررالخطوة السابقة عدة مرات، فيتضاعف عدد الفوتونات حتى تتم عملية تضخيم الأشعاع0
8- عندما تصل شدة الأشعاع الى حد معين يخرج جزء منه من خلال المرآة شبه المنفذه فى صورة شعاع ليزر0ويبقى باقى الأشعاع داخل الأنبوبة لتستمر عملية الأنبعاث المستحث وأنتاج الليزر0
9- ذرات النيون التى هبطت لمستوى أقل ، تفقد مابها من طاقة بأى صورة وتعود الى المستوى الأرضى لتصطدم بها ذرات هليوم مرة ثانية ، فتثار مرة أخرى0
10- أما ذرات الهليوم والتى فقدت طاقتها بالتصادم مع ذرات النيون ، فأنها تثار مرة أخرى بفعل التفريغ الكهربى داخل الأنبوبة0





يلازم الشرح رسم توضيحى هام.... لكنه لم يظهر
الملف المرفق...... به الشرح والرسم

[Amaal Ahmed]

ماذا يحدث عند زيادة الضغط فى انبوبة ليزر هليوم نيون الى الضغط الجوى؟


انبوبتا تفريغ احداهما بها غاز الهيليوم والاخرى بها غاز الهيدروجين كيف يمكن التمييز بينهما؟
ارجو الرد سريعا وشكرا