ملتقى الفيزيائيين العرب - قطوفٌ وشذرات عن مكنون الليزرات ( شرح مبسط لدرس الليزر بالصور والفيديو والفلاشات )

ملتقى الفيزيائيين العرب (http://www.phys4arab.net/vb/index.php)

- الصف الثالث الثانوي (http://www.phys4arab.net/vb/forumdisplay.php?f=24)

قطوفٌ وشذرات عن مكنون الليزرات ( شرح مبسط لدرس الليزر بالصور والفيديو والفلاشات )

بسم الله الرحمن الرحيم

أخوتي الكرام

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ، وبعد :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser14.jpg

بين أيدكم شرح درس اللــيزر ضمن سلسلة المُســاعد

وأحببت أن أفردها في موضوع مستقل لأهمية الدرس

وتطبيقــــاته وكـــــثرة وسائط المحاكاة المتوفرة عنها .

رد: إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات

الليزر

تعريفها :
هي عبارة عن أعداد هائلة من الفوتونات ذات التردد الواحد .

معناها :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser00.jpg

( الليزر laser ) كلمة إنجليزية تمثل الأحرف الأولى لجملة : تكبير الضوء عن طريق الأنبعاث المستحث بالإشعاع .

رؤيتها :
منها المرئي ومنها غير المرئي ( لأن ترددات أشعة الليزر تقع بين الأشعة تحت الحمراء وبداية الأشعة فوق البنفسجية ).

كيف تعمل الليزرات ؟
لفهم كيف تعمل الليزرات ينبغي علينا إدراك المفاهيم التالية :
الذرة المُستقرة – الذرة المُثارة - الانبعاث التلقائي – الانبعاث المستحث .

- الذرة المُستقرة :
- تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة ويدور حولها إلكترون أو أكثر في عدد من الأغلفة تسمى " مستويات الطاقة " ، وتعتبر الذرة مستقرة إذا كانت إلكتروناتها في مستوياتها الطبيعية.

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser18.jpg

- إذا أخذنا ذرة الهيدروجين كمثال فإن الإلكترون يدور في مستوى الطاقة الأقرب إلى النواة ، والذي يُسمى " المستوى الأرضي " ، ويرمز له بـ ( ط 1 ) ، ويمكث الإلكترون في هذا المستوى زمن غير محدد.

- الذرة المُثارة :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser04.jpg

- إذا سقط على الذرة - وهي في حالة استقرارها – فوتون طاقته ( ط2 – ط1 ) [ أي الطاقة الكافية لنقل الإلكترون من المستوى الأول إلى المستوى الثاني ] فإن الإلكترون يمتص هذه الطاقة لينتقل من مستوى الطاقة الأرضي إلى مستوى إثارة أعلى وهي مستوى الطاقة الثاني ، وتبقى الذرة فترة محددة من الزمن ( حوالي 10^-8 ث ) ،

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser13.jpg

- ملاحظة : لكل مستوى إثارة فترة زمنية لمكوث الإلكترون فيها تختلف من مستوى لآخر ، وتتميز بعض المستويات بأن لها فترة زمنية طويلة لمكوث الإلكترون فيها ، تسمى " المستويات شبه المستقرة " .

- الانبعاث التلقائي :
- عندما تكون الذرة مُـثارة ثم يعود الإلكترون إلى وضعه الطبيعي بشكل تلقائي ( بدون مؤثرات خارجية ) فإنه يُطلق ( يبعث ) فوتون طاقته ( ط2 – ط1 ) ، ونسميّ هذا الانبعاث بـ ( الانبعاث التلقائي ) .

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser05.jpg

- أمثلة على الانبعاث التلقائي :
جميع المصادر الضوئية كمصباح بخار الصوديوم أو بخار الزئبق أو النيون ، حيث أن ملايين الانبعاثات التلقائية تحدث فينتج عنها ضوء تكون فوتوناته غير مترابطة .
ملاحظة : طاقة الفوتون الـمُنبعث تساوي طاقة الفوتون الذي سبب الإثارة .

مما سبق نستخلص تعريفا للانبعاث التلقائي :
هو انطلاق فوتونات من ذرة مثارة عند انتقالها من مستوى طاقة عالي إلى مستوى طاقة أقل تلقائيا .

- الانبعاث المستحث :
- عندما تكون الذرة مُـثارة ويسقط عليها فوتون فإن الذرة لا تمتص طاقة هذا الفوتون بل تبعث فوتونان ، الفوتون الأول هو الفوتون الساقط ، والفوتون الثاني وهو المُنبعث بسبب حالة الإثارة في الذرة .

- يتميّز الفوتونان بأن لهما نفس التردد والطور فيتولد شعاع قوي بالغ الشدة ، ونسميّ هذا الانبعاث بـ ( الانبعاث المستحث ) .

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser16.jpg

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic18.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic18.swf

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic19.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic19.swf

- أمثلة على الانبعاث المستحث : الليزر ، حيث أن ملايين الانبعاثات المستحثة تحدث فينتج عنها ضوء تكون فوتوناته مترابطة .

الخلاصة :

مما سبق نستخلص تعريفا للانبعاث المستحث فنقول أنه:
هو انطلاق فوتونات من ذرة مثارة عند سقوط فوتونات عليها وهي في حالتها المُثارة .
و يتطلب الانبعاث المستحث وجود :
1 – ذرة مثارة 2 – سقوط فوتونات على هذه الذرة

محاكاة جافا :

أروع محاكاة لفهم الليزر ، تفضل بتحميله من الرابط التالي :

http://phet.colorado.edu/sims/lasers/lasers.jnlp
( يجب أن تكون متصلا بالنت عند تشغيله )

وهذه صور محاكاته لطريقة عمل الليزر :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser01.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser02.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser03.jpg

وما يلي مقطع فيديو لكيفية التعامل مع هذه المحاكاة

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser1.rar

رد: إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات

المواد المستخدمة في إصدار أشعة الليزر :
ليست كل المواد قابلة لإصدار أشعة الليزر ، فمن الغازات يستخدم لإصدار أشعة الليزر الهليوم والآرجون وثاني أكسيد الكربون ، ومن المواد الصلبة يستخدم الياقوت و العاج والزجاج .

تصنيف الليزرات :

(أ) بناءً على حالة المادة المستخدمة :
1 – ليزر المواد الصلبة . 2 – ليزر المواد السائلة .
3 – ليزر المواد الغازية . 4 – ليزر المواد شبه الصلبة .

(ب) بناءً على مستويات الطاقة لذرات الوسط المستخدم :
1 – ليزر ثلاثية المستويات . 2 – ليزر رباعية المستويات.

ليزر الياقوت :
يمسى الليزر عادة باسم المادة المستخدمة في توليده , ومن أشهر أنواع الليزر وأقدمها ليزر الياقوت حيث تم بناء أول جهاز لتوليد الليزر مادته من الياقوت ( أكسيد الألمنيوم مطعم بعنصر الكروم بنسبة 0.50 % ) طوله 4 سم وقطره 0.5 سم في عام1960م .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic20.swf]WIDTH=700 HEIGHT=550[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic20.swf

وفي الرابط التالي مقطع فيديو لليزر الياقوت :

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser12.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser2.rar

تركيب الجهاز :
• يصنع قضيب الياقوت بحيث يكون سطحه أملسا وصقيلا ونهايتاه متوازيتان .
توجد عند طرفي قضيب للياقوت مرآتان إحدهما عاكسة تماما للضوء الأحمر والأخرى شبه منفذة ( تعكس جزئيا ) , كما يحيط بقضيب الياقوت مصباح من الزينون طول موجة الضوء الصادر عنه 5451 أنجستروم(أزرق مائل للخضرة ) كما يستعان بدورة تبريد للجهاز لامتصاص الحرارة الزائدة

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser06.jpg

طريقة عمل الجهاز :
1. عند بدء تشغيل الجهاز ينطلق من مصباح الزينون ضوء يثير ذرات الكروم ولا يثير كلا من ذرات الألمنيوم والأوكسجين .
2. يتم انبعاث شعاع الليزر من ذرات الكروم وبنفس الخطوات التي ذكرناها سابقا .
3. تعمل المرايا عند نهايتي قضيب الياقوت على عكس الفوتونات المنبعثة من ذرات الكروم لتقوم بدورها بتحريض الذرات المثارة على إطلاق فوتوناتها . كما أن جزءا من هذه الفوتونات ينفذ عبر المرآة شبه المنفذة إلى الخارج , وما ينفذ من الفوتونات هو شعاع الليزر الذي نحصل عليه من الجهاز .

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser07.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser08.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser09.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser10.jpg

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser11.jpg

خصائص الليزرات :

1. شدتها عالية , وهذا عائد إلى استمرار الشعاع في حزمة ضيقة دون أن يتفرق.
2. تسير في اتجاه واحد ولا يحدث لها تشتت كما يحدث للضوء العادي .

http://www.phys4arab.net/uploood/naser/Laser17.jpg

3. متفقة في الطور , أي تتطابق قمم وقيعان موجاتها المختلفة فيقوي بعضها بعضا وهذا ما يمسى بالتداخل البناء .
4. الصفات السابقة تجعلها تسير لمسافات بعيدة جدا دون أن تضعف .
5. تشبه الضوء العادي من حيث الانعكاس والانكسار .

استخدامات الليزر :

1. في الاتصالات ونقل المعلومات .
2. في الطب : يستخدم في مجال الجراحة حيث تتميز أشعة الليزر بأن تأثيرها محدود فقط على الأنسجة الموجهة لها بسبب دقتها كما أنها تخثر الدم في الأوعية الدموية الممزقة مما يهيئ مجالا نظيفا للجراحة بدون نزيف , كما تستخدم في عمليات انفصال شبكية العين وعلاج قصر النظر وفي طب الأسنان .
3. في إظهار صورة ثلاثية الأبعاد في الفضاء كما يحدث في بعض الاحتفالات .
4. في المجالات الصناعية مثل قص المعادن التي تحتاج إلى دقة متناهية في عملية القص .
5. في الحاسوب حيث تستخدم للكتابة والقراءة من الأقراص المسماة أسطوانات ليزر وبفضل هذه التقنية أمكن تخزين كم هائل من المعلومات على قرص لا يتعدى قطره 21سم .
6. في مجال الحروب حيث تستخدم في توجيه المقذوفات إلى أهدافها .

خطر الليزر :
أغلب أشعة الليزر ذات شدة عالية , وإذا سقطت على عضو معين تحولت طاقة هذا الشعاع إلى حرارة قد تقضي على بعض خلايا هذا العضو , وأكثر أعضاء جسم الإنسان تأثرا بها هو العين بسبب حساسيتها الشديدة .

رد: إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات

رد: إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات ( شرح مبسط لدرس الليزر بالصور والفيديو والفلاشا

صحيح..

موضوع شامل ومميز

يعطيك العافيه يارب

((مع تحياتى))

رد: إيضاح التساؤلات عن مكنون الليزرات ( شرح مبسط لدرس الليزر بالصور والفيديو والفلاشا

يعطيك العافيه وبارك الله فيك وجزاك الله خيـــــــــــراً ،،،