ما هي تقنية الليزر؟
تعتبر أشعة الليزر نوعًا فريدًا من الضوء، يتم إنتاجه من خلال عملية تسمى “تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع”. هذا الضوء يختلف بشكل كبير عن مصادر الضوء التقليدية، حيث يولد حزمًا ضيقة للغاية من الضوء، مما يجعله مفيدًا في مجموعة واسعة من التطبيقات التكنولوجية والأجهزة.
تعود جذور فكرة الليزر إلى العالم ألبرت أينشتاين، الذي قدم في عام 1916 اقتراحًا يشير إلى أن الذرات يمكن أن تطلق طاقة إضافية على شكل ضوء عندما يتم تحفيزها تحت ظروف معينة.
أما بالنسبة للاختراع الفعلي لليزر، فينسب إلى العالمين تشارلز تاونز وآرثر شاولو، اللذين نشرا ورقة علمية تشرح مبدأ عمل الليزر في ديسمبر 1958، وحصلا لاحقًا على براءة اختراع لهذه التقنية بعد سنتين.
السمات المميزة لأشعة الليزر
تتميز أشعة الليزر بخصائص فريدة تميزها عن أنواع الضوء الأخرى، وهي التي تحدد مدى خطورتها. هذه الخصائص تشمل:
- أحادي اللون: يعني ذلك أن ضوء الليزر يتكون من طول موجي واحد فقط، وبالتالي يظهر بلون واحد نقي.
- توجيهية: يشير هذا إلى أن ضوء الليزر ينتشر في اتجاه واحد محدد، على عكس الضوء العادي مثل ضوء الشمس أو المصباح الذي ينتشر في جميع الاتجاهات.
- التماسك: يعني أن موجات الضوء في الليزر تتحرك كوحدة واحدة، مما يزيد من قوتها وتركيزها.
مجالات استعمال الليزر
ما هي أبرز استعمالات أشعة الليزر؟
الاستعمالات الطبية
تُستخدم أشعة الليزر على نطاق واسع في المجال الطبي نظرًا لدقتها وصغر حجمها. يعتبر استخدام الليزر آمنًا طبيًا بشكل عام ولا يشكل خطرًا على المريض أو الفريق الطبي. قد ينتج عن جراحة الليزر أعراض مشابهة للجراحة التقليدية، مثل الألم والنزيف والندوب، إلا أن فترة التعافي تكون عادةً أسرع. ومن بين الاستخدامات الطبية الأخرى لليزر:
- علاج توسع الأوردة.
- تحسين الرؤية من خلال جراحة القرنية.
- إعادة توصيل الشبكية المنفصلة في العين.
- إزالة تضخم البروستاتا.
- تفتيت حصوات الكلى.
- استئصال الأورام.
الاستخدامات الصناعية
أصبحت أشعة الليزر أداة أساسية في الصناعة الحديثة، مما مكن المهندسين من تصنيع وتصميم منتجات معقدة لم يكن من الممكن تحقيقها باستخدام الآلات التقليدية. فيما يلي بعض من أهم استخدامات أشعة الليزر في الصناعة:
- طباعة أو نقش الأسماء أو الأرقام على المنتجات المختلفة.
- إنشاء أنسجة أو هياكل معينة على الأسطح.
- إزالة أجزاء دقيقة من الآلات دون إلحاق الضرر بالأجزاء الأخرى.
- قطع أو حفر المواد المختلفة.
- لحام المعادن والبلاستيك.
- تجريد الأسلاك من العوازل.
التطبيقات العلمية
إن القدرة على التحكم بدقة في الطول الموجي ومدة النبض لأشعة الليزر فتحت الباب لاستخدامها في البحوث العلمية في الفيزياء وغيرها من المجالات. تتضمن بعض استخدامات الليزر في العلوم:
- دراسة التحليل الطيفي، وبالتالي تحليل الضوء الممتص والمنبعث من الذرات والجزيئات عند انتقالها بين مستويات الطاقة المختلفة.
- إضاءة جسيمات محددة أثناء التفاعلات الكيميائية، مما يساعد في دراسة هذه التفاعلات بدقة عالية.
- التحكم في حركة الذرات أثناء التفاعلات، بما في ذلك إيقافها أو تسريعها أو إبطائها.
الاستخدامات التكنولوجية
من أهم التطبيقات التكنولوجية لليزر هي الألياف البصرية، التي تعتمد على أنواع من ليزر أشباه الموصلات. تشمل الاستخدامات الرئيسية للألياف البصرية:
- التعرف على بصمات الأصابع.
- معالجة الصور باستخدام الأقمار الصناعية.
- توجيه الطائرات على ارتفاعات عالية.
- تطوير أجهزة الكمبيوتر البصرية التي تفوق سرعة أجهزة الكمبيوتر التقليدية.
- تطوير الأقراص الرقمية المرنة التي أحدثت ثورة في تخزين المعلومات.
- أجهزة تشغيل الأقراص المرنة.
تطبيقات أخرى لليزر
يمكن لأشعة الليزر تركيز طاقات عالية جدًا، مما يجعلها مفيدة في مجالات مثل أبحاث الاندماج النووي واختبار الأسلحة النووية والصواريخ الدفاعية. بدأت الأبحاث المتعلقة بأسلحة الليزر العسكرية في الستينيات، وازداد الاهتمام بها في عهد الرئيس رونالد ريغان في عام 1983 مع مبادرة الدفاع الاستراتيجي. ومع ذلك، انخفض هذا الاهتمام لاحقًا بعد أن أظهرت التجارب العلمية أن الغلاف الجوي يشتت الأشعة القوية، مما يمنعها من الوصول إلى الهدف المطلوب.
أنواع الليزر
توجد أنواع مختلفة من الليزر، ويستخدم كل نوع في تطبيقات محددة في الطب والصناعة والبحث العلمي والتجارة. يعتمد نوع الليزر على المادة المستخدمة لإنتاج الضوء، كما هو موضح أدناه:
- ليزر الحالة الصلبة: يستخدم مادة صلبة لإنتاج الليزر، مثل ليزر الياقوت أو ليزر النيوديميوم-ياج (YAG).
- ليزر الغاز: من أشهر أنواعه ليزر الهيليوم والنيون، الذي ينتج ضوءًا أحمر مرئيًا. بينما ينتج ليزر ثاني أكسيد الكربون أشعة تحت حمراء تستخدم لقطع المواد الصلبة.
- ليزر الإكسيمر: يستخدم مزيجًا من غازين، مثل الكلور والفلور، مع غاز خامل مثل الأرجون أو الكريبتون أو الزينون.
- ليزر الصبغة: يستخدم صبغات عضوية معينة، مثل صبغة الرودامين 6G.
- ليزر أشباه الموصلات: يستخدم غالبًا في الأجهزة الإلكترونية مثل الطابعات ومشغلات الأقراص المرنة.
مخاطر أشعة الليزر
تكمن خطورة أشعة الليزر في الاستخدام غير الصحيح للأجهزة. تتراوح الأضرار المحتملة من حروق جلدية طفيفة إلى إصابات دائمة في الجلد أو العين. هناك أيضًا أضرار بيولوجية ناتجة عن العمليات التي تنتج هذه الأشعة، وتشمل:
- الأضرار الحرارية: تنتج عن ارتفاع درجة الحرارة وتختلف شدتها حسب مدة التعرض وطول الموجة ونوع النسيج المعرض للإشعاع.
- الأضرار الصوتية: تنتج عن صدمات ميكانيكية اهتزازية تتجمع في الأنسجة، مما يؤدي إلى تلفها.
- الأضرار الكهروضوئية: تنتج عن تفاعل الفوتونات مع أنسجة الجسم، مما يغير تركيبها الكيميائي ويسبب تلفًا.
خلاصة
يعتبر الليزر نوعًا من الضوء يتميز بكونه أحادي الاتجاه والموجة، ويسير بشكل متماسك في الفضاء. يتم تضخيم الضوء في الليزر عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع. كان العالم آينشتاين أول من تحدث عن مبدأ عمل الليزر، ولكن الاختراع الفعلي لليزر يعود إلى العالمين تشارلز تاونز وآرثر شاولو في عام 1958. أحدث استخدام الليزر ثورة في المجالات العلمية والطبية والصناعية والتكنولوجية وغيرها. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الاستخدام غير السليم لليزر إلى أضرار دائمة في الجلد أو العين.
