خصائص أشعة الليزر

وبما أن أشعة الليزر عبارة عن أشعة ضوئية مركزة، فإنها تخضع لقوانين الضوء من حيث: الانعكاس، والانكسار، والانحراف بواسطة المرايا والعدسات والمناشير الزجاجية. وقد تمكن الفنانون من استخدام أشعة الليزر في تشكيل صور رائعة باستخدام العدسات والمرايا والألياف البصريةFiber Optics، وذلك من خلال انعكاس وانكسار أشعة الليزر المتوهجة، وتحويلها إلى نماذج ضوئية مبهرة.

وقد تكون أشعة الليزر على شكل نبضات pulses، أو موجات مستمرة continuous waves. فالليزر النبضd يصدر أشعته على شكل سلسلة من نبضات الضوء البالغة القصر. وتصدر هذه النبضات فقط عندما يكون الوسط الفعال في أعلى حالات الإثارة. وبعض أنواع أجهزة الليزر تصدر أشعتها بمعدل نبضة واحدة كل عدة دقائق. وهناك أنواع من الليزر، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون، يمكن أن تكون موجاته نبضية أو مستمرة. وأهم الخصائص التي تتميز بها أشعة الليزر عن الأشعة الضوئية هي:

أ. النقاء الطيفي

فشعاع الليزر حزمة ضوئية غاية في النقاء من ناحية الطول الموجي. فأشعة الضوء المنبعثة من المصادر الضوئية العادية، كمصباح الصوديوم أو الزئبق، وهي ما تستخدم في الإنارة، هذه الأشعة على الرغم من وصفها بأنها وحيدة الطول الموجي، إلا أنها في الواقع تحتوى على أطوال موجية أخرى حول الطول الموجي الرئيس، (انظر الشكل الرقم 8).



ومعنى هذا أن الاتساع الطيفي لشعاع الليزر ضئيل للغاية، مقارنة بالمصادر العادية للضوء، ولهذا فإنه غاية في النقاء من ناحية الطول الموجي أو التردد.

ب. شدة الشعاع

وتقاس شدة أشعة الليزر بنفس وحدات قياس القدرة الكهربية، وهي الـ "وات" wat. وتتراوح هذه الشدة بين عدة واتات، وآلاف الملايين من الواتات. وتعد أشعة الليزر النبضية أقوى أنواع الليزر؛ لأن طاقتها مركزة في شكل نبضات سريعة، ويمكن لأشعة الليزر المستمرة أن تنتج نفس كمية الطاقة مثل الأشعة النبضية، ولكن ذلك يستغرق وقتاً طويلاً.

وتستخدم أشعة الليزر القوية في الأغراض الصناعية، مثل تثقيب وقطع المعادن، بينما تستخدم الأشعة الضعيفة لتشغيل الأقراص البصرية التي تسجل عليها الموسيقى. أما الأشعة متوسطة القوة فتستخدم في الأغراض الطبية.

ويتميز شعاع الليزر بأنه شعاع قوي، فالشعاع الذي شدته 5-10 كيلووات قادر على اختراق المعادن وثقبها حتى عمق 20 مم. وتصل قدرة بعض أجهزة الليزر النبضي إلى 5-10 ميجاوات. ويستطيع شعاع ليزر لا تزيد شدته على وات واحد، ويستخدم في الاتصالات، أن يحقق مدى اتصال يصل إلى 500 كم.

ج. تركيز الأشعة

شعاع الليزر عبارة عن حزمة ضوئية، رفيعة جداً، إذ أن زاوية انفراجها صغيرة جداً، وتسير هذه الأشعة في خطوط مستقيمة، أقرب ما تكون إلى التوازي، ويصاحب عدم انفراج الأشعة بريق شديد، ضار بالعين إذا ما استقبلته مباشرة، بينما مصادر الضوء الأخرى تشع ضوءها في جميع الاتجاهات. وهذا يعنى أن حزمة الليزر لا تفقد شدتها إلا ببطء شديد، فإذا أرسلت أشعة في اتجاه القمر، على بعد 400 ألف كيلومتر من سطح الأرض تقريباً، وكانت بالشدة الضوئية الكافية، فإنها تفرش على سطح القمر بقعة مضاءة لا يزيد قطرها على كيلومتر واحد، في حين أنه إذا أرسل الضوء العادي ووصل، فرضاً، إلى سطح القمر، فإن قطر البقعة المضاءة يصل إلى 4376 كيلومتر تقريباً.

وتستطيع أشعة الليزر أن تكثف طاقة تسافر إلى مسافات كبيرة، كما تبين في عام 1969 عندما أرسل العلماء شعاعاً من الليزر ليرتد من فوق عاكسات وضعها رواد الفضاء الأمريكيين في برنامج "أبوللو" على سطح القمر،



وتلقوا إشارة مرتدة على الأرض، وهو أمر نادر الاحتمال باستخدام مصادر الضوء العادية.

د. ترابط وتماسك فوتونات الأشعة

من الخصائص المهمة لأشعة الليزر ترابط وتماسك الفوتونات المكونة لها. والأشعة الضوئية تصدر عن إثارة العناصر، وتنبعث منها فوتونات لها طول موجي واحد، يحدده منسوبا طاقة الذرة التي انتقلت بينها هذه الفوتونات. وملايين هذه الانتقالات، التي تحدث في ملايين الذرات المثارة، ينبعث عنها ملايين الفوتونات، وتظهر للعين المجردة أشعة ضوئية، ويلاحظ هنا عدم وجود رابطة بين الفوتونات المنبعثة. ويمكن تشبيه الأشعة العادية بأصوات منطلقة من ملايين المصادر المتماثلة، ولها التردد نفسه، ولكنها لا تصدر في وقت واحد، وبهذا فإنها تسمع من بعد وكأنها ضجيج، في حين أنه إذا انطلقت هذه الأصوات في الوقت نفسه، فإنها تصبح حادة، شديدة الأثر.

هـ. أحادية اللون

يكون الضوء الناتج من الليزر أحادي اللون monochromatic، بينما الضوء الأبيض الناتج من الشمس يتكون من ألوان الطيف المرئية. ويوجد حالياً أنواع من الليزر تنتج جميع الألوان الطيفية، المرئية منها وغير المرئية، مثل الأشعة تحت الحمراء، وفوق البنفسجية.

6. خطورة الليزر على العين

إن أقصى شدة إضاءة تتحملها عين الإنسان دون أن تصاب بأضرار تبلغ حوالي 5 ميكروجول على السنتيمتر المربع. ولما كانت الطاقة التي تتعرض لها عين الإنسان تقل كلما ابتعد عن مصدر أشعة الليزر، فإن مسافة الأمان هي أقل مسافة بين العين وجهاز الليزر، بحيث إذا تعرضت العين لنبضة ليزر مباشرة فلا تصاب بضرر. وتختلف هذه المسافة حسب العوامل الآتية:

أ.

حالة الجو.

ب.

أجهزة التكبير الضوئية المستخدمة في أجهزة الرؤية.

ج.

الانعكاسات الضارة.

د.

درجة تركيز شعاع الليزر.

هـ.

نوع مادة الليزر.

و.

نوع شعاع الليزر، نبضي أو مستمر.

ولتوضيح خطورة الليزر، فإن مقدرات المسافة التي تستخدم الياج لها قدرة أكبر من 1ميجاووات، ومن ثم، فإن أقل مسافة للتعرض المباشر لمصدر ليزر الياج تكون حوالي 500متر، بينما مقدرات المسافة التي تستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون تصل مسافة الأمان بالنسبة لها إلى حوالي 2 ـ 3 سنتيمترات. أي أنها في الواقع مأمونة تماماً.