ليزر أيوني
الليزر الأيوني هو ليزر غازي يستخدم غازًا متأينًا كوسيط ليزري. [ 1 ] وكغيره من أنواع الليزر الغازي، يتميز الليزر الأيوني بتجويف مغلق يحتوي على وسط الليزر ومرايا تُشكل رنان فابري-بيرو . وعلى عكس ليزرات الهيليوم-نيون ، فإن انتقالات مستويات الطاقة التي تُساهم في عمل الليزر تأتي من الأيونات . ونظرًا لكمية الطاقة الكبيرة اللازمة لإثارة الانتقالات الأيونية المستخدمة في الليزر الأيوني، فإن التيار المطلوب يكون أكبر بكثير، ونتيجة لذلك، تُبرّد جميع أنواع الليزر الأيوني تقريبًا بالماء ، باستثناء أصغرها حجمًا . فعلى سبيل المثال، قد يُنتج ليزر أيوني صغير مُبرّد بالهواء 130 ميلي واط من الضوء الخارج بتيار أنبوبي يبلغ حوالي 10 أمبير وجهد 105 فولت. وبما أن 1 أمبير × 1 فولت = 1 واط، فإن هذا يُعادل مدخل طاقة كهربائية يبلغ حوالي 1 كيلو واط. بطرح ناتج الضوء (المرغوب فيه) البالغ 130 ميلي واط من مدخلات الطاقة، يتبقى كمية كبيرة من الحرارة المهدرة تقارب 1 كيلو واط. يجب تبديد هذه الحرارة بواسطة نظام التبريد. بعبارة أخرى، كفاءة الطاقة منخفضة للغاية.
الأنواع
ليزر الكريبتون
ليزر الكريبتون هو ليزر أيوني يستخدم أيونات غاز الكريبتون النبيل كوسيط تضخيم . ويتم ضخ الليزر بواسطة تفريغ كهربائي . تُستخدم ليزرات الكريبتون على نطاق واسع في البحث العلمي والتطبيقات التجارية، فعند مزج الكريبتون مع الأرجون، ينتج ليزر "الضوء الأبيض"، وهو مفيد في عروض الليزر الضوئية. كما تُستخدم ليزرات الكريبتون في الطب (مثل تخثير الشبكية )، وفي صناعة الهولوغرامات الأمنية ، ولأغراض أخرى عديدة.
يمكن لأشعة الليزر الكريبتون أن تصدر ضوءًا مرئيًا قريبًا من عدة أطوال موجية مختلفة، وهي عادةً 406.7 نانومتر، و413.1 نانومتر، و415.4 نانومتر، و468.0 نانومتر، و476.2 نانومتر، و482.5 نانومتر، و520.8 نانومتر، و 530.9 نانومتر، و568.2 نانومتر، و647.1 نانومتر، و676.4 نانومتر.
ليزر الأرجون
تم اختراع ليزر أيون الأرجون في عام 1964 بواسطة ويليام بريدجز في شركة هيوز للطائرات [ 2 ] وهو أحد أنواع ليزرات الأيونات التي تستخدم غازًا نبيلًا كوسيط نشط.
تُستخدم ليزرات أيون الأرجون في العلاج الضوئي للشبكية (لعلاج داء السكري )، والطباعة الحجرية ، وضخ أنواع أخرى من الليزر. تُصدر ليزرات أيون الأرجون إشعاعًا عند 13 طولًا موجيًا ضمن نطاقي الطيف المرئي والأشعة فوق البنفسجية، بما في ذلك: 351.1 نانومتر، 363.8 نانومتر، 454.6 نانومتر، 457.9 نانومتر، 465.8 نانومتر، 476.5 نانومتر ، 488.0 نانومتر، 496.5 نانومتر، 501.7 نانومتر، 514.5 نانومتر، 528.7 نانومتر، و1092.3 نانومتر. [ 3 ] مع ذلك، فإن الأطوال الموجية الأكثر استخدامًا تقع في منطقة الأزرق والأخضر من الطيف المرئي. تتميز هذه الأطوال الموجية بإمكانية استخدامها في الاتصالات تحت الماء نظرًا لشفافية مياه البحر العالية في هذا النطاق من الأطوال الموجية.
تستطيع ليزرات الأرجون والكريبتون الشائعة إصدار موجات مستمرة تتراوح طاقتها بين عدة ميلي واط وعشرات الواط. تُصنع أنابيبها عادةً من أغطية طرفية من النيكل، أو حشوات معدنية من الكوفار مُدمجة مع السيراميك، أو سيراميك أكسيد البريليوم ، أو أقراص من التنجستن مثبتة على مُشتت حراري نحاسي داخل بطانة سيراميكية. كانت الأنابيب الأولى مصنوعة من الكوارتز البسيط، ثم تلتها أنابيب مصنوعة من الكوارتز مع أقراص من الجرافيت. بالمقارنة مع ليزرات الهيليوم-نيون ، التي لا تتطلب سوى بضعة ميلي أمبيرات من تيار الإدخال، فإن التيار المستخدم لضخ ليزر الأرجون يصل إلى عدة أمبيرات، نظرًا لضرورة تأيين الغاز. يُنتج أنبوب ليزر الأيون كمية كبيرة من الحرارة المهدرة ، ولذا تتطلب هذه الليزرات تبريدًا فعالًا.
يتكون بلازما ليزر الأيونات النموذجي للغازات النبيلة من تفريغ متوهج عالي الكثافة في غاز نبيل بوجود مجال مغناطيسي. وتشمل ظروف البلازما النموذجية ذات الموجة المستمرة كثافات تيار تتراوح بين 100 و2000 أمبير/سم² ، وأقطار أنابيب تتراوح بين 1.0 و10 مم، وضغوط تعبئة تتراوح بين 0.1 و1.0 تور (0.0019 إلى 0.019 رطل/بوصة مربعة)، ومجال مغناطيسي محوري في حدود 1000 غاوس. [ 4 ]
كان ويليام ر. بينيت ، أحد مخترعي أول ليزر غازي (ليزر الهيليوم-نيون)، أول من لاحظ تأثيرات احتراق الثقوب الطيفية في ليزرات الغاز، ووضع نظرية تأثيرات "احتراق الثقوب" في تذبذب الليزر. كما شارك في اكتشاف الليزرات التي تستخدم إثارة اصطدام الإلكترونات في كل من الغازات النبيلة، ونقل الإثارة التفكيكية في ليزر النيون-أكسجين (أول ليزر كيميائي )، وإثارة التصادم في العديد من ليزرات بخار المعادن.
أنواع أخرى متوفرة تجارياً
- Ar/Kr: يمكن أن يؤدي مزيج من الأرجون والكريبتون إلى ليزر بأطوال موجية ناتجة تظهر كضوء أبيض.
- الهيليوم والكادميوم: انبعاث ليزر أزرق عند 442 نانومتر وأشعة فوق بنفسجية عند 325 نانومتر.
- بخار النحاس: انبعاث أصفر وأخضر عند 578 نانومتر و 510 نانومتر.
تجريبي
التطبيقات
- المجهر الماسح الليزري متحد البؤر
- جراحي
- طب الليزر
- آلات الطباعة عالية السرعة
- عروض ضوئية ليزرية
- أجهزة تسلسل الحمض النووي
- تجارب التحليل الطيفي
- ضخ ليزرات الصبغة [ 8 ]
- فحص رقائق أشباه الموصلات
- الطباعة الحجرية المباشرة عالية الكثافة للوحات الدوائر المطبوعة
- إنتاج شبكات براغ المصنوعة من الألياف
- يمكن استخدام نماذج طول التماسك الطويل في التصوير المجسم.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " ليزر أيوني ". doi : 10.1351/goldbook.I03219
- ↑ WB Bridges, "LASER OscillATION in Singly ionized Argon in the Visible Spectrum", Appl. Phys. Lett. 4, 128–130 (1964).
- ↑ "شركة ليكسل ليزر قيد الإنشاء" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 19 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2010 .
- ↑ بريدجز، هالستيد وآخرون، وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ، 59 (5). ص 724-739.
- ↑ هوفمان توشيك وآخرون، "ليزر أيون الزينون النبضي: يغطي الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة بتغييرات بصرية"، مجلة IEEE للإلكترونيات الكمية
- ↑ هاتوري، كانو، توكوتومي وكولينز، "ليزر أيون اليود ذو الموجة المستمرة في تفريغ العمود الموجب"، مجلة IEEE للإلكترونيات الكمية، يونيو 1974
- ↑ ليزر الغاز النبضي ذو الكاثود البارد" بقلم آر كي لومنس وجيه سي دبليو تايلور في: مراجعة الأدوات العلمية، المجلد 42، العدد 6، يونيو 1971.
- ↑ إف جيه دوارتي و إل دبليو هيلمان (محرران)، مبادئ ليزر الصبغة (أكاديميك، نيويورك، 1990) الفصلان 3 و 5
- الاختراعات الأمريكية
- ليزرات الغاز