ليزر الياقوت

مقدمه:

ليزر المواد الصلبه هو ليزر تكون فيه الماده الفعاله Gain Medium عباره عن ماده صلبه Solid . بدلا من سائل مثل ليزر الاصباغ Dye Lasers او غاز مثل ليزر الغازات Gas Lasers . وبصفه عامه ليزر أشباه الموصلات تعتبر نوع مستقل من ليزر المواد الصلبه.


الوسط الصلب Solid-State Media

بصفة عامه الماده الفعاله فى حاله ليزر المواد الصلبه تتكون من زجاج او ماده بلوريه مضيفه Crystalline Host Material والتى تطعم بايونات مثل ايونات النودميوم ND او الكروم CR او الاربيوم ER او ايونات اخرى. ومعظم المواد التى يتم تطعيم البلورات بها مواد من عناصر ارضيه نادره .

يوجد المئات من الاوساط الصلبه والتى يمكن الحصول من خلالها على الليزر. ولكن نسبيا القليل من هذه الانواع يستخدم على نطاق واسع. ومن اشهر هذه الانواع النودميوم المطعم فى بلوره من الياج Nd-Yag Laser و النودميوم المطعم فى بلوره من الزجاج Nd-Glass Laser وأيضا ليزر الياقوت Ruby Laser .


ومن اوائل المواد التى استخدمت الياقوت Ruby . ليزر الياقوت مازال يستخدم حتى الان ولكنه ليس شائع جدا .

الضخ Pumping

ليزر المواد الصلبه يتم عادة الضخ فيها باستخدام الضخ الضوئى Optical Pumping وذلك عن طريق استخدام Flash lamp او مصباح حلقى Arc Lamp ومن الممكن ان تتم عملية الضخ ولاثاره باستخدام ليزر الدايودDiode Laser .

الانواع من ليزر المواد الصلبه التى يتم الضخ فيها باستخدام ليزر الدايود تكون اكثر كفاءه واكثر شيوعا فى الاستخدام.



تطبيقات ليزر المواد الصلبه Applications


الانواع المختلفه من ليزر المواد الصلبه لها تطبيقات عديده مثل استخدامها فى التصوير المجسم وازالة الوشم المرسوم على الجلد وبعض انواع من ليزر المواد الصلبه لها بعض التطبيقات الطبيه

(1 ) ليزر الياقوت Ruby Laser

وصف عام :

ليزر الياقوت هو اول انواع الليزر وهو يعمل فى النظام النبضى Pulsed Modeعند طول موجى 694.3nm وله خط اتساع طيفى emission line width 0.53 .القضيب فى ليزر الياقوت يتكون من بلوره من Al2O3 مطعمه بايونات الكروم Cr+3 بتركيز يصل الى 0.05% بالنسبه لوزن ايونات الكروم.تتم عملية الضخ فى ليزر الياقوت عن طريق Flash Lamp .وليز الياقوت ثلاثى النظام Three Level Systemوسوف نقوم بشرح ذلك لاحقا فى طريقة الاثاره Mechanism of Excitation . بلورة الياقوت بلوره صلبه ومتينه ولها توصيليه حراريه جيده وهى ايضا مستقره كميائيا.بلورات ليزر الياقوت – التى منها نكون قضبان الليزر_ من الممكن تخليقها بجوده ضوئيه عاليه جدا.




بناء وتركيب الليزر Laser Structure

القضيب من ليزر الياقوت من الممكن ان يكون له قطر يصل الى 25mm وطوله من الممكن ان يصل الى 0.2m . القضبان عادة ماتوضع مابين فجوه ثنائيه بالاضافه الى Flash Lamp التى هى مصدر الاثاره.يوجد مراتين فى نهايتى القضيب وهما عادة ما يكونوا مستويتين أو مقعرتين قليلا. المراه الخلفيه ذو انعكاسيه عاليه والمراه الاخرى التى يخرج منها الليزر شبه منفذه .ليزر الياقوت من الممكن ان يعمل فى وجود مكبر متذبذب Oscillator-amplifier .وفى هذه الحاله الشعاع الذى يدخل الى المكبر يجب ان تكون شدته مساويه او اعلى من قيمة شدة التشبع Saturation Intensity لكى يتسطيع استخلاص الطاقه من المكبر. بسبب كثافة الضخ العاليه المتطلبه فى هذا النوع من الليزر نستخدم الماء فى منطقة الضخ لكى نخفض درجة الحراره على قضيب الليزر.



-طريقة الإثارة Excitation Mechanism




هذا النظام هو نظام ثلاثى كما ذكرنا سابقا Three Level System وتحدث الانتقالات الليزريه Lasing Transitions مابين المستويين E1 وE2 .

تتم اثارة ايونات الكروم Cr+3 باستخدام نبضات من الضوء الناتجه عن Flash Lamp والتى عادة ماتكون من Xenon .

ايونات الكروم تمتص الطول الموجى للضوء فى حدود 500-600 نانومتر . وكنتيجه لذلك الايونات تنتقل الى مستوى الاثاره E3 .

من هذا المستوى الايونات تنتقل الى مستوى الطاقه شبه المستقر E2 وتكون انتقالات غير مشعه non-radiative transition . الطاقه المنبعثه من هذه الانتقالات تتحول الى حراره التى يجب ان يتم ازالتها من النظام وذلك يتم باستخدام الماء كما ذكرنا سابقا فى الجزء الخاص بتركيب الجهاز.

فترة عمر المستوى شبه المستقر E2 تكون تقريبا .5msec




ليزر الياقوت له مستوى امتصاص اخر والذى يستخدم ايضا للضخ ويكون فى حدود ( (350-450 نانومتر .

من الصعب ان يعمل ليزر الياقوت فى النظام المستمر Continuous Mode لانه نظام ثلاثى وعلى الرغم من ذلك فى عام 1962 وباستخدام ضخ شديد ومركز وباستخدام مصباح حلقى Arc Lamp
تم بناء ليزر الياقوت يعمل فى Continuous Mode .

- الجدول التالى يوضح اهم العوامل الثابته فى ليزر الياقوت مثل الطول الموجى لليزر الياقوت وفترة عمر مستوى الاثاره الاعلى وطاقة الليزر الخارج ودرجة الحراره التى يعمل عندها الى اخره من التفاصيل الهامه ……….




- تطبيقات ليزر الياقوت Applications

- ليزر الياقوت من الممكن استخدامه في التصوير الضوئي Optical Holography وذلك نظرا للطاقة العالية للنبضات الناتجة منه.
- من الممكن أيضا استخدامه في قياس خواص البلازما مثل كثافة الاليكترونات ودرجة الحرارة.
- ويستخدم أيضا في إزالة الوشم المرسوم على الجلد.

المراجع:
1- كتاب Laser Fundamentals
2- كتاب Lasers
3- بعض المقالات التي باللغة الانجليزية عن ليزر المواد الصلبة.