فيزياء الليزر
تدرس فيزياء الليزر كيف تتضافر الانبعاث المحفز والتغذية الراجعة البصرية لتوليد ضوء متماسك، اتجاهي، وأحادي اللون.
Definition
دراسة المبادئ التي بواسطتها يقوم وسط كسب ذو انقلاب تعداد، موضوع داخل رنان بصري، بتضخيم الضوء من خلال الانبعاث المحفز لإنتاج حزمة متماسكة، اتجاهية، وضيقة النطاق.
Scope
فيزياء الليزر هي فرع من فروع البصريات يهتم بتوليد الضوء المتماسك عن طريق الانبعاث المحفز. وهي تغطي التفاعل الكمي للضوء والمادة من خلال معاملات أينشتاين، وإنشاء انقلاب التعداد والكسب البصري في وسط مضخ، ودور الرنان البصري في توفير التغذية الراجعة واختيار الأنماط، وعتبة التشغيل والحالة المستقرة لمذبذبات الليزر، والفئات الرئيسية لليزر وأنظمة تشغيلها بما في ذلك الخرج المستمر والنبضي (المحول Q والمقفل بالنمط)، والبنية المكانية لحزم الليزر. وهي توفر الأساس الفيزيائي لليزر المستخدم في جميع أنحاء العلوم والصناعة والطب.
Sub-topics
Core questions
- كيف ينتج الانبعاث المحفز الكسب البصري؟
- ما هي الشروط اللازمة للوصول إلى تذبذب الليزر والحفاظ عليه؟
- كيف يشكل الرنان الخصائص الطيفية والمكانية للخرج؟
- ما الذي يميز الأنواع الرئيسية لليزر وطرق توليد النبضات فيها؟
Key concepts
- الانبعاث المحفز
- انقلاب التعداد
- الكسب البصري
- الضخ
- الرنان البصري
- عتبة الليزر
- الأنماط الطولية والعرضية
- التماسك وأحادية اللون
Key theories
- الانبعاث المحفز ومعاملات أينشتاين
- تربط معالجة أينشتاين للامتصاص والانبعاث التلقائي والانبعاث المحفز بين معدلاتها وتوضح أن الوسط المثار يمكن أن يضخم الضوء بشكل متماسك، وهو المبدأ الأساسي لجميع أجهزة الليزر.
- تذبذب الليزر: الكسب، التغذية الراجعة، والعتبة
- يحدث الليزر عندما يوازن الكسب ذهابًا وإيابًا من وسط ذي تعداد مقلوب خسائر الرنان؛ وفوق هذه العتبة يتكون تذبذب متماسك ذاتي الاستدامة في أنماط التجويف.
- بنية نمط الرنان
- يفرض الرنان البصري ترددات طولية منفصلة وأنماطًا مكانية عرضية على المجال، مما يحدد عرض خط الليزر، وشكل الحزمة، والتماسك.
Clinical relevance
تُستخدم أجهزة الليزر في جميع أنحاء الطب لقطع وتخثير الأنسجة في الجراحة، وللتخثير الضوئي والتصحيح الانكساري في طب العيون، وللعلاجات الجلدية والتجميلية، وكمصادر ضوئية للتصوير التشخيصي والتحليل الطيفي، حيث يتيح خرجها الدقيق والمتماسك توصيل الطاقة بشكل متحكم فيه.
History
قدم أينشتاين الانبعاث المحفز في عام 1917، لكن التضخيم المتماسك لم يتحقق إلا في جهاز الميزر في الخمسينيات من قبل تاونز وزملاؤه. حدد شاولاو وتاونز الليزر البصري في عام 1958، وقام مايمان بتشغيل أول ليزر عامل، وهو جهاز روبي، في عام 1960، مما فتح المجال.
Key figures
- Albert Einstein
- Charles H. Townes
- Arthur L. Schawlow
- Theodore H. Maiman
Related topics
Seminal works
- siegman1986
- svelto2010
Frequently asked questions
- ما الذي يجعل ضوء الليزر مختلفًا عن الضوء العادي؟
- ضوء الليزر متماسك للغاية، وأحادي اللون تقريبًا، وينبعث كحزمة اتجاهية محددة جيدًا، لأنه ينشأ من الانبعاث المحفز في عدد قليل من أنماط الرنان بدلاً من الانبعاث التلقائي المستقل عبر العديد من الاتجاهات والأطوال الموجية.
- لماذا يحتاج الليزر إلى رنان؟
- يعيد الرنان الضوء عبر وسط الكسب عدة مرات، مما يسمح للمجال بالتراكم عن طريق الانبعاث المحفز المتكرر ويختار الترددات المحددة وشكل الحزمة التي تحافظ على التذبذب.