(5-1-4) أشعة الليزر:

إذا أثرنا عدداً كبيراً جداً من الذرات لتنتقل الكتروناتها للمستوى (ط₂) شبه المستقر فإن الالكترونات ستمكث فيه زمناً طويلا نسبيا بالمقاييس الذرية ($10^{-5}$ ثانية) . وعند انقضاء العمر الزمني لبعض هذه الالكترونات تنطلق فوتونات بالانبعاث التلقائي في اتجاهات عشوائية . فإذا صادف فوتون منها ذرة بها إلكترون مثار فإنه يجبره على إصدار فوتون بنفس تردد واتجاه وطور الفوتون الساقط ، فيسقط الفوتونان الساقط والمستحث على ذرتين اخريتين مثارتين فتخرج منهما 4 فوتونات تسقط بدورها على 4 ذرات مثارة فتخرج منها 8 فوتونات وهكذا تتضاعف أعداد الفوتونات التي يمكن تركيزها في حزمة ضيقة تسمى باشعة الليزر التي أنتجت لأول مرة في عام 1960م . وكلمة ليزر (LASER) أتت من الأحرف الأولى لكلمات الجملة الانجليزية (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) . وهي تعني تضخيم الضوء بالانبعاث المستحث للإشعاع . وأشعة الليزر هي أشعة مضخمة قوية عالية الشدة مركزة في حزمة ضيقة تكون فوتوناتها بتردد واحد وفي إتجاه واحد . ولذلك يكون تأثيرها قوياً (حسب شدتها على النقطة المركزة عليها) وتنتج الآن بكثرة أشعة ليزر غير مرئية أيضا .وهناك عدة أنواع من الأجهزة التي تولد أشعة الليزر سنذكر منها على سبيل المثال بلورة الياقوت المطعم بالكروم (شكل (4-7)). وهذا الجهاز يتركب من بلورة ياقوت أسطوانية (من أكسيد الالامونيوم المطعم بكمية صغيرة من الكروم) . وتطلى قاعدتا الأسطوانة بالفضة لتعمل مرايا عاكسة حيث تطلى إحداها بصورة كاملة بينما تطلى الأخرى بصورة مخففة لتسمح لجزء من الأشعة بالنفاذ. تتم إثارة ذرات الكروم باستخدام أنبوبة ضوئية تلفت حول اسطوانة بلورة الياقوت حيث تصدر فوتونات ضوئية بترددات وطاقات مختلفة تمتصها الكترونات الكروم لتنتقل من المستوى الأرضي للكروم ( ط₁ ) للمستوى شبه المستقر (ط₂) مباشرة. أو تنتقل للمستويات ( ط₃ ) أو ( ط₄ ) ثم تهبط للمستوى ( ط₂ ) .ولما كان المستوى ( ط₂ ) شبه مستقر فإن الالكترونات تمكث فيه فترة طويلة نسبيا مما يتيح لعدد كبير جداً من الذرات أن تكون في حالة إثارة وانتظار وبعد فترة زمنية معينة ينقضي العمر الزمني للمستوى

( ط₂ ) لبعض الذرات فتهبط إلكتروناتها تلقائياً إلى المستوى الأرضي (الأول) لتنطلق فوتوناتها في اتجاهات عشوائية فيتم امتصاص معظمها بواسطة الذرات التي في طريقها ولكن تبقى الفوتونات التي تتحرك موازية لمحور الأسطوانة أي عموديا على قاعدتي الأسطوانة فتذرع

الشكل (4-7) : جهاز أشعة الليزر

الأسطوانة ذهاباً وإياباً بفضل الانعكاس من قاعدتي الأسطوانة إلى أن يصطدم أحد هذه الفوتونات بذرة كروم أخرى مثارة فيجبرها على إشعاع فوتون بنفس تردد الفوتون الساقط. ويسقط الفوتونان الساقط والمستحث على ذرتي كروم لتخرج منهما 4 فوتونات تسقط بدورها على 4 ذرات كروم تخرج منها 8 فوتونات ويستمر عدد الفوتونات في التضاعف إلى أن تصطدم الفوتونات بإحدى المرآتين وتنعكس لتصطدم بمزيد من ذرات الكروم المثارة وتستحثها لإصدار مزيد من الفوتونات . وهكذا تتزايد أعداد الفوتونات أثناء انعكاساتها المتوالية على المرآتين الموجودتين في قاعدتي الأسطوانة إلى أن تصطدم هذه الأعداد الضخمة من الفوتونات بالمرآة شبه المفضضة فتخرج منها في صورة حزمة ضيقة من الأشعة عالية الشدة والتي تسمى بشعاع الليزر . وتستخدم أشعة الليزر لشدتها وتركيزها في: (1) المجال الهندسي في ثقب المعادن وصهرها وفي أعمال الخراطة وتستخدم كذلك في أعمال الرصد والمساحة (2) المجالات العسكرية وبكثرة مثل توجيه بعض القنابل

والصواريخ (القذائف) حيث تنعكس أشعة الليزرمن الأهداف فتتجه القذائف إلى الأهداف التي تعكس أكبر قدر من أشعة الليزر مثل الأهداف المعدنية كالدبابات . (3) مجال الاتصالات حيث تستخدم أشعة الليزر في نقل المكالمات الهاتفية والمعلومات الرقمية عبر شبكة الألياف الضوئية كما ذكرنا سابقا . وتستخدم أشعة الليزر كذلك في تخزين المعلومات في الأقراص المدمجة CD. (4) المجال الطبي حيث يستخدم الليزر في علاج انفصال شبكية العين وتستخدم كذلك في مجال الجراحة كمشرط جراحي .