לייזר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ערך זה עוסק במכשיר ובעיקרון הפיזיקלי; לערך העוסק בפירושים נוספים למילה "לייזר", ראו לייזר (פירושונים).
לייזר (חיל האוויר האמריקאי)
הגדל
לייזר (חיל האוויר האמריקאי)

הלייזר או באנגלית Laser הוא ראשי תיבות של "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". הוא הומצא ב- 1960, על ידי תיאודור מימן, זהו מכשיר המשתמש באפקט הקוונטי, של פליטה מאולצת, כדי ליצור קרן אור מאוד חד-צבעית (מונוכרומטית), קוהרנטית ומקבילה. יש לו ישומים רבים בתחומים רפואיים ומפתחי נשק רואים בו נשק העתיד. מערכת לייזר מבוססת על עקרונות רבים מתחום האופטיקה.

[עריכה] כללי

מקורות אור רגילים, כמו נורה חשמלית, פולטים פוטונים באקראיות, בכל הכיוונים, ובדרך כלל בספקטרום רחב של אורכי גל. כמו כן הם אינם קוהורנטיים, כלומר אין פאזה קבועה עבור כל הפוטונים הנפלטים. לעומת זאת, הלייזר פולט פוטונים בקרן צרה והאור הוא בקרוב טוב מונוכרומטי (כלומר לכל הפוטונים אותו אורך גל), קוהרנטי (כלומר לכל הפוטונים אותה פאזה), ומקוטב.

עקרון הפעולה של הלייזר מבוסס על התופעה הקוונטית של הפליטה המאולצת: אם יש מערכת קוונטית שנמצאת ברמת אנרגיה הגבוהה מרמת היסוד (למשל אטום שיש בו אלקטרון ברמה מעוררת), קיום של פוטון המתאים להפרש בין הרמה בה נמצאת המערכת לרמה נמוכה יותר, מאלץ את המערכת לרדת לרמת האנרגיה הנמוכה תוך כדי פליטת פוטון נוסף הזהה לפוטון המאלץ בכל תכונותיו הקוונטיות, מבלי שהפוטון המקורי נבלע. בשביל להשתמש באפקט הזה יש ליצור מצב של היפוך אוכלוסייה, בו המערכת אינה מצייתת להתפלגות בולצמן, אלא יש רמה לה יש אכלוס גבוה יותר מאשר לרמה בעלת אנרגיה נמוכה יותר. הלייזר יוכל להגביר פוטונים בעלי אנרגיה השווה להפרש האנרגיות בין שתי רמות אלה. כדי שיהיה היפוך אוכלוסייה, המערכת אינה יכולה להיות בשיווי משקל תרמודינמי, ודרוש לספק אנרגיה למערכת, פעולה זו נקראת "שאיבה".

בשביל לחזור על ההגבר פעמים נוספות, משתמשים במהוד אופטי כלומר בשתי מראות שדרך אחת מהן יש אפשרות לחלק קטן מהפוטונים להימלט, ואשר מרחקן זו מזו מתאים לאורכי הגל הרצוי. רוב הפוטונים הולכים הלוך וחזור בתוך המהוד, כך שהם יכולים לגרום לעוד ועוד פליטות מאולצות. הפוטונים שבורחים דרך אחת המראות הן אלה שיוצרים את הקרן.

[עריכה] סוגי לייזרים

קיימים כמה סוגי לייזרים, עבור שימושים שונים.

  1. לייזר גביש - הלייזר הראשון שהודגם היה מסוג "רובי" - Ruby. התגלה שבגביש זה (אבן אודם) ניתן לגרום להיפוך אוכלוסין על ידי העלאת האטומים לרמה מעוררת על ידי שימוש במנורות פלאש שמוקדו לתוך הרובי. הלייזר היה בצבע אדום נראה, בעל נצילות נמוכה ואורכי הגל שבהם פלט היו 694nm ,800nm ,810nm.
  2. לייזר גז - קיימים מספר גזים (ביניהם פחמן חד חמצני) שכאשר מייננים אותם ניתן ליצור בהם היפוך. לייזרים אלו יכולים לייצר הספק מוצא גבוה מאוד, ולכן לייזר גז מצוי בשימוש במערכת הנאוטילוס נגד קטיושות.
  3. לייזר מוליך למחצה - בעזרת הזרקת זרם לדיודה שעשויה מחומרים מוליכים למחצה ניתן ליצור היפוך באזור הצומת. ליצירת תדרים שונים ניתן להשתמש בחומרים שונים. לייזר מל"מ הנו לייזר זול לייצור, בעל נצילות גבוהה מאוד (מעל 95% בלייזר הכי פשוט), מסוגל לייצר הספק מוצא נמוך. מצוי בכל מכשיר CD ,DVD ועוד.

[עריכה] ראו גם