ما هي أشعة الليزر؟
مصطلح “الليزر” بالإنجليزية هو اختصار لعبارة “تضخيم الضوء بانبعاث الإشعاع المنشط”، ويُشير إلى مصدر ضوء فريد يُنتج شعاعًا مكونًا من موجات تسمى الطول الموجي. يتميز كل نوع من الضوء بطول موجي مختلف، حيث يكون الطول الموجي للضوء الأزرق أقصر مقارنة بالأحمر. تُعتبر أشعة الليزر قادرة على الانتقال في شكل شعاع ضيق، ويمكن تسليطها على نقطة صغيرة للغاية، مما يجعلها تُستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات والتقنيات.
أنواع أشعة الليزر
تنقسم أشعة الليزر إلى عدة أنواع، منها:
- أشعة الليزر فوق البنفسجية: تعتمد على الغازات التفاعلية مثل الكلور والفلور، وتختلط مع الغازات الخاملة مثل الأرجون والزينون والكريبتون. عندما يتم تحفيز هذه الغازات كهربائيًا، تُنتج جزيئات تقوم بإصدار الضوء ضمن نطاق الأشعة فوق البنفسجية.
- أشعة ليزر الحالة الصلبة: تحتوي على مواد ليزر محفوظة في قالب صلب، مثل ليزر النيوديميوم الذي يُنتج ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول 1064 نانومتر.
- أشعة أشباه الموصلات: تُستخدم هذه الأجهزة صغيرة الحجم بشكل شائع في مجالات متنوعة، وتمتاز بقلة استهلاك الطاقة، حيث يمكن استخدامها في أنظمة أكبر مثل طابعات الليزر ومشغلات الأقراص المدمجة.
- أشعة الليزر الغازية: تشتهر باستخدام غازات الهيليوم والهيليوم-نيون، مما ينتج الضوء الأحمر المرئي. كما تُنتج ليزرات ثاني أكسيد الكربون الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وتستخدم لقص المواد الصلبة.
- صبغ الليزر: تستخدم أصباغًا عضوية معقدة مثل رودامين 6G الموجودة في محلول سائل كمادة لإطلاقها، وتتميز بأنها قابلة للتعديل على نطاق واسع من الأطوال الموجية.
استخدامات أشعة الليزر
الماسحات الضوئية
تستخدم الماسحات الضوئية المتواجدة في المحلات التجارية مرآة دوارة تقوم بفحص شعاع أحمر عند مرور الموظف بالسلع عبر هذا الشعاع. تضبط أجهزة الاستشعار الضوئية الضوء المنعكس من الرموز الشريطية على المنتجات، حيث تقوم بفك هذه الرموز ونقل المعلومات المستخلصة إلى جهاز الكمبيوتر، مما يسهل إضافة أسعار المنتجات إلى الفاتورة.
التطبيقات الصناعية
يمكن أن تكون طاقة أشعة الليزر المركزة على نقاط صغيرة أو خلال فترات زمنية قصيرة هائلة، على الرغم من أن الطاقة الكلية لها قد تكون قليلة. تتيح الخصائص الفريدة لأشعة الليزر القيام بمهام دقيقة، ورغم تكلفتها العالية مقارنةً بالمثاقب والشفرات الميكانيكية، فإنها لا تُخرب المواد اللينة مثلما تفعل الأدوات التقليدية، وتجعلها مثالية لحفر ثقوب في مواد متعددة مثل الحلمات المطاطية والزجاجات، فضلاً عن تقطيع المواد الصلبة مثل الماس.
التطبيقات الطبية
يُعد الاستئصال الجراحي للأنسجة أحد أهم تطبيقات الليزر الطبية. تستخدم أشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون لحرق الأنسجة، حيث تمتص الخلايا الحية شعاع الأشعة تحت الحمراء. يمكن أيضًا استخدام ليزر لوقف النزيف في الأنسجة الغنية بالدم، مثل الجهاز التناسلي الأنثوي أو اللثة. تُستخدم اللقطات الأضعف من الليزر لعلاج الأوعية الدموية غير الطبيعية في شبكية العين لدى مرضى السكري، مما يُساعد في تقليل مخاطر العمى.
يمكن لأشعة الليزر التي يتراوح طولها الموجي حول ميكرومتر واحد اختراق العين لتلحم الشبكيّة المنفصلة أو إزالة الأغشية الضبابية نتيجة جراحة الساد. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أشعة الليزر في مجال الجلد لعلاج علامات الولادة وبعض أنواع الوشم، وكذلك لإزالة الشعر غير المرغوب فيه وتقليل التجاعيد.
علم القياس
يتم استخدام أشعة الليزر في القياسات البصرية للحصول على قياسات دقيقة جدًا لتحديد الموقع والسطوح البصرية أثناء الملاحة. كما تُستخدم في أخذ عينات بصرية لوصف الدوائر الإلكترونية الدقيقة مثل ضوئيات الميكروويف. تسمح مستشعرات الألياف الضوئية المستخدمة في الاتصالات، وتلك التي يتم فحصها بواسطة الليزر، بنقل البيانات لمسافات طويلة، خاصةً في الاتصالات بين الأقمار الصناعية.
المجال العسكري
تُستخدم أشعة الليزر كأسلحة طاقة موجهة في سياقات المعارك، حيث تُستخدم لتدمير الصواريخ والقذائف والألغام. كما تلعب الأشعة دورًا في تحديد الأهداف، وتعمل على إعاقة تقدم الجنود من خلال إحداث تعتيم أو عمي مؤقت في رؤيتهم.
أضرار أشعة الليزر
تنطوي أشعة الليزر على عدة أضرار محتملة للإنسان وللبيئة، ومن أبرزها:
- إصابة العين: يمكن أن تسبب أشعة الليزر ضررًا مباشرًا على العين عند تركيز شعاع طاقة ضيق، مما يؤدي إلى إتلاف الشبكية.
- إصابة الجلد: تتسبب عمليات التعرض لأشعة الليزر التي تتجاوز 10 ميكرو في الثانية في إصابات وحروق شديدة، وقد تؤدي إلى تلف الأنسجة.
- الصعقة الكهربائية: تعد الصعقات الكهربائية من المخاطر الشائعة المرتبطة بأنظمة الليزر، ويمكن أن تُسبب الوفاة.
- تلوث الهواء: تطلق أشعة الليزر مواد سامة، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات المناسبة عند استخدامها.
- خطر الاشتعال والانفجار: تعتبر قابلية الليزر لإشعال المذيبات القابلة للاشتعال مصدر خطر، وقد تؤدي إلى انفجارات.
معلومات متقدمة عن الليزر
ثمة معلومات متقدمة تبرز أهمية أشعة الليزر، أبرزها:
- تمتلك أشعة الليزر قوة شبيهة بقوة القنبلة الهيدروجينية.
- يُعتبر ضوء الليزر أكثر توازنًا من مصادر الضوء الأخرى.
- يمكن استخدام أشعة الليزر في الحفر على الماس.
- استخدم الليزر أول مرة في عام 1974 لقراءة رموز الباركود في المتاجر.
- تُستخدم أشعة الليزر في مجموعة من التطبيقات، بدءًا من جراحة العيون إلى قطع المعادن.
- تستخدم أشعة الليزر أيضًا في بعثات ناسا لدراسة الغلاف الجوي ورسم خرائط الكواكب.
تُظهر أشعة الليزر تنوعًا كبيرًا في الاستخدامات، حيث تشمل تطبيقاتها في مجالات الصناعة والطب، ومع ذلك، فإنها تأتي مع مخاطر مختلفة تتطلب اتخاذ تدابير السلامة اللازمة لحماية البشر والبيئة.