الفيزياء · المسرد

ما معنى جوف الليزر؟

يُعرف أيضًا باسم: ليزر

تعريف 23.7 الفيزياء الجامعية — السنة الثانية · الفصل 23 — الليزر: الإصدار المستحثّ والحزم الغاوسية

الليزر وسط مضخّم طوله \ell موضوع بين مرآتين (انعكاسيتاهما R1R_1 و R2R_2) تبعد إحداهما عن الأخرى LL: أي جوف فابري–بيرو (الفصل 21). وإحدى المرآتين، وهي مقرِن الخرج، نافذة جزئيًّا (T2=1R2T_2 = 1 - R_2 بضعة في المئة) وتُخرج الحزمة. والضوء الذي يدور في الجوف يُضخَّم مرتين بالوسط ويُوهَن بالمرآتين وبسائر الضياعات (التبعثر والامتصاص والحيود).

منحني ربح الوسط (وعرضه )، والعتبة التي تضعها الضياعات، ومشط أنماط الجوف المتباعدة c/2L: فلا يتذبذب إلا ما يقع تحت المنحني وفوق العتبة من الأنماط (وهي الغليظة).
منحني ربح الوسط (وعرضه Δν\Delta\nu)، والعتبة التي تضعها الضياعات، ومشط أنماط الجوف المتباعدة c/2Lc/2L: فلا يتذبذب إلا ما يقع تحت المنحني وفوق العتبة من الأنماط (وهي الغليظة).

أمثلة

مثال 23.11 (ليزر الهليوم–نيون)

أنبوب زجاجي طوله 30cm30\,\mathrm{cm}، وتجويفه 1mm1\,\mathrm{mm}، فيه هليوم ونيون عند نحو جزء من ألف من الجوّ، يعبره تفريغ بضعة مليأمبيرات. وتثير الإلكترونات الهليوم إلى مستوٍ شبه مستقر عند 20.6eV20.6\,\mathrm{eV}، وهو يسلّم طاقته بالتصادم إلى مستوي نيون على الارتفاع نفسه تقريبًا؛ ومن هناك ينحلّ النيون إلى مستوٍ أدنى (يفرغ سريعًا إلى الحالة الأساسية — أي رباعي المستويات) بالإصدار عند 632.8nm632.8\,\mathrm{nm}. والربح عند الإشارة الصغيرة ضئيل، بضعة في المئة في كل مرور، فيجب أن تكون المرآتان ممتازتين (R1=0.999R_1 = 0.999، و R2=0.99R_2 = 0.99) والأنبوب نظيفًا؛ وخط الربح معرَّض دوبلريًّا إلى Δν1.5GHz\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}، والأنماط متباعدة c/2L=500MHzc/2L = 500\,\mathrm{MHz}، فيتذبذب نمطان أو ثلاثة معًا. والخرج 1mW1\,\mathrm{mW} من أجل عدة واطات من التفريغ: أي مردود 10410^{-4}؛ لكن بطول موجة معيَّن حتى 10610^{-6} وحزمة تبقى بعرض 1mm1\,\mathrm{mm} عبر المخبر.

مثال 23.14 (القطع والقراءة والتأشير)

ليزر ثنائي أكسيد الكربون 1kW1\,\mathrm{kW} عند 10.6µm10.6\,\text{µ}\mathrm{m}، ونصف قطر حزمته 10mm10\,\mathrm{mm}، مجمَّعًا بعدسة f=100mmf = 100\,\mathrm{mm}: w0=34µmw_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}، وذروة الاستضاءة 2P/πw02=5×1011W/m22P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2} — فيغلي الفولاذ. ومؤشر 1mW1\,\mathrm{mW}، w0=0.5mmw_0 = 0.5\,\mathrm{mm} عند 633nm633\,\mathrm{nm}: θ=0.4mrad\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}، أي بقعة 4cm4\,\mathrm{cm} على 50m50\,\mathrm{m}، واستضاءة 2.5kW/m22.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2} عند المخرج — أي فوق ضوء الشمس، ولهذا يجب ألا يدخل حتى المليواط عينًا: إذ تجمّعه عدسة العين في بقعة 10µm10\,\text{µ}\mathrm{m} على الشبكية بملايين الواطات في المتر المربع. وقارئ قرص عند 650nm650\,\mathrm{nm} بعدسة فتحتها العددية 0.60.6 يجمّع في نحو λ/2NA0.5µm\lambda/2\mathrm{NA} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}، أي حجم حفرة.

اقرأ في الفصل ←