אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  ספקים למשרד
|שלום אורח
התחבר
|הירשמו ל-ynet

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


לקרני הלייזר יישומים רפואיים רבים
לקרני הלייזר יישומים רפואיים רבים צילום: גטי אימג' בנק ישראל
 
 ניתוח לתיקון עדשת העין באמצעות קרן לייזר
ניתוח לתיקון עדשת העין באמצעות קרן לייזר צילום: דן בלילטי
 
 פורמט להדפסה  הדפס

ערכים קשורים
 תורת הקוונטים
 אטום
 אלקטרון
 אלקטרומגנטיות
 פוטון
 אלברט איינשטיין
 שיווי משקל
 אור
 גל
 אודם
 גלי מיקרו
 תדר
 רעש
 שעון
 אפנון
 סיבים אופטיים
 טלפון
 רדיו, שידור וקליטה
 תקליטור
 טיל
 מדע בדיוני
 יוזמת ההגנה האסטרטגית
 רקטות
 מולקולה


תחומים קשורים
 אלקטרוניקה
 מדידה
 מחשבים ואלקטרוניקה
 פיסיקה


 
 
 

לייזר ומייזר


Laser, Maser

עקרון הפעולה |  תכונות הלייזר והמייזר |  יישומי הלייזר והמייזר |  מידע נוסף |  בחנו את עצמכם

לייזר ומייזר, התקנים לייצור ולהגברה של קרינה אלקטרומגנטית תוך ניצול האנרגיה הטמונה באטומים ובמולקולות. ייחודם בכך שהם מפיקים קרינה קוהרנטית, כלומר בעלת אורך גל מוגדר ומופע אחיד, המכוונת באלומה צרה. השם הוא ר"ת של light / microwave amplification by stimulated emission of radiation, כלומר הגברת אור / גלי מיקרו ע"י פליטה מאולצת של קרינה. בלייזר אורכי הגלים הטיפוסיים הם 1 מיקרומטר ופחות (ובעיקר בתחום האור הנראה, אם כי ישנם לייזרים בעלי אורכי גל גדולים מזה, עד 11-10 מיקרומטר), ואילו במייזר הגלים ארוכים יותר (ובעיקר בתחום גלי מיקרו). את המייזר הראשון הציגו צ'רלס טאונס ותלמידיו ב-1954, ואת הלייזר הראשון - תיאודור מיימן, ב-1960.

 


עקרון הפעולה

תורת הקוונטים מתארת את האלקטרונים באטום כערוכים ב"קליפות", שכל אחת מהן מייצגת רמת אנרגיה מסוימת. המצב בעל האנרגיה הנמוכה ביותר נקרא מצב היסוד (או מצב הבסיס), ובו "שואף" האלקטרון להימצא, שכן זהו מצב של שיווי משקל. אם מיתוספת אנרגיה לאלקטרון (למשל ע"י חימום החומר), הוא עובר לרמת אנרגיה גבוהה יותר, הקרויה מצב מעוּרָר. אולם מצב זה אינו יציב, והאלקטרון חוזר למצב היסוד שלו תוך פליטת קרינה אלקטרומגנטית בצורת פוטון. תנודות כאלה עשויות להתרחש גם בלי כל גירוי חיצוני (פליטה ספונטנית של קרינה). לקרינה הנפלטת יש אורך גל אופייני, הנקבע לפי ההפרש בין רמות האנרגיה בין קליפות האלקטרונים באטומים של כל יסוד. ככל שההפרש גדול יותר (כלומר, האנרגיה של הפוטון הנפלט גבוהה יותר), כן אורך הגל קצר יותר, ותדירותו גבוהה יותר.

 

התבוננו בשלבים השונים של אופן פעולת הלייזר

 
בחומר שיש בו אטומים מעוּררים רבים, תיפלט קרינה כזו מכל האטומים, אך בלא כל תיאום ביניהם. אבל אלברט איינשטיין קבע ב-1917, על סמך שיקולים תיאורטיים, כי במצב שבו - בגוש נתון של חומר השרוי בתנאים של שיווי משקל תרמי - מספר האטומים המעוררים רב ממספר האטומים שאינם מעוררים, פגיעת אור (או גל אלקטרומגנטי אחר) באטום, באורך הגל האופייני לפליטתו של אטום זה ובמשך הזמן הקצר שבו הוא מעורר, תאלץ אותו לפלוט את עודף האנרגיה שלו כקרינה באותו אורך גל - במופע אחד עם הגל הפוגע. כלומר, הפסגות והמכתשים של שני הגלים חופפים אלה את אלה. קרינה שאלה מאפייניה נקראת קרינה קוֹהֶרֶנטית. אם התקבלה הקרינה ע"י "שטיפת" החומר בפוטונים באורך הגל המתאים, בתנאים שתוארו, זוהי קרינה מאולצת.

 

להסברת אופן פעולתו של הלייזר לאור עקרונות אלה, יתואר להלן הלייזר ה"ותיק" ביותר, המבוסס על גביש סינתטי של אבן אודם: מוט צר וארוך של הגביש הוקף בסליל תאורה הפולט הבזקים תדירים של אור, בדומה למבזֵק הצילום. אנרגיית האור הזה היתה גבוהה מאנרגיית הפליטה הטבעית של מולקולות האודם, והביאה לעירורן. תהליך זה נקרא "שאיבה". כך התקבל המצב הקרוי "היפוך אוכלוסייה", שבו רוב האטומים נמצאו במצב מעורר, ורק מיעוטם במצב היסוד. במצב זה, פליטה ספונטנית מאחת המולקולות היתה צפויה לפגוע במולקולה אחרת, מעוררת, ולאלץ אותה לפלוט פוטון, באותו אורך גל ובאותו מופע - פליטה מונוכרומטית קוהרנטית מאולצת. התהליך חזר על עצמו שוב ושוב, וכדי להגבירו נקבעו מראות בשני קצות המוט (צדדיו נותרו שקופים, כדי לאפשר את חדירת הקרינה המעוררת). פוטונים שהגיעו למראה ופגעו בה הוחזרו ממנה, והמשיכו להשתתף בתהליך הלזירה. בסופו של דבר בקעו מחור באחת המראות פוטונים מונוכרומטיים (בעלי אורך גל זהה) וקוהרנטיים (בעלי מופע זהה) באלומה צרה ועתירת אנרגיה.

 

תהליך זה לא היה יעיל ביותר, כלומר, היחס בין האנרגיה המושקעת לאנרגיית הלייזר המתקבלת היה נמוך, אך הוא שוכלל במרוצת הזמן. נמצאו חומרים אחרים רבים שיכולים לפלוט אלומות לייזר בעירור מתאים - חלקם מוצקים, חלקם נוזליים וחלקם גזיים. נמצאו גם דרכים נוספות לעירור החומר הלוֹזר, לאו דווקא בהבזקים של אור (למשל, בהעברת זרם חשמלי, בתגובות כימיות, או אף בלייזר נוסף).

 

חסרונו של לייזר המצב המוצק בכך שהוא מתחמם מאוד, ולכן עלול להתבקע. לייזרים נוזליים אינם סובלים מבעיה זו, ולכן הם עדיפים, אך מספר הנוזלים המסוגלים ללזור אינו רב. לעומת זאת, מספר גדול יחסית של גזים (טהורים או בתערובת) מסוגלים להפיק אלומות לייזר. כיום עומד לרשותנו מספר רב של דרכים ושיטות לבניית לייזרים בשיטות שאיבה שונות ומחומרים שונים, שכל אחד מהם מתאים לדרישות יישומיות אלה ואחרות.

 

בכל המקרים, בצאתה מהלייזר נוהגת אלומת הפלט ככל אלומת אור אחרת, ואפשר להעבירה דרך עדשות, להחזירה ממראות וכדומה.

 


תכונות הלייזר והמייזר

קוהרנטיות: מקורות אור וקרינה אלקטרומגנטית אחרת פולטים בד"כ גלים שאינם מתואמים, באורך או במופע. התהליך דלעיל מבטיח תיאום בין הגלים הנפלטים מן המולקולות השונות, והגלים המרכיבים אלומת קרינה נעים באותו מופע (פאזה).

מונוכרומטיות: רוב ההתקנים המיועדים לפליטת גלי מיקרו ואור אינם יוצרים קרינה מונוכרומטית (בעלת אורך גל אחד, כלומר תדירות מדויקת), אלא תערובת של גלים באורכי גל שונים. לכל התקן כזה תחום אופייני של אורכי גל, רחב פחות או יותר. אך תחום זה הוא צר מאוד בלייזר ובמייזר. בהשוואה לכל התקן אחר לפליטת גלים אלקטרומגנטיים, אפשר לראות בהם יוצרי קרינה מונוכרומטית.

מיעוט רעש : איכותו של מגבר מאופיינת, במידה רבה, ע"י מידת ה"רעש" שבו. כלומר, האות הנפלט מן המגבר כולל, לצד ההגברה של האות המקורי, גם "תרומה" נוספת של המגבר, שאינה מייצגת את האות המקורי אלא נובעת מתהליכים המתרחשים במגבר. רעש זה משבש את האות במידה רבה או מעטה. הלייזר והמייזר עשויים לשמש כמגברים בעלי רמת רעש נמוכה מאוד, בהשוואה לכל התקן הגברה אחר.

ריכוז האלומה: גלים אלקטרומגנטיים נוטים להתפשט בכל הכיוונים, ואם יש צורך בהפנייתם לכיוון אחד, משתמשים בהתקנים מיוחדים לכך (מחזירי אור); לאלה חתך פרבולי בד"כ, משום שתכונותיה המתמטיות של הפרבולה גורמות לכך שקרן אור שיצאה מן המוקד ופגעה בדופן צדדי תוחזר ממנו במקביל לציר הפרבולה. אולם גם המשוכללים בהתקנים האלה יוצרים אלומה רחבה למדי, ההולכת ומתבדרת במהירות עם התפשטותה. בלייזר ובמייזר, לעומת זאת, אלומת הקרינה הנפלטת מרוכזת בתחום צר, בגלל המונוכרומטיות, הקוהרנטיות ומבנה הדפנות התוחמים את האזור הפעיל. כך אפשר לקבל ריכוז גבוה במיוחד של הקרינה. נוסף על כך, האלומה שומרת על רוחבה עד למרחק רב ואינה מתבדרת כאלומה של אור רגיל.

 


יישומי הלייזר והמייזר

תכונות אלה של הלייזר והמייזר אחראיות לשלל יישומיהם בתחומי החיים השונים. לדוגמה, התדירות המדויקת מאפשרת להשתמש בהם כקוצבי זמן (בשעונים אטומיים). מעצם מהותם, הם מהווים מגברים: אות חלש שנמסר ללייזר כקלט להתחלת הפליטה יכול להפוך לאות פלט חזק מאוד, בתהליך המתואר לעיל. ריכוז האנרגיה באלומה בעלת חתך רוחבי מצומצם מאפשר להשתמש בלייזר בתעשייה, לצורכי חיתוך, ניסור, ריתוך ועוד. ברפואה נמצאו לו יישומים רבים כ"אזמל ניתוח" מדויק ביותר, שכן אפשר ליצור אלומת לייזר שרוחבה נופל מזה של החדים בסכינים. זאת ועוד, מכיוון שפעולתה על הרקמה החיה היא צריבה ולא ביתור, היא גורמת פחות נזק לרקמות שמסביב לאיזור הטעון חיתוך, ובה בעת מונעת דימום.



במשטרת ישראל נעשה שימוש באקדחי לייזר כמד מהירות (צילום: דייגו מיטלברג)

 

אלומת לייזר או מייזר מאופננת יכולה לשמש לשידור אותות למרחקים גדולים. בעזרת מנחה גלים, אפשר להעביר אלומה כזו בסיב אופטי כתחליף לקו טלפון מתכתי, ולכן הלייזר והמייזר יכולים לשמש בתקשורת קווית ואלחוטית כאחת. אחד מיתרונותיהם מתבטא בכך ששידור במייזר אינו מתפזר לכל עבר, כדרכו של שידור רדיו רגיל, אלא נע בקו ישר אל מטרתו ולכן היכולת ליירטו קטנה יותר.

במדידות, החזרת אלומת לייזר ממטרה יכולה למדוד את מרחקה מנקודת המוצא בדיוק נמרץ, והשימוש בשיטה זו נפוץ אף בספורט, למדידת מרחקים במקצועות כמו יידוי כידון או הדיפת כדור ברזל. אלומות הלייזר והמייזר הן מונוכרומטיות, כאמור, ואלומה שפוצלה לשתי אלומות נפרדות יוצרת את תופעת ההתאבכות, שעליה מתבססת המדידה. בדרך דומה פועלת קרן הלייזר בכונן תקליטורים.

 

תצפית ישירה בתבנית ההתאבכות הקרויה "טבעות ניוטון" מאפשרת למדוד משטחים מלוטשים ולקבוע אם הם חלקים לגמרי, או יש בהם פגמים כלשהם. יישום אחר של הלייזר הוא בהולוגרפיה - יצירת תמונה תלת ממדית.

 

בתחום הצבאי, יישום חדשני של הלייזר הוא יירוט טילים. במשך שנים תוארו בספרות המדע הבדיוני ובסרטיו "קרני מוות" הרסניות, ורעיונות מעין אלה, שהתבססו על קרני לייזר, נכללו ביוזמת ההגנה האסטרטגית שעליה הכריזה ארה"ב ב-1983. בשנים האחרונות הוחל בפיתוחן של מערכות מסוג זה, כגון "נאוטילוס" - פיתוח ישראלי-אמריקני ליירוט טילי "קטיושה" - ועוד.

כאמור לעיל, אפשר להפיק קרני לייזר ומייזר ממגוון של חומרים - מוצקים, נוזליים וגזיים. לכל חומר כזה תכונות שונות במה שנוגע לפליטת אור מאולצת, ומשום כך הלייזרים והמייזרים שונים אלה מאלה בהתאם לחומר שממנו נעשו. לכל יישום, יש סוגי לייזר ומייזר מתאימים יותר או פחות.

 


מידע נוסף

 

קרני לייזר ומעבדי מחשב - בחודש שעבר פירסמה אינטל פריצת דרך מדעית שעשו חוקרים במעבדת הפוטוניקה שלה, אבל את רוב הקוראים זה לא הרשים. אז מה אם מדעני אינטל הצליחו להפיק קרן לייזר רצופה מגביש סיליקון? מה החידוש בכך ולמה זה חשוב? הנה הסבר בשפה מובנת. כתבה באתר ynet.

לכתבה המלאה - לחצו כאן

 

כבר לא מדע בדיוני: נשק מבוסס לייזר- קרן הלייזר, שהלהיבה את דמיונם של מיליונים בסרטי המדע הבדיוני, תהפוך בקרוב נשק לכל דבר. בארה"ב בוצע כבר ניסוי מוצלח בקרן התוקפת לויינים וטילים ממטוס בואינג, ונמשכת העבודה על הנאוטילוס נגד קטיושות

לכתבה המלאה - לחצו כאן

 


בחנו את עצמכם

.

 


יש לכם הערה לערך ?


חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ynet בסלולר
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
שופינג לאשה
כיכר השבת
יחסים
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
ידיעות בתי ספר
ידיעות אחרונות
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות


YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
-nc  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©