استخدامات أشعة الليزر في مجالات مختلفة

ما هو الليزر؟

مصطلح “الليزر” باللغة الإنجليزية هو اختصار لـ “تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز”، وهو مصدر فريد من نوعه للضوء ينتج شعاعًا يمتاز بموجات تُعرف بالطول الموجي. لكل نوع من الضوء طول موجي مختلف؛ فمثلاً، يكون الطول الموجي للضوء الأزرق أقصر من ذلك الخاص بالضوء الأحمر. هذه الأشعة تنتقل في شكل مجموعة متقاربة يمكن توجيهها على مساحة صغيرة جداً. وقد تم اعتماد استخدام الليزر في مجالات عديدة وتقنيات متنوعة.

أنواع الليزر

توجد أنواع مختلفة من الليزر، منها ما يلي:

• الليزر فوق البنفسجي: يعتمد على غازات مثل الكلور أو الفلورا المختلط مع غازات خاملة كالأرجون أو الزينون أو الكريبتون. عندما تُحفز هذه الغازات كهربائيًا، تنتج جزيئات بدائية تقوم بإصدار الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.
• الليزر الحالة الصلبة: يحتوي على مواد ليزرية موجودة داخل قالب صلب، مثل الليزر النيوديميوم الذي يصدر أشعة تحت الحمراء بطول 1064 نانومتر.
• الليزر شبه الموصل: يتميز بحجمه الصغير واستخدامه لمستويات منخفضة من الطاقة، حيث يُستخدم في نظم أكبر مثل طابعات الليزر أو مشغلات الأقراص المُدمجة.
• الليزر الغازية: أشهر أنواعها هي ليزر الهيليوم وهيليوم-نيون، والذي ينتج الضوء الأحمر المرئي. بينما يعمل ليزر ثاني أكسيد الكربون على توليد الأشعة تحت الحمراء ويستخدم في قطع المواد الصلبة.
• الليزر الصبغي: يعتمد على الأصباغ العضوية ذات التركيب المعقد مثل رودامين 6G، والتي يمكن ضبط أطوالها الموجية على نطاق واسع.

استخدامات الليزر

الماسحات الضوئية

تحتوي الماسحات الضوئية المستخدمة في المتاجر على مرآة دوارة تفحص شعاعًا أحمر حين يُمرَر العامل السلع عبره. تقوم حساسات بصرية بضبط الضوء المنعكس عن رموز شريطية على المنتجات، ثم تفكك هذه الرموز وتنقل المعلومات المعالجة إلى جهاز الكمبيوتر، ممّا يتيح إضافة السعر إلى الفاتورة.

التطبيقات الصناعية

يمكن أن تكون طاقة أشعة الليزر التي تُركز على نقاط صغيرة وعلى فترات زمنية قصيرة هائلة، رغم أن الطاقة الإجمالية لشعاع الليزر قد تبدو صغيرة. تتميز أشعة الليزر بقدرتها على القيام بمهام معقدة، ورغم تكلفتها العالية مقارنة بالمثاقب أو الشفرات الميكانيكية، إلا أنها لا تسبب تشويهًا للمواد المرنة. يُمكن استخدامها لحفر ثقوب في مواد متنوعة، مثل الحلمات المطاطية، كما تستطيع أشعة الليزر تقطيع مواد ذات صلابة عالية، مثل الألماس.

التطبيقات الطبية

يُعتبر الاستئصال بالليزر من أبرز التطبيقات الطبية، إذ تقوم أشعة لليزر ثاني أكسيد الكربون بحرق الأنسجة، وهو الأمر الذي يحدث بسبب امتصاص الماء، المكون الأساسي للخلايا الحية، للأشعة تحت الحمراء. يُمكن استغلال الليزر لإيقاف النزيف في الأنسجة الغنية بالدم، كما يُستخدم في كي الجروح. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام نبضات ليزر منخفضة الكثافة لتدمير الأوعية الدموية غير الطبيعية، مما يساعد في تقليل احتمالية الإصابة بالعمى لدى مرضى السكري.

يمكن لأشعة الليزر ذات الطول الموجي القريب من ميكرومتر واحد أن تخترق العين وتعيد الشبكية المنفصلة إلى مكانها، أو تزال الأغشية الداخلية التي غالباً ما تتضح بعد جراحة الساد. كما يُستخدم الليزر لعلاج مشاكل الجلد عن طريق تبييض علامات الولادة الحمراء الداكنة وإزالة الشعر غير المرغوب فيه.

علم القياس

تستعمل أشعة الليزر في قياسات الموقع الدقيقة وتحديد السطوح البصرية خلال العمليات الملاحية. تُستخدم أيضًا في أخذ عينات بصرية لوصف الدوائر الإلكترونية الدقيقة، ويسمح استخدام مستشعرات الألياف الضوئية بفحص البيانات الطويلة المدى في الفضاء، لاسيما في الاتصالات بين الأقمار الصناعية.

المجال العسكري

تُعتبر أشعة الليزر أسلحة طاقة موجهة تُستخدم في المعارك، لتدمير الصواريخ والقذائف. تعمل أيضاً كأدوات لتحديد الأهداف ومنع تقدم الجنود عن طريق حجب الرؤية أو التسبب في عمى مؤقت.

مخاطر أشعة الليزر

هناك العديد من المخاطر التي قد تسببها أشعة الليزر، سواء كانت مباشرة على صحة الإنسان أو على البيئة. أبرز هذه المخاطر تشمل:

• إصابات العين: يمكن أن تُسبب أشعة الليزر ضررًا مباشرًا للعين البشرية، خاصةً عند تركيز شعاع طاقة ضيق على الشبكية. هذا الضرر يحدث بسبب حرارية بعض أجزاء الشبكية التي تمتص الضوء، مما يؤدي في بعض الحالات لإحداث بقعة فارغة تتطلب استبدال الشبكية.
• إصابات الجلد: يُمكن أن تؤدي التعرض إلى أشعة الليزر بمعدلات تفوق 10 ميكرو في الثانية إلى حروق وإصابات جلدية تختلف في شدتها.
• الصعقة الكهربائية: تُعتبر الصعقة الكهربائية هي السبب الرئيسي في حالات الوفاة المرتبطة بأنظمة الليزر، وغالبًا ما تنتج عن أشعة الليزر ذات التردد العالي.
• تلوث الهواء: قد ينتج عن الليزر مواد سامة، لذا يُنصح باستخدام وسائل السلامة المناسبة عند العمل بالليزر.
• خطر الاشتعال والانفجار: تتمثل المخاطر في قدرة الليزر على إشعال المواد القابلة للاشتعال، مما يمكن أن يؤدي إلى انفجارات.

معلومات متقدمة عن الليزر

هناك مجموعة من المعلومات المتقدمة المهمة حول الليزر، من أهمها:

• يمتلك الليزر طاقة تعادل طاقة القنبلة الهيدروجينية.
• يعتبر ضوء الليزر أكثر توازنًا من مصادر الضوء الأخرى.
• يُستخدم شعاع الليزر في الحفر على الألماس.
• تم استخدام الليزر لأول مرة في عام 1974 كماسح للباركود في المتاجر.
• الليزر يستخدم في العديد من العمليات التقنية بما في ذلك القطع وتجهيز المعادن والجراحة التجميلية.
• تُستخدم أشعة الليزر في بعثات ناسا لدراسة الغلاف الجوي ورسم خرائط للمدار الخاص بالكواكب والأقمار.

إن أشعة الليزر هي نوع من الإشعاع الضوئي ذو الأطوال الموجية المتنوعة، ويستخدم في عدة مجالات مثل الطب والصناعة، ولكنها قد تكون خطرة في حال عدم اتخاذ احتياطات السلامة، مثل مخاطر إصابة العين والجلد.