ليزر الهليوم نيون هو ليزر غازي و يعد من أشهر أنواع الليزر. يتم دراسة تركيب ليزر الهيليوم نيون و شرح مكوناته و من ثم خصائص الليزر.
تركيب ليزر الهيليوم نيون
- الذي يتكون من أنبوبة تفريغ کهربی مستقيمة من زجاج الكوارتز بها هليوم و نيون بنسبة عشرة إلى واحد.
- مصدر إثارة كهربي عالي التردد أو فرق جهد كهربى عالي مستمر، يسلط على غازي الهليوم والنيون داخل الأنبوبة.
- تجويف رنيني يوجد مرآتان مستويتان متوازيتان و متعامدتان على محور الأنبوبة توجد عند نهايتي الأنبوبة. معامل انعكاس الأولى 99.5 %. بينما الأخرى شبه منفذة ومعامل انعكاسها %98.
شرح ليزر الهيليوم نيون
يعمل مصدر الإثارة الكهربي على إثارة ذرات الهيليوم إلى مستويات طاقة عليا. ثم تصطدم ذرات الهيليوم المثارة بذرات النيون غير المثارة تصادم غير مرن فتنتقل الطاقة إلى ذرات النيون. و ذلك نظرا لتقارب قيم مستويات الإثارة بين الذرتين فتثار ذرات النيون. و عند نقل الطاقة في الهليوم المثارة إلى ذرة النيون يخلق انقلابا في توزيع الإلكترونات (حالة الإسكان المعكوس). أو أن الذرات المثارة تزداد بالنسبة للذرات المستقرة.
سنفترض أن عددا من ذرات النيون المثارة في المستوى شبه المستقر ستقوم بعملية انبعاث تلقائي نظرا لوجود إلكتروناتها في مستوى الإثارة الشبه مستقر. و هذا يعد فقط الشرارة التي يبدأ بها الإنبعاث المستحث لاحقا. حيث ينطلق فوتونات طولها الموجي 632.8 نانومتر بالانبعاث الثالقائي. فإذا اصطدم أحد هذه الفوتونات بذرة مثارة بحيث يكون الكترونها في المستوى شبه المستقر. فإنها تحث الإلكترونات كي تهبط للمستوي الأقل وتبدأ عندها عملية انبعاث مستحث لموجة (فوتونات) مطابقة للموجة الساقطة (فوتون). ونظرا لوجود عدد هائل من الذرات المثارة في مستوى الطاقة شبه المستقر (حالة الإسكان المعكوس) فإن الانبعاث المستحث يتوالى. و بالتالي تزداد عدد الفوتونات المنبعثة بالانبعاث المستحث. وتزداد شدة الموجات (الضوء) المنبعثة كلما مرت خلال ذرات الغاز . وتكون النتيجة النهائية هي حزمة مترابطة تمر خلال أنبوبة التفريغ (أشعة الليزر).
مجموعة الفوتونات التي تتحرك في اتجاه محور الأنبوبة تنعكس بفعل المرآتين العاكستين (التجويف الرنيني) فترتد بذلك مرة أخرى للوسط الفعال لتصطدم ببعض ذرات النيون في مستوى الإثارة شبه المستقر فسوف تحثها على إطلاق فوتونات (الإنبعاث المستحث) فيتضاعف بذلك عدد الفوتونات المتحركة داخل الأنبوبة بين المرأتين. تتكرر الخطوة السابقة عبر الإنعكاسات المتتالية فيتضاعف عدد الفوتونات (و تسمى هذه العملية تضخيم الشعاع الضوئي). تمتلئ الأنبوبة بالموجات المترابطة التي تنعكس إنعكاسات متتالية بين المرأتين الموجودتين عند طرفي الأنبوبة ، وبذلك تنشأ حزمة عالية الشدة جدا وأحادية اللون ومترابطة في نفس الوقت داخل الأنبوبة. يخرج جزء صغير من الحزمة المترابطة من الأنبوبة عبر المرأة (الشبه منفذة). و يبقى جزء كبير يتابع عملية الإنبعاث المستحث.
بالنسبة لذرات النيون التي هبطت إلى المستوى الأقل فإنها تعود لتصطدم بها ذرات هليوم أخرى، وتمدها بالطاقة لتصبح الكتروناتها مرة أخرى في مستوى الإثارة شبه المستقر. بينما يعمل مصدر الإثارة الكهربي لإبقاء ذرات الهليوم في حالة مثارة.
خصائص ليزر الهيليوم نيون
- ليزر غازي لأن المادة الفعالة غاز.
- يصدر ليزر مرئي (تحديدا في الجزء الأحمر من الطيف المرئي)
- طوله الموجي 632.8 نانومتر
- المادة الفعالة هي النيون
- ليزر He-Ne التجاري عبارة عن أجهزة صغيرة نسبيًا يمكن حملها في اليد.
مميزات ليزر الهليوم-نيون
- يصدر ليزر الهليوم-نيون ضوء ليزر في الجزء المرئي من الطيف.
- ثبات عالي
- منخفض الكلفة فيمكن استخدامة في المعامل و المختبرات.
- يعمل في درجات الحرارة العالية فلا يتاثر بإرتفاع درجة الحرارة.