איך עובדים לייזרים?

כולנו מכירים את טכנולוגיית הלייזר שרובנו גם משתמשים בה בחיי יום יום. לייזר היא אחת ההמצאות החשובות בתחום האופטיקה ואודות לה אנחנו יכולים ליהנות ממגוון אמצעים מאוד יעילים גם בחיי יום יום ובתחום המחשבים. צורבים, סידירומים- כל אלה מבוססים קודם כל על לייזר שהוא המרכיב החשוב ביותר של האמצעים האלה. ישנם סוגים רבים של לייזרים בתעשייה, ברמות שונות ובשימושים שונים ובכתבה שלפניכם אני אנסה בקצרה לתת הסבר מקיף פחות או יותר על איך פועל לייזר ומהי הטכנולוגיה העומדת מאחוריו.

קצת פיסיקה בסיסית:

כפי שאתם בוודאי יודעים כל דבר בעולמנו מורכב מאטומים. אטומים הם מן אבני בניין קטנים שמרכיבים כל דבר ביקום הזעיר שלנו. אטומים מאידך מורכבים מחלקים עוד יותר קטנים: פרוטונים, ניוטרונים ואלקטרונים. שני הראשונים מרכיבים את גרעין האטום ואילו אלקטרונים שהם פי כמה וכמה קטנים יותר מהגרעין, וגם קלים יותר נמצאים מסביב לאטום ומסתובבים להם בכיף מסביב לגרעין כשהם מקפידים לא להתרחק יותר מדי. אבל עם כל הבלגאן עם האלקטרונים גם שם יש סדר מסוים. בכל אטום יש רמות אלקטרונים, רמה בסיסית, רמה אחת, שניה וכך הלאהכשהרמה הבסיסית היא הקרובה ביותר לגרעין וככל שאני מתקדמים עם הרמות כך אנו מתרחקים מהגרעין. עכשיו, האלקטרונים מסתובבים בד"כ ברמות נמוכות כי כדאי לעלות לרמה גבוהה יותר צריכים אנרגיה. האנרגיה יכולה לבוא בצורה של חום, חשמל או כל צורה אחרתבכל מקרה ברגע שהאלקטרון מקבל את האנרגיה הדרושה לו לעלות רמה הוא מנצל אותה ועולה. אבל לעומת הרמות הנמוכות שהן יציבות הרמות הגבוהות הן ממש לא יציבות והאלקטרון שואף לחזור לרמה נמוכה. אבל מה לעשות עם האנרגיה שהוא קיבל כדי להעלות רמה? חברנו האלקטרון נפטר ממנה בצורה של פוטון, חלקיק אור שהוא משחרר. וככה כשהאלקטרון יורד רמה הוא בעצם משחרר אור. ככה גם פועלות נורות "אור יום" בכיתות ובבתים שלכם וכך גם פועלים מכשירים רבים נוספים הפולטים אור, ביניהם גם לייזר

השאלה שנשאלת עכשיו מאידך היא למה קרן לייזר היא כל כך דקה ומונוכרמטית(בעלת צבע אחד בלבד). הפתרון נעוץ בעובדה פיסיקלית פשוטה שאני תכף אנסה להסביר לכם. כשאלקטרון משחרר אנרגיה וזאת נהפכת לפוטון, הפוטון הוא בעל אורך גל מסוים, כשאורך גל תלוי בכמות האנרגיה ששחרר האלקטרון. וכמו שאתם כבר מנחשים אורך גל מתורגם לצבע אחד בלבד ולא מגוון הצבעים. לדוגמא לייזר כיס שבוודאי כולכם ראיתם מספק פוטונים בעל אורך גל של 660-690 NM (ננומטר) שזהו אורך גל ארוך יחסית. רק להשוואה האור הנראה הוא בתחומים של 400-700 NM . צבע האור שנמצא בתחום ה690 NM הוא כמו שניחשתם הוא בעל גוון אדום. ישנם לייזרים כמובן גם בצבעים אחרים אבל רוב הלייזרים פועלים בתחום האינפרא אדום ולכן גם צבעם הוא אדום. הפוטונים נעים בקרן דקה מאוד בגלל המבנה הייחודי של לייזר שגורם לפוטונים לנוע בקו אחיד ולא להתפזר לכיוונים שונים כמו שקורה בפנס.

כמו כן ישנם סוגים רבים של לייזרים. יש כאלה שנמצאים בשימוש של תעשייה, אלה לייזרים חזקים מאוד מסוגלים לחתוך מתכות. מצד שני יש את הלייזרים הביתיים, שמוכרים בכל קיוסק, אלה משמשים בעיקר להציק לשכנים ובמקור נועדו למורים כדי לשמש בהרצאות ובשיעורים בכיתה. עוצמת הלייזר תלוי בעיקר בסוג החומר שבו משתמשים כדי להפיק את קרן האור ועוצמה של מקור כוח חיצוני. לייזרים העשויים גבישים, בעיקר רובי הם חלשים יחסית וכמו שאמרתי השימוש העיקרי בהם הוא בחיי היום יום, לעומתם לייזרים בתעשייה מונעים בעיקר על ידי תערובות של גז המסוגל להפיק קרן הרבה יותר חזקה ועוצמתית, הדורשת גם קצת יותר מסוללת אצבע כדי לתפעלה.

לייזר כיס ממוצע:

לייזר של תעשייה:

ללייזרים ניתנו גם דרגות בטיחות שונות כדי להזהיר את המשתמשים. לליזרים ביתיים ניתנת בד"כ הערכת בטיחות יחסית לא גבוהה ואילו לליזרים יותר עוצמתים כבר ניתנות הוראות בטיחות קפדניות כי כל מגע של קרן עם האור עלול להביא לתוצאות קטלניות.

אני מקווה שההסבר שלי היה כמה שיותר מובן בשבילכם, במיוחד לאלה שעדיין לא למדו פיסיקה. בכל מקרה אם יש שאלות נוספות, תשאלו ואני אנסה לענות כמיטב יכולתי.

אחי נתת הסבר קלאסה והבנתי ה-כ-ל תמשיך ככה זה באמת מעניין!

כל הכבוד על ההסבר!!

ההסבר פשוט מצוין!

רק כדי לתת אומדן בנוגע לעוצמתה של קרן לייזר -

עוצמת קרן לייזר של סמני לייזר היא פחות מ 0.0005W!

לייזר שמסוגל לחתוך מתכת עובד ב 0.5W עד 2W.

ולצורך השוואה - מאורר מארז סטנדרטי צורך בין 1.7W ל 2W.

אז עם אני יחבר את הלייזר שלי לחשמל של המאורר הוא יוכל לחתוך מתכת?! ;D (בצחוק)