منتدى علوم المنصورة
نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Ezlb9t10


منتدى علوم المنصورة
نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Ezlb9t10

منتدى علوم المنصورة
هل تريد التفاعل مع هذه المساهمة؟ كل ما عليك هو إنشاء حساب جديد ببضع خطوات أو تسجيل الدخول للمتابعة.

منتدى علوم المنصورةدخول

اهلا بك يا زائر لديك 16777214 مساهمة


descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
يعد الليزر الآن من أهم التقنيات المستخدمة علميا ونظرا لأهميته البالغة سوف نتطرق لنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر وطبيعته والتعرف عليه عن قرب




من المعروف انه اول من جاء بنظريه صحيحه للضوء هو العالم العربي ابن الهيثم حيث خالف علماء اليونان وقال ان الضوء شيئ يخرج من الجسم المضيئ في جميع الاتجاهات فان وافق ووصل للعين تحسست به وتسبب في رؤيه الجسم الذي انبعث منه الضوء او الذي انعكس منه وبذلك قد فسر سبب عدم الرؤيه في الظلام .


وبعدها ظهرت في القرن السابع عشر نظريتين مختلفتين الاولى وضعها نيوتن نتيجه لتجاربه وهي النظريه الجسيميه corpuscular دون الاشاره الى هذه الجسيمات والثانيه وضعها هويكنز وهي النظريه الموجيه وكلا النظريتين فسرت نفس الظواهر الا انهما اختلفتا في تفسير وأستنتاج سرعه الضوء في الاوساط الماديه المختلفه .
فوفقا لنيوتن يجب ان يزداد الضوء في الوسط الاكثر كثافه وحسب هويكنز يجب ان يقل وبقيت هناك ظواهر كانتشار الضوء وانتقال الطاقه والانعكاس والانكسار الا ان اوضح فوكو و فيزو ان سرعه الضوء في الماء اقل من الهواء تبع ذلك نجاح فرنك ويوك في تجاربهما في ظاهرتي الحيود والتداخل والتين لا يمكن تفسيرهما الا حسب النظريه الموجيه وبذلك كان النجاح للنظريه الموجيه



الا ان ماهيه الموجات كانت مبهمه ولا بد من وسط لانتقالها وفعلا فرض الاثير



وفي عام 1864 نجح ماكسويل من خلال دراسته للمغناطيسيه والكهربائيه في وضع اسس النظريه الكهرومغناطيسيه للضوء وقال ان ماهيه هذه الموجه اضطراب يتالف من مجالين مستعرضين المجال الكهربائي والمغناطيسي ويتغلل هذا الاضطراب في الاثير بسرعه الضوء


وستنتج ان سرعه الضوء = 1 / < السماحيه الكهربائيه للوسط xالنوفوذيه المغناطيسيه>^0.5 =3x10^8



لم يكن لوجود الاثير القناع لاثارته جدلا ومصاعب لكن انشتاين فرض النظريه النسبيه التي اثبتت بان تواجد وسط مثل الاثير غير ضروري لانتقال الموجه الكهرومغناطيسيه وأنتهى ذلك الجدل


ونتيجه لهذه النظريه تعتبر موجات الضوء تذبذبات كهرومغناطيسيه تتالف من تغيرات تحصل في شده المجالين المستعرضين الكهربائي والمغناطيسي ويجوزوجودهما في الفراغ المطلق الخالي من الماده خلوا مطلق



وبالرغم من نجاح النظريه الكهرومغتاطيسيه الا انها لم تفسر الطيف الذري والامتصاص والانبعاث والاشعاع الحراري واشعاع الجسم الاسود والانبعاث الكهروضوئي وجميع هذه الظواهر تتعلق بكيفيه تعامل الاشعاع الكهرومغناطيسي
مع الماده



والحاجه الى تفسير هذه الظواهر ادى الى النظريه الكميه للاشعاع وضعها ماكس بلانك عام 1900 في محاولته لتفسير التوزيع الطيفي لاشعاع الجسم الاسود اذ فرض ان الموجات الكهرومغناطيسيه عند تعاملها مع الماده تتصرف وكانها تتالف من جسيمات طاقه كل جسيم طاقه يدعى كم quantum وان الطاقه الكهرومغناطيسيه حسب هذه النظريه تشع او تمتص على شكل كمات غير قابله للتجزئه تدعى الفوتونات وتتناسب هذه الطاقه مع تردد الاشعاع وتخضع للمعادله


طاقه الفوتون =ثابت بلانك xالتردد


ثابت بلانك=6.626x10^-34 جول.ثانيه


وتعد طاقه الفوتون بوحدات الجول



ثم جاء انشتين عام 1905 واثبت النظريه في تفسير ظاهره الانبعاث الكهروضوئي ثم نجح يور 1913 في تفسير الطيف الخطي لذره الهيدروجين ونجح في تطوير نظريه بور-رذرفورد في وضع نموذج في التركيب النووي للذره . وفي عام 1925 اشترك كل من دي بروكلي و شرويدنجر و ديراك في بناء هيكل النظريه الكميه الجديده والتي تدعى بالميكانيك الكمي او الموجي متظمه اسس النظريه الكميه القديمه كما استخدمت في تفسير ظواهر جديده خاصه بتلك الموجات الملازمه لدقائق الماده والفيزياء النوويه
.

يتبع...

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ..

مقدمة مبسطه وخفيفه نور ..

شكرا على المعلومات المفيدة .. وفي انتظار البقيــة ..

تحيّــاتي ..

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
أحـــلـى دنيــا:
شكرا لمرورك الكريم ومتابعتك نورتى الموضوع ..

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
سنكمل معا اليوم بعض النظريات الهامة والضرورية لفهم الليزر




النظرية الكهرومغناطيسية لماكسويل

ليكن لدينا سلك يسري فيه تيار كهربائي فاته سوف يتولد مجال مغناطيسي حول هذا السلك حسب قانون أمبير .
وان هذا المجال سوف يتولد بسبب حركه خطوط المجال الكهربائي وسيكون المجالان متعامدان على بعضهما . فإذا كان سير هذه الشحنة بسرعة منتظمة فان المجالان الكهربائي والمغناطيسي يكونان منتظمان أيضا وشده كل منهما ثابتة مع الزمن وهذا يعني إن الشحنة التي تسير بسرعة منتظمة لا تشع طاقه كهرومغناطيسية لان الطاقة الكلية مقدار ثابت مع الزمن .
أما إذا كانت الشحنة تتحرك بتعجيل فسوف تتغير شده كل منهما وتصبح الشدة للمجالين معتمده على الزمن وتتغير الطاقة الكهرومغناطيسية مع الزمن أيضا .كل ذلك يودي إلى توليد إشعاع كهرومغناطيسي ينتشر في الفراغ بسرعة الضوء .
وبذلك فان تعجيل الشحنة يولد نبضه من الإشعاع الكهرومغناطيسي

الخلاصة
نظريه ماكسويل تقول : ينبعث الإشعاع الكهرومغناطيسي متى ما تحركت الشحنة بتعجيل


بعث وامتصاص الإشعاع لسطوح الأجسام

قد يسأل أحدكم لماذا الحديث عن بعث و امتصاص الإشعاع لسطوح الأجسام فى جزء خاص بالليزر؟
وللجواب على ذلك لنأخذ المثال التالي وسيكون هذا المثال ايظا المفتاح لشرح الموضوع لو قمنا بتقريب مسمار حديدي إلى نار طباخ المنزل مثلا لمد قليله فانه سوف يصل هذا المسمار إلى درجه حرارة الاحمرار أي إن لونه سيكون احمر وبطريقه أخرى أي انه سيبداء بإشعاع الحرارة التي اكتسبها .
فكل جسم في الكون يبعث طاقه كهرومغناطيسية ما دامت درجه حرارته اكبر من محيطه كم انه يمتص طاقه كهرومغناطيسية إذا كانت درجه حرارته اقل من محيطه ويبقى في حاله اتزان إذا تساوت درجه حرارته مع درجه حرارة
محيطه .وان طيف الإشعاع الحراري للأجسام يغطي مدى واسع من الأطوال الموجيه فالأجسام الدافئة تقع في مدى الأمواج الطويلة أما الساخنة كمسمارنا فانه يقع في الجزء المرئي من الأطوال الموجيه


وان سبب الحديث عن هذا الموضوع لان الليزر إشعاع كهرومغناطيسي وانه يستخدم ليسقط على أجسام أما إنها تمتص أو تشع طاقه إشعاع كهرومغناطيسية.


يتبع...

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

التركيب الذري للمادة

ألماده بكل بساطه تتكون من جزيات والجزيئه هي اصغر جزء في المادة حيث لا يمكن قسمها إلى نصفين بحيث يعطي كل قسم نفس مواصفات المادة الاصليه وتتكون جزيئه المادة من الذرات والذرة هي اصغر جزء من العنصر يوجد منفرد أو متحد مع ذرات نفس العنصر أو متحد مع ذرات غيره من العناصر وقد درس العديد من العلماء التركيب الذري واقترحوا العديد من النضيرات وكان أهم نضريه هي النظرية الذرية لبور والتي سيأتي شرحها إن شاء اللهواغلب العلماء ركزوا في دراستهم على ذره الهيدروجين لما لها من خفه وصغر وطيف ذري خاص

الطيف الذري

لا أظن إن أحدا منا لم يرى قوس قزح وما هذا القوس إلا طيف ذري للضوء

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


ومثلما للضوء طيف ذري فان لأي ماده طيف ذري ايظا ومنه ما يكون مستمر أي متصل أي بدون مناطق عتمه مثل ضوء المصباح الكهربائي ومنه ما يكون خطي أي انه متقطع أي به مناطق عتمه مثل الطيف الذي يبعثه إحدى أبخره الغازات لمعدن ما أو مصباح الشارع الزئبقي أو مصباح الشارع الصوديوم فلو قمنا بالنضر إليه من خلال ناطور يحتوي على مؤشر سنرى سلسله من خطوط لامعه متقطعة بألوان مختلفة متوازية فيما بينها تفصلها مناطق مظلمة ولا تكون على مسافات متساوية أما الألوان التي نشهدها هي خاصية عائده إلى الذرات المكونة للعنصر لذلك تسمى الطيف الذري وكل عنصر يبعث نخبه من الخطوط لها ألوان معينه ويمنكن معرفه العناصر المكونة للشمس مثلا من خلال هذه الخطوط
والألوان

يمكن ان تتخليل الطيف الخطى ها عندما تنظر الى الصوره ادناه مع ازاله بعض الالوان ووجود مناطق معتمه اي انها كالصبغه السوداء بين الالون بعضها يختلف عن بعض في المسافه

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]





نموذج بور والنظرية الذرية

ملخص لتصور بور عن الذره

الإلكترون في الذره يدور في مدار دائري حول نواه ولا بد من وجود قوه جذب بين الإلكترون والنواة وهو جذب كولوم في اشاره إلى عدد المدارات يستطيع الإلكترون أن يتحرك فقط في مدار يكون فيه الزخم الزاوي مساوي لعدد مضاعف لثابت بلانك مقسوما على ضعف النسبة الثابتة ويدعى الزخم هذا بالزخم الزاوي المداري

رغم إن الحركة للإلكترون حركه معجلة بانتظام إلا انه لا يخضع لنظريه ماكس ويل . أي انه لا يشع طاقه

تشع الطاقة من قبل الإلكترون الدائر إذا انتقل من مدار إلى أخر ولحساب التردد المنبعث أثناء الانتقال .لنفرض إن الإلكترون كان يدور في مدار طاقته الكلية س وانتقل إلى مدار يتحرك به بطاقة كليه اصغر ولتكن ص فان تردد الإشعاع المنبعث يكون

التردد= س- ص / ثابت
بلانك



[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]



مع العلم إن اصغر قيمه لطاقه الإلكترون تكون وهو في المدار الأول وتكبر قيمت الطاقة كلما ابتعد إلى مدار ابعد عن النواة وتكون اكبر قيمه لها عندما تتحرر عن النواة

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الصوره الاخيره تعود لعام 1981 حيث التقطت اول صور للذره

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

مستويات الطاقة


قبل البدء في الحديث عن مستويات الطاقة لا بد من أن نعرج قليلا على نظريه بور الثانية وقد قمنا بالحديث عن الأولى في مشاركة سابقه

يمكن تلخيص نظريه بور الثانية بالنقاط الاتيه
1- الحالة الارضيه هي التي يكون فيها الإلكترون اقل طاقه ممكنه أي انه في المدار الأول وتدعى بالحالة الطيفية
2- في حاله الضخ المشار إليها في المشاركه تحصل الذره على طاقه نتيجة تصادمها بالإلكترون أو ايون أو ذره أخرى فينتقل الإلكترون إلى حاله طاقتها اكبر وتدعى مثل هذه الحالة بالحالة المحرضة أو المهيجة

3- هذا الإلكترون لا بد أن يعود إلى ألحاله الطبيعية في سلسله من الانتقالات حتى يصل إلى ألحاله الطبيعية وفي كل من هذه الانتقالات تبعث طاقة كهرومغناطيسية بعدد موجي معين



مستويات الطاقة
إن للفرضيات أعلاه أهمية كبيرة في استنباط أطياف الفيزياء الذرية .ولا بد من معرفة وحدة الاكترون فولت :- وتعرف على إنها مقدار الطاقة التي يكتسبه الاكترون عند حركته عبر فرق جهد كهربائي مقداره فولت واحد وقد طغت هذه الوحدة على وحد الجول في علم الفيزياء الذرية و النوويةوالعلاقة بينهما هي


واحد إلكترون فولت= شحنه الإلكترون * واحد فولت

واحد إلكترون فولت= 1.6 * 10 ^-19 جول

ويمكننا حساب طاقه الإلكترون في أي مدار حسب العلاقة التالية
طاقه الإلكترون = -13.6/ن^2
فتكون طاقه الإلكترون في المدار الأول= - 13.6/1= - 13.6
وتكون طاقه الإلكترون في المدار الثاني= -13.6/2^2
وتكون طاقه الإلكترون في المدار الثاني= -3.39
وهكذا يمكن حساب طاقه الإلكترون في أي مدار كان






الانبعاث والامتصاص والتأهيل لمستويات الطاقة

في الحالة الطبيعية لأي ذرة يكون الإلكترون في مستوى الطاقة الأرضي أي أن الإلكترون لا يفقد ولا يمتص طاقة عند دورانه في تلك المدارات وان الإلكترون يكون في مستوى التهيج إذا امتص مقدار معين من الطاقة بإحدى طرق الضخ كارتفاع درجه الحرارة فنثير بذالك الالكترونات و الذرات على التصادم المتكرر أو إسقاط أشعاع كهرومغناطيسي


وعادة ما تحدث عملية ضخ بطرق انتقائية ومقننة أي إن عمليه التحريض تكون بخطوات أي إننا ننقل الإلكترون في الذرة من مستوى الطاقة الأرضي إلى مستوى أعلى ثم يحرض من ذالك المستوى إلى مستوى أعلى منه

لنفرض إن إلكترون في ذره الهدروجين مثلا امتص طاقة مقدارها 18.6 إلكترون فولت نتيجة لقذفه بإشعاع كهرومغناطيسي فماذا سيحدث لذالك الإلكترون. إن تلك الطاقة هي اكبر من الطاقة الازمة لتحرير الإلكترون من مداراته والتي تتطلب طاقة مقدارها 13.6 إلكترون فولت وبامتصاص الإلكترون لتلك الطاقة يصبح طليقا غير مقيد بجاذبيه النواة ومعه طاقة حركية مقدارها 5 إلكترون فولت


أما إذا اكتسب الإلكترون طاقة اقل من 13.6الكترون فولت ولكنها اكبر من الطاقة الكافية لرفعه إلى مستوى إحدى المدارات ولتكن طاقة مقدارها 11 إلكترون فولت عند ذالك سوف يمتص الإلكترون طاقة مقدارها10.21 إلكترون فولت وهي الطاقة ألازمه لنقله من المدار الأول إلى الثاني ويبقى لديه طاقه مقدارها 0.79 تبعث على شكل خط طيفي أما إذا قذف بطاقة مقدارها12.09 فنه سوف ينتقل من المدار الأول إلى الثالث بدو
انبعاث طيفي


إن الذره الفاقدة للإلكترون تدعى بالذرة المتاينه وان الإلكترون المتحرر من النواة سرعان ما يفقد جزء من طاقته ليعود إلى ألذره المتاينه التي تحرر منها أو إلى ذره متاينه أخرى تحرر منها إلكترون أخر لتعود الذره المتاينه إلى حالتاالطبيعيه المتعادلة






الانبعاث التلقائي

عندما تنتقل الالكترونات إلى مستويات طاقه أعلى من المستوى الأرضي فان الذره تكون في حاله تهيج فتره من الزمن ثم تهبط تلقائيا وبدون أي مؤثر خارجي إلى حالتها الطبيعية وتكون هذه الانتقالات عشوائية ويصطحبها انبعاث طيف ألذره

وان الذره المتهيجة في مستوى المدار الثاني تبقى فتره زمنيه تختلف عن الفترة في المدار الثالث أو الرابع لنفس المادة كما تختلف تلك الأزمان باختلاف الذرات التي تتكون منها المادة


متوسط زمن العمر للمستوى :وهو متوسط الزمن الذي تبقى فيه ألذره في مستوى متهيج
ويتراوح متوسط العمر لمستويات الطاقة ما بين 10^6 ثانيه و 10^9 ثانيه


احتماليه الانبعاث التلقائي :هو مقلوب لعدد متوسط زمن العمر للمستوى وهو يعادل متوسط عدد الانتقالات التلقائية من المستوى المتهيج في وحده الزمن أي خلال ثانيه واحده

الكثافة العددية :وهي عدد الذرات الموجودة في وحده الحجم

تأهيل المستوى : هي عدد الذرات المتهيجة فىوحده الحجم للكثافة العددية


إذا يكون المعدل الزمني للانبعاث التلقائي = احتماليه الانبعاث التلقائي * تأهيل المستوى


إن جميع مصادر الضوء التقليدية تعتمد على القانون أعلاه

خصائص الضوء المنبعث من الانتقال التلقائي

1 – الانبعاث يكون في جميع الاتجاهات
2 – الضوء المنبعث يكون متعدد الألوان نتيجة الانتقالات المتعددة للالكترونات في الذرات
3 – غير متشابكه أي إن الطور الذي تحدثه ذره يختلف عن طور ذره أخرى وهذا الاختلاف يبقى حتى لو استخدمنا التحريض الانتقائي وحصلنا على لون واحد




يتبع...

descriptionنظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر.. Emptyرد: نظريات ومعلومات هامة لفهم الليزر..

more_horiz
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
سوف نكمل اليوم مابداناه فى نظريات ومعلومات هامة عن الليزر



الانبعاث المحفز

يتم عن طريق تحفيز الذرة وهي في المستوى المتهيج لكي تنتقل إلى مستوى أوطأ ويتم ذالك عند تشعيع الذرة بفوتون له
طاقة مساوية إلى فرق الطاقة بين مستويين مما يؤدي إلى انبعاث فوتون له نفس التردد
وبنفس الطور للفوتون المحفز واحتماليه هذا الانبعاث تعتمد على معامل B للانشتاين الذي يعتمد على المستويين الذين يحدث يهما الانتقال كما يعتمد على شده الإشعاع الكهرومغناطيسي المحفز

احتماليه الانبعاث المحفز =معامل B * كثافة الإشعاع الساقط
ويكون
المعدل الزمني للانبعاث المحفز = احتماليه الانبعاث المحفز * تأهيل المستوى

المعدل الزمني للانبعاث المحفز= معامل B * كثافة الإشعاع الساقط * تأهيل المستوى

صفات الضوء الصادر عن الانبعاث المحفز


1- اتجاه موجه الإشعاع الساقط يكون بنفس اتجاه الموجه المنبعثة
2- إن الطيف الناتج يكون ترتده مساوي لتردد الإشعاع الساقط المحفز فهو إذن أحادي ألون
3- يكون الطيف الناتج متشاكة أي انه بطور واحد ويكون بنفس طور الموجة الساقطة




الامتصاص

تبقى الذرة في حالة الطبيعية ما لم تهيج عن طريق إسقاط طاقة إشعاع كهرومغناطيسي ذي تردد مناسب لانتقال الذرة إلى المستوى
المطلوب في تحريض الانتقائي


وفي الحقيقة فأن الانبعاث المحفز هو مقلوب عمليه الامتصاص ولعكس صحيح

واحتماليه الامتصاص تعتمد على طاقه المستويين وكذالك على شدة الشعاع الساقط

أي أن

احتماليه الامتصاص = معامل B لاينشتاين في الامتصاص * كثافة الإشعاع الساقط

والمعدل الزمني للامتصاص = احتماليه الامتصاص * تأهيل المستوى


المعدل الزمني للامتصاص = معامل B لاينشتاين في الامتصاص * كثافة الإشعاع الساقط * تأهيل المستوى

وان لعملية الامتصاص أهمية كبيرة في حدوث الانبعاث التلقائي والمحفز ومن دونها لا يكون لدينا مصادر
للإشعاع الكهرومغناطيسي


سنتطرق المرة القادمة لفوائد الليزر واستخداماته ..
privacy_tip صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
power_settings_newقم بتسجيل الدخول للرد