نسخة الفيديو النصية
أحد الوجهين العاكسين للتجويف الرنيني لليزر يجب ألا يكون عاكسًا بالكامل؛ لكي يكون الليزر فعالًا. أي مما يأتي يفسر سبب ذلك؟ أ: إذا كان كلا الوجهين العاكسين للتجويف الرنيني عاكسين بالتساوي، فإن الموجات الضوئية التي تتحرك في اتجاهات معاكسة خلال التجويف ستتداخل تداخلًا هدامًا. ب: لا يمكن تزويد التجويف الرنيني بطاقة خارجية إذا كان كلا وجهيه العاكسين عاكسين بالكامل. ج: لا يمكن أن ينبعث ضوء مترابط من التجويف الرنيني إذا كان كلا وجهيه العاكسين عاكسين بالكامل. د: لا يمكن أن تنبعث طاقة من التجويف الرنيني إذا كان كلا وجهيه العاكسين عاكسين بالكامل. هـ: جميع الأسباب المعطاة صحيحة.
ينتج الليزر ضوءًا مترابطًا يتكون من فوتونات عديدة لها طاقة محددة. تنتج هذه الفوتونات عن طريق عملية تسمى الانبعاث المستحث. لنذكر أنفسنا بآلية عمل الانبعاث المستحث.
يحتوي الوسط الفعال لليزر على العديد من الذرات التي يحتوي كل منها على عدد من الإلكترونات. إذا مر فوتون عبر الوسط الفعال، فيمكن أن يتفاعل مع إلكترون في إحدى الذرات ويتسبب في أن يبعث الإلكترون فوتونًا آخر مطابقًا. هذا يسمى الانبعاث المستحث؛ لأن الفوتون الأول يحث الإلكترون ليبعث الفوتون الثاني. يمكن أن يتسبب هذا الفوتون في حدوث مزيد من الانبعاثات المستحثة، أو يمكن أن يصبح جزءًا من شعاع الليزر.
لإنتاج شعاع ليزر، نحتاج إلى إنتاج العديد من الفوتونات بهذه الطريقة، وهو ما يعني أننا نحتاج إلى حدوث الكثير من الانبعاثات المستحثة. لكن من الممكن أيضًا أن ينتقل الفوتون عبر الوسط الفعال دون أن يتفاعل مع أي إلكترونات. إذا حدث ذلك، فلن يحدث الفوتون أي انبعاثات مستحثة. وهنا يأتي دور التجويف الرنيني.
لبناء التجويف الرنيني، نضع مرآتين، على طرفي الوسط الفعال؛ كل منهما على طرف. إذا مر فوتون عبر الوسط الفعال دون أن يحدث أي انبعاث مستحث، فسيصل إلى المرآة الموجودة في الطرف ثم ينعكس مرة أخرى. هذا يعني أن الفوتون سيمر مرة أخرى عبر الوسط الفعال، وستكون لديه فرصة أخرى للتفاعل مع أحد الإلكترونات في الذرة. عندما يتفاعل الفوتون في النهاية مع إلكترون، سيحث على انبعاث فوتون آخر، يمكن أن ينعكس أيضًا ذهابًا وإيابًا حتى يحدث انبعاث فوتون ثالث.
من خلال انعكاس الفوتونات ذهابًا وإيابًا عبر الوسط الفعال، تنتج فوتونات أكثر إجمالًا، وهو ما يؤدي إلى إنتاج شعاع ليزر أقوى. تعرف هذه العملية باسم التكبير.
عند بناء التجويف الرنيني، يجب أن تكون إحدى المرآتين مرآة كاملة؛ أي مرآة تعكس كل فوتون يصطدم بها. لكن إذا كانت كلتا المرآتين عاكستين بالكامل، فلن يتمكن أي فوتون من مغادرة الوسط الفعال. هذا يعني أننا لن نرى أي ضوء ليزر. يجب أن تكون إحدى المرآتين مرآة جزئية؛ أي غير عاكسة بالكامل. هذا يعني أن بعض الفوتونات يمكنها المرور عبر المرآة الجزئية ومغادرة الوسط الفعال. والفوتونات التي يمكنها المرور عبر المرآة الجزئية هي التي نراها في صورة شعاع ليزر.
أصبحنا الآن جاهزين للإجابة عن هذا السؤال. إذا نظرنا إلى خيارات الإجابة، فسنلاحظ أن الخيار ج يتوافق مع ما ناقشناه حتى الآن. إذا كان كلا الوجهين العاكسين عاكسين بالكامل، فلا يمكن أن ينبعث ضوء مترابط من التجويف الرنيني، وهذا يجعل الليزر لا يعمل. للتأكد من صحة هذا الخيار، لنر إذا كان بإمكاننا استبعاد بعض الخيارات الأخرى.
الخيار أ ليس الإجابة الصحيحة؛ لأن التجويف الرنيني مصمم بطريقة لا تحدث تداخلًا هدامًا. لذا، يمكننا استبعاد الخيار أ. والخيار ب غير صحيح؛ لأن الوسط الفعال يزود عادة بالطاقة باستخدام مصدر طاقة كهربي، وهو ما يمكننا فعله ولو كانت كلتا مرآتي التجويف الرنيني عاكستين بالكامل. إذن، يمكننا استبعاد الخيار ب. بما أننا استبعدنا الخيارين أ، ب، يمكننا أيضًا استبعاد الخيار هـ؛ لأننا صرنا نعلم أن هذه العبارات ليست كلها صحيحة.
وأخيرًا: لنفكر في الخيار د. قد يبدو الخيار د إجابة مناسبة؛ لأننا نعلم أننا بحاجة إلى انبعاث الفوتونات من الليزر، وهذه الفوتونات مرتبطة بالطاقة. لكن الغرض من الليزر ليس مجرد انبعاث الطاقة. بل يستخدم الليزر تحديدًا لإنتاج ضوء مترابط، كما هو مذكور في الخيار ج. إذن، الخيار د ليس الخيار الأفضل للإجابة عن هذا السؤال. هذا يعني أن الإجابة الصحيحة عن هذا السؤال هي الخيار ج. لا يمكن أن ينبعث ضوء مترابط من التجويف الرنيني إذا كان كلا وجهيه العاكسين عاكسين بالكامل.
