يعتمد عمل الليزر على مبدأ يسمى

الانبعاث المُستحث للشعاع

. لفهم ذلك، دعونا ننظر إلى الخطوات الرئيسية :

1-وسط الكسب (Gain Medium): يحتوي الليزر على مادة خاصة تسمى وسط الكسب، وهي يمكن أن تكون صلبة (مثل البلورة)، سائلة (مثل محلول صبغة)، أو غازية (مثل خليط من الهيليوم والنيون). تتميز هذه المادة بقدرتها على امتصاص الطاقة من مصدر خارجي (مثل مصباح فلاش أو تيار كهربائي) ورفع الإلكترونات في ذراتها إلى مستويات طاقة أعلى.

2-الضخ (Pumping): تُضخّ الطاقة إلى وسط الكسب لرفع عدد كبير من الإلكترونات إلى مستويات طاقة أعلى. يُسمى هذا بـ "عكس السكان" (Population Inversion)، حيث يكون عدد الإلكترونات في مستوى الطاقة الأعلى أكبر من عددها في مستوى الطاقة الأدنى، وهو الوضع الطبيعي.

3-الانبعاث المُستحث للشعاع (Stimulated Emission): عندما يمر فوتون (جسيم ضوء) ذو طاقة محددة عبر وسط الكسب، فإنه يحفز الإلكترونات في المستوى الأعلى للطاقة على الانتقال إلى مستوى الطاقة الأدنى. ينتج عن هذا الانتقال فوتون جديد له نفس الطاقة والتردد والطور (والتوجيه) كالفوتون الأصلي. وهكذا يتم تضخيم الشعاع الأصلي.

4-التجويف البصري (Optical Cavity): يحتوي الليزر على تجويف بصري، عادة ما يتكون من مرآتين موضوعتين على جانبي وسط الكسب. تنعكس الفوتونات المتولدة ذهاباً وإياباً بين هاتين المرآتين، مما يُعزز عملية الانبعاث المُستحث ويزيد من شدة الشعاع.

5-الخروج (Output): إحدى المرآتين في التجويف البصري تكون جزئية الانعكاس، مما يسمح لجزء من الشعاع بالخروج على شكل شعاع ليزر منسجم، أحادي اللون، ومتوازي.


باختصار، يقوم الليزر بتحويل الطاقة من مصدر خارجي إلى شعاع ضوء منسجم شديد الكثافة عن طريق استغلال ظاهرة الانبعاث المُستحث للشعاع في وسط كسب محصور داخل تجويف بصري. هذا الشعاع يتميز بخصائصه الفريدة:

*

الانسجام (Coherence):

الفوتونات في شعاع الليزر لها نفس التردد والطور.
*

الأحادية اللون (Monochromaticity):

يحتوي شعاع الليزر على طول موجي واحد تقريباً.
*

التوازي (Collimation):

شعاع الليزر متوازي تقريباً ولا يتشتت بسهولة.


هذه الخصائص تجعل الليزر مفيداً في تطبيقات عديدة ومتنوعة، من الاتصالات البصرية إلى الجراحة والتصنيع.