الليزر

الليزر هو جهاز يصدر الضوء من خلال عملية تضخيم بصري تعتمد على الانبعاث المحفز للإشعاع الكهرومغناطيسي . كلمة ليزر هي اختصار نشأ كاختصار لتضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع . ^{[1] [2]} تم بناء أول ليزر في عام 1960 بواسطة ثيودور مايمان في مختبرات أبحاث هيوز ، بناءً على العمل النظري الذي أجراه تشارلز إتش تاونز وآرثر ليونارد شاولو . ^[3]

يختلف الليزر عن مصادر الضوء الأخرى في أنه يصدر ضوءًا متماسكًا . يسمح التماسك المكاني لليزر بالتركيز على نقطة ضيقة، مما يتيح تطبيقات مثل الاتصالات البصرية، ^[4] والقطع بالليزر ، والطباعة الحجرية . كما يسمح لشعاع الليزر بالبقاء ضيقًا على مسافات كبيرة ( التصويب )، وهي ميزة تستخدم في تطبيقات الاتصالات البصرية ومؤشرات الليزر والليدار (كشف الضوء وتحديد المدى). يمكن أن يكون لليزر أيضًا تماسك زمني مرتفع ، مما يسمح له بإصدار الضوء باستخدام طيف تردد ضيق للغاية . بدلاً من ذلك، يمكن استخدام التماسك الزمني لإنتاج نبضات ضوئية فائقة القصر ذات طيف واسع ولكن مدتها قصيرة مثل الفمتوثانية .

تُستخدم أشعة الليزر في محركات الأقراص الضوئية ، والطابعات الليزرية ، وماسحات الباركود ، وأجهزة تسلسل الحمض النووي ، والألياف الضوئية ، والاتصالات الضوئية في الفضاء الحر ، والرقائق شبه الموصلة ( الطباعة الضوئية ، والحفر )، والجراحة بالليزر وعلاجات الجلد، ومواد القطع واللحام ، والأجهزة العسكرية وأجهزة إنفاذ القانون لتحديد الأهداف وقياس المدى والسرعة، وفي شاشات الإضاءة بالليزر للترفيه. كما تم استخدام أشعة الليزر شبه الموصلة في الأشعة الزرقاء إلى الأشعة فوق البنفسجية القريبة بدلاً من الثنائيات الباعثة للضوء (LED) لإثارة الفلورسنت كمصدر للضوء الأبيض؛ وهذا يسمح بمساحة انبعاث أصغر بكثير بسبب الإشعاع الأكبر بكثير لليزر ويتجنب الترهل الذي تعاني منه الثنائيات الباعثة للضوء؛ تُستخدم مثل هذه الأجهزة بالفعل في بعض المصابيح الأمامية للسيارات . ^{[5] [6] [7] [8]}

كان أول جهاز يستخدم التضخيم بالانبعاث المحفز يعمل بترددات الميكروويف ، وكان يسمى الميزر ، وهو اختصار لـ "تضخيم الميكروويف بالانبعاث المحفز للإشعاع". ^{[9] وعندما تم تطوير أجهزة} بصرية مماثلة ، كان يُعتقد في البداية أنها أجهزة مايزر بصرية ، حتى تم استبدال "الميكروويف" بـ "الضوء" في الاختصار، ليصبح الليزر . ^{[10] [11] [12]}

اليوم، تسمى جميع هذه الأجهزة التي تعمل بترددات أعلى من الموجات الدقيقة (حوالي 300 جيجاهرتز ) بالليزر (على سبيل المثال، ليزر الأشعة تحت الحمراء ، ليزر الأشعة فوق البنفسجية ، ليزر الأشعة السينية ، ليزر أشعة جاما )، في حين تسمى الأجهزة التي تعمل بترددات الميكروويف أو الترددات الراديوية المنخفضة مايزر. ^{[13] [14]}

يُستخدم الفعل المتشكل من الخلف "to lase" كثيرًا في المجال، بمعنى "إعطاء ضوء متماسك"، وخاصة فيما يتعلق بوسط الكسب لليزر؛ ^[15] عندما يعمل الليزر، يُقال إنه "ليزر". ^[16] تُستخدم مصطلحات الليزر والمازر أيضًا للانبعاثات المتماسكة التي تحدث بشكل طبيعي، كما هو الحال في المازر الفيزيائي الفلكي والليزر الذري . ^{[17] [18]}

إن الليزر الذي ينتج الضوء من تلقاء نفسه هو من الناحية الفنية مذبذب بصري وليس مكبرًا بصريًا كما يوحي الاختصار. ^[19] وقد لوحظ بشكل فكاهي أن الاختصار LOSER، الذي يعني "تذبذب الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع"، كان ليكون أكثر صحة. ^[18] ومع الاستخدام الواسع النطاق للاختصار الأصلي كاسم شائع، أصبح يُشار إلى المكبرات الضوئية باسم مكبرات الليزر . ^[20]

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ( أكتوبر 2023 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

تصف الفيزياء الحديثة الضوء وغيره من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي على أنه سلوك جماعي لجسيمات أساسية تُعرف بالفوتونات . يتم إطلاق الفوتونات وامتصاصها من خلال التفاعلات الكهرومغناطيسية مع جسيمات أساسية أخرى تحمل شحنة كهربائية . إحدى الطرق الشائعة لإطلاق الفوتونات هي تسخين جسم ما؛ حيث تتسبب بعض الطاقة الحرارية المطبقة على الجسم في اكتساب الجزيئات والإلكترونات الموجودة داخل الجسم للطاقة، والتي تُفقد بعد ذلك من خلال الإشعاع الحراري ، الذي نراه على شكل ضوء. هذه هي العملية التي تجعل لهب الشمعة ينبعث منه الضوء.

الإشعاع الحراري عملية عشوائية، وبالتالي فإن الفوتونات المنبعثة لها نطاق من الأطوال الموجية المختلفة ، وتسافر في اتجاهات مختلفة، وتنطلق في أوقات مختلفة. ومع ذلك، فإن الطاقة داخل الجسم ليست عشوائية: فهي مخزنة بواسطة الذرات والجزيئات في " حالات مثارة "، والتي تطلق فوتونات ذات أطوال موجية مميزة. وهذا يؤدي إلى ظهور علم التحليل الطيفي ، الذي يسمح بتحديد المواد من خلال الأطوال الموجية المحددة التي تنبعث منها.

إن العملية الفيزيائية الأساسية التي تؤدي إلى تكوين الفوتونات في الليزر هي نفسها الموجودة في الإشعاع الحراري، ولكن الانبعاث الفعلي ليس نتيجة لعمليات حرارية عشوائية. وبدلاً من ذلك، يتم إطلاق الفوتون عن طريق مرور فوتون آخر قريب. وهذا ما يسمى بالانبعاث المحفز . ولكي تنجح هذه العملية، يجب أن يكون الفوتون المار مشابهًا في الطاقة، وبالتالي الطول الموجي، للفوتون الذي يمكن أن تطلقه الذرة أو الجزيء، ويجب أن تكون الذرة أو الجزيء في حالة مثارة مناسبة.

إن الفوتون المنبعث من الانبعاث المحفز مطابق للفوتون الذي أثار انبعاثه، ويمكن لكلا الفوتونين الاستمرار في إحداث انبعاث محفز في ذرات أخرى، مما يخلق إمكانية حدوث تفاعل متسلسل . ولكي يحدث هذا، يجب أن تكون العديد من الذرات أو الجزيئات في الحالة المثارة المناسبة حتى تتمكن الفوتونات من إحداثها. في معظم المواد، تخرج الذرات أو الجزيئات من الحالات المثارة بسرعة كبيرة، مما يجعل من الصعب أو المستحيل إنتاج تفاعل متسلسل. المواد المختارة لليزر هي تلك التي لها حالات غير مستقرة ، والتي تظل مثارة لفترة طويلة نسبيًا. في فيزياء الليزر ، تسمى هذه المادة وسط ليزر نشط . عند الجمع مع مصدر طاقة يستمر في "ضخ" الطاقة في المادة، من الممكن أن يكون هناك ما يكفي من الذرات أو الجزيئات في حالة مثارة لتطوير تفاعل متسلسل.

تتميز أشعة الليزر عن مصادر الضوء الأخرى بتماسكها . يتم التعبير عن التماسك المكاني (أو العرضي) عادةً من خلال كون الخرج عبارة عن شعاع ضيق، محدود بالحيود . يمكن تركيز أشعة الليزر على بقع صغيرة جدًا، مما يحقق إشعاعًا عاليًا جدًا ، أو يمكن أن يكون لها تباعد منخفض جدًا لتركيز قوتها على مسافة كبيرة. يشير التماسك الزمني (أو الطولي) إلى موجة مستقطبة بتردد واحد، يرتبط طورها على مسافة كبيرة نسبيًا ( طول التماسك ) على طول الشعاع. ^{[21] [ الصفحة المطلوبة ]} الشعاع الناتج عن مصدر ضوء حراري أو غير متماسك آخر له سعة وطور لحظيان يختلفان عشوائيًا فيما يتعلق بالوقت والموضع، وبالتالي يكون لهما طول تماسك قصير.

تتميز أشعة الليزر باختلاف طولها الموجي في الفراغ . تنتج معظم أشعة الليزر ذات "الطول الموجي الواحد" إشعاعات بعدة أوضاع ذات أطوال موجية مختلفة قليلاً. وعلى الرغم من أن التماسك الزمني يعني درجة معينة من أحادية اللون ، فإن بعض أشعة الليزر تصدر طيفًا واسعًا من الضوء أو تصدر أطوال موجية مختلفة من الضوء في وقت واحد. بعض أشعة الليزر ليست ذات وضع مكاني واحد ولديها أشعة ضوئية تتباعد أكثر مما يتطلبه حد الانعراج . يتم تصنيف جميع هذه الأجهزة على أنها "ليزر" بناءً على طريقة إنتاج الضوء عن طريق الانبعاث المحفز. يتم استخدام أشعة الليزر حيث لا يمكن إنتاج ضوء التماسك المكاني أو الزمني المطلوب باستخدام تقنيات أبسط.

This section needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this section. Unsourced material may be challenged and removed. (October 2023) (Learn how and when to remove this message)

يتكون الليزر من وسط مكسب وآلية لتنشيطه وشيء لتوفير ردود فعل بصرية . ^[22] وسط المكسب هو مادة ذات خصائص تسمح لها بتضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز. يتم تضخيم الضوء ذي الطول الموجي المحدد الذي يمر عبر وسط المكسب (تزداد الطاقة). تمكن ردود الفعل الانبعاث المحفز من تضخيم التردد البصري بشكل أساسي عند ذروة منحنى التردد المكسب. مع نمو الانبعاث المحفز، يهيمن تردد واحد في النهاية على جميع الترددات الأخرى، مما يعني أنه تم تشكيل شعاع متماسك. ^[23]

إن عملية الانبعاث المحفز تشبه عملية المذبذب الصوتي الذي يحتوي على تغذية راجعة إيجابية، والتي قد تحدث، على سبيل المثال، عندما يتم وضع مكبر الصوت في نظام الخطاب العام بالقرب من الميكروفون. إن الصراخ الذي يسمعه المرء هو تذبذب صوتي عند ذروة منحنى الكسب والتردد للمضخم. ^{[24] [ الصفحة المطلوبة ]}

لكي يتمكن وسط الكسب من تضخيم الضوء، فإنه يحتاج إلى تزويده بالطاقة في عملية تسمى الضخ . يتم توفير الطاقة عادةً على شكل تيار كهربائي أو ضوء بطول موجي مختلف. يمكن توفير ضوء المضخة بواسطة مصباح فلاش أو بواسطة ليزر آخر.

يستخدم النوع الأكثر شيوعًا من الليزر التغذية الراجعة من تجويف بصري - زوج من المرايا على طرفي وسيط الكسب. يرتد الضوء ذهابًا وإيابًا بين المرايا، ويمر عبر وسيط الكسب ويتم تضخيمه في كل مرة. عادةً ما تكون إحدى المرآتين، مقرن الإخراج ، شفافة جزئيًا. يهرب بعض الضوء من خلال هذه المرآة. اعتمادًا على تصميم التجويف (سواء كانت المرايا مسطحة أو منحنية )، قد ينتشر الضوء الخارج من الليزر أو يشكل شعاعًا ضيقًا . على غرار المذبذبات الإلكترونية ، يُطلق على هذا الجهاز أحيانًا مذبذب الليزر .

تحتوي معظم أجهزة الليزر العملية على عناصر إضافية تؤثر على خصائص الضوء المنبعث، مثل الاستقطاب، وطول الموجة، وشكل الشعاع. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

This section needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this section. Unsourced material may be challenged and removed. (May 2017) (Learn how and when to remove this message)

تعتبر الإلكترونات وكيفية تفاعلها مع المجالات الكهرومغناطيسية مهمة في فهمنا للكيمياء والفيزياء .

في النظرة الكلاسيكية ، تكون طاقة الإلكترون الذي يدور حول نواة الذرة أكبر في المدارات الأبعد عن نواة الذرة . ومع ذلك، تجبر التأثيرات الميكانيكية الكمومية الإلكترونات على اتخاذ مواقع منفصلة في المدارات . وبالتالي، توجد الإلكترونات في مستويات طاقة محددة للذرة، اثنان منها موضحان أدناه :

يمكن للإلكترون في الذرة امتصاص الطاقة من الضوء ( الفوتونات ) أو الحرارة ( الفونونات ) فقط إذا كان هناك انتقال بين مستويات الطاقة التي تتطابق مع الطاقة التي يحملها الفوتون أو الفونون. بالنسبة للضوء، هذا يعني أن أي انتقال معين سوف يمتص طول موجي معين فقط من الضوء. يمكن للفوتونات ذات الطول الموجي الصحيح أن تتسبب في انتقال الإلكترون من مستوى الطاقة الأدنى إلى مستوى الطاقة الأعلى. يتم استهلاك الفوتون في هذه العملية.

عندما يتم إثارة الإلكترون من حالة إلى أخرى عند مستوى طاقة أعلى مع فرق طاقة ΔE، فلن يظل على هذا النحو إلى الأبد. في النهاية، سيتم إنشاء فوتون تلقائيًا من الفراغ ذي الطاقة ΔE. مع الحفاظ على الطاقة، ينتقل الإلكترون إلى مستوى طاقة أقل غير مشغول، مع انتقالات إلى مستويات مختلفة لها ثوابت زمنية مختلفة. تسمى هذه العملية الانبعاث التلقائي . الانبعاث التلقائي هو تأثير ميكانيكي كمي ومظهر فيزيائي مباشر لمبدأ عدم اليقين لهايزنبيرج . يكون للفوتون المنبعث اتجاه عشوائي، لكن طوله الموجي يطابق طول موجة الامتصاص للانتقال. هذه هي آلية الفلورسنت والانبعاث الحراري .

يمكن للفوتون الذي له الطول الموجي الصحيح الذي يمتصه الانتقال أن يتسبب أيضًا في سقوط الإلكترون من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى، مما يؤدي إلى انبعاث فوتون جديد. يتطابق الفوتون المنبعث تمامًا مع الفوتون الأصلي من حيث الطول الموجي والطور والاتجاه. تسمى هذه العملية الانبعاث المحفز.

يتم وضع وسط الكسب في حالة مثارة بواسطة مصدر خارجي للطاقة. في معظم أجهزة الليزر، يتكون هذا الوسط من مجموعة من الذرات التي تم إثارتها إلى هذه الحالة باستخدام مصدر ضوء خارجي، أو مجال كهربائي يوفر الطاقة للذرات لامتصاصها وتحويلها إلى حالاتها المثارة.

إن وسط الكسب لليزر هو عادة مادة ذات نقاء وحجم وتركيز وشكل متحكم فيه، والتي تعمل على تضخيم الشعاع من خلال عملية الانبعاث المحفز الموصوفة أعلاه. يمكن أن تكون هذه المادة من أي حالة : غاز أو سائل أو صلب أو بلازما . يمتص وسط الكسب طاقة المضخة، مما يرفع بعض الإلكترونات إلى حالات كمية ذات طاقة أعلى (" مثارة ") ويمكن للجسيمات أن تتفاعل مع الضوء إما عن طريق امتصاص أو إصدار الفوتونات. يمكن أن يكون الانبعاث تلقائيًا أو محفزًا. في الحالة الأخيرة، ينبعث الفوتون في نفس اتجاه الضوء الذي يمر به. عندما يتجاوز عدد الجسيمات في حالة مثارة واحدة عدد الجسيمات في بعض حالات الطاقة المنخفضة، يتم تحقيق عكس السكان . في هذه الحالة، يكون معدل الانبعاث المحفز أكبر من معدل امتصاص الضوء في الوسط، وبالتالي يتم تضخيم الضوء. يسمى النظام الذي يتمتع بهذه الخاصية مكبرًا بصريًا . عندما يتم وضع مكبر بصري داخل تجويف بصري رنيني، نحصل على ليزر. ^[25]

بالنسبة لوسائط الليزر ذات الكسب العالي للغاية، والتي تسمى بالتألق الفائق ، يمكن تضخيم الضوء بدرجة كافية في مرور واحد عبر وسط الكسب دون الحاجة إلى مرنان. على الرغم من الإشارة إليه غالبًا باسم الليزر (انظر، على سبيل المثال، ليزر النيتروجين )، ^{[26] فإن} خرج الضوء من مثل هذا الجهاز يفتقر إلى التماسك المكاني والزماني الذي يمكن تحقيقه باستخدام الليزر. لا يمكن وصف مثل هذا الجهاز بأنه مذبذب بل كمضخم بصري عالي الكسب يضخم انبعاثه التلقائي. تصف نفس الآلية ما يسمى بالميزرات / الليزرات الفيزيائية الفلكية.

يُشار إلى الرنان البصري أحيانًا باسم "التجويف البصري"، ولكن هذا تسمية خاطئة: تستخدم الليزر الرنانات المفتوحة بدلاً من التجويف الحرفي الذي سيتم استخدامه عند ترددات الميكروويف في الميزر . يتكون الرنان عادةً من مرآتين ينتقل بينهما شعاع متماسك من الضوء في كلا الاتجاهين، وينعكس على نفسه بحيث يمر الفوتون المتوسط ​​عبر وسط الكسب بشكل متكرر قبل أن ينبعث من فتحة الخرج أو يفقد بسبب الانعراج أو الامتصاص. إذا كان الكسب (التضخيم) في الوسط أكبر من خسائر الرنان، فيمكن أن ترتفع قوة الضوء المعاد تدويره بشكل كبير . ولكن كل حدث انبعاث محفز يعيد ذرة من حالتها المثارة إلى الحالة الأساسية، مما يقلل من مكسب الوسط. مع زيادة قوة الشعاع، ينخفض ​​المكسب الصافي (المكسب ناقص الخسارة) إلى واحد ويقال إن وسط الكسب مشبع. في ليزر الموجة المستمرة (CW)، ينتج توازن طاقة المضخة مقابل تشبع المكسب وخسائر التجويف قيمة توازن لطاقة الليزر داخل التجويف؛ يحدد هذا التوازن نقطة تشغيل الليزر. إذا كانت طاقة المضخة المطبقة صغيرة جدًا، فلن تكون المكسب كافية أبدًا للتغلب على خسائر التجويف، ولن يتم إنتاج ضوء الليزر. تسمى الحد الأدنى لطاقة المضخة اللازمة لبدء عمل الليزر بعتبة الليزر. سيعمل وسط المكسب على تضخيم أي فوتونات تمر من خلاله، بغض النظر عن الاتجاه؛ ولكن فقط الفوتونات في الوضع المكاني المدعوم من الرنان ستمر أكثر من مرة عبر الوسط وتتلقى تضخيمًا كبيرًا.

في معظم الليزر، يبدأ الليزر بالانبعاث التلقائي في وضع الليزر. ثم يتم تضخيم هذا الضوء الأولي عن طريق الانبعاث المحفز في وسط الكسب. ينتج الانبعاث المحفز ضوءًا يطابق إشارة الإدخال في الاتجاه والطول الموجي والاستقطاب، في حين أن طور الضوء المنبعث يكون 90 درجة في مقدمة الضوء المحفز. ^[27] هذا، جنبًا إلى جنب مع تأثير الترشيح للمرنان البصري يعطي ضوء الليزر تماسكه المميز، وقد يمنحه استقطابًا موحدًا ووحيد اللون، اعتمادًا على تصميم الرنان. يمكن أن يكون عرض خط الليزر الأساسي ^[28] للضوء المنبعث من مرنان الليزر أضيق بمقدار أوامر من حيث الحجم من عرض خط الضوء المنبعث من الرنان السلبي. تستخدم بعض الليزر بذر حقن منفصل لبدء العملية بشعاع متماسك للغاية بالفعل. يمكن أن ينتج هذا أشعة ذات طيف أضيق مما قد يكون ممكنًا بخلاف ذلك.

في عام 1963، أظهر روي جيه جلاوبر أن الحالات المتماسكة تتشكل من مجموعات من حالات عدد الفوتونات ، والتي مُنح عنها جائزة نوبل في الفيزياء . ^[29] يتكون شعاع متماسك من الضوء من حالات فوتونية كمية أحادية التردد موزعة وفقًا لتوزيع بواسون . ونتيجة لذلك، يتم وصف معدل وصول الفوتونات في شعاع الليزر بواسطة إحصاءات بواسون. ^[30]

تنتج العديد من أجهزة الليزر شعاعًا يمكن تقريبه كشعاع غاوسي ؛ حيث تتمتع هذه الحزم بأدنى تباعد ممكن لقطر شعاع معين. تنتج بعض أجهزة الليزر، وخاصة تلك عالية الطاقة، حزمًا متعددة الأوضاع، حيث يتم تقريب الأوضاع المستعرضة غالبًا باستخدام وظائف هيرميت - غاوسي أو لاجير - غاوسي. تستخدم بعض أجهزة الليزر عالية الطاقة شكلًا مسطحًا يُعرف باسم " شعاع علوي ". تنتج مرنانات الليزر غير المستقرة (غير المستخدمة في معظم أجهزة الليزر) حزمًا على شكل كسوري. ^[31] يمكن للأنظمة البصرية المتخصصة إنتاج أشكال هندسية أكثر تعقيدًا للحزم، مثل حزم بيسل والدوامات البصرية .

بالقرب من "الخصر" (أو المنطقة البؤرية ) لشعاع الليزر، يكون متوازيًا للغاية : تكون الجبهات الموجية مستوية وعمودية على اتجاه الانتشار، بدون تباعد الشعاع عند تلك النقطة. ومع ذلك، بسبب الانعراج ، لا يمكن أن يظل هذا صحيحًا إلا جيدًا ضمن نطاق رايلي . يتباعد شعاع الليزر أحادي الوضع المستعرض (شعاع غاوسي) في النهاية بزاوية تختلف عكسياً مع قطر الشعاع، كما هو مطلوب بواسطة نظرية الانعراج . وبالتالي، فإن "شعاع القلم الرصاص" الناتج مباشرة عن ليزر الهيليوم والنيون المشترك سينتشر إلى حجم ربما 500 كيلومتر عند تسليطه على القمر (من مسافة الأرض). من ناحية أخرى، يخرج الضوء من ليزر أشباه الموصلات عادةً من البلورة الصغيرة بتباعد كبير: يصل إلى 50 درجة. ومع ذلك، يمكن تحويل مثل هذا الشعاع المتباعد إلى شعاع موازٍ مماثل باستخدام نظام عدسات ، كما هو متضمن دائمًا، على سبيل المثال، في مؤشر الليزر الذي ينشأ ضوؤه من صمام ثنائي ليزر . وهذا ممكن بسبب كون الضوء من وضع مكاني واحد. لا يمكن تكرار هذه الخاصية الفريدة لضوء الليزر، التماسك المكاني ، باستخدام مصادر الضوء القياسية (باستثناء التخلص من معظم الضوء) كما يمكن تقديره من خلال مقارنة الشعاع من مصباح يدوي (شعلة) أو كشاف ضوئي بشعاع أي ليزر تقريبًا.

يتم استخدام جهاز قياس شعاع الليزر لقياس ملف تعريف الكثافة والعرض وتباعد أشعة الليزر.

يؤدي الانعكاس المنتشر لشعاع الليزر من سطح غير لامع إلى ظهور نمط مرقط بخصائص مثيرة للاهتمام.

تعتمد آلية إنتاج الإشعاع في الليزر على الانبعاث المحفز ، حيث يتم استخراج الطاقة من انتقال في ذرة أو جزيء. هذه ظاهرة كمية ^{[ مشكوك فيها - ناقش ]} تنبأ بها ألبرت أينشتاين ، الذي استنتج العلاقة بين معامل A ، الذي يصف الانبعاث التلقائي ومعامل B الذي ينطبق على الامتصاص والانبعاث المحفز. ومع ذلك، في حالة ليزر الإلكترون الحر ، لا تشارك مستويات الطاقة الذرية؛ ويبدو أن تشغيل هذا الجهاز الغريب إلى حد ما يمكن تفسيره دون الرجوع إلى ميكانيكا الكم .

This section needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this section. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Laser" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (February 2023) (Learn how and when to remove this message)

يمكن تصنيف الليزر على أنه يعمل إما في وضع مستمر أو نبضي، اعتمادًا على ما إذا كان خرج الطاقة مستمرًا بشكل أساسي بمرور الوقت أو ما إذا كان خرجه يأخذ شكل نبضات ضوئية على مقياس زمني أو آخر. بالطبع، حتى الليزر الذي يكون خرجه مستمرًا عادةً يمكن تشغيله وإيقافه عمدًا بمعدل معين لإنشاء نبضات ضوئية. عندما يكون معدل التعديل على مقاييس زمنية أبطأ كثيرًا من عمر التجويف والفترة التي يمكن خلالها تخزين الطاقة في وسيط الليزر أو آلية الضخ، فإنه لا يزال يُصنف على أنه ليزر موجة مستمرة "معدل" أو "نبضي". تندرج معظم ثنائيات الليزر المستخدمة في أنظمة الاتصالات ضمن هذه الفئة.

تعتمد بعض تطبيقات الليزر على شعاع تكون قدرته الخرجية ثابتة بمرور الوقت. يُعرف مثل هذا الليزر باسم ليزر الموجة المستمرة ( CW ). يمكن تصنيع العديد من أنواع الليزر للعمل في وضع الموجة المستمرة لتلبية مثل هذا التطبيق. تعمل العديد من هذه الليزرات في عدة أوضاع طولية في نفس الوقت، وستنتج النبضات بين الترددات الضوئية المختلفة قليلاً لتلك التذبذبات اختلافات في السعة على مقاييس زمنية أقصر من وقت الذهاب والإياب (معكوس التباعد الترددي بين الأوضاع)، وعادةً ما تكون بضعة نانوثانية أو أقل. في معظم الحالات، لا تزال هذه الليزرات تسمى "موجة مستمرة" لأن قوتها الخرجية ثابتة عند حساب متوسطها على مدى فترات أطول، مع وجود تأثير ضئيل أو معدوم لاختلافات الطاقة عالية التردد على التطبيق المقصود. (ومع ذلك، لا ينطبق المصطلح على الليزر المقفل بالوضع ، حيث يكون القصد هو إنشاء نبضات قصيرة جدًا بمعدل وقت الذهاب والإياب.)

بالنسبة للتشغيل بموجة مستمرة، يلزم تجديد عكس السكان لوسيط الكسب باستمرار بواسطة مصدر مضخة ثابت. في بعض وسائط الليزر، هذا مستحيل. في بعض الليزرات الأخرى، قد يتطلب الأمر ضخ الليزر بمستوى طاقة مستمر مرتفع للغاية، وهو أمر غير عملي، أو تدمير الليزر عن طريق إنتاج حرارة زائدة. لا يمكن تشغيل مثل هذه الليزرات في وضع الموجة المستمرة.

يشير مصطلح التشغيل النبضي لليزر إلى أي ليزر غير مصنف كموجة مستمرة بحيث تظهر الطاقة الضوئية في نبضات ذات مدة معينة وبمعدل تكرار معين. ويشمل هذا مجموعة واسعة من التقنيات التي تعالج العديد من الدوافع المختلفة. يتم تشغيل بعض الليزر بنبضات ببساطة لأنه لا يمكن تشغيلها في الوضع المستمر.

في حالات أخرى، يتطلب التطبيق إنتاج نبضات ذات طاقة كبيرة قدر الإمكان. ونظرًا لأن طاقة النبضة تساوي متوسط ​​القدرة مقسومًا على معدل التكرار، فيمكن أحيانًا تحقيق هذا الهدف عن طريق خفض معدل النبضات بحيث يمكن بناء المزيد من الطاقة بين النبضات. في الاستئصال بالليزر ، على سبيل المثال، يمكن تبخير حجم صغير من المادة على سطح قطعة العمل إذا تم تسخينها في وقت قصير جدًا، بينما يسمح توفير الطاقة تدريجيًا بامتصاص الحرارة في الجزء الأكبر من القطعة، دون الوصول إلى درجة حرارة عالية بما يكفي عند نقطة معينة.

تعتمد التطبيقات الأخرى على طاقة النبضة القصوى (بدلاً من الطاقة الموجودة في النبضة)، وخاصة للحصول على تأثيرات بصرية غير خطية . بالنسبة لطاقة نبضة معينة، يتطلب هذا إنشاء نبضات بأقصر مدة ممكنة باستخدام تقنيات مثل Q-switching .

لا يمكن أن يكون عرض النطاق الترددي الضوئي لنبضة أضيق من مقلوب عرض النبضة. وفي حالة النبضات القصيرة للغاية، فإن هذا يعني إطلاق الليزر على نطاق ترددي كبير، على النقيض تمامًا من النطاقات الترددية الضيقة جدًا النموذجية لليزر CW. ينتج وسط إطلاق الليزر في بعض ليزرات الصبغة والليزرات ذات الحالة الصلبة الاهتزازية مكسبًا بصريًا على نطاق ترددي عريض، مما يجعل من الممكن إنتاج ليزر يمكنه بالتالي توليد نبضات ضوئية قصيرة تصل إلى بضع فمتوثانية (10 ⁻¹⁵ ثانية).

في الليزر المتحول Q، يُسمح بتراكم عكس السكان عن طريق إدخال خسارة داخل الرنان تتجاوز مكسب الوسط؛ ويمكن وصف هذا أيضًا بأنه انخفاض في عامل الجودة أو "Q" للتجويف. بعد ذلك، بعد أن تقترب طاقة المضخة المخزنة في وسط الليزر من أقصى مستوى ممكن، تتم إزالة آلية الخسارة المقدمة (غالبًا عنصر كهربائي أو صوتي بصري) بسرعة (أو تحدث من تلقاء نفسها في جهاز سلبي)، مما يسمح ببدء الليزر الذي يحصل بسرعة على الطاقة المخزنة في وسط المكسب. يؤدي هذا إلى نبضة قصيرة تتضمن تلك الطاقة، وبالتالي طاقة ذروة عالية.

إن الليزر المقفل بالوضع قادر على إصدار نبضات قصيرة للغاية في حدود عشرات البيكو ثانية إلى أقل من 10  فمتوثانية . تتكرر هذه النبضات في وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا، أي الوقت الذي يستغرقه الضوء لإكمال رحلة ذهابًا وإيابًا واحدة بين المرايا التي تتألف منها الرنان. ونظرًا لحد فورييه (المعروف أيضًا باسم عدم اليقين في الطاقة والوقت )، فإن نبضة ذات طول زمني قصير كهذا لها طيف منتشر على نطاق ترددي كبير. وبالتالي، يجب أن يكون لمثل هذا الوسيط المكسب نطاق ترددي عريض بما يكفي لتضخيم هذه الترددات. ومن الأمثلة على المواد المناسبة الياقوت الأزرق المزروع صناعيًا والمُضاف إليه التيتانيوم ( Ti:sapphire )، والذي يتمتع بنطاق ترددي واسع جدًا وبالتالي يمكنه إنتاج نبضات مدتها بضعة فمتوثانية فقط.

مثل هذه الليزرات ذات القفل النمطي هي أداة متعددة الاستخدامات لبحث العمليات التي تحدث على مقاييس زمنية قصيرة للغاية (المعروفة باسم فيزياء الفمتوثانية وكيمياء الفمتوثانية وعلم السرعة الفائقة )، لتعظيم تأثير اللاخطية في المواد البصرية (على سبيل المثال في توليد التوافقيات الثانية ، والتحويل السلبي البارامترية ، والمذبذبات البارامترية البصرية وما شابه ذلك). على عكس النبضة العملاقة لليزر Q-switched، فإن النبضات المتتالية من الليزر ذو القفل النمطي متماسكة الطور؛ أي أن النبضات (وليس فقط أغلفتها ) متطابقة ودورية تمامًا. لهذا السبب، والقوى القصوى الكبيرة للغاية التي تحققها مثل هذه النبضات القصيرة، فإن مثل هذه الليزرات لا تقدر بثمن في مجالات بحثية معينة.

هناك طريقة أخرى لتحقيق تشغيل الليزر النبضي وهي ضخ مادة الليزر بمصدر نبضي، إما من خلال الشحن الإلكتروني في حالة مصابيح الفلاش، أو ليزر آخر نبضي بالفعل. تم استخدام الضخ النبضي تاريخيًا مع ليزر الصبغة حيث كان عمر الجزيء الصبغي المقلوب قصيرًا جدًا لدرجة أن هناك حاجة إلى مضخة سريعة عالية الطاقة. كانت الطريقة للتغلب على هذه المشكلة هي شحن المكثفات الكبيرة التي يتم تحويلها بعد ذلك إلى التفريغ من خلال مصابيح الفلاش، مما ينتج عنه وميض مكثف. الضخ النبضي مطلوب أيضًا لليزر ثلاثي المستويات حيث يصبح مستوى الطاقة الأدنى مكتظًا بسرعة، مما يمنع المزيد من الليزر حتى تسترخي هذه الذرات إلى الحالة الأرضية. لا يمكن تشغيل هذه الليزرات، مثل ليزر الإكسيمر وليزر بخار النحاس، في وضع CW.

في عام 1917، وضع ألبرت أينشتاين الأسس النظرية لليزر والمايزر في ورقة بحثية بعنوان " Zur Quantentheorie der Strahlung " ("حول نظرية الكم للإشعاع") من خلال إعادة اشتقاق قانون ماكس بلانك للإشعاع، استنادًا مفاهيميًا إلى معاملات الاحتمال ( معاملات أينشتاين ) لامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي وانبعاثه التلقائي وانبعاثه المحفز. ^[32] في عام 1928، أكد رودولف دبليو لادنبرج وجود ظاهرة الانبعاث المحفز والامتصاص السلبي. ^{[33] [ الصفحة المطلوبة ]} في عام 1939، تنبأ فالنتين أ. فابريكانت باستخدام الانبعاث المحفز لتضخيم الموجات "القصيرة". ^[34] في عام 1947، وجد ويليس إي. لامب و آر.  سي.  ريذرفورد انبعاثًا محفزًا واضحًا في أطياف الهيدروجين وأجرى أول عرض للانبعاث المحفز. ^{[33] [ الصفحة المطلوبة ]} في عام 1950، اقترح ألفريد كاستلر (الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1966) طريقة الضخ الضوئي ، والتي تم إثباتها تجريبياً بعد عامين من قبل بروسيل وكاستلر وونتر. ^[35]

في عام 1951، قدم جوزيف ويبر ورقة بحثية حول استخدام الانبعاثات المحفزة لصنع مكبر ميكروويف إلى مؤتمر أبحاث الأنابيب المفرغة لمعهد مهندسي الراديو في يونيو 1952 في أوتاوا ، أونتاريو، كندا. ^[36] بعد هذا العرض، طلبت RCA من ويبر تقديم ندوة حول هذه الفكرة، وطلب منه تشارلز إتش تاونز نسخة من الورقة. ^[37]

في عام 1953، أنتج تشارلز إتش تاونز وطلاب الدراسات العليا جيمس بي جوردون وهربرت جيه زيجر أول مكبر للموجات الدقيقة، وهو جهاز يعمل على مبادئ مماثلة لليزر، لكنه يضخم إشعاع الموجات الدقيقة بدلاً من الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة المرئية. كان جهاز الميزر الخاص بتاونز غير قادر على الإخراج المستمر. ^[38] وفي الوقت نفسه، في الاتحاد السوفيتي، كان نيكولاي باسوف وألكسندر بروخوروف يعملان بشكل مستقل على المذبذب الكمومي وحلوا مشكلة أنظمة الإخراج المستمر باستخدام أكثر من مستويين للطاقة. يمكن لوسائط الكسب هذه إطلاق انبعاثات محفزة بين حالة مثارة وحالة أقل إثارة، وليس الحالة الأساسية، مما يسهل الحفاظ على الانعكاس السكاني . في عام 1955، اقترح بروخوروف وباسوف الضخ البصري لنظام متعدد المستويات كطريقة للحصول على الانعكاس السكاني، والذي أصبح فيما بعد طريقة رئيسية لضخ الليزر.

يذكر تاونز أن العديد من علماء الفيزياء البارزين - ومن بينهم نيلز بور وجون فون نيومان ولوويلين توماس - زعموا أن الميزر ينتهك مبدأ عدم اليقين لهايزنبيرج وبالتالي لا يمكن أن يعمل. وتوقع آخرون مثل إيزيدور رابي وبوليكارب كوش أنه سيكون غير عملي ولا يستحق الجهد المبذول. ^[39] في أبريل 1957، اقترح المهندس الياباني جون إيتشي نيشيزاوا مفهوم " الميزر البصري شبه الموصل " في طلب براءة اختراع. ^[40] في عام 1964، تقاسم تشارلز إتش تاونز ونيكولاي باسوف وألكسندر بروخوروف جائزة نوبل في الفيزياء ، "لعملهم الأساسي في مجال الإلكترونيات الكمومية، والذي أدى إلى بناء المذبذبات والمضخمات القائمة على مبدأ الميزر-الليزر".

الصوت الخارجي
"الرجل، الأسطورة، الليزر"، بودكاست التقطير ، معهد تاريخ العلوم

في عام 1957، بدأ تشارلز إتش تاونز وآرثر ليونارد شاولو، اللذان كانا يعملان في مختبرات بيل آنذاك ، دراسة جادة لـ"الميزرات الضوئية" تحت الحمراء. ومع تطور الأفكار، تخليا عن الأشعة تحت الحمراء وركزا بدلاً من ذلك على الضوء المرئي . في عام 1958، قدمت مختبرات بيل طلب براءة اختراع للميزرات الضوئية المقترحة؛ وقدّم شاولو وتاونز مخطوطة لحساباتهما النظرية إلى مجلة المراجعة الفيزيائية ، والتي نُشرت في عام 1958. ^[41]

في الوقت نفسه، كان طالب الدراسات العليا بجامعة كولومبيا جوردون جولد يعمل على أطروحة دكتوراه حول مستويات الطاقة للثاليوم المثار . عندما التقى جولد وتاونز، تحدثا عن انبعاث الإشعاع ، كموضوع عام؛ بعد ذلك، في نوفمبر 1957، أشار جولد إلى أفكاره حول كيفية صنع "الليزر"، بما في ذلك استخدام مرنان مفتوح (مكون أساسي لجهاز الليزر). في عام 1958، اقترح بروخوروف بشكل مستقل استخدام مرنان مفتوح، وهو أول ظهور منشور لهذه الفكرة. في نفس العام، قدمت مختبرات بيل طلب براءة اختراع للميزر البصري المقترح، وقدم شاولو وتاونز مخطوطة لحساباتهم النظرية إلى المراجعة الفيزيائية ، والتي نُشرت في عام 1958. ^{[42] [43] [44] [45]}

في مؤتمر عقد عام 1959، نشر جوردون جولد لأول مرة الاختصار "LASER" في ورقة بحثية بعنوان " LASER، Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation " . ^{[46] [18]} كان قصد جولد هو استخدام اختصارات "-ASER" المختلفة لأجزاء مختلفة من الطيف: "XASER" للأشعة السينية، و"UVASER" للأشعة فوق البنفسجية، و"LASER" انتهى به الأمر ليصبح المصطلح العام للأجهزة غير الميكروية.

تضمنت ملاحظات جولد تطبيقات محتملة لليزر، مثل الاتصالات البصرية، وقياس الطيف ، وقياس التداخل ، والرادار ، والاندماج النووي . واصل تطوير الفكرة وتقدم بطلب براءة اختراع في أبريل 1959. رفض مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة (USPTO) طلبه، ومنح براءة اختراع لمختبرات بيل ، في عام 1960. أثار ذلك دعوى قضائية استمرت ثمانية وعشرين عامًا ، تميزت بالهيبة العلمية والمال كمخاطر. فاز جولد بأول براءة اختراع ثانوية له في عام 1977، ومع ذلك لم يكن حتى عام 1987 عندما فاز بأول انتصار كبير في دعوى براءة اختراع عندما أمر قاضٍ فيدرالي مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة بإصدار براءات اختراع لجولد لأجهزة الليزر المضخوخة بصريًا وتفريغ الغاز . لا يزال السؤال حول كيفية تحديد الفضل في اختراع الليزر دون حل من قبل المؤرخين. ^[47]

في 16 مايو 1960، قام ثيودور إتش مايمان بتشغيل أول ليزر يعمل ^{[48] [49]} في مختبرات هيوز للأبحاث ، ماليبو، كاليفورنيا، متقدمًا على العديد من فرق البحث، بما في ذلك فرق تاونز، في جامعة كولومبيا ، وآرثر إل شاولو ، في مختبرات بيل ، ^{[50] [ الصفحة المطلوبة ]} وجولد، في شركة TRG (مجموعة الأبحاث التقنية)، على الرغم من أن براءة الاختراع رقم 4،053،845 "أعطت جولد الفضل في مكبر الصوت الذي أثار أول ليزر". ^[51] استخدم الليزر الوظيفي لمايمان بلورة ياقوت اصطناعية مضخوخة بمصباح فلاش لإنتاج ضوء ليزر أحمر بطول موجة 694 نانومتر. كان الجهاز قادرًا فقط على التشغيل النبضي، بسبب مخطط تصميم الضخ ثلاثي المستويات. في وقت لاحق من ذلك العام، قام الفيزيائي الإيراني علي جافان ، وويليام بينيت جونيور ، ودونالد هيريوت ، ببناء أول ليزر غازي ، باستخدام الهيليوم والنيون وكان قادرًا على العمل المستمر في الأشعة تحت الحمراء (براءة اختراع الولايات المتحدة 3،149،290)؛ وفي وقت لاحق، حصل جافان على جائزة ألبرت أينشتاين العالمية للعلوم في عام 1993. في عام 1962، أظهر روبرت ن. هول أول ليزر أشباه الموصلات ، والذي كان مصنوعًا من زرنيخيد الجاليوم وينبعث في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف عند 850 نانومتر. في وقت لاحق من ذلك العام، أظهر نيك هولونياك جونيور أول ليزر أشباه الموصلات بانبعاث مرئي. لا يمكن استخدام أول ليزر أشباه الموصلات هذا إلا في التشغيل بالحزم النبضية، وعند تبريده إلى درجات حرارة النيتروجين السائل (77 كلفن). في عام 1970، قام زوريس ألفيروف في الاتحاد السوفييتي، وإيزو هاياشي ومورتون بانيش من مختبرات بيل، بشكل مستقل أيضًا بتطوير ليزر ثنائي التشغيل مستمر في درجة حرارة الغرفة، باستخدام بنية الوصلة غير المتجانسة .

منذ الفترة المبكرة من تاريخ الليزر، أنتجت أبحاث الليزر مجموعة متنوعة من أنواع الليزر المحسنة والمتخصصة، والتي تم تحسينها لتحقيق أهداف أداء مختلفة، بما في ذلك:

• نطاقات الطول الموجي الجديدة
• الحد الأقصى لمتوسط ​​القدرة الناتجة
• أقصى طاقة نبضية قصوى
• أقصى طاقة نبضية قصوى
• الحد الأدنى لمدة النبضة الناتجة
• الحد الأدنى لعرض الخط
• أقصى قدر من كفاءة الطاقة
• الحد الأدنى من التكلفة

ولا يزال هذا البحث مستمرا إلى يومنا هذا.

في عام 2015، صنع الباحثون ليزرًا أبيض، يتم تعديل ضوءه بواسطة رقاقة نانوية صناعية مصنوعة من الزنك والكادميوم والكبريت والسيلينيوم، والتي يمكنها إصدار ضوء أحمر وأخضر وأزرق بنسب متفاوتة، حيث يمتد كل طول موجي إلى 191 نانومتر. ^{[52] [53] [54]}

في عام 2017، أظهر باحثون في جامعة دلفت للتكنولوجيا ليزر ميكروويف بوصلة جوزيفسون AC . ^[55] نظرًا لأن الليزر يعمل في نظام فائق التوصيل، فهو أكثر استقرارًا من الليزرات الأخرى القائمة على أشباه الموصلات. يتمتع الجهاز بإمكانية التطبيقات في الحوسبة الكمومية . ^[56] في عام 2017، أظهر باحثون في الجامعة التقنية في ميونيخ أصغر ليزر قفل الوضع قادر على إصدار أزواج من نبضات الليزر ذات الطور المقفل ببيكو ثانية بتردد تكرار يصل إلى 200 جيجاهرتز. ^[57]

في عام 2017، نجح باحثون من المعهد الفيدرالي للفيزياء والتكنولوجيا (PTB)، بالتعاون مع باحثين أمريكيين من JILA ، وهو معهد مشترك بين المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة كولورادو بولدر ، في تحقيق رقم قياسي عالمي جديد من خلال تطوير ليزر ألياف مشبع بالإربيوم بعرض خط يبلغ 10  ميلي هرتز فقط. ^{[58] [59]}

بعد اختراع ليزر غاز HeNe، تم اكتشاف العديد من التفريغات الغازية الأخرى لتضخيم الضوء بشكل متماسك. تم بناء واستخدام ليزرات الغاز التي تستخدم العديد من الغازات المختلفة لأغراض عديدة. يمكن أن يعمل ليزر الهيليوم-النيون (HeNe) عند العديد من الأطوال الموجية المختلفة، ومع ذلك، تم تصميم الغالبية العظمى منه ليصدر ليزرًا عند 633 نانومتر؛ هذه الليزرات منخفضة التكلفة نسبيًا ولكنها شديدة التماسك شائعة للغاية في مختبرات البحث والتعليم البصري. يمكن أن تصدر ليزرات ثاني أكسيد الكربون _{التجارية} مئات الواط في وضع مكاني واحد يمكن تركيزه في بقعة صغيرة. هذا الانبعاث في الأشعة تحت الحمراء الحرارية عند 10.6 ميكرومتر؛ تُستخدم مثل هذه الليزرات بانتظام في الصناعة للقطع واللحام. كفاءة ليزر ثاني أكسيد الكربون _عالية بشكل غير عادي: أكثر من 30٪. ^{[60] يمكن أن تعمل ليزرات} أيون الأرجون عند عدة انتقالات ليزر بين 351 و 528.7 نانومتر. اعتمادًا على التصميم البصري، يمكن أن يكون واحد أو أكثر من هذه التحولات ليزرًا في وقت واحد؛ أكثر الخطوط استخدامًا هي 458 نانومتر و488 نانومتر و514.5 نانومتر. يُعد ليزر التفريغ الكهربائي المستعرض للنيتروجين في الغاز عند الضغط الجوي (TEA) ليزر غاز غير مكلف، وغالبًا ما يتم بناؤه منزليًا بواسطة الهواة، والذي ينتج ضوءًا فوق بنفسجيًا غير متماسك إلى حد ما عند 337.1 نانومتر. ^[61] ليزرات الأيونات المعدنية هي ليزرات غازية تولد أطوال موجية فوق بنفسجية عميقة . الهيليوم -الفضة (HeAg) 224 نانومتر والنيون - النحاس (NeCu) 248 نانومتر هما مثالان. مثل جميع ليزرات الغاز منخفضة الضغط، فإن وسائط الكسب لهذه الليزرات لها خطوط تذبذب ضيقة جدًا ، أقل من 3 جيجاهرتز (0.5 بيكومتر )، ^[62] مما يجعلها مرشحة للاستخدام في التحليل الطيفي رامان المكبوت بالفلورسنت .

تم إثبات توليد الليزر دون الحفاظ على الوسط المثار في حالة انعكاس سكاني في عام 1992 في غاز الصوديوم ومرة ​​أخرى في عام 1995 في غاز الروبيديوم بواسطة فرق دولية مختلفة. ^{[63] [64] [ الصفحة المطلوبة ]} تم تحقيق ذلك باستخدام مازر خارجي لتحريض "الشفافية البصرية" في الوسط عن طريق إدخال وتداخل انتقالات الإلكترونات الأرضية بين مسارين بشكل مدمر بحيث يتم إلغاء احتمالية امتصاص الإلكترونات الأرضية لأي طاقة.

تعتمد أشعة الليزر الكيميائية على تفاعل كيميائي يسمح بإطلاق كمية كبيرة من الطاقة بسرعة. وتحظى مثل هذه الليزرات عالية الطاقة باهتمام خاص من قبل العسكريين؛ ومع ذلك، فقد تم تطوير أشعة الليزر الكيميائية ذات الموجة المستمرة بمستويات طاقة عالية جدًا، والتي تتغذى على تيارات من الغازات، ولها بعض التطبيقات الصناعية. على سبيل المثال، في ليزر فلوريد الهيدروجين (2700-2900 نانومتر) وليزر فلوريد الديوتيريوم (3800 نانومتر)، يكون التفاعل عبارة عن مزيج من غاز الهيدروجين أو الديوتيريوم مع منتجات احتراق الإيثيلين في ثلاثي فلوريد النيتروجين .

ليزرات الإكسيمر هي نوع خاص من الليزر الغازي يعمل بتفريغ كهربائي حيث يكون وسط الليزر عبارة عن إكسيمر ، أو بشكل أكثر دقة إكسيبلكس في التصميمات الحالية. هذه هي الجزيئات التي لا يمكن أن توجد إلا بذرة واحدة في حالة إلكترونية مثارة . بمجرد أن ينقل الجزيء طاقة إثارته إلى فوتون، لم تعد ذراته مرتبطة ببعضها البعض، ويتفكك الجزيء. يقلل هذا بشكل كبير من تعداد حالة الطاقة المنخفضة وبالتالي يسهل بشكل كبير عكس التعداد. جميع ليزرات الإكسيمر المستخدمة حاليًا هي مركبات غازات نبيلة ؛ الغازات النبيلة خاملة كيميائيًا ولا يمكنها تكوين مركبات إلا أثناء وجودها في حالة مثارة. تعمل ليزرات الإكسيمر عادةً بأطوال موجية فوق بنفسجية ، مع تطبيقات رئيسية بما في ذلك الطباعة الضوئية بأشباه الموصلات وجراحة العيون بالليزر . تتضمن جزيئات الإكسيمر المستخدمة بشكل شائع ArF (الانبعاث عند 193 نانومتر)، وKrCl (222 نانومتر)، وKrF (248 نانومتر)، وXeCl (308 نانومتر)، وXeF (351 نانومتر). ^{[65] [ الصفحة المطلوبة ] يُشار أحيانًا إلى ليزر} الفلور الجزيئي ، الذي ينبعث عند 157 نانومتر في الأشعة فوق البنفسجية الفراغية، باسم ليزر الإكسيمر؛ ومع ذلك، يبدو أن هذا تسمية خاطئة لأن F ₂ مركب مستقر.

تستخدم أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة قضيبًا بلوريًا أو زجاجيًا "مُشَوَّبًا" بالأيونات التي توفر حالات الطاقة المطلوبة. على سبيل المثال، كان أول ليزر يعمل هو ليزر الياقوت ، المصنوع من الياقوت ( كوروندوم مُشَوَّب بالكروم ). يتم الحفاظ على الانعكاس السكاني في المادة المُشَوَّبة. يتم ضخ هذه المواد بصريًا باستخدام طول موجي أقصر من طول موجة الليزر، غالبًا من أنبوب فلاش أو ليزر آخر. إن استخدام مصطلح "الحالة الصلبة" في فيزياء الليزر أضيق من الاستخدام النموذجي. لا يُشار عادةً إلى أشعة الليزر شبه الموصلة (ثنائيات الليزر) على أنها ليزرات الحالة الصلبة.

النيوديميوم هو مادة مضافة شائعة في العديد من بلورات الليزر ذات الحالة الصلبة، بما في ذلك أورثوفاناديت الإيتريوم ( Nd: YVO ₄ )، وفلوريد الليثيوم الإيتريوم ( Nd: YLF )، وجارنيت الألومنيوم الإيتريوم ( Nd: YAG ). يمكن لجميع هذه الليزرات إنتاج قوى عالية في طيف الأشعة تحت الحمراء عند 1064 نانومتر. تُستخدم في القطع واللحام ووضع علامات على المعادن والمواد الأخرى، وكذلك في التحليل الطيفي ولضخ ليزر الصبغة . كما يتم مضاعفة تردد هذه الليزرات ثلاث مرات أو أربع مرات لإنتاج 532 نانومتر (أخضر، مرئي)، و355 نانومتر و266 نانومتر ( UV )، على التوالي. تُستخدم ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة بالديود (DPSS) ذات التردد المضاعف لصنع مؤشرات ليزر خضراء زاهية.

الإيتربيوم والهولميوم والثوليوم والإربيوم هي "مُشَوِّبات" شائعة أخرى في ليزر الحالة الصلبة. ^{[66] [ الصفحة المطلوبة ]} يستخدم الإيتربيوم في بلورات مثل Yb:YAG وYb:KGW وYb:KYW وYb:SYS وYb:BOYS وYb:CaF 2 ، والتي _تعمل عادةً عند حوالي 1020-1050 نانومتر. إنها فعالة للغاية وعالية الطاقة بسبب عيب كمي صغير. يمكن تحقيق قوى عالية للغاية في نبضات فائقة القصر باستخدام Yb:YAG. تنبعث بلورات YAG المشبعة بالهولميوم عند 2097 نانومتر وتشكل ليزرًا فعالًا يعمل عند أطوال موجية تحت الحمراء تمتصها الأنسجة الحاملة للماء بقوة. عادةً ما يتم تشغيل Ho-YAG في وضع نبضي ويمر عبر أجهزة جراحية من الألياف الضوئية لتجديد سطح المفاصل وإزالة العفن من الأسنان وتبخير السرطانات وتفتيت حصوات الكلى والمرارة.

ينتج الياقوت الأزرق الممزوج بالتيتانيوم ( Ti:sapphire ) ليزرًا بالأشعة تحت الحمراء قابلًا للضبط بدرجة عالية ، ويُستخدم عادةً في التحليل الطيفي . كما يتميز أيضًا باستخدامه كليزر مقفل النمط ينتج نبضات فائقة القصر ذات طاقة ذروة عالية للغاية.

تنشأ القيود الحرارية في الليزرات ذات الحالة الصلبة من طاقة المضخة غير المحولة التي تسخن الوسط. يمكن أن تتسبب هذه الحرارة، عند اقترانها بمعامل حراري بصري مرتفع (d n / d T ) في حدوث عدسات حرارية وتقليل الكفاءة الكمومية. تتغلب الليزرات ذات الأقراص الرقيقة المضخوخة بالديود على هذه المشكلات من خلال وجود وسط مكسب أرق بكثير من قطر شعاع المضخة. يسمح هذا بدرجة حرارة أكثر اتساقًا في المادة. وقد ثبت أن الليزرات ذات الأقراص الرقيقة تنتج أشعة تصل إلى كيلو وات واحد. ^[67]

تُسمى الليزرات ذات الحالة الصلبة أو مضخمات الليزر حيث يتم توجيه الضوء بسبب الانعكاس الداخلي الكلي في الألياف الضوئية أحادية الوضع بدلاً من ذلك بالليزرات الليفية . يسمح توجيه الضوء بمناطق كسب طويلة للغاية، مما يوفر ظروف تبريد جيدة؛ تتمتع الألياف بنسبة مساحة سطح إلى حجم عالية مما يسمح بالتبريد الفعال. بالإضافة إلى ذلك ، تميل خصائص توجيه الألياف إلى تقليل التشوه الحراري للشعاع. أيونات الإربيوم والإيتربيوم هي أنواع نشطة شائعة في مثل هذه الليزرات.

في كثير من الأحيان، يتم تصميم ليزر الألياف كألياف ذات غلاف مزدوج . يتكون هذا النوع من الألياف من قلب الألياف وغلاف داخلي وغلاف خارجي. يتم اختيار مؤشر الطبقات الثلاث المتحدة المركز بحيث يعمل قلب الألياف كألياف أحادية الوضع لانبعاث الليزر بينما يعمل الغلاف الخارجي كنواة متعددة الأوضاع للغاية لليزر المضخة. يتيح هذا للمضخة نشر كمية كبيرة من الطاقة داخل ومن خلال منطقة القلب الداخلي النشط مع الاحتفاظ بفتحة عددية عالية (NA) للحصول على ظروف إطلاق سهلة.

يمكن استخدام ضوء المضخة بكفاءة أكبر عن طريق إنشاء ليزر قرص الألياف ، أو مجموعة من مثل هذه الليزرات.

يمكن أن تعاني ليزرات الألياف، مثل الوسائط البصرية الأخرى، من تأثيرات التعتيم الضوئي عندما تتعرض لإشعاعات ذات أطوال موجية معينة. وعلى وجه الخصوص، يمكن أن يؤدي هذا إلى تدهور المادة وفقدان وظائف الليزر بمرور الوقت. وتختلف الأسباب والآثار الدقيقة لهذه الظاهرة من مادة إلى أخرى، على الرغم من أنها غالبًا ما تنطوي على تكوين مراكز اللون . ^[68]

تعتمد ليزرات البلورات الفوتونية على هياكل نانوية توفر احتواء الوضع وكثافة الحالات البصرية (DOS) المطلوبة لحدوث التغذية الراجعة. ^{[ توضيح مطلوب ]} وهي بحجم ميكرومتر نموذجي ^{[ مشكوك فيه - ناقش ]} ويمكن ضبطها على نطاقات البلورات الفوتونية. ^{[69] [ توضيح مطلوب ]}

الليزر شبه الموصل عبارة عن ثنائيات يتم ضخها كهربائيًا. يؤدي إعادة تجميع الإلكترونات والثقوب الناتجة عن التيار المطبق إلى إحداث مكسب بصري. يشكل الانعكاس من أطراف البلورة مرنانًا بصريًا، على الرغم من أن المرنان يمكن أن يكون خارجيًا بالنسبة لأشباه الموصلات في بعض التصميمات.

تصدر ثنائيات الليزر التجارية أطوال موجية تتراوح من 375 نانومتر إلى 3500 نانومتر. ^[70] تُستخدم ثنائيات الليزر منخفضة إلى متوسطة الطاقة في مؤشرات الليزر وطابعات الليزر ومشغلات الأقراص المضغوطة/أقراص DVD. تُستخدم ثنائيات الليزر أيضًا بشكل متكرر لضخ الليزر الأخرى بصريًا بكفاءة عالية. تُستخدم ثنائيات الليزر الصناعية ذات الطاقة الأعلى، بقوة تصل إلى 20 كيلو وات، في الصناعة للقطع واللحام. ^{[71] تحتوي ليزرات أشباه الموصلات ذات التجويف الخارجي على وسط نشط أشباه الموصلات في تجويف أكبر. يمكن لهذه الأجهزة توليد مخرجات عالية الطاقة بجودة شعاع جيدة أو إشعاع ضيق} النطاق قابل لضبط الطول الموجي أو نبضات ليزر فائقة القصر.

في عام 2012، قامت شركة Nichia وشركة OSRAM بتطوير وتصنيع ثنائيات الليزر الخضراء عالية الطاقة التجارية (515/520 نانومتر)، والتي تتنافس مع الليزرات ذات الحالة الصلبة المضخوخة بالثنائيات التقليدية. ^{[72] [73]}

الليزرات ذات التجويف الرأسي المنبعثة من السطح ( VCSELs ) هي ليزرات شبه موصلة يكون اتجاه انبعاثها عموديًا على سطح الرقاقة. عادةً ما يكون لأجهزة VCSEL شعاع خرج أكثر دائرية من الثنائيات الليزرية التقليدية. اعتبارًا من عام 2005، يتوفر على نطاق واسع فقط VCSELs بطول موجي 850 نانومتر، مع بدء تسويق VCSELs بطول موجي 1300 نانومتر ^[74] وكون أجهزة بطول موجي 1550 نانومتر مجالًا للبحث. VECSELs هي VCSELs ذات تجويف خارجي. الليزرات المتتالية الكمومية هي ليزرات شبه موصلة لها انتقال نشط بين النطاقات الفرعية للطاقة للإلكترون في بنية تحتوي على العديد من الآبار الكمومية .

يعد تطوير ليزر السيليكون أمرًا مهمًا في مجال الحوسبة البصرية . يُعد السيليكون المادة المفضلة للدوائر المتكاملة ، وبالتالي يمكن تصنيع المكونات الإلكترونية والفوتونية السيليكونية (مثل الوصلات البصرية ) على نفس الشريحة. لسوء الحظ، يُعد السيليكون مادة يصعب التعامل معها في إنتاج الليزر، لأنه يحتوي على خصائص معينة تمنع إنتاج الليزر. ومع ذلك، أنتجت الفرق مؤخرًا ليزرات السيليكون من خلال طرق مثل تصنيع مادة الليزر من السيليكون ومواد أشباه الموصلات الأخرى، مثل فوسفيد الإنديوم (III) أو زرنيخيد الجاليوم (III) ، وهي مواد تسمح بإنتاج ضوء متماسك من السيليكون. تسمى هذه بالليزرات السيليكونية الهجينة . أظهرت التطورات الأخيرة أيضًا استخدام ليزرات الأسلاك النانوية المتكاملة بشكل متجانس مباشرة على السيليكون للوصلات البصرية، مما يمهد الطريق لتطبيقات على مستوى الشريحة. ^[75] هذه الليزرات النانوية ذات البنية غير المتجانسة القادرة على التوصيلات البصرية في السيليكون قادرة أيضًا على إصدار أزواج من نبضات البيكو ثانية المقفولة الطور بتردد تكرار يصل إلى 200 جيجاهرتز، مما يسمح بمعالجة الإشارة البصرية على الشريحة. ^[57] نوع آخر هو ليزر رامان ، والذي يستفيد من تشتت رامان لإنتاج ليزر من مواد مثل السيليكون.

تستخدم ليزرات الصبغ صبغة عضوية كوسيط للكسب. يسمح طيف الكسب الواسع للأصباغ المتاحة، أو مخاليط الأصباغ، لهذه الليزرات بأن تكون قابلة للضبط بدرجة عالية، أو لإنتاج نبضات قصيرة المدة للغاية ( في حدود بضعة فيمتو ثانية ). على الرغم من أن هذه الليزرات القابلة للضبط معروفة بشكل أساسي في شكلها السائل، فقد أظهر الباحثون أيضًا انبعاثًا قابلًا للضبط بعرض خط ضيق في تكوينات مذبذب تشتت تتضمن وسائط كسب صبغة الحالة الصلبة. في شكلها الأكثر انتشارًا، تستخدم ليزرات الصبغة ذات الحالة الصلبة هذه البوليمرات المشوبة بالصبغة كوسيط ليزر.

ليزر الفقاعات هو ليزر صبغي يستخدم فقاعة كمرنان بصري. تنتج أوضاع المعرض الهمسي في الفقاعة طيف خرج يتكون من مئات القمم المتباعدة بالتساوي: مشط التردد . يرتبط تباعد أوضاع المعرض الهمسي بشكل مباشر بمحيط الفقاعة، مما يسمح باستخدام ليزر الفقاعات كمستشعرات ضغط شديدة الحساسية. ^[76]

تنتج أشعة الليزر ذات الإلكترونات الحرة إشعاعًا متماسكًا وعالي الطاقة وقابلًا للضبط على نطاق واسع، ويتراوح حاليًا في الطول الموجي من الموجات الدقيقة إلى إشعاع التيراهيرتز والأشعة تحت الحمراء إلى الطيف المرئي، إلى الأشعة السينية الناعمة. ولديها أوسع نطاق تردد من أي نوع ليزر. في حين أن أشعة الليزر ذات الإلكترونات الحرة تشترك في نفس السمات البصرية مثل أشعة الليزر الأخرى، مثل الإشعاع المتماسك، فإن تشغيل أشعة الليزر ذات الإلكترونات الحرة مختلف تمامًا. على عكس الليزر الغازي أو السائل أو الصلب، الذي يعتمد على الحالات الذرية أو الجزيئية المرتبطة، تستخدم أشعة الليزر ذات الإلكترونات الحرة شعاعًا إلكترونيًا نسبيًا كوسيط ليزر، ومن هنا جاء مصطلح الإلكترون الحر .

كان السعي إلى إنتاج ليزر عالي الطاقة الكمومية باستخدام انتقالات بين الحالات المتماثلة للنواة الذرية موضوعًا لأبحاث أكاديمية واسعة النطاق منذ أوائل سبعينيات القرن العشرين. وقد تم تلخيص الكثير من هذا في ثلاث مقالات مراجعة. ^{[77] [78] [79]} كان هذا البحث دوليًا في نطاقه ولكنه كان قائمًا بشكل أساسي في الاتحاد السوفييتي السابق والولايات المتحدة. وبينما يظل العديد من العلماء متفائلين بأن الاختراق وشيك، إلا أن ليزر أشعة جاما التشغيلي لم يتحقق بعد. ^[80]

كانت بعض الدراسات المبكرة موجهة نحو نبضات قصيرة من النيوترونات التي تثير حالة الأيزومر العلوي في مادة صلبة حتى يمكن أن يستفيد انتقال أشعة جاما من تضييق خط تأثير موسباور . ^{[81] [ الصفحة المطلوبة ] [82]} بالتزامن مع ذلك، كان من المتوقع العديد من المزايا من الضخ ثنائي المرحلة لنظام ثلاثي المستويات. ^[83] تم التخمين بأن نواة الذرة المضمنة في المجال القريب لسحابة إلكترونية متذبذبة متماسكة مدفوعة بالليزر ستختبر مجالًا ثنائي القطب أكبر من مجال الليزر المحرك. ^{[84] [85]} علاوة على ذلك، فإن عدم خطية السحابة المتذبذبة من شأنه أن ينتج توافقيات مكانية وزمنية، لذلك يمكن أيضًا دفع التحولات النووية ذات التعدد القطبي الأعلى بمضاعفات تردد الليزر. ^{[86] [87] [88] [89] [90] [91] [92]}

في سبتمبر 2007، أفادت بي بي سي نيوز بوجود تكهنات حول إمكانية استخدام فناء البوزيترونيوم لتشغيل ليزر أشعة جاما قوي للغاية . ^[93] اقترح ديفيد كاسيدي من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد أنه يمكن استخدام ليزر واحد من هذا القبيل لإشعال تفاعل اندماج نووي ، ليحل محل مئات بنوك الليزر المستخدمة حاليًا في تجارب الاندماج بالحبس بالقصور الذاتي . ^[93]

وقد تم اقتراح استخدام أشعة الليزر السينية الفضائية التي يتم ضخها بواسطة الانفجارات النووية كأسلحة مضادة للصواريخ. ^{[94] [95]} ومن شأن هذه الأجهزة أن تكون أسلحة أحادية الاستخدام.

تم استخدام الخلايا الحية لإنتاج ضوء الليزر. ^{[96] [97]} تم هندسة الخلايا وراثيًا لإنتاج بروتين فلوري أخضر ، والذي يعمل كوسيط لكسب الليزر. ثم تم وضع الخلايا بين مرآتين بعرض 20 ميكرومترًا، والتي تعمل كتجويف ليزر. عندما أضاءت الخلية بالضوء الأزرق، أصدرت ضوء ليزر أخضر موجهًا بشدة.

مثل أجهزة الميزر الفيزيائية الفلكية ، قد تعمل الغازات الكوكبية أو النجمية المشعة على تضخيم الضوء مما ينتج عنه ليزر طبيعي. ^{[98] يظهر} المريخ ، ^[99] والزهرة ، و MWC 349 هذه الظاهرة.

عندما اخترع جولد الليزر عام 1957، أطلق عليه البعض "حلاً يبحث عن مشكلة"، ^[100] على الرغم من أن جولد لاحظ العديد من التطبيقات وبدأ أول شركة اتصالات بصرية، Optelecom، لصنع الليزر لاستخدامه في معدات الاتصالات. ^{[101] [102]} ومنذ ذلك الحين، أصبحت منتشرة في كل مكان، حيث وجدت فائدة في آلاف التطبيقات المتنوعة للغاية في كل قسم من أقسام المجتمع الحديث، بما في ذلك الإلكترونيات الاستهلاكية وتكنولوجيا المعلومات والعلوم والطب والصناعة وإنفاذ القانون والترفيه والجيش . تعتمد الاتصالات بالألياف الضوئية على الليزر المتعدد الإرسال في أنظمة الإرسال المتعدد بتقسيم الموجة الكثيفة (WDM) لنقل غالبية بيانات IP والإنترنت. ^{[103] [104] [105]}

كان أول استخدام واسع النطاق لليزر هو ماسح الباركود للسوبر ماركت ، والذي تم تقديمه في عام 1974. وكان مشغل الأقراص الليزرية ، الذي تم تقديمه في عام 1978، أول منتج استهلاكي ناجح يتضمن الليزر، ولكن مشغل الأقراص المضغوطة كان أول جهاز مزود بالليزر يصبح شائعًا، وتم تسويقه تجاريًا في عام 1982، وتبعه بعد فترة وجيزة طابعات الليزر .

ومن الاستخدامات الأخرى:

• الاتصالات: بالإضافة إلى الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، يتم استخدام الليزر في الاتصالات الضوئية في الفضاء الحر ، بما في ذلك الاتصالات بالليزر في الفضاء.
• الطب: انظر أدناه
• الصناعة: القطع بما في ذلك تحويل المواد الرقيقة، واللحام ، والمعالجة الحرارية للمواد ، ووضع علامات على الأجزاء ( النقش والترابط )، والتصنيع الإضافي أو عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد مثل التلبيد الانتقائي بالليزر والصهر الانتقائي بالليزر ، وترسيب المعادن بالليزر ، والقياس غير التلامسي للأجزاء والمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، والتنظيف بالليزر .
• العسكرية: تحديد الأهداف، توجيه الذخائر ، الدفاع الصاروخي ، التدابير المضادة الكهروضوئية (EOCM) ، الليدار ، تعمي القوات، مشاهد الأسلحة النارية . انظر أدناه
• إنفاذ القانون : إنفاذ حركة المرور باستخدام تقنية LIDAR . تُستخدم أشعة الليزر للكشف عن بصمات الأصابع الكامنة في مجال تحديد الهوية الجنائية ^{[106] [107]}
• البحث: التحليل الطيفي ، الاستئصال بالليزر ، التلدين بالليزر ، التشتت بالليزر، قياس التداخل بالليزر ، الليدار ، تشريح المجهر بالليزر ، المجهر الفلوري ، القياس ، التبريد بالليزر
• المنتجات التجارية: الطابعات الليزرية ، ماسحات الباركود ، موازين الحرارة ، مؤشرات الليزر ، الصور المجسمة ، الصور الفقاعية
• الترفيه: الأقراص الضوئية ، وعروض الإضاءة بالليزر ، وأجهزة الدوران بالليزر .
• العلامات المعلوماتية: يمكن استخدام تقنية عرض الإضاءة بالليزر لعرض العلامات المعلوماتية على الأسطح مثل ملاعب اللعب أو الطرق أو الممرات أو أرضيات المستودعات. ^{[108] [109] [110]}

في عام 2004، باستثناء ليزرات الصمام الثنائي، تم بيع ما يقرب من 131000 ليزر، بقيمة 2.19 مليار دولار أمريكي  . ^[111] في نفس العام، تم بيع ما يقرب من 733 مليون ليزر صمام ثنائي، بقيمة 3.20 مليار دولار أمريكي  . ^[112]

لليزر العديد من الاستخدامات في الطب، بما في ذلك جراحة الليزر (وخاصة جراحة العيون )، والشفاء بالليزر (العلاج بالتعديل الضوئي الحيوي)، وعلاج حصوات الكلى ، وتنظير قاع العين ، وعلاجات الجلد التجميلية مثل علاج حب الشباب ، وتقليل السيلوليت والخطوط البيضاء ، وإزالة الشعر .

تُستخدم أشعة الليزر لعلاج السرطان عن طريق تقليص أو تدمير الأورام أو النمو السرطاني. تُستخدم عادةً لعلاج السرطانات السطحية الموجودة على سطح الجسم أو بطانة الأعضاء الداخلية. تُستخدم لعلاج سرطان الخلايا القاعدية للجلد والمراحل المبكرة جدًا من سرطانات أخرى مثل سرطان عنق الرحم والقضيب والمهبل والفرج وسرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة . غالبًا ما يتم الجمع بين العلاج بالليزر وعلاجات أخرى، مثل الجراحة أو العلاج الكيميائي أو العلاج الإشعاعي . تستخدم المعالجة الحرارية الخلالية المستحثة بالليزر (LITT)، أو التخثر الضوئي بالليزر الخلالي ، الليزر لعلاج بعض أنواع السرطان باستخدام فرط الحرارة، والذي يستخدم الحرارة لتقليص الأورام عن طريق إتلاف أو قتل الخلايا السرطانية. الليزر أكثر دقة من طرق الجراحة التقليدية ويسبب ضررًا وألمًا ونزيفًا وتورمًا وندبات أقل. العيب هو أن الجراحين يجب أن يحصلوا على تدريب متخصص، وبالتالي من المرجح أن يكون أكثر تكلفة من العلاجات الأخرى. ^{[113] [114]}

This article should include a summary of Laser weapon. See Wikipedia:Summary style for information on how to incorporate it into this article's main text. (December 2019)

سلاح الليزر هو الليزر الذي يستخدم كسلاح ذو طاقة موجهة .

في السنوات الأخيرة، اهتم بعض الهواة بالليزر. الليزر الذي يستخدمه الهواة هو عمومًا من الفئة IIIa أو IIIb (انظر § السلامة) ، على الرغم من أن البعض صنعوا أنواعهم الخاصة من الفئة IV. ^[115] ومع ذلك، نظرًا للتكلفة والمخاطر المحتملة، فهذه هواية غير شائعة. يقوم بعض الهواة بإنقاذ ثنائيات الليزر من مشغلات أقراص DVD المكسورة (باللون الأحمر)، أو مشغلات أقراص Blu-ray (باللون البنفسجي)، أو حتى ثنائيات الليزر ذات الطاقة الأعلى من مشغلات أقراص CD أو DVD . ^[116]

كما استخدم الهواة أيضًا فائضًا من أشعة الليزر المأخوذة من التطبيقات العسكرية المتقاعدة وقاموا بتعديلها لاستخدامها في التصوير المجسم . تعمل أشعة الليزر النابضة من نوع روبي وYAG بشكل جيد في هذا التطبيق.

تحتاج التطبيقات المختلفة إلى ليزرات ذات قوى خرج مختلفة. يمكن مقارنة الليزرات التي تنتج شعاعًا مستمرًا أو سلسلة من النبضات القصيرة على أساس متوسط ​​قوتها. يمكن أيضًا توصيف الليزرات التي تنتج نبضات على أساس قوة الذروة لكل نبضة. تكون قوة الذروة لليزر النبضي أكبر بعدة أوامر من حيث الحجم من قوته المتوسطة. تكون قوة الخرج المتوسطة دائمًا أقل من الطاقة المستهلكة.

القدرة المستمرة أو المتوسطة المطلوبة لبعض الاستخدامات:

قوة	يستخدم
1-5 ميغاواط	مؤشرات الليزر
5 ميغاواط	محرك الأقراص المضغوطة
5-10 ميغاواط	مشغل أقراص DVD أو محرك أقراص DVD-ROM
100 ميغاواط	ناسخ أقراص CD-RW عالي السرعة
250 ميغاواط	ناسخ أقراص DVD-R بحجم 16× للمستهلك
400 ميغاواط	تسجيل DVD 24× ثنائي الطبقة [117]
1 وات	الليزر الأخضر في تطوير النموذج الأولي للقرص متعدد الاستخدامات ثلاثي الأبعاد
1–20 واط	مخرجات أغلبية أجهزة الليزر ذات الحالة الصلبة المتوفرة تجاريًا والمستخدمة في التصنيع الدقيق
30–100 واط	ليزرات جراحية مغلقة نموذجية بثاني أكسيد الكربون [ 118]
100–3000 واط	أنواع الليزر CO2 المختومة النموذجية المستخدمة في القطع بالليزر الصناعي

أمثلة على الأنظمة النبضية ذات القدرة القصوى العالية:

• 700 TW (700×10 ¹² W) - منشأة الإشعال الوطنية ، نظام ليزر بقوة 1.8 ميغا جول و192 شعاعًا يجاور غرفة هدف بقطر 10 أمتار ^[119]
• 10 PW (10×10 ¹⁵ W) - أقوى ليزر في العالم اعتبارًا من عام 2019، يقع في منشأة ELI-NP في ماجوريلي ، رومانيا. ^[120]

حتى الليزر الأول تم الاعتراف به على أنه خطير محتمل. وصف ثيودور مايمان الليزر الأول بأنه يتمتع بقوة "جيليت" واحدة، حيث يمكنه حرق شفرة حلاقة جيليت واحدة . ^{[121] [122]} اليوم، من المقبول أن حتى الليزر منخفض الطاقة مع بضعة ملي واط فقط من طاقة الإخراج يمكن أن يكون ضارًا على بصر الإنسان عندما يضرب الشعاع العين مباشرة أو بعد الانعكاس من سطح لامع. عند الأطوال الموجية التي يمكن للقرنية والعدسة التركيز عليها جيدًا، فإن تماسك ضوء الليزر وتباعده المنخفض يعني أنه يمكن للعين تركيزه في بقعة صغيرة للغاية على شبكية العين ، مما يؤدي إلى حرق موضعي وتلف دائم في ثوانٍ أو حتى أقل من ذلك.

يتم عادةً تصنيف أجهزة الليزر برقم فئة الأمان، والذي يحدد مدى خطورة الليزر:

• الفئة 1 آمنة بطبيعتها، وذلك عادةً لأن الضوء محصور داخل حاوية، على سبيل المثال في مشغلات الأقراص المضغوطة
• الفئة 2 آمنة أثناء الاستخدام العادي؛ حيث تعمل انعكاسات الرمش للعين على منع التلف. وعادةً ما تصل الطاقة إلى 1 ميغاواط، على سبيل المثال، مؤشرات الليزر.
• تبلغ قوة أشعة الليزر من الفئة 3R (IIIa سابقًا) عادة 5 ميلي واط وتنطوي على خطر ضئيل لتلف العين خلال وقت انعكاس الرمش. ومن المرجح أن يؤدي التحديق في مثل هذا الشعاع لعدة ثوانٍ إلى تلف بقعة على شبكية العين.
• يمكن أن تسبب أشعة الليزر من الفئة 3B (5–499 ميلي واط) ضررًا فوريًا للعين عند التعرض لها.
• يمكن لأشعة الليزر من الفئة 4 (≥ 500 ميلي واط) أن تحرق الجلد، وفي بعض الحالات، يمكن حتى للضوء المتناثر من هذه الأشعة أن يسبب تلف العين و/أو الجلد. وتنتمي العديد من أشعة الليزر الصناعية والعلمية إلى هذه الفئة.

القوى المشار إليها مخصصة لليزر ذي الموجة المستمرة والضوء المرئي. أما بالنسبة لليزر النبضي والأطوال الموجية غير المرئية، فتُطبق حدود أخرى للقوة. يمكن للأشخاص الذين يعملون مع الليزر من الفئة 3B والفئة 4 حماية أعينهم باستخدام نظارات السلامة المصممة لامتصاص الضوء بطول موجي معين.

 غالبًا ما يشار إلى أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية الأطول من حوالي 1.4 ميكرومتر بأنها "آمنة للعين"، لأن القرنية تميل إلى امتصاص الضوء عند هذه الأطوال الموجية، مما يحمي الشبكية من التلف. ومع ذلك، قد يكون وصف "آمنة للعين" مضللاً، حيث لا ينطبق إلا على حزم الموجات المستمرة منخفضة الطاقة نسبيًا؛ يمكن أن يحرق الليزر عالي الطاقة أو Q-switched عند هذه الأطوال الموجية القرنية، مما يتسبب في تلف شديد للعين، وحتى الليزر متوسط ​​الطاقة يمكن أن يؤذي العين.

يمكن أن تشكل أشعة الليزر خطرًا على الطيران المدني والعسكري، نظرًا لإمكانية تشتيت انتباه الطيارين مؤقتًا أو إصابتهم بالعمى. راجع أشعة الليزر وسلامة الطيران لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع.

قد تكون الكاميرات المعتمدة على أجهزة الشحن المقترن أكثر حساسية لأضرار الليزر من العيون البيولوجية. ^[123]

• بيرتولوتي، ماريو (1999، ترجمة 2004). تاريخ الليزر . معهد الفيزياء. ISBN 0-7503-0911-3 . 
• برومبرج، جوان ليزا (1991). الليزر في أمريكا، 1950-1970 . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 978-0-262-02318-4 . 
• سيسيلي، مارك (2004). أساسيات مصادر الضوء والليزر . وايلي. ISBN 0-471-47660-9 . 
• كوشنر، والتر (1992). هندسة الليزر بالحالة الصلبة . الطبعة الثالثة. دار نشر سبرينغر. رقم ISBN 0-387-53756-2 . 
• سيجمان، أنتوني إي. (1986). الليزر . كتب العلوم الجامعية. ردمك 0-935702-11-3 . 
• Silfvast, William T. (1996). Laser Fundamentals . Cambridge University Press. ISBN 0-521-55617-1 . 
• سفيلتو، أورازيو (1998). مبادئ الليزر . الطبعة الرابعة. عبر. ديفيد حنا. سبرينغر. ردمك 0-306-45748-2 . 
• تايلور، نيك (2000). الليزر: المخترع، والحائز على جائزة نوبل، وحرب براءات الاختراع التي استمرت ثلاثين عامًا . نيويورك: سايمون وشوستر. ISBN 978-0-684-83515-0.
• بيرسال، توماس (2020). فوتونيات الكم، الطبعة الثانية. نصوص الدراسات العليا في الفيزياء. سبرينغر. doi :10.1007/978-3-030-47325-9. ISBN 978-3-030-47324-2. S2CID  240934073. مؤرشف من الأصل في 25 فبراير 2021. تم الاسترجاع 23 فبراير 2021 .
• ويلسون، ج. وهوكس، ج. ف. ب. (1987). الليزر: المبادئ والتطبيقات . سلسلة برنتيس هول الدولية في الإلكترونيات الضوئية، برنتيس هول . رقم ISBN 0-13-523697-5 . 
• ياريف ، أمنون (1989). الالكترونيات الكمومية . الطبعة الثالثة. وايلي. ردمك 0-471-60997-8 . 

• الفيزياء التطبيقية ب: الليزر والبصريات ( ISSN  0946-2171)
• مجلة IEEE لتقنية الموجات الضوئية ( ISSN  0733-8724)
• مجلة IEEE للإلكترونيات الكمومية ( ISSN  0018-9197)
• مجلة IEEE للموضوعات المختارة في الإلكترونيات الكمومية ( ISSN  1077-260X)
• رسائل تكنولوجيا الفوتونيات IEEE ( ISSN  1041-1135)
• مجلة الجمعية البصرية الأمريكية ب: الفيزياء البصرية ( ISSN  0740-3224)
• عالم الليزر البؤري ( ISSN  0740-2511)
• رسائل البصريات ( ISSN  0146-9592)
• أطياف الفوتونيات ( ISSN  0731-1230)

• موسوعة فيزياء الليزر والتكنولوجيا بقلم روديجر باشوتا
• دليل عملي لليزر للخبراء والهواة بقلم صامويل م. جولدواسر
• صفحة أجهزة الليزر المصنوعة منزليًا للأستاذ مارك سيسيل، أرشيف 1 يونيو 2009، على موقع Wayback Machine
• الليزر القوي هو "ألمع ضوء في الكون" - أقوى ليزر في العالم اعتبارًا من عام 2008 قد يخلق موجات صدمة تشبه المستعر الأعظم وربما حتى المادة المضادة
• "أساسيات الليزر" دورة تدريبية عبر الإنترنت يقدمها ف. باليمبوا وس. فورجيت.
• بيان صحفي صادر عن شركة نورثروب جرومان بشأن منتج الليزر التكتيكي Firestrike بقوة 15 كيلو وات
• موقع ويب حول الذكرى الخمسين لليزر من قبل APS وOSA وSPIE
• تعزيز موقع الذكرى السنوية لليزر بواسطة SPIE: مقابلات فيديو ومقالات مفتوحة المصدر وملصقات وأقراص DVD مؤرشف بتاريخ 23 أبريل 2021، على موقع Wayback Machine
• فكرة رائعة: أول أشعة الليزر أرشيف 3 أكتوبر 2012، على موقع واي باك مشين تاريخ الاختراع، مع مقاطع من المقابلات الصوتية.
• برنامج مجاني لمحاكاة ديناميكيات الليزر العشوائية
• عروض فيديو توضيحية في مجال الليزر والبصريات من إنتاج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). يتم عرض التأثيرات في الوقت الفعلي بطريقة يصعب رؤيتها في بيئة الفصل الدراسي.
• محاضرة فيديو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: فهم الليزر والألياف الضوئية
• متحف افتراضي لتاريخ الليزر، من المعرض المتجول الذي تنظمه SPIE
• موقع ويب يحتوي على رسوم متحركة وتطبيقات وأبحاث حول الليزر والظواهر الكمية الأخرى جامعة باريس الجنوبية