الامتار الليزر

الأمتار الليزر هي أجهزة تستخدم تقنية الليزر لقياس المسافات والمساحات والحجوم بدقة عالية وسهولة. تعتمد هذه الأجهزة على إرسال نبضات ضوئية من الليزر إلى سطح ما واستقبالها مرة أخرى بعد انعكاسها، ثم حساب المسافة بناء على زمن الذهاب والعودة للنبضات. في هذا المقال، سنتعرف على نشأة وتطور هذه التقنية، وكيفية عمل الأمتار الليزر، والتكنولوجيا المستخدمة فيها، ومجالات استخدامها.

نشأة وتطور تقنية الليزر

تقنية الليزر تعود إلى أوائل القرن العشرين، عندما قام العالم ألبرت أينشتاين بصياغة مبدأ الانبعاث المحفز للإشعاع (Stimulated Emission of Radiation)، وهو عبارة عن ظاهرة فيزيائية تحدث عندما يتعرض ذرة أو جزيء مثار إلى فوتون (جسيم ضوئي)، فيصدر فوتونًا آخر بنفس التردد والطور والاتجاه. هذه الظاهرة تسمح بتضخيم شعاع ضوئي بطريقة متسقة ومتجانسة.

في عام 1954، قام العالمان تشارلز تاونز وآرثر شولو بابتكار جهاز يستخدم هذه الظاهرة لإنتاج شعاع ميكروويف متجانس، وأطلقوا عليه اسم MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). في عام 1958، نشر العالمان مقالًا نظريًا يبين كيفية تطبيق نفس المبدأ لإنتاج شعاع ضوئي متجانس، وأطلقوا عليه اسم LASER.

في عام 1960، قام العالم ثيودور مايمان ببناء أول جهاز ليزر في مختبرات هيوز، باستخدام بلورة من ياقوت صناعي كوسط لإصدار الضوء. منذ ذلك الحين، تطورت تقنية الليزر بشكل كبير، وظهرت أنواع مختلفة من الأجهزة التي تستخدم مصادر طاقة وأوساط لإصدار الضوء مختلفة، مثل الغازات والسوائل والصلبات والأشباه الموصلات. كما ازدادت قدرات الأجهزة من حيث الطول الموجي والطاقة والدقة والكفاءة.

كيفية عمل الأمتار الليزر

الأمتار الليزر هي أجهزة تستخدم الليزر كمصدر للضوء، وتحتوي على مرسل ومستقبل ومعالج وشاشة. تعمل هذه الأجهزة بالخطوات التالية:

• يقوم المرسل بإرسال نبضات ضوئية من الليزر باتجاه سطح ما، مثل الحائط أو الأرضية أو السقف.
• يقوم المستقبل بالتقاط النبضات الضوئية التي تعود بعد انعكاسها من السطح.
• يقوم المعالج بحساب المسافة بين الجهاز والسطح بناء على زمن الذهاب والعودة للنبضات، وباستخدام معادلة سرعة = مسافة / زمن. عادة ما تكون سرعة الضوء في الفراغ ثابتة وتساوي 300000 كيلومتر في الثانية، لكنها قد تتأثر بخصائص الوسط الذي ينتشر فيه الضوء، مثل الهواء أو الماء أو الزجاج.
• يقوم المعالج أيضًا بإجراء عمليات حسابية أخرى، مثل جمع أو طرح أو ضرب أو قسمة المسافات، أو حساب المساحات أو الحجوم أو الزوايا، باستخدام دوال رياضية مختلفة، مثل فيثاغورث أو جيب التمام أو جيب التظليل.
• يقوم المعالج بإظهار النتائج على الشاشة، ويمكن تخزينها في ذاكرة داخلية أو نقلها إلى جهاز خارجي عبر وصلة سلكية أو لاسلكية.

التكنولوجيا المستخدمة في الأمتار الليزر

التكنولوجيا المستخدمة في الأمتار الليزر تشمل عدة جوانب، منها:

• نوع الليزر: هو نوع شعاع الضوء المستخدم في قياس المسافات، ويتحدد بناء على طول الموجة والطاقة والدقة والكفاءة. يستخدم معظم الأمتار الليزر شعاعًا من ضوء مرئي أحمر أو أخضر، لأنه سهل الملاحظة ولا يتأثر كثيرًا بالغبار أو التشتت. بعض الأجهزة تستخدم شعاعًا من ضوء غير مرئي، مثل تحت الأحمر أو فوق البنفسجي، لأنه يحقق قدرة تخترقية أكبر في بعض المواد. كما تختلف قدرات شعاع الضوء من جهاز إلى آخر، فبعضها يصل إلى عشرات المترات، وبعضها إلى مئات المترات، وبعضها إلى كيلومترات.
• نظام التحكم: هو نظام يقوم بإدارة عمل ج