המצאה מופלאה: הלייזר

הלייזר – התקן מופלא זה, הפולט אור באופן מרוכז וממוקד, והפך להיות חלק בלתי נפרד מחיינו במגוון תחומים, הודגם לראשונה בעולם בשנת 1960 על ידי הפיזיקאי האמריקאי תיאודור מיימן. הרעיון מבוסס על תאוריה של פליטה מאולצת שהגה הפיזיקאי המפורסם אלברט איינשטיין בשנת 1954. למעשה מדובר בהמצאה חשובה מאין כמוה, שכן ללא הלייזר לא היינו יכולים להתקדם מבחינה טכנולוגית כפי שהתקדמנו עד היום, מהסיבה שהוא משמש אותנו במקומות שאנחנו צריכים בהם דיוק. הרעיון הכללי הוא פליטת אור באופן מרוכז וממוקד, בניגוד למנורה שהאור שיוצא ממנה מתפזר לכל עבר. קיימים סוגים שונים של לייזר שפותחו במהלך השנים, שמיועדים לשימושים שונים, ממחקר ורפואה ועד שימושי נשק ועבודה.

לייזר גז – קיימים גזים מסוימים שכשאשר אנו מייננים אותם, ניתן ליצור בהם היפוך. אחד מהנפוצים ביותר הוא הלייזר פחמן דו-חמצני אשר משמש במערכות ריתוך ובא לידי ביטוי במערכות ליירוט רקטות. מדובר בהתקן שמייצר קרן לייזר בתחום האינפרה האדום. זהו לייזר גזי, והאזור בו מתפרקת הקרן מכיל תערובת גזים, בדרך כלל פחמן דו-חמצני, חנקן והליום. הודות לרמות ההספק הגבוהות שמפיק התקן לייזר מסוג זה, הלייזר פחמן דו-חמצני הפך להיות התקן מבוקש ביותר למשימות כגון קידוח, סימון, חיתוך, ריתוך ועוד.

לייזר גביש – הלייזר הראשון שהודגם בשנות ה-60 של המאה שעברה, היה מסוג לייזר אודם. התקן הלייזר שנבנה על ידי תיאודור מיימן, התבסס על אודם סינתטי כתווך מגביר כדי ליצור מהוד. הלייזר מפיק פולסים בצבע אדום עמוק כצפוי מלייזר שעובר דרך אבן אודם. לייזר אודם שימש בין היתר להסרת קעקועים, אך הוא אינו מסיר ביעילות קעקועים שצבעם אדום.

לייזר מוליך למחצה – סוג לייזר זה אשר נקרא גם לייזר דיודה, הוא לייזר נפוץ וזול אשר מופק באמצעות הזרמת זרם לדיודה שעשויה מחומרים מוליכים על מנת ליצור היפוך. לייזר מסוג זה מייצר הספק נמוך, ואיכות קרן נמוכה. הוא מצוי בכל נגן תקליטורי CD, בסמני לייזר, ועוד שימושים נפוצים רבים ואחרים.

לייזר סיב – בלייזר מסוג זה כל המהוד נמצא בתוך סיב אופטי, כך שנגרמת החזרה של 4% מהאור חזרה לסיב. מה שמיוחד בלייזר סיב זה היעילות הגבוהה שלו, פשטותו ויציבותו. הקרינה האלקטרומגנטית נלכדת בתוך הסיב, והשאיבה האופטית מבוצעת על ידי הקרינה העוברת בסיב. כך שלייזר סיב מאפשר הכנסת אות מוחלשת מצד אחד של סיב הלייזר, ויציאת אות מוגברת מהצד השני. לאחרונה דווח על ייצור לייזר סיב בעל עצמה של 5000 ואט. לצורך שאיבת לייזר סיב, בדרך כלל משתמשים בלייזר מוליך למחצה.

לייזר צבע – לייזר המשתמש בתווך העשוי מתרכובת אורגנית, ומאפשר לכוון את אורך הגל. לייזר צבע למעשה ממיר קרינה אלקטרומגנטית מסוג אחד – לקרינה אלקטרומגנטית מסוג אחר, כך שניתן להתייחס אליו כאל מתקן להמרת אנרגיה. שימושים נפוצים בלייזר זה הם בתחום הרפואה, שם משתמשים בלייזר צבע על מנת להרוס גידולים שבליעתם סלקטיבית, או כדי לפצח אבני כליות באמצעות יצירת גלי הלם.

לייזר אלקטרונים חופשיים – זהו מתקן המאיץ אלקטרונים בסביבה בעלת שדה מגנטי משתנה וכך יוצר קרינה. יש מעט מאוד מתקנים כאלו בעולם, ועיקרון הפעולה של לייזר זה שונה מעיקרון הפעולה של לייזר רגיל. מכשיר לייזר זה מורכב באופן עקרוני ממאיץ חלקיקים, ולכן הוא כל כך נדיר, כי למעשה יש מעט כאלו בעולם, ועלות ייצורם היא גבוהה ביותר. ללייזר זה יש שימושים מחקריים בתחומים רבים כגון, תקשורת בגלים מילימטריים, הדמיה, טיפול פני שטח במתכות, בדיקת תכונות על ידי קרינה מוחזרת, יצור גבישים, שימושים רפואיים שונים ועוד. אצלנו מצוי מתקן לייזר אלקטרונים חופשיים באוניברסיטת אריאל, הפועל בשיתוף עם אוניברסיטת תל אביב ורפא"ל.

לייזר בלוחמה המודרנית

מזה לא מעט שנים צבאות בעולם השתמשו בהתקני לייזר, בעיקר לצורך מדידות או סימון. אך הפנטזיה של כל צבא בעולם היא להחזיק נשק לייזר אפקטיבי ומבצעי. בשנים האחרונות החלו להופיע בארץ ובעולם כל מיני מערכות נשק מבוססות לייזר, אחת מהן היא הנאוטילוס המפורסמת. מערכת זו אשר פותחה במימון משותף של ארצות הברית וישראל, משתמשת בלייזר רב עוצמה על מנת ליירט רקטות ופגזי ארטילריה. מערכת נוספת מסוג זה שהוצגה היא קרן ברזל שהוצגה לראשונה בשנת 2014. מערכת זו מבוססת על לייזר מוצק, מתקדם, ושאינו מזיק לסביבה בניגוד לנאוטילוס אשר משתמשת בחומר כימי. לאחרונה צבאות החלו לערוך ניסויים בתחום שימוש קרני לייזר כנשק בלוחמה אווירית. ארצות הברית למשל ביצעה ניסוי מוצלח כאשר התקינה מערכת לייזר רבת עצמה על גבי מטוס מסוג בואינג.

בעתיד הלא כל כך רחוק כנראה שנראה יותר ויותר נשקים מבוססי לייזר בשדה הקרב, אך קיימת בעיה עם נשקים מבוססי לייזר בלוחמה ארצית, שכן הלייזר חודר כמעט הכל. לדוגמא אם נירה בנשק מבוסס לייזר לעבר שורה של חיילים בזוית הנכונה, כנראה שנפגע כמעט בכולם, מה שהופך את השימוש בו לבעייתי מבחינה מצפונית. כך שעל גבי מטוסים או חלליות מילא, אבל בשדה הקרב הארצי כנראה שלא נפגוש נשקים אלו בקרוב.