لیزر و کاربردهای آن

[آریوبرزن 13988]

لیزر

درسالیان خیلی دور انسان بطور اتفاقی آتش را کشف کرد و به مرور زمان با یادگیری استفاده از آتش و بکار بردن آن در مراحل مختلف زندگی، کیفیت زندگی خود را متحول کرده بود. از جمله، استفاده از نور و روشنایی آتش بود که در تاریکی شب به کمک آن دل غارهای محل سکونت خود را روشن و نورانی میکرد. چند صد قرن زمان لازم بود تا انسان بتواند با اختراع الکتریسیته منبع قویتری برای تولید نور و روشنایی در شب داشته باشد. بفاصلة زمانی نسبتاً کوتاهی انسان توانست این منبع نورانی را متحول کرده و با استفاده از آن ابزار قدرتمند و کارآمدی به نام لیزر را بسازد.

شروع اختراع لیزر به زمان آلبرت انیشتن و نظریة نشر القایی بازمی‌گردد (1917) ولی شاید خود انیشتن هم نمیتوانست در ذهن کاربردی به این وسعت برای لیزر در نظر بگیرد تا اینکه بعد از سالها مطالعه و تلاش، دانشمند آمریکایی میمن موفق به ساخت اولین لیزر و استفاده از تئوری نشر القایی گردید (1960).

در این زمان بود که نظرات فراوانی در مورد استفاده‌های مختلف از لیزر در ذهن دانشمندان و نویسندگان داستانهای علمی تخیلی شکل میگرفت و هر یک با ابداع وسیله‌ای تخیلی نحوة استفاده از نور لیزر را در آینده توصیف می‌کردند. ساخت فیلمهای علمی تخیلی که در آنها فضا‌نوردان با در دست داشتن تفنگهای لیزری با مهاجمان به کرة زمین مبارزه میکردند و!!!! به اوج خود رسیده بود. البته ارزش این داستانها و تخیلات در پیشبرد علم و تنولوژی بر هیچ‌کس پوشیده نیست و بسیاری از دانشمندان و مخترعین بزرگ با پیروی از این پیشگویی‌ها بود که موفق به اختراع وسیله‌ای جدید و یا کشف پدیده‌ای نادر گردیدند.

بدلیل هزینه‌های خیلی سنگین در راه تولید لیزر‌های پرتوان، لیزر در سالهای اولیه کاربرد زیادی نداشت و استفاده از نور لیزر محدود به مراکز دانشگاهی و آزمایشگاههای تحقیقاتی بود. ولی به تدریج با پیدا کردن کاربردهای جدید و سرمایه‌گذاری در تولید صنعتی آن بتدریج هزینه‌ها کاسته شده و با گذشت کمتر از نیم قرن از ساخت اولین لیزر، این تکنولوژی به کارآمدترین ابزار مورد استفادة بشر در آمده است. امروزه لیزر با زندگی بشر متمدن آمیخته شده به ترتیبی که در کلیة مراحل زندگی بشر بصورت غیرقابل انکاری وابسته به لیزر شده است. بعنوان مثال می‌توان از دستگاههای CD-ROM و DVD-ROM در مصارف خانگی ویا دستگاههای Barcode Reader در فروشگاههای زنجیره‌ای یا فیبرهای نوری در مخابرات و بمبهای لیزری در صنایع نظامی نام برد.

جدید‌ترین وسیلة تولید نور لیزر دیودهای لیزر هستند که با طول‌موجهای متفاوت و توانهای از 0.5 میلی وات تا 50 وات بیشترین کاربرد را در صنعت و پزشکی پیدا کرده‌اند. بعلت سهولت کار با این دیودها، قیمت نسبتاً مناسب و حجم کوچک آنها، امکان بهره‌گیری از این کشف بزرگ در جایجای زندگی بشر فراهم شده است.

امروزه لیزرهای قدرت‌مندی در حد ده‌ها و حتی صدها وات ساخته شده که در صنعت کاربردهای فراوان دارد. از جمله سوراخکاری و برش فلزات ضخیم تا قطر 2 سانتیمتر و در مواردی هم در جوشکاری و اتصال سخت بین فلزات بکار میروند.

اولین لیزر حالت جامد ( یاقوتی ) در سال 1960 توسط دانشمند آمریکایی میمن Maiman ) ( و اولین لیزر گازی ( هلیوم ـ نئون ) بوسیله دانشمند ایرانی علی جوان ساخته شد

نوری که توسط لیزرها تولید می شود خصوصیاتی نظیر تک رنگی، جهت مستقیم، قدرت بسیار و کوهرنت بودن - که این نور را از سایر منابع نوری متفاوت می سازد - دارند .

 

اصول لیزر

کلمه ساخته شدند. LASER مخفف Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation به معنای تقویت نور توسط نشر القایی تابش می باشد . در واقع لیزر پرتو تقویت شده نور می باشد .

اصول اساسی تولید آن به این صورت است که اتمها و مولکولها در سطوح انرژی مختلف ( بالا یا پایین ) قرار دارند. با استفاده از گرما می توان اتمها و مولکولهای موجود در سطوح پایین را تحریک کرده و به سطوح بالاتر برد. این اتمها و مولکولها با تابش نور مجدد به سطح انرژی قبلی خود باز می گردند.

در منابع نوری معمول ، اتمها و مولکولهای تحریک شده تابش نور را به صورت مستقل از یکدیگرو به رنگهای مختلف و با طول موجهای متفاوت انجام می دهند. حال اگر هنگامی که یک اتم تحریک شده است ، نوری با طول موج مشخص را به آن بتابانیم ، اتم به گونه ای تحریک میشود که تابشی هم فاز با طول موج نور تحریک کننده از خود می تاباند. بنابراین این نور تابیده شده باعث تقویت نور تحریک کننده می شود. حال اگر این فرایند را در مقادیر وسیع انجام دهیم یعنی تعداد زیادی اتم را به وضعیت تحریکی ببریم و سپس همه را با یک طول موج تحریک کنیم ، یک دسته نور کاملاً کوهرنت (Coherent) خواهیم داشت ، یعنی نوری با یک فرکانس یا رنگ که در آن تمام اجزا با یکدیگر هم فاز می باشند و لذا بسیار قدرتمند خواهند بود.

[آریوبرزن 13988]

لیزرهای حالت جامد

 

 

لیزرهای حالت جامد یون فلزات واسطه

به استثنای لیزرهای نیم رسانا که بعدا به طور جداگانه به آن خواهیم پرداخت، معمولاً محیط فعال در لیزرهای حالت جامد، بلور یا شیشه ای شفاف است که درون آن مقدار کمی فلزات واسطه، دوپه شده است، گذارهای انجام شده در یونهای فلزات واسطه، مسؤل عمل لیزرند. متداولترین فلزات دوپه کننده عبارت اند از کروم در لیزرهایی یاقوت و الکساندریت، و نئودیویم در لیزرهای N d:YAG و :Nd شیشه و غلظت دوپه کننده در حدود 1% یا کمتر است. تمام چنین لیزرهایی به طور نوری با یک منبع لامپ درخشی نوار پهن دمش پیدا می کنند و می توان آنها را برای تولید بالاترین شدتهای موجود در لیزرها، به صورت تپی در آورد. وجود یک بیقاعدگی طبیعی در نیمرخ زمانی هر تپ، که به عنوان تیزشدگی شناخته می شود، این نوع لیزر را به ویژه برای برش و سوراخکاری کارآمد می کند.

 

لیزر یاقوت:

لیزر یاقوت معروفترین لیزر حالت جامد است و به عنوان نخستین نوع لیزر ساخته شده در سال 1960، موقعیت مهمی در تاریخ لیزرها دارد، به عنوان مثال جالبی از طنزهای علوم، مقاله اولیه تئودور اچ. میمن که نخستین لیزر را توصیف می کرد، توسط Review Letters Physical رد شد، زیرا فرض شد که این کار، چندان جالب نیست! از نظر ساختاری، لیزرهای یاقوت جدید شامل یک میله یاقوت تجارتی ( 3O2Cr % 0.05 در شبکه ) با قطری بین 3 تا mm 25 و طول تا cm 20 است. یونهای کروم یاقوت با نشر نوار پهن حاصل از لامپ درخشی برانگیخته می شوند یا لامپ درخشی به دور میله یاقوت پیچیده است یا درون یک بازتابنده بیضوی به موازات آن، قرار گرفته است.

پیش از پرداختن به جزئیات طرح تراز انرژی یاقوت، جالب است بدانیم که به طور مستقیم می توان از روی رنگ نوری که این لیزر نشر می کند، به مطالبی پی برد. این واقعیت که لیزر یاقوت نور سرخ نشر می کند، ممکن است چندان شگفت آور نباشد، مگر بیاد آوریم که دلیل سرخ رنگ بودن یاقوت آن است که یاقوت در ناحیه سبز و بنفش طیف جذب دارد، به همین دلیل نور سرخ را عبور می دهد ( یا بازتاب می کند )0 بدین ترتیب چون جذب تابش لامپ درخشی و نشر لیزر آشکارا در طول موجهای مختلفی رخ می دهد، فوراً مشخص می شود که یاقوت باید لیزری با بیش از دو تراز باشد. شایان ذکر است که این ترازهای انرژی، کاملا با آنهایی که در اتم آزاد کروم وجود دارند، متفاوت اند. محیط الکتروستاتیکی ایجاد شده توسط اتمهای پیرامون شبکه میزبان، که به عنوان میدان بلور شناخته می شود، باعث شکافتگیهای زیادی در ترازهای انرژی می شود، حال آن که در اتم آزاد معمولا آنها هم ترازند.

اولین برانگیختگی توسط لامپ درخشی، یونهای C r را از حالت پایه 1)E 2 (A به یکی از دو تراز 3E (T) می برد. هر دو تراز کسری از نانوثانیه عمر می کنند و سپس به سرعت به تراز 2E (E ) دچار واپاشی می شوند. این واپاشی، به سهولت توسط فرایندهای غیر تابشی انجام می شود و انرژی را به ارتعاشهای شبکه منتقل می کند و در نتیجه باعث گرم شدن بلور می شود. چون تراز2 E زمان واپاشی طولانی تری در حدود 4 دارد، بین حالتهای 2E و 1E وارونگی جمعیت رخ می دهد و نظر به اینکه اکثر یونهای Cr به طور همزمان به حالت پایه فرو می ریزند، نشر لیزر در طول موج n m 3ر694 نمایان می شود. بدین تربیب فرایند لیزر، تک تپی پرشدت از نور با تداوم 3ر0 تا m s 3 ایجاد می کند و لازم است که پیش از تپ بعدی، لامپ درخشی مجدداً شارژ میشود.معمولاً تاخیر بین دو تپ پی درپی، چند ثانیه به درازا می کشد و می تواند تا یک دقیقه نیز به طول بینجامد. با استفاده از تکنیکی به نام سوییچ کردن Q می توان به روشی کاملاً متفاوت تپها را ایجاد کرد.

تخریب ناشی از چرخه های مداوم گرم و سرد شدن مربوط به مرحله ایجاد هر تپ، مسئله ای اساسی در لیزر یاقوت و سایر لیزرهایی از این نوع است که سرانجام باعث تعویض میله یاقوت می شود. معمولاً برای بهبود عملکرد، با گردش آب از درون روکش، میله خنک می شود. لیزر یاقوت علی رغم کاستیهایش با انرژی تپی به اندازه J 200 ،منبعی نیرومند برای نور تکفام در ناحیه نوری محسوب می شود و کاربردهای متعددی در فراورش مواد به دست آورده است. پهنای نوار نشر به طور نوعی در حدود n m 5 ر0 (cm 10) است ولی با قرار دادن سنجه در درون حفره می توان این مقدار را 10 مرتبه کاهش داد. بدین ترتیب با چنین پهنای خط باریکی، لیزر را میتوان برای تمام نگاری به کار برد و این زمینه بیشتر کاربردهای این لیزر را تاکنون به خود اختصاص داده است. زمینه کاربردی دیگر در لایدار است. قطر باریکه یک لیزر یاقوت کم توان می تواند به اندازهmm 1 با واگرایی 25ر0 میلی رادیان باشد، پرتوان ترین لیزرها می توانند باریکه هایی تا قطر mm 25 و واگراییهای بزرگتر تا حد چند میلی رادیان داشته باشند.

 

به تازگی، سایر انواع لیزرهای حالت جامد توسعه یافته اند، گرچه اینها نیز بر اساس گذارهای نوری در یون فلزات توسط واسطه مستقر در درون بلور یونی میزبان عمل می کنند، لکن خواص کاملاً متفاوتی با لیزر یاقوت دارند. یکی از این انواع لیزر الکساندریت است که در آن یون کروم دوپه شده درون بلور الکساندریت) 4 O2(BeAL ، محیط فعال را تشکیل می دهد. تفاوت بین لیزرهای یاقوت و الکساندریت در آن است که در مورد اخیر، حالت پایه الکترونی یو ن دیگر گسسته نیست، بلکه به دلیل جفت شدگی با ارتعاشهای شبکه، نوار پیوسته پهنی از ترازهای انرژی وایبرونیک ایجاد می کند. در این مورد، پس از برانگیختگی با لامپ درخشی عادی، نشر لیزر از طریق گذارهای به سمت پایین از حالت 2 Tبه جایی در پیوستار حالت پایه روی می دهد و خروجی کوک پذیری که گستره 700 تا n m 815 را در بر می گیرد، به دست می آید. لذا، اغلب از لیزر الکساندریت به نام لیزر وایبرونیکی یاد می شود. لیزر تیتانیم: یاقوت کبود که به تازگی توسعه یافته است، از نوع مشابهی است و با وقوع گذارهای وایبرونیکی 2 ETدر یونهای تیتانیم، باعث ایجاد نشر پر قدرت و کوک پذیر CW در گستره طول موج به طور غیر عادی وسیع 650 تا nm 1000 می شود . سایر لیزرهای وایبرونیکی شامل2MgF با دوپه Ni و Co هستند .

 

لیزرهای نئودیمیم:

لیزرهای نئودیمیم بر دو نوع عمده اند، در یکی شبکه میزبان برای یونهای نئودیمیم، بلور لعل ایتریم آلومینیم

)12 O5Al3 (Yو در دیگری میزبان شیشه ای بی ریخت است. به این دو نوع به ترتیب Nd:YAG و :Nd شیشه می گویند. هر چند که در هر دو مورد، گذارهای انجام شده دریونهای نئودیمیم مسئول عمل لیزرند، ولی به دلیل تاثیر شبکه میزبان روی ترازهای انرژی نئودیمیم، مشخصات نشر در آنها متفاوت است. همچنین شیشه فاقد رسانایی گرایی عالی بلور YAG است، در نتیجه استفاده از آن برای عملیات با موج تپی مناسبتر از عملیات با موج پیوسته ( CW) است. مانند لیزر یاقوت، هر دونوع لیزر نئودیمیم معمولاً توسط یک لامپ درخشی که به طور هم کانون درکار یک میله ماده لیزری درون یک بازتابنده بیضوی قرار گرفته است، برانگیخته می شوند. اکنون لیزرهای بسیار کوچک و دستی YAG :Nd موجودند که توسط دیودهای لیزری برانگیخته می شوند.

در اینجا نیز ترازهای انرژی یونهای نئودیمیم درگیر در عمل لیزر که به طور طبیعی در حالت آزاد هم ترازند، در اثر برهم کنش با میدان بلور دچار شکافتگی می شوند. نحوه شکافتگی در شکل 2 . 3 نشان داده شده است. بدین ترتیب گذارهای بین مؤلفه های حالتهای2/3 F و2/11 I که در حالت آزاد ممنوع اند، مجاز می شوند و می توانند باعث نشر لیزر شوند. به دنبال واپاشی غیر تابشی از ترازهای انرژی بالاتر که توسط لامپ درخشی برانگیخته شده اند، ترازهای2/3 F در آغاز جمعیت دار می شوند و چون تراز پایانی 2/11 I لیزر در بالای حالت پایه 2/9 I قرار گرفته است، در نتیجه با یک سیستم شبه چهار ترازی مواجهیم .

طول موج اصلی نشر هر دو نوع لیزر نئودیمیم در حدود m m064ر1 در زیر قرمز نزدیک ( یا mm 047ر1 درمورد لیزرهای نامتداولتر Nd:YLF که در آن لیتیم جایگزین آلومینیم در شبکه میزبان شده است ) قرار دارد. برخی از لیزرهای تجاری می توانند براساس گذار دیگری که خروجی mm 319ر1 ایجاد می کند، عمل کنند. با این حال مواد میزبان YAG و شیشه خواص کاملاً متفاوتی بر نشر تحمیل می کنند، جدا از تفاوتهای رسانایی گرمایی که تعیین کننده نحوه کار پیوسته یا تپی است، یکی از تفاوتهای اساسی این دو لیزر در پهنای خط آنها نهفته است، چون شیشه ساختاری بیریخت دارد، محیط الکتریکی اطراف یونهای نئودیمیم را تغییر می دهد و در نتیجه شکافتگی میدان بلور نیز از یونی به یون دیگر تغییر می کند. به همین دلیل در مقایسه با لیزر N d :YAG که در آن شبکه بسیار منظمتر و شکافتگی میدان ثابت تر است، پهنای خط بسیار بیشتر می شود. با این حال، غلظت دوپه کننده نئودیمیم در شیشه می تواند تا 6% برسد در حالی که برای مقایسه در میزبان YAG مقدار آن %5 ر1 است، بدین ترتیب خروجی بسیار پرانرژی تری می توان از آن بدست آورد. بنا به این دلایل لیزر : Nd شیشه به طور ایده ال برای تولید تپهای بسیار کوتاه با شدت بسیار زیاد توسط روش قفل کردن مد مناسب است. در حقیقت، توسط لیزرهای نئودیمیم بوده است که به پر شدت ترین باریکه ها در لیزرهای تجاری دست یافته ایم .

توان خروجی یک لیزر نوعی موج پیوسته N d:YAG چند وات است و می تواند از 100 وات فراتر رود. در وضعیت تپی، بنا به روش تپ سازی و سرعت تکرار تپ، انرژی تپ تفاوت می کند ولی می تواند برای یک تپ از کسر کوچکی از 1 تا J 100 باشد. اکنون چنین منابع توانمند تابش زیر قرمز کاربردهای متعددی در فراورش مواد به دست آورده اند. به علاوه در چند سال گذشته، لیزرهای Nd:YAG به بازار لیزرهای جراحی راه یافته اند. درحالی که در جراحی اغلب فرایندهای گرمایی القایی متمرکز که به جذب تابش شدید زیر قرمز منجر می شود به کار می روند، علاقه زیادی به استفاده از روش دیگری به نام جراحی مد درهم شکننده وجود دارد که توسط لیزرهای YAG با مد قفل شده یا Q سوییچ شده امکان پذیر می شود. در این حالت میدان الکتریکی بزرگی ( نوعاً m V 10 × 3 ) که همراه هر تپ متمرکز شده نور لیزر است، الکترونها رااز مولکولهای بافت جدا می کند و پلاسمای حاصل، یک موج ضربه ای ایجاد می کند که باعث گسیختگی مکانیکی بافت در فاصله mm 1 از محل تمرکز می شود. اثبات شده است که این روش درتعدادی از جراحیهای بسیار ظریف چشم خیلی سودمند است لازم است. لازم است متذکر شویم که در اکثر کاربردهای پژوهشی Nd:YAG درنور شیمی و نورزیست شناسی ازتابش mm 064ر1 استفاده نمی شود، بلکه در آنها نور مرئی پرشدتی که می توان آن را با روشهای تبدیل فرکانس ایجاد کرد، به کار می رود. از این لحاظ طول موجهای 532 ، 355

وn m266 که با روش ایجاد هماهنگ به دست آمده اند، از اهمیت خاصی برخوردارند.

لیزرهای حالت جامد با دمش دیودی، نمایشگر تکنولوژی لیزر به نسبت جدید و بسیار متفاوتی اند. در این ابزارهای بسیار کوچک، که در اغلب موارد به راحتی دردست جای می گیرند، یک لیزر دیود نیم رسانا به طور مستقیم کار دمش بلور کوچک Nd:YAG را انجام می دهد. درحالی که معمولاً توانهای خروج CW اندک است اکنون برخی سیستمهای تجاری موجود، از مقدار بحرانی W 1 فراتر رفته اند و امکان دارد که از طریق تپ سازی Q سوییچ شده بتوان به خروجی پیک چند کیلوواتی دست یافت. مسئله مهمتر، استفاده از روش متداول وارد کردن بلورهای مبدل فرکانس در این ابزارهاست، بدین ترتیب نشر میلی واتی در گستره مرئی به ویژه در خط n m 532 سبز، به دست می آید. چنین لیزرهای حالت جامد یکپارچه ای، از مزیت اندازه کوچکتر، کارایی بالاتر، پایداری بهتر و سطح نوفه کمتر در قیاس با اکثر لیزرهای تخلیه در گاز، بهره می برند و چشم انداز بهتری را برای وسیله کمکی استانداردتری از آنچه در گذشته متصور بودیم، ارائه می کنند. کاربرد آنها، گستره وسیعی از دستگاهوری نوری را در بر می گیرد و قابلیت آنها را در فراورش مواد نیز نشان داده شده است .

یک نوع لیزر حالت جامد دیگر را که در آن محیط فعال یک بلور یونی معمولی ولی فاقد یونهای فلز واسطه است، می توان دراینجا مطرح کرد. این نوع را به اصطلاح، لیزر مرکز F ( یا مرکز رنگ ) می نامند که براساس گذارهای نوری در مکانهای نقص دار بلور هالیدهای فلزات قلیایی، مثلاً در KCl با دوپه تالیم، کار می کند. معمولاً مراکز رنگ توسط یک لیزر دمش از نوع N d:YAG یا لیزر یون آرگون ـ کریپتون برانگیخته می شوند. چنین لیزرهایی تابشی تولید می کنند که با استفاده از یک توری پراش به عنوان آینه انتهایی روی گستره کوچکی از طول موجها در ناحیه کلی 8 /0 تا mm 4 /3 کوک پذیر است، برای کار در قسمتهای مختلف این گستره به بلورهای متفاوتی نیاز داریم. یک عیب این نوع لیزر آن است که چون بلورها باید در دماهای بسیار پایین قرار گیرند، سیستم به نیتروژن مایع نیاز دارد.

[آریوبرزن 13988]

لیزر های نیمه رسانا

 

دیدیم که در لیزرهای حالت جامد، ترازهای انرژی به اتمهای دوپه کننده در غلظتهای بسیار پایین در شبکه میزبانی از یک ماده دیگر مربوط می شوند. چون در این شرایط اتمهای دوپه کننده اصولاً از یکدیگر جدا هستند، ترازهای انرژی آنها گسسته باقی می ماند و طیفی خطی را به دست می آوریم که شبیه به حالت کلی اتمها یا مولکولهای مجزا ست. با این حال درمورد لیزرهای نیم رسانا، با ترازهای انرژی یک شبکه سرتاسری مواجه هستیم و بدین ترتیب به جای ترازهای گسسته انرژی باید نوارهای انرژی را در نظر گیریم.

خواص مشخصه یک نیم رسانا ناشی از این واقعیت است که گاف انرژی کوچکی بین دو نوار به نام نوار والانس و نوار رسانایی وجود دارد. در دمای بسیار پایین، الکترونهای مربوط به لایه والانس هراتم، ترازهای انرژی را درنواروالانس اشغال می کنند و نوار رسانایی پر انرژیتر خالی می ماند. بدین ترتیب الکترونها نمی توانند آزادانه در شبکه حرکت کنند و ماده خواص الکتریکی یک عایق را دارد. با این حال در دمای اتاق، انرژی گرمایی برای برانگیختن برخی الکترونها به نوار رسانایی که در آن گذر از درون شبکه نسبتاً مشکل نیست، به مقدار کافی وجود دارد و بدین ترتیب رسانایی گرمایی در حدی بین آنچه از یک رسانا و عایق انتظار می رود، قرار می گیرد.

معمولاً در ابزار الکترونیکی نیم رسانا از اتصالهای بین نیم رسانای نوع p و نوع n استفاده می شود. اتمهای ناخالصی موجود در شبکه نیم رسانای نوع اول، از اتمهایی که جانشین آنها شده اند الکترونهای والانس کمتری دارند، درنوع دوم، الکترونهای والانس اتمهای ناخالصی بیشتر ازاتمهایی است که جایگزین آنها شده اند. معروفترین مواد نیم رسانا از عناصر گروه IV مانند سیلیسیم و ژرمانیم هستند. با این حال، ترکیبات دوتایی بین عناصر گروههای III و V مانند گالیم آرسنید ( GaAs ) رفتار مشابهی از خود نشان می دهند. در این حالت، شبکه کلی متشکل از دو شبکه مکعب مراکز وجوه پر در هم فرورفته است و بلور نوع p و n با تغییر استوکیومتری از مقدار دقیق 1:1 حاصل می شود. در ماده نوع p تعدادی از اتمهای آرسنیک با گالیم جایگزین می شوند، در بلور نوع n عکس این عمل رخ می دهد.

لیزرهای نیم رسانا به طریقی خیلی شبیه به دیودهای نورگسیل( LED) که به گستردگی در وسایل الکترونیکی به کار می روند، کار می کنند. با اعمال یک پتانسیل الکتریکی روی اتصال ساده دیودی بین بلور نوع p و n الکترونهای روی مرز نیم رسانا از نوار والانس فرو می افتند و در این فرایند تابش نشر می شود. نشرعمدتا در زیر قرمز است و خواص نوری بلور در چنین طول موجهایی امکان را فراهم می آورد که دو وجه انتهایی بلور، محدوده حفره تشدید را تعیین کنند. یکی از مزیتهای این نوع لیزر. اندازه بسیار کوچک آن است که معمولاً به نیم میلی متر می رسد، ولی این مسئله باعث موازی شدن بسیار کمی می شود. واگرایی به اندازه 10 به هیچ وجه نامعمول نیست و بدین ترتیب نیاز به ابزار اپتیکی تصحیح کننده را در کاربردهای زیادی، الزامی می کند.

به طور کلی دونوع لیزر نیم رسانا وجود دارد: آنهایی که در طول موج ثابت کار می کنند و آنهایی که کوک پذیرند. متداولترین انواع طول موج ثابت عبارت اند از: گالیم آرسنید، گالیم آلومینیم آرسنید و ایندیم گالیم آرسنید فسفید. لیزرهای گالیم گارسنید طول موجی درحوالی mm 904/0 نشر می کنند، انعطاف پذیری زیاد در استوکیومتری سایر انواع، ساخت لیزرهایی را که در طول موجهای ثابت مختلفی در گستره 8/0 تا mm 3/1 کار می کنند، امکان پذیر کرده است. با این حال، لیزرهای به اصطلاح دیود « نمک سرب » که از ترکیبات دوتایی غیر استوکیومتری سرب، کادمیم و قلع با تلوریم، سلنیم و گوگرد تهیه می شوند، بسته به نوع دقیق ترکیب در گستره 8ر2 تا m m 30 ( 3500 تا cm330 ) نشر می کنند. هرچند این لیزرها به دمای عملیاتی بسیار پایینی نیاز دارند، نوعاً در گستره 15 تا K 90 ، طول موج عملیاتی خیلی وابسته به دماست و در نتیجه میتوان با تغییر دما، طول موج را تنظیم کرد. گستره کوک یک لیزر دیود نمک سرب با ترکیبی مخصوص، نوعاً در حدودcm 100 است.

در یک لیزر دیودی، مدها نوعاً به فاصله 1 تاc m 2 از هم قرار دارند و معمولاً هر مد مجزا، پهنای خط بسیار باریکی به اندازه cm 10 یا کمتر دارد. معمولاً توان خروجی لیزرهای نیم رسانای پیوسته برحسب میلی وات سنجیده می شود، هرچند اکنون تجهیزات یک واتی به طور تجاری در دسترس اند. مهمترین کاربرد این لیزرها به عنوان پیکاپهای نوری درگرداننده های دیسک فشرده ( CD)، مخابرات نوری و تارهای نوری است، لیزرهای دیودی درحال حاضر نمایشگر بالنده ترین قسمت بازار لیزرند. با این حال، لیزرهای دیودی برای طیف بینی زیر قرمز با تفکیک زیاد نیز خیلی مناسب اند، زیرا پهنای خط آن چنان اندک است که می توان ساختار چرخشی را برای بسیاری از مولکولهای کوچک از گذارهای ارتعاشی جدا کرد. ارزش این روش خصوصاً در مشخص کردن واسطه های کوتاه عمر در واکنشهای شیمیایی، اثبات شده است. با ظهور لیزرهای دیودی که درانتهای قرمز طیف مرئی نشر می کنند، می توان کاربردهای متنوعتری را انتظار داشت. می توان توقع داشت که با کاهش قیمتها، لیزرهای دیودی، لیزرهای هلیم ـ نئون را از بسیاری از کاربردهای سنتی شان کناربگذارند.

[آریوبرزن 13988]

لیزر های اتمی و یونی

 

رده ای از لیزرها که محیط فعال آنها یک گاز است، انواع گسترده ای از وسایل را در بر می گیرد. معمولاً گاز یا تک اتمی است یا اینکه از مولکولهای بسیار ساده تشکیل می شود. مثالهایی از لیزرهای تک اتمی در این بخش مطرح می شوند، در هر دومورد، چون نشر لیزر از وقوع گذارهای نوری در اتمها یا مولکولهای آزاد ناشی می شود، پهنای خط نشر می تواند بسیار کم باشد. معمولاً گاز درون لوله ای سربسته است و برانگیختگی اولیه با تخلیه الکتریکی انجام می شود، بدین ترتیب دربسیاری از موارد، بخش درونی لیزر شباهتی نمادین به لامپ فلوئورسنت معمولی دارد.

لوله لیزر می تواند از مواد مختلفی تهیه کرد و الزاما نیازی به شفاف بودن آن نیست. متاسفانه معمولاً فلزات مورد استفاده قرار نمی گیرند، زیرا باعث ایجاد اتصال کوتاه در وسیله می شوند. به طور معمول از سیلیس و همچنین از بریلیم اکسید که برای منابع پر توان با رسانایی گرمایی زیاد مناسب است، استفاده می شود. داشتن یک لوله لیزری با مخلوطی از دو گاز، که یکی در مرحله دمش و دیگری در نشر لیزر به کار می رود، امری بسیار عادی است معمولاً چنین لیزرهای گازی بسیار اعتماد پذیرند، زیرا برخلاف لیزرهای حالت جامد، در اینجا امکان آسیب گرمایی محیط فعال وجود ندارد و برای مقاصد معمولی، پرمصرفترین لیزرند.

لیزر هلیوم ـ نئون:

لیزر هلیم ـ نئون، نخستین لیزر CW بود که ساخته شد و همچنین نخستین لیزری بود که در 1962، به طور تجاری در دسترس قرار گرفت. محیط فعال، مخلوطی از دو گاز است که در فشار پایین در لوله شیشه ای قرار گرفته اند، فشار جزئی هلیم تقریباً mbar 1 و برای نئون mbar 1/0 است. برانگیختگی اولیه با تخلیه الکتریکی انجام می شود و عمدتا برای برانگیختن اتمهای هلیم دراثر برخورد الکترون به کار می رود. به دنبال آن اتمهای هلیم برانگیخته در فرایند انتقال انرژی در اثر برخورد به اتمهای نئون شرکت می کنند، چون ترازهای معینی از هلیم و نئون انرژی بسیار نزدیکی دارند، این فرایند اتفاق می افتد، در نتیجه انتقال با کارایی بالایی انجام می شود. چون ترازهای نئون که بدین طریق جمعیت دار میشوند، در بالای پایینترین حالتهای برانگیخته قرار می گیرند، نسبت به این ترازها وارونگی جمعیت رخ می دهد و نشر لیزر امکان پذیر میشود. در اینجا دو نکته را باید خاطر نشان ساخت. نخست، دقت کنید که اسامی معمول حالتها را نمی توان برای ترازهای انرژی نئون بکاربرد، زیرا جفت شدگی راسل ـ ساندرز در اینجا به کار نمی رود. دوم، هر آرایش الکترونی به چند حالت نزدیک به هم منتهی میشود، ولی تنها آنهایی که مستقیما در لیزر درگیرند، درنمودار نشان داده شده اند.

در مرحله نشر لیزر، سه طول موج متمایز می تواند ایجاد شود، یک طول موج مرئی با توان درحد میلی وات، در ناحیه قرمز در nm 8/632 و دو طول موج زیر قرمز با توان نسبتا کمتر در 152/1 m m 391/3 ظاهر می شود. واضح است که برای عمل لیزر در هر یک از این طول موجها، تجهیزات اپتیکی زیر قرمز مورد نیاز است. پس از نشر، با درگیر شدن نئون در یک واپاشی غیر تابشی دو مرحله ای به سمت حالت پایه، چرخه ایجاد لیزر کامل می شود. این مرحله شامل گذار به تراز شبه پایدار s 3 p2 ، به دنبال غیر فعالسازی برخوردی در سطح درونی لوله است. برای آنکه لیزر به طور کارآمد عمل کند باید مرحله آخر سریع باشد، به همین دلیل نسبت سطح به حجم لوله لیزر، باید تاحد امکان بزرگ گرفته شود که معمولاً به معنای کوچک کردن قطر لوله است. درعمل لوله ها تنها چند میلی متر قطر دارند. اخیراً از سایر گذارهای بسیار ضعیف برای تولید لیزر هلیم ـ نئون mW 1 که طول موجهای مختلفی از جمله nm 5/543 در سبز نشر می کند استفاده شده است. ویژگی اصلی این لیزر آن است که از هر لیزر سبز دیگری ارزانتر است.

لیزرهای هلیم ـ نئون به طور پیوسته کار می کنند و علی رغم توان خروجی پایین، از دو ویژگی کوچکی و ارزانی نسبی سود می برند. بدین ترتیب می توان آنها را بیش از هر لیزر دیگری در کاربردهای مختلف پیدا کرد. در جایی که توان چندان اهمیتی نداشته باشد، عملیات مبتنی بر پهنای نازک باریکه لیزر، کاربرد اصلی است. انواع پیمایشگرهای نوری که برای کنترل کیفیت و اندازه گیری در صنعت به کار می روند، مثالی ازکاربرد مذکورند. به علاوه پیمایشگرهای هلیم ـ نئون درسیستمهای دیسکهای ویدیویی نوری، وسایل بازخونی رمزهای میله ای در فروشگاهها و تجهیزات بازشناخت نوری حروف، نیز به کار برده می شوند. چاپ الکترونیکی و همراستاسازی نوری، از جمله سایر کاربردهای این لیزر است. لیزر هلیم ـ کادمیم، نمونه مشابه دیگری است که در آن گذارها در اتمهای آزاد کادمیم به نشر میلی واتی m n 422 در آبی nm 325 در فرابنفش منجر می شود. خط آبی ویژه برای کاربردهای با تفکیک بالا در صنعت چاپ و نشر، بسیار مناسب است.

لیزر آرگون:

لیزر آرگون، معروفترین مثال از خانواده ای از لیزرهای یونی است که در آنها محیط فعال یک گاز بی اثر تک جزئی است. گاز با فشار تقریباً m bar 5/0 ، درون یک لوله پلاسما با سوراخ 2 تا mm 3 نگه داشته و با تخلیه الکتریکی برانگیخته می شود. اتمهای آرگون یونیده و در اثر برخورد الکترون برانگیخته می شوند. بنا به ماهیت فرایند دمش، چندین حالت برانگیخته یونی جمعیت دار می شوند و آنهایی که مسئول عمل لیزرند، توسط دو برخورد پی درپی، در حد متوسط جمعیت دار میشوند. برقراری وارونگی جمعیت در بین این حالتها و سایر حالتهای کم انرژیتر، باعث نشر تعدادی طول موج گسسته درگستره 350 تا nm 530 می شود دو خط قویتر در 0ر488 و nm 5ر514 ظاهرمیشوند. این دوخط در اثر گذار رو به پایین ازحالتهای تک یونیده با آرایش الکترونی p4 p 3 s 3 به حالت s 4 p 3 s 3 نشر می شوند. به دنبال آن، واپاشی تابشی مجدد، به حالتهای چندگانه همراه با آرایش یونی p 3 s 3 انجام می شود و چرخه یا توسط الکترون گیراندازی یا برانگیختگی برخوردی مجدد، به پایان می رسد. یونهای دوبار یونیده Al در نشر فرابنفش نزدیک لیزر دخیل اند.

چون چند طول موج با این لیزر ایجاد می شود، معمولاًبرای گزینش یک طول موج خاص برای تقویت، در بین دو آینه انتهایی، یک سنجه یا منشور پاشنده قرار می دهند. بدین ترتیب طول موجهای خروجی را می توان با تغییر در راستای آنها تغییر داد. باگزینش یک مد طولی پهنای خط خروجی تنها به اندازهcm 0001ر0قابل دستیابی است. دمش ترازهای یونی لازم برای عمل لیزر، به ورود انرژی زیاد و پیوسته ای نیاز دارد و کارایی به نسبت پایین وسیله، به معنای آن است که مقدار زیادی انرژی گرمایی باید از دست داده شود. بنابراین، خنک کردن عامل مهمی در طراحی است و گردش آب در پوشش اطراف لوله متداولترین راه حل است، هر چند لیزرهای آرگون CW در گستره مقادیر میلی وات تا حد W 25 است.

لیزرهای آرگون به نسبت گران و شکننده اند و معمولا طول عمر لوله آنها به 1000 تا 10000 ساعت محدود می شود. سایش دیواره های لوله توسط پلاسما که باعث ته نشینی غبار روی پنجره های خروجی بروستر می شود یکی از دلایل اساسی طول عمر محدود لیزرهاست. خود آرگون نیز در اثر یونهایی که جذب دیواره های لوله می شوند، اندک اندک از بین می رود. با وجود این معایب، این گونه لیزرها، در شیمی و فیزیک و به ویژه در قلمرو طیف بینی که در آنجا معمولاً برای دمش لیزرهای رنگینه ای به کار می روند، کاربردهای پژوهشی گسترده ای پیدا کرده اند. همچنین لیزرهای آرگون تاثیر به سزایی در صنعت چاپ و نشر داشته اند و در پزشکی و به ویژه در درمان لیزر چشم، نقش مهم و رو به افزایشی دارند. نمایشهای بصری و سرگرمی، جنبه دیگری از کاربرد آنهاست که ذکر آن لازم به نظر می رسد. معمولاً در این کاربرد به نسب کم اهمیت ولی به حد کافی عجیب و بدون شک مهیج است که بیشتر مردم برای نخستین بار نور لیزر را می بینند.

لیزر کریپتون، عضو معروف دیگری از خانواده لیزرهای یونی است. از بسیاری جنبه ها، این لیزر خیلی شبیه به لیزر آرگون است و در گستره 350 تا n m 800 طول موجهایی نشر می کند، هر چند به دلیل کارایی کمتر، خروجی آن در سطوح توان تا حدی پایینتر ( تا حدودW 5 ) قرار می گیرد. قویترین نشر درطول موج nm 1/647 واقع می شود. در واقع، شباهت زیادی نیازمندیهای فیزیکی و عملکرد بین لیزرهای آرگون و کریپتون، به ما امکان می دهد که لیزری حاوی مخلوطی از این دو گاز بسازیم و گستره بسیار خوبی از طول موجها راروی تمام طیف مرئی به دست آوریم. این لیزرها، طول موجهای متعددی نشر میکنند که برای کاربردهای زیست پزشکی مناسب اند، خطهای آبی ـ سبز آرگون از ویژگی خاصی برخوردارند، زیرا به شدت توسط یاخته های قرمز خون جذب می شوند.

 

 

لیزر بخار مس:

لیزر بخار مس یکی از جدیدترین لیزرهاست که باید تاثیر به سزایی روی بازار لیزر داشته باشد. با وجود این، لیزر مذکور ویژگیهایی دارد که آن را بدل به رقیبی بسیار جالب در برخی کاربردها می کند این لیزر متعلق به رده لیزرهای بخار فلز است که در آنها گذار در اتمهای آزاد فلز بدون بار، به نشر لیزر منجر می شود.

لیزر مس اصولاً یک سیستم سه ترازی است. برخورد الکترون به اتمهای مس حالت پایه به برانگیختگی به حالتهای p 2 متعلق به آرایش الکترونیp 4 d3 منجر می شود که گذار از آن به ترازهای پایینی D با آرایش s4 d3 می تواند انجام شود. بدین ترتیب نشرلیزر درطول موجهای nm5/510 در سبز و nm2/578 در زرد است . برخوردهای بیشتر اتمهای برانگیخته با الکترونها یا دیواره های لوله، به واپاشی بازگشتی به حالت پایه منجر میشود. یکی از مشکلات مربوط به این طرح خاص آن است که برخورد الکترون به اتمهای مس حالت پایه، نه تنها ترازهای p بلکه ترازهای D مربوط به انتهای پایین گذارهای لیزر را جمعیت دار می کند. لذا امکان برقراری وارونگی جمعیت بین ترازهای Pو D وجود ندارد و در نتیجه لیزر به طور طبیعی در مد تپی و معمولاً با فرکانس تکرار تپ تقریباً kHz 5 کار می کند . هرتپ نوعاً ns 30 تداوم دارد و انرژی آن در گستره میلی ژول است.

طرح فیزیکی لیزر شامل لوله پلاسما ازجنس آلومین حاوی مس فلزی به صورت قطعه یا منابع دیگر در هر انتهاست. همچنین برای برقراری تخلیه الکتریکی، لوله با گاز نئون در فشار پایین ( تقریباً m bar 5 ) پر م شود . عبور جریان از درون لوله باعث ایجاد دمای 1400 تا C 1500 میشود که مس را داغ و فشار جزئی از اتمهای Cu به اندازه تقریباً mbar 1|0 ایجاد میکند، سپس این اتمها می توانند به عنوان محیط لیزر دهنده عمل کنند . به تازگی با انجام تغییری در این طرح که دردمای اتاق کار می کند، زمان طولانی گرم شدن لیزر، درحدود یک ساعت، که یکی از عیبهای اولیه آن بود، برطرف شده است.

نشر تابش مرئی با توانهای خیلی بالا ( میانگین توان در یک چرخه کامل نشر تپی و دمش 10 تا W 60 است) و قیمت معمول و کارایی بالا از لحاظ انرژی، مزیتهای اصلی لیزر بخار مس هستند، برای مثال قدرتمندترین لیزر بخار مس W 100، تنهابه اندازه نصف توان ورودی یک لیزر آرگون W 20 مصرف دارد. کاربرد اصلی لیزر مس، جداسازی ایزوتوپ اورانیم است که هنوز عمدتاً در مرحله تحقیق و توسعه است . همچنین علاقه هایی به استفاده از این لیزر در عکاسی و تمام نگاری و نیز نورپردازی زیر آب وجوددارد ، در اینجا طول موجهای نشری به ویژه برای مینیمم کردن تضعیف مناسب اند. همچنین کاربردهایی در پوست پزشکی دردست بررسی است، زیرا نشر n m 578 به طرز مفیدی به پیک جذبی هموگلوبین در nm 577 نزدیک است.

لیزر طلا تنها لیزر بخار فلز دیگری است که تا به حال از مرحله پژوهش به مرحله تولید رسیده است و طول موج اصلی nm 628 را با توان چند وات نشر می کند. کارایی زیاد این لیزر برای نور درمانی سرطان به اثبات رسیده

 

 

ادامه دارد

[آریوبرزن 13988]

لیزرهای گازی

 

لیزرهای گازی مولکولی

 

لیزر کربن دیوکسید:

 

لیزر کربن دیوکسید اولین مثال از لیزری است که در آن گذارهای مسئول نشر القایی در مولکولهای آزاد رخ می دهد. در واقع، ترازهای انرژی 2CO درگیر لیزر الکترونی نیستند بلکه ترازهای چرخشی ـ ارتعاشی اند و لذا نشر درطول موجهای بسیار بالاتر، کاملاً در زیر قرمز انجام می شود. محیط لیزردهنده شامل مخلوطی از گاز 2CO ،2N و He با نسبتهای مختلف ولی اغلب به نسبت 1 : 4 : 5 است . هلیم برای بهبود کارایی ایجاد لیزر افزوده میشود و نیتروژن نقشی مشابه هلیم در لیزر He_Ne دارد.

مرحله اول شامل جمعیت دار شدن اولین تراز ارتعاشی برانگیخته نیتروژن بر اثر برخورد الکترونی است . هر مولکول نیتروژن در حالت ارتعاشی پایه می تواند انواع مقادیر گسسته انرژی چرخشی را داشته باشد و زیرترازهای چرخشس مختلف متعلق به حالت ارتعاشی برانگیخته در اثر برخورد الکترون جمعیت دار می شوند. چون بنا به قواعد گزینشی معمول نشر، بازگشت به حالت ارتعاشی پایه با واپاشی تابشی ممنوع است، تمام این ترازها شبه پایدارند. با این حال، یکی از حالتهای ارتعاشی برانگیخته کربن دیوکسید به علت داشتن یک کوانتوم انرژی در مد ارتعاشی 3u ( کشش ضد تقارنی ) تقریباً با مولکول نیتروژن دارای برانگیختگی ارتعاشی ، هم انرژی است. بدین ترتیب ترخورد دو مولکول باعث انتقال بسیار کارآمد انرژی به کربن دیوکسید میشود، لذا اصولاً ترازهای چرخی متعلق به حالت جمعیت دار می شوند.

بنابراین نشرلیزر2CO در از دو مسیر انجام میشود که شامل واپاشی تابشی به زیرترازهای است، مسیر اول یک کوانتوم انرژی ارتعاشی در مد کششی متقارن1 u دارد، درحالی که دومی دو کوانتوم انرژی در مد خمشی2 u دارد. این ترازها نمی توانند در اثر برخورد با2N به طور مستقیم جمعیت دار شوند، لذا آنها نسبت به ترازهای (001) وارونگی جمعیت دارند . دو گذار لیزری به ترتیب باعث نشر درطول موجهای حوالی mm 6/10 و mm 6/9 می شود. سرانجام هر دو مسیر واپاشی به حالتهای (020) ختم میشوند و به دنبال آن، هم در اثر واپاشی تابشی و هم در اثر برخورد با اتمهای ،غیر فعالسازی رخ میدهد.

یکی از مشکلات لیزر کربن دیوکسید که حتماً باید بر آن غلبه کرد آن است که برخی از مولکولها در حین فرایند برانگیختگی به کربن مونوکسید و اکسیژن تفکیک می شوند . درصورت استفاده از حفره سر بسته، معمولاً با افزودن مقدار کمی بخارآب می توان این مسئله را برطرف کرد، زیرا بخار آب با کربن مونوکسید واکنش داده و کربن دیوکسید را مجدداً تولید می کند. در صورتی که کربن دیوکسید خنک شده به طور پیوسته از درون لوله تخلیه عبور داده شود، نیازی به استفاده از چنین روشی نیست. این روش مزیت افزایش وارونگی جمعیت یعنی بهبود بیشتر کارایی رانیز دارد.

یک لیزر کربن دیوکسید کوچک با لوله تخلیه نیم متری، می تواند در حد 30% کارایی داشته باشد و خروجی پیوسته W 20 را ایجاد کند، حتی یک مدل دستی باتری دار می تواند خروجی CW به اندازه W 8 تولید کند. با استفاده از لوله های بلندتر می توان به توانهای زیادتری دست یافت، گرچه کارایی افت میکند، خروجیهای در گستره کیلووات از وسایلی به بزرگی یک اتاق قابل دستیابی است. به غیر از بلندتر کردن طول حفره، افزایش فشار کربن دیوکسید در لوله تخلیه، یعنی افزایش تعداد مولکولهای موجود برای انجام نشر القایی،روش دیگری برای افزایش توان خروجی این گونه لیزرهاست . در حقیقت، لیزرهای کربن دیوکسیدی ساخت که درفشار اتمسفری یا بالاتر کارکنند ، هر چند در چنین مواردی برای برقراری تخلیه، باید میدان الکتریکی قویتری به کار برد. برای ایجاد میدانهای به حد کافی قوی بدون استفاده از ولتاژهای بالا و خطرناک، لازم است پتانسیلی به جای طول در عرض لوله اعمال شود. چنین لیزری معمولاً به نام لیزر با برانگیختگی عرضی اتمسفری ( TEA) شناخته میشوند. در فشار بالاتر از حدود 15 اتمسفر، تعریض فشاری باعث ایجاد شبه پیوستاری از فرکانسهای نشری میشود و بدین ترتیب میتوان به طور پیوسته لیزر را در گستره 910 تا c m 1100کوک کرد.

شایان ذکر است که روش بسیار متفاوت دیگری برای دمش لیزر کربن دیوکسید وجود دارد که در آن از برانگیختگی الکتریکی استفاده نمی شود. در لیزر دینامیکی گاز، مخلوطی از کربن دیوکسید و نیتروژن گرم و فشرده می شود و سپس با سرعت فراصوت به درون یک حفره کم فشار لیزر تزریق میشوند. چون حالتهای ارتعاشی ـ چرخشی طول عمر بیشتری دارند، خنک شدن سریع دراثر این فرایند ، ترازهای بالاتررا با سرعت کمتری از ترازهای پایینتر ، از جمعیت تهی می کند. درنتیجه ، وارونگی جمعیت برقرار می شود و باعث عمل عادی لیزر خواهد شد. گرچه چنین وسایلی می توانند خروجیهای k W 100 یا بالاتر تولید کنند، نشر آنها چند ثانیه بیشتر طول نمیکشد و ساختارشان الزاماً بزرگ است ، به علاوه وسیله مذکور تنها لیزری است که واقعاً سروصدا دارد و وجه تمایز نامتعارف آن نیز همین است.

لیزرهای کربن دیوکسید به گستردگی در زمینه واکنشهای شیمیایی القا شده با لیزر به کار برده می شوند. با وجود این ، بیشتر کاربردهای صنعتی آنها در زمینه فراورش مواد و کارهایی مانند سوراخکاری ، جوشکاری ، برش و عملیات روی سطح قطعه است. علی رغم این واقعیت که فلزات به ویژه در ناحیه طول موج عملیاتی این لیزرها کاملا بازتابان اند، شدت بسیار زیاد تقریبا W m 10 که لیزرهای2CO در حالت متمرکز ایجاد میکنند، بیش از مقدار لازم برای جبران این مشکل است. همچنین شایان ذکر است که مقدار کل گرمای انتقال یافته به فلز از باریکه لیزر ، مینیمم است. به دلیل کاربردهای این حالت، لیزرهای کربن دیوکسید بیشترین سهم فروش لیزرهای تجارتی را به خود اختصاص داده اند.

روشهای جراحی ، یکی دیگر از جنبه های مهم کاربرد لیزرهای2CO هستند . سلولهای سازنده بافت زنده عمدتاً از آب تشکیل شده اند و می توان آب را توسط هر باریکه توانمند لیزر2CO در یک چشم برهم زدن تبخیر کرد، به علاوه گرمای اعمال شده به بافت پیرامونی ، زخم را داغ و از خونریزی که معمولاً با جراحی همراه است ، جلوگیری می کند. بنا به همین دلایل ، تعداد فزایندی از عملهای جراحی ، مقبولیت تابش لیزر 2CO به جای چاقوی جراحی به اثبات رسیده است . تابش نه تنها روش بسیار تمیزی برای ایجاد شکاف است ، بلکه در سایر موارد می توان از آن برای برداشتن قسمتهای بزرگی از بافت به طور کامل استفاده کرد.پیشرفتهای اخیر در زمینه ساخت کاتتر موج بر انعطاف پذیر برای تابش لیزر2CO ، چشم انداز کاربردهای این نوع لیزر را گسترش می دهد.

لیزر گازی هم خانواده دیگر ، لیزر کربن مونوکسید است. این لیزر از جنبه های بسیار شبیه سیتم کربن دیوکسید با برانگیختگی اولیه مولکولهای نیتروژن توسط تخلیه الکتریکی است.این کار باعث فعالسازی برخوردی کربن مونوکسید میشود و به دنبال آن نشر لیزر درناحیه 97/4 تا mm 26 /8 رخ می دهد. تفاوت اصلی در آن است که 2CO به عنوان یک گونه دواتمی ، تنها یک مد ارتعاشی دارد. همراه با تکنیکهای مناسب تپ سازی ، ماهیت کوک پذیری خطی هر دو لیزر CO و 2CO به گونه ای است که از آنها به گستردگی درمطالعات دینامیک واکنشها بر اساس طیف بینی زیر قرمز با تفکیک زمانی استفاده میشود.

 

لیزر نیتروژن:

 

لیزر نیتروژن ، لیزر گازی دیگری بر پایه یک گونه مولکولی ساده و پایدار شیمیایی است. این لیزر، سه تفاوت عمده با لیزر کربن دیوکسید دارد. نخست، این لیزر بر پایه گذارهای الکترونی کار میکند، مه گذارهای ارتعاشی. گاز توسط تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالابرانگیخته می شود و حالت برانگیخته الکترونی سه تایی Cu جمعیت دار می شود و گذار لیزر به حالت شبه پایدار B g با انرژی کمتر صورت می پذیرد. تفاوت دوم از این واقعیت ناشی می شود که تراز بالایی لیزر با طول عمر تنها n s 40 ، طول عمر بسیار کوتاهتری ا تراز پایینتر دارد و در نتیجه نگه داشتن وارونگی جمعیت ناممکن است.تفاوت سوم آن است که اصولاً تمام مولکولهای برانگیخته نیتروژن طی زمان کوتاهی دچار واپاشی تابشی می شوندو به طور کامل تمام انرژی حفره را خالی می کنند. این فرایند، نشر ابر تابشی نامیده می شودو آن چنان توانمند است که بدون نیاز به رفت و برگشت متناوب باریکه بین دو آینه انتهایی، یک تپ بسیار پرشدت ایجاد می کند. در واقع لیزر نیتروژن قادر است به طرز موفقیت آمیزی بدون هیچ آینه ای کار کند، هر چند در عمل برای جهت دادن به باریکه خروجی ، آینه ای در انتهای حفره قرار می گیرد.

بنابراین لیزر به طور خودکار درمد تپی کار می کند و تپهایی با تداوم تقریباً n s 10 یا کمتر در طول موج nm 1/337 ایجاد می کند. پهنای نوار تقریباً nm 1/0 و فرکانس تکرار تپ 1 تا Hz 200 است. به دلیل زمان توقف کوتاه فوتونها درحفره لیزر، تپها می توانند نیمرخ زمانی نسبتاً ناپایداری داشته باشند. چون لیزر قادر است شدتهای پیکی در گستره W m 10 ایجاد کند، لیزر نیتروژن یکی از توانمندترین منابع تجاری تابش فرابنفش است و اغلب از آن در مطالعات نور شیمی استفاده می شود. همچنین این لیزر، به طور متداول برای دمش لیزرهای رنگینه ای به کار برده می شود، هر چند در این مورد طول موجهای توانمندتر حاصل از لیزرهای اکسی پلکس یا هماهنگی لیزر N d:YAG جایگزین آن شده اند.

[آریوبرزن 13988]

لیزرهای شیمیایی

 

درتمام لیزرهایی که تاکنون بررسی کردیم، مکانیسم دمش مورد استفاده برای آغاز وارونگی جمعیت، یک منبع نیروی خارجی را شامل می شد. برخلاف آن، در یک لیزر شیمیایی، وارونگی جمعیت به طور مستقیم از طریق یک واکنش شیمیایی گرمازا یا سایر روشهای شیمیایی ایجاد می شود. به بیان بهتر، میتوان لیزری شیمیایی طرح کرد که مثلاً در آن واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر، چرخه لیزر را انجام می دهد. این تعریف، از آنچه سایر نویسندگان عنوان می کنند، تا حدی محدودتر است، لذا لیزرهای ید و اکسی پلکس را از این رده جدا میکند. چون واکنش شیمیایی می تواند مقادیر زیادی انرژی آزاد کند، مفهوم لیزر شیمیایی میتواند مقادیر زیادی انرژی آزاد کند، مفهوم لیزر شیمیایی بسیار جالب توجه است. بدین معنی که اگر عملیات لیزر کارآمد باشد، این وسیله قادر است انرژی خروجی بسیار بالایی را به صورت نور ایجاد کند. لیزر هیدروژن کلرید، یکی از قدیمترین مثالهای لیزر شیمیایی است و طرز کار آن بنا به توالی زیر، براساس واکنش شیمیایی گاز هیدروژن و کلر است.

 

Cl + H HCl + H

HCl + Cl H + Cl

که در آن h np یک فوتون فرابنفش دمش حاصل از لامپ درخشی است. گذار مطلوب لیزر به دنبال واپاشی تابشی مولکولهای هیدروژن کلرید برانگیخته ارتعاشی صورت می گیرد. هر چند واکنشهای انتشار رادیکال آزاد که به تولید HCl برانگیخته منجر میشوند گرمازا هستند، مرحله آغازی به ورود تابش نیاز دارد و بنابراین باز هم منبع خارجی نیرو، مورد نیاز است.

روش اصلاحی بسیار متداولتر این طرح شامل هیدروژن فلوئورید است که به طور تجاری تولید می شود. تنها تفاوت اصلی در این است که در مرحله آغازی، معمولاً با تخلیه الکتریکی رادیکالهای فلوئور آزاد میشوند، برای مثال با تفکیک گونه هایی مانند 6 SF به صورت 2 SO به مخلوط واکنش گاز اکسیژن افزوده می شودباریکه خروجی معمولاً 2 تا m m 3 قطر دارد و میزان واگرایی آن تقریباً mrad 2 است.

چون تنها در حدود 1% گازهای واکنش دهنده حین عبور از درون لیزر به مصرف می رسند، در صورت نیاز می توان با زدودن HF و بازگردانی 6SF و2H گاز خروجی را بازیابی کرد. لیزر HF در ناحیه 6/2 تا mm 3/0 خروجی دارد که شامل تعدادی طول موجهای گسسته مربوط به گذارهای چرخشی – ارتعاشی است، همتای دو تریمی آن که بر پایه گذارهای DF عمل می کند، طول موجهایی با ضریب تقریباً 2 بلندتر، یعنی در گستره 6ر3 تا mm 0ر4 نشر میکند. توان موج پیوسته، در گستره چند وات تا W 150 است. از میان سایر کاربردهای پژوهشی ، لیزر هیدروژن فلوئورید به طرز منحصر به فردی برای اندازه گیریهای جذبی آلودگی اتمسفری HF درنواحی مجاور واحدهای نیتریک اکسید، فلوئور، دوتریمو کربن دیوکسید حاصل میشود.

 

F + D2  DF + D

DF + CO2  DF + CO2

نتیجه این توالی واکنشها، انتقال برخوردی انرژی ارتعاشی به مولکولهای کربن دیوکسید است،بدین ترتیب شرایطی فراهم میشود که در آن نشر لیزر می تواند درست مانند لیزر کربن دیوکسید که پیش از این مورد بحث قرار گرفت، ایجاد شود. اصولاً چنین لیزری منبع نیرو را در درون خود دارد و به راحتی می توان با باز کردن یک شیر برای مخلوط کردن گازهای واکنش دهنده ، آن را به کار انداخت. بدین لحاظ، لیزر مذکور نیاز به منبع برتری دارد. برای لیزرهای شیمیایی موج پیوسته با توان بالاتر ، نسبتاً حجم زیادی از گازهای واکنش دهنده باید سریعاً در سرعتهای فراصوتی با هم مخلوط شوند و برای رسیدن به خروجی پایدار باید در ناحیه اختلاط، همگنی فضایی بسیار بالایی وجود داشته باشد.

 2Cl p n h + 2 Cl NO + F2  ONF + F

لیزر ید:

 

لیزر دیگری که بر اساس اصول بسیار مشابه کار می کند، لیزر ید است. این لیزر ویژه، در چارچوب بیشتر رده بندیها نمی گنجد و به طوری که خواهیم دید، درحالی که کار آن مبتنی بر شیمی چند اتمی است، گذار اصلی واقعاً در اتمهای آزاد ید انجام می شود، بدین ترتیب نمی توان آن را فقط در رده لیزر مولکولی قرار داد. به علاوه این لیزر، فاقد شیمی برگشت ناپذیر در چرخه لیزر است و این حالت تنها در واکنشهای جانبی رخ می دهد، بدین جهت از این دیدگاه، رده بندی آن به عنوان لیزر شیمیایی اشتباه است. با این حال، لیزر ید از بسیاری جهات به لیزرهای شیمیایی شبیه است و بنا براین بررسی آن دراینجا بسیار مناسب به نظر می رسد.

نور کافت گاز یدوهیدروکربن یا یدوفلوئورکربن توسط نور فرابنفش حاصل از لامپ درخشی، محرک اصلی لیزر ید یا به طور کاملتر لیزر تفکیک نوری ید اتمی است. 1- یدوهپتافلوئوروپرپانC3F7I یکی از گازهایی است که نوعاً بدین منظور مورد استفاده قرار میگیرد و در یک آمپول نگهداری و در فشار بین 30 تا mbar 300 به درون لوله سیسیلی لیزر تزریق می شود. توالی واکنش به قرار زیر است. C3F7I + hnP  C3F7 + I

I  I + hnL

C3F7 + I + M  C3F7I + M

که در آن hnP فوتون دمش حاصل از لامپ درخشی و hnL فوتون نشر لیزر است مرحله نشر لیزر شامل گذار بین حالت برانگیخته شبه پایدار P 2/1 ید اتمی است، این گذار باعث ایجاد یک خروجی باپهنای خط باریک در طول موج mm 315/1 (cm7605 ) می شود که از شش مؤلفه فوق ظریف بسیارنزدیک به هم تشکیل شده است و گستره ای کمتر از cm1 را شامل می شود.

علی رغم این واقعیت که توالی واکنشها در اصل نشان دهنده ی چرخه تکراری است، ولی واکنشهای جانبی برگشت ناپذیری وجود دارند که در رقابت با این چرخه اند و در هر چرخه، در حدود 10% محیط فعال را از بین می برند. واکنشهای جانبی اصلی عبارتند از :

 

I + I + M  I2 + M

هر ید مولکولی کارایی فرایند لیزر را نیز کاهش می دهد، زیرا این گونه با انجام واکنش زیر، به طرز بسیار کارآمدی باعث فرونشانی تراز بالایی لیزر می شود و از میزان وارونگی جمعیت می کاهد.

 

به همین دلیل، پس از انجام نشر لیزر، باید گاز نورکافت شده را تخلیه کرد و برای تپ بعدی، باید لوله مجدداً با گاز تازه پرشود. در واقع گاز خروجی می تواند بازگردانده شود، البته به شرط آنکه ید مولکولی برای مثال در یک محلول کم دمای آلکیل یدید به دام بیفتد.

یکی از مزیتهای اساسی لیزر ید در این واقعیت نهفته است که محیط فعال در مقایسه ارزان و بنابراین درمقادیرزیاد موجود است. درغیاب هر نوع مکانیسم تپ سازی، لیزرنوعاً تپهایی با تداوم میکروثانیه ایجاد می کند و انرژی هر تپ چند ژول است، با این حال، اغلب برای ایجاد قطارهایی از تپهای با تداوم نانوثانیه یا زیر نانوثانیه ، خروجی با سوییچ کردن Q یا قفل کردن مد اصلاح می شود. یکی از کاربردهای جالب این لیزر برای شیمیدانان، توانایی آن در افزایش سریع دما در محیطهای آبی است. چون آب به شدت در mm 315ر1 با کارایی تقریباً 30% در سانتی متر جذب می کند، لیزر ید می تواند گذارهای نانوثانیه ای دما را به اندازه چند درجه سلسیوس القا کند و لذا امکانات وسیعی برای مطالعه سینتیک سریع واکنشهای شیمیایی و زیست شناختی در محلولها پدید می آورد. لایدار و استفاده در تارهای نوری از دیگر کاربردهای این لیزرند.

لیزرهای اکسی پلکس:

دسته بعدی لیزرهای موجود در بازار، وسایلی هستند ه در آنها محیط فعال یک اکسی پلکس یا کمپلکس دو اتمی برانگیخته است. خاصیت اصلی اکسی پلکس آن است که این گونه تنها هنگامی میتواند برانگیخته الکترونی شود، که در یک حالت مقید با یک حداقل انرژی معین باشد، معمولاً حالت پایه الکترونی یا اصلاً حداقل انرژی پتانسیل ندارد، یا در غیر این صورت منحنی بسیار کم عمقی دارد. اکثر مثالها درزمینه هالید گازی خنثی مانند KrF است. سایر گونه های دو اتمی جور هسته که در این دسته قرار می گیرند، مانند Xe2 اکسمر نامیده می شوند، گرچه اغلب این عبارت به اشتباه برای اکسی پلکسهای ناجور هسته به کار برده میشود.

معمولاً اکسی پلکس با واکنش شیمیایی بین گاز بی اثر و یونهای هالید حاصل از تخلیه الکترونی ایجاد میشود. برای KrF اکسی پلکس از ردیف واکنشهای زیر تشکیل می شود:

 

F2 +e  F + F

F + Kr + He  KrF + He

در واکنش سه ذره ای، هلیم تنها نقش بافر را دارد. چون کریپتون فلوئوریدی که بدین ترتیب ایجاد میشود، برانگیخته الکترونی است و طول عمر کوتاهی دارد( درحدود ns 5ر2 )، همان طور که در نمودار نشان داده شده است، با نشر فوتون به سرعت به حالت انرژی پاییننتر واپاشی میکند. چون این حالت نامقید است و در آن نیروی بین اتمها همواره دافعه ای است، لذا مولکول اکسی پلکس به سرعت به اتمهای سازنده اش تفکیک می شود. بدین ترتیب، این حالت هرگز به جمعیت زیادی نمی رسدولذا بین آن و حالت مقید اکسی پلکس با انرژی بیشتر، وارونگی جمعیت وجود دارد. بنابراین گذار واپاشی می تواند برای ایجاد نشر لیزر با کارایی بالا، نوعاً حدود 20% برانگیخته شود. نکته مهم در این طرح لیزری خاص آن است که این لیزر مثال نادری از یک لیزر واقعاً دو ترازی است.

هرچند لیزر اکسی پلکس را از جهتی میتوان به عنوان نوعی لیزر شیمیایی در نظر گرفت، شایان ذکر است که در پایان یک چرخه کامل از گذارهای لیزر، مواد آغازی یعنی گاز کریپتون و فلوئور، توسط دو فرایند زیر بازسازی می شود:

 

F + F  F2

بنابراین برخلاف لیزهای شیمیایی که قبلاً بررسی شدند، این لیزر می تواند بدون مصرف محیط فعال، به طور پیوسته به کار خود ادامه دهد. بدین ترتیب می توان از حفره ای سربسته استفاده کرد که در آن برای KrF مخلوط گازها نوعاً شامل 2% کریپتون، 2ر0% فلوئور و 8ر97% هلیم با فشار کلی 5ر2 تا 0ر3 اتمسفر است. البته چون گاز هالوژن بسیار خورنده ای به کار برده می شود، باید ماده سازنده جدار حفره را به دقت برگزید. به علاوه، چون دیواره ها به سرعت توسط گاز مسموم می شوند، امکان استفاده از همان لوله لیزر برای هالوژنهای مختلف وجود ندارد.

لیزرهای اکسی پلکس ابر تابشی اند وتپهای با تداوم 10 تا n s 20 ایجاد می کنند و معمولاً‌فرکانس تکرار تپها در گستره 1 تا Hz 500 است. انرژی تپ می تواند تا J 1 برسد و پیک توان تپ در حد مگاوات و توان متوسط بین 20 تا W 100 باشد. طول موج نشر سیستمهای موجود در بازار عبارتند از : nm F2 157، nm ArF 193 ، nm KrCl 222، nm KrF248 ،XeCl nm 308 ، XeF351 و nm 353 . این طول موجهای کوتاه فرابنفش، در ناحیه ای از طیف الکترومغناطیسی قرار گرفته اند که توسط گستره وسیعی از مواد جذب می شود و فرایند جذب فوتون اغلب باعث گسختگی پیوندهای شیمیایی می شود. به علاوه، چنین جذبی اغلب تا حدی باعث تبخیر نمونه میشود، این فرایند سایش لیزری نام دارد. این ویژگی،همواره با کنترل خوب فضایی و سطوح توان بالا که معمولاً در دسترس است، لیزر اکسی پلکس را به انتخابی خردمندانه برای کاربردهای متنوعی شامل فراورش مواد، جراحی و کاربردهای نور شیمیایی مبدل ساخته است.

لیزر اکسی پلکس معمولاً به طرز کاملاً‌ متمرکزی باعث تبخیر سطح می شود و فاقد آثار انبساط گرمایی روی مواد پیرامونی است که اغلب در اثر استفاده از لیزرهای زیر قرمز به وجود می آید. برای مثال، لیزرهای اکسی پلکس در برش دقیق فلزات بی رقیب اند و در بهینه، می توانند سوراخی به قطر کسری از میکرون ایجاد کنند. حکاکی و علامتگذاری روی مواد با چگالی زیاد، مثال کاربردی دیگری است که باعث ارائه امکاناتی در زمینه علامتگذاری امنیتی مواد ارزشمند مانند الماس میشود. تکنیک مشابهی به طور روزمره برای علامتگذاری نشانهای تجاری روی شیشه خودروها به کار می رود. به علاوه مشخص شده است که کاربردهای مهمی در جراحی برای آن وجود دارد، بافتهای تابش دیده با طول موجهای لیزر اکسی پلکس، بدون آسیبهای گرمایی دستخوش قطعه قطعه شدن مولکولی و تبخیر می شوند. برای مثال، اثبات شده است چنین لیزرهایی به همراه یک کاتتر تار نوری، در زدودن لخته های خون در سرخرگهای مسدودشده، کارایی بسیار زیادی دارند. C3F7 + C3F7 + M  C6F14 + M I2 + I  I2 + I Kr + e  Kr + 2e KrF  Kr + F + hnL

[آریوبرزن 13988]

لیزرهای رنگی

 

آخرین دسته از لیزرهای موجود در بازار، لیزرهای رنگینه ای اند.اصولاً‌ این لیزرها با انواعی که تاکنون بررسی کردیم تفاوت بنیادی دارند. تمام تفاوتها را می توان ناشی از ماهیت نامتعارف محیط فعال دانست که محلولی از رنگینه آبی است. برای این منظور می توان از بیش از 200 رنگینه استفاده کرد، تنها شرط عمومی وجود نوار جذب در مرئی و طیف پهن فلوئورسانی است. موادی که به بهترین وجه با این معیارهای همخوانی دارند، از مولکولهای چند اتمی نسبتاً بزرگ با عدم استقرار زیاد الکترون تشکیل می شوند. پرمصرفترین مثال در این زمینه رنگینه ای است که معمولاً به نام رودآمین G 6 (Cl3O2N31H28C) شناخته شده است. این گونه با 64 اتم، 168 (6 – N 3) مد ارتعاشی متمایز دارد. البته درحالت محلول، ترازهای انرژی مربوط به دلیل برهم کنشهای مولکولی قوی با حالت مایع پهن می شوند و در اثر برهمپوشانی آنها، برای هر حالت الکترونی، یک پیوستار انرژی ایجاد می شود. به طور کلی، جذب نور توسط رنگینه های چند اتمی، پیش از هر چیز باعث گذار از حالت پایه یکتا یی S0 به پیوستار انرژی متعلق به اولین حالت برانگیخته یکتایی 1S می شود. نماد یکتایی از این واقعیت ناشی میشودکه حالت با اسپین الکترونی جفت نشده، نا هم تراز است ( یعنی 1 = 1 + S2 اگر 0=S ). به دنبال این گذار به سرعت یک واپاشی سریع غیر تابشی به پایینترین تراز انرژی در پیوستار1Sرخ میدهد، در رودآمین G 6 این فرایند در ps 20 پس از برانگیختگی آغازی تکمیل می شود. سپس در اثر گذار رو به پایین به ترازهای درون پیوستار S0 و به دنبال آن توسط واپاشی بدون تابش بیشتر، به نشر فلوئورسان منجر می شود. فرایند نشر فلوئورسان می تواند به عنوان مبنایی برای عمل لیزر به کار برده شود، به شرط اینکه بین ترازهای بالایی و پایینی درگیر در گذار، وارونگی جمعیت ایجاد شود، بنابراین اصولاً‌ با لیزری چهار ترازی سروکار داریم. واضح است که چون فوتونهای نشر شده انرژی کمتری دارند، فلوئورسانی باید همواره در طول موجهای بلندبر در مقایسه با برانگیختگی اولیه انجام شود.

با این حال، همان طور که پیکانهای خط چین در نمودار نشان می دهند، معمولاً‌ وقوع چند فرایند دیگر وضعیت را پیچیده می کند. یکی از مهمترین فرایندهای رقابتی به نام عبور بین سیستمی شناخته می شود، زیرا مولکول از یکی از حالتهای یکتایی سیستم به یک حالت سه تایی تغییر می یابد که در آن اسپین دو الکترون موازی است.( 3 = 1 + S2 اگر 1 = S ) . چنین گذارهای یکنایی به سه تایی که بنا به قاعده غیر مجازند، به مقدار کم ولی مؤثری انجام می شوند. حالت 1T با فرایند نسبتاً آهسته فسفر سانس که از لحاظ اسپینی غیر مجاز است و مولکول را به حالت الکترونی پایه S 0 باز می گرداند، تا حد اندکی عاری از جمعیت می شود. همچنین این حالت از طریق عبور بین سیتمی غیر تابشی به S 0 و با جذب تابش بیشتر که حالتهای سه تایی بالاتر را جمعیت دار می کند، بدون جمعیت می شود.علاوه بر تمام این فرایندها، همچنین مولکول در حالت یکتایی 1S می تواند دچار تبدیل درونی غیر تابشی به حالت S 0 شود یا با جذب تابش بیشتر دچار گذار به حالت یکتایی بالاتر شود. این فرایندها همراه با هم، باعث بدون جمعیت شدن تراز بالایی 1S لیزر، افزایش جمعیت ترازهای پایینی S 0 لیزر و افت شدت خروجی می شوند و تمام اینها درکاهش کارایی لیزر سهیم اند.

با این حال، فرونشانی حالتهای برانگیخته، در اثر برهم کنش با سایر مولکولها نیز رخ میدهد و این اثر به ویژه هنگامی که محلول رنگینه حاوی اکسیژن حل شده باشد، مهم است. گاهی فرونشاننده های سه تایی مانند دی متیل سولفوکسید ( DMSO ) به ویژه برای افزایش توان خروجی از طریق جمعیت دار کردن مجدد حالتهای یکتایی، به محلول رنگینه افزوده می شوند. پایداری نور شیمیایی و گرمایی رنگینه های مورد مصرف در لیزرهای رنگینه ای، عامل بسیار مهم دیگری است. گرمای حاصل از گذارهای واپاشی غیر تابشی قادر است به سرعت رنگینه را درهم شکند و به همین علت معمولاً در عمل، محلول رنگینه به طور پیوسته در حال گردش است و خنک می شود. تابش حاصل از لامپ درخشی یا منبع لیزری اولیه با نشر درمرئی یا فرابنفش نزدیک، در نقطه ای روی محل عبور عرضی فواره محلول رنگینه، که نوعاً غلظتی در حدود 10 تا mol 10 دارد، متمرکز می شود. معمولاً حلال رنگینه بر پایه اتیلن گلیکول است که گرانروی مطلوبی برای برقراری یک جریان فواره ای تخت مناسب برای کارهای اپتیکی ایجاد میکند.

نشر فلوئورسان از فواره رنگینه، با قرار دادن دو آینه انتهایی حفره در هر دو سمت فواره برانگیخته می شود. با وجود این، در این مرحله است که خواص منحصر به فرد لیزر رنگینه ای آشکار می شود. چون فلوئورسانی در گستره ای از طول موجها رخ می دهد، نشر تکفام لیزر را تنها می توان با قرار دادن ابزار اپتیکی پاشنده اضافی مانند توری پراش یا سنجه در درون حفره به دست آورد. بدیهی است که با چرخش این عنصر، طول موجهای تقویت شده در لیزر رنگینه ای تغییر می کند، بدین ترتیب نشر کوک پذیر به دست می آید. برای مثال، لیزر رنگینه ای بر پایه محلول رودآمینG6 در متانول، به طور پیوسته در گستره 570 تا nm 660 کوک پذیر است. گستره کامل لیزرهای رنگینه ای موجود در بازار، به طور کامل گستره nm 200 تا mm 1 را می پوشانند، در شکل 3. 5 منحنی کوک برخی از لیزرهای رنگینه ای مهم ارائه شده است. در کتاب مائدا می توان به فهرست جامعی از لیزرهای رنگینه ای و گستره های کوک دست یافت.

کارایی یک لیزر رنگینه ای اغلب در حدود 5% است و توان خروجی اصولاً به منبع تابش دمش بستگی دارد. برای خروجی CW وسیله دمش متداول، لیزر یون گاز بی اثر است، سایر دمشهای لیزری مانند لیزرهای نیتروژن، اکسی پلکس یا لیزر حالت جامد یون فلز واسطه، یا حتی لامپهای درخشی زنون، که به طور عادی به کار می روند معمولاً‌ باعث ایجاد خروجی تپی می شوند. با استفاده از دمش خاصل از هماهنگی یک لیزر Nd بالاترین توانها قابل حصول است. لیزرهای رنگینه ای CW پهنای خطی درگستره 10 تا GHz 20 ( در حدود cm 5/0 ) نشر می کنند، هر چند با ابزار اپتیکی مناسب می توان این مقدار را تا حدود GHz 1 کاهش داد. ترکیب پهنای خط باریک، پایداری خوب فرکانس و کوک پذیری، ویژگی مطلوبی به ویژه برای بسیاری از کاربردهای طیف بینی به شمار می رود. یک عیب لیزر رنگینه ای آن است که در مقایسه با لیزر گازی پایداری کمتری در دامنه دارد، به طوری که روشهای طیف بینی غیر مستقیم مانند فلوئورسانی یا اثر فوتوآکوستیکی، اغلب مناسبترین کاربردهای آن هستند.

تغییری جالب در مفهوم لیزر رنگینه ای، لیزر رنگینه ای حلقه ای است که در آن تابش لیزر به جای حرکت رفت وبرگشتی ساده بین دو آینه، دور ساعت و خلاف آن حرکت می کنند حضور داشته باشند، معمولاً فرکانس آنها یکسان است. با این حال، هرگونه چرخاندن خود لیزر، باعث ایجاد اختلاف کوچکی بین این دو فرکانس می شود و از آشکار سازی این اختلاف می توان به عنوان مبنایی برای اندازه گیری بسیار دقیق چرخش استفاده کرد، در واقع این طرز کار ژیروسکوپ لیزر حلقه ای است. در روش دیگر، یک عنصر اپتیکی را که تا حدی شبیه به همتای اپتیکی دیود الکترونیکی کارمی کند، می توان برای گزینش راستای خاصی از انتشار ( جهت ساعت یا خلاف آن ) درون حفره قرار داد. در این مورد پهنای خط نشر لیزر حلقه ای، نوعاً دست کم ده مرتبه کمتر از مقدار مربوط به یک لیزر رنگینه ای است، اما در موارد با پایداری فعال بهینه، پهنای خط ممکن است به کمتر از c m 10 × 4 برسد.

[آریوبرزن 13988]

لیزرهای الکترون آزاد

 

آخرین نوع لیزر که بدان می پردازیم، با تمام انواعی که تا به حال بررسی کردیم تفاوت اساسی دارد. در این لیزر، محیط فعال به سادگی تنها از باریکه ای ازالکترونهای آزاد تشکیل شده است و در اثر افزایش و کاهش شتاب این الکترونها درمیدان مغناطیسی، گذارهای نوری که عمل لیزر مبتنی بر آنهاست،‌انجام می شوند. این لیزرشامل عبور باریکه ای از الکترونهای بسیار پر انرژی حاصل از یک شتابدهنده از بین قطبهای تعدادی آهنربا با قطبیت متناوب است که به فواصل منظم از هم قرار دارند. نوعاً الکترونها به انرژیی در گستره 10 تا MeV 10 نیاز دارند و فاصله آهنرباها باید چند سانتی متر باشد. در نتیجه، الکترونها مرتباً در راستای عمود بر حرکت شتاب می گیرند و آن را از دست می دهند و همان طور که ملاحظه می شود یک مسیر نوسانی ایجاد می شود. به همین علت معمولاً‌ به این آهنرباها عنوان آهنرباهای تکان دهنده اطلاق می شود. اثر این فرایند، ایجاد نشر تابش ترمزی ( برمزاشترالونگ ) درطول محور لیزر است که سپس بین آینه های موازی به دام می افتد و طبق روش معمول باعث برانگیزش بیشتر نشر می شود.

طول موج نور نشر شده از لیزر الکترون آزاد، توسط انرژی الکترونها و فاصله بین آهنرباها، تعیین می شود. الکترونهای پرانرژی در کسر قابل ملاحظه ای از سرعت نور حرکت می کنند که می توان آن را با پارامتر f مشخص کرد، این پارامتر نمایانگر نسبت انرژی کل نسبیتی به انرژی جرم در حال سکون آنهاست. اگر فاصله آهنرباها را با d نشان دهیم، آنگاه طول موج نشر لیزر توسط فرمول ساده زیر به دست می آید:

l= d/2 f

چون انرژی الکترونهای خروجی از شتابدهنده می تواند به طور پیوسته تغییر کند، باز هم لیزری با توانایی کوک پذیری خواهیم داشت.

با وجود این برخلاف لیزر رنگینه ای، در اصل هیچ محدودیتی در کوک پذیری در گستره زیر قرمز، مرئی و فرابنفش طیف الکترومغناطیسی وجود ندارد. به علاوه، این نوع لیزر قادر به ایجاد توانهای متوسط زیاد و کارایی معقولی است. برای مثال وسیله ای در آزمایشگاه پژوهشی نیروی دریایی امریکا، قادر است تپهای MW 75 تابش mm 4 را با کارایی تقریباً 6% ایجاد کند. با این حال، به طور معمول کارایی نورمرئی و فرابنفش به مراتب کمتر است و تلاشهای پژوهشی زیادی در راستای حل این مسئله در حال انجام است.نه تنها از لحاظ نیازمندیهای توان بالا و حجم زیاد یک شتاب دهنده الکترون مناسب بلکه به دلایل بسیاری، لیزر الکترون آزاد به طور تجاری تولید نمی شود و احتمالاً‌ در این ایام جزء ابزار پژوهشی بسیار تخصصی باقی خواهد ماند. با وجود این، در کاربردهایی که تابش کوک پذیر در توانهای خیلی زیاد مورد نیاز است، لیزر الکترون آزاد کارایی خود را به اثبات خواهد رساند.

[آریوبرزن 13988]

لیزر و موهای زاید

 

 

لیزرهای برطرف کننده موهای زاید

استفاده از لیزر در برطرف ساختن موهای زاید روشی ایمن، سریع و راحت است که بوسیله سازمان غذا و دارو ( fda ) تایید شده است.

به طور کلی روشهایی که برای برطرف کردن موهای زاید استفاده می شوند عبارتند از :

1- روشهای مکانیکی که تنها نتایج موقت دارند. این روشها عبارتند از تراشیدن، استفاده از کرمها و اپیلاسیون. این روشها مو را از بین میبرند ولی فولیکولهای مو را بر جا می گذارند و لذا موها طی یک تا چند هفته بعد مجدداً‌ رشد خواهند کرد.

2- الکترولیز روشی است که با استفاده از الکتریسیته موها را به مدت طولانی از بین می برد. در این روش یک سوزن در داخل هر کدام از فولیکولها قرار می گیرد و با استفاده از الکتریسیته آن را از بین می برد. این روش دردناک ، زمان بر و گران است. استفاده از آن می تواند باعث التهاب فولیکولها، عفونت و یا ایجاد اسکار شود. برای موفقیت این روش درمانهای متعدد مورد نیاز است.

3- روش دیگر استفاده از لیزرهای پزشکی است که به صورت موثر فولیکولهای مو را با استفاده از نور لیزر از بین می برند. دراین روش بدون آسیب رساندن به پوست ناحیه مورد نظر فولیکولهای مو را از بین می برند. این روش ایمن، سریع و موثر است و در ضمن بسیار راحت می باشد.

مکانیسم این روش به این صورت است که نور تابیده شده از لیزر توسط ملانین موجود در فولیکولهای مو جذب می شود. در این روش از پالسهای بسیار کوتاه لیزر ( در حدود 0.003 s ) استفاده می شود که فولیکولهای مو را از بین برده ولی باعث افزایش دمای پوست اطراف نمی شود.

نور لیزر استفاده شده باعث سوختگی پوست نخواهد شد. فولیکولهای مو بهترین پاسخ به درمان لیزر را وقتی می دهند که در فاز فعال باشند. همواره 50 تا 85% فولیکولها درفاز فعالند لذا چند هفته پس از درمان کمی مو در ناحیه مورد نظر رشد خواهد کرد. ولی موهای رشد کرده نرم تر، روشن تر و نازک تر خواهند بود. درمان را با فواصل 4 تا 8 هفته ای ادامه میدهیم و 3 تا 5جلسه درمان مورد نیاز است که البته در برخی بیماران جلسات بیشتری مورد نیاز است.

این روش درمانی روش ایمنی است. در افرادی که دارای پوست تیره یا برنزه میباشند استفاده از لیزر ممکن است باعث تیره شدن یا روشن شدن موقت پوست شود. این حالت درحدود 3 تا 6 هفته باقی خواهد ماند. در برخی موارد این حالت شدید 3 تا 6 ماه باقی باشد. در برخی افراد واکنشی درپوست مشابه آفتاب سوختگی ایجاد می شود. گاهی نیز پوست کمی روشن تر می شود. استفاده از لیزر باعث ایجاد سرطان پوست نخواهد شد. لیزر باعث ایجاد آسیب به پوست نخواهد شد. دراین روش تنها نور به صورت تابیده می شود. هیچ گونه خونریزی یا زخم بازی ایجاد نخواهد شد. سیستم خنک کننده باعث کاهش هرگونه ناراحتی خواهد شد. برای نواحی که حساسیت بیشتری وجود دارد می توان از یک کرم بی حس کننده استفاده کرد. البته بیشتر بیماران بدون استفاده از این کرم نیز روش درمان را بسیار راحت ارزیابی می کنند.

پاسخ به این روش طولانی مدت خواهد بود ولی همیشگی بودن آن را نمی توان تضمین کرد و قطعیت آن برای چند سالی باقی است. تحقیقات نشان داده اند که نتیجه خوبی از درمان برای بیشتر از 2 سال به دست خواهد آمد.

آمادگی که برای این آزمون مورد نیاز است با یک مشاوره آغاز می شود. نوع پوست و موی بیمار باید مشخص شود. همینطور سابقه پزشکی ازنظر تاریخچه بیماریهای پوستی، داروهای مورد استفاده، زخمهای باقی مانده و 000 باید بررسی شود. در بعضی بیماران نیاز به تست اولیه داریم تا بهترین نوع لیزر برای پوست آنها مشخص شود. دراین تست ناحیه کوچکی از پوست را با ستهای مختلف لیزر درمان کرده و به مدت یک هفته آن را بررسی می کنند و سپس بهترین نوع لیز را انتخاب می نمایند.

بعد از انجام این درمان پوست کمی سرخ خواهد شد ( مشابه آفتاب سوختگی خفیف ) این حالت تنها چند ساعت تا نهایتاً یک روز باقی خواهد ماند. لیزر باعث بریده شدن پوست نخواهد شد و هیچگونه بانداژی انجام نمی گیرد. بسیاری از مردم بلافاصله به فعالیتهای عادی زندگی خود باز میگردند.

[آریوبرزن 13988]

لیزر و چشم پزشکی

 

Lasic – RRK

درطول تاریخ افراد برای اصلاح بینایی از ابزار و وسایل خارجی استفاده کرده اند. اگرچه عینک بینایی و لنزهای تماسی زندگی مردم را به یک حد کیفیت معقول رساندند ولی اینها هم محدودیتهایی دارند.

عینک بوسیله استفاده از لنزهای نوری سبک و تکنیکهای تراش ظریف اصلاح شده است و نوعهای فریم طراحی شده امروزی بسیار مناسب است. اما در بسیاری از مراحل زندگی عینک نا مناسب است و برای بعضی بیماران کیفیت دید مطلوب را ایجاد نمی کند.

ورود لنزهای تماسی بسیاری از این مزاحمتها را از بین برده است . قابلیت دید ظاهری لنزهای تماسی برای افرادی که عینک استفاده کرده بودند بسیار بیشتر بود. در بعضی موارد افراد می توانستند در کارهایی که قبلاً با عینک ممکن نبود مشغول شوند برای نمونه دو و میدانی و فعالیتهای فیزیکی. اما گذاشتن لنز هم قیمتهای بالایی در بر دارد. علاوه بر قیمت خریدار، امروزه افراد باید قیمت قابل ملاحظه ای برای نگه داری و کاربرد لنزهایشان بپردازند. محدودیتی که افراد از لحاظ شرکت در بعضی فعالیتها داشتند تا حدی وجود دارد و افرادی که لنز استفاده می کنند در دراز مدت نمی توانند آسیبهای دراز مدت لنز را تحمل کنند.

به علت محدودیتهای این دو وسیله بینایی، پزشکان درصدد ایجاد راهی دیگر برای بهبود بینایی برآمدند .آخرین کار ایجاد تغییر در خود چشم بود.

برش شعاعی قرینه RK

قبل از ظهور کامپیوتر و سیمهای لیزر، ابزارهای اصلی قابل دسترس برای یک چشم پزشک یک اسکالپر، سابقه پزشکی و شاید مقداری اطلاعات پزشکی بود.

آنها اگر می توانستند شکل قرنیه را تغییر دهند، شاید آنها می توانستند در اصلاح دائمی بینایی افراد مؤثر باشند. ( قرنیه پرده روشنی در جلو چشم است که 80% فوکوس نور را در چشم انجام می دهد ). اولین روش برای ایجاد این روند برش قرنیه شعاعی یا Radial keratotomy نام دارد.

RK یک عمل جراحی برای اصلاح نزدیک بینی بوسیله تغییر انحنای قرنیه روی مردمک است. جراح چندین برش عمیق را بحالت شعاعی یا شبیه پره چرخ روی قرنیه ایجاد می کند. برشها بمنظور پهن کردن مرکز قرنیه برای اصلاح دید انجام می شوند.

نزدیک بینی بوسیله انحنای قرنیه ایجاد می شود. نور وارد چشم شده و روی نقطه ای جلوی شبکیه متمرکز می شود( شبکیه قسمتی از چشم شماست که اطلاعات بصری را دریافت کرده و به مغز می فرستد.)

برای تشخیص واجد شرایط بودن چشم برای این کار جراح یک سری برشهایی ( معمولاً 4 تا 8) شکل پره های چرخ بوسیله اسکالپر در قرنیه ایجاد می کرد. این برشها نسبتاً عمیق بودند، بعضی مواقع تا 90% ضخامت قرنیه بودند. این برشهای V شکل انحنای گنبدی قرنیه را از بین برده و با صاف کردن سطح قرنیه شکل دید برطرف می شود.

کار کردن با لیزرها و کامپیوترها، در عمل RK کمترین نقایص و کمبودها را به همراه داشته است. اولاً RK تنها می تواند برای اصلاح مقادیر کم نزدیک بینی استفاده شودو نمی تواند مشکل دوربینی را حل کند. بزرگترین مانع، ضخامتهای 90% قرنیه است که خیلی مواقع منجر به هموار شدن بیش از حد قرنیه می شود و دوربینی را افزایش می دهد.

ایجاد اشکال در زمان عمل بسیار به ندرت پیش می آید، اما گاهی جدی است. لیست زیر بعضی از اشکالات ایجاد شده در بلند مدت را بیان می کند:

- بینایی متغیر و بی ثبات، بخصوص اوایل دوره بعد از عمل

- قرنیه ضعیف که اگر ضربه مستقیمی وارد شود به آسانی آسیب پذیر است.

- احتیاج به عمل اضافی انکسار نور ( تغییر جهت نور هنگامی که از محیطی به محیطی دیگر که چگالی دیگری دارد وارد می شود).

- جاسازی سخت لنزهای تماسی که مورد نیاز هستند.

- دیدن نقاط درخشان یا سفید اطراف نور ( الهام در دید )

این موارد ریسک روش RK استاندارد برای اصلاح بینایی است. این حقیقت که قرنیه بطور خطرناک ضعیف می شودو خیلی مواقع به مرور زمان تغییر شکل می دهد موانع اصلی برای روش RK استاندارد بخصوص اکنون که تکنولوژی PRK قابل دسترسی است می باشد.. اعتقاد براین است که با وجود اینکه برخلاف اطمینان زیاد و موفقیت Minipk، PRK اکنون بهترین انتخاب برای عمل جراحی انکساری و RK به سرعت از ارزش افتاده است.

PRK

 

پیشرفت اخیر در تصحیح دید روشی بنام Photore fractive keratectomy or PRK است. اگر چه تقریباً شبیه RK است. در آن قرنیه برای دید صحیح اصلاح می شود این روش تا حد زیادی ریسک بیمار و دید او را بهبود بخشیده است.

علاوه بر ایجاد برشهایی روی قرنیه، در روش PRK یک لیزر excrimer برای تراشیدن یک ناحیه به قطر mm 9-5 در سطح چشم استفاده می شود.

این کار تنها % 10- 5 ضخامت قرنیه را در مورد در صد خفیف نزدیک بینی وتا %30 برای مقادیر شدید نزدیک بینی تراش می دهد که در حدود ضخامت 1 تا 3 موی سر انسان است. فایده بزرگ این روش این است که یکپارچگی و استحکام انحنای قرنیه حفظ می شود. لیزر excrimer در طول موج nm 193 قرار دارد و می تواند یک لایه سلول میکروسکوپی قرنیه را بدون صدمه به سلولهای مجاور حرکت دهد. این وضعیت امکان اصلاح چشم با بیشترین دقت را به کارورز می دهد.

این توانایی تراشیدن نسبت به برش، یک عرصه مناسب را برای درمان بینایی ایجاد می کند، در این مرحله یک لیزر excrimer که با یک مجموعه کلاهک و قسمت کامپیوتری می تواند بطور قابل اعتمادی نزدیک بینی و دوربینی و آستیگماتیسم را درمان کند .

آینده نگری و حفاظت یا ایمنی PRK

اگر چه تراش PRK تنها یک قسمت نازک بافت قرنیه را شامل می شود؛ اما یک روش جراحی است و نتیجه آن نمی تواند ضمانت شود. هر روش جراحی باید بعد از ملاحظات دقیق ، احتمال موفقیت و ریسکها و نتایج جانبی انجام شود. دنبال یک جراح چشم حرفه ای یا جراحی که قبلاً درمان چشمی با این شرایط را متعهد شده است باشید. حد قابل انتظار می تواند به چندین روش مشخص شود، ما یک درصد پیشرفت در بینایی افراد بر ایمان مطلوب است، با وجود 40/20 دید تصحیح نشده این حالت برای ما خوب و قابل قبول است. دید اصلاح نشده 40/20 هنوز به افراد اجازه رانندگی بدون عینک را میدهد. اغلب امکانات PRK گزارش می کنند که %70-65 بیماران با تصحیح تا diopter 6- باید 20/20 دید اصلاح نشده قبل از عمل را انتظار داشته باشند. درصد دید اصلاح شده تا 40/20 حدود %95-90 است. تصحیح تا کمتر از diopter 6- در بیشترین مواقع و تصحیح بیشتر از 6- دیوپتر در مواقع کمتر اتفاق می افتد.

احتمال اشتباه در این روش واقعاً نادر است. عفونت بیشترین نگرانی است و خوشبختانه با درمان آنتی بیوتیکها رفع می شود. مشکلات احتمالی دیگر شامل تاخیر در معالجه ، مه آلودگی سطح قرنیه و یا پیشرفت آستیگماتیسم است. هر فرد به نوبه خود ممکن است درمان کامل یا خفیف داشته باشد. سایر مشکلات باقیمانده با درمان خوراکی یا جراحی ثانویه قابل اصلاح است.

عوامل جانبی قابل انتظار جراحی هم خیلی مهم است. بعضی افراد بلافاصله بعد از جراحی ناراحتی هایی دارند، اگر چه استفاده از نوار زخم در تماس با عدسی و معالجات این حالت را برطرف می کند. حساسیت بینایی اغلب موارد و هاله بینایی در بعضی موارد اتفاق می افتد. بینایی ممکن است از حد پیش بینی شده کمتر شود. پزشکان و دست اندرکاران این حرفه این درمان را به عنوان یک درمانی که عوامل مؤثر جانبی آن هنوز شناخته شده نیست می دانند. شما باید قبل از جراحی در مورد همه این حوادث احتمالی و عوامل مؤثر آمادگی پیدا کنید.

- در چه مواردی عمل Lasic انجام می شود؟

لیزیک برای هر کسی مفید نیست. در بعضی موارد پزشکی، که بعضی افراد دارند امید کمی برای درمان آنها با لیزیک وجود دارد. این شرایط نادر هستند و می توانند درطی مراحل آزمایشی قبل از این روش که تحت عنوان نقشه برداری قرینه نامیده می شوند شناخته شوند . قدرت انکساری چشم شما، سایز مردمک و ضخامت قرنیه باید ارزیابی شوند.

در مورد دیگری مثل پیر چشمی نیز این روش نمی تواند استفاده شود که به سادگی تشخیص داده می شود و در آن انعطاف پذیری عدسی چشم کم می شود و به این دلیل بیشتر مردم برای خواندن در سنین پیری نیاز به عینک دارند.

درتعداد قابل توجهی ازافراد می توان لیزیک را بعد از هر شرایط مغایری داشته باشند و این موانعی راکه بر سر راه یک روش موفق وجود دارد نشان می دهد.

در موارد زیر لیزیک توصیه نمی شود:

1- خطاهای انکساری ناپایدار ( بینایی شما تا 12 ماه تغییر نکند)

2- بیماری عروق کلاژن داشته باشد.

3- بیماری چشمی فعال

4- آبستنی

5- سن زیر 20 سال

6- دارندگان pacemaker ( باتری قلب )

اگر شما لنز استفاده می کنید باید استفاده از آن را برای چند هفته قبل از آزمون متوقف کنید.

-3 هفته برای لنزهای soft روزانه

-6 هفته برای قابل نفوذ شدن رطوبت و ترمیم فرسودگی ناشی از لنز soft

-8 هفته برای لنزهای پلاستیکی hard حداقل برای یک چشم (ترجیحاً هر دو ) و استفاده از عینک یا لنزهای contact در طول این زمان

زمان واقعی برای برداشتن لنز توسط دکتر معالج برای هر مورد خاص توصیه می شود.

تماس ناشی از لنز لازم است برداشته شود تا اندازه گیری انحنای قرنیه بدرستی انجام گیرد. شاید لازم باشد این اندازه گیری هر هفته در طول هفته های قبل از عمل صورت گیرد تا تثبیت اندازه قرنیه ثابت شود.

اگر تثبیت قرنیه شما زود تر از زمان قابل انتظار بعد از برداشتن لنز صورت گیرد، عمل شما زودتر انجام خواهد شد. وقتی شما شرایط عمل را پیدا کردید یک چشم شما تحت عمل lasic قرار می گیرد و بعد از گذشت چند روز یا هفته اگر شما و دکتر از نتیجه عمل راضی بودید، عمل روی چشم دیگر هم انجام می شود. در بعضی مواقع خود شما از اول انتخاب می کنید که هر دو چشم باهم عمل شود.

 

 

 

 

 

قبل از انجام عمل لیزیک یکسری آزمایشات برای اینکه مطمئن شوید شرایط لازم برای این عمل را دارید باید انجام شود. بعضی از این تستها عبارتند از :

1- آزمایش کامل چشم:

این کار برای مشخص کردن خطای انکساری که باید بوسیله لیزر درمان شود و برای تعیین سلامتی چشم صورت میگیرد. خطای انکساری با یک سیستم چرخشی بازبینی می شود. تستهای مختلفی در مواردی که فرد عوامل زمینه ساز سندرم خشکی چشم و نشانه های مرتبط با آن را دارد انجام می گیرد.

2- تجزیه و تحلیل کامپیوتری نقشه چشم:

این روش یک نقشه برداری سطح چشم بوسیله بلندی و قدرت انکساری است. ماشینهای پیچیده ،ضخامت قرنیه و ارتفاع جلو و پشت سطح قرنیه را اندازه گیری می کنند. این کار سند درستی برای میزان پهن کردن قرنیه در اختیار پزشک قرار میدهد.

3- ضخامت سنجی: این کار قطر وضخامت قرنیه را اندازه می گیرد.

4- اندازه گیری فشار: تعیین فشار داخل چشمی . این آزمایش بطور معمول یک قسمت از آزمایش کامل چشم است.

5- Contrast sensivity Analysis

این کار در بعضی موارد انجام می شود. اندازه گیری تباین حساسیت چشم توانایی چشم را در تشخیص تصاویر در درجه های مختلف نور، نشان میدهد. ممکن است جراحی انکساری لیزردر بعضی افراد باعث کاهش توانایی دید در سطوح کم نور شود.

پزشک معالج و همکارانش نتایج آزمایشات فوق را برای مشخص کردن درصد موفقیت عمل lasic بررسی می کنند.

بیشتر افراد از اینکه در درمان، یک عمل انجام میشود و کمترین ناراحتی احساس نمی شود surprise می شوند. بیماران از اینکه به عنوان یک بیمار سرپایی مراجعه کرده و در حین عمل کمترین دردی ندارند و بعد از عمل به خانه مراجعه می کنند تعجب می کنند.

1- شما بیدار و هوشیار هستید. از شما می خواهند که روی تخت درمان دراز بکشید و یک بالش زیر زانوهای شما قرار می دهند و شما کاملاً راحت خواهید بود. روش بدون درد است و داروی بی حسی داخل چشم مورد نظر چکانده شده و درمان شروع میشود.

2- یک وسیله پلاستیکی کوچک زیر پلک شما قرار می گیرد تا مزاحم ناحیه درمان نباشد.

3- یک وسیله ای که speculum نام دارد به آرامی داخل چشم شما قرار می گیرد تا مطمئن شوند چشم شما درطی عمل باز خواهد ماند. این موضوع ممکن است کمی ناراحت کننده باشد چون تنها خود چشم بی حس شده و پلک ها بی حس نیستند.

4- یک صفحه مکش در چشم شما قرار میگیرد. شما احساس مقداری فشار می کنید و دید شما تاریک می شود. بعد از آنکه دیدتان تاریک شد کم کم احساس ارتعاش در چشم می کنید که در اثر کلاهک لیزر ایجاد می شود. سپس کلاهک به آهستگی برای شروع عمل بالا می آید.

5- از شما می خواهند دریک نور رنگی که لیزر درمان به وسط مردمک می تاباند نگاه کنید.

6- دکتر سپس اصلاحی را که تشخیص داده شما برای دید مطلوب لازم دارید انجام می دهد. این کارها تقریباً بیشتر از 1 تا 2 دقیقه طول نمی کشد. درطی این روش دستگاه صدای تق تق ایجاد می کند. این صدای لیزر درحال فعالیت است. در طی درمان یک بو ( شبیه سوزاندن مو ) حس می شود زیرا لیزر واقعاً می سوزاند.

7- بعد از عمل شما را به اتاق ریکاوری می برند تا چشمان شما برای چند دقیقه ای استراحت کند. چون داروی بیهوشی در چشمانتان وجود دارد احساس سوختن در چشم خود می کنید. این احساس نرمال بوده و تا 5 یا 7 ساعت بعد از عمل در سطح اپیتلیوم چشم وجود دارد. باید انتظار داشته باشید دید شما بعد از عمل تیره باشد .اگر شما یک اصلاحیه کم تا متوسط داشته باشید معمولاً می توانید ساعت روی دیوار را بخوانید.

8- قبل از ترک مرکز بوسیله لامپ میکروسکوپی چشم شما چک می شود تا بافت حرکت نکرده باشد.

9- سپس شما به خانه مراجعه کرده و عملیات درمانی بعدی را شروع می کنید و باید بطور مرتب دکتر خود را بعد از عمل ببینید.

اشکالات عمل Lasic

1- undercorrection: دید نادرست وقتی اتفاق می افتد که لیزر به مقدار کافی از بافت را جابه جا نکرده باشد. باصرف نظر از اینکه چگونه یک دید صحیح با دقت محاسبه می شود و چگونه یک لیزر کالیبر می شود، فاکتورهای مختلف که می توانند درنتایج این روش مؤثر باشند را بیان می کنیم.

a) عطر یا هر ماده معطر

b) تراکم بافت و ترکیب آن = که می تواند اثر لیزر و نتیجه جابجایی بافت را تغییر دهد.

c) درجه حرارت و رطوبت اتاق

d) برگشت، سپروی: دربعضی موارد، درطی معالجه قسمت بافت درمان شده به حالت اولیه خود بر می گردد بنابراین نتیجه درمان برعکس می شود.

2- over correction : این وضعیت وقتی اتفاق می افتد که لیزر مقدار بافت بیشتری را جابجا کرده باشد و معمولاً بلافاصله بعد از عمل به عنوان تورم نرمالی که بعد از هر عملی اتفاق می افتد، ایجاد می شود. انتظار داریم بافت متورم در طی چند روز تا دو هفته وجود داشته باشد. Over correction معمولاً با عمل دوباره بهبود می یابد.

3- Decentered ablation

این پدیده در اثر یکی از عوامل زیر اتفاق می افتد.

a) حرکت عمده چشم بیمار درطی درمان

b) عدم تمرکز صحیح سیم لیزر

پدیده decented ablation می تواند منجر به عوامل زیر شود.

a) ناهنجاریهای بصری و آستیگماتیسم

2) ناراحتی چشم در برابر نور، مشکلات حساسیتی چشم

بسته به میزان تاثیر این مشکلات و مشخص کردن محل اشتباه این مشکلات قابل اصلاح است.

4- محدوده بینایی خیلی کوچک : این مشکل وقتی اتفاق می افتد که محدوده بینایی کوچکتر از اتساع مردمک است. بیشتر در مردمی با مردمک بزرگ یا با تصحیحات زیاد اتفاق می افتد. بیرون زدگی ( اتساع ) چشم در شب می تواند مشکل مهمی باشد و درموارد بد منجر به منع رانندگی در شب می شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

Flap و مشکلات عمل

 

1- سندرم خشکی چشم و نشانه های آن:

این سندرم منحصر به بیمارانی که عمل انکساری چشم انجام داده اند نیست، هر چند مشکلات آن بعد از اصلاح لیزری چشم شدت می یابد ، در حال حاضر این علائم را برای بیماران lasic کاهش داده اند.

2- توده بافت ناقص و نامنظم

این مشکل درزمانی که توده بافت ایجاد می شود اتفاق می افتد و این خیلی نادرا ست. رایجترین دلیل آن، کاهش مکش یا ناهمخوانی در تناسب سطح چشم برای صفحه مکش است. رخداد هر یک از این مشکلات flap مستلزم به تعویق انداختن عمل تا بهبود کامل flap است( تقریباً 3 تا 6 ماه بعد). توده بافت، فوری در محل اصلی خود جایگزین می شود و بینایی شما درطی چند روز تا چند هفته به وضعیت اولیه برمی گردد.

3- free cap

این اشکال همچنین در زمان ایجاد توده بافتی ایجاد می شود و بسیار نادرتر از مورد فوق است. بیشتر در بیمارانی با انحنای زیاد در سطح چشم اتفاق می افتد. بسته به وضعیت درمان لیزر ممکن است اتفاق بیافتد. در شروع همه روشها، علائم روی سطح چشم تنظیم می شوند. اینها بیشتر برای توده بافتی کامل در پایان یک روش معمولی استفاده می شوند. اما همچنین خبر حوادث غیر متحمل می باشند.

اگر توده بافتی یا جایگاه آن نرمال باشد جراح ترجیح می دهد روش را ادمه دهد زیرا روند جایگزینی توده بافتی خیلی شبیه چیزی است که با یک توده بافتی مفصلی انجام شده است.

اگر flap یا جایگاه flap ناقص و نامنظم باشد جراح روش را تا موقعی که flap تکرار شود عقب می اندازد.

4- خراش اپیتلیال در زمان flap

این موضوع در زمان تهیه flap اتفاق می افتد و بیشتر از موارد قبلی رایج است. این کار بیشتر در بیماران مسن رایج است ( 45 سال به بالا ) و اغلب در مواردی که ضعف و نقصی در سطح چسبنده اپیتلیوم درسطح زیر غشاء وجود دارد اتفاق می افتد.

بطور معمول اگر این شرایط دریک چشم وجود داشته باشد در چشم دیگر هم اتفاق می افتد. اگر این شرایط وجود داشته باشد جراح یک بانداژ در تماس با عدسی برای کاهش ناراحتی بعد از عمل و کمک به بهبود قرنیه استفاده میکند. زمان بهبود ممکن است یک تا دو روز افزایش یابد و معمولاً نتایج بینایی قابل مقایسه با بیمارانی است که این مشکل را ندارند.

5- چین خوردگی flap

این وضعیت اغلب وقتی بیمار در اولین ساعات بعد از عمل چشمانش را سخت می فشارد اتفاق می افتد. یک تمرین ساده این است که چشمان شما با یک چراغ قبل از ترک کلینیک امتحان شود و مطمئن شوید که توده بافتی چشم شما از جایی که جراح قرار داده است حرکت نکرده است.

این چروکها ممکن است با یک کاری شبیه اتوکردن صاف شوند. ممکن است flap ازجای خود بلند شود و عمل هموارسازی تکرار شود. اگر احتیاج به بلند کردن توده بافتی نباشد، بهبود اپیتلیال برای چند روز به عقب می افتد.

6- Debris under the flap

این مورد نسبتاً شایع است به خاطر اینکه اشک بطور معمول با ذرات چربی و سایر مواد مثل مواد آرایشی، پرز لباس و غیره آغشته می شود. سلولهای آزادی که موقع تهیه flap ایجاد می شود ممکن است در قسمت زیر flap جمع شوند. جراح شما دقت زیادی را در شستشوی زیر flap انجام می دهد و بعد از عمل قبل از ترک کلینیک بوسیله چراغ بررسی میکند که هیچ سلول و غبار اضافی زیر flap نمانده باشد زیرا جراح شما تمایل به جراحی مجدد flap و شستشوی زیر آن ندارد.

7- جابجایی flap

این یک اتفاق معمولی است که با ساییدن یا آسیب به چشم در 24 تا 48 ساعت اول بعد از عمل اتفاق می افتد. این مدت زمانی است که هر بافت شروع به ترمیم خود می کند و توده بافت را سرجایش می چسباند. این احتمال خطر با گذشت زمان کاهش پیدا میکند و خیلی کم اتفاق می افتد.

8- التهاب زیر DLK Difuse lamellar keratitis – flap

این حالت وقتی اتفاق می افتد که بافت زیر flap به اثر سمی میکرواورگانیسمها واکنش می دهد. همه میکرواوگانیسمها و اغلب فراورده های جنینی آنها با استریلیزاسیون داغ از بین می روند. متاسفانه تعدادی از میکرواورگانیسمهای سمی با گرما از بین نمی روند و در چند دقیقه می توانند منجر به یک واکنش مخالف شوند. این واکنش یک التهاب است ( نه یک عفونت ) و احتمال این که این اتفاق پایه میزان حساسیت بیمار و یا میزان پرتوگیری شود، وجود دارد. این اتفاق غیرمحتمل معمولاً با استفاده از قطره های استرئید کنترل می شود، اگر چه در شرایط بسیار حاد ممکن است بهتر باشد که flap از جایش بلند شده عفونت شستشو شود و استروئید مستقیماً دربافت تحت تاثیر قرار گیرد.

9- عفونت:

این موضوع یک اتفاق کاملاً نادر است، اگر چه اگر اتفاق بیافتد می تواند ویرانگر و مخرب باشد. معمولاً استفاده از آنتی بیوتیک بعد از عمل یک عادت شده است و این ترکیبات به همراه مقاومت طبیعی بدن بیمار از عفونت جلوگیری می کند.

Lsic – laser eye surgery

لایه بنفش تیره در قسمت بیرونی چشم اپیتلیوم ( بیرون پوش ) نام دارد. این لایه خارجی محافظ همیشه موقع عمل چشم PRK جابجا می شود ولی با lasic دست نخورده باقی می ماند.

micro keratome ، بوسیله آن دکترها قرنیه را از پهلو برش داده و یک قسمت آویخته ایجاد می کنند. یک قسمت از این ابزار قرنیه را در طول برش پهن می کند. بنابراین یک زبانه باضخامت یکنواخت ایجاد می کند. این مرحله ای است که دکترها باید نهایت دقت و توجه را برای ایجاد یک لبه درست بکار برند.

بوسیله microkera tome یک لبه همگن با یک لولا یا مفصل که دکتر آن را به سمت عقب تا می کند تا لایه های داخلی قرنیه را اکسپوز کند ایجاد می شود..

با این لایه تا شده به سمت عقب، دکتر تصحیح انکساری را روی لایه داخلی قرنیه با لیزری مثل PRK انجام میدهد.

وقتی درمان کامل شد لایه به محل قبلی خود بر می گردد و روش کامل می شود. چشم یک مکش طبیعی دارد که لایه را بطور محکم درمحل خود نگه می دارد. دکتر باید بسیار مراقب مرحله جایگذاری لایه باشد زیرا اگر مقدار جزئی از اپیتلیوم نادرست باشد بیمار بعد از این روش ابراز ناراحتی می کند.

Online lasik eye surgry Information

Lasic نسبت به PRK روش پیچیده تری است. این روش برای همه درجات نزدیک بینی قابل اجراست. جراح یک چاقو به نام microkeratome برای بریدن یک لایه از بافت قرنیه استفاده می کند. بافت هدف زیری را انتقال داده و سپس این لایه را سرجایش قرارمی دهد.

در روش lasic مهارت جراح نسبت به روش PRK که ماشین بیشتر کار را انجام می دهد باید بیشتر باشد زیرا او باید یک برش ایجاد کند.

امروزه لیزیک سریعترین روش در مشکلات چشم که احتیاج به استفاده از عینک است می باشد. این روش جراحی ،اشتباهات انکساری قرنیه را تصحیح می کند.

برای متمرکز و کانونی کردن نور روی شبکیه، قرنیه ( خارجی ترین لایه چشم ) باید انحنای درست داشته باشد. استفاده از یک سیم نوری cool ( سرد یا ملایم ) از Excrimer laser، مقدار خیلی کمی از خطاهای انتشار قرنیه ای با تغییرات محاسبه شده و شکل قرنیه و در تصحیح چرخشی اصلاح می شود.

هر دو چشم بوسیله یک روش کامل درمانی و در یک روز بمدت حدود 15 تا 20 دقیقه اصلاح میشوند.

انواع جراحیهای لیزیک اصلاحی:

 

- lasik laser eye surgery: lasic یک درمان اصلاحی چشم است که شامل تابش نور به لایه زیری قرنیه است. مزایای آن شامل بی درد بودن درمان، ترمیم سریع بینایی و بهترین نتایج برای دیدن تصاویر دور.

- Epi – Lasek laser eye surgery : Lasek یک درمان اصلاحی چشم است که برای اصلاح سطوح دید پایین مناسب است.Lasek مطمئن تر وساده تر از درمان lasic است اما در مدت طولانی تر به نتیجه می رسد.

Implantable contact lenses ( ICL`S ) : اگر تجویز دکتر در مورد شما خارج از رنج درمانی Lasic است، می توانید ازکاشت لنز استفاده کنید. ICL`S یا کاشت لنز برای اصلاح دوربینی ،نزدیک بینی و‌ آستیگماتیسم استفاده می شود.

- Cataract treatment : جراحی آب مروارید بینایی شفاف را برمی گرداند و زندگی مرفه و مستقل را برای شما ایجاد می کند.

Wave front Lasik treatment : یک نقشه منحصر به فرد هر چشم در کنار سایر آزمایشات تهیه می شود. این روش یک روش مشورتی است که فواید lasic و Epi – Lasek را مطرح می کند.

[آریوبرزن 13988]

لیزر و درمان بیماریها

 

 

رفع ناهنجاری‌های پوستی به وسیله لیزر درمانی

 

استفاده از لیزر در درمان بیماری‌های پوستی راه گشای مناسبی برای رفع ضایعات پوستی و همچنین مصارف زیباسازی پوست به شمار می‌آید.

دکتر «حبیب انصارین»، متخصص بیماری‌های پوست در گفت وگو با خبرنگار سرویس «بهداشت و درمان» ایسناواحد علوم پزشکی ایران، در خصوص استفاده‌های درمانی و زیبایی از لیزر گفت: امروزه استفاده از لیزر در دو بعد مختلف درمان ضایعات پوستی و رفع ناهنجاری‌ها با اهداف زیبایی و براساس نیازهای بیمار مراجعه کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وی رفع ضایعات رنگی پوست و از بین بردن موهای زاید را از جمله کاربردهای درمانی استفاده از لیزر خواند و اضافه کرد: رفع ضایعات تومورال و ضایعات عروقی مثل ماه گرفتگی از دیگر مصارف کاربرد درمانی لیزر است که امروزه مراجعان بسیاری را به خود اختصاص داده است.

دکتر انصارین عضو بخش پوست بیمارستان رسول اکرم(ص) ،‌رفع ناهنجاری های پوستی و یا هنجارهایی که بیمار آنها را مشکل می داند، از دیگر کاربردهای لیزر در زمینه مصارف زیبایی پوست دانست و افزود: رفع چین‌های سطحی پوست وجوان سازی پوست از دیگر کاربردهای لیزر است که امروزه از آن استفاده‌های فراوانی می‌شود.

دکتر انصارین در پایان تاکید کرد: متاسفانه برخی از بیماران به علت نداشتن اطلاعات کافی از مصارف لیزر خواسته‌های نامعقولی از کاربرد آن دردرمان مصارف زیباسازی پوست خود دارند که سوء استفاده افراد سودجو در این مورد علاوه بر ایجاد مشکلات ظاهری در این افراد باعث صدمات روحی و مالی جبران ناپذیری برای آنان می‌شود.

 

درمان کورک‌های عود کننده به وسیله لیزر

از بین بردن موهای ناحیه باسن به وسیله لیزر در افرادی که به «پی الو ویندال» یا کورک عودکننده دچار هستند، به عنوان بهترین روش درمان این بیماری معرفی شد.دکتر «حمیده مروج»، متخصص بیماری‌های پوست و درماتوپاتولوژی در گفت و گو با خبرنگار سرویس «بهداشت و درمان» ایسنا واحد علوم پزشکی ایران، درخصوص درمان این بیماری گفت: کورک عود کننده در ناحیه چین باسن به علت فرو رفتن موهای این ناحیه در داخل پوست به وجود می‌آید و با احساس درد شدید و ترشح خونابه و چرک همراه است.

عضو مرکز تحقیقات دانشگاه شهید بهشتی با اشاره به اندازه بزرگ کورک در مبتلایان که با مشکلات زیادی توام است، اضافه کرد: در اکثر مواقع کورک به وسیله عمل جراحی رفع می‌شود، ولی در برخی از انواع آن نیز کورک بعد از هر عمل جراحی، عود می‌کند و جایگزین محل قبلی می‌شود.

وی ضمن اشاره به یافته‌های حاصل از این مطالعه در دو کشور آمریکا و ایتالیا افزود: پس از جراحی‌های مکرر در بیماران مورد مطالعه در این تحقیق که با مشکل عود شدن کورک در این ناحیه روبرو بودند، مشخص گردید که تنها راه حذف این مشکل از بین بردن عامل ایجاد آن یعنی موهای این قسمت از طریق سوزاندن با لیزر است.

[آریوبرزن 13988]

لیزر واورولوژی

 

در سالهای اخیر اشعه تمایلی مجرد به استفاده از laserها برای درمان با حداقل تهاجم در درمان بیماریهای urology بوده ایم .

معرفی لیزردهای حالت جامد جدید که کوچکتر ،‌ قوی تر ، ارزان تر و با کاربردهای ساده تر هستند نظیر لیزرهای هولمیوم ، اتیریوم ، آلومینیوم ، یاقوت ( YAG ) ، نئودیوم دو فرکانسه : YAG ، و لیزرهای دیودی که فن آوری را برای کاربرد بالینی جذاب تر کرده اند . وجود سیستم های انتقال فیبر نوری سیلیکا که کوچک ، قابل انعطاف ، سازگار با سیستم های زنده ، ارزان و در دسترس هستند برای استفاده در سیستم آندوسکوپی نیز توسعه لیزرهای جدید را سرعت بخشیده است .

امروزه لیزر هولمیوم : YAG نیروی است که در Urology برای کاربردهای دوگانه بافت نرم و سخت شامل سنگ شکنی با لیزر ، ضایعات خوش خیم پروستات ، تومورهای مثانه و تنگی مجازی به کار می رود . اخیراً لیزرهای قوی تر پتاسیم ، تیتانیل ، فسفات ساخته شده اند و نوید بخش درمان بهتر ضایعات خوش خیم پروستات می باشند .

[آریوبرزن 13988]

منبع:

 

[سمندون 19437]

 

 

 

لیزر و کاربرد های آن

کلمه لیزر از کنار هم گذاشتن حروف کلمات زیر بدست می آید: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation لیزر وسیله ای برای تبدیل نور معمولی به پرتوی باریک و متراکم است. دستگاه لیزریک جریان الکتریکی را از ماده ای که می تواند جامد, مایع یا گاز باشد عبور می دهد. بعضی از اتم های ماده انرژی جذب می کنند و کوانتوم (بسته انرژی نورانی که اتم ها ساطع می کنند) این امر موجب می شود که اتم های دیگر نیز کوانتوم ساطع کنند. این کوانتوم ها (بسته های تشعشع) بین آینه هایی به عقب و جلو منعکس می شود و نهایتا بصورت نوری با یک طول موج واحد شلیک می شوند وقتی که نور در دستگاه لیزر توسط کوانتوم ها تولید شد با رفت و برگشت بین آینه ها متمرکز تر می شود.

کاربرد های لیزر:

 

1- دیسک فشرده : هنگام ضبط دیسک فشرده صوتی هر صدا به یک کد رقمی (دیجیتال) تبدیل می شود. این کد توسط لیزر به صورت میلیون ها حفره میکروسکوپی روی دیسک فشرده حک می شود. وقتی دیسک باز نواخته می شود یک پرتو لیزر در داخل دستگاه روی دیسک حرکت می کند. یک آشکارساز که با سیستم مربوط است. پالس هایی را که نماینده الگوی حفره های حک شده بر روی دیسک است ایجاد می کند. مدارهای الکترونیکی دستگاه دیسک این پالس ها را به نسخه ای از موسیقی اصلی تبدیل می کند.

 

2- جراحی : دستگاه های لیزر پر توان با موفقیت در معالجه جداشدگی شبکیه به کار رفته است (شبکیه ناحیه حساس به نور در عقب چشم است). شبکیه جدا شده را می توان توسط پرتوی از نور لیزر که حدود یک هزارم ثانیه تابانده می شود "جوش داد. جراحان از پرتو لیزر برای بریدن یا جوش دادن دیگر بخش های بدن بسیار نیز استفاده می کنند. "چاقوی لیزری کاملا استریل است همزمان با برش رگ های ریز خونی را می بندد و بنابراین خون کمتری از دست می رود. از لیزر برای درمان بیماریهای پوست و برداشتن ماه گرفتگی و خالکوبی از روی پوست نیز استفاده می شود.

 

3- کاربرد های صنعتی : از لیزرهای پر توان می توان برای بریدن, سوراخ کردن, جوش دادن و کنده کاری موادی مانند فولاد, شیشه, پلاستیک و سرامیک استفاده می کنند. هیچگونه تماس فیزیکی با ماده مورد نظر نیست و بنابراین می توان سوراخ های بسیار کوچکی را بدون اثر گذاردن بر مواد پیرامون ایجاد می کنند. لیزر برای نقشه برداری نیز ارزشمند است زیرا پرتو لیزر در خطی کاملا مستقیم حرکت می کند.

 

4- در فروشگاه ها : از لیزر های کم توان برای خواندن کد میله ای (بار کد) روی کالاها استفاده می شوند. این کد از یک سری خطوط سیاه با ضخامت متغیر تشکیل می شود. نواحی سیاه پرتو لیزر را جذب و نواحی سفید آن را منعکس می کنند. الگوی انعکاس کد گشایی می شود و شماره محصول را می دهد. این شماره هم قسمت محصول را به دست می دهد و هم به یک بانک اطلاعاتی مرکزی می رود که امکان نظارت بر میزان موجودی کالاها را فراهم می سازد.

[سمندون 19437]

هولوگرام چیست؟

 

یک تصویر سه بعدی که با استفاده از لیزر ایجاد می شود یا به عبارت دیگر با استفاده از لیزر می توان تصویری ایجاد کرد که هر گاه به طریق صحیح به آن نور تابانده شود سه بعدی به نظر برسد.

 

لیزر های نیمه رسانا

 

نوعی از لیزر که حریان برق را مستقیما به جریان منظمی از فوتون ها تبدیل می کند ( این عمل صرفا با گذر جریان نیرومند و صیقل دادن وجوه انتهایی بلور آرسنید گالیوم به عنوان آینه های لیزر صورت می گیرد). کشف این لیزر تقریبا تصادفی بود چون برخی از فیزیکرانان متوجه شده بودند که از دو قطبی های نیمه رسانا درخشش هایی با طول موجی در حدود 7000 آنگستروم خارج می شود و آن را به گسیل القایی نسبت دادند و بر همین پایه لیزر نیمه رسانا را طراحی کردند.

 

این لیزر ها از اجسامی که در الکترونیک کاملا شناخته شده است ساخته می شوند و همه این اجسام از دسته اجسام نیمه رساناها هستند مانند آرسنید گالیوم و ژرمانیوم. البته لیزر های نیمه رسانا از موادی چون InP, InAS, PbTe, PbSe نیز ساخته می شوند.

 

لیزر های نیمه رسانا دارای پیوند گاه p-n می باشند که وجه n به پتانسیل منفی بسته می شود و وحه P نیز به پتانسیل مثبت بسته می شود. عنصرهایی که ناحیه P را تشکیل می دهند الکترون های ظرفیتی کمتری نسبت به ناحیه n و حفره هایی در ناحیه P بوجود می آید.

 

ولی چه خاصیتی از نیمه رسانا ها آنها را در ساخت لیزر های نیمه رسانا ممتاز می کند؟ نیمه رساناها از نظر مقاومت الکتریکی جایی بین مواد رسانا و مواد نارسانا دارند. در آنها فاصله بین نوار رسانش و نوار ظرفیت در حدود یک الکترون ولت است و این امر اندکی رسانایی الکتریکی را موجب می شود. رسانایی نیمه رساناها بر خلاف رساناها با افزایش دما افزایش می یابد. برای شروع گسیل القایی جریان بسیار بالایی از آن می گذرانند جریان باعث ایجاد گرما می شود. همین گرما منجر به تغییر شکل بلوری این اجسام نسبت به حالت نخستین می شود و حال آنکه اندکی تغییر شکل باعث از کارافتادگی لیزر می گردد. بنابراین باید شیوه ای یافت که لیزر را خنک کند.

 

شرایط لازم برای عمل این مجموعه بدین ترتیب یافته شد که در دمای زیر 20 درجه کلوین (منفی 253 سانتی گراد) جریانی در حدود 200 آمپر لازم است ولی در دمای نیتروژن مایع این جریان می تواند به 750 آمپر و در 300 درجه کلوین به 50000 آمپر بر سانتی متر مربع برسد. در این هنگام است لیانی یا نور تابی الکتریکی آغاز می شود و لیزر به کار می افتد و تابش هایی با فرکانس های ده به توان ده هرتز تولید می کند.

 

رسانای بی آلایش مثل ژرمانیوم با ظرفیت 4 و یا اتمی با یک ظرفیت بیشتر مانند فسفر و ایندیوم 5 ظرفیتی آن را آغشته کرده باشد. این عمل را فرآیند آلایش و یا ناخالصی گویند. وقتی که آلایش صورت می گیرد لیزر در ناحیه n دارای الکترون و ناحیه p دارای حفره پیدا می کند و در نتیجه نیمه رسانا آلایشی دارای دو تراز انرژی ناخالصی دهنده و پذیرنده ایجاد می کند.

 

تنظیم اینگونه لیزر ها نسبت به لیزر های دیگر آسانتر است زیرا با تغییر میدان مغناطیسی یا با اعمال دما و فشار می توان آنها را تنظیم کرد. اما برای تنظیم لیزر های گازی و جامد تنها با تغییر ظریب کیفیت می توان عمل تنظیم را انجام داد اما باید توجه داشت که همه این شرایط باید در اوضاع تنظیم شده ای ویژه انجام پذیرد. اما برتری لیزر های نیمه رسانا بیشتر به خاطر دگر آهنگی (مدوله سازی) بالا و بازدهی بالایی در حدود 30 درصد است. جمع و جور بودن آن و بهای اندک آن از دیگر مزایای این نوع لیزرهاست.

 

 

استفاده از ليزر در راه اندازي ارتباطات شبكه اي هند

در جاهايي كه نصب كابل و حفر كانال با مشكلات زيادي همراه است، پل‌‏هاي ليزري به راحتي عمل مي‌‏كنند.

به گزارش بخش خبر شبكه فن آوري اطلاعات ايران ، از ايلنا, يك شركت خدمات مخابراتي هندي به ليزر روي آورده است تا به كمك آن با مشكلات موجود در راه اندازي شبكه‌‏هاي صوتي و داده‌‏اي در اين كشور غلبه كند.

شركت خدمات مخابراتي تاتا (TATA) از ليزر براي ايجاد ارتباط بين دفاتر مشتريان و شبكه مركزي خود استفاده مي‌‏كند.

پل‌‏هاي ليزري مي‌‏تواند فاصله‌‏هاي چهار كيلومتري را به هم وصل كند و راه اندازي آنها به مراتب سريع‌‏تر از ارتباطات كابلي است؛ ظرف دوازده ماه اين شركت توانسته است به كمك ليزر شبكه‌‏هايي را در بيش از 700 محل راه اندازي كند.

 

آقاي سريدهاران معاون بخش ارتباطات شبكه‌‏اي تاتا مي‌‏گويد‌‏: دركشور هند دريافت مجوز براي حفر كانال و نصب كابل با مشكلات فراواني همراه است و در بعضي نقاط ترافيك زير زميني نصب كابل را غير ممكن مي‌‏سازد؛ به همين خاطر ما به ارتباطات ليزري روي آورده‌‏ايم كه از كارايي بيشتري برخوردار است و مشكلات موجود در راه اندازي شبكه‌‏هاي كابلي را حذف مي‌‏كند.

[سمندون 19437]

لیزر یک نام اختصاری به معنی تقویت نور با انتشار برانگیخته تابش است . فرآیند به برخورد یک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دار و شدید به قطعه کاری که ماده به وسیله تبخیر از آن خارج میشود بستگی دارد .

 

جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .

● اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری :

به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ . در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند . ) تشکیل شده است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می کنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .

از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .

در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .

در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحی اتصال در جوشکاری لیزر : بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .

● مزایای جوشکاری لیزر :

- حوضچه مذاب می تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .

- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و ... را میتوان به یکدیگر جوش داد .

- در این روش میتوان مکان های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .

- از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .

- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .

- به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .

- جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .

محدودیت ها و معایب جوشکاری لیزر :

سیستم های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد .

● موارد استفاده اشعه لیزر :

از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاری استفاده می شود . این نوع جوشکاری در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال ها کاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.