مقاله ای راجع به لیزر

لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر ، آنرا از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر ، به خواص مشخصه آن پی برده شد. و ما بصورتی گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده ، در علوم مختلف بخصوص صنعت و پزشکی و ... ایجاد کرده است. به جرأت می‌توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.

 

شاید مهترین بخش فیزیک اتمی بحث مربوط به فیزیک لیزر باشد.

می دانید که با دادن انرژی به الکترونهای یک اتم می توان آنها را به مدارهای بالاتری برد. (حتماً با این تصویر کلاسیک که الکترون ها مدارهایی با انرژی مشخصی به دور هسته وجود دارند، آشنایید.) اما این خانه جدید برای الکترونها خیلی وضعیت پایداری ندارد و الکترونها ترجیح می دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خودشان برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می شود. یعنی یک واحد انرژی ... اما می دانید که نور از همین فوتونها ساخته می شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتمها به طور هم زمان این کار را انجام دهیم، می توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روشهایی و دقت هایی می توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. زیاد نمی خواهیم راجع به لیزر و ویژگیهای آن توضیح دهیم اما همین مهم است که بدانیم که این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. کلمه لیزر که انگلیسی آن

"LASER"

 "است مخفف عبارت:" شدت بخشی نور با استفاده از انتشار تحریک شده تابش است.

(Light Amplification by the stimulated Emission of Rodiation)

اما سوال مهم این است که برای داشتن لیزر با ویژگیهای خاص از اتمهای چه موادی، در چه شرایطی (غلظت، دما، فشار، ......) می توان استفاده کرد.

 پاسخ بیشتر این سوالات در آزمایشگاه به دست می آیند، پس فیزیک لیزر جزو مباحث تجربی فیزیک جای می گیرد.در ایران نیز مراکزی چون مرکز تحقیقات لیزر، سازمان انرژی اتمی و ... مهمترین مراکزی هستند که پذیرای فیزیکدانان اتمی و لیزر هستند.

آنچه که سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگیهای منحصر بفرد آن است که در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارتند از

همدوسی         2- تک رنگی    -1  

  3- واگرایی کم    4- موازی بودن پرت

   

نگاه اجمالی 

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است

دیدکلی  

از هنگام بوجود آمدن لیزر به علت دارا بودن محسنات خلوص فرکانسی ، پهنای باند و سیع ، راستاوری خوب و غیره ، بررسی موارد کاربرد آن به عنوان حامل در مخابرات و در نتیجه بکار گیری محاسن فوق تا کنون ادامه داشته است. در ابتدا گفته می‌شد به علت اینکه فرکانسها صدها هزار برابر می‌شود (حدود 105 برابر) ، تعداد کانالها افزایش می‌یابد که با ارزیابی خوشبینانه تری توام گشته است. استفاده از نور در مخابرات با پیدایش انسان شروع شد و بعد از اختراع لیزر ، دانشمندان توجه خاصی به استفاده از نور جهت انتقال اطللاعات مبذول داشتند. استفاده از لیزر نیم رسانا و تار نوری با تلفات کم از پیشرفتهای مهم در این خصوص بوده است

ریشه لغوی

Laser

کلمه لیزر

از حروف ابتدای عبارت "تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش"

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

 در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس می‌باشد. به گسیلهای لیزر گونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو "میزر"

گفته می‌شود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می‌شود

 

تاریخچه 

میمن برای نخستین بار لیزر یاقوت را در سال 1959 ساخت.پس از دو سال آقای ایمان اخوان، دانشمند ایرانی برای نخستین بار لیزر گازی هلیوم- نئون را ساخت.

از حدود سال 1966 لیزر نیم رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانسهای فوق‌العاده زیاد شناخت حاصل شده است.

پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر ،جوردون،زیگر،باسو،تانز و پروخورو داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد.این گروه نام میزر را که از ابتدای حروف تشکیل شده بود برای آن برگزیدند:

 "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation"

اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد.

در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر کار

 که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه ‌هادی مطرح گردید.

سیر تحول و رشد

با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه‌های ذره‌ای نور و تولید آینه‌هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر(لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند.

اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.

دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند.

بعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن گردد، اعمال جراحی را انجام دهد، در صنایع و در کارهای ساختمانی ، در وسایل نظامی و غیره کاربردهای فراوان آنرا می‌توان مشاهده نمود.

سازوکار لیزر 

نخست لازم است تا به محیط فعال لیزری به نحوی انرژی داده شود. به این عمل پمپاژ لیزر می‌گویند. عمل پمپاژ به روشهای گوناگونی صورت می‌گیرد که می‌توان به پمپاژ نوری، پمپاژ الکتریکی، پمپاژ توسط لیزرهای دیگر (پمپاژ لیزری)و جز اینها نام برد.

گونه‌های لیزر

لیزرها را براساس مواد لیزرزا به چند گروه زیر بخش بندی می‌کنند : لیزرهای جامد، لیزرهای گازی، لیزرهای مایع یا رزینه، لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای نیمه رسانا لیزرها را بر پایه خروجی آنها به دو دسته لیزرهای تپی و لیزرهای پیوسته کار تقسیم بندی می‌کنند. غالبا لیزرهای توان بالا را از نوع تپی (پالسی) میسازند.

ساختار لیزر

یک سیستم لیزری عموما از سه بخش عمده تشکیل شده است:

 منبع انرژی ( که معمولا یک پمپ و یا یک منبع مشابه است)-1

بستر تشدید کننده یا بستر لیزر -2

3- آینه و یا مجموعه‌ای از آینه ها که یک افزایش دهندهٔ نوری را تشکیل می‌دهند.

یک منبع پمپی قسمتی است که انرژی لازم را برای سیستم لیزری فرآهم می‌کند. نمونه هایی از منابع پمپی شامل تخلیه کننده‌های الکتریکی، لامپهای درخشنده، لامپهای جرقه ای، نور لیزرهای دیگر، واکنشهای شیمیایی و حتی وسایل انفجاری میباشند. نوع منبع پمپ مورد استفاده اصولا بستگی به بستر تشدید کننده دارد و این بستر است که عموما تعیین می‌کند چه میزان انرژی بایستی به بستر منتقل شود. یک لیزر هلیوم- نئونی در مخلوط گاز هلیوم - نئون از تخلیهٔ الکتریکی استفاده می‌کند و لیزر یاقوتی از نوری که از لامپ درخشندهٔ زنونی ساطع شده متمرکز می‌شود و در آخر لیزرهای اگزایمر از یک واکنش شیمیایی استفاده می‌کنند.

بستر تشدید کننده عامل اصلی تعیین کنندهٔ طول موج در هنگام استفاده و خصوصیات دیگر لیزر می‌باشد. اگر نگوییم هزاران بستر مختلف، قطعا صدها بستر تشدید ساز مختلف وجود دارد که در آن کارایی مورد نظر بدست میآید. بستر تشدید کننده توسط یک منبع پمپ انرژی تحریک شده تا فراوانی معکوسی تولید کند و در ادامه بستر تشدید کننده بتواند انتشار خود به خود و تحریک شده‌ای از فوتونها را ایجاد کند که نهایتا باعث عمل تشدید نوری و یا ارتقاء نوری می‌شود.

نمونه هایی از بسترهای مختلف تشدید کننده شامل موارد زیر هستند:

مایعات مثل لیزرهای رنگی. این مایعات عموما حلالهای شیمیایی آلی هستند. مواردی همچون متانول، اتانول، یا اتیل گلیکول که رنگهایی شیمیایی همچون کومارین یا رودامین و فلوئورسین به آنها افزوده می‌گردد. ساختار شیمیایی واقعی ملکولهای رنگ تعیین کنندهٔ طول موج بدست آمده از لیزرهای نوریست. گازها مثل دی اکسید کربن، آرگون، کریپتون و مخلوطی از هلیوم و نئون. این لیزرها اغلب از تخلیهٔ الکتریکی برای پمپ کردن استفاده می‌کنند. جامدات مثل کریستال ها یا شیشه ها. مواد جامد بکار گرفته شده معمولا با یک ناخالصی خاص مثل کروم، نئودیمیوم، اربیوم، یا یونها تیتانیوم ترکیب می‌گردند.

 مواد جامد بکار گرفته شده عموما یاقوت و یا یاقوت کبود و شیشه‌های سیلیکونی هستند.

نمونه هایی از بسترهای لیزری جامد شامل:

 Nd: YAG, Ti: sapphire, Cr: sapphire, Cr: LiSAF (chromium-doped lithium strontiumaluminium fluoride), Er: YLF and Nd: glass

 میباشند.لیزرهای جامد عموما توسط لامپهای درخشان و یا نور لیزرهای دیگر پمپ میشوند. نیمه هادی ها، نوعی از جامدات هستند که در آنها حرکت الکترونها بین ماده با سطوح مختلف ناخالص ساز ها می‌تواند منجر به ایجاد عملکرد لیزر شود. لیزرهای نیمه هادی عموما بسیار کوچک هستند و می‌توانند با یک جریان سادهٔ الکتریکی پمپ شوند که این خصوصیت آنها، باعث ایجاد توانایی طراحی و ساخت ابزارهایی فراوان و همه جا در دسترسی همچون دستگاههای نمایش سی دی شده است.

تشدید کننده‌های نوری و یا حفره‌های نوری در ساده‌ترین شکل خود دو آینهٔ موازی هستند که در اطراف بستر تشدید کننده قرار میگیرند. نور ساطع شده از بستر توسط انتشار خود به خود تولید شده و توسط آینه هایی که آنرا به بستر باز می‌گردانند بازتابیده می‌شود. در اینجاست که این پرتو می‌تواند بازتابیده و یا تشدید شود. نور ممکن است از آینه ها بازتابیده شده و یا از بستر تشدید کننده بگذرد که در این حالت صدها بار بیشتر از زمانی که در حفره نوری بود می‌باشد. در لیزرهای پیچیده تر، تنظیم توسط 4 و یا تعداد بیشتری آینه باعث ایجاد حفره‌های مورد نظر می‌شود. طراحی و تنظیم آینه ها با توجه به بستر برای تعیین طول موج مورد نیاز و دیگر خصوصیات سیستم لیزری انجام میگیرد.

دیگر ابزارهای نوری همچون آینه‌های گردان، تعدیل کننده ها، فیلتر ها و جاذب ها ممکن است در تشدید کنندهٔ نوری لحاظ شوند تا بتوانند اثرات مختلف و کاملا اختصاصی ای بر روی تولید امواج نور لیزری بگذارند

 

اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون

اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون ابزاری مفید برای بازسازی سه بعدی و بدست آوردن تصاویر سه بعدی با کیفیت بالاست. خصوصیت کلیدی میکروسکوپی هم کانون توانایی آن در ایجاد تصاویر بدون کدورت از نمونه ها ی ضخیم در عمقهای مختلف است. اصول این نوع خاص از میکروسکوپی توسط ماروین مینسکی در سال1953 کامل شد اما هنوز سی سال دیگر زمان لازم بود تا لیزر بتواند بعنوان یک منبع نور نقطه‌ای برای میکروسکوپی هم کانون و بعنوان روشی استاندارد در اواخر دههٔ 1980 مورد استفاده قرار بگیرد.

تشکیل تصویر

در اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون یک پرتو لیزری از روزنهٔ منبع نوری گذشته و سپس توسط عدسی های شیئی به حجم کانونی کوچکی بر روی یک نمونهٔ فلورسانت متمرکز می‌شود. سپس مخلوطی از نور فلورسانت تابیده شده و لیزر بازتابیده شده از نقطهٔ مورد تابش قرار گرفته توسط عدسی های شیئی جمع آوری می‌شود. یک جدا کنندهٔ طیفی مخلوط نور را با گذر انتخابی نور لیزری و بازتاباندن نور فلورسانت به دستگاه جداساز از هم مجزا می‌کند. پس از گذر این نور، نور فلورسانت توسط یک وسیلهٔ جدا کنندهٔ نور( لولهٔ تشدید کنندهٔ نور و یا دیود بهمن نوری) باعث تغییر سیگنال نوری به یک سیگنال الکترونیکی شده که در مرحلهٔ بعد این سیگنال الکتریکی توسط رایانه قرائت می‌شود.

روزنهٔ جداساز از ورود نور به اصطلاح تنظیم نشده یعنی نور فلورسانسی که از سطح کانونی عدسی های شیئی منشاء گرفته ممانعت به عمل می‌‌آورد. پرتوهای نوری از زیرسطح کانونی قبل از رسیدن به جداساز متمرکز می‌گردند و بخش عمده‌ای از آنها بواسطهٔ متمرکز نبودن بر روزنهٔ جداساز حذف می‌گردند و بقیهٔ پرتو ها به جداساز میرسند. در این روش بخش خارج از کانون قسمت بالا و پایین به میزان زیادی کاهش میابد که نهایتا باعث تشکیل تصویری واضح تر نسبت به روش های میکروسکپی سنتی می‌گردد. نور جداسازی شده‌ای که از بخش نورانی نمونه منشاء گرفته در تصویر حاصله بشکل یک نقطه نمایش داده می‌شود. بنابراین تصویر نهایی ردیف به ردیف و نقطه به نقطه تشکیل می‌گردد و درخشش نهایی تصویر حاصله با شدت نور جداسازی شدهٔ فلورسانت مطابقت خواهد داشت. پرتو سرتاسر نمونه را بشکل صفحه‌های افقی و با استفاده از آینه‌های نوسانگر خود مهار شونده اسکن می‌کند. این روش اسکن( پویش) کردن معمولا امکان ایجاد واکنشهای نهفتهٔ کمتری دارد و با کم شدن سرعت آن نسبت قابل قبول تری از سیگنال به خطا را نتیجه می‌دهد و نهایتا تباین و کیفیت بالاتری نتیجه می‌دهد. اطلاعات لازم را می‌توان با صفحه‌های کانونی متعدد و با تغییر سطح میکروسکوپ به سمت بالا و پایین بدست آورد. رایانه می‌تواند یک تصویر سه بعدی از نمونه را بوسیلهٔ سری زدن تعداد زیادی از تصاویر دو بعدی متوالی ایجاد کند.

بعلاوه میکروسکوپی کانونی پیشرفت زیادی را در کیفیت نهایی و ظرفیت برش نوری سری مناسب فراهم کرده که این امر حتی در نمونه‌های زندهٔ با حداقل آماده سازی قابل مشاهده است. با توجه به اینکه این روش وابسته به فلورسانس است، نمونه ها معمولا بایستی با رنگهای فلورسانس رنگ آمیزی شوند. با اینحال بایستی توجه کرد که غلظت مواد خارجی به حدی کم باشد که بر روی ساز و کار طبیعی زیستی تاثیر منفی نگذارد. برخی ابزار ها حتی قادر به ردیابی یک ملکول خاص فلورسانس نیز میباشند. همچنین روشهای ترنس ژنیک می‌توانند ارگانیسمهایی را بوجود بیاورند که خودشان ملکول فلورسانس تولید کنند.(مثل پرونئینهای سبز فلورسانت).

ارتقاء کیفیت با بکارگیری اصول هم کانونی

وقتی روش مورد استفادهٔ ما روش میکروسکوپی لیزری هم کانون باشد روشی که برای توصیف تفکیک پذیری مورد استفاده قرار میگیرد بسادگی قابل مقایسه با دیگر روشهای اسکن همچون اسکن میکروسکوپی تونلی می‌باشد. این روش با اسکن نوک اتمی بر روی سطح هادی انجام می‌شود و همراه با تونلهای مجزاییست که هر جزء سطح را پایش می‌کند. اگر نوک اتمی کند شود، یعنی اگر شامل جند اتم شود کیفیت تصویر حاصله کاهش میابد.

Scmدر روش

یک نمونه یفلورسانت توسط یک منبع نقطه‌ای لیزر مورد تابش قرار گرفته و کیفیت تصویر هر کدام از اجزا با شدت تابش فلورسانت حاصله متناسب خواهد بود. در اینجا اندازهٔ نوک اسکن کننده که برای کیفیت پایانی بسیار حیاتی است توسط حد انکسار سیستم نوری تعیین می‌گردد. این حالت موید این حقیقت است که تصویر منبع نقطه‌ای لیزر اسکن کننده یک نقطهٔ بی نهایت کوچک نیست بلکه از یک الگوی سه بعدی انکساری تبعیت می‌کند. اندازهٔ الگوی انکسار و اندازهٔ کانونی توسط اندازهٔ روزنهٔ عدسی های شیئی سیستم و طول موج لیزر مورد استفاده تعیین می‌گردد. این حالت را می‌توان بسادگی در حد تفکیک میکروسکوپهای نوری قدیمی مشاهده کرد که به اصطلاح به آن تابندگی گسترده می‌گویند. با اینهمه این مشکل با تکنیکهای تابندگی نور به اندازهٔ کوچکی که در هر زمان جداسازی می‌شود قابل بر طرف کردن است. با اینهمه این بسیار مهم است که حجم موثر نور تولیدی معمولا کمتر از حجم تابندگیست یعنی الگوی انکسار تولید نور قابل جداسازی دقیق تر و البته کوچکتر از الگوی انکسار تابندگیست. این به آن معناست که حد تفکیک میکروسکوپهای هم کانون نه تنها به احتمال تابندگی بستگی دارد بلکه به احتمال ایجاد فوتونهای قابل جداسازی نیز وابسته اند. بسته به خصوصیات فلوئورسانس رنگهای بکار رفته پیشرفتهای محدودی می‌تواند در کیفیت جانبی میکروسکوپهای سنتی بوجود آید. با اینهمه با استفاده از فرایند تولید نور با احتمال کمتر وقوع ایجاد اثرات ثانویه، با تمرکز بر نقطهٔ محدود با بالاترین کیفیت ممکن می‌توان به ارتقاء کیفیت جانبی به اندازه‌ای قابل توجه امید وار بود. متاسفانه احتمال تولید فوفتونهای قابل جداسازی اثر نامطلوبی بر نسبت سیگنال به خطا دارد. این مشکل را می‌توان بوسیلهٔ استفاده از فوتو دیتکتورهای بیشتر و یا با افزایش شدت منبع نقطه‌ای لیزر تابیده شده جبران کرد. افزایش شدت این خطرات باعث بی رنگ شدن و یا آسیب به نمونهٔ مورد نظر می‌شود خصوصا اگر آزمایشاتی برای مقایسهٔ درخشش فلورسانس مورد نیاز باشد.

LASEK در مقابلLASIK  

LASEK

 فرآیندیست که در آن تغییرات دایمی قرنیه با استفاده از لیزر اگزایمر برای برداشتن مقدار کمی از بافت جلوی چشم، بافتی که درست زیر لایهٔ خارجی اپیتلیوم قرار دارد انجام می‌شود. بر خلاف لیزیک در این فرایند اپیتلیوم از پردهٔ قرنیه برداشته نمیشود و اپیتلیوم باعث حفاظت از چشم در طی انجام این فرآیند شده و بعدها بصورت یک بانداژ طبیعی برداشته می‌شود.

از آنجایی که بر خلاف لیزیک در این فرایند از چاقو/میکروکرماتور یا لیزر برنده استفاده نمیشود، پایداری قرنیه کاملا بدون تغییر باقی میماند اما درد یشتر و بهبودی دید آهسته تر از فرآیند لیزیک خواهد بود. همانند پی پی کا

در لیزک خطر جابجا شدن پرده‌های قرنیه که ممکن است به کرات در اثر ضربه حتی سالها بعد از فرآیند لیزیک رخ دهد وجود ندارد.

ایمنی در لیزر

لیزر منبع نوریست که می‌تواند برای اشخاصی که با آن در تماسند خطرناک باشد. حتی لیزرهای با نور کم هم می‌تواند برای بینایی اشخاص مخاطره آمیز باشد. لنسجام ذاتی و پخش اندک نور لیزر به این معناست که این پرتو قادر است در نقطهٔ بسیار کوچکی در شبکیهٔ چشم متمرکز گردد که نتیجتا در عرض چند ثانیه منجر به سوختگی موضعی و آسیبهای دایمی خواهد شد. طول موجهای خاصی از لیزر قادرند ایجاد آب مروارید یا کاتاراکت کرده و حتی منجر به جوش آمدن مایع زجاجیه گردند. علاوه بر این لیزرهای مادن قرمز و فرابنفش خطر بیشتری را متوجه فرد می‌کنند چرا که واکنش بسته شدن پلک در انسان در مواقع خطر احتمالی برای چشم تنها در مواقعی که نور مرئی باشد انجام می‌شود.

دسته بندی

لیزرها بر اساس طول موج و حداکثر توان خروجیشان در رده‌های زیر طبقه بندی می‌گردند:

دستهٔ اول: اساسا بی خطر؛ هیچگونه احتمالی برای آسیب رساندن به چشم در این گروه وجود ندارد. این امر می‌تواند بدلیل توان خروجی محدود آنها( که حتی در تماسهای طولانی هم خطری را متوجه چشم شخص نمیکنند) باشد و یا به این دلیل باشد که محصور بودن آنها و عدم تماس در شرایط طبیعی کار بطور کلی احتمال خطر تماس را از بین میبرد مثل حالتی که در دستگاه‌های خواندن سی دی وجود دارد.

دستهٔ دوم: واکنش طبیعی یسته شدن چشمها از آسیب جلوگیری خواهد کرد و توان خروجی آنها حدود

1mw

می‌باشد.

دستهٔ سوم اولیه: لیزرهایی که در این دسته قرار میگیرند بواسطهٔ بکار گرفته شدن در ابزاری که ممکن است باریکهٔ نور را تغییر دهند خطرناک در نظر گرفته میشوند. توان

خروجی آنها

5-1mw

می‌باشد. اغلب لیزرهای نقطه‌ای در این گروه قرار دارند.

دستهٔ سوم ثانویه: این دسته زمانی خطرناک محسوب میشوند که باریکه نور مربوط به لیزر مستقیما بدرون چشم تابیده ویا منعکس شود. این گروه مربوط به لیزرهایی می‌شود که

قدرتی حدود

5-500mw

دارند. انعکاسهایی که با پراکنده شدن باریکهٔ نوری همراه باشند بعنوان یک خطر جدی در نظر گرفته نمیشوند

دستهٔ چهارم: لیزرهای این دسته بینهایت خطرناکند. حتی اگر انعکاس پراکنده شدهٔ آنها هم به پوست و یا چشم تابیده شود هم می‌تواند خطرناک باشد. لیزرهایی که توان بیش از

 500mW

و یا توانایی تولی امواج نوری داشته باشند در این دسته قرار میگیرند. اگرچه که شدت نور خروجی آنها ممکن است تنها چند برابر نور درخشان خورشید باشد ولی بایستی توجه داشت که این نور مستقیما بر نقطهٔ بسیار کوچکی متمرکز می‌گردد.

نیروهایی که برای لیزرهای بالا ذکر شد انواع معمول توانها میباشند. دسته بندی ما مستقل از طول موج و موجی و یا پیوسته بودن لیزر می‌باشد و تنها بر ایمنی تاکید دارد.

رهنمودها 

استفاده از پوشش محافظتی برای لیزرهای دستهٔ سوم ثانویه و دستهٔ چهارم قویا توصیه می‌شود و طبق نظر سازمان مدیریت خطرات و ایمنی شغلی ایالات متحده الزامیست. با اینهمه تحقیقات صورت گرفته نشان داده‌اند که دانشمندان محقق حتی در شرایطی که با لیزرهای گروه چهارم سر و کار دارند معمولا از پوششهای محافظ چشمی استفاده نمیکنند. مشکل اینجاست که محافظهایی همچون عینکها پس از مدت کوتاهی ناخوشایند و عذاب آور خواهند بود. برای مثال در طیف سنجی آرایش تجربی دائما تغییر کرده و تنظیم آن مستلزم اینست که شخص مسیر طیف گسیل شده را ببیند. اینکار به اسانی با چشم غیر مسلح قابل انجام است ولی انجام آن با دوربین به مراتب مشکل تر است. در این شرایط افراد بیش از آنکه به ایمنی اهمیت دهند به سادگی و راحتی کار اولویت می‌دهند و معمولا قوانین ایمنی را نقض می‌کنند. گاهی اوقات هم رعایت موازین غیر قابل اجتناب است. برای مثال زمان کار کردن با لیزر:

RGB

 از نظر فنی به استفاده از عینکهای ایمنی کاملا مشکی نیاز است.

با اینکه شاید تمامی افرادی که در این زمینه مشغول به کارند با رهنمودهای زیر موافق نباشند ولی قطعا اکثر دانشمندان این رهنمودها را در عرصهٔ کاری رعایت می‌کنند.

هر کسی که با لیزر تماس دارد باید از خطرات آن بطور کامل مطلع باشد. این آگاهی نباید بسته به زمان تماس باشد بلکه بایستی توجه داشت که کارکرد طولانی با خطرات غیر قابل دیدن(مثل خطرات مربوط به پرتوهای لیزر مادون قرمز) معمولا باعث کاهش هشیاری و سهل انگاری افراد می‌گردند.

بسیاری از افرادی که در شرایطی کار می‌کنند که کارشان بر روی میزهای نوری انجام می‌شود و تمامی طیف لیزر در یک سطح افقی حرکت می‌کند و در لبهٔ میز متوقف می‌گردد احساس کاذب ایمنی در برابر لیزر دارند. این افراد تنها به این امر بسنده می‌کنند که اگر چشمانشان در امتداد طیف افقی لیزر قرار نگیرد کاملا ایمن هستند ولی باید دانست که بشکل تصادفی امکان منعکس شدن این طیف در همه حال وجود دارد. رهنمودهای زیر ممکن است در کاهش خطراتن نقش زیادی داشته باشد ولی باید دانست که هنوز هم بسیاری از خطرات تنها بدلیل استفاده نکردن عینکهای محافظ است

در یک تنظیم نوری مهم، اطمینان از اینکه تمامی آینه ها، فیلترها، و عدسی ها کاملا در حالت عمودی قرار گرفته‌اند مشکل است. این حالت خصوصا زمانی که شرایط کار تغییر می‌کند اهمیت بیشتری میابد. انعکاسهای اتفاقی رو به بالا ممکن است توسط ساعت و یا جواهرات ایجاد شوند. حتی اگر استفاده از زیور آلات ممنوع باشد باز هم امکان انعکاس از وسایل و ابزار شخص که وارد محدودهٔ باریکهٔ نور شده‌اند مثلا توسط پیچ گوشتی امکانپذیر است. بایستی توجه داشت که معمولا انعکاس ها تا زمانی که منجر به آسیب نشده‌اند ناشناخته باقی میمانند.

زمانی که چیزی را از سطح زمین بلند میکنید با بستن پلک چشم نمیتوانید جلوی خطر لیزرهای چند واتی را بگیرید و بایستی از پوشش معمولا کدر چشمی استفاده کنید. این حالت خصوصا زمانی که لیزرها پرتوهای مادون قرمز باشند بیشتر موضوعیت دارد. بستن هر دو چشم در زمین زانو زدن می‌تواند بعنوان یک روش طبیعی برای محافظت از چشم برای کارگرانی که در محدوده کار می‌کنند مطرح باشد.

هیچکس نمیتواند بدون استفاده از محافظهای چشمی از تمامی خطرات ذکر شده جلوگیری کند. خصوصا که در برخی محیطهای کاری از پرتوهای نامرئی مادون قرمز استفاده می‌شود که هیچ نشانهٔ ظاهری هم ندارند. به این ترتیب کار کردن بدون عینک در چنین شرایطی مترادف با معاوظهٔ سلامتی با راحت طلبییست. عدم استفاده از عینک با اینکه معمول است ولی در هیچ قانون حرفه‌ای و مستدلی نگاشته نشده است.

محافظ چشمی مناسب برای هر کسی که در اتاق هست الزامیست و نباید فقط برای کسی که مشغول کار است الزامی در نظر گرفته شود.مسیر پرتوهای با شدت بالا که معمولا تعدیل نمیشوند بایستی به لولهٔ سیاهی هدایت شوند. این موضوع در خصوص پرتوهای فرابنفش ضعیفتر هم بواسطهٔ احتمال سرطان پوست صدق می‌کند. زمانی که عمل تعدیل و میزان کردن بر روی پرتو لیزر انجام می‌شود این امکان که انرژی آن تا حد بی خطر کاهش یافته و سپس بطور ناگهانی به حد بسیار شدید برسد وجود دارد.

احتیاط خاصی بایستی در رابطه با وارد کردن و خارج کردن آینه ها در مسیر طیف پرتو انجام پذیرد. میزان کردن پرتو هم می‌تواند در جای خود خطرناک باشد چرا که ممکن است در این بین پرتو به تیرکهای فلزی محل تابیده و منعکس گردد. سبکهای بی احتیاط کار کردن ممکن است بواسطهٔ دلایل زیر ایجاد شده و یا تسریع گردد.

سخت بودن دسترسی به حفاظهای چشمی مناسب( خصوصا زمانی که کارگران با طول موجهای مختلف کار می‌کنند) ابزارهای محافظ بسیار ناراحت و آزار دهنده ارزیابی غیر منطقی خطرات قوانین ایمنی بسیار سختگیرانه که باعث تشویق کارگران به نقض کردن آنها می‌شودونداشتن دانش کلی در خصوص موضوعات مربوط به ایمنی.

 

ایمنی الکتریکی

بحث در مورد ایمنی لیزر را نمیتوان بدون در نظر گرفتن ایمنی الکتریکی در شکل عمومی کامل دانست. لیزرها عموما در ولتاژ بالا هستند. بطور مثال لیزرهای موجی کوچک

5mj

400 ولت به بالا هستند و این میزان به اندازهٔ چندین کیلوولت برای لیزرهای قوی تر افزوده می‌گردد. این نیرو در کنار آب پر فشاری که برای خنک کردن لیزرها مورد استفاده قرار میگیرد و یا ابزارهای الکتریکی مربوطه باعث ایجاد خطر بیشتری در خصوص لیزرها می‌گردد. بطور کلی این کاملا ضروریست که برای جلوگیری از ایجاد شوک الکتریکی در زمان آب گرفتگی احتمالی محل تمام قطعات الکتریکی حداقل 10 اینچ از زمین فاصله داشته باشند. میز نوری، لیزرها و دیگر تجهیزات بایستی بشکل صحیحی نصب گردند.

جوشکاری فلزی توسط لیزر

جوشکاری توسط پرتو لیزر در تولیدات صنعتی بشکل روزافزونی در حال گسترش است و دامنهٔ استفادهٔ آن از میکرو الکترونیک تا کشتی سازی گسترده شده است. تولید انبوه خودکار در این بین از بیشترین توسعه برخوردار گشته‌اند که این پیشرفتها را می‌توان مرهون عوامل زیر دانست

حرارت ورودی محدود منطقهٔ حرارت پذیرفتهٔ کوچک میزان ناصافی اندک سرعت بالای جوشکاری این خصوصیات جوشکاری لیزری را گزینهٔ منتخب بسیاری از قسمتهای صنعتی کرده که از جوشکاری مقاومتی در گذشته استفاده میکردند. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد این روش می‌توان بکارگیری گستردهٔ آنرا در زمینهٔ کاربردهای مختلف انتظار داشت.

فرآیندهای ترکیبی که از ترکیب لیزر و قوس

MIG

استفاده می‌کنند برای قرار گرفتن بر سطحی که بایستی جوشکاری در آن انجام شود طراحی شده اند. علاوه بر این تجهیزات ویژهٔ بکار گرفته شده بشکل قابل توجهی ابزارهای مورد نیاز برای آماده سازی لبهٔ مورد نظر برای جوشکاری را کاهش می‌دهند. آلیاژهایی که برای سیمهای پر کننده در قسمت درز گیری بکار میروند باعث یکدست شدن فیزیکی آن ناحیه میشوند. علاوه بر این فرآیندهای ترکیبی بکار گرفته شده قادر اند سرعت انجام کار را بشکل قابل توجهی افزایش دهند. همچنین در نفوذ عمقی و درزگیری کلی هم موثرند. پیشرفتهای بی نظیر اخیر در زمینهٔ دیودهای لیزری موقعیت جدیدی را برای حل مشکلات همیشگی صنعتی فراهم کرده است. البته باید در نظر داشت که این فرآیندها برای همگون شدن با قسمتهای مورد نظر بایستی بشکلی اختصاصی تغییر یابند.

لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند

2-10kw

در حال حاضر در جوشکاری بدنهٔ اتومبیلها، قسمتهای حمل و نقل، مبادله کننده‌های حرارتی و پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرند. سالها لیزرهای یاقوتی کمتر از

500w

 برای جوش بخشهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال قسمتهای کوچک و ظریف ابزارهای پزشکی، بسته‌های الکترونیکی و حتی تیغ های اصلاح صورت. لیزرهای یاقوتی چند کیلوواتی از گذراندن پرتو از فیبرهای نوری استفاده میکردند. اینکار بسادگی توسط روبوت ها انجام می‌شد و دامنهٔ وسیعی از کاربردهای سه بعدی مثل برش لیزری و جوش بدنهٔ اتومبیلها را ممکن میکرد.

پرتو لیزر در نقطهٔ کوچکی متمرکز می‌شود و باشدتی که در آن نقطه ایجاد می‌کند باعث ذوب و حتی بخار کردن فلز می‌شود. برای تمرکز نیروی لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند، آینه‌های خنک شونده توسط آب بجای عدسی ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جوشکاری بطور کلی به دو شکل انجام می‌شود. در شکل هدایتی جوشکاری، حرارت از طریق هدایت گرمایی به فلز منتقل می‌گردد. این روش مختص لیزرهای یاقوتی نسبتا کم انرژی تر است کهم معمولا جوشکاری های کم عمق تر با آنها انجام می‌شود. جوشکاری با لیزرهای پر انرژی معمولا در پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرد. در این قسمت است که ذوب و تبخیر فلز اتفاق می‌‌افتد.

ساختار لیزر

لیزرها بطور معمول از یک محیط فعال و یک مشدد نوری ساخته می‌شون مشدد نوری از دو آینه که یکی بازتابنده تقریبا کامل و دیگری نیمه گذرنده-بازتابنده است تشکیل می‌شود که خروجی لیزر از آینه نیمگذرنده است.

کاربردهای لیزر

کاربرد در پزشکی : چاقوی لیزری، مته لیزری و جراحی لیزری ، ساخت چاقوی ظریف لیزری ، جلوگیری از خونریزی جراحیها و...

کاربرد در صنعت : جوشکاری لیزری، برشهای لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری و تراشکاری ، سوراخ کردن با لیزر و...

کاربردهای نظامی : ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ردیاب لیزری ، فاصله یاب لیزری ، بمب لیزری و...

کاربرد اساسی لیزر در اسپکتروسکوپی است.

سرمایش لیزری و تولید دماهای خیلی پایین.

لیزر مخفف عبارت:

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

 می‌‌باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است .لیزر وسیله‌ای برای تبدیل نور معمولی به پرتوی باریک و متراکم است. دستگاه لیزر یک جریان الکتریکی را از ماده‌ای که می‌‌تواند جامد, مایع یا گاز باشد عبور می‌‌دهد. بعضی از اتم های ماده انرژی جذب می‌‌کنند و کوانتوم ساطع می‌‌کنند. این امر موجب می‌‌شود که اتم های دیگر نیز کوانتوم ساتع کنند. این کوانتوم ها (بسته‌های تشعشع) بین آینه هایی به عقب و جلو منعکس می‌‌شوند و نهایتاً به صورت نوری با یک طول موج واحد شلیک می‌‌شوند. اولین لیزر جهان توسط « تئودور مایمن » اختراع گردید که در آن از یاقوت استفاده شده بود. در سال ۱۹۶۲ پروفسور علی جوان, اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها که لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال ۱۹۶۷ فرانسویان توسط اشعه ی لیزرِ ایستگاههایِ زمینیشان, دو ماهواره ی خود را در فضا تعقیب کردند, بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر آمد. نوری که توسط لیزر در یک سو گسیل می‌‌گردد بسیار پر انرژی و درخشنده است و قدرت نفوذ بالایی نیز دارد به طوری که در الماس فرو می‌‌رود.

امروزه استفاده از لیزر در صنعت به عنوان جوش آورنده ی فلزات و چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است. لیزرها سه قسمت اصلی دارند :

 1) پمپ انرژی یا چشمه ی انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیایی و یا حتی یک لیزر دیگر باشد.

 2) ماده ی پایه و فعال: که نام گذاری لیزر بواسطه ی ماده ی فعال صورت می‌‌گیرد.

 3) مشدّد کننده ی اپتیکی: که شامل دو آینه ی بازتابنده ی کلی و جزئی می‌‌باشد

جنس امواج نور امواج نور از نوع امواج الکترومغناطیسی هستند که برای انتشار احتیاجی به محیط مادی ندارند. یک موج الکترومغناطیسی ترکیبی است از دو میدان عمود بر همِ الکتریکی و مغناطیسی که در شکل زیر به ترتیب با موجهای زرد رنگ و آبی رنگ نشان داده شده اند

تقسیم بندی لیزرها

طبقه بندی لیزر در حالت کلی:

لیزر پیوسته کار

لیزر پالسی

لیزرها بر اساس آهنگ خروج انرژی از آنها به دو دسته "پیوسته‌کار" و "پالسی" تقسیم ‌بندی می‌شوند. نور لیزرهای پیوسته‌کار بطور پیوسته گسیل می‌شود، ولی نور لیزرهای پالسی در زمانهای کوتاه که به این زمان "دوام پالس" گفته می‌شود ارائه می‌گردد. فاصله زمانی ارائه دو پالس متوالی معمولاً خیلی بیشتر از زمان دوام پالس است. لیزرهای پالسی به‌دلیل اینکه می‌توانند انرژی خود را در زمان کوتاهی ارائه دهند، معمولاً دارای توانهای بالاتری می‌باشند.

لیزرها را براساس حالت ماده لیزر زا هم به لیزرهای حالت جامد ، لیزرهای گازی ، لیزر رزینه ، لیزرهای نیمه‌هادی (دیودهای لیزری)، و لیزرهای الکترون آزاد تقسیم ‌بندی می‌کنند. همچنین ممکن است لیزرها را براساس نوع ماده تشکیل‌دهنده محیط لیزر زایی نیز تقسیم‌بندی کرد. لیزر یاقوت ، لیزر نئودیوم- یق ، لیزر دی اکسید کربن ، لیزر هلیوم- نئون و انواع لیزرهای دیگر بر این اساس نامگذاری شده‌اند

همدوسی زمانی لیزر

همدوسی زمانی فوتونهای نور لیزر به معنی هماهنگی بین آنها از لحاظ وضعیت ارتعاشی (فاز) آنهاست. همدوسی مکانی نور لیزر به معنی هماهنگی بین فوتونهای تشکیل دهنده نور لیزر از لحاظ راستای انتشار آنهاست. به لحاظ همدوسی زمانی که در نور لیزر وجود دارد، قدرت تأثیر گذاری فوتونهای آن در نقطه هدف بسیار بالاتر از نورهای معمولی است؛ زیرا طبق اصل برهمنهی امواج ، به دلیل همفاز بودن این فوتونها میدانهای الکتریکی‌شان مستقیما باهم جمع شده و میدانی قوی را بوجود می‌آورند.

همدوسی مکانی لیزر

همچنین به لحاظ همدوسی مکانی نور لیزر ، نور خروجی بصورت باریکه‌ای جهتمند از آن خارج شده و می‌تواند تا مسافتهای طولانی‌تری بدون افت چشمگیر توانش طی کند و نیز بوسیله کانونی کردن آن در نقطه کوچکی می‌توان به شدتهای بسیار بالایی دست یافت. نور لیزر نوری تقریبا تکرنگ است. مشخصه رنگ در نور به فرکانس آن وابسته است، بنابراین نور فوتونهای لیزر در محدوده کوچک فرکانسی گسیل می‌شوند، در حالیکه منابع نور معمولی گستره فرکانسی بسیار بالایی را دارند.

معیار تکرنگی یا خلوص نور لیزر ، پهنای فرکانسی آن است که طبق تعریف ، فاصله دو فرکانسی است که منحنی توزیع فرکانسی نورهای گسیلی در نصف ماکزیمم آن دارند. این فاصله در لیزرها فوق‌العاده کمتر از منابع نور معمولی یا منابع نور گازی است. این به معنای آن است که اکثر انرژی تابشی لیزرها حول فرکانس مرکزی آن می‌باشد. در منابع معمولی ، برعکس لیزرها منحنی توزیع فرکانسی بسیار وسیع است و پهنای فرکانسی آن نیز نتیجتا بسیار زیاد است. بنابراین اگر بخواهیم که نور این منابع را با استفاده از مثلا فیلتر و یا یک تجزیه‌گر بصورت تقریبا تکرنگ در بیاوریم، از شدت آن به‌مقدار زیادی کاسته خواهد شد.

همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می‌کند و باز هم این خاصیت، نتیجه ماهیت فرآیند نشر القایی است. نور حاصل از منابع معمولی که توسط نشر خود به خودی کار می‌کنند، به نور غیر همدوس آشفته موسم است. در این موارد ، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساسا تصادفی بین آنها ، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می‌آید. در مقابل در لیزر ، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می‌شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره ، همفازند.

مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می‌ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می‌شود. بنابراین دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله‌ای کمتر از طول همدوسی ، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی برای انواع مختلف لیزر متفاوت است. مهمترین کاربرد همدوسی لیزری تمام نگاری (هولوگرافی) است، که روش برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار می رود.

ایجاد هولوگرام:با استفاده از لیزر ، می توان تصویری ایجاد کرد که هر گاه به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، سه بعدی به نظر می رسد.

تکفامی

مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد، تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از این حقیقت منشأ می‌گیرند که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه ، نشر می‌شوند و بنابراین تقریبا فرکانسهای دقیقا یکسانی دارند. تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر ، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، بطورری که برای رسیدن به تکفامی بهینه باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس لیزر تعبیه کرد. معمولا برای این کار از یک نسخه استفاده می‌شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می‌گیرد و به گونه‌ای تنظیم می‌شود، که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی ، بطور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند.

تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از:

 شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌و همدوسی.

 لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش و مادون قرمز جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو می‌تواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در  برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی، همدوسی و شدت زیاد است.

اینکه چگونه می‌توان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌خودی ‌خود فاقد قابلیت تنظیم طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد

.

انواع لیزر   

لیزر حالت جامد

در این نوع لیزر ، ماده فعال ایجاد کننده لیزر ، یک یون فلزی است که با غلظت کم در شبکه یک بلور یا درون شیشه ، به صورت ناخالصی قرار داده شده است. فلزاتی که برای این منظور بکار می‌روند عبارتند از:

اولین سری فلزات واسطه (لانتانیدها آکتنید ها)

ازمهمترین لیزرهای حالت جامد می‌توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزرهای نئودنیوم می‌توان نام برد.

لیزر گازی

ماده فعال در این سیستمها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از این مواد عبارتنداز: نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم_نئون) ، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم ، آرگون ، کریپتون ، هگزا فلورئید و... 

لیزر مایع

از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می‌شود. (اثر رامان). بعضی از این مواد عبارتند از: تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن. گاهی محیط فعال برخی از این لیزرها را محلولهای برخی ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول ، متانول یا آب تشکیل می‌دهد. این رنگها اغلب جز رنگهای پلی‌متین یا رنگهای اگزانتین و یا رنگهای کومارین هستند.

لیزر نیم رسانا

این نوع لیزرها به لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز معروفند. نیم رساناها از دو ماده که یکی کمبود الکترون  داشته و دیگری اضافی دارد،بوجود می آید.  

 به وجود می آید.

لیزر شیمیایی

در این نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده‌ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می‌شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می‌افتد.

لیزر کی‌لیتی

به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی‌لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستمها چندان مورد توجه نبوده است. این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است. یکی از مکانیسمهای پیشنهادی برای این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه برمی‌گردد.

این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است.دی‌کتونها از جمله لیگاندهایی هستند که با لانتانیدها تولید ترکیبات کی‌لیتی می‌نمایند. در چنین سیستمهایی می‌توان با استفاده از یونهای فلزی گوناگون ، لیزرهای کنترل شده بدست آورد. لکن نیاز به درجه حرارت پایین جهت تامین کارآیی خوب ، از توجه و مطالعه در مورد این سیستمها کاسته است.

کاربرد لیزر در دندانپزشکی

درمان ضایعات عروقی با لیزر

لیزر در جراحی حنجره

کاربرد لیزر کم‌توان در ترمیم زخم و اثرات ضد درد آن

کاربرد لیزر در اندودانتیکس 

اصول کلی درمان لیزرهای کم توان  

کاربردهای لیزر های کم توان در دندانپزشکی

لیزر در جراحی دهان و فک و صورت

کاربردهای لیزر پرتوان در دندانپزشکی 

لیزر در جراحی دهان و فک و صورت

بسیاری از خصوصیات ذاتی لیزرها که به آنها امکان انجام جراحی بر روی بافت های نرم را می دهند در روند به کارگیری این ابزار جراحی برای درمان ضایعات بدخیم حفره دهان و بافت های مجاور آن مفید هستند. توانایی لیزر در تولید هموستاز به کمک مسدود ساختن عروقی که قطر آنها حتی از خود شعاع لیزر کوچکتر است، بسیار جالب توجه می باشد. زیرا به ما این امکان را می دهد که یک جراحی بسیار دقیق در یک محیط خشک و بدون خونریزی را به انجام رسانیده و همچنین با بستن عروق امکان توسعه و انتشار سلول های سرطانی در حین عمل را به صفر تقلیل دهیم.

اصول کلی درمان لیزرهای کم توان

استفاده از لیزر در پزشکی براساس واکنشهای متفاوت نور با بافت قرار دارد که بسته به توان انرژی نورانی این واکنشهای فتوبیولوژیک به 3 دسته تقسیم می شوند:

واکنشهای خنثی: در طی آن پروسه های بیولوژیک در واکنش با نور تغییر نمی یابد. از این اثر غیراختلالی در جهت ساخت دستگاههای تشخیص پزشکی استفاده می شود.

واکنشهای تخریبی: در این دسته از واکنشها تأثیرات فتوفیزیکی نور بر روی بافت زنده منجر به تولید حرارت و تخریب بافت می شود که از این واکنشها در جراحی استفاده می شود. در این دسته، لیزرهای پرتوان با توان بالای 5/0 وات قرار دارند.

واکنشهای فتوشیمیایی: انرژی جذب شده توسط بافت زنده منجر به یک سری فعال شدن روندهای بیوشیمیایی در سلول می شود که در نهایت پروسه ساخت و ساز بیولوژیک در سلول صورت می گیرد این تأثیرات نوری توسط لیزرهای کم توان در بافت ایجاد می شود توان این لیزرها بین 1 تا 500 میلی وات می باشد.

برای اولین بار الکساندر گورویچ در سال 1927 متوجه القاء نوری یا شد، به عبارتی سلولها در فاز رشد قادر به ساطع کردن امواج نوری از خود می باشند که این امواج در بیوپلاسم سلولهای هم فاز مجاور قادر به انتقال انرژی و فعال کردن این بیوپلاسم می باشند. انرژی جذب شده توسط سلول منجر به افزایش انرژی سلولی بین 500-300 درصد میشود.(قانون بقای انرژی).

این روند افزایش انرژی منجر به فعال شدن روند ساخت پروتئین ها در سلول شده و اثرات بیولوژیک لیزر ظاهر می شود، مانند اثرات ضد ادم، ضد التهاب، ضد درد، نئوواسکولاریزاسیون، افزایش درناژ وریدی و لنفاوی، ترمیم سریع زخم ها، مدولاسیون سیستم ایمنی.

برای این که بتوانیم اثرات درمانی مناسب لیزرهای کم توان را به دست بیاوریم باید از مشخصات لیزر و اصول درمانی اطلاع کافی داشته باشیم.

مشخصات شناسنامه ای هر لیزر دارای اطلاعات زیر می باشد:

1-طول موج    2- توان    3- رژیم تابش     4- فرکانس پالس ها     5- طول زمان هر پالس

6-سطح تابنده     7-زاویه واگرایی لیزر

پارامترهای درمانی عبارتند از:

طول موج: این پارامتر مشخص کننده عمق نفوذ لیزر و ماده جاذب لیزر می باشد. لیزرهای محدوده نور مرئی معمولاً در حد 5 تا 8 میلیمتر نفوذپذیری و لیزرهای مادون قرمز نزدیک، بسته به مولد آنها از 3 تا 5 سانتیمتر نفوذپذیری دارند.

توان: در لیزرهای کم توان معمولاً بین 1 تا 250 میلی وات می باشد و محدوده 250 تا 500 میلی وات لیزرهای توان متوسط هستند که اثر گرمایی نیز به واکنش های فتوشیمیایی اضافه می شود. توان متوسط با رژیم تابش لیزر ارتباط مستقیم دارد.

سطح مورد تابش: از این نظر مهم است که باید انرژی درمانی کافی به سطح مورد نظر رسانده شود.

دانسیته توان یا شدت تابش انرژی به واحد سطح: دیده شده است که در دانسیته های بالاتر اثر فتوبیولوژیک زودتر و بهتر ظاهر می شود

دوز درمانی: منحنی دوز درمانی لیزر از 1/0 ژول تا 10 ژول بر سانتیمتر مربع متفاوت

می باشد. بهترین پاسخ درمانی در دوز 1 ژول بر سانتیمتر مربع ظاهر می شود. در بسیاری از مطالعات (حداقل 100 مورد) مواردی که اثرات درمانی لیزر یا ظاهر نشده اند یا کم بوده اند دوز درمانی پایین تر از 1/0 ژول بر سانتیمتر مربع بوده است.

رژیم درمانی: رژیم تابش مداوم و رژیم تابش پالسی، در رژیم تابش پالسی توان متوسط با فرکانس و زمان هر پالس ارتباط مستقیم دارد و در بعضی از فرکانس ها بعضی اثرات لیزر بارزتر می باشد. مثل فرکانسهای 5 تا 100 هرتز در ایجاد بی دردی 1500 هرتز در اثر ضد التهاب و یا 10000 هرتز در ایجاد اثر ضد عفونت.

تعداد جلسات درمانی: از آنجا که اثرات درمانی در هر جلسه به مدت 12 تا 72 ساعت باقی می ماند. فاصله جلسات درمانی را بین 12 تا 72 ساعت یک بار تنظیم می کنند و به صورت معمول هفته ای 2 تا 3 بار انجام می شود.

توالی دوره درمان در سال: تکرار دوره های درمانی 2 تا 3 بار در سال، بر کیفیت و درصد بهبودی می افزاید.

روش های درمانی عبارتند از:

تابش موضعی، که به صورت مستقیم برروی ناحیه آسیب دیده تابش داده می شود. این تابش می تواند به روش تماسی یا غیرتماسی باشد.

تابش غیرمستقیم یا تابش سیستمیک: از اثرات سیستمیک لیزر در این روش ها استفاده می شود.

الف) رفلکسوتراپی یا تابش برروی نقاط طب سوزنی

ب) تابش بر نقاط ماشه ای یا نقاط دردناک

ج ) تابش برروی ریشه اعصاب

د ) تابش برروی درماتوم

ه ) تابش برروی خون

و ) تابش برروی مسیر لنفاوی

ز ) تابش برروی غدد سمپاتیک

آنچه که سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگیهای منحصر بفرد آن است که در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارتند از:

همدوسی       2- تک رنگی       3- واگرایی کم        4- موازی بودن پرتو-1

هر یک و یا ترکیبی از ویژگیهای بالا این امکان را فراهم می کند که قابلیت کاربردی لیزر در حوزه های مختلف گسترش روز افزون داشته باشد.

حضور لیزر در عرصه پزشکی ابتدا به عنوان جایگزینی برای چاقوی جراحی بود، لذا هر جا که پزشک خود را نیازمند به چاقوی جراحی می دید، دستگاه لیزر مخصوص به آن طراحی و ساخته می شد.

امروزه تکنولوژی لیزر در کنار علوم الکترونیک و اپتیک این امکان را فراهم کرده است که دستگاه های مختلف با کاربری های متنوع بطور مستقیم و غیر مستقیم در دنیای پزشکی خود نمایی کند.

لیزر را از جهات مختلف می توان تقسیم بندی نمود، اما دو پارامتر قدرت خروجی و طول موج آن بیش از دیگر ویژگیهای لیزر مورد توجه بوده است. به همین منظور انواع لیزر ممکن است بصورت

قدرت بالا 2- قدرت متوسط 3- قدرت پایین  -1

و یا

 1- مادون قرمز 2- بینایی   3- ماوراء بنفش

تقسیم بندی شود.

یکی از عواملی که سبب می شود پزشک از لیزر به بهترین نحو در امر پزشکی استفاده نماید، دانش و اطلاعات وی در خصوص فیزیک و مهندسی لیزر است. به همین خاطر لازم است در کنار اطلاعات پزشکی موارد اخیر را مورد توجه جدی قرار دهد.