لیزر

دید کلی
امروزه بطور نسبی همه لیزر و موارد کاربرد آن را می‌دانند. در تمام دنیا استفاده از لیزر و مشتقات آن بطور شگفت انگیزی افزایش داشته است. هر کس خالی داشته باشد که آن را مزاحم بداند به سراغ لیزر می‌رود. بنابراین بررسی علمی این موضوع مفید و لازم به نظر می‌آید. البته نور و طیف آن می‌تواند اثرات مفید و مضر برای بدن و پوست ایجاد کند. اثرات نور بنفش نقش تعیین کننده و مفیدی بر تغذیه و متابولیسم سلولی ایفا می‌کند. اینگونه اثرات سلامت بخش و مفید نور از زمانهای کهن نیز برای انسان تا حدود زیادی روشن بوده است.

بر اساس شواهد و مدارک موجود یونانیها و رومیها هر دو از اثرات مفید و درمانی نور بطور تجربی اطلاع داشته و از آن در درمانهای مختلف بهره می‌جستند. در اوایل سال ۱۹۰۳ دانشمندان اثرات درمانی نور را در شکلی علمی مطرح نمودند و در همین سالها یک فیزیکدان بنام Nife finsen Ryberg بخاطر کشفها و تحقیقاتش روی قابلیتهای درمانی اشعه‌های ناشی از طیفهای مختلف نور موفق به دریافت جایزه نوبل گردید. او دستگاهی را اختراع کرد که طول موجهای مختلف نور خورشید را مجزا نموده و آنها را در مسیرهای معین هدایت می‌نمود.

ليزر، اين به اصطلاح نور با شكوه، بسياري از آرزوهاي رؤيا گونه بشر را جامه عمل پوشانده است و زمينه اي از علوم، تكنولوژي وهنر وجود ندارد كه در آن اين ساحره هزار چهره رخ ننموده باشد.در پزشكي ليزرها روشهاي كاملا”جديدي را براي درمان توسط جراحي امكان پذير ساخته اند. در صنعت از ليزر هابراي عمليات گرمايي فلزات، جوشكاري و همترازي دقيق استفاده مي‌شود.ليزرها براي اندازه گيري دقيق فاصله‌هاي بسيار زيادوبزرگ ونيز فاصله‌هاي بسيار كوچك و ريز به كار گرفته شده اند.ليزرها را همراه با تارهاي نوري براي انتقال بهتر داده ها و بهبود انتقال تلفني به كار مي‌برند.در تكنولوژي ديسكهاي فشرده ازباريكه‌هاي ليزري براي رمز گذاري اطلاعات و خواندن آنها استفاده مي‌شود.خلاصه اين كه كاربردهاي ليزر از جراحي

ظريف چشم تا تعيين حركت قاره ها گسترده است.تا كنون ليزر ها توانايي خود را به ثبت رسانده اند.از جراحي ظريف چشم كه ديد انسان رانجات مي‌دهد تا امور سنگين مثل جوشكاري ماشين‌هاي صنعتي، سريعترين راه ارتباطي، خالص ترين نور براي پژوهش علمي، ليزرهابه يكي از مهمترين و انقلابي ترين ابزار‌هاي زمان ما تبديل شده اند. با پيشرفت ليزرها، گستره كاربرد آنها هم وسيعتر شده است.هر چقدر در مورد چگونگي ساخت و كار برد هوشمندانه توان آنها ياد بگيريم، به طوراجتناب نا پذيري شأن و مقام بيشتري در تكنولوژي و حتي هنر به دست خواهند آورد.

در شماره بهار –تابستان ۱۹۷۹مجله استانفورد دكتر آرتور شاولو درباره توانايي ليزرها گفته است:
«در آينده ليزرها مي‌توانند خدماتي انجام دهند به نحوي كه تخيلات علمي هرگزجرأت تصور آنها را نداشته اند. ليزرهاي كاملا جديدو اساسا در انواع متفاوت احتمالا” به وجود خواهند آمد و بار رشد دانش ما درباره نور وماده، ليزرها كارهايي انجام خواهند داد كه امروزه به زحمت قابل انجام است و امكاناتي را فراهم خواهند آورد كه حتي روياي آن را هم نديده ايم.»
در اين مقاله روشهاي نور ليزر و تعدادي از تازه ترين كاربرد‌هاي آن در زمينه‌هاي گوناگون به طور ساده و به دور از جنبه‌هاي تخصصي مورد بحث قرار گرفته اند و با روند تحولات به نظر مي‌رسد كه ليزر نظير غولي است كه هنوز در شيشه قرار دارد.
کاشف واقعی لیزر کیست؟
انیشتین نخستین دانشمندی بود که مقوله لیزر را در قالبی علمی مطرح کرد و در سالهای بعد از آن آمریکاییها و روسها در طول جنگ سرد تحقیقات و پژوهشهای متعددی در مورد چگونگی بکارگیری لیزر در صنایع جنگی انجام دادند. نخستین لیزر طبی به نام Robust که در قالب یک ماشین ثابت با حجمی سنگین و در اندازه‌ای بزرگ طراحی شده بود در درمانهای جراحی مورد استفاده قرار گرفت.
پس از آن جهان طب شاهد تکامل سریع و غیر منتظره در تولید انواع لیزر طبی و ارائه شدن نسلهای مختلف لیزر به جامعه پزشکی بوده به رغم اشکال متنوع و چند کاره بودن دستگاه لیزر در حوزه‌های مختلف پزشکی یک اصل اساسی از ابتدا تا کنون هرگز تغییر نکرده و آن بکار گیری بهینه از انرژی حاصل از لیزر در حوزه‌های مختلف علمی، پزشکی، جراحی و زیباسازی پوست می‌باشد.
انواع ليزرها
موفقيت دكتر ماين، سر آغاز پيدايش عصري جديد در تكنولوژي ليزري بود.ليزر ياقوت در رشته ليزر‌هاي جديد در صف مقدم قرار داشت. پژوهشگران مشهور كه از اين موضوع الهام گرفته بودند با شتاب در پي مواد ديگري بودند كه بتوانند نور ليزر ايجاد كنند.
ليزر‌هاي گازي
ليزر‌هاي مايع
ليزرهاي نيمرسانا
ليزر‌هاي جامد
لیزر حالت جامد لیزری است که در آن ماده لیزری بلور یا شیشه‌ای است که دارای خط طیفی فلوئورسان تیزی است. این ماده تحت برانگیختگی اپتیکی قوی به منزله یک نوسانگر یا تقویت کننده در طول موج فلوئورسانس عمل می‌کند. لیزرهای نیم رسانا و پلاستیکی با وجود اینکه ماده جامدند، معمولا جزو لیزرهای حالت جامد محسوب نمی‌شوند.

براي اينكه بلور جامدي بتواند در فرايند ليزري مورد استفاده قرار بگيردلازم است مشخصه‌هاي خاصي را دارا باشد.بلور بايد شفاف باشد تا نور بتواند براي بر انگيزش محيط فعال وارد آن شود و خود باريكه ليزر بتواند از آن بگريزد. افزون بر آن، اتمهاي محيط فعال بايد بتوانند طول موج‌هاي مورد نظر را به وجود آورند.

بلور هايي كه براي ايجاد ليزر به كار مي‌روند معمولا حاوي مقدار كمي ناخالصي هستند كه در بلور خالص وجود ندارد. بلور خالص ماده ميزبان، و فرايند افزودن ناخالصي آلايش ناميده مي‌شود. در ليزر ياقوت ماده ميزبان اكسيد آلومينيم و ماده آلاينده يا ناخالصي اكسيد كروم است.علاوه بر ياقوت، از بلورهايي نظير ياقوت كبود و لعل مي‌توان براي ساخت ليزرهاي جامد استفاده كرد. مثالهاي ديگري از بلورهاي ميزبان مفيد عبارتند از:تركيبات تنگستن و اكسيژن يا موليبدن و اكسيژن.براي ساخت ليزر‌هاي بلوري، در اين تركيبات مي‌توان با باديم، استرونسيم، كلسيم، يا كروم ناخالصي به وجود آورد. به علاوه در شيشه خيلي خالص مي‌توان با نئوديميم ناخالصي ايجاد كرد.

ليزرهاي جامد بازده زيادي ندارند. گذار‌هاي انرژي كه در ليزر جامد به وقوع مي‌پيوندند گرما ايجاد مي‌كنند. براي اينكه ليزر‌هاي جامد وقت سرد شدن داشته باشند، معمولا برخلاف ليزرهاي گازي كه باريكه نوري پيوسته اي به وجود مي‌آورند به صورت تپ كار مي‌كنند از طرف ديگر، ليزر‌هاي جامد مي‌توانند تپهاي فوق العاده قدرتمندي از نور ليزر ايجاد كنند. مثلا، بزرگترين ليزرهاي نئوديم در يك تپ مي‌توانند تواني به اندازه ۲۵ تريليون وات به وجود آورند.
سیر تحولی رشد

اولین لیزر حالت جامد که در ژوئن ۱۹۶۰ با موفقیت عمل کرد، لیزر یاقوت بود. اخیرا تحقیق روی لیزر حالت جامد با اندازه کوچک انجام گرفته است که در آن یون نه به عنوان یک ناخالصی با غلظت پایین بلکه به عنوان یک جز متشکله اصلی برای آهنگ بالای تکرار یک یا عملیات CW بکار می‌رود. اگرچه در اکثر لیزرها طول موج می‌تواند فقط در محدوده یک درصد تغییر یابد، ولی اخیرا لیزرهای حالت جامد قابل تنظیم روی یک گسترده خیلی پهنتر نیز ساخته شده‌اند.

لیزرهای قابل تنظیم حالت جامد در طیف سنجی‌های فیزیکی و شیمیایی بکار گرفته شده‌اند و کاربرد آنها تحول شگرفی را در طیف سنجی اتمها و مولکولها ایجاد کرده است. طیف سنجی رامانه و طیف سنجی پیکووفمتر ثانیه‌ای بیش از همه از وجود لیزرهای قابل تنظیم بهره برده‌اند. لیزرهای حالت جامد موجب پیشرفت و توسعه چشمگیر مخابرات تار نوری شده است. ساخت لیدارهای پیشرفته کشف و سنجش از راه دور مرهون بکارگیری سیستمهای لیزری تمام حالت جامد می‌باشد.
انواع لیزرهای جامد

لیزر یاگ ( )
در حال حاضر، کاربردی‌ترین لیزر حالت جامد که برای پردازش و ماشین کاری مواد بکار می‌رود، لیزر یاگ است که از بلور ( سنگ آلومینیوم ایتریم) که به آن ۰٫۱ تا ۱ درصد یون نئودیمیم اضافه شده است، ساخته می‌شود. طول موج گسیلی این لیزر ۱٫۰۶ میکرون و گاهی ۱٫۳۲ میکرون است.
لیزر حالت جامد یون فلزی

لیزرهای حالت جامد فلزی از نظر تنوع مواد لیزری، امکان ساخت انواع مختلف سیستمهای لیزری و بالا بردن کیفیت پرتوهای خروجی از پتانسیل بالایی برخوردارند. هر سیستم لیزری حالت جامد یون فلزی دارای سه بخش مهم زیر است:
۱٫ ماده میزان با خواص ماکروسکوپیکی، مکانیکی، حرارتی و اپتیکی مناسب
۲٫ یونهای فعال
۳٫ چشمه‌های دمش اپتیکی

• لیزر :
در میان لیزرهای حالت جامد یون فلزی، لیزر بیشترین کاربرد را دارد. لعل یوتریم آلومینیم ( ) آلاییده به نئودیمیم دارای خواص ویژه‌ای است که آن را برای عمل لیزری مناسب ساخته است. بلور میزبان سخت است و کیفیت اپتیکی خوب و ضریب هدایتی بالایی دارد. این لیزر پهنای خط باریک، بهره بالا و آستانه لیزری پایینی دارد.

لیزرهای Er
لیزرهای ایربیوم بخاطر داشتن دو طول موج ویژه اهمیت دارند، اما از نظر انرژی خروجی مانند لیزرهای خیلی قابل توجه نیستند. بلور که با چگالی بالا به یونهای ایربیوم آلاییده شده است یک خروجی در ۲٫۹ متر و شیشه فسفات آلاییده به ایربیوم خروجی در ۱٫۵۴ میکرومتر دارند. هر دو این طول موجها توسط آب جذب می‌شوند که باعث می‌شود این لیزرها کاربردهای جالبی در پزشکی برای طول موج ۲٫۹ میکرومتر و برای فاصله یابهای ایمن چشم در طول موج ۱٫۵۴ میکرومتر داشته باشند.
لیزر نئودیمیم

لیزرهای نئودیمیم متداولترین نوع لیزر حالت جامد هستند. محیط لیزری معمولا یا بلوری از است (که غالبا نامیده می‌شود) که در آن یونهای جایگزین برخی یونهای شده‌اند، یا شیشه‌ای است که با یونهای در آن ناخالصی بوجود آورده‌اند. لیزرهای نئودیمیم روی چندین خط می‌توانند نوسان کنند که قویترین و لذا متداول‌ترین آنها در طول موج ۱٫۰۶ میکرومتر است. طرح تراز انرژی برای نئودیمیم _ شیشه (Nd:glass) بسیار نزدیک به است، چون ترازهای انرژی درگیر، زیاد تحت تأثیر میدان بلور قرار نمی‌گیرند.
كاربردهاي ليزرها

امروزه از ليزرها در مكان‌هاي بيشماري استفاده‌هاي گوناگون مي‌شودتا كيفيت يا بازده بسياري از كارهاي عادي روزانه را بهبود بخشند. ليزر را در انجام كارهايي نيز به كار گرفته اند كه قبلا تصور آن ناممكن بود. در اينجا نيز چند مورد ازكاربردهاي ليزر رابه صورت اختصار ذكر مي‌گردد.
كاربردهاي ليزر در پزشكي

در حال حاضر كاربرد ليزر در پزشكي به خصوص در جراحي‌ها به قدري زياد و متنوع است كه بحث در مورد تمام آنها از حوصله اين مقاله خارج است. مزاياي جراحي ليزري بر حسب نوع عمل، نوع ليزر و بعضي اوقات از حالتي به حالت ديگر متفاوت است. حصول تمامي اين مزايا به شرطي مقدور است كه ليزر به طور صحيح مورد استفاده قرار گيرد. بعضي از اين مزايا عبارت است از:‏
‏- ميدان جراحي خشك (بدون خونريزي)،

‏- كاهش اتلاف خون، ‏
‏- كاهش تورم،
‏- محدوديت فيبروز وتنگ شدگي مجرا، ‏
‏- انتقال از طريق رشته‌هاي نوري، ‏
‏- تداخل نداشتن با لوازم تحريك كننده،

‏- توانايي حذف سلولهاي نئوپلازيك باقيمانده و كاهش برگشت عوارض،
‏- دقت،
‏-كاهش وسايل جراحي در زمينه عمل جراحي،
-كاهش درد‌هاي بعد از عمل (به طور انتخابي) و‏
‏- ضد عفوني ناحيه جراحي. ‏
در حال حاضر رايجترين ليزري كه در اطاق عمل مورد استفاده قرار مي‌گيرد، ليزر دي اكسيد كربن است. از كاربرد‌هاي گسترده اين ليزر مي‌توان از توانايي آن در برش و تبخير نام برد. اخيرا از انعقاد ثانويه آن نيز در مواردي استفاده شده است. ‏

ليزر نئوديميوم – ياگ نيز يكي از ليزر هايي است كه به سرعت جاي خود را در اطاق‌هاي عمل پيدا كرده است. قابليت انتقال اين ليزر از طريق رشته‌هاي اپتيك توان بالاي آن (در موقع نياز)، وجود پروب‌هاي تماسي (براي برش‌هاي ظريف) و تبخير به وسيله آن، ليزر نئوديميوم- ياگ را به‌صورت يكي از دستگاه‌هاي بسيار با ارزش براي متخصصان در آورده است. در جراحي‌هاي عمومي، كه به ندرت از ليزر‌ها استفاده مي‌شود، نيز كاربرد‌هاي چشمگيري براي ليزر نئوديميوم – ياگ تماسي به وجود آمده است. در چند سال اخير ليزر نئوديميوم- ياگ سوئيچ شده ‏Q‏ كاربرد‌هاي قابل ملاحظه‌اي نيز در چشم پزشكي پيدا كرده است.

يكي از مهمترين استفاده‌هاي امروزي ليزر در جراحي است.ليزرها بواقع بسياري از عملهاي سنتي را دگرگون كرده اند، و به علاوه روش‌هاي كاملا جديدي را براي درمان توسط جراحي امكانپذير ساخته اند.چند عارضه جدي چشم انسان از جمله آب مرواريد، آب سياه و انواع مختلفي از آسيب‌هاي شبكيه مي‌توانند باعث كوري شوند. امروزه، بسياري از اين عارضه ها را مي‌توان با جراحي توسط ليزر تصحيح كرد.

همچنين، ليزرها جراحان را قادر ساخته اند تا با ضايعات و ناراحتي بسيار كمي براي بيمار انواع زيادي از عملهاي جراحي را روي تقريبا هر قسمتي از بدن انسان انجام مي‌دهند. به وسيله ليزر مي‌توان بسياري از بيماري ها از جمله اندومتر يوسيس (يك بيماري زنانه)، سرطان مثانه و سرطان‌هاي ديگر و…استفاده مي‌شود. در برگرداندن بينايي، درمان غده‌هاي سرطاني، باز كردن شريانها، درمان بافتهاي اضافي، برداشتن كيسه صفراي معيوب يا پاك كردن لكه مادرزادي، ليزرها امكان به وجود آمدن جراحي‌هاي دقيقتر و پيشرفته تر را فراهم آورده اند. از آنجا كه در عمل با ليزر بافت اطراف كمترين آسيب را مي‌بيند، بيمار خون كمتري از دست مي‌دهد و ناراحتي كمتري را متحمل مي‌شود، و سريعتر از روشهاي متداول جراحي بهبود مي‌يابد. ليزرهاي جراحي باريكه هايي را ايجاد مي‌كنند كه التيام بخش اند.

بخش ديگري از پزشكي كه در آن از ليزر استفاده مي‌شود دندانپزشكي است. دكتر ماير از بير منگام ميشيگان يك ليزر تپي دستي n d:yAG سه واتي با سر تار نوري براي استفاده در دندانپزشكي طراحي كرده است. در دندانپزشكي با ليزر از نور مرئي به عنوان باريكه راهنما استفاده مي‌كنند و با باريكه ليزري نامرئي كار را انجام مي‌دهند.
به عنوان نمونه، با روشي به نام تراشيدن زير لثه با ليزر، بافت معيوب برداشته مي‌شود يا مورد استفاده ديگر ليزر در دندانپزشكي درمان زخمهاي د دهان است و همين طور ليزر دندانپزشكي براي انجام دادن عمل روي «روت كانال»نيز به كار مي‌رود.

ليزرها در حال دگرگون كردن روش ساخت روكش دندان و پل ها هستند. باريكه ليزر به اطراف دندان هدايت مي‌شود و داده‌هاي جمع آوري شده را به كامپيوتر روكش را طراحي و ساخت آنرا كنترل مي‌كند.

امروزه بطور نسبی همه لیزر و موارد کاربرد آن را می‌دانند. در تمام دنیا استفاده از لیزر و مشتقات آن بطور شگفت انگیزی افزایش داشته است. هر کس خالی داشته باشد که آن را مزاحم بداند به سراغ لیزر می‌رود. بنابراین بررسی علمی این موضوع مفید و لازم به نظر می‌آید. البته نور و طیف آن می‌تواند اثرات مفید و مضر برای بدن و پوست ایجاد کند. اثرات نور بنفش نقش تعیین کننده و مفیدی بر تغذیه و متابولیسم سلولی ایفا می‌کند. اینگونه اثرات سلامت بخش و مفید نور از زمانهای کهن نیز برای انسان تا حدود زیادی روشن بوده است.

بر اساس شواهد و مدارک موجود یونانیها و رومیها هر دو از اثرات مفید و درمانی نور بطور تجربی اطلاع داشته و از آن در درمانهای مختلف بهره می‌جستند. در اوایل سال ۱۹۰۳ دانشمندان اثرات درمانی نور را در شکلی علمی مطرح نمودند و در همین سالها یک فیزیکدان بنام Nife finsen Ryberg بخاطر کشفها و تحقیقاتش روی قابلیتهای درمانی اشعه‌های ناشی از طیفهای مختلف نور موفق به دریافت جایزه نوبل گردید. او دستگاهی را اختراع کرد که طول موجهای مختلف نور خورشید را مجزا نموده و آنها را در مسیرهای معین هدایت می‌نمود.
انیشتین نخستین دانشمندی بود که مقوله لیزر را در قالبی علمی مطرح کرد و در سالهای بعد از آن آمریکاییها و روسها در طول جنگ سرد تحقیقات و پژوهشهای متعددی در مورد چگونگی بکارگیری لیزر در صنایع جنگی انجام دادند. نخستین لیزر طبی به نام Robust که در قالب یک ماشین ثابت با حجمی سنگین و در اندازه‌ای بزرگ طراحی شده بود در درمانهای جراحی مورد استفاده قرار گرفت.

پس از آن جهان طب شاهد تکامل سریع و غیر منتظره در تولید انواع لیزر طبی و ارائه شدن نسلهای مختلف لیزر به جامعه پزشکی بوده به رغم اشکال متنوع و چند کاره بودن دستگاه لیزر در حوزه‌های مختلف پزشکی یک اصل اساسی از ابتدا تا کنون هرگز تغییر نکرده و آن بکار گیری بهینه از انرژی حاصل از لیزر در حوزه‌های مختلف علمی، پزشکی، جراحی و زیباسازی پوست می‌باشد.
اثرات لیزر روی بدن

• تحریک سلولی: لیزر باعث تشدید رشد و ترمیم مجدد سلول در پوست، اتصالات، مفاصل، بافتها و… می‌گردد.
• افزایش فعالیت بافتها: تولید سلولهای زایا افزایش تولید آنزیمها و پروستا گلاندینها و… را باعث می‌شود.
• ترمیم و تشدید فعالیت DNA: لیزر در RNA بافت کلاژن تغییراتی را ایجاد می‌نماید.
آثار ضد التهابی لیزر
• کاهش بافت فیبروز: درمان زخمها توسط لیزر امکان پذیر می‌باشد.
• آثار استریلیزاسیون و میکروب کشی
• اثرات ضد ویروسی

• تحریک فعالیتهای بافت عصبی
• افزایش قدرت دفاعی بدن: تولید اینترفرون (مولکول واسطه در سیستم ایمنی) را باعث می‌شود.
• تقویت نمودن رشد مجدد موها
• کاهش دادن رشد موها و محو موهای ناخواسته
• ایجاد واسکولاریزاسیون: شکل گیری عروق جدید خونی که باعث خونگیری بهتر بافتها می‌گردد را باعث شده که این خاصیت لیزر عامل اساسی در جوان شدن مجدد پوست می‌باشد.