لیزر و کاربردهای آن

تاریخچه و پیشینه لیزر

۴۸ سال قبل در ۱۶ می ۱۹۶۰ به دست تئودور مائین اولین دستگاه لیزر ساخته شد. وی اولین لیزر دست ساز دنیا را با استفاده از بلورهای یاقوت سرخ اختراع کرد و به زودی توسعه فناوری این دستگاه توجه بسیاری از دانشمندان، تکنسینها و مهندسان را برانگیخت و آنها را برآن داشت که به این فناوری کاربردی توجه کنند. اولین استفاده کاربردی از نور لیزر در حوزه انسانی ۴۸ سال قبل در ۱۶ می ۱۹۶۰ به دست تئودرو مائین تحقق یافت. این رویداد تاریخی ۴۰ سال پس از ارائه تئوری آلبرت انیشتن در سال ۱۹۱۷ در خصوص انتشار تحریک شده پرتوهای نوری به وقوع پیوست.

تئودور هارولد مائین در ۱۱ جولای ۱۹۲۷ در لس آنجلس متولد شد و در ۹ می ۲۰۰۷ در ونکوور کانادا درگذشت. وی که مهندس و فیزیکدان لابراتوارهای مرکز تحقیقات هیوز در مالیبوی کالیفرنیا بود موفق شد در ۱۶ می ۱۹۶۰ به اختراع مهم خود در لابراتوارهای هیوز دست یابد.

مائین اولین لیزر دست ساز دنیا را با استفاده از بلورهای یاقوت سرخ اختراع کرد و به زودی توسعه فناوری این دستگاه توجه بسیاری از دانشمندان، تکنسینها و مهندسان را برانگیخت و آنها را برآن داشت که به این فناوری کاربردی توجه کنند.

در فاصله کمی از اعلام خبر ساخت اولین لیزر این دستگاه تنها در آمریکا در بیش از ۵۰۰ لابراتوار به کار گرفته شد.

اولین استفاده های کاربردی از لیزر در عرصه تشخیص و درمان بیماریهای پوستی و از سال ۱۹۶۵ آغاز شد. در این سال “لئون گولدمن” متخصص پوست در آمریکا در تلاش برای نابود کردن تومورهای پوست از یک لیزر یاقوت سرخ استفاده کرد و به این ترتیب لئون گولدمن توانست عنوان “پدر لیزر پزشکی و جراحی” را به دست آورد.

در نیمه دوم دهه ۶۰ دومین لیزر پزشکی ساخته شد. در این سال لیزری با عنوان Nd-Yag ساخته شد که در عرصه جراحی اندوسکوپی مورد استفاده قرار می گرفت. پس از ساخت این دستگاه، لیزر دیگری با استفاده از عنصر “آرگون” ساخته شد که در عرصه چشم پزشکی و درمان بیماری خطرناک تفکیک شبکیه به کار گرفته شد.

در دهه ۷۰ لیزر دیگری با عنوان “لیزر دی اکسید کربن” در عرصه پزشکی ساخته شد. در حقیقت اولین لیزر دی اکسید کربن برای استفاده در جراحی را “آیزاک کاپلان” جراح پلاستیک و متخصص پوست در سال ۱۹۷۲ ساخت.

در دهه ۹۰ استفاده از لیزر در عرصه های مختلف علمی به ویژه پزشکی توسعه گسترده ای یافت به طوری که اولین “لیزر دی اکسید کربن دوباره جوان شده” در سال ۱۹۹۳ و با بخار کردن آب درون سلولهای پیر بافتهای پوست عمل می کرد. این لیزر نه تنها لایه های بسیار سطحی پوست را حذف می کرد بلکه همچنین توانایی فشردن رشته های کلاژن و ارتجاعی حاضر در لایه های زیرین پوست را هم داشت.

با ورود علم به هزاره سوم لیزرها هم فصل نوینی از حیات خود را آغاز کردند به طوری که اولین لیزرهای برپایه پرتوهای سرد در عرصه درمانهای پوستی ساخته شد.

امروزه لیزر در عرصه های مختلف تسلحیاتی، پزشکی، نجوم و فیزیک کاربردهای مهمی دارند و هر روز فناوریهای جدیدی در ساخت و توسعه این دستگاهها ارائه می شود. به طوری که لیزرهای یاقوت سرخ، آرگون، دی اکسید کربن، پرتوهای سرد و لیزرهای اتمی هر روز راههای نوینی به روی توسعه و پیشرفتهای علمی و پزشکی می گشایند.

ماهیت لیزر و توضیح وتبیین آن

لیزر به وسیله ای گفته می شود که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می کند. این دستگاه از ماده ای جمع کننده یا فعال کننده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد.

این ماده پرتو نور را که به وسیله ی یک منبع انرژی بیرونی(از نوع الکتریسیته یا نور)به وجود امده تقویت می کند.

لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر،انرا از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می سازد.از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر،به خواص ویژه ی ان پی برده شد.

شاید مهمترین بخش فیزیک اتمی بحث مربوط به فیزیک لیزر باشد. میدانیم که با دادن انرژی به الکترون های یک اتم می توان انها را به مدارهای بالاتری برد.اما این خانه ی جدید برای الکترون ها وضعیت پایداری ندارد و الکترونها ترجیح می دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خودشان برگردند.این انرژی به صورت فوتون با فرکانس مشخص ازاد می شود.یعنی یک واحد انرژی… اما می دانیم 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.

انچه که سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگی های منحصر به فرد ان است که در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارتند از:

همدوسی،تک رنگی ، واگرایی کم ، موازی بودن پرتو

انواع لیزر

از زمان ساخت نخستین لیزر بر پایه ی یاقوت بسیاری از مواد به عنوان محیط های لیزر به کار برده شده اند و این حوزه کماکان برای تهیه ی طول موجهای خروجی جدید در حال گسترش است همان طور که میدانیم در قلب هر لیزر ماده ی فعال وجود دارد که بهره ی نوری را در یک ناحیه باریکی از طول موج ها بدست می دهد و در حقیقت لیزرها با نام ماده ی فعال خود نامیده می شوند .

از زمانی که اولین لیزر به طور عملی در سال ۱۹۶۰ با استفاده از کریستال یاقوت ساخته شد تعداد و انواع مواد مورد استفاده به عنوان ماده فعل لیزری به طور زیادی افزلیش یافته است تا انجا که انسان احساس می کند که تقریبا از هر ماده ای می توان با روش دمش خاص خود برای لیزر استفاده نمود.این احساس اغراق امیز است ولی به هر صورت امکان بسیار زیادی نیز وجود دارد که البته وقتی به لیزر های تجاری می رسیم تعداد لیزر ها محدود تر می شود .

۱-لیزر های حالت جامد

معمولا محیط فعال لیزر های حالت جامد بلور یا شیشه ای شفاف است که درون ان مقدار کمی فلزات واسطه دوپه شده است .گذار های انجام شده در یون های فلزات واسطه مسئول عمل لیزرند.متداول ترین فلزات دوپه کننده عبارتند از کروم درلیزرهای یاقوت و الکساندریت  ونئودیمیم در لیزرهای Nd,Nd:YA شیشه وغلظت دوپه کننده در حدود ۱% یا کمتر است تمام چنین لیزر هایی به طور نوری با یک منبع لامپ درخشی نوار پهن دمش پیدا می کنند و می توان انها را برای تولید بالاترین شدت های موجود در لیزر ها به صورت تپی دراورد. وجود یک بی قاعدگی طبیعی در نیمرخ زمانی هر تپ که به عنوان تیز شدگی شناخته می شود این نوع لیزر را بویژه برای برش و سوراخ کاری کارامد می کند.

۱-۱-لیزر یاقوت

لیزر یاقوت معروفترین لیزر حالت جامد است و به عنوان نخستین نوع لیزر ساخته شده در۱۹۶۰ در موقعیت مهمی در تاریخ لیزرها دارد یونهای کروم یاقوت با نشر نوار پهن حاصل از لامپ درخشی برانگیخته می شوند که لامپ درخشی یا به دور میله ی یاقوت پیچیده شده است ویا درون یک بازتابنده بیضوی به موازات ان قرار گرفته اند.

جاالب است بدانیم که به طور مستقیم می توان از روی رنگ نوری که این لیزر نشر می کند به مطالبی پی برد دلیل سرخ بودن رنگ یاقوت ان است که یاقوت در ناحیه ی سبز و بنفش طیف جذب دارد. به همین دلیل نور سرخ را عبور می دهد(بازتاب میکند)به این ترتیب چون جذب تابش لامپ درخشی و نشر لیزر اشکارا در طول موج های مختلفی رخ می دهد فورا مشخص می شود که یاقوت باید لیزری با بیش از دو تراز باشد.(لیزر یاقوت یک دستگاه لیزری سه ترازی است)

تقریب 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.

معمولا برای بهبود عملکرد با گردش اب از درون روکش میله خنک می شود لیزر یاقوت علی رغم کاستیهایش با انرژی تپی به اندازه ۲۰۰ ژول منبعی نیرومند برای نور تک خام در ناحیه نوری محسوب میشود و کاربردهای متعددی در فراورش مواد بدست اورده است پهنای نوار نشر به طور نوعی در حدود ۵/ نانومتر است ولی با قرار دادن سنجه در درون حفره می توان این مقدار را تا ۱۰۰۰۰ مرتبه کاهش داد لیزر یاقوت گرچه هنوز تولید می شود لیکن امروزه زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد.

۱-۲-لیزرهای مرکز رنگی

یک نوع لیزر حالت جامد دیگر را که در ان محیط فعال یک بلور یونی معمولی ولی فاقد یون های فلز واسطه است می توان در اینجا مطرح کرد این نوع را به اصطلاح مرکز fیا مرکز رنگ می نامند که بر اساس گذارهای نوری در مکان های نقص دار بلور هالیدهای فلزات قلیایی مثلا درKcl با دوپه ی تالیم کار می کند. عیب این نوع لیزر ان است که چون بلور ها باید در دماهای بسیار پایین قرارگیرد ناپایدار می شوند و سرد کردن انها با ازت مایع ضروری است. وقتی نمک های هیدروکسیدسدیم یا امونیوم تحت تابش با انرژی بالا مانند پرتو های x و یا پرتوهای الکترونی قرار گیرند به دلیل ایجاد لک های جدید در داخل ماده ترازهای انرژی  الکترونی جدید را به وجود می اورند جذب نوری بین این ترازها باعث رنگی شدن مواد مورد تابش می شود و بنابراین به نام مرکز رنگی نامیده می شوند. چندین نوع از این اثرات مرکزی وجود دارد که ساده ترین انها مرکز f نامیده می شوند.لیزر مرکز رنگی به روش نوری با لیزر دیگری که خروجی ان در ناحیه ی باند جذبی لیزر مرکز رنگی واقع باشد دمش می شود . این لیزر می تواند طوری تنظیم شود که در ناحیه طول موج هایی که شامل باند جذبی است کار کند.

۲-لیزر های گازی

رده ای از لیزر ها که محیط فعال انها یک گاز است انواع گسترده ای از وسایل را در برمی گیرد. معمولا گاز یا تک اتمی است یا اینکه از مولکول های بسیار ساده تشکیل می شود. در هر دو مورد چون نشر لیزر از وقوع گذارهای نوری در اتم ها یا مولکول های ازاد ناشی میشود. پهنای خط نشر میتواند بسیار کم باشد. معمولاگاز درون لوله های سربسته است وبرانگیختگی اولیه باتخلیه الکتریکی انجام می شود.بدین ترتیب دربسیاری مواردبخش درونی لیزرشباهتی نمادین بالامپ فلوئورسنت معمولی دارد.لوله لیزررامیتوان ازموادمختلفی تهیه  کردوالزاما نیازی به شفاف بودن ان نیست متاسفانه معمولاازفلزات استفاده نمی شودزیراباعث ایجادانتقال کوتاه دروسیله میشوند.به طورمعمول ازسیلیس وهمچنین ازبریلیم اکسیدکه برای منابع پرتوان بارسانائی گرمایی زیادمناسب است استفاده میشودداشتن یک لوله لیزری بامخلوطی ازدوگازکه یکی درمرحله دمش ودیگری درنشرلیزربه کارمی رودامری بسیارعادی است معمولاچنین لیزرهای گازی بسیاراعتمادپذیرند زیرابرخلاف لیزرهای حالت جامد دراینجا امکان اسیب گرمایی محیط فعال وجودنداردوبرای مقاصد معمولی پرمصرف ترین لیزرند.

۳- لیزرهای اتمی

۳-۱-لیزرHe_Ne

 این لیزرمعروفت ترین لیزراتمی است .لیزرهلیوم _نئون نخستین لیزرCw بودکه ساخته شدوهمچنین نخستین لیزری بودکه به طورتجاری دردسترس قرارگرفت .

ماده فعال ان مخلوطی ازهلیوم ونئون است که بانسبت حدود۱۰قسمت هلیوم و۱ قسمت نئون به دست می اید.این مخلوط دریک لوله نازک ازجنس بورباقطرحدود چندمیلیمتروطول آن حدود۱/ تا۱ متردرفشارحدود۱۰ میلیمتر جیوه قرارمی گیرد لیزرهای هلیوم نئون به طورپیوسته کار می کنند وعلی رغم توان خروجی پایین ازدوویژگی کوچکی وارزانی نسبی سود می برند. بدین ترتیب میتوان انها را بیش ازهرلیزر دیگری درکاربردهای مختلف پیداکرد. درجایی که توان چندان اهمیتی نداشته باشد عملیات مبتنی برپهنای نازک باریکه لیزرکاربرداصلی است He_Ne یک لیزرچهارترازی است انواع پیمایشگرهای نوری که برای کنترل کیفیت واندازه گیری درصنعت بکارمی روند مثالی ازکاربرداین لیزرهاست بعلاوه این پیمایشگرها درسیستمهای دیسکهای ویدئویی نوری وسایل بازخوانی رمز میله ای درفروشگاههاوتجهیزات بازشناخت نوری حروف نیزبکاربرده می شوند.

۳-۲-لیزربخارمس

 لیزربخارمس ازمدتهاقبل شناخته شده است لیکن اهمیت اخیر ان بدلیل پیشرفتهایی است که درتوان خروجی وزمان عمرآن حاصل شده است . این لیزرباید تاثیربه سزایی روی بازارلیزر داشته باشدوویژگیهایی داردکه ان رابدل به رقیبی بسیار جالب دربرخی کاربردها می کند. این لیزرمتعلق به رده لیزرهای بخارفلزاست همانطورکه ازنام آن پیداست ماده فعال آن بخارمس است وبرای بدست آوردن غلظت کافی مس درلوله تخلیه لازم است دردمای خیلی بالا نگه داشته شود دراین لیزر گذاراتمهای آزاد فلز بدون باربه نشرلیزرمنجرمی شود. لیزرمس اصولاسیستم سه ترازی است طرح فیزیکی لیزر شامل لوله پلاسما ازجنس آلومین حاوی مس فلزی به صورت قطعه یامنابع دیگردرهرانتهاست . همچنین برای برقراری تخلیه الکتریکی لوله باگازنئون درفشارپایین پرمی شود. عبورجریان ازدرون لوله باعث ایجاددمای ۱۴۰۰تا۱۵۰۰درجه سانتیگرادمی شودکه مس راداغ وفشارجزعی ازاتمهای مس به اندازه تقریباmbr 1/0ایجادمی کند. سپس این اتمهامیتوانند به عنوان محیط لیزر دهنده عمل کنند . به تازگی باانجام تغییری دراین طرح که دردمای اتاق کارمی کند زمان طولانی گرم شدن لیزر درحدود۱ ساعت ، که یکی ازعیبهای اولیه ان بود برطرف شده است این لیزردرطول موجهای ۵۷۸و۵۱۰نانومترکارمی کند . این لیزردارای بهره بالا می باشد وبعلاوه پنجره های بدون پوشش ان می توانند پس ازمدتی به عنوان آیینه های لیزر نیزعمل کنند. بهره کلی لیزر نسبتا خوب است به طوری که وقتی فقط توانهای متوسط چندین وات مورد نظراست . سردکردن باهواکافی است نشرتابش مرئی باتوانهای خیلی بالاوقیمت معقول وکارایی بالا ازلحاظ انرژی مزیتهای اصلی لیزربخارمس است .کاربرداصلی لیزرمس جداسازی ایزوتوپ اورانیم است که هنورعمدتادرمرحله تحقیق وتوسعه است همچنینی علاقه هایی به استفاده ازاین لیزر درعکاسی وتمام نگاری ونیز نورپردازی زیرآب وجوددارد. همچنین کاربردهایی درپوست پزشکی دردست بررسی است لیزرطلا تنهالیزر بخارفلزی دیگری است که تابحال ازمرحله پژوهش به مرحله تولیدرسیده است . کارایی زیاداین لیزربرای نوردرمانی سرطان به اثبات رسیده است .

۴-لیزرهای یونی

لیزر ارگون معروفترین  مثال برای خانواده لیزرهای یونی است که در انها محیط فعال یک گاز بی اثر تک جزئی است گاز با فشار تقریباmbr 5/0 درون یک لوله پلاسما باسوراخ ۲تا۳ میلیمتر نگه داشته وباتخلیه الکتریکی برانگیخته می شود اتمهای ارگون یونیده ودراثربرخوردالکترون بیشتربرانگیخته می شوند .بنا به ماهیت فرایند دمش چندین حالت برانگیخته یونی جمعیت دار می شوند برقراری وارونگی  جمعیت دربین این حالتها وسایرحالتهای کم انرژی تر باعث می شودتعدادی طول موج گسسته شود چون چند طول موج بااین لیزر ایجاد می شود معمولا برای گزینش یک طول موج خاص برای تقویت دربین دوآیینه انتهای یک سنجه یامنشور پاشنده قرارمی دهند بدین ترتیب طول موجهای خروجی رامی توان باتغییر راستای آنها تغییر داد دمش ترازهای یونی لازم برای عمل لیزر به ورود انرژی زیاد پیوسته ای نیاز دارد وکارایی به نسبت پایین وسیله به معنای آن است که مقدارزیادی انرژی گرمایی باید ازدست داده شود بنابراین خنک کردن عامل مهمی درطراحی است که گردش آب درپوشش اطراف لوله متداول ترین راه حل است لیزرهای آرگون به نسبت گران وشکننده اند ومعمولا طول عمرآنها به ۱۰۰۰تا۱۰۰۰۰ساعت محدود می شود.

سایش دیوارهای لوله توسط پلاسماکه باعث ته نشینی غبار روی پنجره های خروجی بروستر می شود یکی از دلایل طول عمر محدوداین لیزرهاست خود آرگون نیز دراثر یونهایی که جذب دیواره های لوله می شود اندک اندک ازبین می رود لیزرهای آرگون تاثیر به سزایی دروضعیت چاپ ونشر داشته اندودرپزشکی وبه ویژه دردرمان لیزر چشم نقش مهم وروبه افزایشی دارند .نمایشهای بصری وسرگرمی جنبه دیگری ازکاربردآنهاست . علاوه برگازآرگون ازگازهای نادر دیگرمی توان برای ساختن لیزر استفاده نمودکه معروف ترین آن لیزر کریپتون است .گذارهای لیزری درکریپتون دارای بهره به میزان آرگون نیستند واصولا کم توان ترند این لیزرها درناحیه وسیعی ازطول موج (از۳۳۷الی ۸۰۰ نانومترکه قویترین خطوط خط ۶۴۷ نانومتراست ) کارمی کنند. این لیزرهابرای کاربردهای زیست پزشکی مناسبند . خطهای آبی – سبز آرگون ازویژگی خاصی برخوردارند زیرابه شدت توسط یافته های قرمز خون جذب می شوند .

۵-لیزرهای مولکولی

۵-۱-لیزردی اکسیدکربن

لیزر کربن دی اکسید اولین مثال از لیزری است  که درآن گذارهای مسئول نشرالقائی درموملکولهای آزادرخ می دهد .درواقع تراز انرژی کربن دی اکسید درگیردرلیزر الکترونی نیستند بلکه ترازهای چرخشی – ارتعا شی اند ولذانشر درطول موجهای بسیار بالاتر کاملا درزیر قرمز انجام می شود محیط لیزر دهنده شامل مخلوطی ازگاز   CO_{2 ,} He ,N₂ با نسبتهای مختلف ولی اغلب به نسبت ۵،۴،۱  است .هلیوم برای بهبود کارایی ایجاد لیزر افزوده می شود نیتروژن نقش مشابه هلیوم درلیزرHe_Ne دارد . یکی از مشکلات لیزر کربن دی اکسید که حتما باید بران غلبه کرد آنست که برخی ازمولکولها درحین فرایند برانگیختگی به کربن مونوکسید واکسیژن تفکیک می شوند . درصورتیکه کربن دی اکسید خنک شده به طور پیوسته از درون لوله تخلیه عبور داده شود نیازی به استفاده از چنین روشی نیست . لیزرهای کربن دی اکسید به گستردگی درزمینه واکنشهای شیمیایی القاء شده بالیزر به کاربرده می شوند باوجوداین بیشترکاربردهای صنعتی آنها درزمینه فراورش مواد وکارهایی مانند سوراخ کاری ،جوش کاری ، برش وعملیات روی سطح قطعه است . مقدارکل گرمای انتقال یافته به فلز از باریکه لیزر مینیموم است .به دلیل کاربردهای این حالت لیزرهای کربن دی اکسید بیشترین سهم را درفروش لیزرهای تجارتی به خود اختصاص داده اند .روشهای جراحی یکی دیگر از جنبه های مهم کاربردهای لیزرهای کربن دی اکسید هستند .سلولهای سازنده بافت زنده عمدتا ازآب تشکیل شده اند ومی توان آب راتوسط هر باریکه توانمند لیزر کربن دی اکسید دریک چشم بر هم زدن تبخیرکرد. به علاوه گرمای اعمال شده به بافت پیرامونی زخم راداغ وازخونریزی که معمولا باجراحی همراه است جلوگیری می کند . بنابه همین دلایل درتعداد فزاینده ای از عملهای جراحی مقبولیت تابش لیزر کربن دی اکسید به جای چاقوی جراحی به اثبات رسیده است .تابش نه تنها روش بسیارتمیزی برای ایجاد شکاف است بلکه درسایر موارد می توان از آن برای برداشتن قسمتهای بزرگی ازبافت به طورکامل استفاده کرد.

۵-۲-لیزرنیتروژن

 لیزرنیتروژن ، لیزرگازی دیگری برپایه یک گونه مولکولی ساده وپایدارشیمیایی است . این لیزرسه تفاوت عمده بالیزر کربن دی اکسید دارد نخست اینکه این لیزربرپایه گذارهای الکترونی کارمی کند نه گذارهای ارتعاشی . تفاوت دوم ازاین واقعیت ناشی می شود که تراز بالای لیزر باطول عمرتنها۴۰ نانوثانیه  طول عمربسیارکوتاه تری ازتراز پایین تر دارد ودرنتیجه نگهداشتن وارونگی جمعیت ناممکن است .تفاوت سوم این است که اصولا تمام مولکولهای برانگیخته نیتروژن طی زمان کوتاهی دچار واپاشی تابشی می شوند وبه طور کارامد تمام انرژی حفره را خالی میکنند این فرایند نشر ابرتابشی نامیده می شود وآنچنان توانمنداست که بدون نیاز به رفت وبرگشت متناوب باریکه بین دوآینه انتهایی یک تپ بسیار پرشدت ایجاد میکند . درواقع لیزر نیتروژن قادراست به طرز موفقیت امیزی بدون هیچ آینه ای کارکند .هرچند درعمل برای جهت دادن به باریکه خروجی آینه ای درانتهای حفره قرارمی گیرد.

۵-۳-لیزر شیمیایی

در یک لیزر شیمیایی وارونگی جمعیت به طور مستقیم از طریق یک واکنش شیمیایی گرمازا یا سایر روش های شیمیایی ایجاد می شود. گرچه انرژی خروجی سیستم های لیزری پر قدرت از نظر نوری بسیار زیاد است ولی در مقایسه با انرژی واکنش های شیمیایی معمولی قابل توجه نیستند برای مثال یک کیلوگرم مواد منفجره حدود ۸ مگا ژول انرژی ازاد می کند در لیزرهای شیمیایی این انرژی به منظور ایجاد جمعیت معکوس و تولید لیزر به کار می رود . مفهوم لیزر شیمیایی بسیار جالب است بدین معنی که اگر عملیات لیزر کارامد باشد این وسیله قادر است انرژی خروجی بسیار بالایی را به صورت نور ایجاد کند اصولا چنین لیزری منبع نیرو را درون خود دارد و به راحتی می توان با باز کردن یک شیر برای مخلوط کردن گاز های واکنش دهنده  انرا به کار انداخت.بدین لحاظ لیزر مذکور نیاز به منبع نیروی خارجی را ازبین می برد و در نتیجه نسبت به سایر انواع لیزر ها در بسیاری از کاربردها برتری دارد .برای لیزر شیمیایی موج پیوسته با توان بالاتر نسبتا حجم زیادی از گازهای واکنش دهنده باید سریعا در سرعت های فرا صوتی با هم مخلوط شوند و برای رسیدن به خروجی پایدار باید در ناحیه اختلاط همگنی فضایی بالایی وجود داشته باشد .ویژگی که این لیزر را جذاب کرده است مقدار توان کم الکتریکی مورد نیاز برای این لیزر است که نسبت بالایی (توان ماکزیمم به حجم و وزن ) را بدست می دهد ساختمان لیزر شبیه لیزر گاز دینامیک است و هنوز این لیزرها به صورت تجارتی عرضه نمی شود  .

۵-۴-لیزر ید

لیزر دیگری که بر اساس اصول مشابه کار میکند  لیزر ید است . یکی از مزیت های اساسی لیزر ید در این واقعیت نهفته است که محیط فعال در مقایسه ارزان و بنابراین در مقادیر زیاد موجود است.در غیاب هر نوع تپ سازی لیزر نوعا تپهایی با تداوم میکرو ثانیه ایجاد میکند وانرژی هر تپ چند ژول است .یکی از کاربردهای جالب این لیزر برای شیمی دانان توانایی ان در افزایش سریع دما در محیط های ابی است .چون اب به شدت در ۳۱۵/۱ میکرو متر با کارایی تقریبا ۳۰%در سانتیمتر جذب میکند لیزر ید میتواند گذارهای نانو ثانیه ای دما را به اندازه چند درجه سیلیسیوس القا کند ولذا امکانات وسیعی برای مطالعه سینتیک سریع واکنشهای شیمیایی و زیست شناختی در محلولها پدید می اورد استفاده در تارهای نوری از دیگر کاربرد های این لیزرند .

۵-۵-لیزرهای اکسی پلکسی

دسته ی بعدی لیزرهای موجود در بازار وسایلی هستند که در انها محیط فعال یا اکسی پلکسی یا کمپلکس دو اتمی برانگیخته است. خاصیت اصلی اکسی پلکسی ان است که این گونه تنها هنگامی می تواند برانگیخته الکترونی شود که در یک حالت مفید با یک حداقل انرژی پتانسیل معین باشد معمولا حالت پایه الکترونی یا اصلا حداقل انرژی پتانسیل ندارد در غیر این صورت منحنی بسیار کم عمقی دارد معمولا اکسی پلکس با واکنش شیمیایی بین گاز بی اثر و یون های هالید از تخلیه الکتریکی ایجاد می شود لیزر اکسی پلکس معمولا به طرز کاملا متمرکزی باعث تبخیر سطح می شود و فاقد اثار انبساط گرمایی روی مواد پیرامونی است که اغلب در اثر استفاده از لیزرهای زیر قرمز به وجود می اید. برای مثال لیزرهای اکسی پلکس در برش دقیق فلزات بی رقیب اند و در موارد بهینه می توانند سوراخی به قطر کمتری از میکرون ایجاد کنند. حکاکی و علامت گذاری روی مواد با چگالی زیاد مثال کاربردی دیگری است که باعث ارائه ی امکاناتی در زمینه علامت گذاری امنیتی مواد ارزشمند مانند الماس می شود تکنیک مشابهی به طور روزمره برای علامت گذاری نشانهای تجاری روی شیشه ی خودروها به کار می رود همچنین اثبات شده است که چنین لیزرهایی در زدودن لخته های خون  در سرخرگهای مسدود شده کارایی بسیار زیادی دارند.

از انواع دیگر لیزرها می توان به لیزرهای رنگینه ای و لیزر الکترون ازاد (که در خانواده ی لیزرهای مو لکولی هستند)و همچنین لیزر الکساندریت ، نئودیمیم اشاره کرد.

مبانی لیزر

واژه لیزر از حروف اول کلمات عبارت

 Light Amplification Stimulated Emission of Radiationتشکیل شده است که به معنی تقویت نور توسط نشر القایی تابش است. این اصطلاح برای نخستین بار در سال ۱۹۶۰ مطرح شد و معمولا ابداع آن به گوردون گولر که یکی از پیشگامان توسعه لیزر بود نسبت داده می شود.از آنجا که این وسیله مبتنی بر همان اصول میزر (منبع میکرو موجی که در دهه ۱۹۵۰ توسعه یافته بود)است تا مدتی به آن میزر نوری اطلاق میشد ولی نام آن به سرعت به لیزر تبدیل شد.

۱-۱-اصول کار لیزر

اولین نیازدر سیستم لیزر حضور ماده ای مناسب برای ایجاد نشر القایی در آن یا به بیان دیگر یک محیط فعال است.محیط فعال می تواند شکلهای بسیاری داشته باشد:گاز،مایع یا جامد و ماده مورد استفاده با توجه به نوع خروجی مورد نیاز تعیین می شود.هر ماده مجموعه ترازهای مجاز انرژی منحصر به فرد خود را دارد.لذا فرکانس نور نشر شده به ترازهای برانگیخته و فاصله آنها از نظر انرژی به حالتهای با انرژی کمتر بستگی دارد.نخستین لیزر که در سال۱۹۶۰ توسط تئودورمائین این دانشمند آمریکایی ساخته شد بااستفاده از یک میله ی یاقوت بعنوان محیط فعال باریکه ای از نور قرمز پررنگ ایجاد می کرد.امروزه لیزرهای گازی متداولترند و در آنها گازهایی مانند آرگون یا کربن دی اکسید محیط فعال را تشکیل می دهند.سیستم اول،فرکانسهای متنوعی از نور مرئی ودومی تابش زیر قرمز نشر می کند.

دومین نیاز در سیستم لیزر یک عامل محرک خارجی برای برانگیزش اتم ها و مولکولهای محیط فعال به حالت برانگیخته ی مناسبی که نشراز آن شروع می شود می باشد.از نظر نحوه ی برانگیزش نیز آغازی که میتواند در محیط فعال ایجاد شود حالتهای متنوعی دارد.

در لیزر یاقوت یک منبع نور نوار پهن مانند لامپ درخشی به کار می رود در لیزرهای گازی در اثر تخلیه ی الکتریکی القا انجام میشود.در بعضی از انواع لیزر حتی واکنشهای شیمیایی نیز میتوانند انرژی ورودی لازم را فراهم کنند.با این حال دو نکته ی عمومی باید در ارتباط با تامین انرژی خارجی در نظر گرفته شود:اول اینکه اگر تابش الکترومغناطیسی به کار رود فرکانس یا گستره فرکانس های مورد استفاده باید به گونه ای باشد که انرژی فوتون هایی که باعث برانگیختگی محیط لیزر می شودبرابر یا بزرگتر از انرژی خروجی لیزر باشد دوم به دلیل گرم شدن وسایل و اتلاف انرژی کارایی هیچ لیزری صددرصد نیست مانند هر تقویت کننده ی الکترونیکی خروجی انرژی همواره کمتر از ورودی است. بدیهی است این قواعد در نتیجه ی بقای انرژی برقرارند تا به حال تصور کردیم که برانگیختگی پیش از نشر لیزر رخ می دهد در واقع این مطلب در بسیاری از سیستم های لیزری صادق است با وجود این برای ایجاد یک خروجی پیوسته لازم است یک جمعیتی از مولکول های برانگیخته که عموما کوتاه عمرند در دست داشته باشیم که این امر نیازهای دیگری بر ماهیت موج فعال تحمیل می کند. برای وقوع نشر القایی نیازی به تامین باریکه ی دیگری نیست. هنگامی که تعدادی از مولکول ها از طریق نشر خود به خودی ، نور نشر کردند این فوتون های نشر شده می توانند باعث نشر القایی در میان مولکولهای برانگیخته شوند با این حال به طور کلی یکبار عبور فوتون ها از درون محیط برای کارساز بودن نشر القایی کافی نیست این امر بدان علت است که سرعت نشر القایی متناسب با شدت اولیه است و با توجه به آنچه دیدیم چندان شدید نیست به همین دلیل معمولا لازم است که نور در اثر چندین مرتبه رفت و برگشت از درون محیط فعال در یک تشدیدگر عبور کند بدین ترتیب افزایش نشر القایی در هر بار عبور باعث افزایش شدت می شود در عمل با قرار دادن آیینه های موازی در دو انتهای محیط ایجاد لیزر می توان به این هدف رسید بدین ترتیب نوری که در راستای عمود بر این آیینه ها نشر می شود به طور کلی به دام می افتد و دائما به جلو و عقب حرکت می کند و بر شدت آن افزوده می شود. بر خلاف این مورد فوتون هایی که به طور خود به خود در سایر راستاها نشر شده اند از محیط فعال خارج می شوند و دیگر در نشر القایی سهیم نخواهند بود.

۱-۲-خواص تابش لیزر و کاربرد های آن

قبل از بحث پیرامون کاربردهای لیزر ضروری است که با جزئیات بیشتر در مورد خواص تابش لیزر از قبیل پهنای خط،درخشندگی واگرایی پرتو و همسویی که لیزرها بسیار ارزشمند می سازد صحبت کنیم.از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می کند.در این بخش به چگونگی ظهور این خواص از ماهیت فرایند لیزر می پردازیم.

 ۱-۲-۱-پهنای خط لیزر

از ان جا که نشر القایی فوتون هایی را با راستای انتشار دقیقا یکسان تولید می کند استفاده از پیکر بندی آیینه ی انتهایی به تقویت گزینشی باریکه ی محوری که تنهاقطری حدود۱mm  دارد منجر می شود بدین ترتیب لیزر باریکه ای نازک و اساسا موازی از نور را که معمولا دارای توزیع گاوسی از شدت است از آیینه ی خروجی به بیرون نشر می کند زاویه ی واگرایی باریکه مقداری در حدود ۱mrad است که در فاصله ی یک کیلومتری تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می کند. لیزرهای اکسی پلکسی در حال حاضر در دسترس اند که واگرایی باریکه کمتر از ۲۰۰ mrad دارد. هر چند که میزان واگرایی باریکه در وهله ی نخست توسط حد پراش روزنه ی خروجی تایین می شود ولی با ابزار اپتیکی مناسبی توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تسهیل کرد. به عنوان مثال از اینکه باریکه ی لیزر تا چه حد قابل موازی سازی است به این مطلب توجه کنیم که که می توان بازتابش نور لیزر را از روی بازتابنده هایی که فضا نوردان طی ماموریت فضایی آپولو در سطح کره ی ماه کار گذاشتند در زمین مشاهده کرد. همراستا سازی نوری یکی از کاربردهای بسیار برجسته ی موازی سازی و پهنای باریکه ی نازک لیزر در صنعت سازه مثلا در حفر تونل ها است همچنین لیزرهای تپی را می توان در ردیابی و فاصله یابی و برای نظارت بر آلودگی اتمسفر مورد استفاده قرار داد در مورد اخیر با بهره گیری از پهنای باریکه ی نازک لیزر است که امکان نظارت بر گازهای خروجی از دودکش کارخانه ها با تجزیه و تحلیل نور پراکنده از روی زمین امکان پذیر می شود.

۱-۲-۲ شدت

شدت زیاد خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نورلیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدت های ساخته شده روی زمین را ایجاد می کنند.ازآنجا که لیزر باریکه ای اصولا موازی از نور را نه در تمام جهتهابلکه در راستای مشخصی نشر می کند مناسبترین معیار برای شدت تابیدگی است از آنجا که انرژی در واحد زمان برابر توان است داریم:

سطح/توانI= تابیدگی

که منظور از توان،توان خروجی لیزر است نه توان ورودی.ازاین جنبه نیز نور لیزر خواص غیر عادی را نشان می دهد به گونه ای که با متمرکز کردن آن می توان به شدت هایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می رود معمولا امکان چنین چیزی برای منابع معمولی نور وجود ندارد به عنوان یک اصل کلی حداقل شعاع باریکه ی متمرکز شده قابل قیاس با طول موج است با این حال در لیزرها که ابتدا انرژی را در اثر وارونگی جمعیت ذخیره می کنند و سپس آنرا از طریق نشر یک تپ نور رها می کنند یافتن بیشترین شدت های خروجی غیر منتظره نیست.اگر چه باید به یاد داشت که شدت پیک تنها برای  زمان بسیار کوتاهی قابل وصول است.یک مثال بسیار واضح از کاربرد لیزر در صنعت برش و جوشکاری با لیزر است درچنین مقاصدی بویژه لیزرهای پرتوان کربن دی اکسیدوNd:YAG که تابش زیرقرمزدارند مناسب است چنین لیزرهایی تقریبا هرنوع ماده ای رامی توانند ببرندهرچنددربرخی مواردمانند چوب یاکاغذبرای جلوگیری ازسوختگی باید فواره ای ازگازبی اثربه کاربرده شود. ازسوی دیگرفواره اکسیژن باعث تسهیل برش فولاد می شود. کاربردهایی ازاین نوررامی توان درصنایع زیادی ازهوافضاتانساجی پیداکردوتنهادرامریکاچندهزارسیستم لیزر برای این هدف بکارمی رود.

۱-۲-۳- همدوسی

همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نورلیزرراازسایرانواع نورمتمایز می کند وبازهم این خاصیت نتیجه ماهیت فرایندنشر القایی است اغلب نورحاصل ازمنابع معمول گرمایی که توسط نشرخودبخودی کارمی کندبه نورآشفته موسوم است معمولادراین موارد هیچ همبستگی بین فازفوتونهای گوناگون وجودنداردودراثرتداخلهای اساساتصادفی بین آنهاافت وخیز محسوسی درشدت پدیدمی ایددرمقابل درلیزرفوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزرنشرمی شوندباسایرفوتونهای موجوددرحفره هم فازند.

بنابراین دونقطه درطول باریکه لیزربه فاصله کمترازطول همدوسی بایدفازمرتبطی داشته باشداندازه گیری طول یازمان همدوسی یک لیزرباطیف بینی افت وخیزشدت انجام می شود وسیله مناسبی برای تعیین پهنای خط نشرفراهم میکند برخلاف انتظارکاربردهای اندکی برای همدوسی لیزروجوددارد.مهمترین کاربردان به اصطلاح تمام نگاری است که روشی برای تهیه تصاویرسه بعدی است این فرایندشامل تهیه یک نوع تصویرویژه به نام تمام نگاشت روی صفحه ای حاوی امولسیون مناسب عکاسی است .تمام نگاشت حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه درموردفازنوربازتابیده ازموضوع نیزهست .واضح است که بامنبع نورآشفته نمی توان به چنین تصویری دست یافت .نورپردازی عکس تصویرسه بعدی واقعی رابازسازی می کنددرحال حاضریکی ازمشکلات اصلی آن است که تنهاامکان تهیه تمام نگاشتهای تکفام وجودداردزیرااگربرای تهیه تصویراصلی ازگستره ای ازطول موجهااستفاده شوداطلاعات مربوط به فازازبین می رودهرچنداکنون به راحتی می توان تمام نگاشتهارادرنورسفیدبه وضوح مشاهده کردولی رنگهای این تصاویرتنهادراثرتداخل به وجودمی آیندورنگهای اصلی جسم نیستند.همدوسی خروجی لیزرهای گازی مداوم (CW)می تواندبسیارزیادباشدامابرای لیزرهای ضربانی معمولامقدارکمتری است به این دلیل که همدوسی زمانی ممکن است بادوره بین پالسهای لیزریاباجابجایی های فرکانس درحین تابش محدودمی گردد.لیزرهای یاقوت پالسهایی که اساسا۶/ میکروثانیه باهم فاصله دارندمنتشرمی کنندوزمان همدوسی حدود۱/ میکروثانیه است .همدوسی به طوروضوح درهرکاربردی ازلیزرکه پرتوبه دوبخش تقسیم می شودونوربامسافتهای مختلفی راطی می کندمهم است این شامل اندازه گیری فاصله به روش تدامل سنجی می شودکه بعد ارائه خواهدشد.

۱-۲-۴-تکفامی

اخرین مشخصه ی بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربرد های  شیمیایی تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از این حقیقت منشا می گیرد که تمام  فوتون ها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه نشر می شوند و بنابر این تقریبا فرکانس های دقیقا یکسانی دارند با وجود این همانطور که اشاره شد همواره گستره ی کوچکی از توزیع فرکانس ها وجود دارد که ممکن است چندین فرکانس یا طول موج گسسته را در بر گیرد و باعث برقراری شرط موج ایستا شود نتیجه آن است که تعداد کمی از فرکانس ها با فواصل اندک از یکدییگر ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند به طوری که برای رسیدن به تکفامی بهینه باید وسیله ی اضافی دیگری برای گزینش فرکانس در لیزر تعبیه کرد معمولا برای این کار از یک سنجه استفاده می شود یک عنصری اپتیکی است که درون حفره ی لیزر قرار می گیرد و به گونه ای تنظیم می شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آیینه ی انتهایی به طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند در لیزرهایی با خروجی پیوسته تهیه ی پهنای خط نشر کوچکی  ۱cm^-1 کاری بسیار ساده است.

کاربرد لیزر در پزشکی (کاربرد لیزر در جراحی، لیزر مو، لیزر پوست، لیزر دندانپزشکی و …)

در زمینه پزشکی، بیشترین کاربرد لیزرها در جراحی است (جراحی لیزری)، اما در بعضی موارد لیزر برای تشخیص نیز به کار می رود؛ مانند استفاده بالینی از میکروفلوئورمتر جریان (سرعت سنجی دوپلری برای اندازه گیری سرعت خون) و فلوئورسان لیزری (آندوسکوپی نای برای آشکارسازی تومورهای ریوی در مراحل اولیه)

در جراحی از باریکه کانونی شده لیزر ( اغلب لیزر CO2 ) به جای چاقوی جراحی معمولی ( یا برقی ) استفاده می شود. باریکه فروسرخ لیزر CO2 به شدت به وسیله ملکولهای آب موجود در بافت جذب می شود و موجب تبخیر سریع این ملکولها و در نتیجه برش بافت می شود. برتریهای اصلی چاقوی لیزری را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :

الف) دقت بسیار زیاد به ویژه هنگامی که باریکه با یک میکروسکوپ مناسب هدایت شود (جراحی لیزر)

ب) امکان عمل در نواحی غیر قابل دسترس، بنابراین عملا هر ناحیه از بدن که با یک دستگاه نوری مناسب ( مثلا عدسی ها و آینه ها) قابل مشاهده باشد می توان به وسیله لیزر جراحی کرد.

ج) کاهش فوق العاده خونروی در اثر برش رگهای خونی به وسیله باریکه لیزر ( قطر رگی حدود ۰/۵ mm )

د) آسیب رسانی خیلی کم به بافتهای مجاور ( حدود چند میکرومتر)

اما در مقابل این برتریها باید اشکالات زیر را هم در نظر داشت :

الف) هزینه زیاد و پیچیدگی دستگاه جراحی لیزری

ب) سرعت کمتر چاقوی لیزری

ج) مشکلات قابلیت اعتماد و ایمنی مربوط به چاقوی لیزری

با این اشاره اجمالی به جراحی لیزری، شرح مفصلتری از تعدادی از این کاربردها طرح می شود. دستگاه لیزر در درمان چشم بیماران مبتلا به مرض قند استفاده شده است. در این مورد، باریکه لیزر به وسیله عدسی چشم بر روی شبکیه کانونی می شود. پرتو سبز لیزر به شدت به وسیله گلبول های سرخ جذب می شود و اثر حرارتی حاصل باعث اتصال دوباره شبکیه یا انعقاد رگهای آن می شود.

لیزر استفاده روزافزونی در گوش و حلق و بینی هم پیدا کرده است. استفاده از لیزر در این شاخه از جراحی جذابیت خاصی دارد. زیرا با اعضایی مانند نای، حلق و گوش میانی سروکار دارد که به علت عدم دسترسی به آن ها جراحی معمولی مشکل است. اغلب در این مورد لیزر همراه با یک میکروسکوپ استفاده می شود. همچنین لیزر برای جراحی داخل دهان نیز مفید است ( برای برداشتن غده های مخاطی). امتیازات اصلی در اینجا جلوگیری از خونریزی و فقدان لختگی خون و درد پس از عمل جراحی و بهبود سریع بیمار است. لیزر همچنین اهمیت خود را در بهبود خونریزیهای سنگین در جهاز هاضمه ثابت کرده است. در این حالت باریکه لیزر ( معمولا لیزر نئودمیوم یا آرگون یونی) به وسیله یک تار نوری مخصوص که در داخل یک آندوسکوپی داخلی قرار گرفته است به ناحیه مورد معالجه هدایت می شود. لیزر همچنین در بیماری زنان مفید است درحالی که اغلب به همراه یک میکروسکوپ استفاده می شود. کاهش قابل ملاحظه درد و لخته شدن خون ارزش مجدد چاقوی لیزری را بیان می کند. در پوست درمانی اغلب از لیزر برای برداشتن خالها و معالجه امراض رگها استفاده می شود. ضمنا برای رفع تاتو و برخی از ضایعات پوستی نیز از لیزر استفاده می شود. بالاخره استفاده از لیزرها در جراحی عمومی و جراحی غده امیدوار کننده است.

لیزر و کاربرد آن در بیماری های پوستی و زیبایی پوست

 لیزر یک نوع نور برانگیخته شده و پر انرژی است که در شرایط عادی در طبیعت دیده نمی شود، ولی با تکنولوژی و وسایل خاص می توان آن را ایجاد کرد. لیزر با نور معمولی تفاوت هایی دارد که این ویژیگی ها باعث توانایی ها و کاربردهای خاص لیزر می شود.
نور معمولی مرکب از چندین انرژی نورانی مرئی و نامرئی است که اشعه ماوراءبنفش با کمترین طول موج ها تا اشعه مادون قرمز با بیشترین طول موج ها را در بر می گیرد. اما لیزر تنها از یک نوع انرژی نورانی با طول موج مشخص ساخته شده است، لذا به آن نور «تک رنگ» هم می گویند. تفاوت دیگر لیزر با نور معمولی انرژی آن می باشد که گاهی حتی چند هزار برابر نور معمولی می تواند انرژی داشته باشد. بالاخره ویژگی سوم لیزر دقت و پایین بودن خاصیت انتشار نور لیزر است. بطوریکه در دستگاه های دقیق لیزر نور تابیده شده در فاصلة چند صد متری کاملاً مسیر مستقیم خود را حفظ کرده و شعاع دایره محل تابش در نزدیکی منبع لیزر تقریباً مساوی شعاع تابش در چند صد متری منبع می باشد.
این خصوصیات لیزر باعث شده که کاربردهای فراوانی در صنایع نظامی، غیرنظامی، علوم و تحقیقات و همچنین شاخه های مختلف پزشکی پیدا کند.
کاربرد لیزر در پزشکی و از جمله بیماری های پوستی از حدود ۴۰ سال پیش بصورت تحقیقاتی شروع شده و با آمدن دستگاه های جدیدتر که مؤثرتر و کم عارضه تر هستند جایگاه ویژه و وسیعی در درمان بیماری ها، پیدا کرده است.
مکانیسم انرژی لیزر جذب انرژی نورانی توسط مولکول های بافتی است. همانطوری که در اثر تابش نور خورشید اشیاء بتدریج گرم می شوند، تابش لیزر نیز باعث گرم شدن، داغ شدن و نهایتاً تخریب بعضی مولکول های حساس بافتی می شود. از آنجایی که لیزر تک طول موج می باشد، فقط باعث داغ شدن و تخریب ساختمان های خاصی می شود. در حالی که افزایش حرارت در ساختمان های مجاور که حساس نیستند زیاد قابل توجه نمی باشد. لذا با انتخاب لیزر مناسب و با دانستن ویژگی های بافتی می توان ضایعه مورد نظر را تخریب کرد در حالیکه کمترین صدمه ممکن به ساختمان های مجاور آن وارد شود. به طور مثال لیزری که طول موج حدود ۵۸۵ نانومتر می باشد (Pulse dye laser) بیشتر روی ساختمان های عروقی اثر می کند. لذا در مورد عروق واریسی پوست، ضایعات همانژیومی و لکه ها و خال های عروقی به کار می رود.

به طور کلی کاربردهای لیزر را به شکل زیر می توان دسته بندی کرد:
۱- درمان ضایعات وخال های عروقی که معمولاً رنگ این ضایعات قرمز روشن و یا تیره می باشد.
۲- درمان انواع ضایعات رنگی و رنگدانه ای پوست که شامل خال های رنگی پوست و خالکوبی ها می شود.
۳- درمان و کاهش موهای زائد و ناخواسته بدن.
۴- کاهش چین و چروک، فرورفتگی ها و جای زخم های ناشی از بعضی بیماری های پوستی از قبیل آکنه
۵- درمان بعضی از انواع بیماری های پوستی از قبیل زگیل، جای زخم های برجسته و خارش دار (کلوئید)، ترک های پوستی ناشی از حاملگی و چاقی (striae) و ترمیم زخم و…
۶- گاهی نیز از لیزر بعنوان وسیله ای برای برش بافت می توان استفاده کرد. مشابه کاری که تیغ جراحی انجام می دهد با این تفاوت که خونریزی کمتری ایجاد می کند.

انواع دستگاه های لیزر و کاربرد آنها
الف) برای درمان ضایعات عروقی که شامل رگ های واریسی پوست (در صورت، اندام ها و بدن)، لکه های قرمز عروقی و خال های عروقی (گرانولوم پیوژنیکوم) می باشد، لیزرهای
Nd – YaG, (Pulse dye laser) P.D.L ، آرگون قابل استفاده هستند که P.D.L مناسب تر می باشد.
ب) برای درمان خال ها و لکه های تیره پوستی (ماه گرفتگی آبی و یا قهوه ای)، خالکوبی ها (آبی، سیاه، گاهی قرمز) از انواع این لیزرها می توان استفاده کرد:
Q- Switch Ruby
Q- Switch Alexandrite
Q- Switch Nd- YAG
ج) برای درمان و کاهش موهای ناخواسته از انواع لیزرهای: Nd- YAG, Diode, Alexandrite, Ruby Laser می توان استفاده کرد. همچنین یک سیستم جدید به نام (I.P.L) Intense Pulse Light که نور پر انرژی معمولی است و از جنس لیز نمی باشد در کاهش موهای ناخواسته مؤثر است.
تأثیر لیزر در کاستن موهای زائد، دایمی نمی باشد.
د) برای کاهش چین و چروک و فرورفتگی های جای زخم آکنه و سایر بیماری ها می توان از لیزرهای CO2 و Erbium YAG استفاده کرد. لیزر CO2  پوست را عمیق تر می تراشد و در کاهش چین و چروک مؤثرتر است ولی عوارض آن از جمله ایجاد جای زخم و لکه های تیره شایع تر می باشد لذا برای کاهش عوارض ناخواسته، Erbium YAG مناسب تر است. نتیجه این لیزرها هیچکدام صد در صد نمی باشد ولی در کاهش عمق چین و چروک و جای زخم ها مؤثر هستند.
ه) انواع مختلف لیزر در درمان بیماری های مختلف پوستی کاربرد دارند ولی باید توجه داشت که برای این بیماری ها، درمان ها و روش های دیگر و ارزانتر نیز وجود دارند، لذا در صورت عدم موفقیت سایر روش ها، می توان نتایج لیزر را نیز امتحان کرد.

شلیک مستقیم لیزر به چشم

یکی از زمینه های کاربردی پرتو لیزر در چشم پزشکی است. نور سبز می تواند در بیماری های چشمی مانند جدا شدن شبکیه و یا خونریزی درون چشمی برای لیزر درمانی به کار رود. هنگامی که نور از عدسی چشم و زجاجیه عبور می‌کند ( بدون اینکه در این نواحی جذب شود) روی سلول های قرمز (خونی) کانونی می شود و به علت میزان جذب زیاد نواحی که دچار خونریزی شده اند در طول موج سبز لیزر ، اثر گرمایی نور لیزر باعث چسبیدن دوباره شبکیه یا سوزانیدن رگ های خونریزی دهنده خواهد شد. این کار با تابش های ۰۱/۰  ثانیه ای انجام می شود و به علت کوتاهی زمان تابش، همراه با درد نیست. در بیماری آب سیاه که می تواند باعث کوری شود لیزر ‏Nd.YAG‏ کاربرد زیادی دارد. در این بیماری فشار درون چشم افزایش می یابد و در جراحی کافی است که سوراخی به قطر ۵۰ میکرون در میان دو اتاقک جلویی و پشتی چشم برای بیرون رفتن ماده زجاجیه به وجود آید. امروزه لیزرهای اگزایمر در برش قرنیه برای درمان نزدیک بینی به کار گرفته می شود برشی بسیار دقیق خواهد بود. در این بخش عمل پر طرفدار لیزیک را مورد تحلیل قرار خواهیم داد. 

لیزیک‎
‎لیزیک‎(LASIK)‎‏ مخفف ‏LASER-Assisted IN-SITU KERATOMILEUSIS‏ است که یک برای اصلاح عیوب انکساری توسط چشم پزشک به کار می‌رود. در این روش با‎ ‎تغییر شکل در قرنیه توسط لیزر اگزایمر، می توان نزدیک بینی، دوربینی و آستیگماتیسم‎ ‎را اصلاح کرد‎.‎‏ این روش عموما به ‏PRK‏ ( ‏photorefractive keratectomy‏) به دلیل زمان کمتر ترمیم و بهبودی و درد کمتر ارجح داده می شود؛ گرچه مواردی وجود دارد که ‏PRK‏ از نظر پزشکی مناسب تر از لیزیک است. بیماران بسیاری لیزیک را به استفاده از عینک یا لنز ترجیح می دهند. بیش از یک دهه از انجام این عمل جراحی لیزری می گذرد وتاکنون میلیون ها چشم در سرتاسر دنیا تحت این عمل قرار گرفته و می گیرند. در حال حاضر؛ لیزیک  شایع ترین و یکی از موفق ترین اعمال جراحی عیوب انکساری است که محدوده نسبتا وسیعی ازاختلالات انکساری چشم را می تواند برطرف سازد. ‏

تاریخچه لیزیک

اولین مورد استفاده از تکنیک لیزیک به یک چشم پزشک اسپانیایی- کلمبیایی به نام ‏Jose Barraquer‏ بر می‌گردد. وی در کلینیک خود در کلمبیا در حدود سال ۱۹۵۰، نخستین میکروکراتوم (چاقویی که برای بریدن قرنیه به کار می‌رود) را برای برش یک ‏flap‏ نازک قرنیه به کار برد. همچنین وی اطلاعات لازم برای تعیین ضخامتی از قرنیه که باید برداشته شود تا نتیجه بلند مدت حاصل شود را به دست آورد.
‏پروسه لیزیک

دقت در انجام معاینات پیش از عمل  نقش اصلی را در حصول موفقیت عمل لیزیک بازی می کند. خود عمل لیزیک با برش یک ‏flap‏ نازک، کنار زدن آن به منظور ایجاد تغییراتی در بافت زیر آن و سپس بازگرداندن ‏flap‏ و ترمیم آن پس از جراحی صورت می پذیرد.

ملاحظاتی در عمل لیزیک

به طور کلی، اقدامات قبل از عمل جراحی لیزیک شامل سه مرحله است: ‏
* گرفتن شرح حال‏ از وضعیت سلامت چشم، وضعیت سلامت دیگر اعضای بدن، سابقه فامیلی، و داروهای مصرفی ‏
* انجام معاینات همه جانبه چشم
* مشاوره کامل در مورد کم و کیف نوع عمل، نحوه انجام عمل، نتایج ممکن، و عوارض و مشکلات احتمالی
بیمارانی که برای تصحیح دید خود از این عمل استفاده می کنند باید از نظر مشکل دید به ثبات رسیده باشند بنابراین بهتر است این عمل در سن بالای ۲۰ سال انجام شوذ. در ضمن این عمل در مورد چشم هایی که مشکل خشکی دارند توصیه نمی شود.‏
بیمارانی که از لنزهای نرم استفاده می کنند باید ۵ تا ۷ روز قبل از جراحی آن را برداشته و دیگر استفاده نکنند. افرادی که لنز سخت دارند باید حداقل ۶ هفته ( و همچنین به ازای هر ۳ سال استفاده از لنز سخت ۶ هفته بیشتر) قبل از جراحی لنز را بردارند و دیگر استفاده نکنند. اندازه گیری حدت بینایی بدون عینک و با عینک، تعیین مجدد و دقیق شماره عینک بدون استفاده از قطره،  اولین گام خواهد بود. گرفتن نقشه توپوگرافی قرنیه و اندازه گیری ضخامت قرنیه جزء لاینفک معاینه است. قبل از جراحی ضخامت قرنیه بیمار با ضخامت سنج  و سطح کانتور با توپوگرافی تعیین می شود. نقشه توپوگرافی قرنیه که با استفاده از دستگاه‌های توپوگرافی توسط لیزرهای کم توان تهیه می شود اطلاعات مفیدی را در مورد وضعیت قرنیه ارائه می‌دهد. همچنین اندازه‌گیری انحنای قرنیه، معاینه حرکات چشم و بررسی از نظر وجود یا عدم وجود انحراف در چشم، اندازه گیری میزان تنگ و گشادی مردمک ها در دو وضعیت تاریکی و روشنایی، معاینه میکروسکوپی چشم و بررسی ساختمان‌های مختلف چشم از جمله پلک ها، ملتحمه، قرنیه، عنبیه،  عدسی و وضعیت لایه اشکی باید به دقت انجام گیرد. با چکاندن قطره بی حسی در چشم، فشار داخل چشم باید اندازه‌گیری شود. در ضمن رطوبت و میزان ترشح اشک  با استفاده از کاغذ مخصوص اندازه گیری می‌شود. در ادامه با چکاندن قطره‌های باز کننده مردمک (که موقتا دید را مختل می کند)، مجددا  شماره عینک کنترل نهایی شود. همچنین باز شدن مردمک  امکان معاینه کامل شبکیه را فراهم می‌کند تا از وجود یا عدم وجود ضایعات شبکیه اطمینان حاصل می‌شود. جهت کاهش احتمال عفونت پس از جراحی از بیمار خواسته می شود از قبل آنتی بیوتیک مصرف کند.‏

‏     ‏
عمل لیزیک
عمل لیزیک روی بیمار هوشیار و بیدار انجام می‌گیرد ولی به وی مسکن داده شده و قطره بی حسی در چشم ریخته می شود و پلک ها با‏‎ ‎محلول بتادین ضد عفونی می شود. سپس بیمار در اطاق لیزر روی تخت به پشت دراز می‌کشد‎ ‎و مجددا قطره بی حسی در چشم ریخته می شود. یک چشم پوشیده می شود و در چشم دیگر وسیله ای به نام ‏SPECULUM‏ قرار داده می‌شود که با وارد کردن فشاری اندک پلک ها را باز نگه می شود. در این جا مرحله اول عمل لیزیک آغاز می شود‏‎.‎
لیزیک در دو مرحله انجام می شود. در قدم اول یک ‏flap‏ از بافت قرنیه برداشته می شود و در مرحله بعدی با لیزر تغییراتی در قرنیه ایجاد می شود. در پایان ‏flap‏  به جای اولیه خود باز گرداننده می شود.‏

ثابت نگهداشتن چشم
رینگ ساکشن‎(SUCTION RING)‎‏ روی چشم قرار داده می‌شود تا چشم موقع برش دادن ثابت و محکم باشد (شکل ۲). در این لحظه دید تار و کدر می‌شود. این کار ممکن است موجب خونریزی خفیف شده و در نتیجه روی سفیدی چشم خونریزی خفیفی مشاهده شود. این لکه خون پس از چند هفته برطرف می‌شود.

ایجاد ‏flap
سپس توسط یک ابزار برنده خودکار به نام میکروکراتوم ‏‎(MICROKERATOME)‎‏ یک ‏flap‏ از قرنیه جدا می‌شود(شکل ۳). می‌توان از میکروکراتوم مکانیکی با تیغه فلزی یا میکروکراتوم فوق العاده سریع با لیزر استفاده کرد. ‏Flap‏ کاملا جدا نمی شود بلکه قسمتی از آن مانند لولا در جای خود باقی می ماند. در انتها ‏Flap‏ سر جای خود باز می گردد. کنار زدن و برگرداندن ‏flap‏ چندان خوشایند و راحت نیست.

‏‎                                  ‏
تراش قرنیه با لیزر
مرحله دوم به کارگیری لیزر اگزیمر( ‏‎۱۹۳nm‎‏) برای تراش بافت قرنیه است. میزان تراش؛ بسته به میزان و نوع شماره چشم از یک فرد به فرد دیگر تفاوت خواهد کرد. لیزر به صورت کاملا کنترل شده و بدون آسیب به بافت اطراف، قسمت مورد نظر را تبخیر می‌کند و نیازی به سوزاندن با حرارت و برش واقعی برای بریدن و خارج کردن بافت نیست. لایه های بافتی که برداشته می شوند، ضخامتی معادل چند ده میکرومتر دارند. با تراش عمیق تر بازگشت سریع تر بینایی و درد کمتر در مقایسع با ‏PRK‏ ممکن می‌شود. پرتوهای لیزر صدای کلیک مانندی از خود تولید می‌کنند و بوی موی سوخته به مشام می‌رسد.
در خلال این مرحله بینایی بیمار تار و کدر می شود. فرد تنها قادر است نور سفیدی را که نور نارنجی لیزر را احاطه کرده است، ببیند. این مسئله می تواند بسیار ناخوشایند باشد.
توان متوسط هر پالس در محدوده میلی وات بوده و ۱۰ تا ۲۰ نانوثانیه به طول می انجامد.

‏بازگرداندن ‏flap
پس از تراش قرنیه، ‏LASIK flap‏ با دقت توسط جراح سر جای خود باز می گردانده  شده و وجود حباب هوا، ذرات خارجی و قرارگیری مناسب بررسی می شود. پس از مدتی قرنیه ترمیم می شود. تمامی این مراحل برای چشم دیگر نیز تکرار می شود. تمامی این مراحل برای چشم دیگر نیز تکرار می شود.

پس از عمل لیزیک
‏ بیماران یک دوره درمان با قطره های ضد التهاب و آنتی بیتویک را می گذرانند. همچنین به بیماران محافظ چشمی برای محافظت چشم ها از نور شدید و مالش ندادن در هنگام خواب داده می شود. بیماران باید به طور مرتب به پزشک خود مراجعه تا بتوان عوارض عمل را به حداقل رساند.‏

عوارض جراحی

* خشکی چشم ها
* هاله بینی، پخش نور، دوبینی، کاهش دید در شب، کاهش حساسیت به کنتراست
* اصلاح بیشتر و یا کمتر از حد انتظار. وقتی که بافت کافی از قرنیه برداشته نمی‏ شود یا بافت زیاد از حد برداشته می شود.‏
* چروک خوردن قرنیه که بخشی از flap‏ چروک می افتد و بخشی از دید تار می شود.‏
* برگشت شماره چشم. بیشتر در افراد دوربین
* نزدیک بینی در‏ شب‏
* عفونت چشم
پس به طور کلی می توان گفت که عوارض عمل لیزیک دو دسته هستند. دسته اول عوارض خفیف و گذرایی هستند که اکثر افرادی که تحت عمل لیزیک قرار می گیرند کم و بیش ممکن است آن را تجربه کنند. از این نوع عوارض می توان از کاهش بینایی به خصوص در شب؛ مشکلات دید شب مانند پخش نور و دیدن هاله در اطراف اشیا نورانی؛ سایه دار دیدن؛ خشکی خفیف چشم؛ و خونمردگی زیر ملتحمه نام برد. این دسته عوارض اهمیت چندانی ندارند چرا که مشکل جدی را برای بینایی و چشم ایجاد نکرده و در عرض چندین هفته بهبود می یابند. ‏
‏ دسته دوم عوارضی هستند که بسیار نادر هستند ولی می توانند برای چشم و بینایی مشکلات جدی ایجاد کنند. از این نوع عوارض می توان از عفونت؛ التهاب غیر عفونی؛ لک قرنیه؛ آستیگماتیسم نامنظم؛ خشکی شدید چشم؛ و مشکلات دائمی دید شب نام برد. اگر در معاینات اولیه و انتخاب بیمار قبل از عمل دقت کافی صورت گیرد؛ از بسیاری از این عوارض پیشگیری می شود. در مورد عفونت و التهاب غیر عفونی نیز اگر به موقع درمان شروع شود؛ عواقب به حد اقل می رسد.

عوامل موثر بر جراحی

از آنجا که  قرنیه باید شفاف بوده وقابلیت گذر نور را به خوبی داشته باشد، فاقد عروق خونی است و اکسیژن را از  ‏tear film‏ می گیرد. بنابراین لنزهای تماسی با نفوذپذیری اکسیژن کم، جذب اکسیژن قرنیه را کاهش می‌دهند و گاهی منجر به رشد و نفوذ عروق خونی به قرنیه می‌شود. این امر موجب افزایش مدت زمان التهاب و زمان التیام شده و همچنین به سبب خونریزی بیشتر در حین جراحی ، باعث ایجاد درد بیشتری می شوند.
گرچه برخی از لنزهای تماسی ( ‏RGP‏ مدرن و لنزهای سیلیکون هیدروژلی نرم) از موادی سنتز شده اند که نفوذپذیری اکسیژن بالاتر است و احتمال نفوذ عروق خونی به قرنیه کاهش می یابد. اغلب از بیماران خواسته می شود از چند روز یا هفته قبل از لیزیک از لنز استفاده نکنند.

 

‏Wavefront-guided LASIK
از انواع جراحی های لیزیک ‏wavefront guided LASIK‏ است که به جای تصحیح ساده قرنیه با لیزر، چشم پزشک از یک تصحیح متغیر قرنیه با استفاده از لیزر اگزایمر که کنترل شده با سنسور ‏‎  wavefront‎است، بهره می‌گیرد. هدف در اینجا رسیدن به بینایی کامل است؛ گرچه نتیجه نهایی به پیش بینی پزشک از تغییراتی که ممکن است در طول درمان رخ دهد ، بستگی دارد. در سنین بالاتر انکسار ناشی از ذرات میکروسکوپی نقش مهمی را بازی کرده و می تواند در نتیجه تصحیح ‏wavefront‏ مداخله کند. گرچه ثابت نشده است ولی چشم پزشکان ادعا می کنند که بیماران از این روش در مقایسه با روش های قبلی به علت کاهش هاله بینی رضایتمندی بیشتری دارند.

در این روش الگوی اصلاح دید برای هر فرد به طور اختصاصی و براساس ‏aberration‏ های چشم همان فرد طراحی و اجرا می شود. می توان این مثال را زد که روش های معمول لازک ولیزیک و ‏PRK‏ مانند استفاده و پوشیدن لباس های از پیش آماده است، در حالی که این روش به معنی دوختن لباس برای هر فرد منطبق بر خصوصیات بدنی وی خواهد بود.‏
aberration‏ مربوط به ‏‏‎ wavefront ‎قسمت های مختلف اپتیک و وسایل اپتیکی مانند عینک یا قرنیه باعث کاهش سرعت نور در‎ ‎مقایسه با هوا یا خلا می‌شود. اگر اشعه نور تحت یک زاویه مایل وارد یا خارج شود‎ ‎قسمتی از آن انعکاس می‌یابد و تصویر ‏‎ wavefront ‎مربوط به آن تغییر می‌کند.‏ نامنظم‎ ‎بودن هر لنز باعث تشدید تغیرات شکل ‏‎ wavefront ‎‏ می شود. در یک لنز مطلوب ‏‎ wavefront ‎تصویری که در‎ ‎سطح کانونی لنز تشکیل می‌شود‎‏ باید مسطح باشد و در نتیجه تصویر شی واضح خواهد بود‎. ‎‏‎ wavefront ‎نامنظم باعث ایجاد تصاویر کم و بیش مبهم می‌شود. ‏
در عمل قسمت های مختلف‎ ‎بینایی و لنزها، یک ‏‏‎ wavefront ‎‏ کاملا مسطح نمی‌سازد و نامنظمی مختصری مشاهده می‌شود که علت‎ ‎آن می‌تواند نقایصی در شکل ضریب شکست جابه جایی از محور بینایی و جابه جایی از‎ ‎موقعیت و فاصله صحیح در محور بینایی باشد‏، این نقایص ‏‎ aberration  ‎نامیده می‌شود.‏‏
شکل های مختلف ‏‎wavefront ‎‏ اطلاعات متنوعی از ‏aberration‏ ها ارائه می‌کند‎ ‎که بر اساس آن می‌توان بیمار را درمان کرد؛ که آن را ‏wavefront-guided treatment‏ می نامند.
برای اندازه گیری کامل توان انکساری چشم نیاز به‎ ‎آنالیز ‏wavefront‏  وجود دارد. دستگاه های تجزیه و تحلیل کننده ‏،‏ ‏‎ wavefront ‎باریکه نور خارج شده از چشم‏‎ ‎را به صوت نقشه هایی نشان می‌دهد و پس از آن که نقشه برداشت به دست‎ ‎آمد، اطلاعات ‏‎ wavefront‎‏ به دستورالعمل های ‏laser ablation‏‎  ‎تبدیل شده و جراحی انجام می‌شود.‏
سنسور به کار رفته در سیستم هایwavefront‏ برای تشخیص تغییر حالت های امواج‎ ‎‏wavefront‏ سنسور‏shack-hartmann‏  است‏‎.‎
جراحی لیزیک در این روش با دقت بسیار بالاتر صورت پذیرفته و عوارض عمل کاهش می یابد.در نهایت نیز کیفیت بینایی بهبود می یابد. در این روش حتی می توان دید افراد را به ۱۰/۲۰ نیز رساند یعنی یک دید فراطبیعی و دو برابر دید یک فرد طبیعی.
‏
معایب ‏Wavefront-guided LASIK
1. چشم بیمار هنگام اندازه گیری Aberrationها و هنگام عمل جراحی بایستی به طور یکسان در مرکز محور دستگاه های اندازه گیری ‏Aberration‏ و لیزر اکسایمر قرار داشته باشد.
‏۲. Aberrationها با تطابق تغییر می کنند، بنابراین ‏Aberrationهای اندازه گیری شده در حالتی که تطابق انجام نمی گیرد (دید دور) ممکن است با ‏Aberrationهای حین تطابق (دید نزدیک) یکسان نباشد.
‏۳. Aberrationها با افزایش سن تغییر می کند، اما این تغییرات با توجه به جدید بودن تکنولوژی ‏Wavefront‏ به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است.
۴٫ مشخص نیست که پس از ایجاد آب مروارید و جراحی و کارگذاری لنزهای داخل چشمی چه تغییراتی در چشم این افراد رخ می دهد‏.
۵٫ میزان برگشت پذیری Aberrationها هنوز به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است.
۶٫ هزینه تجهیزات این عمل بسیار زیاد است، در نتیجه هزینه این روش جراحی نسبت به روش های معمولی بیشتر است.
۷٫ در صورت فراگیرشدن این نحوه جراحی، بازنگری در استانداردهای بینایی نظیر تابلوهای دید در چشم پزشکی، تابلوهای راهنمایی و … الزامی خواهد بود.

 

معیارهای اعمال جراحی لیزری

معیارهای عمل لیزیک و  لیزر (PRK)  و لازک عبارتند از:

 حداقل سن ۱۸ سال و حد اکثر تا زمانی که فرد آب مروارید نداشته باشد.

عدم تغییر قابل توجه نمره عینک در یکسال گذشته یعنی حداکثر بیش از ۵/. دیوپتر تغییر نکرده باشد.

ضخامت کافی قرنیه

نزدیک بینی ۱- تا ۱۰- دیوپتر

 آستیگماتیسم ۵/۰ تا ۶ دیوپتر

دور بینی حداکثر تا ۶+ دیوپتر

عدم وجود کواتوکونوس (قوزقرنیه)و یا نامنظمی در سطح قرنیه

عدم وجود بیماریهای عمومی  نظیر انواع روماتیسمِ، دیابت پیشرفته و نقص ایمنی

عدم حاملگی و شیردهی

عدم وجود بیماریهای  چشمی مثل گلوکوم (آب سیاه) ، آب مروارید، خشکی متوسط تا شدید چشم و بیماری تبخال چشمی،

گشاد نشدن بیش از حد معمول مردمک چشم  در تاریکی

  داشتن توقعات واقعی از قابلیت و توانایی‏های عمل جراحی لیزر (PRK) یا لیزیک در تصحیح دید.

وضعیت استفاده لیزر در صنایع مختلف در ایران

در این بخش ما لیزر ها را صرفا بعنوان یک منبع انرژی گرمایی در نظر می گیریم گرچه میزان همدوسی فضایی بسیار خوبی که لیزر دارد وامکان متمرکز نمودن باریکه لیزر را در اندازه بسیار کوچک بدست میدهد نیز اهمیت دارد.

شاید بیش از هر چیز دیگر کاربرد لیزر در برش مواد بخصوص فلزات تصور بسیار خوشایندی را در اذهان عمومی در همان ابتدا ایجاد نمود گر چه در اغاز راه خیلی از باورها خیالی بود ولی امروزه بسیاری از تصورات خیالی بوقوع پیوسته است.

تعداد قابل توجهی از لیزرها امروزه به اندازه کافی پرقدرت هستند و قادرند بر روی بسیاری از مواد عملیات حرارتی انجام دهند وانها را ذوب کنند ویا به هم جوش دهند و حتی بخار نمایند(در برش و سوراخکاری ) البته امکان جوش دادن وبرش دادن و سوراخکاری با کیفیت عالی بدون داشتن چنین ابزاری پیشرفته وگران همچون لیزر روزنه ای وجود دارد اما لیزرها امتیازات خاصی نسبت به ابزار معمولی دارند که عبارتند از:

۱-تابش لیزر بسیار تمیز است چرا که در ان هیچ گونه ماده ی ناخالصی به محل مورد عمل وارد نمی شود .

۲-باریکه های لیزر را به دلیل همدوسی فضایی بالا می توان بر روی منطقه ی بسیلر کوچکی متمرکز نمود . این منطقه به طور شدیدی گرم می شود و در عین حال بر روی ناحیه های مجاور اثر سویی نمی گذارد .

۳-کنترل تابندگی باریکه ی لیزر نسبتا اسان است .

۴-باریکه ی لیزر به اسانی بر روی نقاط غیر قابل دسترسی با ابزار معمولی متمرکز می شود و می تواند از پنجره های شفاف عبور کند و همچنین میتوان ان را بر روی گوشه های تیز نیز متمرکز نمود .

۵- بیشتر انرژی لیزر خیلی نزدیک به سطح هدف فرود می اید و منطقه ی مورد نظر را بدون تاثیر بر روی کل جسم ، تحت تاثیر قرار می دهد .

دو لیزر مهمی که در کار بر روی مواد به کار برده می شوند عبارتند از :

لیزرهای CO₂ ,Nd:YAG از این دو لیزر میتوان گفت که لیزر CO₂ دارای کاربرد بیشتری است این لیزر قدرت و اندازه های مختلف و قیمت تقریبا مناسب در دسترس است اما برای بعضی از کاربردهای لیزر Nd:YAG , به دلیل طول موج کوتاهش فواید زیادی دارد:لیزر یاقوت در برهه ای از زمان برای کاربرد روی مواد به کار گرفته شد ولی امروزه کاربرد زیادی در این خصوص ندارد لیزرهای دیگر چون الکساندریت از بعضی جهات بر لیزرهای Nd:YAG مزیت دارند چرا که طول موج کوتاهتری دارند ولی برای زمانهای طولانی برای بسیاری از کاربردهای تجاری در دسترس نمی باشند .

لیزر یک وسیله ی نوری بسیار خوب است و ضروری است که دقت زیادی در بسته بندی نهایی و استفاده از ان در صنایع سنگین جایی که ارتعاشات و گرد و غبار وجود دارد به عمل اید. از دیگر مشکلات طرح کردن وسیله ای برای ارسال باریکه لیزراز لیزر تا قطعه محل کار می باشد . این عمل با اینه های هدایت کننده انجام می شود گرچه تارهای نوری را نیز میتوان برای لیزرهای کم توان به کار برد دقت زیادی به نکات ایمنی باید مبذول شود چرا که غالبا پرتو های لیزر نامرئی هستند به خصوص هنگام کار با لیزرهای پر قدرت حتی با مقدار کم پرتوهای پراشیده شده امکان خطر وجود دارد علاوه بر این دقت زیادی در متمرکز نمودن نور لیزر در محل مورد نظر باید اعمال گردد و گر نه به اطراف محل مورد نظر خسارت وارد خواهد شد.

آینده لیزر

توسعه ی سریع لیزر در سال های اخیر دانشمندان را غافلگیر کرده است. کارهایی که تا چند سال پیش محال به نظر می آمد حالا پیش پا افتاده است و کاربرد هایی که در نظر اول امکان پذیر می نمود مثلا تولید اشعه ی مرگ برای منهدم کردن هواپیمای دشمن در اسمان حالا قدری بعید به نظر می رسد لذا پیش گویی در این رشته مشکل تر از رشته های دیگر است اما از نور لیزر برای شروع و کنترل برخی واکنش های شیمیایی و زیست شیمیایی استفاده می شود ، از دقت فوق العاده ی لیزر می توان برای ساختن یا شکستن پیوند های شیمیایی و احتمالا تهیه ی مواد جدید مفیدی از قبیل دارو ها استفاده کرد یا ان را برای بررسی ساختمان ترکیبات پیچیده ی آلی به کار گرفت. دقت لیزر، همچنین می تواند در جراحی های بسیار ظریف جایی بیابد هم اکنون گیاه شناسان توانسته اند در غشا سلول های نباتی سوراخ های بسیار ریز ایجاد کنند بی آن که آسیب جبران ناپذیری به سلول وارد آید . شاید روزی هم برسد که از انرژی لیزر برای تاثیر نهادن بر روی رفتار بافت های زنده استفاده شود ، مثلا تاثیر و کنترل کروموزوم ها که خود کنترل نهایی همه ی فرایندهای حیاتی موجود زنده را به عهده دارند برای این قبیل کارها احتمالا به لیزرهایی نیاز خواهیم داشت که اشعه ی فرابنفش همدوس تولید کنند.

 تمام نگاری

تمام نگاری ( هولوگرافی) یک تکنیک انقلابی است که عکسبرداری سه بعدی (یعنی کامل ) از یک جسم و یا یک صحنه را ممکن می کند. این تکنیک در سال ۱۹۴۸ توسط گابور ابداع شد ( در آن زمان به منظور بهتر کرده توان تفکیک میکروسکوپ الکترونی پیشنهاد شد) و به صورت یک پیشنهاد عملی درآمدو اما قابلیت واقعی این تکنیک پس از اختراع لیزر نشان داده شد.

اساس تمام نگاری به این صورت است که باریکه لیزر بوسیله آینه که قسمتی از نور را عبور می دهد به دو باریکه ( بازتابیده و عبوری) تقسیم می شوند. باریکه بازتابیده مستقیما به صفحه حساس به نور برخورد می کند در حالی که باریکه عبوری جسمی را که باید تمام نگاری شود روشن می کند. به این ترتیب قسمتی از نوری که از جسم پراکنده شده هم روی صفحه حساس ( فیلم ) می افتد. به علت همدوس بودن باریکه ها یک نقش تداخلی از ترکیب دو باریکه روی صفحه تشکیل می شود حالا اگر این فیلم ظاهر شود و تحت بزرگنمایی کافی بررسی شود می توان این فریزهای تداخلی را مشاهده کرد. فاصله بین دو فریز تاریک متوالی معمولا حدود ۱ میکرومتر است. این نقش تداخلی پیچیده است و هنگامی که صفحه را به وسیله چشم بررسی می کنیم به نظر نمی رسد که حامل تصویر مشابه با جسم اولیه باشد اما این فریزهای تداخلی در واقع حامل ضبط کاملی از جسم اولیه است.

حال فرض کنید که صفحه ظاهر شده را دوباره به محلی که در معرض نور قرار داشت بازگردانیم و جسم تحت مطالعه را برداربم باریکه بازتابیده اکنون با فریزهای روی صفحه برهمکنش می کنند و دوباره در پشت صفحه یک باریکه پراشیده ایجاد می کندبنابراین ناظری که به صفحه نگاه می کند جسم را در پشت صفحه می بیند طوری که انگار هنوز هم جسم در آنجاست.

یکی از جالبترین خصوصیات تمام نگاری این است که جسم بازسازی شده رفتار سه بعدی نشان می دهد بنابراین با حرکت دادن چشم از محل تماشا می توان طرف دیگر جسم را مشاهده کرد. توجه کنید که برای ضبط تمام نگار باید سه شرط اصلی را براورد: الف) درجه همدوسی نور لیزر باید به اندازه کافی باشد تا فریزهای تداخلی در روی صفحه تشکیل شود. ب) وضعیت نسبی جسم – صفحه و باریکه لیزر نباید در هنگام تاباندن نور به صفحه که حدود چند ثانیه طول می شکد تغییر کند در واقع تغییر محل نسبی باید کمتر از نصف طول موج لیزر باشد تا از درهم شدن نقش تداخلی جلوگیری کند. ج) قدرت تفکیک صفحه عکاسی باید به اندازه کافی زیاد باشد تا بتواند فریزهای تداخلی را ضبط کند.

تمام نگاری به عنوان یک تکنیک ضبط و بازسازی تصویر سه بعدی بیشترین موفقیت را تاکنون در کاربردهای هنری داشته است تا در کاربردهای علمی . اما بر اساس تمام نگاری از یک تکنیک تداخل سنجی تمام نگاشتی در کاربردهای علمی به عنوان وسیله ای برای ضبط و اندازه گیری واکنشها و ارتعاشات اجسام سه بعدی استفاده شده است.

کاربرد های لیزر

امروزه لیزر کاربردهای بیشماری دارد که همه زمینه های مختلف علمی و فنی فیزیک-شیمی-زیست شناسی – الکترونیک و پزشکی را شامل می شود. همه این کاربردها نتیجه مستقیم همان ویژگی های خاص نور لیزر است.

 

کاربرد لیزر در فیزیک و شیمی

اختراع لیزر و تکامل آن وابسته به معلومات پایه ای است که در درجه اول از رشته فیزیک و بعد از شیمی گرفته شده اند. بنابراین طبیعی است که استفاده از لیزر در فیزیک و شیمی از اولین کاربردهای لیزر باشند

رشته دیگری که در آن لیزر نه تنها امکانات موجود را افزایش داده بلکه مفاهیم کاملا جدیدی را عرضه کرده است طیف نمایی است. اکنون با بعضی از لیزرها می توان پهنای خط نوسانی را تا چند ده کیلوهرتز باریک کرد ( هم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ ) و با این کار اندازه گیری های مربوط به طیف نمایی با توان تفکیک چند مرتبه بزرگی ( ۳ تا ۶) بالاتر از روش های معمولی طیف نمایی امکان پذیر می شوند. لیزر همچنین باعث ابداع رشته جدید طیف نمایی غیر خطی شد که در آن تفکیک طیف نمایی خیلی بالاتر از حدی است که معمولا با اثرهای پهن شدگی دوپلر اعمال می شود. این عمل منجر به بررسیهای دقیقتری از خصوصیات ماده شده است.

در زمینه شیمی از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است. ( فوتو شیمی لیزری) به ویژه در فون تشخیص باید از روش های (پراکندگی تشدیدی رامان ) و ( پراکندگی پاد استوکس همدوس رامان ) (CARS) نام ببریم. به وسیله این روشها می توان اطلاعات قابل ملاحظه ای درباره خصوصیات مولکولهای چند اتمی به دست آورد ( یعنی فرکانس ارتعاشی فعال رامن – ثابتهای چرخشی و ناهماهنگ بودن فرکانس). روش CARS همچنین برای اندازه گیری غلظت و دمای یک نمونه مولکولی در یک ناحیه محدود از فضا به کار می رود. از این توانایی برای بررسی جزئیات فرایند احتراق شعله و پلاسما ( تخلیه الکتریکی) بهره برداری شده است.

شاید جالبتری کاربرد شیمیایی ( دست کم بالقوه ) لیزر در زیمنه فوتو شیمی باشد. اما باید در نظر داشته باشیم به خاطر بهای زیاد فوتونهای لیزری بهره برداری تجاری از فوتوشیمی لیزری تنها هنگامی موجه است که ارزش محصول نهایی خیلی زیاد باشد. یکی از این موارد جداسازی ایزوتوپها است.

 

 

اندازه گیری و بازرسی

خصوصیات جهتمندی درخشایی و تکفامی لیزر باعث کاربردهای مفید زیادی برای اندازه گیری و بازرسی در رشته مهندسی سازه و فرایندهای صنعتی کنترل ابزار ماشینی شده است. در این بخش تعیین فاصله بین دو نقطه و بررسی آلودگی را نیز مد نظر قرار می دهیم.

یکی از معمولترین استفاده های صنعتی لیزر هم محور کردن است. برای اینکه یک خط مرجع مستقیم برای هم محور کردن ماشین آلات در ساخت هواپیما و نیز در مهندسی سازه برای ساخت بناها پلها و یا تونلها داشته باشیم استفاده از جهتمندی لیزر سودمند است. در این زمینه لیزر به خوبی جای وسایل نوری مانند کلیماتور و تلسکوپ را گرفته است. معمولا از یک لیزر هلیم – نئون با توان کم استفاده می شود و هم محور کردن عموما به کمک آشکارسازهای حالت جامد به شکل ربع دایره ای انجام می شود. محل برخورد باریکه لیزر روی گیرنده با مقدار جریان نوری روی هر ربع دایره معین می شود. در نتیجه هم محور شدن بستگی به یک اندازه گیری الکتریکی دارد و در نتیجه نیازی به قضاوت بصری آزمایشگر نیست .

.کاربردهای روزمره لیزر

 
زندگی روزمره ما کم و بیش با کاربردهای لیزر احاطه شده است. امروزه نجارها به جای تراز از لیزر استفاده می کنند و شکارچیان نیز لیزر را جایگزین تلسکوپ های معمولی نشانه گیریشان کرده اند و احتمالا کاربرد لیزر بیش از هر چیزی هنگام گوش کردن به موسیقی اهمیت پیدا می کند.

دستگاه DVD player لیزری دارد که فقط برای ایجاد پرتوهای موازی نیست، بلکه بیشتر به این منظور کاربرد دارد که از یک نقطه بسیار کوچک نوری ساطع می کند که می تواند روی لایه های مختلف دیسک متمرکز شود. با حرکت جانبی لنز دسترسی به عمق های مختلف دیسک را فراهم می شود. اطلاعات، یعنی صفرها و یک ها، در چندین لایه روی دیسک ذخیره شده اند و در یک زمان واحد تنها یکی از لایه ها قابل خواندن است هر نقطه روی یک لایه مشخص طی هر گردش دیسک خوانده می شود.

برای این که فضای لازم برای ذخیره ساختن اطلاعات فراوان روی یک دیسک به وجود آید، پرتو تابشی باید تا آن جا که ممکن است دقیقاً به اندازه  آن نواحی کوچک متمرکز شود و این امر با هیچ منبع نوری دیگری غیراز لیزر نمی تواند صورت گیرد. امروزه اندازه این نواحی کو چک به حدود نصف میکرومتر مربع کاهش یافته است که هر میلی متر آن جای ۲۰ مگابیت (mgabit) مگابایت (MByte) اطلاعات است.

 نشانگرهای لیزری

نشانگرهای لیزری از لیزرهای نیمه رسانای کم قیمتی ساخته شده اند که همراه با یک لنز پرتو های نور موازی تولید می کند. این پرتوها برای ساختن یک نقطه نورانی برای نشانه دادن آن است.

گستره این پرتوها (لیزر) خیلی وسیع است. اگر نقطه ای در فاصله ۲۰۰ متری را در تاریکی با نشانگر روشن کنیم، کسی که در نزدیکی شی نشانه گیری شده (هدف) ایستاده باشد، به راحتی می تواند نقطه ای نورانی را مشاهده کند. البته یک فرد دیگر باید لیزر را نگه دارد. از طرف دیگر شخصی که لیزر را نگه می دارد به دشواری می تواند نقطه نورانی را ببیند.

 نشانه گیر لیزری تفنگ (مگسک لیزری تفنگ)

نشانه گیر لیزری تفنگ ها بر اصل متفاوتی استوار است. برخی پرتوهای لیزری موازی با مسیر گلوله فرستاده می شوند تا نقطه ی اصابت گلوله را بررسی و قابل رؤیت کنند. این روش ویژه ی تیراندازان ماهر و نشانه گیر های حرفه ای است.

بعضی دیگر داخل کادر نشانه گیری اسلحه، به جای خط صلیبی شکل داخل دوربین اسلحه نقطه ای قرمز  دارند. در هر دو مورد، ممکن است در اطراف نقطه یک حلقه باشد.

 

اندازه گیری سرعت با استفاده از لیزر

روش پلیس برای اندازه گیری سرعت اتومبیل ها بر اساس یک سیگنال لیزری است که به سوی هدف فرستاده می شود. این پرتو پس از برخورد با هدف بازگشته و با نوری که هنوز با اتومبیل برخود نکرده، ترکیب می شود.

حاصل این ترکیب یک نوسان است که هرچقدر هدف سریعتر حرکت کند، فرکانس بالاتری پیدا می کند یا زیرتر می شود. سرعت باید مستقیماً از مقابل یا از پشت سر اندازه گیری شود اگر جهت اندازه گیری زاویه دار باشد سرعت اندازه گیری شده از مقدار واقعی سرعت کمتر خواهد بود.این بدان معنی است که امکان اندازه گیری ارقام اشتباه خیلی بزرگ وجود ندارد. موفقیت این نوع اندازه گیری بستگی به این دارد که اتومبیل بخش یا قسمت مناسبی برای بازتاب داشته باشد. پلاک اتومبیل برای این منظور بسیار مناسب است چون ممکن است از گونه های مختلف اشیاء بازتاب دهنده ساخته شده باشد. سطوح کدر نیز قابل قبولند اما بیشینه مسافت را کاهش می دهند.

 مسافت پیمای لیزری

امروزه عمده ترین کاربران مسافت پیمای لیزری، نقشه برداران و ساختمان سازها هستند.اما صنعت اتومبیل سازی نیز به این مهم دست یافته است. استفاده نه چندان چشم گیر این وسیله در چیزی به نام کمک پارک دیده می شود که به راننده کمک می کند تا هنگام پارک کردن فاصله ی خود را با اتومبیل پشت سرش تخمین بزند.

در کاربردهای جدیدتر، فاصله ی اتومبیل جلویی نیز به هنگام رانندگی در بزرگراه ها یا جاده ها برای راننده معلوم خواهد شد. شما می توانید به منظور حفظ فاصله خود با اتومبیل جلویی دستگاه را در یک مسافت معین قفل کنید. این کار رانندگی را بهتر و سریع تر خواهد کرد.این نوع لیزر در بیشتر روبات هایی که دید مکانیکی دارند، یافت می شود.

 

 

کابل نوری بلندگوها

امروزه همه ی تقو یت کننده ها ( آمپلی فایرها ) یک کابل نوری جهت انتقال به بلندگو دارند. مزیت این روش آن است که سیستم نسبت به تداخل میدان های ا لکترومغناطیسی حساس نیست. این تداخل ممکن است به علت وجود قطعات الکتریکی یا فرستنده های رادیویی نظیر تلفن های همراه رخ دهند. منبع نوری که به عنوان فرستنده استفاده می شود یک لیزر نیمه رسانای کوچک است.

 جهت جستجو سریع موضوع مقاله ، پرسشنامه ، پاورپوینت و گزارش کارآموزی می توانید از قسمت بالا سمت راست جستجو پیشرفته اقدام نمایید.

همچنین جهت سفارش تایپ ، تبدیل فایل پی دی اف (Pdf) به ورد (Word) ، ساخت پاورپوینت ، ویرایش پایان نامه و مقاله با ما در تماس باشید.