رسوخ هیجان انگیز لیزر به دنیای علم

لیزر نوعی از نور است، درخشان تر و شدیدتر از هر نوری كه در طبیعت می توان یافت. نور لیزر را می توان چنان قوی تولید كرد كه تمام مواد روی زمین را در كسری از ثانیه به حالت بخار درآورد و نابود كند.
این نور می تواند سخت ترین و نفوذناپذیرترین فلزات را سوراخ كرده و به راحتی در الماس فرورفته و آن را نیز سوراخ كرده و از آن بگذرد.می توان باریكه های كم قدرت وفوق العاده دقیق از لیزر را برای انجام كارهای بسیار ظریف و دقیق مانند جراحی برروی چشم و دندان مورداستفاده قرارداد و یا نور لیزر را تحت كنترل دقیق درآورد و به صورت باریكه های مدادی با نام موج پیوسته و یا انفجارهای سریعی با نام پالس تغییرداد.
اگرچه اصول بنیادی لیزر از ۴۰ سال پیش درمحافل علمی بر سر زبان ها افتاده است، اما در قرن بیستم با نمایش نخستین لیزر دریچه ای به سوی یكی از هیجان انگیزترین و پردامنه ترین و پركاربردترین پیشرفت های تكنولوژی گشوده شد. ظرف چند سال پس از نمایش نخستین لیزر، انواع گوناگونی از لیزرها به صورت ابزارهای علمی به كار گرفته شد. لیزر در تكنولوژی جدید پدیدآمد و تأثیر آن بر زندگی ما در آینده ادامه خواهدداشت.
لیزر نوعی نور برانگیخته و پرانرژی است كه در شرایط عادی در طبیعت دیده نمی شود، اما با تكنولوژی و وسایل خاص می توان آن را ایجاد كرد. لیزر با نور معمولی تفاوت هایی دارد كه این ویژگی ها موجب توانایی ها و كاربردهای خاص لیزر می شود.
نور معمولی مركب از چندین انرژی نورانی مرئی و نامرئی است كه شامل اشعه ماورای بنفش با كمترین طول موج تا اشعه مادون قرمز با بیشترین طول موج است، اما لیزر تنها از یك نوع انرژی نورانی با طول موجی مشخص ساخته شده است.
لذا به آن نور تك رنگ هم گفته می شود. تفاوت دیگر لیزر با نور معمولی انرژی آن است كه گاهی حتی چندین هزار برابر نورمعمولی حامل انرژی است و ویژگی بعدی لیزر دقت زیاد و پائین بودن خاصیت انتشار نور لیزر است، به گونه ای كه در دستگاه های دقیق كه نور لیزر تابانده می شود در فاصله چندصدمتری، مسیر مستقیم خود را كاملاً حفظ كرده و شعاع دایره محل تابش در منبع نور مساوی با شعاع تابش در چندصدمتری منبع است.
● تاریخچه
لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation است و به معنای تقویت نور به وسیله تشعشع تحریك شده است. نخستین لیزر جهان به وسیله تئودورمایمن اختراع شد كه از یاقوت در تولید آن استفاده شده بود. در سال ۱۹۶۲ پروفسور علی جوان نخستین لیزر گازی را به جهان علم معرفی كرد. بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها كه لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند نیز تولید شد. در سال ۱۹۶۷ فرانسویان به وسیله اشعه لیزر ایستگاه های زمینی خود در فضا را تعقیب كردند و بدین ترتیب نخستین جرقه های كاربردی كردن اشعه لیزر زده شد.
● ساختار لیزر
یك تیم لیزری از سه بخش اصلی تشكیل می شود:
۱) پمپ انرژی یا چشمه انرژی: این پمپ اپتیكی، شیمیایی و یا لیزری است.
۲) ماده اصلی و فعال: اساس نامگذاری انواع لیزرها براساس این ماده است.
۳) تشدیدكننده اپتیكی: از دو آینه بازتابنده كلی و جزئی تشكیل یافته است.
پمپ انرژی (چشمه انرژی) قسمتی از سیستم لیزری است كه انرژی لازم را برای سیستم لیزری فراهم می كند و بستر تشدید كننده عامل اصلی تعیین كننده موج در هنگام استفاده از خصوصیات لیزر است. این بستر به وسیله یك نوع پمپ انرژی تحریك شده است تا فراوانی معكوس تولید كرده و بستر تشدیدكننده بتواند انتشار خودبه خود و تحریك شده ای از فوتون ها را ایجاد كند كه درنهایت سبب تشدید نوری و یا ارتقای نوری می شود.
● انواع لیزر
لیزرها را براساس مواد لیزر به كارگرفته شده در آن ها به چند دسته تقسیم بندی می كنند كه شامل دسته های زیر است:
۱) لیزرهای جامد
۲) لیزرهای گازی
۳) لیزرهای مایع (رزینه)
۴) لیزرهای الكترون آزاد
۵) لیزرهای نیمه رسانا
اما براساس نوع خروجی لیزرها می توان آن ها را به دو دسته تقسیم كرد:
۱) لیزرهای تپی
۲) لیزرهای پیوسته كار
دسته بندی دیگر كه از لیزرها به عمل می آید براساس طول موج و حداكثر توان و خروجی آن ها است، كه در دسته بندی زیر قرار می گیرند.
۱) لیزرهای بی خطر: این گروه از لیزرها كاملاً امن بوده و هیچ گونه آسیبی به چشم نمی رسانند، به دلیل توان خروجی محدود آن ها است مانند انواعی كه در دستگاه هایی CD-ROM مورد استفاده قرارمی گیرند.
۲) لیزرهای كم خطر: توان خروجی این گروه از لیزرها در حدود mw ۱است و تاحدودی بی خطر هستند.
۳) لیزرهای خطرناك: لیزرهای این گروه به دلیل به كار گرفته شدن در ابزاری كه ممكن است باریكه خود را تغییر دهد خطرناك است، توان خروجی این دسته از لیزرهای mw ۵- ۱ است، این گروه از لیزرها را دسته سوم اولیه می نامند.
۴) لیزرهای خطرناك: لیزرهای این گروه زمانی خطرناك هستند كه باریكه نور لیزر به طور مستقیم به درون چشم تابیده شود، لیزرهای این گروه دارای توان خروجی mw ۵۰۰-۵ هستند. این گروه از لیزرها را دسته سوم ثانویه می نامند.
۵) لیزرهای بسیارخطرناك: لیزرهای این دسته بسیارخطرناك هستند. حتی اگر انعكاس حاصل از نور لیزر به چشم تابیده شود خطرآفرین خواهدبود. شدت نور خروجی این گروه از لیزرها چندین برابر شدت نور خورشید است، اما به دلیل تمركز نور بر نقطه بسیار كوچكی خطرآفرین است، توان خروجی این دسته از لیزرها mw ۵۰۰ و یا بیشتر است.
● خواص نور
همه نورها دارای خواص مشتركی هستند كه از آن جمله می توان به نورهای تك رنگ اشاره كرد كه آن ها نیز دارای همین خواص هستند.
۱) نور در خلأ دارای سرعت ثابت ۳۰۰‎/۰۰۰ كیلومتر در ثانیه است كه این سرعت بالاترین سرعت موجود است.
۲) نورهای مختلف دارای طول موج های متفاوت و شدت نور متفاوت هستند.
۳) سرعت نور در محیط های شفاف مختلف تغییر می كند.
● كاربرد لیزر بیماری های پوستی
كاربرد لیزر در بیماری های پوستی را می توان به شكل زیر دسته بندی كرد:
۱) درمان ضایعات و خال های عروقی.
۲) درمان انواع ضایعات رنگی و رنگدانه ای پوست كه شامل خال های رنگی پوست و خالكوبی ها است.
۳) كاهش چین و چروك، فرورفتگی ها و جای زخم ناشی از بیماری های پوستی.
۴) درمان بیماری های پوستی مانند زگیل، كلوئید، ترك های پوستی و ترمیم زخم.
۵) برش بافت های پوستی.
● چشم پزشكی
PRK مخفف فتوریفراكتیو كراتكتومی است كه در آن با استفاده از اشعه لیزر از نوع اگزایمر از میزان نزدیك بینی بیمار می كاهند. با استفاده از این روش لایه بسیار نازكی از قرنیه چشم - در حد چند میكرون - برداشته شده و با تغییر ایجاد شده در انحنای قرنیه از میزان عیب انكساری چشم كاسته می شود.
اساس این روش به اوایل سال ۱۹۸۰ بازمی گردد كه دانشمندان شركت IBM برای تراش قطعات رایانه ای از لیزر استفاده كردند. اما آن زمان دكتر Sriniva six به توانایی لیزر در تداخل با بافت های زنده پی برد و سپس دكتر Trokel نخستین عمل PRK را در سال ۱۹۸۷ با استفاده از اشعه لیزر اگزایمر انجام داد.
● زیست شناسی
از لیزر برای ایجاد تغییر برگشت ناپذیردر مولكولهای زنده و یا اجزای تشكیل دهنده سلول استفاده می شود، در این روش نور لیزر به وسیله یك عدسی شیئی میكروسكوپ در ناحیه ای از سلول با قطری در حدود چندین هزارم میلی متر كانونی می شود و سپس رفتار سلول پس از آسیب مورد بررسی قرارمی گیرد.
● دندانپزشكی
لیزر در دندانپزشكی می تواند بر طرف كننده بسیاری از مشكلات دندانپزشكی امروزی باشد. اشعه لیزر می تواند جایگزین مناسبی برای وسایل چرخشی دندانپزشكی باشد. همچنین قابل استفاده در انواع جراحی های دندانپزشكی و نیز در جرم گیری و سفید كردن دندان ها است و تنها نیاز آن استفاده از عینك های محافظ برای حفاظت از چشمان در برابر اشعه های لیزر است.در این روش هیچ گونه نیازی به برقراری تماس فیزیكی با سطح دندان نیست، در جراحی دندانپزشكی استفاده از سیستم لیزر نتایج بسیار مطلوب و مناسب را به وجود آورده است و به علاوه دارای مزایای فراوانی است.
۱) بدون نیاز به بی حسی عمیق و زیاد.
۲) كمترین میزان خونریزی و تورم.
۳) به حداقل رسیدن دردهای پس از عمل.
۴) روش سریع با كارآیی بسیار بالا.
۵) در عمل های ترمیمی بازه زمانی كوتاهی پس از عمل صرف ترمیم می شود.
● زیبایی
لیزر علاوه بر استفاده در عمل های جراحی در عمل های زیبایی و نیز از میان بردن موهای زائد بدن استفاده می شود. در ۲ سال گذشته بیش از ۱۰ نوع سیستم لیزری مختلف برای این كار طراحی و ساخته شده است كه اصول كار همه آنها بر پایه حرارت دادن رنگدانه ملانین در سلول فولیكول مو است.این حرارت به اندازه ای است كه سازوكار رشد مو را غیر فعال می كند، اشعه لیزر تنها به وسیله رنگدانه موجود در فولیكول جذب شده و سلول های اطراف آن هیچ صدمه ای نخواهند دید به علاوه لیزر سریع تر عمل كرده و در مقایسه با روش های دیگر راه حل دائمی تری به نظر می رسد.
● عكاسی
در این روش - روش تمام نگاری- عكسبرداری سه بعدی از یك جسم و یا یك صحنه امكان پذیر است. این روش در سال ۱۹۴۸ به وسیله گابور ابداع شد، روش تمام نگاری به این صورت است كه باریكه لیزر به وسیله آینه كه بخشی از نور را عبور می دهد به دو بخش باز تابیده و عبوری تقسیم می شود، بخش بازتابیده مستقیم به صفحه حساس به نور برخورد كرده در حالی كه بخش عبوری جسمی را كه باید تمام نگاری شود روشن می كند، به این ترتیب قسمتی از نوری كه از جسم پراكنده شده هم روی فیلم می افتد و یك نقش تداخلی از تركیب دوباریكه نور روی صفحه تشكیل می شود، پس از ظهور فیلم و بزرگنمایی می توان این بخش های تداخلی را مشاهده كرد.
● كنترل ابزار
یكی از رایج ترین استفاده های صنعتی لیزر هم محور كردن است، برای این كه یك خط مرجع مستقیم برای هم محور كردن ماشین آلات در صنایع هوایی و یا صنایع سازه ای داشته باشیم، استفاده از جهت مندی لیزر بسیار سودمند است.لیزر به خوبی جای وسایل نوری مانند كلیماتور و تلسكوپ را گرفته است.
از لیزر برای اندازه گیری مسافت هم استفاده می شود، در این روش برای مسافت های كوتاه تا ۵۰ متر از روش های تداخل سنجی كه در آن ها از یك لیزر هلیم - نئون پایدار شده استفاده شده است بهره می گیرند، برای مسافت های متوسط تا حدود ۱ كیلومتر از روش های تله متری و برای مسافت های طولانی می توان زمان دوراه بودن طیف نوری را كه از منبع لیزر فرستاده شده است و از حجم بازتابانیده شده اندازه گیری كرد.
● الكترونیك
استفاده از لیزر در دیسك های ویدیویی و صوتی در سال های اخیر بسیار رواج پیدا كرده است.
سازندگان دیسك ویدیویی اطلاعات را با استفاده از یك سابنده روی نوار ضبط می كنند كه این اطلاعات توسط لیزر باز خوانی می شود، یك روش رایج ایجاد برش های شیاری با طول ها و فاصله های مختلف است كه عمق این شیارها یك چهارم طول موج لیزری است.همچنین در خواندن و نوشتن اطلاعات در حافظه نوری رایانه ها از اشعه لیزر استفاده می شود.روش ضبط عبارت است از ایجاد سوراخ های كوچكی در یك ماده مات با نوعی تغییر خصوصیت عبور و بازتاب ماده زیر لایه كه با استفاده از لیزرهای با توان كافی به وجود می آید.
● ارتباطات
استفاده از اشعه لیزر برای ارتباط در جو به دلیل امكان دسترسی به پهنای نوار نوسانی بزرگ و نیز داشتن طول موج كوتاه تابش نقش به سزایی دارد كه این ارتباطات در بخش های زیر قابل دسته بندی است.
۱) ارتباطات فضایی میان دو ماهواره و میان یك ماهواره و یك ایستگاه زمینی كه در شرایط جوی مطلوبی قرار دارد.
۲) ارتباطات میان دو نقطه در یك مسافت كوتاه كه برای نیل به این منظور از لیزرهای نیم رسانا استفاده می شود.
۳) ارتباطات نوری مبتنی بر انتقال اطلاعات از طریق تارهای نوری.
● طیف نمایی
در این رشته با ظهور اشعه لیزر مفاهیم كاملاً جدیدی نیز به وجود آمد. با استفاده از طیف نمایی می توان با بعضی از اشعه های لیزر پهنای خط نوسانی را تا چند ده كیلو هرتز باریك كرد و با این روش امكان اندازه گیری های مربوط به طیف نمایی باتوان چندین مرتبه بزرگنمایی فراهم می شود.
● شیمی
در رشته شیمی از اشعه لیزر برای تشخیص و نیز برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده می شود.به وسیله این روش ها می توان اطلاعات قابل ملاحظه ای درباره خصوصیات مولكول های چند اتمی به دست آورد، همچنین با استفاده از این روش ها می توان برای اندازه گیری غلظت و دمای یك نمونه مولكولی در یك ناحیه محدود از فضا بهره گرفت.

وحید نقشینه

منبع : روزنامه ایران