مقاله کامل در مورد كاربرد هاي ليزر

كاربرد هاي ليزر
مقدمه
امروزه ليزر كاربردهاي بيشماري دارد كه همه زمينه هاي مختلف علمي و فني فيزيك-شيمي-زيست شناسي – الكترونيك و پزشكي را شامل مي شود. همه اين كاربردها نتيجه مستقيم همان ويژگي هاي خاص نور ليزر است.

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.اولين ليزر جهان توسط تئودور مايمن اختراع گرديد و از ياقوت در ان استفاده شده بود. در سال 1962 پروفسورعلی جوان اولين ليزر گازی را به جهانيان معرفی نمود و بعدها نوع سوم وچهارم ليزرها که ليزرهای مايع و نيمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال 1967 فرانسويان توسط اشعه ليزر ايستگاههای زمينی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقيب کردند, بدين ترتيب ليزر بسيار کار بردی به نظر آمد.نوری که توسط ليزر گسيل می گردد در يک سو و بسيار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالايی نيز دارد بطوريکه در الماس فرو ميرود . امروزه استفاده از ليزر در صنعت بعنوان جوش اورنده فلزات و بعنوان چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسيار متداول است.
ليزرها سه قسمت اصلی دارند:
۱-پمپ انرژی يا چشمه انرژی: که ممکن است اين پمپ اپتيکی يا شيميايی و ياحتی يک ليزر ديگر باشد
۲- ماده پايه وزفعال که نام گذاری ليزر بواسطه ماده فعال صورت ميگيرد ۳- مشدد کننده اپتيکی : شامل دو اينه بازتابنده کلی و جزئی می باشد
طرز کار يک ليزر ياقوتی:
پمپ انرژی در اين ليزر از نوع اپتيکی ميباشد ويک لامپ مارپيچی تخليه است(flash tube) که بدور کريستال ياقوت مدادی شکلی پيچيده شده(ruby) کريستال ياقوت ناخالص است و ماده فعال ان اکسيد برم و ماده پايه ان اکسيد الومينم است.
بعد از فعال شدن اين پمپ انرژی کريستال يا قوت نور باران می شودو بعضی از اتمها رادر اثرجذب القايی-stimulated absorption برانگيخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد.

پديده جذب القايی: اتم برانگيخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگيخته بيشتر از اتمهای با انرژی کم ميشود به اصطلاح وارونی جمعيت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگيخته توان نگهداری انرژی زيادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر ميگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون ازاد می کنند که به اين فرايند گسيل خودبخودی گفته می شود ولی از انجايی که پمپ اپتيکی
مرتب به اتمها فوتون می تاباند پديده ديگري زودتر اتفاق می افتد که به ان گسيل القايی-stimulated emission گفته می شود .وقتی يک فوتون به اتم برانگيخته بتابد ان را تحريک کرده و زودتر به حالت پايه خود بر می گرداند.
گسيل القايی: اتم+دو فوتون = اتم برانگيخته+ فوتون
اين فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگيخته ميکنند و واکنش زنجير وار تکرار می شود. بخشی از نور ها درون کريستال به حرکت در می ايند که توسط مشددهای اپتيکی درون کريستال برگرداننده می شوند واين نورها در همان راستای نور اوليه هستد بتدرج با افزايش شدت نور لحظه ای می رسد که نور ليزر از جفتگر خروجی با روشنايی زياد بطور مستقيم خارج می شود .
ليزر CO2  ليزرهاي گازي نوع خاصي از ليزر است كه در آن گازي داخل يك لوله ي شفاف مثل لامپ مهتابي مي رود. عبور جريان از اين لوله باعث رفت و آمد ِ فوتون مي شود. اولين نوع ِ اين ليزرها هليم نئون بود. يعني همين ليزرهاي خانگي و مدارس. اين ليزر ِ ايمن توسط يك ايراني در مؤسسه ي بل به نام دكتر علي جوان اختراع شد. نوع ديگر ليزر ليزر CO2 است. البته در محفظه ي آن هليوم و مقداري نيتروژن هم هست. كاز نيتروژن انرژي ِ الكترودها را ذخيره مي كند. پس از برخورد مولكولهاي نيتروژن به مولكول CO2 اين انرژي انتقال مي يابد. مولكولهاي CO2 برانگيخته مي شوند. گاز هليوم به انتقال ِ انرژي كمك مي كند. همچنين كمك مي كند تا مولكولهاي دي اكسيد كربن زودتر به ترازهاي انرژي عادي يا حالت عادي خود برگردند. اين ليزرها بازده خوبي دارند.

نمايي از ليزر گازي دکتر علي جوان (مجله “Smithsonian” آوريل 1971)
تاثير ليزرکم توان بر روي سلولهاي عصبي
در مطالعه اي که با استفاده از اشعه ليزر هليوم- نئون 632.8 نانومتر براي تعيين اثر نور ليزر برروي سلولهاي مغز جنين موش و سلولهاي مغز موش بالغ انجام شد مشخص گرديد که نور مستقيم ليزر هليوم- نئون به ميزان 3.6 ژول بر سانتي متر مربع سبب تسريع در پروسه هاي سلولي رشد و نمو گرد يد که در نمونه کنترل نور ليزر نديده فقط مقدار کمي رشد ديده ميشد. اين مشاهده پيشنهاد ميکند که اشعه ليزر کم توان را ميتوان در موضعي که بطور آزمايشي باعث آسيب عصب محيطي در آن شده ايم بکار برده و باعث تسريع پروسه هاي رشد در آن شويم و در نتيجه آن باعث تسريع در ترميم جراحت عصب شويم.مکانيزم ليزر کم توان در بافت عصبي بطور کامل فهميده نشده است ولي بعضي آزمايشات بطور ضمني اثرات فتوشيميايي نور ليزر را در سيستمهاي بيولوژيک توضيح ميدهد. سيتوکرومها تاثير پذيرفته وباعث تحريک فعاليت Redox در زنجيره تنفس سلولي ميگردد ودر نتيجه سبب افزايش در توليدادنوزين تري فسفات شده که بنوبه خود باعث فعاليت Na,k-ATPase و ديگر حامل هاي يوني ميشود که در نها يت باعث افزا يش فعاليت سلولي ميگردد.
مطالعه بر روي حيوا ن- تاثير ليزر درماني بر آسيب شديد اعصاب محيطي
روش اشعه دادن براي درمان آسيبهاي سيستم اعصاب محيطي و مرکزي در سال1978 توسط روکيند ابداع وسپس طي سالهاي بعدي تغييراتي نمود. مدل مورد استفاده در اين کار عصب سيا
تيک موش بود. سپس تشعشع ليزر کم توان جهت جراحت شديد اعصاب محيطي چه بطور مستقيم و چه بصورت روي پوستي بکار رفت. اثر اين دو نوع ليزر درماني در کوتاه مدت اندازه گيري شد يعني هم پس از چند دقيقه و هم پس از طولاني مدت(روز ها و ماهها) .
در نمونه كوتاه مدت : از طريق زخم باز به عصب جراحت ديده تشعشع مستقيم صورت گرفت و پتانسيل عمل اندازه گيري شد. طول موجها و قدرتهاي مختلفي بكار برده شد و مشخص گرديد كه طول موجهاي 540 ، 632.8 و780 نانومتر بيشترين اثر را دارند . (P=0.01)
در نمونه طولاني مدت : مشخص شد همانطور كه انتظار مي رفت فعاليت الكتروفيزيولوژيك در نمونه آسيب ديده اي كه اشعه نديده بود كاهش داشت . اما استفاده از ليزر كم توان از كاهش فعاليت الكتروفيزيولوژيك جلو گيري كرد ويا پيشرفت آن را كند نمود. (P=0.001) اين خاصيت هم بلافاصله بعد ازآسيب و هم در طولاني مدت بروز كرد. اين تحقيق نشان داد كه وقتي درمان با ليزر كم توان براي هر دو قسمت عصب محيطي آسيب ديده و بخش نخاعي آن انجام شود در مقايسه با كاربرد ليزردر محل ضايعه به تنهايي مدت زمان بهبودي و كيفيت ترميم عصب سياتيك اسيب ديده بهتر ميشود .مطالعات بافت شناسي نيز يافته هاي الكتروفيزيولوژيك را تاييد مي كنند بدين صورت كه ليزر كم توان باعث كاهش ويا جلوگيري از پيدايش بافت اسكار در محلهاي آسيب ديده مي شود. تشعشع ليزر باعث افزايش جوانه زدن(Sprouting) اكسونها در عصب آسيب ديده سياتيك شده و باعث تسريع در بهبودي اعصاب محيطي آسيب ديده مي شود . بعلاوه اثر سودمند تشعشع ليزر كم توان نه تنها در عصب درمان شده با ليزر ديده ميشود بلكه در سگمنت مطابق آن در نخاع نيز بروز ميكند . درمان با ليزر كم توان بطور چشمگيري باعث كاهش تغييرات دژنراتيو در محل عصب درنخاع شده و افزايش تكثير نوروگليا هم از نوع استروسيتها و هم از نوع اليگودندروسيتها را بدنبال دارد. اين مطلب نشاندهنده اين است كه متابوليسم نرونها بالاتر رفته و توانايي توليد ميلين بواسطه درمان ليزري بهتر ميشود . همچنين تشعشع ليزر كم توان باعث ايجاد اثرات سيستميك در اعصاب محيطي بشدت آسيب ديده و مطابق آن در نخاع ميشود .
مطالعه تصادفي دو سويه كور ميزان ترميم عصب سياتيك موش بعد از بخيه كردن و ليزر درماني بعد از عمل بتازگي اثر درماني تشعشع ليزر كم توان برروي ترميم اعصاب محيطي پس از
قطع كامل و آناستوموز مستقيم ان در عصب سياتيك موش بررسي شده است . ليزر با طول موج 780 نانومتر ترانس كوتانئوس روزي 30 دقيقه براي 21 روز پي درپي برروي محل اسيب عصب سياتيك و مطابق آن در نخاع بلافاصله بعد از بستن زخم تابانده شد . پاسخ مثبت سوماتوسنسوري در 55% موشهاي اشعه ديده ودر 11% موشها اشعه نديده مشاهده شد . رنگ آميزي ايمنوهيستوكميكال در گروه درمان شده با ليزررشد بيشتر آكسون و كيفيت بهتر پروسه ترميم بدليل افزايش تعداد اكسونهاي با قطر متوسط و قطر زياد را نشان داد .
مطالعه باليني پيلوت در گروه بيماران بستري شده در بخش جراحي مغز و اعصاب مركز پزشكي سوراسكي و در افرادي كه از جراحت شديد اعصاب محيطي و براكيال پلكسوس براي مدت بيش از دو سال رنج مي بردند .- هركدام از 59 بيمار با ليزر CW 780 nm براي 5ساعت درروز بمدت 21 روز پياپي با استفاده از سيستم ليزري بخصوصي كه مخصوص روش خودمان طراحي شده بود، درمان شدند . ملاك درمان با ليزر دراين افراد بقرار زير بود:
بيماراني كه از اختلالات جزيي حركتي و حسي در رنج بودند و جراحي مثمر ثمر نبود . 56% بيماران درمان شده با ليزر نتايج خوب و عالي در اعمال موتور نشان دادند .
مطالعه اتفاقي دوسويه كور گروه كنترل و پلاسبو درخصوص تاثير ليزر كم توان در درمان جراحت اعصاب محيطي : اين مطالعه در افرادي كه آسيب ناقص اعصاب محيطي در شبكه براكيال از 6 ماه تا چند سال قبل داشته اند انجام شد . پروتكل اين درمان با مجوز كميته هلسينكي دانشگاه سوراسكي و وزارت بهداشت و باهمكاري بخش توانبخشي انجام شد . اين مطالعه بهبودي فانكشنال اين بيماران را پس از درمان باليزر كم توان و يا پلاسبو مورد بررسي قرارداد . بهبودي اين بيماران با مقايسه اشكال موجود قبل و بعد از جراحي طبقه بندي شد . درجه بندي پس از ليزر درماني ياپس از پلاسبو با مقايسه تغيير در قدرت پس از درمان و قبل از درمان انجام شد . تقريبا در همه موارد سطح عمل موتور قبل از درمان حداقل تا خيلي ضعيف بود. از نظر آماري در گروه درمان شده با ليزر درمقايسه با گروه پلاسبو بهبودي قابل ملاحظه اي در فعاليت موتوري ديده شد (P=0.0001) . يافته هاي الكتروفيزيولوژيك از لحاظ اماري نشاندهنده بهبودي قابل ملاحظه در گروه درمان شده باليزر بود . تجربيات 25 ساله ما نشان داد كه ليزردرماني روشي ارزان و
غيرتهاجمي بوده و به عنوان درمان اضافي و استاندارد براي بهبودي كاركرد در بيماران داراري آسيبهاي اعصاب محيطي و شبكه براكيال محسوب ميشود . بر اساس تجربيات باليني ما مزيت اصلي ليزردرماني تقويت و شتاب گرفتن بهبودي در بافت عصبي آسيب ديده ميباشد . نتايج درماني نشان ميدهد كه بهبودي پيشرونده در كاركرد عصب باعث بهبودي قابل توجه ميگردد.
كاربرد ليزر در فيزيك و شيمي
اختراع ليزر و تكامل آن وابسته به معلومات پايه اي است كه در درجه اول از رشته فيزيك و بعد از شيمي گرفته شده اند. بنابراين طبيعي است كه استفاده از ليزر در فيزيك و شيمي از اولين كاربردهاي ليزر باشند
رشته ديگري كه در آن ليزر نه تنها امكانات موجود را افزايش داده بلكه مفاهيم كاملا جديدي را عرضه كرده است طيف نمايي است. اكنون با بعضي از ليزرها مي توان پهناي خط نوساني را تا چند ده كيلوهرتز باريك كرد ( هم در ناحيه مرئي و هم در ناحيه فروسرخ ) و با اين كار اندازه گيري هاي مربوط به طيف نمايي با توان تفكيك چند مرتبه بزرگي ( 3 تا 6) بالاتر از روش هاي معمولي طيف نمايي امكان پذير مي شوند. ليزر همچنين باعث ابداع رشته جديد طيف نمايي غير خطي شد كه در آن تفكيك طيف نمايي خيلي بالاتر از حدي است كه معمولا با اثرهاي پهن شدگي دوپلر اعمال مي شود. اين عمل منجر به بررسيهاي دقيقتري از خصوصيات ماده شده است.
در زمينه شيمي از ليزر هم براي تشخيص و هم براي ايجاد تغييرات شيميايي برگشت ناپذير استفاده شده است. ( فوتو شيمي ليزري) به ويژه در فون تشخيص بايد از روش هاي (پراكندگي تشديدي رامان ) و ( پراكندگي پاد استوكس همدوس رامان ) (CARS) نام ببريم. به وسيله اين روشها مي توان اطلاعات قابل ملاحظه اي درباره خصوصيات مولكولهاي چند اتمي به دست آورد ( يعني فركانس ارتعاشي فعال رامن – ثابتهاي چرخشي و ناهماهنگ بودن فركانس). روش CARS همچنين براي اندازه گيري غلظت و دماي يك نمونه مولكولي در يك ناحيه محدود از فضا به كار مي رود. از اين توانايي براي بررسي جزئيات فرايند احتراق شعله و پلاسما ( تخليه الكتريكي) بهره برداري شده است.

فایل : 25 صفحه

فرمت : Word