دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لیزر.... از اعجاز آمیزترین موهبتهای طبیعت است که برای مصارف گوناگون سودمند است. و یکی از پدیده های شگرف قرن بیستم کشف و توسعه لیزر (laser) است. قرن بیستم را شاید بتوان به جای قرن اتم و یا قرن ماشین, «قرن لیزر» هم نامید. این اختراع شگرف و پردامنه فیزیکی روز به روز توسعه بیشتری می یابد و کاربردهای آن در زمینه های مختلف بسیار متعدد است. در حوزه پزشکی نیز در حال حاضر لیزرها در درمان انواع مختلفی از بیماریها شرکت داده می شوند. اگرچه لیزرهای بالینی جدید و کاربردهای آنها احتمالاً در حال گذران دوران نوباوگی پزشکی لیزری هستند ولی در آینده نه چندان دور لیزرهای دیگری پدید خواهند آمد که جایگاه خود را در بیمارستانها و مراکز پزشکی خواهند یافت بنابراین تحقیق علمی آینده به اندازه کاربردهای بالینی حاصل از آن, زیربنایی خواهند بود.
به علت تنوع سیستم های لیزر موجود و تعداد پارامترهای فیزیکی آنها و همینطور علاقه چندین گروه تحقیقاتی در واقع انواع مختلف لیزر بصورت ابزار بی رقیبی در پزشکی مدرن درآمده اند و اگرچه کاربردهای بالینی در ابتدا محدود به چشم پزشکی بوده اند، ولی امروزه قابل ملاحظه ترین و جاافتاده ترین جراحی لیزری در خصوص انعقاد خونریزی عروق با استفاده از لیزر یون آرگون Ar+ است. لذا تقریباً تمام شاخه های جراحی پزشکی معطوف به این قضیه شده اند. البته نباید این گفته را به عنوان انتقاد برشمرد ولی اشکالات زیادی در برخی از موارد ایجاد شده است، بخصوص در زمینه تحریک زیستی biostimulation. لذا به نظر این بنده حقیر لازمست برای کسب پیروزیهای جدید، محققان عزم خود را در سایر زمینه ها پژوهش پزشکی لیزر و تکنیک های فنی و حرفه ای مربوط به آنها نیز مجدانه جذب کنند و در پی وسعت دادن ابعادی به این امر مهم باشند. البته در کل، بسیاری از تکنیکهای لیزری واقعاً مفید، که از لحاظ بالینی محقق شده اند، به کمک انواع دانشمندان قرن حاضر توسعه یافته اند. این روشهای معالجه توسط محققان دیگر تأیید شده و در مجلات علمی معتبر به نحوه مناسب به نوشتار درآمده است. حتی اخیراً در رابطه با کاربردهای اولیه لیزر که اساساً بر نتایج درمانی متمرکز شده بودند, چندین روش جالب تشخیصی نیز اضافه شده است. برای نمونه می توان تشخیص تومورها توسط رنگهای فلورسانس و یا تشخیص پوسیدگی دندان بوسیله تحلیل طیف سنجی بارقه پلاسمایی حاصل از لیزر را نام برد.
همانطور که میدانیم در اواخر دهه 1960 لیزر در زمینه های پزشکی بکار رفت. امروزه تعداد بسیاری از روش های کاربرد لیزر در سراسر جهان بکارگرفته می شود. بیشتر این روشها متعلق به خانواده جراحی با کمترین تهاجم (MIS) minimally invasive surgery می باشند. این اصطلاح جدید که در دهه حاضر پدید آمده است به تکنیک های جراحی ای اطلاق می شود که در آنها تماس با بدن و خونریزی صورت نمی گیرد. لذا این دو مشخصه بطور عمده باعث شده اند که لیزر به عنوان یک تیغ جراحی و وسیله درمان جهانی بکار گرفته شود. در واقع بسیاری از بیماران و همچنین جراحان بر این باورند که لیزر وسیله ای اعجاب انگیز است. البته این شیوه تفکر منجر به نگرشهای گمراه کننده و توقع های نابجا نیز شده است. در حقیقت قضاوت دقیق در مورد پیشرفتهای جدید همیشه لازم است. مثلاً وقتی که یک روش درمان توسعه لیزر معرفی می شود, تا هنگام تأیید شدن آن توسط مطالعات مستقل دیگر، نباید مورد قبول واقع شود. اثرات ناشی از لیزر همانطور که می دانیم بسیار متعدداند. بیشتر آنها را می توان بطور علمی توضیح داد. البته برخی اثرات که برای یک درمان ویژه مفید هستند, برای موارد دیگر ممکن است خطرناک باشند بعنوان مثال گرم کردن یک بافت سرطانی توسط پرتوی لیزر می تواند منجر به اثر مطلوب نکروز (تخریب) تومور شود. و بالعکس بکار بردن پرتوی لیزری برای قطع خونریزی شبکیه چشم با پارامترهای فوق، می تواند منجر به سوختن خود شبکیه و نابینایی غیرقابل برگشت شود. به هرحال با توجه به تسهیلاتی که پدیده لیزر در امر تشخیص و درمان در علم پزشکی فراهم نموده, آینده روشن تری را می توان برای نسل بشر پیش بینی کرد.
تاریخچه لیزر:
اساس لیزر در سال 1960 با ساختن لیزر یاقوت توسط مایمن (Maimen) شناخته شد. این اکتشاف ابتدا به ساکن اتفاقی نبوده, بلکه خود دنباله ای از مجموعه جریانات و تحولات علم فیزیک به شمار می آید و محصول پژوهش های پیگیر دانشمندانی که سالهای متمادی دورتر از آن, در این زمینه کندوکاو می کردند, محسوب می شود. دانشمندانی از قبیل «وبر»، «تاونز»، «انیشتن»، «باسوف»، «پروخوف»، «میمن» و سایرین بر مبنای این نظریه بود که در سال 1954 تاونز و شاگردانش اولین تقویت کننده نور را بوسیله نشر تابش برانگیخته در دانشگاه کلمبیا ساختند.
Microwave Amplification by stimulated Emission of Radiation (MASER)
اساس نظری لیزر از سال 1917 توسط آلبرت انیشتن (Einstein) شناخته و بیان شد. اما امکان تولید پرتوی لیزر بین سالهای 1957 تا 1960 تحقق یافت. بعداً در سال 1954 یک گروه از محققین در آمریکا تحت مدیریت تاونز و بر اساس تئوری انیشتن، اولین تقویت کننده نور برانگیخته را با استفاده از مولکولهای آمونیاک مورد آزمایش قرار دادند و بالاخره اولین دستگاه میرز Maser با فرکانس (حدود Hz1011× 3/2) هرتز ساخته شد. در سال 1958 شاولو (schawlow) به اتفاق تاونز ضمن یک مطالعه مشترک نظری امکان به کاربردن یک میزر با فرکانس در ناحیه اپتیکی (حدود فرکانس های نور مرئی) را تحقق بخشیدند و آنرا لیزر «Laser» نامیدند و بالاخره در سال 1960 اولین دستگاه لیزر توسط میمن (Maimen) با استفاده از کریستال یاقوت (Rubylaser) که در درمان گلوکوم استفاده شد، ساخته شد. پس از مدت کوتاهی, پروفسور علی جوان دانشمند ایرانی و همکارانش اولین لیزر گازی هیلیوم نئون, در ناحیه مادون قرمز I.R. (نزدیک μm5/1 میکرومتر) را مورد بهره برداری قرار دادند و از سال 1960 تا کنون عده بیشماری از دانشمندان و محققین جهان، با هزینه
سالیانه میلیاردها دلار, برای تحقیق روی دستگاه های مختلف لیزر و نیز کاربردهای آن کوشش کرده اند.
لیزر یک پدیده بزرگ زمان ماست. موارد کاربرد ویژه خود را دارد و اثر آن عاری از عوارض جانبی هم نیست. همیشه نمی تواند جای روش های جراحی و دارویی یا رادیوتراپی را بگیرد. با این همه اگر آنرا معجزه قرن بیستم بنامیم, گزاف نگفته ایم.
تعریف لیزر:
واژه لیزر مخفف Light Amplification by stimulatesd Emission of Radiation است و اساس کار آن در واقع نشر برانگیخته تابش و گسیل کردن نور برانگیخته که برای تقویت امواج پر فرکانس استفاده می شود. پرتو لیزر ماهیتاً همان فوتون ها یا ذرات نورانی هستند که این فوتونها بعد از گردهمایی و دسته شدن و هم راستایی، تشکیل یک دسته اشعه پیوسته و بسیار قوی را می دهند. بنابراین دستگاه لیزر مولد نور و حکم یک منبع تابش کننده را دارد و شامل یک قسمت تقویت کننده نور که بصورت گاز, مایع, جامد و یا نیمه رسانا و همینطور قسمتی دارای آینه هایی است که اینها نقش تشدید کننده اپتیکی را ایفا می کنند. این تشدید کننده را کاواک و یا حفره لیزری می نامند در واقع امواج تختی که بردار انتشارشان عمود بر سطح آینه هاست, در اثر رفت و برگشت بین در آینه, امواج ساکنی را تشکیل می دهند بنابراین یک لیزر را نوسان کننده چند مدی نیز می نامند یعنی علاوه بر مدهای طولی در یک کاواک لیزر, مدهای عرضی نیز وجود دارد که از نظر شدت پرتویی و فرکانس متغیرند. شدت پرتویی یعنی همان توزیع فضایی که در آن بهره لیزری دارای گستردگی فرکانسی است که به قسمت تقویت کننده بستگی دارد و هرچه پهنای فرکانسی بیشتر باشد
تعداد مدهای طولی که به نوسان در می آیند بیشتر خواهند بود. لیزری که تنها در یک مد طولی نوسان کند به آن لیزر تک مدی گویند که از طریق گذاشتن یک میان بند توزیع میدان الکتریکی در کاواک مشخص می شود.
هر دستگاه لیزر از (1) یک محیط فعال, (2) یک سیستم منعکس کننده (تشدید کننده های لیزری) (3) و یک سیستم دُمِش تشکیل شده است.
قبل از شرح قسمتهای مختلف یک دستگاه لیزر, لازمست مختصری در مورد فیزیک اتمی و پدیده جذب و گسیل یادآوری گردد. در مورد فیزیک لیزر هر اتم بسته به ترتیب و نظم الکترونهای آن روی مدارات آن, دارای انرژی خاصی است کمترین میزان انرژی ممکن برای یک اتم در سطح پایه Eo است که الکترون ها به هسته نزدیک هستند. در واقع میزان این انرژی وقتی تغییر می کند که یک الکترون از مدار خود به مدار مجاورش جهش کند. بنابراین, یک اتم وقتی دست خوش تغییر وضعیت انرژی می شود که یا به آن فوتون اعمال کرد و یا در اثر اصابت یک الکترون به آن, موجب تحریک شویم یعنی از آنجایی که فوتون یک ذره نورانی عاری از وزن و بار الکتریکی است وقتی این فوتون که با سرعت نور C حرکت می کند و دارای انرژیE, که به فرکانس تابش بستگی دارد, E=h که h همان ثابت پلانک است, در برخورد با اتم جذب آن شده و آن اتم را به حالت تحریک شده یعنی سطح انرژی E1 انتقال می دهد بنابراین اگر انرژی فوتون یک اشعه حادث (محرک) E باشد اختلاف انرژی دو سطح اتم برابر با آن خواهد بود یعنی E1- E= E0
بنابراین در حالت تحریک شده اتم ثباتی ندارد و خودبخود در پایان یک زمان معین به حالت اولیه خود بر می گردد یعنی از یک سطح انرژی بالاتر به یک سطح انرژی پایین بر می گردد و در طی همین گذر یک فوتون آزاد میکند و به حالت اولیه خود بر می گردد.
پس این انرژی جذب کرده از فوتون اشعه حادث را به صورت فوتون با همان فرکانس آزاد می کند این پدیده را گسیل خودبخودی Spontaneous Emission می گویند بنابراین انتشار نور زمانی صورت می گیرد که ذرات منتشر شده از یک سطح بالاتر به یک سطح پایین تر انرژی بروند چون معمولاً آنها در حالت اصلی خود Fondamental state و با انرژی حداقل بسر می برند حال برای آنکه الکترون به تراز بالاتر برود, انرژی فوتون اشعه حادث باعث این ارتقاء می شود ولی اتم تمایلی ندارد در این حالت باقی بماند پس در بازگشت خود به حالت انرژی حداقل, فوتون را آزاد می کند که این فوتونها به صورت تابشی نورانی پس داده می شوند. این عمل دریافت انرژی پس داده شده توسط اتم را جذب گویند.
می دانیم بر طبق قانون بولتزمن, مولکولها و اتمها در پایین ترین سطح الکترونی هستند و برای ایجاد یک انتشار نورانی لازمست اتم را تحریک نمود تا یک نوع وارونگی جمعیت Population Inversion به دست آید این تحریک همانطور که گفته شد توسط فوتون یک اشعه حادث با انرژی E صورت می گیرد. بنابراین در یک انتشار نورانی از یک فوتون, دو فوتون به دست می آید که هر کدام از اینها به نوبه خود با یک اتم تحریک شده دیگر برخورد خواهند کرد و در نتیجه, چهار فوتون مشابه تولید خواهند کرد و این تسلسل به میزان و تعداد اتمهای معکوس شده ادامه می یابد پس بدین طریق انرژی اولیه تقویت قابل ملاحظه ای پیدا خواهد کرد و از آنجایی که فوتونهای آزاد شده دارای فرکانس و فاز و جهت یکسان هستند, منجر به پدیده تشعشع تحریک stimulated Emission می شود که وقتی در یک کاواک یا حفره لیزری قرار گیرد, نور کاملاً یکرنگ و هدایت شده بوجود خواهد آمد.
نکته قابل توجه اینست که باید ماده ای انتخاب شود تا ضریب تقویت آن بالا باشد تا در نتیجه, با وجود تلفات انرژی, بتواند انرژی مفید قابل توجهی ایجاد کند. حال برای تفسیر کامل مطالب فوق یعنی نحوه تولید نور لیزر, ابتداً قسمتهای اصلی یک دستگاه لیزر را بررسی می کنیم:
(1) محیط فعال Active Medium: این محیط دارای ماده واسط که ماده اصلی قابل یونیزه شدن است تا بتوانند توسط تشعشع تحریکی از یک منبع نوری انرژی گرفته و اشعه نورانی تولید کند، این ماده را ماده فعال نیز می نامند. اتمهای این ماده فعال قابل تحریک و معمولاً یک یا دو کوانتوم انرژی بیشتری از اتم در حالت اصلی خود دریافت کرده اند و به حالت نیمه پایدار Meta stable state می رسند و در این حالت به مدت نسبتاً طولانی باقی می مانند تا بقیه اتم های این ماده نیز تحریک شده و در نتیجه تعداد اتم های تحریک شده از اتم های سطح زمینه بیشتر شود که
شامل 225 صفحه فایل word قابل ویرایش
