فهرست مطالب

پیش گفتار------------------------------------------------------ 1

فصل اول : لیزر چیست ؟

ریشه لغوی ----------------------------------------------------- 3

تاریخچه لیزر --------------------------------------------------- 3

سیر تحولی و رشد ------------------------------------------------ 4

گزیده ای از سخنان علی جوان ---------------------------------------- 5

فصل دوم : لیزر از دید فیزیک

مشخصات اصلی لیزر----------------------------------------------- 8

برهم کنش نور با ماده ---------------------------------------------- 9

تولید نور ----------------------------------------------------- 10

قانون توان و انرژی ----------------------------------------------- 12

نحوه ایجاد پرتو لیزر ---------------------------------------------- 14

تفاوت پرتور لیزر با نور معمولی -------------------------------------- 16

نمونه هایی از لیزرهای متداول --------------------------------------- 16

هولوگرام ----------------------------------------------------- 17

طرز کار یک لیزر یاقوتی ------------------------------------------- 18

اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون ---------------------------------- 20

ارتقاء کیفیت با بکارگیری اصول هم کانونی ------------------------------ 23

رهنمودها ----------------------------------------------------- 25

کاربردهای لیزر ------------------------------------------------- 29

فصل سوم : لیزر و شیمی

دید کلی ------------------------------------------------------ 37

لیزر و ایجاد شاخه های جدید در شیمی--------------------------------- 37

تکنیکهای جهش دما ---------------------------------------------- 37

طیف سنجی --------------------------------------------------- 38

طیف سنجی مولکولی --------------------------------------------- 38

سایر کاربردهای لیزر در شیمی --------------------------------------- 39

لیزر و آینده علم شیمی -------------------------------------------- 39

پهنای باریکه --------------------------------------------------- 40

تکفامی ------------------------------------------------------ 42

کاربردهای مهم پهنای کم باریکه -------------------------------------- 43

کاربرد تکفامی نور لیزری ------------------------------------------ 44

مکانیزم لیزر یاقوت ---------------------------------------------- 45

ساختار بلوری یاقوت --------------------------------------------- 46

لیزرهای شبیه یاقوت ---------------------------------------------- 47

فصل چهارم : لیزرها در علم پزشکی

لیزر چیست ؟ -------------------------------------------------- 49

لیزر پزشکی چیست ؟--------------------------------------------- 50

چه بیماریهایی با لیزر کم توان درمان می شوند ؟ --------------------------- 51

در چه مواردی نباید از لیزر درمانی استفاده شود ؟ -------------------------- 53

مطالعه بر روی حیوان ، تأثیر لیزر درمانی بر آسیب شدید اعصاب محیطی ----------- 55

مواردی که عموماً برای لیزر درمانی مناسب نیستند -------------------------- 59

مواردی که در بعضی مواقع برای لیزر درمانی مناسب نیستند -------------------- 61

مواردی که به اشتباه برای لیزر درمانی مناسب تشخیص داده نشده اند -------------- 64

لیزر درمانی کم توان ---------------------------------------------- 66

کاربرد لیزر در لیزر درمانی ----------------------------------------- 68

پروتکل درمانی در خار پاشنه ---------------------------------------- 69

درمان بیماری دیابت با لیزر کم توان ----------------------------------- 70

لیزر و پوست -------------------------------------------------- 73

فصل پنجم : اخبار دنیای لیزر

بازنمایی مسجد اباصوفیه توسط لیزر ----------------------------------- 76

جایگزینی PLDD بجای عمل جراحی فتق دیسک بین مهره ای ----------------- 77

درمان بیماری دیابت با لیزر کم توان ----------------------------------- 78

کارایی بالینی با لیزر کم توان در استئوارتریت گردنی ------------------------ 80

تاثیر لیزرگالیم آرسناید در درمان کمردرد مزمن ---------------------------- 81

اثر لیزر کم توان در فتق دیسک کمری HLD------------------------------ 82

نتیجه گیری ---------------------------------------------------- 83

منابع -------------------------------------------------------- 85

پیش گفتار

امروزه تقریباً همه لیزر و موارد کاربرد آن را می دانند . در تمام دنیا و به ویزه در کشور با استفاده از لیزر و مشتقات آن به طور شگفت انگیزی افزایش داشته است .

هم چنین لیزر در پژوهش های علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی موارد مصرف پیدا کرده است . برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابش های کنترل شده تک فام و پرتوان تولید می کند . تابش لیزر با پهنای نور طیف های باریک توان تمرکزیابی می شود . چندین برابر درخشانتر از خورشید است .

لیزر کشفی علمی می باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است . لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات نقشه برداری و چاپ مورد استفاده قرار می گیرند .

فصل اول

لیزر چیست ؟

ریشه لغوی

کلمه لیزر (LASER) از حروف ابتدای عبارت "تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش" (Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation) در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس می‌باشد. به گسیلهای لیزر گونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو "میزر" (MASER) گفته می‌شود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می‌شود.

تاریخچه لیزر

پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gor، don) زیگر (Zeiger) ، تاونز (Townes) ، باسو (Basov) و پروخورو (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر (MASER) را که از ابتدای حروف "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" تشکیل شده بود برای آن برگزیدند.

اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک (NH₃) ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن (Mailman) موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه ‌هادی مطرح گردید.

سیر تحولی و رشد

اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.

دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند.

سبعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی

خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند.

گزیده‌ای از سخنان علی جوان در مورد اختراع لیزر

در دنیای علمی و علوم ، این مثل همیشه گفته می‌شود که وقتی که زمان برای یک اختراع یا یک کشف درست شده و شما آنرا انجام ندهید، کس دیگری انجام خواهد داد. این مثل تا حد زیادی حقیقت دارد، اما همیشه اینطور نیست. بعضی وقتها آدمها یک فکر خوب را از دست می‌دهند. وقتی که نوبت برسد به لیزر ، لیزر گازی ، می‌توانست در سال 1930 اختراع شده باشد، نه پس از سی سال در سال 1960 که من آنرا اختراع کردم. اگر شما به تاریخ علم نگاه کرده باشید، مخصوصا به فیزیکدانان اروپایی ، آنها به اختراع لیزر در سالهای 1937 و 1938 خیلی نزدیک شده بودند.

دانشمندان در حال مطالعه بر روی اتمها بودند، که چگونه امواج نوری را بیرون بدهند (تقویت نور در گازها بوسیله گسیل القائی پرتوافکنی) و آنها به اختراع لیزر خیلی نزدیک شده بودند. از نوشتجات آنها شما می‌توانید ببینید که آنها به راه درست رفته بودند، اما بعدا راه را اشتباه رفته و از مسیر اصلی منحرف شدند. اگر من در همان سالها بودم مطمعنا آنرا اختراع می‌کردم، مبالغه نمی‌کنم و می‌دانم که آنرا انجام می‌داد.

لیزر از دید فیزیک

مشخصات اصلی لیزر

الف- طول مـــوج (wave length):

فاصله بین دو نقطه یکسان موج می باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ، انرژی و طول موج می توان یک موج را نسبت به دیگر موج ها سنجید. به عنوان مثال طول موج های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه بین آبی و فوق بنفش قرار می گیرد در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موج های بلندتری می باشد. فاصله بین این قله های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه ) یا میکرون (ده به توان منفی شش ) قرار داده اند.

تشعشع الکترومغناطیسی طیف طولانی از طول موج های بلند رادیویی تا طول موج های کوتاه اشعه ایکس را شامل می شود.

ب- فرکانس (Frequency): فرکانس موج تعداد موج های عبور کرده از یک نقطه در یک فاصله زمانی مشخص می باشد . واحد آن سیکل بر ثانیه یا هرتز Hz می باشد. فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته اند.

طول موج های بلند تر از قبیل نور قرمز در فرکانس های پایین تراز نور آبی قرار دارند ولی فرکانس در کل خیلی بالا است ( ده به توان چهارده هرتز ).

ب - سرعت (Velocity) : سرعت موج تعیین کننده تندی عبور موج از یک محیط مشخص
می باشد. به عنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سیصد هزار کیلو متر در ثانیه می باشد. سرعت در محیط هایی مثل شیشه یا آب کاهش می یابد.

ت- دامنه (Amplitude ) : دامنه یا شدت موج با ارتفاع یا بلندی (height ) میدان الکتریکی یامغناطیسی مشخص میشود

بر هم کنش نور با ماده (interaction of light with matter )

از آنجا که نور دارای میدان الکتریکی و مغناطیسی می باشد این میدانها با ماده بر هم کنش نشان
می دهند . میدان مهم میدان الکتریکی است چون با الکترونهــای کوچک که در ترکیبات مواد شرکت دارند بر هم کنش دارد. این الکترونها همصدا وهماهنگ باموج نور وارده نوسان
می نماینــــد و می توانند تأثیر یا تغییر در عبور نور از میان یک ماده به چند طریق انجام دهند

1- پخش کردن (Scsttering ) موج نور از مسیر اصلی منحرف میشود.

2- انعکاس (Reflection ) موج به داخل محیطی خارج از ماده برمیگردد.

3- انتقال (Transmission ) موج از ماده با کمترین تغییر شدت عبور می نماید.

4- جذب (Absorption ) مهمترین پروسه در خیلی جاها جذب می باشد که انرژی موج نور در ماده باقی می ماند. مقدار زیادی از انرژی باعث ایجاد حرارت و تغییر در خواص ماده
می شود.