لیزر یاقوت

اولین لیزری که بکار انداخته شد، لیزر یاقوت بود و هنوز نیز مورد استفاده است. یاقوت که متجاوز از صدها سال به عنوان سنگ طبیعی پر بها شناخته شده است، بلور (سنگ سنباده) است که بعضی از یونهای آن با یونهای عوض شده‌اند. به عنوان ماده لیزری ، این بلور را معمولا از رشد مخلوط مذاب (تقریبا 0.05% وزنی) و تهیه می‌کنند. لیزر یاقوت یک دستگاه سه ترازی است.

مکانیزم لیزر یاقوت

ماده فعال این لیزر با حدود 0.05% وزنی کروم به عنوان ناخالصی در آن بدست می‌آید. یونهای فعال هستند که با یونهای آلومینیوم در شبکه جایگزین می‌شوند. ترازهای مهمی در انجام ، عمل لیزر را نشان می‌دهد. گذار لیزری (در 694 میلیمتر) بین ترازهای اخیر ²E و ⁴A₂ و ترازهای حالت پایه واقع می‌شود و لذا یاقوت یک دستگاه لیزری سه ترازی است. به همین دلیل لازم است بیش از نصف تعداد یونها به حالت ²E دمش شوند، تا جمعیت معکوس شود.

عمل دمش از طریق دو باند پهن ⁴T₁ و ⁴T₂ انجام می‌گیرد. (مانند لیزر Nd:YAG ) با استفاده از لامپ فلاش می‌توانیم لیزر ضربانی بدست آوریم. ایجاد لیزر با پرتو مداوم به دلیل نیاز به پمپاژ بیشتر بسیار مشکل است. برای این منظور لامپ جیوه با فشار بالا که خروجی آن با باندهای جذبی یاقوت مطابقت دارد، کاملا مناسب است.

نور لیزر وقتی که نور در دستگاه لیزر توسط کوانتومها تولید شد، با رفت و برگشت بین آینه‌ها متمرکزتر می‌شود.

ساختار لیزر یاقوت

یاقوت از نظر ساختار شیمیایی از تشکیل شده است که در آن درصد کمی از با جایگزین می‌شود. برای این کار مقداری پودر به خیلی خالص ذوب شده ، اضافه می‌کنند.

بلور یاقوت و اکثر بلورهای لیزری ، به روش رشد بلور چکرالسکی قابل تولید هستند.

ساختار بلوری یاقوت

تک بلورهای میزبان ، تک محور و دارای ساختاری شش گوش می‌باشند. بلور دارای یک محور تقارن است. در فرایند آلایش به جای یکی از یونهای آلومینیم یون ناخالصی (مانند ) می‌نشیند. به روش چکرالسکی میله‌های لیزری به طول 15 سانتیمتر و قطر 3.5 سانتیمتر قابل رشد می‌باشد. در فرایند رشد ، بلور بر روی نطفه اولیه با خلوص بالا رشد داده شده و به آهستگی از داخل ماده مذاب مایع بیرون کشیده می‌شود. مقدار آلایش ، 0.05 درصد وزنی است.

لیزرهای شبیه یاقوت

بلور با یون نیز آلائیده می‌شود و فرایند رشد آن شبیه یاقوت است. لیزر یکی از سیستمهای لیزری حالت جامدی است که ناحیه قابل تنظیم طول موجی آن خیلی وسیع و در حدود 300 نانومتر می‌باشد.

جایگزین لیزرهای یاقوت

لیزرهای یاقوت که زمانی بسیار مورد توجه بوده‌اند، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چه رقبایشان لیزرهای Nd:YAG یا نئودیمیم _ شیشه (Nd:glass) جانشین آنها شده‌اند. در واقع از آنجا که لیزر یاقوت با طرح سه ترازی کار می‌کند، انرژی آستانه دمش مورد نیاز در حدود یک مرتبه بزرگی از انرژی آستانه دمش برای لیزر Nd:YAG به همان ابعاد بزرگتر است. ولی لیزرهای یاقوت هنوز هم برای برخی از کاربردهای علمی نظیر تمام نگاری تپی و آزمایشهای فاصله یابی (مثال فاصله یابهای نظامی) استفاده می‌شوند.

لیزر در پزشکی

امروزه بطور نسبی همه لیزر و موارد کاربرد آن را می‌دانند. در تمام دنیا استفاده از لیزر و مشتقات آن بطور شگفت انگیزی افزایش داشته است. هر کس خالی داشته باشد که آن را مزاحم بداند به سراغ لیزر می‌رود. بنابراین بررسی علمی این موضوع مفید و لازم به نظر می‌آید. البته نور و طیف آن می‌تواند اثرات مفید و مضر برای بدن و پوست ایجاد کند. اثرات نور بنفش نقش تعیین کننده و مفیدی بر تغذیه و متابولیسم سلولی ایفا می‌کند. اینگونه اثرات سلامت بخش و مفید نور از زمانهای کهن نیز برای انسان تا حدود زیادی روشن بوده است.







بر اساس شواهد و مدارک موجود یونانیها و رومیها هر دو از اثرات مفید و درمانی نور بطور تجربی اطلاع داشته و از آن در درمانهای مختلف بهره می‌جستند. در اوایل سال 1903 دانشمندان اثرات درمانی نور را در شکلی علمی مطرح نمودند و در همین سالها یک فیزیکدان بنام Nife finsen Ryberg بخاطر کشفها و تحقیقاتش روی قابلیتهای درمانی اشعه‌های ناشی از طیفهای مختلف نور موفق به دریافت جایزه نوبل گردید. او دستگاهی را اختراع کرد که طول موجهای مختلف نور خورشید را مجزا نموده و آنها را در مسیرهای معین هدایت می‌نمود.

کاشف واقعی لیزر کیست؟

انیشتین نخستین دانشمندی بود که مقوله لیزر را در قالبی علمی مطرح کرد و در سالهای بعد از آن آمریکاییها و روسها در طول جنگ سرد تحقیقات و پژوهشهای متعددی در مورد چگونگی بکارگیری لیزر در صنایع جنگی انجام دادند. نخستین لیزر طبی به نام Robust که در قالب یک ماشین ثابت با حجمی سنگین و در اندازه‌ای بزرگ طراحی شده بود در درمانهای جراحی مورد استفاده قرار گرفت.







پس از آن جهان طب شاهد تکامل سریع و غیر منتظره در تولید انواع لیزر طبی و ارائه شدن نسلهای مختلف لیزر به جامعه پزشکی بوده به رغم اشکال متنوع و چند کاره بودن دستگاه لیزر در حوزه‌های مختلف پزشکی یک اصل اساسی از ابتدا تا کنون هرگز تغییر نکرده و آن بکار گیری بهینه از انرژی حاصل از لیزر در حوزه‌های مختلف علمی ، پزشکی ، جراحی و زیباسازی پوست می‌باشد.

اثرات لیزر روی بدن

• تحریک سلولی: لیزر باعث تشدید رشد و ترمیم مجدد سلول در پوست ، اتصالات ، مفاصل ، بافتها و ... می‌گردد.
  
  
• افزایش فعالیت بافتها: تولید سلولهای زایا افزایش تولید آنزیمها و پروستا گلاندینها و ... را باعث می‌شود.
  
  
• ترمیم و تشدید فعالیت DNA : لیزر در RNA بافت کلاژن تغییراتی را ایجاد می‌نماید.
  
  

آثار ضد التهابی لیزر

• کاهش بافت فیبروز: درمان زخمها توسط لیزر امکان پذیر می‌باشد.
• آثار استریلیزاسیون و میکروب کشی
• اثرات ضد ویروسی
• تحریک فعالیتهای بافت عصبی
  
  
• افزایش قدرت دفاعی بدن: تولید اینترفرون (مولکول واسطه در سیستم ایمنی) را باعث می‌شود.
• تقویت نمودن رشد مجدد موها
• کاهش دادن رشد موها و محو موهای ناخواسته
  
  
• ایجاد واسکولاریزاسیون: شکل گیری عروق جدید خونی که باعث خونگیری بهتر بافتها می‌گردد را باعث شده که این خاصیت لیزر عامل اساسی در جوان شدن مجدد پوست می‌باشد.
  
  
• افزایش تراکم بافتی با لیزر

استفاده از لیزر در درمان بیماریها

• کاربرد در درماتولوزی: درمان سوختگیها و زخمهای مقاوم به درمان آکنه ، اگزما ، پسوریاسیس ، ضایعات و اقدامات پیشگیرانه مثل جلوگیری از پیر شدن پوست توسط لیزر امکان پذیر شده است.
  
  
• بیماریهای عضلانی - اسکلتی و ارتوپدی: در درمان کشیدگیهای تاندونی آرتریت روماتوئید ، رفع اختلالات موجود در اتصالات عضلانی کمر دردها و کشیدگیها بکار می‌رود.
  
  
• بیماریهای دهان و دندان: درمان پوسیدگیهای دندانی پریودنتیتها بیماریهای مخاط دهان اختلالات جویدن و ... توسط لیزر صورت می‌پذیرد.
  
  
• در حوزه عصبی:درمان سردردها و میگرن توسط لیزر امکان پذیر می‌باشد.
  
  
• بیماریهای عروقی:درمان واریسهای وریدی ضایعات عروقی حاصله از بدو تولد و ... .

موارد منع استفاده از لیزر در پزشکی

• تقریبا هیچ موردی در منع استفاده از لیزر وجود نداشته و فقط به هنگام حاملگی به علت عدم وجود اطلاعات کافی بهتر است این وسیله با احتیاط استفاده شود.
  
  
• در مورد انواع مختلف پوست و یا داروهایی که فرد مورد استفاده قرار می‌دهد باید لیزر را با احتیاط بیشتری بکار برد. برای مثال استفاده از هپارین و وارفارین (داروهایی که معمولا برای رقیق کردن خون بکار می‌روند) منعی در استفاده از لیزر ندارند.
  
  
• پس از کشف پنی سیلین کشف لیزر و شناخت قابلیتهای آن در طب بزرگترین انقلاب می‌تواند باشد.

 

فاصله یاب لیزری

ریشه لغوی

لیزر در واقع حروف اول عبارت: Light Amplification by Stimulation Emission Of Radiation به معنای تقویت نور به وسیله گسیل القایی تابش می‌باشد.

دید کلی

کاربردهای نظامی لیزر همواره رقم سنگینی را در تولید سیستمهای لیزری به خود اختصاص داده است. یکی از مهمترین کاربردهایی که امروزه در زمینه‌های نظامی وجود دارد فاصله یاب لیزری است. توانایی لیزر در تعیین موقعیت هدف با دقت بالا و سرعت بالا غیر قابل انکار است. لیزرها به علت داشتن واگرایی کم بعد از طی مسافت زیاد به عنوان فاصله یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. اینک وضعیت به گونه‌ای است که هر هواپیمای جنگی که برای ضربه زدن به هدفهای زمینی از روش فرود و خیز استفاده می‌کنند، شانس زیادی به مصون ماندن در مقابل موشکهای زمین به هوای پیچیده پدافند موجود در اکثر نیروهای مسلح دنیا ندارد. در اینجا می‌خواهیم بطور ساده ساز و کار فاصله یاب لیزری و استفاده آن صحبت کنیم.

مسیر تحولی در رشد

تکنولوژی نبرد مدرن تانک از جنگ جهانی دوم به این طرف تا چنان حدی پیشرفت کرده است که اینک رای بر کمال مطلوب برای تانکها اختصاص اولین ضربه به خود و تخریب ماشین زرهی دشمن پیش از امکان واکنش آن است. بیشتر حملات آمریکائیها در ویتنام شمالی با استفاده از سلاحهای هدایت شده با لیزر صورت گرفت و کارایی آن بسیار خوب بود. در آن زمان از بمبهای معمولی دستکاری شده که با کلاهکهای جستجو گر لیزری مجهز شده بود استفاده شد. این توانایی اندازه گیری سریع و دقیق که با جدیت بسیار در دستگاههای مسافت یاب و هدف یاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، اکنون بر روی هواپیماهای جنگی نظیر هاریر (Harriers) و جگوار ( Jagvars of R.A.F (Royal Air Craft Force قرار داده می‌شوند.

نقش در زندگی

لیزرهای فاصله یاب معمولا کاربرد نظامی دارند. اینک از لیزرها به عنوان ضد موشک و برد و هدایت اسلحه و ... استفاده می‌شود. هواپیماهای جنگی برای مصون ماندن از پدافندهای مجهز به لیزر باید در ارتفاع کم و با سرعت زیاد حرکت کنند، لذا خلبان ممکن است فقط چند ثانیه برای پیدا کردن هدف ، نشانه گیری و انداختن مهمات خود دقت داشته باشد. با یک لیزر خوب این کار می‌تواند تقریبا بطور آنی با اندازه گیری فاصله زمانی بین روشن کردن لیزر و آشکار ساختن تابش برگشتی پراکنده از هدف انجام گیرد. بنابراین حتی در سرعتهای خیلی زیاد هواپیماهای مدرن ، اگر لیزر به خوبی خنک سازی شود اندازه گیری فاصله می‌تواند 10 تا 20 بار در ثانیه انجام شود.
بنابراین آخرین اطلاعات را به مقدار کافی در اختیار خلبان یا کامپیوتر قرار می‌دهند.

طرز کار

طرز کار فاصله یاب لیزری براساس همان اصولی است که د ر رادارهای معمولی بکار می‌رود. یک تپ لیزری YAG و یا CO₂ به هدفی که نشانه روی شده است ارسال می‌شود. پس تپ ارسالی به هدف خورده باز می‌گردد و سپس توسط یک سیستم مناسب گیرنده نوری آشکار می‌شود. فاصله مورد نظر با تعیین مدت زمانی که طول می‌کشد تا تپ ارسالی مسیر رفت و برگشت را طی کند، بدست می‌آید. طرح کلی یک فاصله یاب Nd: YAG متشکل از فرستنده (لیزر) ، گیرنده و دوربین است. پس با ارسال تپ ارسالی به هدف ، نور پراکنده شده از هدف توسط عدسیهای L₁ و L₂ روی یک آشکار ساز تمرکز یافته و یک سیگنال الکتریکی حاصل می‌شود. اگر لحظه t₀ تپ لیزری از سیستم به سمت هدف ارسال شود و سیگنال بازگشتی در لحظه t₁ آشکار شود، با توجه به اینکه نور با سرعت C در مدت زمان t₁ - t₀ فاصله 2x (رفت و بازگشت سیگنال) را پیموده است، فاصله x بدست می‌آید:

(X = (1/2) C(t₁ - t₀

مشاهده می شود که دقت در تعیین فاصله به دقت در تعیین زمان بستگی دارد. سیستمهای نظامی با شمارش نوسانهای یک بلور کوارتز در مدت زمان t₁ - t₀ فاصله مورد نظر بصورت عددی روی دستگاه ظاهر می‌شود.

مزایا و اشکالات فاصله یاب های لیزری

مزایا

1. وزن سبک دستگاه و قیمت و پیچیدگی بسیار کمتر آن نسبت به رادارهای عادی.
2. قدرت کاری دستگاه در شرایط نه چندان مساعد ، حتی وقتی هدف در بالای سطح آب و یا روی زمین در حال حرکت باشد.

معایب

اشکال فاصله یاب لیزری در آن است که کاربرد دستگاه متضمن دید مستقیم است و باریکه لیزر در شرایط نامساعد به شدت در محیط جذب می‌شود. فاصله یابهایی که با برد تا تقریبا 15Km بکار برده می‌شوند عبارتند از:

1. فاصله یاب های دستی با برد ماکزیمم 10Km و دقت کمتر از 10m.
2. فاصله یابهایی که روی تانک سوارند.
3. فاصله یابهای ضد هوایی.

یک کاربرد عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر

یک مثال بسیار عالی از کاربرد تکنولوژی لیزر در فن استفاده از دستگاههای الکتریکی و خودکار در هوانوردی نظامی ال. ار. تی. اس (مسافت یاب و هدف مارکدار یاب لیزری) Laser Ranger Marked Target Seeker است که به آر. ا. اف (نیروی هوایی سلطنتی) توسط شرکت فرانتی (Ferranti Limited) تحویل می‌شود. این سیستم دارای یک خاصیت خیلی مهم و اضافی است و آن اینکه هدفی مانند تانک ، خودرو یا ساختمان می‌تواند توسط سربازی در زمین با یک لیزر نئودیمیوم و یک دوربین دو چشمی مستقر در یک جعبه قابل حمل که نشانگذار زمین نام دارد، مشخص شود.

با نگاه کردن در چشمی ، سرباز یک تصویر بزرگ شده از محل را که روی آن مجموعه‌ای از خطوط متعامد بر هم نصب شده است و مشخص کننده دقیق نقطه‌ای است که لیزر بر روی آن هدف گیری می‌شود، می‌بیند. البته خود خال لیزری نامرئی است. در هواپیما سکویی وجود دارد که نسبت به چرخش پایدار است که بر روی آن تلسکوپ منعکس کننده‌ای نصب شده است که از پنجره‌ای در نوک هواپیما به بیرون سمتگیری شده است. تلسکوپ ، نور لیزری پراکنده شده (باز گشته) از علامتگذار زمینی را از طریق هدف دریافت می‌کند. در تلسکوپ یک آشکار ساز ویژه که به وضوح حساس است قرار دارد و علامات حاصل از آن در نشانه گیری مستقیم تلسکوپ به روی هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدین ترتیب با مرکزی کردن تصویر هدف ، تلسکوپ نشانه گیری هدف را بدون توجه به حرکت هدف یا هواپیما ادامه می‌دهد. حال هم محور با سیستم جستجوگر در هواپیما ، یک بردیاب لیزری مجهز به یک لیزر نئودیمیوم خنک شده با آب - گلیکول وجود دارد که به محض پیدا شدن هدف توسط جستجوگر بطور خودکار روشن می‌شود و بدون وقفه برد و موضع لحظه‌ای هدف را بررسی و به کامپیوتر متصل به سلاح که در خارج هواپیما قرار دارد، اطلاع می‌دهد. یک صفحه علایم در بالای سر خلبان برای نشان دادن موضع هدف قرار دارد و دستگیره‌هایی برای تشکیل اسلحه نصب شده‌اند. بدین ترتیب خلبان می‌تواند برای انجام مأموریت رزمی بر علیه علامت در صفحه علایم پرواز کند و اصلا نیازی به دیدن هدف اصلی در پشت علامت نیست.

چشم انداز آینده

در اینکه در چند سال آینده پیشرفت زیادی در هدف گیری سلاحها و شلیک آنها با استفاده از لیزر انجام خواهد گرفت، تردیدی وجود ندارد. در حال حاضر بر همگان معلوم است که رده‌های توپخانه هدایت شده با لیزر بطور موفقیت آمیزی به نمایش گذارده شده‌اند و دلیلی ندارد که هدایت لیزری در زمانی کوتاه و بطور نیمه در بیشتر انواع ساز و برگ جنگی بکار برده نشود.