تاریخچه لیزر

تاریخچه لیزر

   بیشتر مردم واژه لیزر را شنیده اند، اما نمی دانند که لیزر واقعا چیست؟ چه تفاوتی میان نور معمولی و لیزر وجود دارد و لیزر مخفف چیست؟

بیشتر مردم واژه لیزر را شنیده اند، اما نمی دانند که لیزر واقعاً چیست؟ چه تفاوتی میان نور معمولی و لیزر وجود دارد و لیزر مخفف چیست؟ بهتر است از آخرین سوال آغاز کنیم.لیزر مخفف یک عبارت است که ابتدای هر یک از واژه هایش کلمه لیزر را می سازد. نام کامل لیزر:" تقویت نور ناشی از گسیل القایی" است. اما این مفهوم اندکی عجیب و نا آشنا به نظر می رسد، بگذارید وارد مبحث خود لیزر شویم.

 تقریباً همه می دانند که پلیس برای اندازه گیری سرعت اتومبیل ها از لیزر استفاده می کند. حداقل آن دسته از رانندگانی که از سرعت مجاز تجاوز می کنند به این موضوع واقفند. اما چند نفر هستند که بدانند شما در طول یک روز عادی چندین بار از لیزر استفاده می کنید؟ لیزر در cd  player ها و پرینترهای لیزری و بسیاری چیزهای دیگر یافت می شود. اغلب لیزر را در فیلم های اکشن دیده اید. آن جا که قهرمان داستان هنگام حل مشکلات خطرناک باید از شعاع (تابش)های لیزری فرار کند. قدرت لیزر هم شگفت انگیز است و هم ترسناک.

 تفاوت لیزر با سایر نورها چیست؟  

نور یک موج الکترو مقناطیسی است. هر موج روشنایی و رنگ دارد و در زاویه ی معینی نوسان می کند که به آن قطبش می گویند. این امر در مورد لیزر هم صحت دارد. اما شعاع (تابش)های نور لیزر از هر منبع نوری دیگری موازی ترند. تمام قسمت های شعاع (تابش) (تقریباً) در یک جهت خاص بوده و به این ترتیب شعاع (تابش) خیلی کم منحرف یا خم می شود. با یک لیزر خوب می توان شیئ در فاصله یک کیلومتری را با نقطه ای به شعاع حدود 60 میلی متر روشن کرد.

از آن جا که نور لیزر کاملاً موازی است می تواند در ضخامت های خیلی کم هم متمرکز شود و در محل تمرکز نور انرژی به قدری زیاد می شود که شما می توانید با آن اشیا را بریده یا حک کنید. از این خاصیت می توان برای روشن کردن و دیدن جزییات خیلی کوچک هم استفاده کرد. از همین خاصیت در وسایل جراحی و CD player ها استفاده می شود. در ضمن می توان نور لیزر را یک رنگ کرد. یعنی کاری کرد که فقط یک طول موج داشته باشد. نور سفید متشکل از تمام نورهای طیف است اما نورهای رنگه مثل دیود نوری سرخ شامل طیف پیوسته ای از طول موج های سرخ است.

 از طرف دیگر گسیل های لیزری وقتی به انرژی تبدیل می شوند، معمولاً خیلی پر قدرت نیستند. یک نوع لیزر قوی که در لیزرهای نمایشی استفاده می شود، نورش بیشتر از یک چراغ برق خیابان نیست. تنها تفاوت آن ها با نور معمولی درمیزان موازی بودن شعاع (تابش) های دو منبع است.

  تاریخچه لیزر

نام لیزر( LASER )  مخفف Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation  تقویت نور با تشعشع نشر بر انگیخته ) می باشد. اینشتین در سال ۱۹۱۷ مبنای تئوری نشر بر انگیخته الکترومناطیس را عنوان نموده بود. تئوری وی توسط لاند برگ در سال ۱۹۲۸ تاًئید شد ولی امکان عملی ساخت یک لیزردر آن زمان وجود نداشت.اگر چه درطی چند دهه تئوری شناخته شده بود، تاریخچه استفاده از لیزر نسبتاً کوتاه است.اصول توسعه عملی لیزرازفهم بهتر سطوح انرژی اتمها و مولکولهادر دهه۱۹۳۰ ودهه ۱۹۴۰ ونیز با پیشرفت های بوجود آمده در مواد اپتیکی بخصوص فیبر نوری منشاً می گیرد. اولین تئوری عملی تقویت نشر بر انگیخته توسط یک فیزیکدان روسی بنام فابریکانت ودو دستیارش درسال ۱۹۵۱ اختراع شد ولی تا سال ۱۹۵۹ منتشر نشد وبرتحقیقات در غرب نیز تاًثیری نگذاشت.

اولین دستگاهی که از اصول نشر بر انگیخته استفاده کرد MASER مخفف Microwave Amplification بود. این دستگاه در سال ۱۹۵۵ توسط تاونز (Townes) ساخته شد. وبر (Weber) فرضیه تقویت میزر را در سال ۱۹۵۲ بنا نهاد وجزئیات آن را در مقاله اش تحت عنوان " تقویت تشعشع موجهای کوچک با مواد دارای تعادل حرارتی Amplification   of microwave radiation with substances in thermal equilibrium   در سال ۱۹۵۳ را Weber ارائه نمود. بلومبرگن (Bloembergen) فرضیه میزر جامد (Solid-based maser) را درسال ۱۹۵۶ ارائه نمود. شلو وتاونز (Shalow & Towens) اصول میزر رابه تولید تشعشع نوری تعمیم دادند و نمونه آن را در سپتامبر ۱۹۵۷ آماده کردند. در مقاله ( دسامبر ۱۹۵۸) آنان چنین عنوان نمودند که نور تقویت شده باید یک رنگ و منسجم(Coherent) باشد. آنها در تابستان سال ۱۹۵۸ میزر خود را به ثبت رساندند. گولد ( Gould) که همزمان ومستقلاً مشکلات عملکردی لیزر را حل نموده بود شروع به مبارزه باقانون انحصاری تاون و شلو نمود. قبل از این که هرکدام از این متخصصان لیزر عملیاتی خود را داشته باشند، مایمان (Maiman) یک پروب لیزر رابی (ruby- probe) را در آزمایشگاه تحقیقات هواپیمایی Hughes در مالیبو (Malibu) کالیفرنیا (Maiman) ۱۹۶۰  ساخت.این دستگاه تشکیل شده بود از یک پروب رابی ( یک سانتی متر ضخامت و ۱۰ سانتی متر طول ) که نوری به مدت کوتاه ولی خیلی قوی با طول موج ۳/۶۹۴ نانومترتولید می کرد. این قضیه در هفتم جولای همان سال منتشر شد. این شروع غیر مترقبه و پیشرفتی سریع بود. یک سال بعد چندین نوع مختلف لیزر برای استفاده آماده شده بود. در میان آنها لیزرهای هلیوم- نئون با طول موجهای نزدیک به تحت قرمز ( ۱۱۱۸ و۱۱۵۳ و۱۱۶۰ و۱۱۹۹ یا۱۲۰۷ نانو متر) وجود داشتند. 

اولین لیزر هلیوم نئون در طول موج قابل دیدن (nm ۶۳۳)  در سال ۱۹۶۲ آماده شد. امروزه هرکس می تواند چندین هزار لیزر مختلف را بیابد و هر روز نوع جدید تری از آن یافت می شود. در شوروی سابق ، چندین دانشمند همزمان بر روی توسعه لیزر کار کردند. باسوف وپروخروف (Basov & Prokhorov) بیشترین پیشرفت فنی را در این زمینه داشتند که مشترکاً به همراه تاون جایزه نوبل سال۱۹۶۴ را از آن خود نمودند.از پیشگامان، باسوف و پروخوف تنها کسانی بودند که تا به امروز فعالانه بر روی لیزر تحقیق کردند. گولد (۱۹۶۱) استطبابات مهم طبی را بر مبنای کثافت  انرژی (energy density) بالای نور لیزر ارائه نمود. انرژی لیزر اولین بار بصورت کلینیکی در بخش چشم  بکار رفت و اینجا بود که اولین عوارض نور لیزر پدیدار شد. ضایعات شبکیه که توسط نورلیزر متمرکز شده ایجاد شده بود و باعث فقدان دید واضح و تیز می گردید در مطالعات حیوانی اثبات شد. یک مقاله در باب خطرات لیزر بنام ( چقدر لیزرها خطرناکند؟) بلا فاصله پس از آن انتشار یافت ( Dulberger ۱۹۶۲) این اولین سنگ بنای قواعد ایمنی لیزر در اواسط دهه ۱۹۶۰ بود.لیزرهای پرقدرت ( High Power Laser ) پس از اولین آزمایش موفق در ترمیم کنده شدگی شبکیه با لیزر در جراحی نیز کاربرد پیدا کردند وبه عنوان ابزاری برای انعقادخون ، تبخیر کردن ویا به عنوان تیغ بسیار دقیق جراحی بکاررفتند.نتایج همیشه مثبت نبود و دستگاه های لیزر بزرگ، سنگین و گران بودندومستعداشکال فنی(الکترونیکی) بودند.اولین گزارشات مبنی برآثار لیزردرمانی کم توان در اواسط دهه ۶۰ انتشار یافت. لاور و همکارانشان (Laor et al ) درسال ۱۹۶۵ چنین گزارش نمودند که« نور لیزر باعث تحریک سرعت ترمیم سوختگیها و زخمهای ناشی از جراحات مکانیکی می شود ». مستر (Mester) استاد جراحی بیمارستان سملوایز بوداپست مجارستان پیشگام لیزردرمانی کم توان شد. 

او قبل از اینکه متخصصان غربی درعلوم پزشکی ایده ای برای لیزردرمانی کم توان داشته باشند چندین مطالعه بر روی آثارتحریک زیستی (Biostimulatory) لیزردرمانی کم توان بر محیط های کشت سلولی ، در حیوانات آزمایشگاهی و در آزمایشات کلنیکی منتشر نمود. وی آزمایشات خود را بر روی حیوانات در سال ۱۹۶۳ برای روشن نمودن اثرات احتمالی لیزردرمانی کم توان در سرطان زایی آغاز نمود. مستر اثرات لیزردرمانی کم توان را بر روی فرایند های مختلف زیست شناختی و بخصوص کاربرد آن در تداوی زخمهای مزمن از قبیل زخمهای پا و زخمهای بستر ، سوختگیها و زخمهای ناشی از تشعشعات که به درمانهای معمول مقاوم هستند بررسی نمود.از آنجایی که مستر نتایج کار خود را در اوایل به زبان مجارستانی ودر مجلات مجارستان منتشرمی نمود بسیاری از این مطالعات برای چندین سال در غرب به صورت ناشناخته باقی مانده بود. در شوروی سابق پیشرفت لیزردر پزشکی مسیر دیگری را می پیمود. در دهه ۱۹۲۰ پدیده تشعشع میتوژنی (Mitogenic Radiation ) توسط یک زیست شناس روسی بنام الکساندر گورویچ (Alexander Gurwich) کشف شد. انقسام حجروی  در یک تیوب آزمایش سبب پدیده ای مشابه در دیگر تیوب های آزمایش می گردید بدون آنکه تماس شیمیایی بین تیوب ها برقرار شود . با استفاده از فیلترهای نوری مختلف بین لوله های آزمایش ، گورویچ نشان داد که اشعه فوق بنفش (UV) در طی تقسیم سلولی منتشر می شود.این تشعشع بی نهایت ضعیف از نظر کمی تا اواخر دهه ۱۹۶۰ اندازه گیری نشد. دانشمندان غربی علاقه زیادی به تشعشع میتوژنی از خود نشان ندادند وبه مطالعه تشعشع فوتونی در طی فاگوسیتوزعلاقمند بودند. گلبولهای سفید پلی مورفونوکلئار (PMN) در طی فاگوسیتوز در طول موج های ۶۳۰-۵۷۰ نانومتر از خود فوتون منتشر می کردند.

اینیوشین (Inyushin) وهمکارانش (۱۹۶۹) در آلماآتا اثرات تحریک زیستی ومکانیزم های لیزررا بطور وسیعی مورد مطالعه قرار دادند. وی به جای سوزن در طب سوزنی از لیزر استفاده نمود . در مؤسسه مرکزی جراحی و انستیزی تجربی مسکو (Central Institue for Experimental Surgury and Anaesthesiology in Moscow ) از لیزردرمانی کم توان بصورت عادی و روتین در دردها واختلال عملکردی پس از جراحی استفاده شد. در کیف (Kiev) زالسکی (Zalessky) توسط یک فیبر نوری نازک از میان یک کانولا لیزر کم توان را مستقیماً به تنه های عصبی (nerve trunks) در موضع هدف برای دیدن اثرلیزر بر دردهای سرطان تاباند. چندین گزارش در مورد اثرات زیستی لیزردرمانی کم توان در اواخر دهه ۱۹۶۰ منتشرشد(inyushin ۱۹۶۹ , Migacheva ۱۹۶۹ ,Rubin ۱۹۶۹, Sachkova ۱۹۶۹ , Tomberg ۱۹۶۹ ). این مطالعات علاقه زیادی را درغرب به خود جلب ننمودکه بیشتر بخاطر این بود که کارها به زبان روسی منتشر می شد و به مقدار زیادی نا شناخته می ماند. امروزه تحقیقات لیزر در حدااقل شش مؤسسه تخصصی در شوروی سابق انجام می شود. لیزرهای با توان بالا نیز شروع زود هنگامی در شوروی سابق داشت.

اولین کاربردهای پزشکی آن در چشم پزشکی بود. کمپبل (Campbell)از دانشگاه کلمبیا یک چشم پزشک وپیشگام در زمینه تکنولوژی لیزر است که در سال ۱۹۸۵ به درمانگاه فیودوروف (Fyodorow&#۰۳۹;s Clinic) در مسکو رفت. وی بطور غیر مترقبه ای با مؤسسات مفید ومؤثرو تکنولوژی لیزری برای کراتوتومی مواجه شد که در غرب مطلبی مورد قبول نمی باشد وبحث برانگیزاست. مریضان بر روی یک تسمه متحرک که به سمت میز عمل حرکت می کنند ، خوابانیده می شوند . در آنجا یک جراح چشم منتظر بیمار است و ۳ دقیفه وقت دارد که عمل کراتوتومی را انجام دهد. ۵ جراح باید ۴۰ بیمار را در مدت ۲ ساعت عمل جراحی نمایند. این ترکیبی از آخرین تکنولوژی لیزر و خط تولید هنری فورد می باشد 

.