الليزر واستخداماته التطبيقية

[color=darkred]


المقدمة:-
عرف جهاز الليزر منذ عام 1960م وكانت بداياته بسيطة واستخداماته كذلك محدودة، ولكن وبلا شك في العشر سنوات الأخيرة شهد علم الليزر قفزة هائلة ونقلة نوعية من المختبرات والمعامل إلى العيادات والأسواق وايضا أحدث ظهور الليزر ثورة كبيرة في علم التكنولوجيا والاتصالات , حيث قُدِمت
نماذج مدهشه من المنتجات في عالم التكنولوجيا .فغالبا ما نجد الليزر في كل ما حولنا .. بدءاً من محركات الأقراص وأجهزة القياس وحتى الثاقبات المستخدمه في طب الأسنان وفي قص المعادن ..

ولكن ما هو الليزر ؟؟ وما الذي يجعل شعاع الليزر مختلفاً عن شعاع الضوء العادي ؟؟

تصف كلمة ليزر ( Laser ) عملياً كيف تتكون أشعة الليزر .. وهي لفظة مشتقة من أوائل

كلمات العبارة التالية :

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
وتعني : تكبير ( تضخيم ) الضوء بانبعاث الإشعاع المنشِّــط


كيف يعمل الليزر:-

الليزر جهاز صنع من مادة ما , تطلق ضوءاً عندما تُثار بفعل مصدر الطاقة , وكما سنرى فإن هناك أنواع عديدة من الليزر , ولكن العملية الأساسية لتكوين شعاع الليزر هي العملية نفسها لجميع الأنواع



على سبيل المثال :-

إنتاج أشعة من الليزر !!

أنواع الليزر:-

يصنف الليزر تبعاً لنوع مادة الوسط الفعال فيها , فبعض أنواع الليزر تتميز بكبر القدرة الناتجة عنها , مثل ( ليزر ثاني أكسيد الكربون ) الذي يعتبر من أخطر أنواع الليزر , بسبب قدرته العالية التي تصل إلى عشرات الكيلو وات , وهذه القدرة الكبيرة أوحت بتسميته بأشعة الموت ..

ويستخدم في قطع المعادن وفي تطبيقات صناعية مختلفة .. كما توجد أنواع أًخرى من الليزر ضعيفة جداً , مثل تلك التي تستخدم في الحياة اليومية في المؤشرات ,وهذه عادة تكون ليزر ثنائي الوصلة ..


أنواع الليزر :-

1_ليزر الحالة الصلبة : -

في هذه الحالة تتوزع مادة الليزر في مصفوفة صلبة مثل ليزر الياقوت Ruby laser) )
وليزر النيوديميوم _ ياج (Neodymium – Yag )


2_ليزر الحالة الغازية : -

يثار ليزر الغاز عادة ليدخل حالة الليزرية بتيار كهربائي , ومن أهم أنواع هذا الليزر هو :-

ليزر الهليوم – نيون – (Helium Neon Laser ) , وليزر ثاني أكسيد الكربون (CO2).



3_ليزر الحالة السائلة ( ليزرات الصبغة):-

ويستخدم هذا الليزر بعض الصبغات العضوية المعقدة , مثل استخدام (Rhodamine G6 ) في محلول سائل كوسط لليزر , ويتميز هذا الليزر بأننا يمكن الحصول منها على مدى واسع من الأطوال الموجية .


4_الليزر شبه الموصل :-
يختلف الليزر شبه الموصل عن ليزر الحالة الصلبة في طريقة تمثيل مستويات الطاقة , وبالتالي ميكانيكيةالضخ وعملية الانبعاث الضوئي , حيث يحتوي ليزر شبه الموصل على حزم عريضة من مستويات الطاقة ,بدلاً من المستويات المفردة التي تحدث بينها الانتقالات التي تشارك في عملية انبعاث الليزر ,
وكل حزمة من هذه الحزم تحتوي على عدد كبير من مستويات الطاقة المتقاربة والتي لا يقترن وجودها بذرات معينة وإنما تشترك فيها البلورية كلها .

إن ليزر شبه الموصل عبارة عن وصلة ثنائية ( P-N junction ) وأكثر أنواعه شيوعاً هو زرنخيد الجاليوم ( Ga As ) وشعاع الليزر الذي يبعثه يقع في منطقة تحت الحمراء وهو ضوء غير مرئي.


استخدامات أشعة الليزر:-

1_في الصناعة:-

أ ) تستخدم أشعة الليزر ذات القدرة العالية في لحام الصفائح والقطع المعدنية دون ترك أثر ملحوظ . وتستخدم أيضاً في قطع وتثقيب المعادن والخزف بفضل الحرارة العالية التي تولدّها .

ب ) تستخدم لتوجيه الآلات بمسارات مستقيمة مثل آلات الأنفاق والجسور نظراً لما تتسم به أشعة الليزر من تركيز حاد.

ج ) صناعة المصابيح والدوائر الألكترونية , حيث أنه من الممكن تركيز شعاع الليزر في بقعة صغيرة جداً مما يجعله قادراً على لحام نهايتي سلكين منفصلين صغيرين بعد وضعهما في أنبوب زجاجي مغلق دون الحاجة إلى اخراجهما من الأنبوب الزجاجي .

د) دراسة واكتشاف الكواكب والنجوم بسبب اتجاهيته العالية وقدرته .

هـ ) التفاعلات النووية : الليزر بقدرته الهائلة والسيطرة على طوله الموجي يمثل نصراً جديداً في مجال العلوم النووية لفصل النظائر المشعة , والأبحاث جارية في أكثر مختبرات العالم لفصل الفلوريد عن اليورانيوم في مركب فلوريد اليورانيوم المتوافرة بكثرة , وكذلك استخدامه في التفاعلات الاندماجية النووية .

2_في الطب :-

أهم أنواع الليزر المستخدمة في مجال الطب هي أشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر النيوديميوم – ياج حيث تستخدم :-

أ ) كأداة قطع حادة للجراحة .

ب) علاج الأورام الخبيثة : حيث تساعد أشعة الليزر الأطباء في تشخيص السرطان ومعالجته وذلك بحقن مادة كيميائية خاصة تدعى HPD في جسم المريض , حيث هذا السم يقتل فوراً جميع الأنسجة المحيطة بالورم دون أن يؤثر في الأنسجة السليمة أطلاقاً .

ج) عمليات تجميل وترميد الجلد .

د) تصحيح عيوب النظر .

هـ ) في طب الأنف والأذن والحنجرة .

و) في آلات حفر الأسنان , وفي معالجة بعض أمراض الأسنان .

الليزر واستخداماته في علم الجلد:-

أشعة الليزر يحق لنا أن نسميها أشعة العصر الطبي لأنه حقا قلبت بعض الموازين العلاجية من مستحيل إلى ممكن، وكم من الوحمات التي لم يكن لها علاج في السابق أثبت هذا الإشعاع فعاليته في علاجها. لقد دخل هذا الجهاز تقريبا معظم التخصصات الطبية وسجل نجاحا في معظمها.

هناك 6 أنواع من الليزر تستخدم حاليا في عيادات أطباء الجلدية وكلها أثبتت فعاليتها.
1) ليزر الأوعية الدموية Vascular Laser
وهناك عدة أنواع من أطوال الموجات المستخدمة في هذا المجال لعل من أشهرها 585, 595nm . وهذا النوع من الليزر هو موجه إلى مادة الهيموجلوبين الموجودة داخل كريات الدم الحمراء، وله استخدامات كثيرة من أهمها هو علاج الوحمات الحمراء Haemangioma & Portwin Stain وكذلك التوسع في الشعيرات الدموية Telangiectasia ، وقد أثبتت فعاليته حديثا في علاج الثآليل والوردية.

2) ليزر التصبغات Pigmented Laser
وهناك كذلك عدة أطوال من الموجات تستخدم على حسب الحالة المرضية مثل:
Nd YAG double frequency 532nm
Ruby 694nm
Alex 755nm
Nd YAG 1064nm
وكلما طالت الموجة كلما ازداد عمق الليزر وقل امتصاصه بواسطة الخلايا الصبغية، ويستخدم هذا الجهاز في الوحمات السمراء Baker's Nevus, Nevus of Ota ، وكذلك في علاج النمش وحبوب الخال وإزالة الوشم.
3) ليزر التقشير Resurfacing
هناك جهازين فقط هما:
Erbium 2940 nm
Co2 10.600 nm
وهذه الأجهزة ببساطة تزيل الطبقة الخارجية من الجلد ويمكن التحكم بمدى العمق المطلوب وكذلك بزيادة أو خفض قوة الليزر.
ويمكن علاج إزالة الأورام الجلدية (والجراحة أحيانا مفضلة على الليزر في مثل هذه الحالات). وكذلك يمكن تقشير الوجه بالكامل لإزالة التجاعيد السطحية.
ويعتبر هذا أخطر أجهزة الليزر من حيث الاستخدام لأنه قد يتسبب في مضاعفات مثل الالتهابات البكتيرية أو الفيروسية أو حدوث ندبات جلدية إذا لم يستخدم بالطريقة الصحيحة.

4) ليزر الأكزايمر
وطول موجته 308nm ، وهو من الليزرات الحديثة والتي أثبتت جدواها في علاج البهاق والصدفية وبعض الأمراض الجلدية الأخرى. وبلا شك فإن فائدة هذا الجهاز تمثل في تقصير مدة العلاج.
5) ليزر التقشير بدون إزالة الطبقة الخارجية من الجلد Nonablative Resurfacing
وهذا يعتبر من أحدث الأجهزة التي تستخدم لإزالة التجاعيد السطحية في الوجه، وهناك أكثر من عشرة أنواع من أطوال الموجات أشهرها 1450nm, 1540nm . والفكرة في هذه الأجهزة هي أن يتم تسخين الطبقة السفلى من الجلد وبالتحديد مادة الكولاجين ومن ثم استثارة الخلايا الليفية Fibroblast لإنتاج كولاجين جديد Collagen Remadolling يكون أكثر حيوية ويتسبب في شد الجلد. وغالبا ما نلاحظ تغيير بسيط جدا قبل وبعد جلسات الليزر ولا ينصح باستخدام هذه الأجهزة للجلد الأسمر لأنه قد يتسبب في حدوث تصبغات سمراء.
6) ليزر إزالة الشعر
وهو يشكل أكثر من 80% من استخدامات الليزر

كما يستخدم الليزر في إزالة الشعر بدون ان يتلف الجلد:-
الليزر إشعاعات ضوئية مركزة تنفذ إلى الجلد وبصيلات الشعر حيث تقوم هذه البصيلات بامتصاصها.
تتحول طاقة الليزر إلى حرارة تضعف بصيلات الشعر دون أن تحدث أي مضاعفات داخلية، وتتم حماية الجلد أثناء المعالجة عن طريق عملية تبريد فعالة وذلك بضخ ملطف على الجلد يندفع بنفس سرعة الضوء، هذا الملطف يعمل على تبريد وتلطيف الطبقات العليا للجلد مؤمنا للأشخاص مزيدا من الراحة، يساعد هذا على حماية الجلد أثناء المعالجة وفي نفس الوقت يساعد على توصيل كميات أكبر من الضوء تصل إلى نهايات البصيلات لتحطيمها.
يقوم الليزر بإنقاص كثافة الشعر بعد عدة جلسات على فترات متباعدة وتعتمد فعالية هذه الطريقة على كثافة الشعر الموجود في المنطقة المراد معالجتها وعلى درجة نمو الشعر، فكلما كان الشعر أكثف كلما كانت النتائج أفضل، ولذلك يكون العلاج فعالا أكثر عند الأشخاص ذوي الشعر الأسود أو البني الغامق لاحتوائه على نسبة أعلى من الميلانين الذي يمتص الضوء بنسبة أكبر. أما أصحاب الشعر الأشقر فإنهم يحتاجون لجلسات أكثر للوصول إلى النتيجة المطلوبة مع الأخذ بعين الاعتبار أن الشعر الأبيض (الشيب) لا يتأثر بالليزر وذلك لعدم وجود مادة صباغية فيه.

أنواع ليزر إزالة الشعر:
أربعة أنواع:
1) الروبي Ruby وطول موجته 690
وهو من أقدم الأجهزة وأكثرها فعالية وخاصة للجلد الأبيض والشعر الأسود لكنه لا يناسب الجلد الأسمر لأنه قد يتسبب في حدوث تبقعات سمراء.
2) الألكس Alex وطول موجته 755
وهو أطول موجة من الروبي وفعاليته مقاربة له، وهو أقل ألما من الروبي ويتناسب أكثر مع الجلد الأسمر إلا أن هناك احتمال في حدوث بعض الآثار إذا كان المستخدم غير متمرس.
3) الدايود Diode وطول موجته 800
وهو من الأجهزة الحديثة والتي أيضا فعاليتها مقاربة لجهاز الألكس ويعتقد أنها نظريا أقل آثارا من غيرها، إلا أن التجربة العملية أوضحت أن نتائجها متقاربة.

4) Nd-YAG وطول موجته 1064
وهناك نوعان من هذا الجهاز أحدهما نبضته قصيرة 3 msec والآخر نبضته طويلة 10 msec أو أكثر، وكلاهما مهم جدا ولا يسبب آثارا سلبية ولكن ذو النبضة الطويلة هو أكثر فعالية قد يكون أكثر ألما. والحقيقة أن كل أجهزة الليزر فعالة وآمنة إذا تم استخدامها بالطريقة الصحيحة، لذلك الخبرة هي التي تحدد نسبة الآثار السلبية. فقد نشاهد آثارا سلبية من أفضل الأجهزة والسبب ليس بالجهاز وإنما من المستخدم، والعكس صحيح. لذلك لا بد من الحرص على اختيار الطبيب والمركز ذو الخبرة الطويلة في هذا المجال لكي تقل نسبة حدوث الآثار السلبية.



3-استخداماتها في قياس المسافات:-

تستخدم أشعة الليزر في أجهزة قياس المسافات وتحديد المدى مثل :-

أ) مسح المحيطات
. ب) التخطيط
ج ) المسوحات الجغرافية
د) تعيين مدارات (الأقمار الصناعية)

4-استخداماتها في الاتصالات البصرية والهاتفية :-

يتميز شعاع الليزر بكثير من الخصائص والتي تجعله صالحاً في الاتصالات:-

1_يكون شعاع الليزر عالي التركيز والاتجاهية , ولذلك فإنه يمكن نقله مسافات كبيرة دون أدنى فقد للطاقة .

2_يتميز كل شعاع ليزر بطول موجي محدد ولذلك فإنه يمكن أن نجمع بين عدة اشعاعات في نفس الوقت في نفس الألياف البصرية ويمكن استلام كل شعاع على حدة .

3_ عندما تتحدث بالهاتف , فإن صوتك يُحّمل بواسطة شعاع ليزر , حيث يقوم الهاتف بتحويل الموجات الصوتية إلى اشارات كهربائية , وفي مكان ما يتم تحويل هذه الاشارات إلى موجات ضوئية . ويقوم شعاع الليزر بارسال هذه الموجات عبر حزمة من الأسلاك من الألياف الضوئية , وهذه تعّد من أهم الطرق الفعالة في الاتصالات الهاتفية , intercoms والاتصالات بين الكمبيوترات المختلفة .