چند سالی است که واژه لیزر را در زمینه های گوناگون و به دلایل مختلف می شنویم، در گذشته این واژه در تصورات ما یک اشعه باریک قرمز رنگ بسیار قوی بود که از همه چیز عبور می کرد و فقط باعث برش و تخریب می شد، از فیلم ها و روایات گرفته تا صنایع نظامی و سلاح های جنگی اما امروزه با گسترده شدن اطلاعات ما در رابطه با این واژه، شاهد استفاده از آن در تقریباً تمام رشته ها و علوم، به حالات گوناگون هستیم.
طی چند سال گذشته این اصطلاح در دندانپزشکی زیاد شنیده شده و امروزه تقریباً در هر مبحثی که به دندانپزشکی مربوط باشد کلمه لیزر حداقل چند بار شنیده می شود، به همین جهت تصمیم گرفتیم تا با ارائه مطالبی در رابطه با لیزر، اندک کمکی در زمینه دانش لیزر کرده باشیم.
همانطور که می دانیم، دلیل اختلاف رنگ در لیزرهای مختلف، ساطع شدن فوتون ها (ذرات انتقال دهنده تابش الکترومغناطیس با انرژی و طول موج مشخص) با طول موج های مختلف است اما در حقیقت لیزر چیست؟!
کلمه لیزر (Laser) برگرفته و خلاصه عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation به معنی "تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش" است که البته به اشتباه و بنا به عادت، عموماً کلمه لیزر برای دستگاه و وسیله آن استفاده می شود اما واقعیت و مفهوم لیزر تنها در یک اتم و فوتون ها آن نهفته است.
در یک اتم، الکترون ها در لایه های (سطوح) انرژی متفاوتی با فاصله مشخص نسبت به هسته اتم، به دور آن در حال گردش هستند. لایه های انرژی دارای ویژگی کوانتومی هستند، کوانتومی بودن لایه ها به زبان ساده یعنی الکترون ها باید مقدار مشخصی انرژی بگیرند تا به لایه بعدی بروند و با دریافت انرژی کمتر در نقطه ای بین دو تراز انرژی قرار نمی گیرند. در نتیجه وقتی یک منبع خارجی، به الکترون ها در حد کافی انرژی وارد کند (به صورت نور، فوتون، دما،...) الکترون ها از سطح (تراز) انرژی پایه خارج شده و به سطح انرژی بالاتری می رسند؛ این پدیده واژگونی یا برانگیختگی و یا Inversion نام دارد و به محض اینکه الکترون به این حالت برسد، انرژی خود را آزاد می کند (اصولاً از طریق ساطع کردن فوتون) و به لایه انرژی پایه می رسد.
این پدیده به دفعات به صورت طبیعی در طبیعت رخ می دهد (نشر خود به خودی)؛ اما گاهی اوقات بنا به نیازمان، خودمان الکترون را بر می انگیزیم و با اعمال نیرو (الکترون را سریع تر) به از دست دادن انرژی جذب شده هدایت می کنیم، این فرآیند نشر برانگیخته (Light amplification) نام دارد و طی آن فوتون های بیشتری ساطع می شوند. همچنین این فوتون ها روی الکترون های مجاور نیز اثر می گذارند.
باتوجه به جنس ماده و انرژی که به الکترون های آن تابیده می شود، فوتون ها با طول موج معینی ساطع می شوند؛ حال اگر بتوان این فوتون ها را به صورت متراکم و همسو با هم از یک درگاه خارج ساخت، یک باریکه از فوتون ها که طول موج مشخصی دارد، ایجاد می شود؛ این عملیات لیزر نام دارد که البته در محاوره گاهی لیزرینگ و لیزینگ هم به آن گفته می شود.
چگونگی این عملیات در موارد مختلف و ساختار اصلی آنها و اصطلاحات اصلی را در ادامه شرح می دهیم:
Active Laser Medium یا Lasing Medium-Gain Medium
در یک دستگاه لیزر، به محلی که در آن پدیده برانگیختگی، واژگونی و تولید فوتون ها اتفاق می افتد Gain Medium می گویند که یکی از اصلی ترین وجوح تمایز دستگاه های لیزر می باشد. بسته به طول موجی که می خواهند ساطع شود، جنس محفظه (مایع، گاز، مایع و ...) را انتخاب و نام گذاری می کنند بطور مثال اگر جنس آن مایع باشد، Dye و اگر کریستالی باشد، Rod نام می گیرد.
Laser pumping
به عملیات انتقال انرژی از یک منبع خارجی به Gain Medium، لیزر پمپینگ (Laser pumping) گفته می شود. برای تکرار مداوم فرآیند لیزر، قدرت پمپ باید از پایین ترین سطح برانگیخته لیزر بیشتر باشد. منبع این انرژی عموماً از طریق نور مثلاً LED در لیزرهای دیودی و Flash Tube در Nd:YAG، تخلیه الکتریکی و... تامین می شود.
Reflector یا Optical resonator
رفلکتورها همان آینه های دستگاه لیزر با قدرت بازتابش بسیار بالا هستند که عموماً روبروی هم قرار می گیرند و باعث همسو شدن فوتون ها پس از ساطع شدنشان از یون ها و الکترون ها می شوند. معمولاً در دو طرف Laser cavity یا Gain medium قرار دارند و در مرکز یکی از آنها سوراخی وجود دارد که فوتون ها از آن خارج می شوند و اگر طول موجشان در طیف رنگی باشد، ما آنها را به صورت یک باریکه رنگی می بینیم.
1. Gain medium
2. Laser pumping
3. Total reflector
4. Partial reflector
5. Laser beam
Population inversion
(واژگونی جمعیت) هنگامی که تعداد ریزذراتی که در حالت بر انگیخته هستند از تعداد ذراتی که در حالت پایه قرار دارند بیشتر باشد، این پدیده رخ داده است.
Light Emitted Diode
همان طور که از اسمش مشخص است، LED، شاخه ای از دیودها هستند که با عبور جریان، نور ساطع می کنند.
برگردان از گروه دندانپزشکان دندال
با همکاری دکتر کورش افشار