امروزه به طور 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 رومی ها 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 به نام Nife finsen Ryberg بخاطر کشف ها و تحقیقاتش روی قابلیت های 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 سال های بعد از آن آمریکایی ها و روس ها در طول جنگ سرد تحقیقات و پژوهش های 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.

س 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.

یشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gordon) ، 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

ليزر در تمدن يونان و روم

در دوران تمدن يونان و روم , ليزر به خوبي شناخته شده و مشهور بود . گياهي خودرو بود (احتمالاً از رده گياهان چتري ) كه در ناحيه وسيعي در اطراف سيرن (ليبي امروز ) مي روئد . گاهي هم ليزر پيتيوم ناميده مي شد و به علت خواص اعجاز گرش آن را هديه اي از جانب خداوند مي دانستند . اين گياهان براي درمان بسياري از بيماري ها از ذات الريه گرفته تا بسيار از بيماري هاي واگيردار به كار مي رفت . پادزهر موثري بود براي مار زدگي ، عقرب زدگي و نيش پيكان هاي زهرآلود دشمن از طعم لذيذش به عنوان چاشني عالي در بهترين آشپزي ها استفاده مي شد . اين گياه آنچنان پرارزش بود كه منبع اصلي سعادت سيرينها به حساب مي آمد و به يونان و روم صادر مي شد . در مدت استيلاي رومي ها تنها خراجي كه سيرينها به روم مي دادند اين گياه بود كه همراه با شمش هاي طلا در خزانه ها نگهداري مي شد . شايد بهترين گواه ارزش ليزر در آن روزگار نقشي بر جام مشهور اركسيلائود كه اكنون در موزه سيرن است باشد كه باربران را در حال باركردن ليزر در كشتي تحت سرپرستي پادشاه آركسيلائو نشان مي دهد هم يوناني ها و هم رومي ها بسيار كوشيده اند كه بتوانند ليزر را در نقاط مختلف آپوليا و آيونا در قسمت جنوبي ايتاليا به كشت بنشانند . نتيجه آن شد كه ليزر بيشتر و يبشتر كمياب شد و به نظر مي رسد كه در حوالي قرن دوم ميلادي كاملاً از بين رفت . از آن زمان تا به حال علي رغم كوشش هاي بسيار كسي موفق نشد كه ليزر را در صحراهاي جنوبي سيرن پيدا كند و بدين ترتيب ليزر به صورت گنجينه گمشده تمدن يونان –روم درآمد .

يكي از مهم ترين اكتشافات قرن بيستم كشف ليزر مي باشد در سال 1917 امكان وجود و توليد اين وسيله توسط آلبرت انيشتين پيش بيني شد ليكن مدت ها اين پيش بيني مورد توجه واقع نشد تا آنكه در سال 1940 يك دانشمند روسي به نام فابريكانت در تز دكتراي خود توليد تابش هاي اجباري تقويت شده را اثبات كرد در سال 1954 توليد و تقويت فركانس هاي نوسانات الكترومغناطيسي ميكرد و يوبر اساس استفاده از تشعشعات

الكترومغناطيسي از مولكول هاي آمونياك تحت عنوان ميزر (maser ) ( مجموع حروف اول عبارت Microware Amplification by stimulated ) صورت گرفت .براي نخستين بار در سال 1960 در امريكا به وسيله ي تئودور مايمن يك دستگاه ليزر با بلور ياقوت ساخته شد . يك سال بعد دانشمند ايراني علي جوان ليزر گازي هليم ، نئون را در آزمايشگاه بل طراحي و ارائه كرد . سال هاي بعد ازآن تكميل و ايجاد ليزرهاي جديد به سرعت گسترش يافت . گسترش ليزر بويژه به خاطر خواص مختلف به سرعت ادامه يافت. امروزه گرچه تنوع ليزرهاي توليدشده محدود است ، ليكن كارخانجات سازنده زيادي وجود دارند كه به طرق محتلف و براي امور مختلف ليزرها را توليدمي كنند . ليزر (Laser ) متشكل از حروف ابتداي كلمات Light Amplification by stimutaled مي باشد . ليزر از جنس فوتون هاي امواج الكترومغناطيسي مي باشد بنابراين از نظر ماهيت و رفتار تابع كليه قوانين حاكم بر رفتار فوتون هاي نوري در محيط هاي مختلف مي باشند .

اجزاي اصلي يك سيستم ليزر :

اجزاي اصلي يك سيستم ليزر عبارت است از :

ماده ايجاد كننده ليزر (Active medium )

سيستم دمشي (pumping system )

آينه هاي منعكس كننده (Reflecting xiwors)

ماده ايجاد كننده ليزر :

براي ايجاد ليزر ماده اي مورد نياز است كه داراي ترازهاي انرژي تحريكي باشد به گونه اي كه الكترون ها بر روي اين لايه ها داراي نيمه عمر كافي باشند به عبارت ديگر پس از انتقال الكترون ها به اين لايه تحريكي نبايستي الكترون ها سريعاً به تراز زمينه بازگردد . علاوه بر آن اين ماده بايستي داراي يكلايه واسطه اي باشد به گونه اي كه تراز انرژي اين لايه ازتراز انرژي لايه تحريكي كمتر و از تراز زمينه بيشتر باشد . ضمناً عمر الكترون هاي انتقالي بر روي اين لايه كم باشد . به طوري كه الكترون صفائي كه از لايه تحريكي به آن منتقل مي شود سريعاً به تراز زمينه انتقال يابند و در اين صورت همواره الكتروني كه از لايه تحريكي به لايه واسطه اي وجود دارد . انرژي فوتون هاي ليزري معمولاً برابر با احتلاف انرژي بين لايه تحريكي و لايه واسطه اي مي باشد تعداد متعددي مواد هستند كه داراي اين خاصيت هستند و اين مواد مي توانند به صورت CO مايع مثل بعضي مواد رنگي يا جامد مثل: Nd : YaG باشند.

سيستم دمشی

جهت تحريك اتم هاي ماده ايجاد كننده ليزر و انتقال الكترون ها از لايه زمينه به تراز تحريكي نياز به انرژي مي باشد . معمول ترين منبع انرژي مي تواند به طرق مختلف تامين شود منبع تغذيه انرژي استفاده از لامپ هاي نوري يا فوتون هاي نوري مي باشد با تابش شديد نور به يك ماده كه قادر به ايجاد ليزر است مي توان الكترون هاي زمينه آن را تحريك و آن ها را به لايه الكتريكي منتقل مي كنند . منبع انرژي مي تواند لامپ هاي پرقدرت چشمه ها ليزري يا تخليه الكتريكي باشد .
آيينه هاي منعكس كننده :

هنگامي كه الكترون ها از تراز زمينه به لايه تحريكي منتقل شود به تدريج اين الكترون ها به حالت پايدار باز مي گردند و در اثر بازگشت خودبه خودي گروهي از اين الكترون ها به حالت زمينه ايجاد نور مي شود . نور از ماده توليدكننده خارج مي شود حال اگر در دوطرف محفظه كه ماده توليدكننده نور در آن واقع است در آينه قرار دهيم به طوري كه پس از تابش فوتون هابه وسيله ي آينه ها مجدداً به ماده توليدكننده منعكس شوند در اين صورت در اثر اين فوتون ها همان طور كه قبلاً توضيح داديم فوتون هاي بيشتري ايجاد مي شود و دراثر تكرار انعكاس ها بين آينه ها در انتها تعداد بسيار زيادي فوتون با فركانس يكسان ايجاد مي شود . هرگاه در زمان مناسب كه شدت فوتون ها به حد كافي زياد شد يكي از آينه ها از مسير دسته فوتون خارج شود

در آن صورت فوتون هاي محبوس شده از محفظه ي ليزري به محيط خارج منتقل مي شوند .

ليزر منبع نوري و نوين نيرومندي است . حتي يك ليزر با درخشندگي ملايم پرتوي صادر مي كند كه به مراتب از پرتو خورشيد نيرومندتر است . بسياري از ليزرهاي مهم در طيف بينايي عمل مي كنند . در ميدان بينايي مي توان آنها را با عدسي آئينه و منشور متمركز منعكس يا منكسر نمود .

اشعه ليزر داراي امتيازات فيزيكي به قرار زير است :‌

تمام نورصادرشده محتوي يك دسته باريك موازي هم مي باشد.

نور ساطع شده از ليزر طول موج گسترده اي دارند كه آن را نور منسجم يا همدوسي مي خوانند ، صفات اساسي كه نور ليزر را برتر از نور طبيعي قرار مي دهد عبارت است از: درخشندگي زياد ، تكفام بودن ، همدوسي تابشي كه از بخش هاي مختلف منبع نور ناشي مي گردد .بدين وسيله با عدسي هاي مناسب مي توان تمام شعاع هاي صادرشده ليزر را در منطقه كانوني جمع نمود . در منطقه محدود كانون عدسي تمركز اشعه مي تواند فوق العاده پرقدرت باشد .

اصول فيزيكي ليزرها مبتني بر نظريه هائي است كه در سال هاي نخست قرن بيستم توسط انيشتين ارائه شد .هرچند ساخت اولين وسيله ليزري تا سال 1960 ميسر نگرديد . نور ليزر مثل نور معمولي است با خاصيت ذره اي و موجي . ذرات نوري يا فوتون بدون وزن هستند كه به طور موجي انتشار مي يابند .موج نوري داراي چهار خاصيت است: طول موج ، دامنه ، فركانس و سرعت مي باشد (همچنين امواج نوري نسبت به يكديگر ممكن است همفاز و يا غير همفاز باشند .
طول موج (Wava Length )

فاصله بين دوقله متوالي از امواج نوري را طول موج گويند . واحد اندازه گيري آن جزئي از متر بنام نانومتر است

2-دامنه (Damaneh )

ماكزيمم تغيير مكان موج از وضعيت سكون را در دامنه گويند .

3- فركانس : تعداد نوساناتي كه در يك ثانيه از يك نقطه عبور كند فركانس گويند .

سرعت : سرعت امواج الكترومغناطيسي در يك محيط معين هميشه ثابت است در خلا حدوداً 186300 مايل در ثانيه يا 300 هزاركيلومتر در ثانيه مي باشد .

هم فاز و غير همفاز بودن امواج (coherent and Incoheverent )

امواجي را همفاز گويند كه از نظر زماني و مكاني با يكديگر همخاني داشته باشند يعن موج هاي آنها همه يكسان باشند و فرورفتگي ها و بر جستگي هاي آنها در مقابل يكديگر باشند .

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.