تاثیراندازه لکه پرتو بر پوست
یکی از پارامترهایی که هنگام پرداختن به پراکندگی، باید حتما در نظر گرفته شود، اندازه لکه است. هر چه اندازه لکه بزرگتر باشد، عمق نفوذ نوری(OPD) نیز بیشتر می‌شود. یعنی اندازه لکه و OPD متناسب هستند.
ممکن است توجیه شما برای این مسئله چنین باشد که با افزایش اندازه لکه، تعداد فوتون‌ها افزایش می‌یابد که منجر به OPD عمیق‌تر می‌شود. اما این یک توجیه اشتباه است. باید در نظر داشت که حتی اگر اندازه لکه افزایش یابد، تا زمانی که چگالی انرژی (شاریدگی یا فلوئنس) ثابت باشد، عمق نفوذ تغییری نخواهد کرد. حتما به یاد دارید که چگالی انرژی از تقسیم کردن مقدار انرژی به مساحت لکه به دست می‌آمد و واحد آن J/cm2 است که هم به انرژی و هم مساحت لکه بستگی دارد. بنابراین باید دید چطور می‌توان با افزایش اندازه لکه، افزایش عمق نفوذ را توضیح داد.
افزایش عمق نفوذ با افزایش اندازه لکه، با عاملی به نام “اثر اندازه لکه” توضیح داده می‌شود. به اثر اندازه لکه، “اثر لبه پرتو” یا “اثر پاشندگی پرتو” نیز گفته می‌شود. همانطور که قبلا توضیح داده شد، زمانی که فوتون‌ها با پوست تماس می‌گیرند، چهار پدیده بازتاب، جذب، پراکندگی و انتقال (عبور) رخ می‌دهد. اگرچه پراکندگی ممکن است یک پدیده مجزا به نظر برسد، و ممکن است چنین فکر کرده باشید که با پراکندگی، فوتون‌ها به پایان می‌رسند، اما با تامل بیشتر پی خواهید برد که فوتون‌های پراکنده چون فقط تغییر جهت یافته‌اند، نهایتا یا در ماده جذب می‌شوند و یا در ماده منتقل می‌گردند.
از طرفی باید بدانید که جذب یک پدیده‌ی احتمالاتی است. در پدیده های احتمالاتی هر چه تعداد اولیه بیشتر باشد، احتمال وقوع آن پدیده بیشتر می‌شود. در اینجا هم هر چه تعداد فوتون‌ها بیشتر باشد، احتمال جذب بالاتر می‌رود. بنابراین به طور طبیعی احتمال جذب در مرکز لکه بیشتر از احتمال جذب در لبه ها خواهد بود.
به همین ترتیب چون فوتون‌هایی در لایه‌های سطحی‌تر پوست، جذب و یا پراکنده شده‌اند، با افزایش عمق پوست، از تعداد فوتون‌ها کاسته شده و لذا احتمال جذب در عمق پوست کاهش می‌یابد. تا اینکه در عمق نفوذ لیزر، تعداد فوتون‌ها در واحد سطح به e-1 مقدار اولیه در سطح پوست کاهش می‌یابد.
برای لمس بیشتر، مطابق مثالی که قبلا آورده شد، در این عمق، اغلب چهار فوتون از ده فوتون برای جذب شدن باقی مانده‌اند. از اتصال نقاط دو سر لکه تابش به نقطه مربوط به عمق نفوذ در مرکز لکه، یک مثلث تشکیل می‌شود (شکل زیر) ناحیه خارج از این مثلث، منطقه خارج از OPD است که در آن، از میان 10 فوتون فرودی، تنها سه فوتون یا کمتر، برای جذب شدن باقی مانده است.
نکته قابل توجه اینست که اندازه ناحیه خارج از مثلث OPD، برای هر تابشی با هر اندازه لکه تابشی، یکسان و برابر خواهد بود. بنابراین با کاهش لکه تابش، فقط از حجم قسمت مربوط به داخل ناحیه OPD کاسته می‌شود.
به دلیل پراکندگی، هرچه اندازه لکه بزرگتر باشد عمق نفوذ بیشتر است
از طرف دیگر، هر چه اندازه لکه بزرگتر باشد، ناحیه خارج از عمق نفوذ لیزر کوچکتر است. به عنوان مثال، فرض کنید یک لکه بزرگ به اندازه 1 سانتی‌متر‌مربع و یک لکه کوچک به اندازه 5/0 سانتی متر مربع وجود دارد، ده و پنج فوتون به ترتیب شلیک شده‌اند که نشان دهنده چگالی انرژی یکسان برای هر دو لکه تابش است.
فرض کنید برای هر دو لکه تابش، یک فوتون در ناحیه خارج از OPD است. بنابراین با کاستن دو فوتون خارج از ناحیه عمق نفوذ برای تابش 10 فوتونی، هشت فوتون توسط اندازه لکه بزرگ جذب می‌شود و کم شدن دو فوتون از 5 فوتون در تابش لکه کوچکتر، منجر به جذب سه فوتون توسط اندازه لکه کوچک خواهد شد (شکل زیر)
همانطور که گفته شد چگالی انرژی یا فلوئنس تعداد فوتون ها در واحد سطح است، بنابراین اگرچه فلوئنس لیزر در هر دو اندازه لکه، J/cm2 10 است، اما در داخل پوست برای لکه بزرگتر و کوچکتر، به ترتیب (1/8) = 8 ژول بر سانتی متر مربع و (5/0/3) = 16 ژول بر سانتی متر مربع است. به عبارت دیگر، هر چه اندازه لکه بزرگتر باشد، انرژی واقعی در پوست بیشتر می‌شود.
اگر فرض کنید با افزایش عمق mm 1/0، فلوئنس لیزر به دلیل پراکندگی و جذب، به اندازه J/cm2 1 کاهش یابد با محاسبه می‌توان نشان داد که عمق نفوذ برای اندازه لکه cm21 برابر با mm 4/ 0 و برای اندازه لکه cm2 5/0 برابر با mm 2/0 میباشد. با این مثال مشاهده کردید که هرچه اندازه لکه بزرگتر باشد، عمق نفوذ باریکه نیز بیشتر خواهد بود.
توضیح شماتیکی رابطه عمق نفوذ و اندازه لکه
به طور خلاصه، عمق نفوذ اپتیکی یا OPD توسط سه عامل تعیین می‌شود. هر چه طول موج بیشتر، اندازه لکه بزرگتر و هر چه چگالی توان بیشتر باشد، OPD بیشتر است.
کپی برداری از مطالب این سایت با ذکر منبع مجاز میباشد.
(برگرفته از کتاب کاربرد لیزر در رفع موهای زائد – شاپ لیزر)