تعمیر دستگاه لیزر CO2
1-1 مقدمه و اصول فیزیکی لیزر CO2
لیزر گازکربنیک یکی از قدیمیترین و در عین حال پرکاربردترین لیزرهای جهان است که نخستین بار در سال ۱۹۶۴ توسط کومار پاتل در آزمایشگاههای Bell معرفی شد.
از مولکولهای دیاکسید کربن (CO₂) در این لیزر به عنوان محیط فعال استفاده میشود و در ناحیه فروسرخ دور (10.6 میکرومتر) تابش تولید میکند.
مکانیسم تولید لیزر در CO₂ بر پایه انتقال ارتعاشی-چرخشی در مولکولها است.
در این فرایند، انرژی از طریق تخلیه الکتریکی بین الکترودها به گاز منتقل شده و باعث تحریک ارتعاشی مولکولهای N₂ میشود.

انرژی از N₂ به CO₂ منتقل شده و جمعیتی از مولکولهای CO₂ در تراز ارتعاشی بالا تجمع میکنند که به آن وارونی انبوهی گفته میشود (Population Inversion).
سپس، این مولکولها با بازگشت به تراز پایینتر، فوتونهایی با طول موج 10.6 میکرومتر آزاد میکنند.

2-1 اجزای اصلی دستگاه لیزر CO2
🔸 محیط فعال (Active Medium) در لیزر گازکربنیک:
محیط فعال ترکیبی از CO₂، N₂ و He با نسبت نمونه ای 1:1:8 (بسته به نوع طراحی) است.
در مدلهای جدید ممکن است مقادیر کمی H₂ یا Xe نیز برای افزایش پایداری افزوده شود.
🔸 تیوب لیزر (Laser Tube) گازکربنیک:
معمولاً از شیشه بوروسیلیکات یا فلز با آببندی دقیق ساخته میشود.
دارای دو انتها با آینههای بازتابنده است: یکی کاملاً بازتابنده (HR-High Reflector) و دیگری نیمهشفاف (OC-Output Coupler) برای خروج پرتوی لیزر
طول تیوب در لیزرهای پزشکی گازکربنیک معمولاً بین 50 تا 100 سانتیمتر است.

🔸 منبع دمش یا پمپ (Pumping Source) در لیزر گازکربنیک:
در لیزرهای گازکربنیک، تخلیه الکتریکی DC یا RF بین دو الکترود موجب تحریک گاز میشود.
مدلهای صنعتی پرتوان از پمپاژ RF بهره میبرند که کنترل دقیقتر و طول عمر بیشتر دارد.


🔸 سیستم خنککننده در لیزر گازکربنیک:
چون راندمان لیزر CO₂ فقط حدود ۱۰–۲۰ درصد است، گرمای زیادی در دستگاه تولید میشود و به همین دلیل از خنککننده آبی یا جریان هوای استفاده میشود.
🔸 سیستم اپتیکی و هد خروجی در لیزر گازکربنیک:
لیزرهای گازکربنیک از آینههای ZnSe یا GaAs برای بازتاب و هدایت پرتوی لیزر بهره گرفته میشود.
در سامانههای پزشکی، پرتوی خروجی از طریق آینههای بازویی (Articulated Arm) یا فیبر نوری توخالی (Hollow Fiber) به هندپیس منتقل میشود.
🔸 سیستم کنترل و تغذیه در لیزر گازکربنیک:
مدار منبع ولتاژ بالا، کنترل شدت تخلیه، کنترل توان خروجی و سیستم ایمنی از اجزای سیستم کنترل لیزر CO2 است.
بعضی مدلها دارای مدولاتور فرکانس و زمان پالس برای حالت پالسی هستند.
3-1 پارامترهای اپتیکی و فیزیکی لیزر CO2
جدول 1: پارامترهای اپتیکی و فیزیکی لیزر CO₂ | |
پارامتر | مقدار معمول |
طول موج تابش | 10.6 µm (برخی خطوط دیگر مثل 9.6 µm نیز وجود دارد) |
نوع تابش | پیوسته (CW) یا پالسی |
توان خروجی (پزشکی) | 5 تا 60 وات |
توان خروجی (صنعتی) | 100 وات تا چندین کیلووات (تا 20 kW) |
نوع خنکسازی | جریان هوا یا آب |
نوع تحریک | تخلیه DC یا RF |
قطر پرتوی خروجی | 0.1 تا 2 میلیمتر قابل تنظیم |
مد خروجی | TEM₀₀ (برای کیفیت پرتو بالا) یا چندمدی (برای توان بالا) |
4-1 کاربردها و مقادیر پارامتری متداول
🔹 کاربردهای پزشکی لیزر گازکربنیک:
جراحی بافت نرم:
برش، تبخیر و انعقاد دقیق بافتها
توان معمول: 10–40 وات (پیوسته یا پالسی)

جراحی پوست و زیبایی:
لایهبرداری (Skin resurfacing) و حذف ضایعات پوستی
توان: 5–15 وات، حالت پالسی با پهنای پالس 100 µs تا 1 ms

جراحی زنان و اورولوژی:
درمان زگیل، برش دهانه رحم، یا جراحی لثه
توان: 10–20 وات
چشمپزشکی (در گذشته):
درمان ضایعات سطحی قرنیه (امروزه جایگزین با لیزر اگزایمر)
5-1 نگهداری، خرابیها و تعمیرات متداول
🔸 قطعات مستعد خرابی لیزر گازکربنیک:
تیوب لیزر (Laser Tube):
کاهش فشار گاز یا نشت جزئی منجر به افت توان خروجی میشود.
عمر معمول: 8,000 تا 15,000 ساعت (بسته به نوع پمپ و کیفیت ساخت).
نشانهها: کاهش توان، ناپایداری پرتو، روشن نشدن تخلیه.
آینهها و اپتیک خروجی:
رسوب گردوغبار یا بخار روی آینهها باعث افت میشود.
باید با محلول مخصوص و بدون تماس مستقیم تمیز شوند.
خرابی رایج: ترکخوردگی به علت گرمایش ناهمگن
الکترودها:
الکترودها در سیستمهای ولتاژ مستقیم DC دچار خوردگی و سایش سطحی میشوند.
تغییر فاصله بین الکترودها باعث نوسان تخلیه میگردد.
سیستم خنککننده:
گرفتگی در مسیر آب یا خرابی پمپ باعث افزایش دما و افت راندمان میشود.
سنسور دما و جریان آب باید مرتب چک شود.
مدار تغذیه (High Voltage Supply):
استهلاک قطعات (MOSFET، IGBT) در اثر نوسان جریان.
بروز نویز یا قطع تخلیه از نشانههای خرابی است.
🔸 برنامه نگهداری دورهای لیزر گازکربنیک:
جدول 2: برنامه نگهداری دورهای لیزر گازکربنیک | |
دوره | اقدام پیشنهادی |
هفتگی | تمیز کردن آینهها و فیلترهای هوا |
ماهانه | بررسی فشار گاز، جریان خنککننده، نشتی اتصالات |
هر 6 ماه | بررسی توان خروجی با پاورمتر و مقایسه با مقدار نامی |
سالانه | کالیبراسیون سیستم اپتیکی و کنترل الکترونیک |

6-1 مزایا و محدودیتها
مزایای لیزر گازکربنیک:
✅ توان خروجی بالا و کارایی مناسب برای برش
✅ جذب عالی در آب و بافتهای بیولوژیک
✅ امکان عملکرد در حالت پالسی و پیوسته
✅ کیفیت پرتو خوب (به ویژه در حالت TEM₀₀)
محدودیتهای لیزر گازکربنیک:
❌ اندازه بزرگ و نیاز به خنکسازی مؤثر
❌ حساسیت اپتیک به آلودگی و گرد و غبار
❌ خطرات ایمنی بالا (چشم و پوست)
❌ هزینه نگهداری در مدلهای قدیمی DC بالا است
7-1 نکات ایمنی لیزر گازکربنیک

- استفاده از عینک مخصوص با فیلتر 10.6 µm الزامی است.
- مسیر پرتوی لیزر باید کاملاً محافظتشده و دربسته باشد.
- هرگونه نشت گاز باید سریعاً بررسی شود.
- برای هدفگیری ایمن توصیه میشود از سیستم بینایی غیرمستقیم (Red Pilot Beam) بهرهگیری شود.
تماس تلفنی حتی روزهای تعطیل




