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:

  1. جراحی بافت نرم:

برش، تبخیر و انعقاد دقیق بافت‌ها

توان معمول: 10–40 وات (پیوسته یا پالسی)

  1. 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

  1. جراحی زنان و اورولوژی:

درمان زگیل، برش دهانه رحم، یا جراحی لثه

توان: 10–20 وات

  1. چشم‌پزشکی (در گذشته):

درمان ضایعات سطحی قرنیه (امروزه جایگزین با لیزر اگزایمر)

5-1 نگهداری، خرابی‌ها و تعمیرات متداول

🔸  قطعات مستعد خرابی لیزر گازکربنیک:

  1. 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.

  1. 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

  1. الکترودها:

الکترودها در سیستم‌های ولتاژ مستقیم DC دچار خوردگی و سایش سطحی می‌شوند.

تغییر فاصله بین الکترودها باعث نوسان تخلیه می‌گردد.

  1. 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.

  1. 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

09356082613

پیمایش به بالا