تعمیر دستگاه لیزر اندیگ

تعمیر دستگاه‌ لیزر اندیگ

1-2 مقدمه و اصول فیزیکی لیزر Nd:YAG

لیزر Nd:YAG یا

Neodymium-doped: Yttrium Aluminum Garnet Laser

یکی از پرکاربردترین لیزرهای جامد (Solid-State Lasers) است.

در این لیزر، محیط فعال از بلور Y₃Al₅O₁₂ ساخته شده که با یون‌های نئودیمیوم (Nd³⁺) آلاییده (دوپ) می‌شود.

این یون‌ها منبع اصلی تابش لیزر در طول موج 1064 نانومتر (فروسرخ نزدیک) هستند.

🔹 اصل عملکرد لیزر اندیگ:

هنگامی که محیط فعال با نور از لامپ فلاش یا دیود لیزری پمپ می‌شود، یون‌های Nd³⁺ از تراز پایه به تراز برانگیخته منتقل می‌شوند.

سپس با بازگشت از تراز شبه‌پایدار ^4F₃/₂ به ^4I₁₁/₂، فوتون‌هایی با طول موج 1064 نانومتر تابش می‌کنند.

در کاواک نوری با آینه‌های بازتابنده، تابش تقویت و هم‌فاز می‌شود و پرتو لیزر Nd:YAG تولید می‌شود.

🔹 مشخصات کلی لیزر اندیگ:

جدول 3: مشخصات کلی لیزر اندیگ
پارامتر	مقدار
نوع لیزر	جامد
محیط فعال	Nd:YAG Crystal
طول موج اصلی	1064 nm
حالت کاری	پیوسته (CW) یا پالسی (Q-Switched، Mode-Locked)

2-2 اجزای اصلی دستگاه لیزر اندیگ

🔸 محیط فعال (Active Medium) اندیگ

بلور YAG (Y₃Al₅O₁₂) دوپ‌شده با Nd³⁺ در غلظت 0.5–5 درصد
طول بلور: 5 تا 10 سانتی‌متر، قطر معمول: 3 تا 6 میلی‌متر
عمولاً درون یک لوله شیشه‌ای با عبور آب برای خنک‌سازی قرار دارد.
🔸 منبع دمش (Pumping Source) اندیگ
دو نوع اصلی:
1. لامپ زنون یا کرپتون (Flashlamp-Pumped):
معمول در سیستم‌های جراحی قدیمی‌تر یا پرتوان صنعتی
نیازمند خنک‌سازی قوی و منبع تغذیه پالسی
1. دیود لیزری (Diode-Pumped):
کارایی بالا، عمر طولانی، و ابعاد کوچک‌تر
بازده نوری تا 20٪
🔸 کاواک اپتیکی (Optical Resonator) اندیگ
شامل دو آینه با بازتاب بالا در دو انتهای بلور:
یکی کاملاً بازتابنده (HR)، دیگری نیمه‌شفاف (OC)
ممکن است دارای کریستال Q-switch (مثل Pockels Cell یا Cr:YAG) برای تولید پالس‌های کوتاه و پرانرژی باشد.
🔸 سیستم خنک‌کننده اندیگ
در مدل‌های لامپی: خنک‌سازی آبی الزامی است.
در مدل‌های دیودی: خنک‌سازی ترموالکتریک (TEC) یا هوا کافی است.
🔸 سیستم هدایت و خروج پرتو اندیگ
خروجی از طریق لنز یا فیبر نوری با قطر 200–600 µm است و قابل اتصال به هندپیس جراحی یا اپتیک متمرکزکننده در صنعت می باشد.

3-2 پارامترهای اپتیکی و فیزیکی لیزر Nd:YAG

جدول 4: پارامترهای اپتیکی و فیزیکی لیزر Nd:YAG
ویژگی	مقدار معمول
طول موج اصلی	1064 nm
خطوط فرعی	1319 nm، 946 nm، 1444 nm
نوع تابش	پیوسته یا پالسی
پهنای پالس (Q-switch)	5 تا 20 نانوثانیه
انرژی پالس	100 mJ تا چند ژول
توان خروجی CW (پیوسته)	5 تا 500 وات (پزشکی 10–100 وات)
قطر پرتوی خروجی	0.2 تا 2 mm
راندمان نوری	3–5 درصد برای لامپی، تا 20 درصد برای دیودی
حالت‌های کاری	CW، Q-switched، Mode-Locked، Frequency-Doubled (532 nm)

4-2 کاربردها و مقادیر توان متداول اندیگ

🔹 کاربردهای پزشکی لیزر Nd:YAG:

جدول 5: کاربردهای پزشکی لیزر اندیگ
حوزه	کاربرد	توان / انرژی معمول
جراحی عمومی و زیبایی	برش و انعقاد بافت	20–60 وات (CW)
پوست و زیبایی(Q-switched)	حذف تتو و ضایعات رنگدانه‌ای	400–1000 mJ/pulse
عروق و هموستاز	انعقاد عروقی و زگیل	10–40 وات
چشم‌پزشکی (Q-Switched)	کپسولوتومی، ایریدوتومی	2–6 mJ/pulse
دندانپزشکی	برش بافت نرم، ضدعفونی کانال	1–5 وات
کریستال Q-switch (Cr:YAG یا Pockels)	تغییر ضرایب نوری بر اثر حرارت	تغییر طول پالس یا کاهش انرژی پالس

🔹 کاربردهای صنعتی لیزر اندیگ:

جدول 6: کاربردهای صنعتی لیزر اندیگ
کاربرد	توان معمول	توضیح
برش و جوشکاری فلزات ظریف	100–500 وات	جوش‌های نقطه‌ای یا درزهای باریک
مارکینگ (حکاکی)	20–100 وات	حکاکی روی فلزات، سرامیک، پلاستیک
سوراخ‌کاری دقیق	تا 1 ژول برای هر پالس	برای قطعات الکترونیکی یا توربین‌ها

5-2 نگهداری، خرابی‌ها و تعمیرات متداول لیزر Nd:YAG

🔸 قطعات مستعد خرابی لیزر اندیگ:

جدول 7: قطعات مستعد خرابی لیزر اندیگ
بخش	نوع خرابی	علائم
لامپ زنون (در مدل‌های لامپی)	تخلیه ناقص، ترک خوردن، سیاه شدن	افت توان خروجی، عدم شروع تخلیه
بلور Nd:YAG	آلودگی، خراش سطحی، یا ترک ناشی از حرارت	نوسان پرتو، افت توان
آینه‌های کاواک	آلودگی یا تبخیر پوشش	کاهش پایداری پرتو
سیستم خنک‌کننده	گرفتگی یا نشتی	افزایش دما، نوسان توان
دیودهای پمپ (در مدل‌های دیودی)	کاهش خروجی نوری در طول زمان	افت تدریجی توان لیزر
کریستال Q-switch (Cr:YAG یا Pockels)	تغییر ضرایب نوری بر اثر حرارت	تغییر طول پالس یا کاهش انرژی پالس

🔸برنامه نگهداری پیشنهادی برای لیزر اندیگ:

جدول 8: برنامه نگهداری دوره‌ای لیزر اندیک
دوره	اقدام پیشنهادی
هفتگی	تمیز کردن سطوح اپتیکی با هوای فشرده خشک
ماهانه	بررسی توان خروجی با پاورمتر
هر 3 ماه	بررسی جریان و ولتاژ پمپ، وضعیت خنک‌کننده
هر 6 ماه	کالیبراسیون پرتو و تنظیم آینه‌ها
سالانه	تعویض لامپ یا دیود پمپ (در صورت افت توان بیش از ۲۰٪)

6-2 مزایا و محدودیت‌های لیزر اندیگ

مزایای لیزر Nd:YAG:

✅ توان خروجی بالا و کیفیت پرتو عالی (TEM₀₀)

✅ قابلیت کار در چند مد (CW، پالسی، Q-switch)

✅ عمق نفوذ زیاد در بافت → مؤثر در جراحی عمیق و لخته‌سازی

✅ عمر بلور بسیار بالا (ده‌ها هزار ساعت)

✅ امکان فرکانس دو برابر (532 nm) برای کاربردهای پوستی و چشمی

محدودیت‌های لیزر اندیگ:

❌ هزینه اولیه بالا

❌ راندمان پایین‌تر در مدل‌های لامپی

❌ نیاز به تنظیم دقیق اپتیکی

❌ خطر شدید برای شبکیه چشم (نور نامرئی فروسرخ)

7-2 نکات ایمنی لیزر Nd:YAG

استفاده از عینک محافظ مخصوص 1064 nm ضروری است.
هیچ‌گاه مسیر پرتو را با چشم غیرمسلح مشاهده نکنید.
محیط باید دارای تهویه و حفاظ پرتو باشد.
از پرتوی راهنما (He-Ne یا دیود قرمز) برای هدف‌گیری استفاده شود.
در مدل‌های لامپی، ولتاژهای چند کیلوولتی وجود دارد، فقط افراد آموزش‌دیده مجاز به تعمیر هستند.