Tìm hiểu Laser và các ứng dụng của Laser

Chia sẻ: Nguyen Phuc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:7

4
777
lượt xem
223
download

Tìm hiểu Laser và các ứng dụng của Laser

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Laser là tên của những chữ cái đầu của thuật ngữ bằng tiếng anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ’’ (Sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích hoạt). Laser là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt cao độ các phần tử của mộtt môi trường vật chất tương ứng. Laser là ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu Laser và các ứng dụng của Laser

  1. Tìm hiểu Laser và các ứng dụng của Laser I. KHÁI NIỆM VỀ LASER : Laser là tên của những chữ cái đầu của thuật ngữ bằng tiếng anh “Light Amplification by  Stimulated Emission of Radiation ’’ (Sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích hoạt). Laser là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh  sáng bằng bức xạ phát  ra khi kích hoạt cao độ các phần tử của mộtt môi trường vật chất tương ứng. Laser là ánh  sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những  công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống,  tạo nên cả một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sau khi nó ra đời. Sự ra đời cùa Laser bắt nguồn từ  Thuyết Lượng tử do nhà bác học A. Einstein phát minh ra  năm 1916. Đến năm 1954, các nhà bác học Anh, Mỹ đã đồng thời sáng chế ra máy phát tia  laser ứng dụng vào thực tế. Các thử nghiệm laser trên người bắt đầu từ những năm 1960. Từ  năm1964, đã bắt đầu ứng dụng laser trong các trị liệu về Da (chuyên khoa da liễu). 1. Nguyên lý phát sinh LASER: Theo những khái niệm cơ bản của  vật lý lượng tử, khi ta chiếu một  chùm   ánh   sáng   vào   một   môi  trường vật chất (thuật ngữ vật lý  học gọi là hệ vật lý tượng tử) thì  chùm ánh sáng sẽ yếu dần đi do  bị hấp thu bởi môi trường vật chất.  Bản chất quá trình bị hấp thu ấy  là các hạt ánh sáng (photon) đã  truyền năng lượng kích hoạt các  phân tử vật chất “nhảy” từ trạng  thái ổn định A lên một trạng thái  B   với mức năng lượng cao hơn.  Vì B là một trạng thái không ổn  định, nên sau một thời gian nhất  định, các phân tử đang ở mức B  lại “nhảy” về mức A và trong lúc “nhảy về” đó nó cũng phát ra một photon mang năng lượng  bằng năng lượng nó đã hấp thu, theo kiểu “vay gì trả nấy”. Đó là hiện tượng bức xạ. Tuy  nhiên các hạt photon bức xạ này không nhiều, vì nó tỉ lệ với số phân tử có ở mức B, mà số  phân tử ở trang thái B bao giờ cũng ít hơn số phân tử ở trạng thái ổn định A. Các photon bức  xạ   này   phát   ra   theo   mọi   hướng   một   cách   tự   do   nên   còn   gọi   nó   là   bức   xạ   tự   do.    Khi ta làm cho các photon tương tác bởi các phân tử ở mức cao B, bắt nó trở về A sớm hơn  và phát sinh ra photon, các photon có đồng mức năng lượng và đúng bằng mức năng lượng  các   photon   của   nguồn   chiếu   đã   truyền   cho   nó   thì   đó   là   bức   xạ   kích   hoạt.    Khi tạo ra bức xạ kích hoạt ở mức độ cao cho các photon bức xạ phát ra liên tục ở mức cao  nhất, rồi được chọn lọc và khuyếch đại để chúng phát về cùng một hướng với những tính chất  giống nhau ta sẽ thu được chùm sáng laser. Như vậy nguyên lý của máy phát laser chính là  làm sao cho nguồn sáng chiếu vào môi trường hoạt chất laser không bị yếu đi để có thể kích  hoạt liên tục các phần tử vật chất cho số phân tử ở mức B luôn nhiều hơn ở mức A, như vậy 
  2. số photon bức xạ sẽ được phát sinh nhiều đến mức tối đa. Khi đó, bằng các thiết bị đặc biệt,  nguồn sáng bức xạ này sẽ được chọn lọc và khuyếnh đại để phát ra một chùm ánh sáng đơn  sắc, gồm những tia sáng có cùng hướng, có bước sóng gần tương đương và có độ tập trung  cao. Đó chính là laser. 2. Cấu tạo máy phát laser: bao gồm các bộ phận chính: ­ Hoạt chất laser: Là môi trường chứa các hoạt chất có khả năng phát ra bức xạ laser khi  được   kích   hoạt   bằng   một   nguồn   năng   lượng. ­ Nguồn nuôi: Là nguồn năng lượng để duy trì hoạt động của môi trường hoạt chất laser, giữ  cho   hoạt   chất   luôn   luôn   ở   trạng   thái   có   số   phần   tử   ởø   mức   B   nhiều   hơn   ở   mức   A. ­   Buồng   cộng   hưởng:   Bao   gồm   1   gương   phản   xạ   toàn   phần   và   1   gương   bán   mờ   (độ   phản   xạ   từ   70%   đến   99%) Buồng cộng hưởng cho phép nguồn sáng kích thích chất nhiều lần và chùm tia sáng bức xạ  sẽ được khuyếch đại và chọn lọc qua gương phản xạ toàn phần và gương mờ cho đến khi ổn  định để phát ra chùm sáng laser. 3.   Phân   loại   laser:   Tùy   theo   loại   hoạt   chất   laser   ta   sẽ   thu   được   các   tia   laser   với   tên   gọi   khác   nhau: ­ Laser rắn có môi trường hoạt chất ở thể rắn. Có hàng trăm loại như Laser Ruby, Laser  YAG, Laser bán dẫn, Laser thủy tinh, vv……. ­ Laser lỏng có môi trường hoạt chất ở thể lỏng. Có 50 loại khác nhau. Các hoạt chất thể lỏng  có màu sẽ cho ta laser màu, là những laser rất thông dụng hiện nay. ­ Laser khí có môi trường hoạt chất ở thể khí . Cũng có hơn trăm loại khí được dùng làm hoạt  chất laser như laser CO2 , laser heli­Neon, laser Argon, vv …. Người ta còn phân loại theo tính chất như: laser nóng  như laser CO2, Argon) và laser lạnh  (như Laser He­Ne, Laser hồng ngoại). 4.   Các   tính   chất   của   tia   Laser   : ­ Độ đơn sắc cao Laser là chùm ánh sáng mà các tia sáng của nó có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so  với các chùm sáng đơn sắc khác. Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của  chùm ánh sáng. Và dĩ nhiên là phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng cao. Trước khi có laser các  nhà vật lý đã tạo được các chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến  10nm, nhưng để sử dụng trong nghiên cứu khoa học. Trong khi đó mức chênh lệch bước  sóng của chùm ánh sáng laser có thể tới 0,1 Ao. Tính chất này rất quan trọng vì hiệu quả  tác dụng của laser khi tương tác với vật chất, với  các tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc này.  ­ Độ định hướng cao 
  3. Khác với các nguồn sáng khác, các tia sáng Laser được chọn lọc chỉ phát ra những tia vuông  góc với gương, nên hầu như song song với nhau (hay nói theo ngôn ngữ vật lý là góc mở giữa  các tia là rất nhỏ). Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, có thể chiếu đi rất xa, đến mức  người   ta   có   thể   dùng   laser   để   đo   những   khoảng   cách   trong   vũ   trụ.    ­ Mật độä phổ  (độ chói) rất cao Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho độ rộng  của phổ. Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tia sáng rất cao, hay nói cách  khác là độ chói rất cao so với các nguồi sáng khác. Ví dụ: laser có công suất thấp là laser He­Ne cũng có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói của  ánh sáng mặt trời. Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời. ­  Công suất của laser Tùy loại laser mà có nguồi sáng công suất khác nhau. Có những loại laser công suất mạnh  tương đương công suất 1 vạn  nhà máy điện 1 triệu KW. Nhựng nguồn laser công suất mạnh  có thể sử dụng trong công nghiệp nạêng như khoan cắt vật liệu, hay chế tạo các loại vũ khí,  khí   tài   quân   sự. Các loại laser sử dụng trong y học là những laser có công suất thấp như laser He – Ne công  suất chỉ khoảng từ 2MW đến 10MW. 5.   Những   công   dụng   của   laser:   Ngày nay, người ta đã chế tạo ra được gần 500 loại laser khác nhau, ứng dụng trong rất  nhiều lĩnh vực: ­ Đo đạc những khoảng cách cực lớn, như trong nghành thiên văn (đo khoảng cach từ trái đất  đến   các   hành   tinh   và   khoảng   cách   giữa   các   hành   tinh   trong   vũ   trụ). ­ Thiết   lập   dẫn   đường   như   các   loại   bom,   tên   lửa   được   dẫn   đường   bằng   laser. ­ Thông   tin   liên   lạc ­ Công   nghiệp   nặng:   hàn   cắt   kim   loại ­ Công   nghiệp   chế   tạo   vũ   khí. ­ Cải   tạo   giống ­ Trong y học (chuẩn đoán và điều trị bệnh, săn sóc thẩm mỹ) II. ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG Y HỌC Khi chiếu tia sáng laser vào một hệ sinh vật như cơ thể con người, sẽ có những hiệu ứng sinh  học xảy ra trong cơ thể. Những hiệu ứng sinh học này là cơ sở để sử dụng laser trong y học  phục vụ con người. Khi sử dụng laser để điều trị thì yếu tố quyết định hiệu quả là liều chiếu, bao gồm các tham  số: ­ Công   suất ­ Độ   hội   tụ   (mật   độ   công   suất   ) ­ Thời   gian   chiếu
  4. ­ Số   lần   chiếu ­ Khoảng   cach   giữa   các   lần   chiếu   Bên cạnh đó đặc điểm của tổ chức cơ thể nơi chiếu cũng là yếu tố quan trọng góp phần tạo  nên   kết   quả   tốt   trong   điều   trị.   Các ứng dụng cơ bản của laser trong y học: 1. Trong   chuẩn   đoán:   có   nhiều   thiết   bị   chuẩn   đoán   sử   dụng   laser   như   : ­ Máy   Dopler   Laser   thăm   dò,   đo   dòng   máu   trong   cơ   thể. ­ Máy   chụp   cắt   lớp   laser. ­ Các máy dò tìm, đo đạc, dẫn đường trong chuẩn đoán. 2. Trong điều trị: Ứng dụng của laser trong điều trị rất phong phú: ­ Da liễu : tẩy xóa các u, mụn, các đốm sắc tố như nốt ruồi tàn nhang, các bớt bẩm sinh vv… ­ Nhãn khoa: rất nhiều ứng dụng như điều trị hàn gắn các tổn thương võng mạc, điều trị các  tổn thương giác mạc, trong các phẩu thuật sửa chữa các tật khúc xạ của mắt và phẩu thuật  điều   trị   các   bệnh   lý   khác   của   mắt. ­ Hệ thống tiêu hóa: Tán sỏi ống mật chủ, trong các thủ thuật ngoại khoa điều trị các khối u  đựng tiêu hóa, trong tạo hình thực quản, trong việc hàn gắn các tổn thương mạch máu nội  tạng   như   trong   các   trường   hợp   ung   thư,   viêm   loét   đường   tiêu   hóa,   vv….. ­ Sản phụ khoa: Điều trị các tổn thương bệnh lý cổ tử cung để tránh nguy cơ ung thư hóa. ­ Tai – Mũi – Họng: Điều trị các tổn thương của dây thanh êm, các bệnh lý và tổn thương  vùng   họng   hầu. ­ Thần   kinh:   Điều   trị   các   tổn   thương   dạng   u   do   hệ   thống   thần   kinh. ­ Hô hấp: Điều trị các khối u phổi, các tổn thương bệnh ly không phải do u, và hàn gắn cả các  tổn thương khí quản do đặt ống nội khí quản khi gây mê hay do thủ thuật mở khí quản cấp  cứu. ­ Tim   mạch:   Phá   hủy   các   mảng   xơ   vữa   ở   thành   động   mạch.    A. Dao mổ laser: Người ta sử dụng các laser nhiệt để phẫu thuật như một dao mổ bằng tia sáng laser. Điển  hình là dao mổ bằng laser CO2. Khi chiếu tia laser, tổ chức cơ thể nơi tia đi qua sẽ bay hơi  rất nhanh tạo nên một đường cắt sắt như dao. Do tác dụng của nhiệt, hai bên đường cắt sẽ  sẽ hình thành cột hàng rào sinh học bảo vệ vết mổ nên vết mổ rất vô trùng và không bị chảy  máu.Vì chùm tia laser CO2 không nhìn thấy nên trong máy phát laser phải gắn thêm laser  He –Ne  công suất 1­2 mw phát tia màu đỏ dẫån đường. Những ưu điểm của dao mổ laser: Độ vô khuẩn cao vì laser tạo nhiệt độ cao tại đường rạch và không có sự tiếp xúc giữa dụng  cụ   và   cơ   thể.      Laser   CO2   có   khả   năng   vùa   rạch   đường   mổ   vửa   cầm   máu.      Tạo   ra   hàng   rào   sinh   học   bảo   vệ   chung   quanh   đường   rạch.
  5.   Ít   gây   tổn   thương   cho   các   tổ   chức   lân   cận   vết   mổ. ­   Thời   gian   mổ   ngắn   hơn. ­   Săn   sóc   hậu   phẩu   thuận   lợi   hơn. ­   Aùp   dụng   thuận   lợi   trong   những   trường   hợp   madao   mổ   thường   ít   hiệu   quả.    Đặc biệt, dao mổ laser được sử dụng để phẩu thuật những bộ phận ở sâu trong cơ thể mà  không làm tổn thương những phần cơ thể nó đi qua. Nó chỉ tác dụng chọn lọc trên phần mô  tổ chức định sẵn. Như là phẩu thuật các tổn thương, các khối u sọ não, tủy sống, phẩu thuật  mắt vv…. B. Laser là phương tiện điều trị ít xâm lấn: Khi chiếu laser vào tổ chứa cơ thể ở một nhiệt độ nhất định, laser sẽ làm đông protein của tổ  chức. Hiệu ứng này được áp dụng để can thiệp điều trị ít xâm lấn các tổn thương của cơ thể  kể   cả   can   thiệp   sâu   vào   bên   trong   cơ   thể.   Do mỗi loại laser có độ hội tụ khác nhau và mỗi loại tổ chứa mô cơ thể có khả năng hấp thu  khác nhau nên người ta dựa vào đó để tính toán liều chiếu và cách chiếu sao cho laser chỉ  tác   dụng   chọn   lọc   tại   một   nơi   theo   ý   đồ   sử   dụng.   Khả năng này được ứng dụng trong nhiều chuyên khoa y học như  Mắt, Tai –Mũi Họng, phẫu  thuật thần kinh sọ não, phẫu thuật phá hủy các khối u trong cơ thể. Kể cả tổn thương bên  ngoài cơ thể như U máu, việc sử dụng laser để phá hủy khối u là phương pháp điều trị tối ưu. C.   Tác   dụng   kích   thích   sinh   học:   Có rất nhiều loại laser công suất thấp được sử dụng để khai thác khả năng kích thích các  quá   trình   sinh   học.   Nhiều công trình nghiên cứu cũng như thực tế ứng dụng lâm sàng cho thấy hiệu ứng kích  thích sinh học khi chiếu laser có rất nhiều ứng dụng mang lại hiệu quả cao trong công việc  phòng   bệnh   và   chữa   bệnh,   duy   trì   sức   khỏe   con   người.      °   Chiếu   điều   trị   vết   thương:     +   Sát   trùng   vết   thương     +   Tiêu   hủy   các   tế   bào   mô   chết     +   Tăng   cường   chống   viêm,   giảm   đau     +   Tăng   sinh   các   mô   lành     +   Kích   thích   tổ   chức   hạt   ở   vết   thương   phát   triển   nhanh     +   Thúc   đẩy   nhanh   quá   trình   lành   sẹo   và   hồi   phục   chức   năng    °   Chiếu   kích   thích   tổ   chức   lành:     +   Để   hồi   phục   và   tăng   cường   sức   khỏe    + Để duy trì và tăng cường hoạt động sinh lý bình thường của các cơ quan trong cơ thể     +   Điều   chỉnh   các   rối   loạn   và   tăng   cường   hoạt   động   của   hệ   tim   mạch     +   Duy   trì   chức   năng   bình   thường   của   các   hoạt   động   tâm   thần   kinh     +   Châm   cứu   bằng   laser     + Tăng lưu lượng máu đến những vùng được chiếu
  6. III. LASER TRONG THẨM MỸ Cũng trên cơ sở những hiệu ứng sinh học của laser và những ứng dụng của laser trong y  học,   chúng   ta   nhấn   mạnh   thêm   những   ứng   dụng   của   laser   trong   thẩm   mỹ.    Trong thẩm mỹ sử dụng laser theo 2 hướng: Giải phẫu thẩm mỹ và săn sóc thẩm mỹ (Nội  khoa  thẩm mỹ). Được  sử dụng  phổ biến và hiệu quả cao như   LASER CO2, ND­ YAG,  Erbium,Q­Nd, Fraxel, V­beam, Ruby, laser kết hợp CO2 – erbium/YAG, vv… 1. Trong giải phẩu thẩm mỹ: thường sử dụng laser nhiệt như một con dao mổ, phổ biến nhất  là   laser   CO2,   laser   Argon   và   laser   YAG.  ­ Trong giải phẩu dùng laser để cắt như một con dao mổ với sự dẫn đường của laser He –  Ne   có   rất   nhiều   ưu   điểm   như   đã   nói   ở   phần   trên.  ­   Điều   trị   sẹo   mụn   trứng   cá  ­   Điều   trị   các   u   máu  ­   Điều   trị   các   u   sắc   tố  ­   Đốt,   tẩy   các   nốt   ruồi   xấu  ­   Đốt   mụn   thịt  ­   Tẩy   tàn   nhang  ­   Tẩy   vết   nám  ­   Bớt   bẩm   sinh  ­   Lột   da   mặt   ở   các   mức   độ   khác   nhau  ­   Tẩy   lông  ­   Điều   trị   sẹo   lồi,   sẹo   phì   đại  ­ Các vết tham sắc tố sau phẩu thuật 2.   Trong   săn   sóc   thẩm   mỹ: Như đã nói ở phần trên, những ứng dụng của laser trong săn sóc thẩm mỹ cũng dựa trên  những hiệu ứng sinh học mà chủ yếu là hiệu ứng kích thích sinh học của laser khi chiếu vào  tổ   chức   mô   cơ   thể   người.    Laser   sử   dụng   trong   săn   sóc   thẩm   mỹ   chủ   yếu   là   laser   lạnh,   công   suất   thấp.    Đặc biệt, laser được sử dụng ngày càng phổ biến trong các kỹ thuật chăm sóc da trong quá  trình   trẻ   hóa   da   (Rejuvenation).    Các   kỹ   thuật   trẻ   hóa   da   thuộc   3   nhóm   theo   cơ   thể   khác   nhau   là: ­ Cơ   học   (các   dụng   cụ   mài   da) ­ Hóa   học   (dùng   các   loại   hóa   chất) ­ Nhiệt (dùng các loại ánh sáng có năng lượng cao như laser) Hay còn gọi là phương pháp chăm sóc thẩm mỹ da bằng ánh sáng đang rất được tin dùng và  ngày   càng   phổ   biến   trên   thế   giới.   Tất nhiên như đã nói ở trên, việc sử dụng laser đòi hỏi phải nắm vững kỹ thuật và thành thạo  để có chỉ định chính xác về liều chiếu, nơi chiếu và phương pháp chiếu, nhằm đạt hiệu quả  cao   nhất   với   sự   an   toàn   tuyệt   đối.   Có nhiều loại laser được dử dụng và chúng có những đặc tính khác nhau (bước sóng, công  suất, mật độ công suất… ) vì vậy , mỗi loại laser sử dụng cho những phần da khác nhau (tác 
  7. dụng chọn lọc) với liều chiếu khác nhau. Ngoài các công dụng như đã nói ở phần ứng dụng  trong   giải   phẩu   thẩm   mỹ,   laser   còn   dùng   để   săn   sóc   da   thuần   túy   với   các   kỷ   thuật: ­ Tẩy   tế   bào   chết   trên   da ­ Chiếu   để   kích   thích   các   tế   bào   da   phát   triển   và   thay   mới ­ Kích  thích  tăng cường tuần  hoàn  dưới da để tăng nuôi dưỡng da và làm hồng hào da ­ Kích   thíc   tăng   sinh,   tái   tạo   collagene   và   mô   đệm   để   da   căng   đầy   và   mềm   mại ­ Làm   tăng   độ   đàn   hồi   của   da   để   xóa   các   vết   nhăn ­ Chống   lão   hóa   da ­ Giữ   gìn   sắc   diện   tươi   trẻ   cho   da ­ Làm   tan   mỡ   ở   những   vùng   ứ   đọng   mỡ   khơng   mong   muốn ­ Làm   săn   chắc   những   bộ   phận   bị   nhão,   xệ ­ Hồi phục và duy trì vóc dáng trẻ trung của cơ thể Cần lưu ý: Laser có nhiều ứng dụng hiệu qua trong y học nói chung và thẩm mỹ nói riêng,  nhưng việc sử dụng laser trong thực tế đòi hỏi sự hiểu biết đầy đủ và tuân thủ nghiêm ngặt  các   qui   định   về   chế   độ   an   toàn   cho   cả   bac   sĩ   và   bệnh   nhân.   Ngày nay, ở các nước tiên tiến người ta đã chế tạo ra nhiều máy phát nhiều loại laser khác  nhau dùng trong thẩm mỹ.Các máy laser hiện đại đều được chương trình (computerized) nên  rất   tiện   lợi   cho   việc   sử   dụng.   Ở việt nam, từ hàng chục năm qua, laser đã được ứng dụng trong y học nói chung và trong  giải phẩu thẩm mỹ cũng như săn sóc thẩm mỹ nói riêng, những người hành nghề trong lĩnh  vực thẩm mỹ cũng đã luôn cập nhật những tiến bộ của thế giới và tiếp thu nhanh chóng công   nghệ mới để sử dụng có hiệu quả trong thực tế. Tuy nhiên, laser là công nghệ tiên tiến nên  giá thành các thiết bị laser còn cao và đó cũng là một rào cản cho việc ứng dụng laser phục  vụ   con   người.   Dù vậy, nhiều loại máy laser thẩm mỹ tiên tiến đã có mặt tại việt nam để phục vụ kịp thời nhu  cầu làm đẹp của người Việt Nam. Hy vọng cùng với sự hội nhập của đất nước và sự phát  triển nhanh chong của nền kinh tế toan cầu, người Việt Nam chúng ta sẽ nhanh chóng được  được hưởng kịp thời những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong cuộc sống nói chung cũng như  trong lĩnh vực chăm sóc sắc đẹp nói riêng.
Đồng bộ tài khoản