Lasery. Nm - green.

1. Průchod monochromatického světla přes transparentní prostředí.

2. Vytvoření inverzní populace. Metody čerpání.

3. Princip laseru. Typy laserů.

4. Vlastnosti laserového záření.

5. Charakteristika laserového záření používaného v medicíně.

6. Změny vlastností tkáně a její teploty pod působením kontinuálního výkonného laserového záření.

7. Použití laserového záření v medicíně.

8. Základní pojmy a vzorce.

9. Úkoly.

Víme, že světlo je emitováno samostatnými porce - fotony, z nichž každá vzniká v důsledku radiačního přechodu atomu, molekul nebo iontů. Přirozené světlo je soubor obrovského počtu takových fotonů, které se liší frekvence a fáze emitované v náhodných okamžicích času v náhodných směrech. Získání výkonných paprsků monochromatického světla pomocí přírodních zdrojů - úkol je prakticky nevyřešen. Zároveň byla potřeba takových svazků cítil jak fyzici, tak odborníci mnoha aplikovaných věd. Tvorba laseru umožnilo tento úkol vyřešit.

Laser- Zařízení generující koherentní elektromagnetické vlny v důsledku nuceného záření mikročástic média, ve kterém je vytvořen vysoký stupeň excitace jedné z energetických hladin.

Laserová laserová zesilovač stimulovaným emisním zářením) je zvýšení světla s nuceným zářením.

Intenzita laserového záření (LI) je mnohokrát větší než intenzita přírodních světelných zdrojů a rozdílnost laserového paprsku je menší než jedna úhlová minuta (10 -4 rad).

31.1. Průchod monochromatického světla přes transparentní prostředí

V přednášce jsme zjistili, že průchod světla skrze látku je doprovázen jako foton excitacejeho částice a činy nucené záření.Zvažte dynamiku těchto procesů. Předpokládejme, že v životním prostředí platí monochromatickýsvětlo, jehož frekvence (ν) odpovídá přechodu částic tohoto média z hlavní úrovně (E 1) k nadšeným (E2):

Fotony spadající do částic v hlavním státě budou absorbovata samotné částice budou přepnout na vzrušený stav E 2 (viz obr. 27.4). Fotony, které spadají do vzrušených částic, iniciují nucené záření (viz obr. 27.5). Zároveň se objeví foton zdvojení.

Ve stavu tepelné rovnováhy je poměr mezi počtem vzrušených (n2) a neoznačenými (n 1) částic distribuovat distribuci Boltzmann:

kde k je boltzmann konstanta, t je absolutní teplota.

V tomto případě, n 1\u003e n2 a absorpce dominuje zdvojnásobení. V důsledku toho bude intenzita vznikajícího světla menší než intenzita dopadajícího světla I 0 (obr. 31.1).

Obr. 31.1.Oslabení světla procházejícího médiem, ve kterém je stupeň excitace menší než 50% (n 1\u003e n2)

Jak lehká absorbuje, bude růst vzrušení růst. Když dosáhne 50% (n 1 \u003d n2), mezi vstřebávánía zdvojnásobenírovnováha bude stanovena, protože pravděpodobnosti fotonů vstupujících do vzrušených a neoznačených částic se stanou stejné. Pokud se střední osvětlení zastaví, po chvíli se médium vrátí do počátečního stavu odpovídajícího rozložení Boltzmann (n 1\u003e n 2). Proveďte předběžný závěr:

Při osvětlení monochromatickým světlem (31.1) není možné dosáhnout tento stav média, ve kterém stupeň excitace přesahuje 50%. A přesto pojďme zvážit otázku procházejícího světla přes médium, ve kterém byl nějakým způsobem dosažen stav n2\u003e n 1. Tato podmínka se nazývá stav s inverzní populace(od lat. invertivní.- otáčení).

Inverzní populace- Jedná se o stav média, ve kterém je počet částic na jednom z horních úrovních větší než na dně.

V inverzním obyvatelstvu je pravděpodobnost fotonu vstupujícího do vzrušené částice větší než v neomezeném. Proto proces zdvojení dominuje absorpčnímu procesu a probíhá získat světla (obr. 31.2).

Vzhledem k tomu, že světlo prochází médiem s inverzní populací, stupeň excitace se sníží. Když dosáhne 50%

Obr. 31.2.Posílení světla procházejícího médiem s inverzní populací (n2\u003e n 1)

(N 1 \u003d n2), mezi vstřebávánía zdvojnásobenírovnováha a účinek světelného zisku zmizí. Pokud se střední osvětlení zastaví, po chvíli se médium vrátí do stavu odpovídajícího distribuci v boji (n 1\u003e n2).

Pokud je tato energie zvýrazněna v radiačních přechodech, dostaneme lehký puls obrovské moci. Je pravda, že nebude mít požadovanou soudržnost a orientaci, ale bude velmi monochromatický (HV \u003d E 2 - E 1). To není laser, ale něco blízkého.

31.2. Vytvoření inverzní populace. Metody čerpání

Je možné dosáhnout inverzní populace? Ukazuje se, můžete, pokud používáte třiÚrovně energie s následující konfigurací (obr. 31.3).

Nechte médium osvětlovat silný záblesk světla. Část radiačního spektra bude absorbována v přechodu z hlavní úrovně E 1 na širokou úroveň E3. Odvolej to širokýjedná se o energetickou úroveň s malým relaxačním časem. Proto většina částic spadajících na úroveň excitace E 3 se nepozoruje do úzké metastabilní úrovně E 2, kde dochází k jejich akumulaci. Vzhledem k nápravě této úrovně pouze malý podíl flash fotonů

Obr. 31.3.Vytvoření inverzní populace na metastable úrovni

schopně způsobit nucený přechod E 2 → E 1. To poskytuje podmínky pro vytvoření inverzní populace.

Proces vytváření inverzní populace se nazývá čerpané.V moderních laserech se používají různé typy čerpání.

Optická čerpací transparentní aktivní média používá světelné pulsy z externího zdroje.

Elektrické čerpací plyn Active Media používá elektrický výboj.

Injekční čerpání Semiconductor Active Media používá elektrický proud.

Chemické čerpání aktivní prostředí Z směsi plynů využívá energie chemické reakce mezi složkami směsi.

31.3. Princip laserového provozu. Typy laserů

Laserový funkční diagram je znázorněn na Obr. 31.4. Pracovní tekutina (aktivní médium) je dlouhý úzký válec, jejichž konce jsou uzavřeny dvěma zrcadly. Jeden z zrcadel (1) je průsvitný. Takový systém se nazývá optický rezonátor.

Čerpací systém přeloží částice z hlavní úrovně E1 na absorpční úroveň E3, ze které se nečiní na metastabilní úrovni E 2, vytváření jeho inverzní populace. Poté začíná spontánní emitující přechody E 2 → E 1 emisemi monochromatických fotonů:

Obr. 31.4.Schematické laserové zařízení

Fotony spontánního záření emitované pod úhlem k ose rezonátoru procházejí bočním povrchem a neúčastní se procesu generování. Jejich průtok rychle schne.

Fotony, které po spontánním záření pohybují podél osy rezonátoru, opakovaně projít pracovní kapalinou, odráží se od zrcadel. Současně komunikují s vzrušenými částicemi, iniciovaly nucené záření. Díky tomu dochází k "lavinové-jako" zvýšení indukovaných fotonů pohybujících se stejným směrem. Nedávno zesílený průtok fotonu prochází průsvitným zrcadlem, vytváří silný paprsek téměř paralelních koherentních paprsků. Ve skutečnosti je generováno laserové záření prvníspontánní foton, který se pohybuje podél osy rezonátoru. To zajišťuje radiační soudržnost.

Laser převádí energii zdroje čerpadla do energie monochromatického koherentního světla. Účinnost takové transformace, tj. Účinnost závisí na typu laseru a leží v rozmezí procenta až několik desítek procent. Většina laserů trampu je 0,1-1%.

Typy laserů

První vytvořený laser (1960) používal ruby \u200b\u200ba optický čerpací systém jako pracovní tekutina. Ruby je krystalický oxid hlinitý A1203, obsahující asi 0,05% atomů chromu (je to chrom, který dává rubbing růžovou barvu). Atomy chromu vložené do krystalové mřížky jsou aktivní médium.

s uspořádáním energetických hladin zobrazených na Obr. 31.3. Vlnová délka rubínového laseru λ \u003d 694,3 nm. Pak se objevily lasery pomocí jiných aktivních médií.

V závislosti na typu pracovního tělesa jsou lasery rozděleny na plyn, pevný stav, kapalina, polovodič. V pevných laserech se aktivní prvek je obvykle vyroben ve formě válce, jejíž délka je mnohem větší než jeho průměr. Plynové a kapalné aktivní média jsou umístěny ve válcové kyvetě.

V závislosti na metodě čerpání je možné získat kontinuální a impulsní generaci laserového záření. S kontinuálním čerpacím systémem je inverze populace udržována po dlouhou dobu z důvodu vnějšího zdroje energie. Například nepřetržitý excitace elektrickým vypouštěním v plynovém prostředí. S pulzním čerpacím systémem je inverze populace vytvořena v impulzním režimu. Frekvence pulzů od 10 -3

Hz až 10 3 Hz.

31.4. Vlastnosti laserového záření

Laserové záření ve svých vlastnostech se výrazně liší od záření běžných světelných zdrojů. Všimli jsme si jeho charakteristických rysů.

1. Soudržnost.Záření je high-koherentníco je kvůli vlastnostem nuceného záření. V tomto případě nejen dočasná, ale také prostorová soudržnost: fázový rozdíl ve dvou bodech roviny kolmé ke směru propagace se udržuje konstantou (obr. 31,5, a).

2. Kolimace.Laserové záření je kolimovanýty. Všechny paprsky v paprsku jsou téměř rovnoběžné (obr. 31,5, b). Ve vysoké vzdálenosti je laserový paprsek jen mírně zvýšen v průměru. Od rohu divergence φ malá, intenzita laserového paprsku je slabě klesající se vzdáleností. To vám umožní přenášet signály pro obrovské vzdálenosti při nízkém oslabení jejich intenzity.

3. Monochromatismus.Laserové záření je v vysoký stupeň monochromatickýty. obsahuje vlny téměř stejné frekvence (šířka spektrální linie je Δλ ≈0.01 nm). Na

obrázek 31,5, ve schematickém porovnání šířky čáry laserového paprsku a paprsek obyčejného světla.

Obr. 31.5.Koherence (a), kolimacy (b), monochromaticity (c) laserové záření

Před výskytem laserů bylo záření s určitým stupněm monochromaticity schopna získat se zařízeními - monochromátory vylučované z pevných spektra úzkých spektrálních intervalů (úzká vlnová délka pásma), ale síla světla v takových lištách je malý.

4. Vysoký výkon.S pomocí laseru je možné zajistit velmi vysoký výkon monochromatického záření - až 10 5 W v nepřetržitém režimu. Síla pulzních laserů je několik řádů vyšší. Neodymový laser generuje puls s energií E \u003d 75 J, jehož trvání, z nichž T \u003d 3x10 -12 p. Výkon impulsu je p \u003d E / t \u003d 2,5x10 13 W (pro srovnání: Síla hydroelektrického výkonu je p ~ 10 9 W).

5. Vysoká intenzita.V pulzních laserech je intenzita laserového záření velmi vysoká a může dosáhnout I \u003d 10 14 -10 16 W / cm2 (srov. Intenzita sluneční světlo v blízkosti povrchu země \u003d 0,1 w / cm 2).

6. Vysoký jas.V laserech pracujících ve viditelném rozsahu, jaslaserové záření (síla světla z povrchové jednotky) je velmi velký. Dokonce i nejslabší lasery mají jas 10 15 kd / m 2 (pro srovnání: jas slunce l ~ 10 9 kd / m 2).

7. Tlak.Když laserový paprsek spadne na povrch těla, je vytvořen tlak(D). S plnou absorpcí laserového záření padající kolmo k povrchu, je vytvořen tlak D \u003d I / C, kde hodnota záření záření, C - rychlost světla ve vakuu. S plným odrazem je tlak dvakrát tolik. Pro intenzitu I \u003d 10 14 w / cm 2 \u003d 10 18 w / m 2; D \u003d 3,3x10 9 pa \u003d 33 000 atm.

8. Polarizost.Laserové záření zcela polarizovaný.

31.5. Charakteristika laserového záření používaného v medicíně

Vlnová délka lena

Rozzáření vlnových délek (λ) lékařských laserů leží v rozmezí 0,2-10 μm, tj. Od ultrafialového prostoru do daleké infračervené oblasti.

Radiační výkon

Radiační výkon (p) lékařských laserů se liší v širokém rozsahu definovaném cíli použití. Lasery s nepřetržitým čerpáním p \u003d 0,01-100 W. Pulzní lasery se vyznačují výkonem v impulsu P a trvání pulsu τ a

Pro chirurgické lasery P a \u003d 10 3 -10 8 W a trvání pulsu T a \u003d 10 -9 -10 -3 S.

Energie v záření pulsu

Energie jednoho pulzu laserového záření (E a) se stanoví vztahem E a \u003d P a, a kde T a je doba trvání záření pulsu (obvykle T a \u003d 10 -9 -10 -3 s). Pro chirurgické lasery E a \u003d 0,1-10 J.

Frekvence impulsů

Tato vlastnost (f) pulzních laserů ukazuje počet radiací pulzů generovaných laserem pro 1 s. Pro terapeutické lasery F \u003d 10-3 000 Hz, pro chirurgický f \u003d 1-100 Hz.

Průměrná síla záření

Tato charakteristika (P o CP) pulzních periodických laserů ukazuje, jakou energii Laserové zářiče pro 1 S, a je určen následujícím poměrem:

Intenzita (hustota výkonu)

Tato vlastnost (I) je definována jako poměr výkonu laserového záření na průřezovou plochu nosníku. Pro kontinuální lasery I \u003d p / s. V případě impulsních laserů rozlišují intenzita v impulsuI a \u003d p a / s a \u200b\u200bprůměrná intenzita i cf \u003d p cf / s.

Intenzita chirurgických laserů a tlaku vytvořených jejich zářením má následující hodnoty:

pro kontinuální lasery I ~ 10 3 w / cm2, D \u003d 0,033 PA;

pro pulzní lasery I a ~ 10 5 -10 11 W / cm2, D \u003d 3,3 - 3,3x10 6 Pa.

Hustota energie v pulsu

Tato hodnota (W) charakterizuje energii, která spadá na jednotku ozářeného povrchu pro jeden puls a je určena poměrem W \u003d E a / s, kde S (cm2) je oblast světelného místa ( tj. Průřez laserového paprsku) na povrchu biotani. V laserech používaných v chirurgii, W ≈ 100 J / cm 2.

Parametr W lze považovat za dávku záření D pro 1 puls.

31.6. Změny vlastností tkáně a její teploty pod působením kontinuálního výkonného laserového záření

Změna teploty a vlastnosti tkanin

pod působením kontinuálního laserového záření

Absorpce silného laserového záření biologickou tkáň je doprovázena uvolňováním tepla. Pro výpočet zvýrazněného tepla použijte speciální hodnotu - volumetrická hustota tepla(Q).

Uvolňování tepla je doprovázeno zvýšením teploty a následující postupy pokračují v tkáních:

při 40-60 ° C, aktivaci enzymů, tvorba otoků, změna, a v závislosti na době působení smrti buněčné denaturace proteinu, začátek koagulace a nekrózy;

při 60-80 ° C - denaturace kolagenu, membránových vad; při 100 ° C - dehydrataci, odpařování tkáňové vody; Více než 150 ° C - Charring;

více než 300 ° C - odpařování tkanin, tvorba plynu. Dynamika těchto procesů jsou znázorněna na OBR. 31.6.

Obr. 31.6.Dynamika teploty tkaniny pod vlivem kontinuálního laserového záření

1 fáze.Nejprve se teplota tkaniny stoupá od 37 do 100 ° C. V tomto teplotním rozsahu, termodynamické vlastnosti tkáně zůstávají téměř beze změny, a lineární zvýšení teploty se vyskytuje s časem (α \u003d const a i \u003d const).

2 fáze.Při teplotě 100 ° C začíná odpařování tkáňové vody, a až do konce tohoto procesu, teplota zůstává konstantní.

3 fáze.Po odpaření vody, teplota znovu začne růst, ale pomalejší než v oddílu 1, protože dehydratovaná tkáň absorbuje energie je slabší než normální.

4 fáze.Po dosažení teploty T ≈ 150 ° C začíná proces koagulace a následně "černění" biativek. V tomto případě se zvyšuje absorpční koeficient α. Proto existuje nelineární, zrychlující se zvýšení teploty v průběhu času.

5 fáze.Po dosažení teploty T ≈ 300 ° C začíná proces odpaření dehydratovaných chatrných biacyklů a teplota se znovu zastaví. To je v tuto chvíli, že disky laserového paprsku (odstraňuje) hadřík, tj. se stává skalpelem.

Stupeň zvýšení teploty závisí na hloubce tkáně (obr. 31,7).

Obr. 31.7.Procesy vyskytující se v ozářených tkáních v různých hloubkách: ale- V povrchové vrstvě se tkanina zahřívá až několik set stupňů a odpařuje; b.- Síla záření, oslabené horní vrstvy, je nedostatečná pro odpařování tkáně. Koagulace tkaniny se vyskytuje (někdy spolu s kabelem Char - černá tučná linka); v- vytápění tkáně v důsledku přenosu tepla z zóny (b)

Délka jednotlivých zón se stanoví jak vlastnosti laserového záření a vlastnosti samotného tkáně (především absorpční a tepelné koeficienty vodivosti).

Účinek silného zaměřeného paprsku laserového záření je doprovázen výskytem rázových vln, které mohou způsobit mechanické poškození sousedních tkání.

Ablace tkáně pod vlivem výkonného pulzního laserového záření

Je-li vystaven tkanině krátkých pulzů laserového záření s vysokou hustotou energie, je implementován další mechanismus disekce a detekce biologického vstupu. V tomto případě existuje velmi rychlé zahřívání tkánní tekutiny na teplotu T\u003e T přístroje. V tomto případě se tkáňová tkáň ukáže být v metastable přehřátém stavu. Pak je zde "výbušné" varování tkáňové tkáně, která je doprovázena odstraněním tkaniny bez nakládání. Tento fenomén se nazývá ablace.ABLACE je doprovázena generováním mechanických šokových vln schopných způsobit mechanické poškození tkání v blízkosti zóny laserové expozice. Tato skutečnost musí být vzata v úvahu při výběru parametrů pulzního laserového záření, například když broušení kůže, vrtání zubů nebo laserovou korekcí zrakové ostrosti.

31.7. Použití laserového záření v medicíně

Procesy charakterizující interakci laserového záření (LI) s bio-objekty mohou být rozděleny do 3 skupin:

dopadný účinek(který nemá znatelný vliv na objekt BIO);

fotochemické akce(Vzrušená částice s laserem nebo samotou se podílí na odpovídajících chemických reakcích, nebo přenáší jeho excitaci do jiné částice působící v chemické reakci);

photoint důkazy(zvýrazněním tepla nebo rázových vln).

Laserová diagnóza

Laserová diagnostika je nepříjemný účinek na bio-objekt soudržnostlaserové záření. Seznam základních diagnostických metod.

Interferometrie.Pod odrazem laserového záření z hrubého povrchu se vyskytují sekundární vlny, které se navzájem zabrání. Výsledkem je, že obraz tmavých a světelných míst (skvrn) je vytvořen, jehož umístění poskytuje informace o povrchu bio-objektu (způsobu zpěvu interferometrie).

Holografie.Použití laserového záření se získá trojrozměrný obraz objektu. V lékařství tato metoda umožňuje přijímat objemové obrazy vnitřních dutin žaludku, očí atd.

Rozptýlení světla.Při průchodu ostře řízený laserový paprsek přes průhledný objekt nastane světelný rozptyl. Registrace úhlové závislosti intenzity rozptýleného světla (metoda oleje metrometrie) umožňuje určit rozměry částic média (od 0,02 do 300 mikronů) a stupeň jejich deformace.

Když se rozptýlená, polarizace světla se může měnit, což se také používá v diagnóze (polarizační metoda neophelometrie).

Dopplerův jev.Tato metoda je založena na měření Dopplerova posunu frekvence, zda se vyskytne, když se světlo odráží i z pomalu pohybujících se částic (metoda anenterometrie). Tímto způsobem, rychlost průtoku krve v plavidlech, mobilitu bakterií atd.

Kvazi-elastický rozptyl.S takovým rozptylem je mírná změna vlnové délky sondování, zda. Důvodem je změna procesu měření rozptylových vlastností (konfigurace, konformace částic). Časové změny v parametrech rozptylového povrchu se projevují ve změně rozptylujícího spektra ve srovnání se spektrem přívodního záření (spektrum rozptylu je buď přerušeno nebo v něm se objeví další maxima). Tato metoda Umožňuje získat informace o změně vlastností rozptylu: difuzní koeficient, směrová rychlost, velikosti. To je diagnostika proteinových makromolekul.

Laserová hmotnostní spektroskopie.Tato metoda se používá k výzkumu. chemické složení objekt. Výkonné laserové záření se látky odpaří z povrchu biobject. Páry jsou podrobeny hmotnostní spektrální analýze podle výsledků, jejichž posuzují složení látky.

Laserový krevní test.Laserový paprsek, prochází úzkým křemenným kapiláru, podle kterého speciálně ošetřená krevní čerpadla způsobuje fluorescenci jeho buněk. Zářivka je pak zachycena citlivým senzorem. Tato záři je specifická pro každý typ buněk, procházející jedním z úseku laserového paprsku. Vypočítá se celkový počet buněk v zadaném objemu krve. Přesné kvantitativní indikátory pro každý typ buněk jsou definovány.

Metoda fotovušení.Používá se ke studiu povrchu složeníobjekt. Výkonné nosníky se nechají brát mikroprobes z povrchu biologického objektu odpařením látky a následnou hmotnostní spektrální analýzu této páry.

Použití laserového záření v terapii

V terapii se používají lasery s nízkou intenzitou (intenzita 0,1 až 10 m / cm 2). Radiace s nízkým intenzitou nezpůsobuje znatelné destruktivní účinek na tkáně přímo během ozáření. Ve viditelných a ultrafialových oblastech spektra, ozařovací účinky jsou způsobeny fotochemickými reakcemi a neliší se od účinků způsobených monochromatickým světlem získaným z běžných nekoherentních zdrojů. V těchto případech jsou lasery jednoduše vhodné monochromatické světelné zdroje,

Obr. 31.8.Schéma aplikace laserového zdroje pro intravaskulární ozařování krve

přesné lokalizace a dávkování expozice. Jako příklad na obr. 31.8 ukazuje schéma použití zdroje laserového záření pro intravaskulární ozařování krve u pacientů s srdečním selháním.

Níže jsou uvedeny nejčastější metody laserové terapie.

Terapie s červeným světlem.Záření laseru non-Ne s vlnovou délkou 632,8 nm se používá s protizánětlivým cílem pro léčbu ran, vředů, ischemických srdečních onemocnění. Terapeutický účinek je spojen s účinkem světla této vlnové délky na proliferativní aktivitu buňky. Světlo působí jako regulátor buněčného metabolismu.

Terapie s modrým světlem.Laserové záření s vlnovou délkou v modré oblasti viditelného světla se používá například pro léčbu žloutenských novorozenců. Toto onemocnění je důsledkem prudkého zvýšení těla koncentrace bilirubinu, které má maximální absorpci v modré oblasti. Pokud se ozařují děti s laserovým zářením tohoto rozsahu, pak bilirrubin se rozpadne, tvořící ve vodě rozpustné výrobky.

Laselophysioterapie -použití laserového záření s kombinací s různými způsoby elektrofyzérnatrotapy. Některé lasery mají magnetické trysky pro kombinovaný účinek laserového záření a magnetické pole - magnetoveser a terapie. Mezi ně patří magnetický infračervený laserový terapeutický přístroj Morta.

Účinnost laseru a terapie se zvyšuje s kompinitivními účinky s léky, předem aplikovanými na ozářenou zónu (laserová formulace).

Fotodynamická tumorová terapie.Fotodynamická terapie (PDT) se používá k odstranění nádorů dostupných pro ozařování světlem. FDT je \u200b\u200bzaložen na použití fotosenzibilizátorů v nádorech, zvyšující se citlivost tkáně, když oni

následné ozáření viditelného světla. Zničení nádorů na PDT je \u200b\u200bzaloženo na třech účincích: 1) Direct fotochemické zničení nádorových buněk; 2) poškození krevních cév nádoru, což vede k ischemii a smrti nádoru; 3) Vznik zánětlivé reakce, která mobilizace protinádorové imunitní ochrany tělesných tkání.

Pro ozařování nádorů obsahujících fotosenzibilizátory se používá laserové záření s vlnovou délkou 600-850 nm. V této oblasti spektra je hloubka penetrace světla do biologické tkáně maximální.

Fotodynamická terapie se používá při léčbě nádorů kůže, vnitřními orgány: plic, jícnu (s vnitřními orgány, laserovým zářením je dodávána pomocí světelných vodítek).

Použití laserového záření v chirurgii

V chirurgii se lasery s vysokou intenzitou používají k šíření tkání, odstranění patologických lokalit, zastavení krvácení, beycle svařování. Výběr správné vlnové délky záření, její intenzita a doba trvání expozice lze získat různými chirurgickými účinky. Pro řezání biologických tkání se tedy používá zaměřený paprsek kontinuálního C02, mající vlnovou délku λ \u003d 10,6 um, výkon 2x103 w / cm2.

Použití laserového paprsku v chirurgii poskytuje selektivní a řízený dopad. Laserová chirurgie má několik výhod:

Bezkontoru, která poskytuje absolutní sterilitu;

Selektivita, která umožňuje volbu vlnové délky záření, aby dávala patologické tkáně, aniž by to ovlivnilo okolní zdravé tkaniny;

Bečitelnost (v důsledku koagulace proteinů);

Možnost mikrochirurgických účinků vzhledem k vysokému stupni zaostřování paprsku.

Uvádíme některé oblasti chirurgických aplikací laserů.

Laserové svařování tkanin.Připojení disekovaných tkání je nezbytnou fází mnoha operací. Obrázek 31.9 ukazuje, jak svařovat jeden z kmenů velkého nervu se provádí v kontaktním režimu pomocí pájky, která

Obr. 31.9.Nervové svařování s laserovým paprskem

kapky pipety se podávají v místě lázování.

Zničení pigmentovaných oblastí.Lasery pracující v režimu pulzů se používají k zničení pigmentovaných oblastí. Tato metoda (fototermolýza)používá se pro léčbu angiomu, tetování, sklerotických plaků v cévách atd.

Laserová endoskopie.Zavedení endoskopie vyrobila původní převrat v provozní medicíně. Aby se zabránilo velkým otevřeným operacím, laserové záření je dodáváno na místo expozice za použití vodítek s optickými vlákny, které umožňují dodávat laserové záření biotmatu vnitřních dutých orgánů. Současně se výrazně sníží riziko infekce a vznik pooperačních komplikací.

Laserové členění.Krátkodobé pulzní lasery v kombinaci s vláknitými fóliemi se používají k odstranění plaků v nádobách, kamenech v rušné bubliny a ledvinách.

Lasery v oftalmologii.Použití laserů v oftalmologii umožňuje provádět bezkrevné provozní zásahy bez narušení integrity oční bulvy. Jedná se o operace na sklovitém těle; svařování odlupovacího sítnice; Léčba glaukomu "piercingem" s laserovým paprskem otvorů (o průměru 50 ÷ 100 μm) pro odtok nitrooční tekutiny. Ablace vrstvy tkáně rohovky se používá pro korekci vidění.

31.8. Základní pojmy a vzorce

Ukončení tabulky

31.9. Úkoly

1. Ve fenylalaninové molekule je rozdíl v hlavních a vzrušených stavech Δе \u003d 0,1 EV. Najděte poměr mezi populací těchto úrovní při T \u003d 300 K.

Odpovědět:n \u003d 3,5 * 10 18.

Lasery se stávají stále důležitějšími nástroji pro výzkum v oblasti medicíny, fyziky, chemie, geologie, biologie a technologie. S nesprávným použitím mohou oslňovat a aplikovat poranění (včetně popálenin a elektrikářů) operátorů a jiných pracovníků, včetně náhodných návštěvníků laboratoře, stejně jako způsobit významné škody na majetku. Uživatelé těchto zařízení musí plně pochopit a aplikovat potřebná bezpečnostní opatření při jejich kontaktování.

Co je laser?

Slovo "laser" (eng. Laser, zesílení světla stimulovaným emisím záření) je zkratka, která je dekódována jako "linge světla indukovaným zářením". Radiační frekvence generovaná laserem je uvnitř nebo v blízkosti viditelné části elektromagnetického spektra. Energie je zvýšena do stavu extrémně vysoké intenzity pomocí procesu, který se nazývá "laser indukovaný" záření.

Termín "záření" je často chápán nesprávně, protože se také používá při popisu v tomto kontextu to znamená přenos energie. Energie je přenášena z jednoho místa do druhé pomocí vodivosti, konvekce a záření.

Existuje mnoho různých typů laserů pracujících v různých prostředích. Plyny se používají jako pracovní médium (například argon nebo směs helia s neon), pevné krystaly (například rubínové) nebo kapalná barviva. Když je energie přiváděna do pracovního média, jde do vzrušeného stavu a uvolňuje energii jako částice světla (fotony).

Dvojice zrcadel na obou koncích utěsněné trubice se odráží, nebo přenáší světlo jako koncentrovaný průtok zvaný laserový paprsek. Každé pracovní médium vytváří paprsek jedinečné vlnové délky a barvy.

Laserová světla, zpravidla je vyjádřena vlnovou délkou. Je to neionizující a zahrnuje ultrafialové (100-400 nm), viditelné (400-700 nm) a infračervené (700 nm - 1 mm) část spektra.

Elektromagnetické spektrum

Každá elektromagnetická vlna má jedinečnou frekvenci a délku spojenou s tímto parametrem. Podobně má červené světlo vlastní frekvenci a vlnovou délku a všechny ostatní barvy - oranžová, žlutá, zelená a modrá - mají jedinečné frekvence a vlnové délky. Lidé jsou schopni vnímat tyto elektromagnetické vlny, ale nemohou vidět zbytek spektra.

Ultrafialový má největší frekvenci. Infračervené, mikrovlnné radiace a rádiové vlny zabírají nižší frekvence spektra. Viditelné světlo je umístěno ve velmi úzkém rozsahu mezi nimi.

Dopad na člověka

Laser produkuje intenzivní řízený paprsek světla. Pokud je zaměřen, odrážejí nebo se zaměřit na objekt, paprsek bude částečně absorbující, zvýšení povrchové teploty a vnitřní část objektu, který může způsobit změnu nebo deformaci materiálu. Tyto vlastnosti, které našly použití v laserové chirurgii a zpracování materiálů, mohou být nebezpečné pro lidské tkáně.

Kromě záření, které má tepelný účinek na tkáň, nebezpečně laserové záření produkující fotochemický efekt. Jeho stav je poměrně krátký, tj. Ultrafialový nebo modrá část spektra. Moderní zařízení Vyrábí se laserové záření, dopad na osobu, jejíž osoba je minimalizována. Energie laserů s nízkým výkonem nestačí k tomu, aby uplatňovala poškození, a nepředstavují nebezpečí.

Lidská tkanina je citlivá na energetické účinky a za určitých okolností elektromagnetická radiace, Laser včetně, může poškodit oči a pokožku. Byly provedeny studie prahových hladin traumatického záření.

Nebezpečí pro oči

Lidské oko je náchylnější k zranění než kůži. Rohovka (transparentní vnější přední povrch oka), na rozdíl od dermis, nemá vnější vrstvu mrtvých buněk chránících proti expozici okolní. Laser a absorbovaný rohovkou oka, která může poškodit. Poranění je doprovázeno e-epitelem a erozi a těžkým poškozením - zákalu přední komory.

Krystal oka může být také zraněn, když je ovlivněno různé laserové záření - infračervené a ultrafialové.

Největším nebezpečím však představuje účinek laseru na sítnici ve viditelné části optického spektra - od 400 nm (fialová) na 1400 nm (poblíž infračerveného). V této oblasti spektra se kolimované paprsky zaměřují na velmi malé oblasti sítnice. Nejnepříznivější možností nárazu dochází, když oko vypadá do vzdálenosti a přímý nebo odražený paprsek do něj spadne. V tomto případě jeho koncentrace sítnice dosáhne 100 000 krát.

Viditelný svazek s kapacitou 10 MW / cm2 působí na sítnici oka s výkonem 1000 m / cm2. To je víc než dost způsobit poškození. Pokud se oko nevypadá do vzdálenosti, nebo pokud se paprsek odráží od difúzního, nikoli zrcadlového povrchu, významně silnější záření vede k poranění. Laserový dopad Kůže je prostá zaostřovací účinek, takže je mnohem méně náchylná ke zraněním v těchto vlnových délkách.

Rentgenové paprsky

Některé vysokonapěťové systémy s napětím více než 15 kV mohou generovat rentgenové paprsky významného výkonu: laserové záření, jejichž zdroje jsou silné s elektronickým čerpáním, stejně jako plazmové systémy a zdroje iontů. Tato zařízení musí být ověřena, aby zajistily správné stínění.

Klasifikace

V závislosti na výkonu nebo energii paprsku a vlnové délce záření jsou lasery rozděleny do několika tříd. Klasifikace je založena na potenciální schopnosti zařízení způsobit okamžité zranění oka, kůže, zapalování přímým vystavením paprsku nebo při odrazu od difuzních odrazných ploch. Všechny komerční lasery jsou identifikovány pomocí štítků aplikovaných na nich. Pokud bylo zařízení vyrobeno doma nebo jinak nebylo označeno, měli byste získat rady na příslušné klasifikaci a označování. Lasery se liší v napájení, vlnové délce a trvání expozice.

Bezpečná zařízení

Zařízení první třídy generují laserové záření s nízkou intenzitou. To nemůže dosáhnout nebezpečné úrovně, takže zdroje jsou osvobozeny od většiny kontrolních opatření nebo jiných pozorovacích formulářů. Příklad: Laserové tiskárny a CD přehrávače.

Podmíněně bezpečná zařízení

Lasery druhé třídy emitují ve viditelné části spektra. Toto laserové záření, jejichž zdroje způsobují normální reakci na normální reakci na příliš jasné světlo (blbec reflex). Při vystavení paprsku, lidské oko bliká přes 0,25 s, což zajišťuje dostatečnou ochranu. Laserové záření ve viditelném rozsahu je však schopna poškodit oči při konstantní expozici. Příklady: laserové ukazatele, geodetické lasery.

Lasery 2A třída jsou zařízení speciální účel S výstupní kapacitou menší než 1 MW. Tato zařízení způsobují poškození pouze s přímým dopadem na více než 1000 s pro 8hodinový pracovní den. Příklad: Přístroje pro čtení čárového kódu.

Nebezpečné lasery

Třída 3A zahrnuje zařízení, která nejsou zraněna s krátkodobým vystavením nechráněným očí. Může být nebezpečný při použití zaostřovací optiky, jako jsou dalekohledy, mikroskopy nebo dalekohledy. Příklady: Helium-neon laser s kapacitou 1-5 MW, některé laserové ukazatele a stavební úrovně.

Laser Laser Class 3B může způsobit zranění s přímými efekty nebo když je zrcadlo odráží. Příklad: laser helium-neon s kapacitou 5-500 mW, mnoho výzkumných a terapeutických laserů.

Třída 4 obsahuje zařízení s úrovní výkonu více než 500 mW. Jsou nebezpečné pro oči, kůži, stejně jako požáry. Účinek paprsku, jeho zrcadlové nebo difuzní odrazy může způsobit zranění očí a kůže. Měla by být přijata všechna bezpečnostní opatření. Příklad: nd: lasery yag, displeje, chirurgie, řezání kovů.

Laserové záření: Ochrana

Každá laboratoř by měla poskytnout vhodnou ochranu osob pracujících s lasery. Okna prostoru, kterým lze rozzáření zařízení 2, 3 nebo 4 třídy provádět s poškozením nekontrolovaných oblastí, by měly být potaženy nebo jinak chráněny během provozu takového nástroje. Pro zajištění maximální ochrany očí, doporučuje se následující.

• Svazek musí být uzavřen v nehořlavé nehořlavé ochranné pouzdro, aby se minimalizovalo riziko náhodného dopadu nebo požáru. Chcete-li vyrovnat nosník, použijte luminiscenční obrazovky nebo sekundární visíři; Vyhněte se přímému dopadu na oči.
• Pro postup vyrovnání úniku použijte nejmenší výkon. Pokud je to možné, použijte zařízení s nízkou třídou pro předběžné postupy zarovnání. Vyhněte se přítomnosti zbytečných reflexních předmětů v zóně laseru.
• Omezte průchod nosníku v nebezpečné zóně v žádném okamžiku pomocí tlumiče a jiných překážek. Nepoužívejte stěny místnosti pro vyrovnání laserů třídy 3b a 4 lasery.
• Použijte nereflexní nástroje. Některé inventář, které neodrážejí viditelné světlo se odráží v neviditelné oblasti spektra.
• Nenoste reflexní šperky. Kovové dekorace také zvyšují nebezpečí úrazu elektrickým proudem.

Ochranné brýle

Při práci se 4 třídovými lasery s otevřenou nebezpečnou zónou nebo ohrožením odrazu, používejte ochranné brýle. Jejich typ závisí na typu záření. Body musí být vybrány k ochraně před odrazy, zejména difúzní, stejně jako zajistit ochranu vůči úrovni, kdy může přirozený ochranný reflex zabránit poranění očí. Taková optická zařízení si ponechají určitou viditelnost paprsku, zabraňují spalování kůže, snižují možnosti jiných nehod.

Faktory, které by měly být zváženy při výběru ochranných brýlí:

• vlnová délka nebo záření spektra;
• optická hustota při určité vlnové délce;
• maximální osvětlení (W / cm 2) nebo výkonový výkon (W);
• typ laserového systému;
• režim napájení - pulzní laserové záření nebo nepřetržitý režim;
• schopnosti odrazu - zrcadlo a difúzní;
• přímá viditelnost;
• přítomnost nápravných čoček nebo dostatečná velikost, která umožňuje nosit brýle pro korekci vidění;
• pohodlí;
• přítomnost otvorů, které zabraňují zamlžení;
• vliv na barevné vidění;
• odolnost vůči nárazu;
• schopnost provádět potřebné úkoly.

Vzhledem k tomu, že bezpečnostní brýle podléhají poškození a opotřebení, měl by laboratorní bezpečnostní program zahrnovat periodické kontroly těchto ochranných prvků.

Doba trvání laserového záření

Doba trvání je určena laserovým designem. Následující typické režimy distribuce záření lze rozlišit v čase:

Nepřetržitý režim;

Pulzní režim, doba trvání pulsu se stanoví trváním blesku čerpadla, typické doby trvání DFL ~ 10-3C;

Modulační režim rezonátoru (doba trvání záření pulsu je určen přebytkem čerpání přes prahovou hodnotu generace a rychlosti a rychlosti dobroty, typická doba trvání leží v rozmezí 10-9 - 10-8 s, Jedná se o tzv. Rozsah trvání radiačního záření;

Režim synchronizace a podélné režimy v rezonátoru (délka trvání záření pulsu DFL ~ 10-11c - pikosekundový rozsah radiačních dávek);

Různé způsoby nucených zkratovacích zářením pulzů (DFL ~ 10-12c).

Hustota záření

Laserové záření může být koncentrováno v úzkém řízeném nosníku s vysokou hustotou výkonu.

Výkon hustoty PS záření se stanoví poměrem zárubníku procházejícího průřezem laserového paprsku do oblasti průřezu a má rozměr W cm-2.

V souladu s tím je hustota radiační energie radiační energie stanovena poměrem energie procházející průřezem laserového paprsku, k průřezu sekce a má rozměr JM-2

Hustota výkonu v laserovém paprsku dosahuje velkého množství v důsledku přidání energie obrovské sady koherentních emisí jednotlivých atomů přicházejících ve vybraném bodě prostoru ve stejné fázi.

Koherentní záření laseru pomocí systému optického čočky může být zaměřen na malé, srovnatelné s vlnovou délkou na povrchu objektu.

Hustota výkonu laserového záření na tomto místě dosáhne obrovského množství. Ve středu hustoty výkonu webu:

kde p je výstupní výkon laserového záření;

D - Průměr čočky optického systému;

l - vlnová délka;

f - ohnisková vzdálenost optického systému.

Záření laseru s obrovskou hustotou výkonu, postihující různé materiály, zničí a dokonce je vypařuje v oblasti padajícího zaměřeného záření. Současně v oblasti padajícího laserového záření na povrchu materiálu vytváří lehký tlak ve stovkách tisíc megapasců.

V důsledku toho si všimneme, že zaostřování záření OCG na skvrnu, jehož průměr je přibližně roven délce záření vlny, je možné získat lehký tlak v 106MP, stejně jako obrovské hustoty radiačního výkonu Dosažení hodnot 1014-1016W. cm-2, zatímco teploty až několik se vyskytují miliony Celvin.

Blokové schéma optického kvantového rezonátoru

Laser se skládá ze tří hlavních částí: aktivní médium, čerpací zařízení a optický rezonátor. Někdy je přidáno tepelné stabilizační zařízení.

Obrázek 3 - Laserový vývojový diagram

1) Aktivní médium.

Pro rezortu a výztuhu v důsledku nuceného záření je nutné, aby vlna projde materiálem, atomy nebo systémy atomů, které jsou "konfigurovány" na požadovanou frekvenci. Jinými slovy, rozdíl v energetické úrovni E2 - E1 pro atomy materiálu musí být roven frekvenci elektromagnetická vlnaVynásobeno trvalým pruhem: E2 - E1 \u003d HN. Dále, aby vyráběly nucené záření převažovat nad absorpcí, atomy na horní energii by měly být větší než na dně. Obvykle se nestane. Kromě toho, jakýkoli systém atomů, po poměrně dlouhá doba udělená samo o sobě, přichází k rovnováhu s okolím při nízkých teplotách, tj. Dosáhne stavu nejnižší energie. Při zvýšených teplotách je součástí systémových atomů nadšená tepelným pohybem. S nekonečně vysokou teplotou by všechny kvantové stavy byly stejně naplněny. Vzhledem k tomu, že teplota je vždy konečná, převládající podíl atomů je v nejnižším stavu a tím vyšší je stát, tím méně jsou vyplněny. Pokud při absolutní teplotě t v nízkém stavu je atomy N0, počet atomů v nadšeném stavu, jehož energie, jejíž hodnotou E překročí energii nižšího stavu, je dána distribuci Boltzmann: n \u003d n0e -E / kt, kde k je boltzmann. Vzhledem k tomu, že atomy za nižších podmínek, v rovnováze, jsou vždy větší než ve výšech, v takových podmínkách, absorpce vždy převažuje a neuložte v důsledku nuceného záření. Přebytečné atomy v určitém vzrušeným stavu mohou být vytvořeny a udržovány, pouze uměle předávat je do tohoto stavu a rychleji, než se vrátí do tepelné rovnováhy. Systém, ve kterém je přebytek vzrušených atomů, usiluje o tepelnou rovnováhu, a musí být udržován v ne rovnovážném stavu, vytváří takové atomy v něm.

2) rezonátor.

Optický rezonátor je systém speciálně dohodnutých dvou zrcadel, vybraný takovým způsobem, že slabá úhlující vznikající vznikající v rezonátoru v důsledku spontánních přechodů je opakovaně zesíleno průchodem aktivním médiem umístěným mezi zrcadly. Vzhledem k vícenásobným odrazům záření mezi zrcadly, dochází k prodloužení účinného média ve směru osy rezonátoru, která určuje vysokou orientaci laserového záření. Ve složitějších laserech se používají čtyři nebo více zrcadel tvořících rezonátor. Kvalita výroby a montáže těchto zrcadel je pro kvalitu získaného laserového systému. Také další zařízení mohou být namontovány v laserovém systému, délku získávání různých účinků, jako jsou rotační zrcadla, modulátory, filtry a absorbéry. Jejich použití umožňuje změnit parametry laserového záření, například vlnové délky, trvání pulsu atd.

Rezonátor je hlavním definujícím faktorem pracovní vlnové délky, stejně jako další vlastnosti laseru. Existují stovky nebo dokonce tisíce různých pracovních orgánů, na jejichž základě můžete vybudovat laser. Pracovní těleso je vystaveno "čerpání" pro dosažení účinku inverze elektronických populací, které způsobují nucené záření fotonů a účinek optické amplifikace. Lasery používají následující pracovní těla.

Kapalina, například v barvivových laserech, sestává z organického rozpouštědla, jako je methanol, ethanol nebo ethylenglykol, ve kterém jsou chemická barviva rozpuštěna, jako je kumarin nebo rhodamin. Konfigurace molekul barviva určuje vlnovou délku.

Plyn, například oxid uhličitý, argon, krypton nebo směsi, jako jsou v laserech helia Neon. Takové lasery jsou nejčastěji čerpány elektrickým vypouštěním.

Pevná tělesa, jako jsou krystaly a sklo. Pevný materiál je obvykle přidělen (aktivován) přidáním malého počtu chromových iontů, neodym, erbium nebo titanu. Typické krystaly používané: hliníkové granát (YAG), fluorid lithium-ytrium (YLF), Sapphire (oxid hlinitý) a sklo silikátové. Nejběžnější možnosti jsou: nd: yag, titan safír, chróm safír (také známý jako ruby), dopovaný s chromem stroncia lithium-hliník fluorid (ČR: lisaf), er: ylf a nd: sklo (neodymové sklo). Lasery pevných látek jsou obvykle čerpány pulzní lampou nebo jiným laserem.

Polovodiče. Materiál, ve kterém přechod elektronů mezi energetickými hladinami může být doprovázeno zářením. Polovodičové lasery jsou velmi kompaktní, čerpané elektrickým proudem, což jim umožňuje používat v domácích zařízeních, jako jsou CD přehrávače.

3) čerpací zařízení.

Zdroj čerpadla se skládá z energie. Může to být elektrický vybíjení, pulzní lampa, obloukové lampy, další laser, chemická reakce nebo dokonce výbušnina. Typ použitého čerpadla přímo závisí na použité pracovní kapalině, a také určuje způsob dodávání energie do systému. Například lasery helium Neon používají elektrické vypouštění v plynové směsi plynů hélia-neon, a lasery na bázi granátů na alumo-yttrium s neodymovým dopingem (nd: YAG lasery) - zaměřené světlo xenonové pulzní lampy, excimerové lamely - chemická reakční energie.

Poznání bezpečnosti laseru

1. Co je laser?
Laserové zařízení, které vyzařuje světlo (elektromagnetické záření) v procesu optické amplifikace na základě nuceného záření fotonů. Termín "laser" se objevil jako zkratka amplifikace světla s nuceným zářením. Emitované laserové záření je jiné vysoký stupeň Prostorová a časová soudržnost, nedosažitelná s pomocí jiných technologií.

2. Laserový ukazatel strukturní schéma


3. Co je laserová aplikace?
Lasery byly široce používány každodenní život. Lasery jsou nejvhodnější prezentací pro indikaci objektů, koordinace stavebnictví a projektu, lékařské ošetření kosmetických a chirurgických postupů. Dolní index laserového výkonu je ideální pro prezentace a astronomie přípravku StarStel. Vyšší výkon laserového ukazatele až 100 MW by bylo skvělé pro spalování experimentu. Pro experiment se používá vysoká výkonová třída IV. vědecký výzkum, Armáda atd. Cílení

4. Jaká je vlnová délka?
Naše oči jsou citlivé na světlo, které se nachází ve velmi malé ploše elektromagnetického spektra s nápisem "Viditelné světlo". Toto viditelné světlo odpovídá rozsahu vlnových délek 400 - 700 nanometrů (NM) a barevné GNMU fialové na červenou. Lidské oko není schopno "vidět" záření s vlnovými délkami mimo viditelné spektrum. Viditelná barva z nejkratší délky dlouhé vlnové délky jsou: fialová, modrá, zelená, žlutá, oranžová a červená. Ultrafialové záření má kratší vlnovou délku než fialové viditelné světlo. Infračervené záření má vlnovou délku než viditelné červené světlo. Bílé světlo je směs viditelných barevných barev. Černý je úplný nedostatek světla.

Spektrální barvy a vlnové délky

Tento plán ukazuje barvy viditelného spektra světla a spojené s vlnovými délkami v nanometrech. Rozsahy jsou tradičně dány jako:
ultrafialové světlo, 100 nm, 400 nm;
viditelné světlo, 400 nm-750nm;
infračervené světlo, 750 nm-1 nm.

5. Co je laserová příčná móda?


Příčný elektromagnetický režim (TEM) Struktura laserového paprsku popisuje rozložení výkonu přes průřez paprsku. Většina laserových aplikací vyžaduje režim základního paprsků (Tem00) s distribucí Gaussova výkonu pomocí průřezu paprsku, jak je znázorněno na obrázku vpravo. Jedná se o zásadní výsledky v nejmenším průměru paprsku a divergence paprsku a mohou být zaměřeny na nejmenší možnou velikost bodu.
Další příjmové aplikace s vysokým výkonem jsou k dispozici v prvním pořadí (tem01 *), nebo dokonce s vysokým obsahem mod. Síla laseru se strukturou struktury nad fundamentálními se běžně nazývá multitra NSverse Mode (MTM). Režim laserové výrobní struktury lze změnit pouhým změnou zrcadel.

6. Různé klasifikace laserů

Třída I.

V podstatě bezpečné, neexistuje možnost poškození očí. Může být buď v důsledku nízkého výkonu (v případě poškození oka, je nemožné i po několika hodinách expozice), nebo v důsledku skříně, aby se zabránilo přístupu uživatele k laserovému paprsku během normálního provozu, například CD přehrávače nebo laserové tiskárny.

Třída II.

Reflex blikajícího humánního oka (odporová odpověď) zabrání poškození očí, pokud se člověk úmyslně dívá v paprsku na dlouhou dobu. Výstupní výkon může být až 1 MW. Tato třída zahrnuje pouze lasery, které emitují viditelné světlo. Většina laserových ukazatelů a ko-mechanické laserové skenery v této kategorii.

Třída IIIA.

Lasery této třídy jsou zejména nebezpečné v kombinaci s optickými nástroji, které mění průměr nosníku nebo hustoty výkonu, i když i bez optického nástroje pro zvýšení přímého kontaktu s okem po dobu dvou minut, může mít za následek vážné poškození sítnice. Výstupní výkon nepřesahuje 5 MW. Hustota záření nepřesahuje 2,5 mW / m2, pokud zařízení není označeno "Upozornění" varovným signálem, jinak "nebezpečí" výstražný štítek je vyžadován. Mnoho orientačních bodů je laser pro střelné zbraně a laserové ukazatele v této kategorii.

Třída IIIb.

Lasery v této třídě mohou poškodit, pokud se paprsek do oka spadne přímo. Jedná se o pravidlo, že se jedná o lasery, je napájeno 5-500 mW. Lasery v této kategorii mohou mít za následek nevratné poškození očí z expozice 1 / 100. druhý nebo méně v závislosti na pevnosti laseru. Difuzní odraz je obvykle nebezpečný, ale zrcadlové odrazy mohou být tak nebezpečné jako přímé vlivy. Ochranné brýle Doporučené při prohlížení může dojít k laserovému paprsku třídy IIIB. Lasery na vysoké koncové síly této třídy mohou také představovat riziko požáru a může mírně spálit pokožku.

Třída IV.

Lasery v této třídě mají výstupní výkon více než 500 mW v paprsku a může způsobit těžké, nevratné poškození očí nebo kůže bez zvýšení oční optiky nebo spotřebičů. Difuzní odraz laserového paprsku může být nebezpečný pro pokožku nebo oko nad jmenovitým nebezpečím. Mnoho průmyslových, vědeckých, vojenských a lékařských laserů v této kategorii.

7. Co je znalost laserového bezpečnosti?
Dokonce i první laser byl uznán jako potenciálně nebezpečný. Theodore Meiman je charakterizován prvním laserem, který má sílu jednoho "gillette", protože by mohla vypálit jedním břitvou břitvou. Dnes se předpokládá, že i nízkoenergetické lasery s pomocí několika milliwattů moci mohou být viděna nebezpečná pro osobu, když paprsek takového laseru vstoupí do očí přímo nebo po odrazu z lesklého povrchu. Při vlnových délkách se rohovky a čočky mohou dobře zaměřit, konzistenci a nízkou divergenci laserového světla znamená, že může být nasměrována do oka na velmi malé místo na sítnici oka, což vede k lokalizačnímu spalování a poškození po sekundách nebo dokonce méně času. Lasery jsou obvykle označeny řadou bezpečnostní třídy, která určuje, jak nebezpečný laser:

. Třída I / 1 V podstatě je obecně bezpečné, protože světlo obsažené v případě, například CD přehrávače.
. Třída II / 2 je bezpečný při normálním provozu; Reflex blikající z oka zabrání poškození. Obvykle až 1 MW, pro značky například laserem.
. Třída IIIA / 3A Lasery, zpravidla, až 5 MW a přitahují malé riziko poškození očí během Morgue reflex. Při pohledu na takový paprsek na několik vteřin může poškodit skvrny na sítnici.
. Třída IIIb / 3b může mít za následek okamžité poškození očí při vystavení.
. Třída IV / 4 Lasery mohou spálit pokožku a v některých případech může dokonce rozptýlené světlo způsobit podráždění očí a / nebo poškození kůže. Mnoho průmyslových a vědeckých laserů v této třídě. Zadané pravomoci pro viditelné světlo, nepřetržitě lasery. Pro pulzní lasery a neviditelné vlny jsou aplikovány další omezení kapacity.

Lidé pracující s třídou 3b a 4 třídy laserů mohou chránit ochranné brýle, které jsou určeny pro absorpci světla určité vlnové délky.

Některé infračervené lasery s vlnovou délkou mimo přibližně 1,4 mikrometrů jsou často označovány jako "bezpečné oko." Je to proto, že vnitřní molekulární oscilace molekul vody jsou velmi vysoce absorbovány v této části spektra, a tedy laserovým paprskem na těchto vlnových délkách . Je oslabena tolik, jak prochází rohovkou oka, že neexistuje žádné světlo, které zůstává na objektivu na sítnici. "Bezpečný pro oko" štítek může být zavádějící, jak to platí Pouze k relativně nízkému výkonu nepřetržitých nosníků vln, jakýkoliv vysoký výkon nebo modulaci kvality laseru na těchto vlnových délkách může spálit rohovku, což způsobilo vážné poškození očí.

8. Nebezpečí laserového záření
Laserové ukazatele byly široce používány od svého prvního vzhledu. Lasery jsou použitelné hlavně jako nástroj pro prezentaci ve výuce, astronomie hvězd a setkání. Tyto lasery však postupně vlastnily laserovým fanouškům a nadšencům, včetně dětí kvůli nízkým nákladům a nespočetným dodavatelům, a jsou používány způsobem, který není poskytován výrobci. V důsledku toho je vážně důležité pochopit nebezpečí laserových ukazatelů před skutečným držením laserového ukazatele.

Laserové nebezpečí
Laserové záření způsobuje zejména poškození tepelnou expozicí. Dokonce i mírně výživa laseru může vést k poranění očí. Vysoké výkonové lasery mohou spálit pokožku. Některé lasery jsou tak silné, že i difuzní odraz z povrchu může být nebezpečné pro oči.

I když existuje potenciální nebezpečí pro sítnici, ne všechny viditelné lasery svazku pravděpodobně povedou k nevratnému poškození sítnice. Dopad je podívat se na laserový ukazatelový paprsek, s největší pravděpodobností příčinou zbytkového obrazu, flash slepoty a oslnění. Dočasná bolest sítnice se vrátí během několika minut.

Nízký úhel divergence laserového světla a mechanismu se zaměřením na oči znamená, že laserové světlo může být koncentrováno na velmi malém místě na sítnici. Pokud je laser poměrně silný, může dojít k trvalému poškození v rámci zlomku sekundy, doslova rychlejší než mrknutí oka. Oční apple pronikne oko jablko viditelné k poblíž IR s laserovým zářením a může vést k ohřevu sítnice, zatímco vystavení laserovým zářením s vlnovou délkou menší než 400 nm a více než 1400 nm je převážně absorbována rohovkou a čočka vede k vývoji kataraktů nebo popálenin.

Infračervené lasery jsou obzvláště nebezpečné, protože ochranná těla "Reflex Morgania" reakce pouze viditelného světla. Například někteří lidé jsou vystaveni vysokému výkonu ND: laser YAG s neviditelným 1064 záření nemůže cítit bolest nebo oznámení přímého poškození jejich vize. Popová hudba nebo zvuk kliknutí vyplývající z oční bulvy mohou být jediným znamením, že poškození sítnice došlo k tomu, že sítnice byla zahřátá na 100 ° C. V důsledku lokalizovaných výbušných boobies, okamžité vytvoření konstantního slepého skvrny je doprovázen.

Odpovědný majitelé laseru musí plně pochopit nebezpečí laserového záření a rozpoznat pravidla FAA související s použitím laserového ukazatele. Ochranné brýle jsou obvykle vyžadovány, pokud je přímé pozorování, může dojít silný paprsek.

9. Jak se chránit před nebezpečím laseru?
To je velmi důležité pro přijetí. efektivní metody Zabránit poškození třídy 3b nebo třídy IIIb. Laserové ochranné brýle jsou hlavní příslušenství pro ochranu oka na trhu v současné době. Různé výběr laserových senzorů, brýle musí být vybrány pro konkrétní typ, který blokuje odpovídající vlnovou délku. Například absorbující 532 bodů má obvykle oranžové brýle.

Ihned při pohledu na laserové ukazatele je přísně zakázáno v jakýchkoliv podmínkách. Nezapomeňte před použitím laserového ukazatele nosit brýle.

Bezpečnostní tipy Laser P2:

● Vložte laser v nedostupném pro nezletilé. Neumožňují nezletilé (až 18 let) získat a používat laserovým ukazatelem pod dohledem. Pouze dospělí mohou používat laserové ukazatele poté, co pochopili znalosti o bezpečnosti a riziku laserových výrobků.

● Buďte obzvláště opatrní, pokud používáte vysoký výkon laserového záření. Nikdy byste se neměli snažit určit svůj laserový ukazatel na jakoukoli osobu a zvířata, pilot a pohyb letadla vozidloNebo budete uvězněni ve vězení za nesprávné použití laserových zařízení.

● Skladujte od silných laserů. Prosím, vždy se uskuteční od silného laseru, jako je laserový hořící. Významně se liší od formálních laserů pro prezentaci. Nikdy se nepokoušejte koupit laser bez identifikace třídy a moci.

10. Jak budou mocní laserové ukazatele?

Různé aplikace musí být lasery s různým výstupním výkonem. Lasery, které produkují kontinuální paprsek nebo řadu krátkých pulzů, mohou být porovnány na základě jejich průměrného výkonu. Lasery, které produkují impulsy, mohou být charakterizovány na základě špičkové síle každého pulsu. Špičkový výkon pulzního laseru je mnoho řádů větší než jeho průměrná výkon. Průměrný výstupní výkon je vždy menší než spotřeba energie.

Kontinuální nebo střední napájení potřebné pro některé aplikace:
Napájení
1-5 MW laserový ukazatel
5 MW CDS.
5-10 MW DVD přehrávač nebo DVD
100 mW vysokorychlostní hořák cd-rw
250 mW spotřebitele 16x DVD-R hořáky
400 mW vypalování diskovým pouzdrem včetně 4 sekund
1 w zelený laser v aktuálním holografickým univerzálním vývojovým prototypovém disku
1-20 w víkendu nejvíce k dispozici lasery solid-state používané pro mikro-zpracování
30-100 W Typické uzavřené chirurgické lasery CO2
100-3000 W Typické uzavřené lasery CO2 používané v průmyslovém laserovém řezání
5 kW výstupní výkon je dosaženo v důsledku 1 cm bar laserové diody
100 kW studoval CO2 laserový výkon vyvinutý Northrop Grumman pro aplikace vojenských (zbraní)

11. Co je to laserové služby?

Správná údržba vašeho laseru dokonale prodlužuje svou životnost. Jen potřebujeme dodržovat následující rady:

Co potřebuješ:
1. Mikrovláknitý ubrousek
Ujistěte se, že tkanina z mikrovlákna je speciálně navržena pro čištění čoček. Najdete ji v místním kamerovém nebo obchodním brýlím.
2. Q-tip nebo výběr zubů
Budete muset složit tkaninu přes jeden z nich, abyste mohli správně dosáhnout čoček.
3. Čištění čištění řešení (volitelné)
Použijte roztok pro čištění čoček pouze v případě, že objektiv není vyčištěn samotný mikrovlákno ubrousek. Ujistěte se, že čisticí roztok je navržen speciálně pro čištění objektivu.
* Pozor: Nepoužívejte vodu.

Postup:
1. Umyj si ruce mýdlem a vodou. Ujistěte se, že je správně vyschnete.
2. Sklopte hadřík z mikrovlákna na párátko nebo rukojeť část Q-tip. Ujistěte se, že se nedotknete tkaninové části, která čistí čočky. Pravděpodobně nebudete schopni dvakrát složit hadřík, takže byste měli být velmi opatrní, abyste na objektivu příliš nestlačili.
3. Jemně pohybujte tkaninou do otvoru, dokud nedojde do kontaktu s objektivem. Stit to ze strany na stranu, ale nestiskněte příliš mnoho. Plynule otočit tkaninu rotační pohyb sem a tam. Tento postup opakujte, když je vaše laserové čočky čisté.
4. Otočte svůj laserový blok, abyste zjistili, zda je čočka čistá.

Nicméně špinavé? Zkuste použít řešení pro čištění objektivu.
Pouze část tkáně, která vyčistí čočky, postupujte podle stejného postupu jako výše. Chcete skončit suchou částí hadříku pro otírání objektivu suché, mělo by to mít jednu průchod stranu na stranu nebo jemně otáčet.

Všichni milují lasery. Vím, vystupuji z nich víc než vy. A pokud se někdo nelíbí - prostě neviděl tanec šumivého prachu nebo jak oslnivé malé světlo ohrožuje faneru

Začalo to z článku z mladé techniky pro 91. ročníku o vytvoření laseru na barviva - pak opakovat design pro jednoduché žáky, byl prostě neskutečný ... Nyní, naštěstí s lasery, situace je jednodušší - mohou být přijata Z rozbité technologie, oni mohou být koupeni připraveni, jejich můžete sbírat z detailů ... O nejblíže k realitě laserů a dnes jsme řeč, stejně jako jejich použití. Ale především o bezpečnosti a nebezpečí.

Proč jsou lasery nebezpečné

Problém je v tom, že paralelní paprsek laseru se zaměřuje na oko do bodu na sítnici. A pokud to trvá 200 stupňů k zapálení papíru, jen 50 stačí, aby poškodilo sítnici tak, aby krev letí. Můžete dostat bod v krevní cév a ucpat to, můžete se dostat do slepého místa, kde se nervy z celého očí jdou do mozku, můžete se rozplácet řadu "pixelů" ... a pak poškozené Sítnice může začít peeling, a to je cesta k plné a nevratné ztrátě. Vision. A nejvíce nepříjemnější - nebudeme všimnout na začátku jakéhokoliv poškození: Neexistují žádné receptory bolesti, mozek je dokončena předměty v poškozených oblastech (mohu říci, že pestré rozbité pixely), a pouze tehdy, když se poškozená oblast stává poměrně velkým Můžete si všimnout, že položky zmizí, když se do něj dostane. Nevidíte žádné černé oblasti v zorném poli - jen něco nebude nic, ale není to nic patrného. Pouze oftalmolog může v prvních fázích vidět poškození.

Nebezpečí laserů je považováno za založení, zda může způsobit poškození, než je oko reflexně blikat - a je považován za příliš nebezpečný výkon 5 MW pro viditelné záření. Proto infračervené lasery jsou extrémně nebezpečné (v části fialové - jsou prostě velmi špatně viditelné) - můžete se poškodit, a nikdy nevidí, že laser svítí přímo v oku.

Opakuji se proto, je lepší se vyhnout laserům silnějším než 5 MW a jakékoli infračervené lasery.

Také, nikdy za žádných okolností nevypadají "ve výstupu" laseru. Pokud se vám zdá, že "něco nefunguje" nebo "nějak špatně" - viz přes webkameru / mýdlo (pouze ne přes zrcadlo!). To vám také umožní vidět IR záření.

Existují samozřejmě ochranné brýle, ale existuje mnoho jemností. Například na webových stránkách DX jsou sklenice proti zelenému laseru, ale chybí IR záření a naopak zvyšují nebezpečí. Buď opatrný.

Ps. No, určitě se rozhodně rozlišoval sám - jsem nevhodný pro sebe vous s laserem obydleného ;-)

650NM - červená

To je pravděpodobně nejběžnější laserový typ na internetu, a to vše proto, že v každém DVD-RW je takový výkon 150-250mW (čím větší je rychlost záznamu vyšší). Na 650 nm, citlivost oka není příliš, protože i bod a oslnivě jasný 100-200mw, paprsek je jen sotva viděn (můžete vidět určitě lepší v noci). Od 20 do 50 MW, takový laser začne "hořet" - ale pouze tehdy, pokud je možné změnit její zaměření na zaměření skvrny do malého bodu. 200 mW, velmi pevně hoří, ale znovu je třeba zaměřit. Kuličky, lepenka, šedý papír ...

Můžete si je koupit (například taková první fotografie je červená). Existuje také malé laserové laserové "velkoobchod" - skutečné babes, i když mají vše v dospělém - energetický systém, přizpůsobitelné zaměření - co je potřeba pro roboty, automatizaci.

A co je nejdůležitější - takové lasery mohou být pečlivě převzaty z DVD-RW (ale nezapomeňte, že je stále infračervená dioda, je nutné s ním velmi jemně jemně, o níže). (Mimochodem, v servisních střediscích existuje non-záruka DVD-RW hromady lež - i pohřben 20 kusů, to již nebylo dopraveno). Laserové diody budou velmi rychle zemřít před přehřátí, z překročení maximálního světelného toku - okamžitě. Přebytek jmenovitý proud je dvakrát (za předpokladu, že lehký tok není překročen) snižuje životnost 100-1000 krát (tak opatrně s "zrychlením").

Stravování: Existují 3 základní schémata: primitivní, s odporem, s proudovým stabilizátorem (na LM317, 1117) a nejvyšší pilotní stroj - pomocí zpětné vazby přes fotodiodu.

V normálních továrních laserových ukazatelích se 3. schéma obvykle platí - dává maximální stabilitu výstupního výkonu a maximální životnost diodové služby.

Druhý systém je snadno realizován a poskytuje dobrou stabilitu, zejména pokud necháte malou dodávku pro výkon (~ 10-30%). Bylo to, že bych doporučil udělat - lineární stabilizátor je jedním z nejoblíbenějších detailů, a to i nejvíce malým rozhlasovým motorem existují analogy LM317 nebo 1117.

Nejjednodušší schéma s odporem popsaným v předchozím článku je jen o něco jednodušší, ale zabít základní elementární. Faktem je, že v tomto případě bude proud / výkon přes laserovou diodou vysoce závislý na teplotě. Pokud jste například při 20 ° C, ukázal jste proud 50mA a dioda se nespaluje, a poté během provozu se dioda zahřeje až na 80. let, proud se zvýší (jsou mazaný, tyto polovodiče) a dosahují 120 MA dioda začíná svítit pouze černým světlem. Ty. Takové schéma je stále možné použít, pokud necháte alespoň tři čtyřnásobné napájení.

A na poslední, to stojí za ladění schéma s konvenční červenou LED diodou a laserová dioda je pájena na samém konci. Chlazení nutně! Dioda "na vedení" okamžitě hoří! Také neotírejte a nedotýkejte se optika laserů (alespoň\u003e 5 mW) - jakékoli poškození bude "vypálit", takže foukáme hrušku, pokud je vše nezbytné.

Ale to, co je laserová dioda vypadá v okolí. Denty lze vidět, jak blízko jsem selhal, dostat to z plastu upevnění. Tato fotografie mi také nedala snadné

532 nm - zelená

Jsou obtížné - to jsou tzv. DPSS lasery: první laser, infračervený na 808nm, svítí v ND: YVO4 Crystal - laserové záření se získá 1064нм. To spadá na krystal "frekvenční zdvojení" - tzv.. KTP a dostanete 532 nm. Krystaly nejsou snadné růst, protože dlouhodobé DPSS lasery byly zatracené silnice. Ale díky šokové práci čínských soudruhů, nyní se stali zastrašováni - od $ 7. V každém případě se mechanicky tato složitá zařízení bojí kapek, klesne ostré teploty. Buď opatrný.

Hlavní plus zelených laserů - 532 nm je velmi blízko k maximální citlivosti oka a jak bod a samotný paprsek je velmi jasně viditelný. Řekl bych, že 5mwt zelený laser svítí jasněji než 200 mw červená (na první fotografii jen 5mw zelená, 200 mw červená a 200 mwt fialová). Proto bych nedoporučil kupovat zelený laser silnější než 5mW: První zelená, kterou jsem si koupil za 150 MW, a to je skutečný cín - nic s ním nemůže být provedeno bez brýlí, dokonce odráží lehkou slepotu a zanechává nepříjemné pocity.

Také zelené lasery mají velké nebezpečí: 808 a zejména 1064nm infračerveného záření vychází z laseru a ve většině případů je to více než zelené. V některých laserech je infračervený filtr, ale ve většině zelených laserů do 100 dolarů není to. Ty. "Stávkující" schopnost laseru pro oko je mnohem větší, než se zdá - a to je další důvod, proč si koupit zelený laser silnější než 5 MW.

Vypálit zelené lasery Samozřejmě můžete, ale potřebujete moc znovu od 50 mW +, pokud se v blízkosti boční infračervené paprsek bude "pomoci", pak se vzdáleností se rychle stane "ne zaostřovat". A zváží, jak je slepý - nic nepřijde.

405nm - Purple.

Je to spíše blízký ultrafialový. Většina diod - EMIT 405NM přímo. Problém s nimi je, že oko má citlivost na 405 nm asi 0,01%, tj. Spot 200 MW laser se zdá být mrtvý, ale ve skutečnosti je to zatraceně nebezpečné a oslnivé - jasné - sítnice poškozuje pro všechny 200 mW. Dalším problémem - oko osoby se používá k zaostření "pod zeleným" světlem a 405 nm skvrna nebude vždy v centru pozornosti - ne velmi příjemný pocit. Ale je tu dobrá strana - mnoho objektů fluoresce, jako je papír - jasně modré světlo, pouze toto šetří tyto lasery z zapomnění na masovou veřejnost. Ale znovu, s nimi nejsou tak zábavné. Ačkoli 200 MW Skrýt je zdravý, vzhledem k složitosti zaostření laseru do bodu je obtížnější než s červenou. Také fotoresisté jsou citliví na 405 nm, a kdo s nimi pracuje, mohou přijít s tím, proč to může být potřeba ;-)

780 nm - infračervený

Lasery v CD-RW a jako druhá dioda v DVD-RW. Problém je v tom, že lidské oko nevidí paprsek, a proto tyto lasery jsou velmi nebezpečné. Můžete vypálit sítnici a nezapomenut si to. Jediný způsob, jak pracovat s nimi, je používat fotoaparát bez infračerveného filtru (v webových kamerách je snadné jej dostat například) - pak paprsek a skvrna budou viditelné. IK lasery lze použít snad pouze v domácí laserové "stroje", já bych se nedoporučil dopřát si s nimi.

IR lasery jsou také v laserových tiskárnách, spolu s schématem skenování - 4 nebo 6 a tříděné rotující zrcadlo + optika.

10mkm - infračervený, CO2

Toto je nejoblíbenější laserový typ v průmyslu. Hlavní výhody jsou nízká cena (trubky od $ 100-200), vysoký výkon (100W - rutinní), vysoká účinnost. Řezají kov, Phaneur. Gravírování a tak dále. Pokud chcete udělat laserový stroj - pak v Číně (alibaba.com) si můžete koupit hotové trubky požadovaného výkonu a sestavit pouze chladicí a výživový systém. Nicméně, speciální řemeslníci, aby trubky doma, i když je to velmi obtížné (problém v zrcadlech a optiky - skleněné 10mkm záření nenechá ujít - pouze optika od křemíku, Německa a některé soli jsou vhodné zde.

Aplikace laserů

V podstatě - používá se na prezentacích, hrát s kočkami / psy (5mw, zelená / červená), astronomové poukazují na souhvězdí (zelená 5mW a vyšší). Domácí stroje - práce od 200 mW na tenkých černých plochách. Lasery CO2 se téměř cokoli řezali. Tištěný poplatek je však obtížné snížit - měď velmi dobře odráží ozařování delší než 350 nm (protože ve výrobě, pokud opravdu chcete - používat drahé 35 mm lasery DPS). Standardní zábava na YouTube je rozpětí kuliček, řezacího papíru a lepenky - všechny lasery z 20-50 MW, s výhradou možnosti se zaměřením na bod.

Z větším vážnějším - goalkensem pro zbraně (zelené), můžete doma udělat hologramy (polovodičové lasery pro to více než dost), můžete tisknout 3D objekty z plastu citlivé na UV, můžete vykazovat fotorezistu bez šablony, Můžete se sjednotit a po 3 sekundách, abyste mohli vidět odpověď, můžete vytvořit laserovou linku komunikace na 10mbit ... Scubost pro kreativitu je neomezená

Takže, pokud si stále myslíte, jak si koupit laser - vezměte si 5mw Green :-) (No a 200mwt červená, pokud chcete vypálit)

Otázky / názory / Komentáře - ve studiu!

Tagy:

• laser
• dVD-RW.
• dealExtreme.

Přidat štítky