Луч лазера: Принцип образования и работы лазерного луча в стоматологии: Стоматология Столица

Принцип образования и работы лазерного луча в стоматологии: Стоматология Столица

01.06.2021 05:21

Принцип образования лазера. Основным физическим процессом, который определяет действие лазера является вынужденное испускание излучения. Это испускание образуется при тесном взаимодействии фотона с возбужденным атомом в момент точного совпадения энергии фотона с энергией возбужденного атома (молекулы). В конечном итоге этого тесного взаимодействия атом (молекула) переходит из возбужденного состояния в невозбужденное, а излишек энергии излучается в виде нового фотона с абсолютно такой же энергией, поляризацией и направлением распространения, как и у первичного фотона. Простейший принцип работы заключается в колебании луча света между оптическими зеркалами и линзами, набирающим силу с каждым циклом. Когда достигается достаточная мощность, луч испускается. Этот выброс энергии вызывает тщательно контролируемую реакцию.

Основным физическим процессом, который определяет действие лазерных аппаратов, является вынужденное испускание излучения. Это испускание образуется при тесном взаимодействии фотона с возбужденным атомом в момент точного совпадения энергии фотона с энергией возбужденного атома (молекулы). В конечном итоге этого тесного взаимодействия, атом (молекула) переходит из возбужденного состояния в невозбужденное, а излишек энергии излучается в виде нового фотона с абсолютно такой же энергией, поляризацией и направлением распространения, как и у первичного фотона.

Простейший принцип работы стоматологического лазера заключается в колебании луча света между оптическими зеркалами и линзами, набирающим силу с каждым циклом. Когда достигается достаточная мощность, луч испускается. Этот выброс энергии вызывает тщательно контролируемую реакцию.

*Flash tube = энергия накачки

Mirrored Surface = непрозрачное зеркало

Partially Mirrored Surface = частично прозрачное зеркало

Atoms = атомы

Атомы испускают фотоны, некоторые из этих фотонов двигаются в направлении, параллельном оси трубки, и они «отскакивают» назад от непрозрачного зеркала, а часть выводится в виде лазерного пучка.

Лазеры в стоматологии

Активному посреднику (газ, жидкость или твердое вещество) передается возбуждение от источника энергии, результат — монохромная (одного цвета), коллимированная (передающаяся в одном направлении), когерентная (все световые волны синхронны) лазерная энергия.

ЛАЗЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ

МОНОХРОМНАЯ – ПРАКТИЧЕСКИ ОДНОГО ЦВЕТА

КОЛЛИМИРОВАННАЯ — ПЕРЕДАЕТСЯ В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ

КОГЕРЕНТНАЯ — ВСЕ СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ СИНХРОННЫ

Активный посредник определяет такие характеристики лазера, как цвет и длина волны. Существует четыре типа лазеров:
Твердотельные лазеры используют лазерное вещество, распределенное в твердой матрице. Одним из примеров является Неодим — YAG лазер. Термин YAG является сокращением для кристалла: алюмоиттриевый гранат, который служит как носитель для ионов неодима. Этот лазер излучает инфракрасный луч с длиной волны 1,064 микрометра. Вспомогательные устройства, которые могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к резонатору, могут использоваться для преобразования выходного луча в видимый или ультрафиолетовый диапазон.

В газовых лазерах используется газ или смесь газов в трубке. В большинстве газовых лазеров используется смесь гелия и неона (HeNe), с первичным выходным сигналом в 632,8 нм (нм = 10-9 метра) видимого красного цвета. Впервые такой лазер был разработан в 1961 году и стал предвестником целого семейства газовых лазеров. Все газовые лазеры довольно похожи по конструкции и свойствам. Например, CO2 газовый лазер излучает длину волны 10,6 микрометров в дальней инфракрасной области спектра. Аргоновый и криптоновый газовые лазеры работают с кратной частотой, излучая преимущественно в видимой части спектра. Основные длины волн излучения аргонового лазера — это 488 и 514 нм.

В лазерах на красителе используется лазерная среда, которая обычно является сложным органическим красителем в жидком растворе или суспензии. Наиболее значительная особенность этих лазеров — это их «приспособляемость». Правильный выбор красителя и его концентрации позволяет генерировать лазерный свет в широком диапазоне длин волн в видимом спектре или около него. В лазерах на красителе обычно применяется система оптического возбуждения, хотя в некоторых типах таких лазеров используется возбуждение при помощи химических реакций. Наиболее часто используемый лазер на красителе — это Родами 6G, который обеспечивает настраиваемость в диапазоне частот шириной 200 нм в красной части спектра (620 нм).
Полупроводниковые лазеры (иногда называемые диодными лазерами) нельзя путать с твердотельными лазерами. Полупроводниковые лазеры состоят из двух слоев полупроводникового материала, сложенных вместе. Эти лазеры обычно очень маленького размера и очень умеренной мощности. Однако они могут объединяться в большие системы. Наиболее распространенным диодным лазером является диодный лазер на арсениде галлия с основным излучением на 840 нм.

Взаимодействие лазера с тканью

Воздействие лазерного излучения на биологические структуры зависит от длины волны излучаемой лазером энергии, плотности энергии луча и временных характеристик энергии луча. Процессы, которые могут при этом происходить — поглощение, передача, отражение и рассеивание.

Поглощение — атомы и молекулы, которые составляют ткань, преобразовывают лазерную световую энергию в высокую температуру, химическую, акустическую или нелазерную световую энергию. На поглощение влияют длина волны, содержание воды, пигментация и тип ткани.

Передача — лазерная энергия проходит через ткань неизмененной.

Отражение — отраженный лазерный свет не влияет на ткань.

Рассеивание — индивидуальные молекулы и атомы принимают лазерный луч и отклоняют силу луча в направлении, отличном от исходного. В конечном счете, лазерный свет поглощается в большом объеме с менее интенсивным тепловым эффектом. На рассеивание влияет длина волны.

— Познакомьтесь как применяется лазер в нашей стоматологии

— Познакомьтесь как происходит лечение пародонтита при помощи лазера

— Познакомьтесь как происходит отбеливание зубов при помощи лазера

Основные типы взаимодействия лазера с тканью

ФОТОТЕРМИЧЕСКОЕ

Под микроскопом фототермические процессы могут быть представлены как поглощение фотона органической молекулой, которая при этом переходит в состояние вибрационного вращения, с последовательным раздражением, полученным от анелестического удара о соседнюю молекулу, к которой, таким образом, перейдет ее кинетическая энергия. Этот процесс безизлучательных потерь происходит в пределах самого короткого промежутка (1 — 100 в сек.), а последующее быстрое нагревание повысит окружающую температуру. Макроскопические, биологические эффекты фототермического типа могут быть классифицированы согласно некоторым отличиям термодинамических процессов, главным гистологическим изменениям, отображенным в таблице ниже:

ФОТОХИМИЧЕСКОЕ

— Запуск химических реакций — фотополимеризация (например, активация системы лазерного отбеливания)

— Разрушение химических связей в молекулах, вызванное лазерным излучением

Фотодинамическая терапия: создание биохимических реактивных форм кислорода

БИОСТИМУЛЯЦИЯ

Обеспечивает избавление от боли

— Стимулирует заживление ран

— Видоизменяет биологический процесс

— Поглощение лазерной энергии биологическими тканями

Пример: поглощение лазерной энергии различных типов лазеров в коже

После возбуждения, источник лазера излучает электромагнитное излучение с очень высокой направленностью и большой спектральной чистотой, с возможностью концентрации очень высокой энергии на ограниченных поверхностях. Чтобы добиться желательного клинического эффекта, излучение лазера должно поглощаться целевой тканью. Взаимодействие ткани с лазером зависит от характеристик используемого лазера, длины его волны, его эффективной мощности, форм облучения, таких как интенсивность излучения и продолжительность обработки, и от характеристик целевой ткани, количества содержания в ткани воды, гемоглобина и пигментов. Использование лазера в медицине, в частности в стоматологии, базируется на точном поглощении лазерной радиации водой, содержавшейся в тканях, гемоглобином, содержавшимся в крови и пигментами, которые находятся в некоторых тканях. Вода поглощает инфракрасное излучение, с максимальным поглощением около 3000 нм; гемоглобин представляет спектр поглощения от ультрафиолетового до видимого (немного меньше чем 640 нм), пигменты и хромофоры представляют спектр поглощения, расширенный от ультрафиолетового до близкого к инфракрасному.

*Absorption — поглощение

Wavelength — длина волны (нм)

Когда лазерный луч направлен на ткани, то вода, что составляет высокий процент ткани, поглощает энергию, преобразовывая ее в высокую температуру. С интенсивностью в несколько Вт на квадратный миллиметр, вода, находящаяся в ткани, мгновенно закипает и испаряется. Если перемещать наконечник по ткани, то луч ведет себя как скальпель, формируя разрез, глубина которого зависит от интенсивности луча и скорости движения.

Система подачи лазерного луча

Лазерная энергия от источника может подаваться к ткани с помощью различных систем доставки. В медицинских стоматологических лазерах применяются оптоволоконная и шарнирная системы подачи лазерного луча. В стоматологических лазерах DOCTOR SMILE™ для передачи используется оптоволоконная система подачи, имеющая ряд преимуществ перед шарнирной:

— гибкость, возможность применения в труднодоступных участках, эргономичность

— полное сохранение качества лазерного излучения

— не требуется сложного технического обслуживания (например, выравнивания зеркал при ударе у лазеров с шарнирной системой подачи излучения)

Классификация лазеров и безопасность

Существуют четыре класса лазеров. Вся продукция компании Lambda Scientifica относится к четвертому классу лазеров.

Лазеры класса 1. Не представляют опасности при непрерывном наблюдении или разработаны так, чтобы предотвратить попадание биоткани под лазерное излучение (например, лазерные принтеры)

Видимые лазеры класса 2. (от 400 до 700 нм). Лазеры, излучающие видимый свет, который из-за естественной человеческой отрицательной реакции обычно не представляют опасности, но могут представлять, если смотреть прямо на лазерное излучение в течение продолжительного времени

Лазеры класс 3a. Лазеры, которые обычно не причиняют вред при кратковременном попадании в глаза, но могут представлять опасность при наблюдении с использованием собирающей оптики (волоконно-оптическая лупа или телескоп)

Лазеры класс 3b. Лазеры, которые представляют опасность для глаз и кожи при прямом попадании лазерного излучения. Лазеры класса 3b не генерируют опасное диффузное отражение, за исключением попадания с близкого расстояния

Лазеры класса 4. Лазеры, которые представляют опасность для глаз в результате прямого, зеркального и диффузионного отражений. Кроме того, такие лазеры могут быть пожароопасными и вызывать ожоги на коже

Необходимые меры безопасности:

— Персонал, уполномоченный работать должен носить предоставленные защитные очки

— Запрещается направлять лазер в глаза

— Запрещается смотреть непосредственно в отверстие, где находится оптический световод

— Отверстие световода оптического диодного соединителя должно всегда оставаться закрытым, световод должен быть или вставлен или на нем должен быть защитный колпачок

— Удалите с места работы все отражающие и металлические объекты, включая личные вещи, например часы и кольца, поскольку они могут отразить лазерное излучение

— Запрещается направлять лазер на одежду

— Рекомендуется использовать только абсолютно сухую одежду соответственного цвета

— Удалить все потенциально огнеопасные материалы

— Никогда не используйте огнеопасный газ во время лазерного излучения

Луч лазера возвращает зрение | ФГБУ «Поликлиника №1» Управления делами Президента Российской Федерации

Как гласит история, офтальмология была первой отраслью медицины, которая использовала энергию лазерного излучения для лечения пациентов. И до сих пор наибольшее число лазерных операций делают именно на глазах. Однако, когда речь заходит о лазерной терапии, большинство людей ассоциируют эту технологию исключительно с лазерной коррекцией зрения. Данная методика, действительно, произвела фурор, она успешно применяется уже более 25 лет в России и мире. Но на этом чудеса лазерной терапии не заканчиваются — сегодня ее широко используют и в лечении тяжелых заболеваний, которые значительно снижают качество зрения и работоспособность пациентов. В офтальмологическом отделении Поликлиники активно проводится лазерное лечение глаукомы. Лазерный метод давно зарекомендовал себя как наиболее безболезненный и эффективный способ лечения данного заболевания. В ходе терапии лазерный луч используется в роли ножа, с помощью которого можно производить операции на структурах дренажной системы глаза, не вскрывая глазное яблоко — то есть без разреза стенки глаза. Все манипуляции при лечении глаукомы направлены на нормализацию оттока внутриглазной жидкости, и, как следствие, снижение внутриглазного давления. Лазерное лечение помогает при открытой, узкоугольной и закрытой глаукоме. Пациентам с узкоугольной и закрытой глаукомой проводят профилактическую лазерную иридэктомию. Люди, страдающие этими видами глаукомы, знают, что данные разновидности болезни протекают в виде острого приступа, сопровождаются болью, снижением зрения. Однако лазерная терапия способствует полному исчезновению острых приступов. Процедура проводится в условиях местной анестезии. Как свидетельствует опыт наших врачей, лазерная иридэктомия при грамотном подходе позволяет купировать повышенное внутриглазное давление в 95—97 % случаев. Также в клиническую практику офтальмологов Поликлиники введена лазерная трабекулопластика. Она проводится пациентам с открытой глаукомой и, как правило, назначается при отсутствии положительного эффекта на фоне медикаментозной терапии. Процедура не возвращает нормальное зрение, но может предотвратить прогрессирование болезни и отсрочить оперативное вмешательство на период до года. Широко применяется в отделении лазерное лечение вторичной катаракты, патологическом состоянии, которое развивается после операции по коррекции первичной катаракты и характеризуется постепенным, медленным снижением качества зрения. Данный недуг может развиться через месяцы или годы после операции: с течением времени пациент начинает замечать, что зрение затуманивается. Происходит это из-за того, что задняя капсула, удерживающая хрусталик, мутнеет. В отличие от «обычной» катаракты, вторичная катаракта успешно лечится лазером. В ходе процедуры офтальмолог с помощью лазера делает микроскопическое отверстие в задней капсуле, для того, чтобы через нее мог проходить свет. Эффект тумана исчезает, и сразу после лазерной процедуры пациенты отмечают значительное улучшение зрения. Большое значение имеет лазерная коагуляция сетчатки при лечении диабетической ретинопатии, являющейся осложнением сахарного диабета в 100 % случаев. По данным ВОЗ, слепота у больных сахарным диабетом наступает в 25 раз чаще, чем в общей популяции. Диабетическая ретинопатия (или диабет глаза) — это специфичное позднее сосудистое осложнение сахарного диабета. Оно является основной причиной слепоты среди лиц трудоспособного возраста в развитых странах и составляет 80—90 % от всей инвалидизации по зрению, обусловленной сахарным диабетом. Патологические изменения на глазном дне при диабетической ретинопатии в большинстве случаев возникают через 5—10 лет от начала заболевания, причем на ранних стадиях диабетической ретинопатии пациент может не замечать снижения зрения. Сам недуг провоцирует изменения кровеносных сосудов сетчатки (набухание сосудов или образование новых), что и приводит к слепоте. Лазерное воздействие позволяет прекратить рост новых сосудов и увеличить прямое поступление в сетчатку кислорода из сосудистой оболочки. Лечение, проведенное вовремя, позволяет сохранить зрение даже на поздних стадиях диабетической ретинопатии у 60 % больных в течение 10—12 лет. Альтернативного лечения диабетической ретинопатии на сегодня не существует. Наконец, есть еще одна группа патологий, основным методом лечения которой является лазерная терапия. Это периферические дистрофические поражения сетчатки — «немые» периферические разрывы, клапанные разрывы сетчатки, решетчатая дегенерация, дегенерация типа «след улитки». Данные недуги приводят к отслойке сетчатки и считаются наиболее опасными среди разных видов дистрофий из-за того, что в начальных стадиях развития они себя никак не проявляют. Нередко пациенты обращаются к специалисту только тогда, когда проявляется первый симптом — ощущение «занавески» перед глазом. Но к этому моменту, как правило, отслойка сетчатки уже дошла до центральных отделов, и пациенту может помочь только серьёзная хирургическая операция, которая не всегда приводит к полному восстановлению функций глаза. Отслойку сетчатки лечить очень сложно. А вот предотвратить просто. В том случае, если дистрофию удалось вовремя выявить, на помощь приходит лазерная коагуляция. Терапия лазером позволяет отграничить пораженные отделы сетчатки и не дать отслойке распространиться в направлении центральных отделов глазного дна. Это отрезает путь к дальнейшему развитию заболевания. Все указанные методы лазерной микрохирурги органа зрения проводятся в Поликлинике, не требуют госпитализации в стационар и освобождения от трудовой деятельности.

Применение лазеров на практике

Лазер или оптический квантовый генератор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Изобретение лазера можно по праву считать одним из самых значимых открытий 20 столетия. Еще в самом начале разработки данной технологии ей уже пророчили совершенно разностороннюю применимость, с самого начала была видна перспектива решения самых разных задач, несмотря на то, что некоторые задачи даже не виднелись на горизонте в то время.

Медицина и космонавтика, термоядерный синтез и новейшие системы вооружений, — вот лишь некоторые из направлений, в которых сегодня с успехом применяется лазер. Давайте посмотрим, где же нашел практическое применение лазер, и убедимся в величии этого замечательного изобретения, обязанного своим появлением целому ряду ученых.

Лазерная спектроскопия

Монохроматическое излучение лазера можно получить в принципе с любой длиной волны, причем как в форме непрерывной волны определенной частоты, так и в форме коротких импульсов, длительностью вплоть до долей фемтосекунд. Будучи сфокусирован на исследуемом образце, лазерный луч подвергается нелинейным оптическим влияниям, что позволяет исследователям осуществлять спектроскопию изменяя частоту света, а также проводить когерентный анализ процессов, управляя поляризацией лазерного луча.

Измерение расстояний до объектов

Луч лазера очень удобно направлять на исследуемый объект, даже если этот объект находится очень далеко, ведь расхождение луча лазера очень незначительно. Так, в 2018 году, в рамках эксперимента, из Китайской обсерватории Юньнань лазерный луч был направлен на Луну. Светоотражатели «Апполон-15», которые уже были установлены на поверхности Луны, отразили луч обратно на Землю, где он был принят обсерваторией.

Известно, что свет лазера, как и любая электромагнитная волна, движется с постоянной скоростью — со скоростью света. Измерения времени прохождения луча показали, что расстояние от обсерватории до Луны, в промежутке времени с 21:25 до 22:31 по пекинскому времени 22 января 2018 года, составляло от 385823,433 до 387119,600 километров.

Лазерный дальномер, для не столь больших расстояний как расстояние от Земли до Луны, работает на аналогичном принципе. Импульсный лазер посылает луч на объект, от которого луч отражается. Детектор излучения принимает отраженный луч. Приняв в расчет время между началом излучения и тем моментом когда детектор поймал отраженный луч, а также скорость света, электроника прибора рассчитывает расстояние до объекта.

Адаптивная оптика и компенсация атмосферных искажений

Если наблюдать с земли в телескоп за каким-нибудь далеким астрономическим объектом, то окажется, что атмосфера вносит определенные оптические искажения в получаемое изображение этого объекта. Чтобы данные искажения убрать, применяют методы так называемой адаптивной оптики — искажения измеряются и компенсируются.

Чтобы данной цели достичь, в сторону наблюдаемого объекта направляют мощный луч лазера, который, как и простой свет, испытывает в атмосфере рассеивание, формируя «искусственную звезду», свет от которой, на обратном пути к наблюдателю, испытывает точно такие же оптические искажения в верхних слоях атмосферы, как и изображение наблюдаемого астрономического объекта.

Информация об искажениях обрабатывается, и используется для компенсации оптических искажений путем соответствующей корректировки изображения наблюдаемого астрономического объекта. В результате изображение объекта получается более «чистым».

Био и фотохимия

В биохимических исследованиях на тему образования и работы белков, полезны сверхкороткие лазерные импульсы фемтосекундной длительности. Данные импульсы позволяют инициировать и изучать химические реакции с высоким временным разрешением, чтобы находить и исследовать даже маложивущие химические соединения.

Изменяя поляризацию светового импульса, ученые могут задать необходимое направление химической реакции, выбрав из нескольких возможных сценариев развития событий в ходе реакции строго определенный.

Намагничивание лазерным импульсом

Сегодня ведутся исследования о возможности сверхбыстрого изменения намагниченности сред при помощи сверхкоротких лазерных импульсов длительностью в несколько фемтосекунд. Уже сейчас достигнуто сверхбыстрое размагничивание лазером за 0,2 пикосекунды, а также оптическое управление намагниченностью путем поляризации света.

Охлаждение сред лазером

Ранние эксперименты по охлаждению при помощи лазера проводились с ионами. Ионы удерживались электромагнитным полем в ионной ловушке, где освещались пучком лазерного света. В процессе неупругих соударений с фотонами, ионы теряли энергию, и таким образом были достигнуты сверхнизкие температуры.

Уже после был найден более практичный метод лазерного охлаждения твердых тел — антистоксово охлаждение, который заключается в следующем. Атом среды, находясь в состоянии чуть выше основного состояния (на колебательном уровне), возбуждался до энергии чуть ниже возбужденного состояния (на колебательном уровне), и, поглощая фонон, атом переходил в возбужденное состояние. Затем атом испускал фотон, энергия которого выше, чем энергия накачки, переходя в основное состояние.

Лазеры в установках термоядерного синтеза

Проблема удержания разогретой плазмы внутри термоядерного реактора может быть также решена при помощи лазера. Небольшой объем термоядерного топлива облучают со всех сторон в течение нескольких наносекунд мощным лазером.

Поверхность мишени испаряется, что приводит к огромному давлению на внутренние слои топлива, таким образом мишень испытывает сверхсильное сжатие и уплотнение, и при определенной температуре в такой уплотненной мишени уже могут протекать термоядерные реакции синтеза. Нагрев также возможен при помощи сверхмощных лазерных импульсов фемтосекундной длительности.

Оптический пинцет на основе лазера

Лазерный пинцет позволяет при помощи света от лазерного диода манипулировать микроскопическими диэлектрическими объектами: к объектам прикладываются силы в пределах нескольких наноньютон, также измеряются крошечные расстояния от нескольких нанометров. Данные оптические приборы применяются сегодня в исследовании белков, их структуры и работы.

Боевое и оборонительное лазерное оружие

Еще в начале второй половины 20 столетия в Советском Союзе уже разрабатывались лазеры высокой мощности, которые могли бы применяться в качестве оружия, способного поражать цели в интересах ПРО. В 2009 году американцы заявили о создании мобильного твердотельного лазера мощностью в 100 кВт, теоретически способного поражать воздушные и наземные цели потенциального противника.

Лазерный прицел

Небольшой источник лазерного света жестко прикрепляется к стволу винтовки или пистолета так, чтобы его луч был направлен параллельно стволу. При прицеливании стрелок видит на мишени маленькое пятнышко, благодаря малой расходимости лазерного луча.

В основном для таких прицелов используются красные лазерные диоды либо инфракрасные лазерные диоды (чтобы пятнышко можно было разглядеть лишь в прибор ночного видения). Для большей контрастности в условиях дневного света применяются лазерные прицелы с зелеными лазерными светодиодами.

Обман военного противника

Маломощный лазерный луч направляется в сторону военной техники противника. Противник обнаруживает этот факт, полагает что на него направлено какое-то оружие, и вынужден срочно принимать меры к защите, вместо того чтобы вести атаку.

Лазерное наведение снаряда

Для наведения летящего снаряда, такого как запускаемая с самолета ракета, удобно использовать отраженное пятно лазерного луча. Лазер с земли или с самолета подсвечивает цель, а снаряд по нему ориентируется. Лазер обычно используется инфракрасный, так как его труднее обнаружить.

Закалка металла лазером

Участок поверхности металла нагревают лазером до критической температуры, при этом тепло проникает вглубь изделия благодаря его теплопроводности. Как только действие лазера прекращается, происходит быстрое остывание изделия за счет проникновения тепла вовнутрь, где начинают формироваться закалочные структуры, препятствующие быстрому износу при будущей эксплуатации изделия.

Лазерные отжиг и отпуск

Отжиг — это такой вид термической обработки, при котором сначала осуществляют нагрев изделия до определённой температуры, затем выдерживают в течение определенного времени при этой температуре, далее медленно охлаждают до комнатной температуры.

Так снижают твердость металла, облегчая дальнейшую механическую его обработку, при этом улучшается микроструктура и достигается большая однородность металла, снимаются внутренние напряжения. Отжиг лазером позволяет обрабатывать таким образом мелкие детали из металлов.

Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности в местах соединения деталей. Для этого изделие подвергается нагреву лазером до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным охлаждением (остыванием).

Лазерная очистка и дезактивация поверхностей

Данный способ очистки применяют для удаления поверхностных загрязнений с предметов, памятников, произведений искусства. Для очистки изделий от радиоактивных загрязнений и для очистки микроэлектроники. Такой способ очистки лишен недостатков, свойственных механическому шлифованию, абразивной обработке, виброобработке и т. д.

Лазерное оплавление и аморфизация

Скоростная аморфизация подготовленной поверхности сплава сканирующим лучом или коротким импульсом достигается благодаря быстрому теплоотводу, при котором происходит как-бы замораживание расплава, образуется подобие металлического стекла с высокой твердостью, стойкостью к коррозии, улучшением магнитных характеристик. Материал предварительного покрытия подбирается так, чтобы вместе с основным материалом образовывать состав, склонный к аморфизации под действием лазера.

Лазерное легирование и наплавка

Легирование поверхности металла лазером повышает его микротвердость и износостойкость.

Метод лазерной наплавки позволяет наносить износостойкие поверхностные слои. Применяется в восстановлении высокоточных деталей, используемых в условиях повышенного износа, например таких как клапаны ДВС и другие детали двигателей. Данный метод по качеству превосходит напыление, поскольку здесь формируется монолитный слой связанный с основой.

Вакуумно-лазерное напыление

В вакууме лазером испаряется участок материала, затем данные испарения конденсируются на специальной подложке, где с другими продуктами образуют материал с необходимым новым химическим составом.

Лазерная сварка

Перспективный метод промышленной сварки с использованием мощных лазеров, дающих очень ровный, узкий и глубокий сварной шов. В отличие от обычных методов сварки, мощность лазера регулируется более прецизионно, что позволяет очень точно регулировать глубину и другие параметры сварного шва. Сварочный лазер способен сваривать толстые детали на высокой скорости, достаточно лишь добавить мощности, причем тепловое воздействие на прилегающие зоны минимально. Сварной шов получается более качественным, как и любое соединение, полученное данным способом.

Лазерная резка

Высокая концентрация энергии в сфокусированном лазерном луче дает возможности для разрезания почти любого известного материала, при этом рез получается узким, а зона термического воздействия минимальной. Соответственно отсутствуют и значимые остаточные деформации.

Лазерное скрайбирование

Для последующего разделения на более мелкие элементы, пластины полупроводника скрайбируют — наносят лазером глубокие канавки. Здесь достигается более высокая точность, чем при использовании алмазного резца.

Глубина канавки — от 40 до 125 мкм, ширина от 20 до 40 мкм, при толщине обрабатываемой пластинки от 150 до 300 мкм. Изготовление канавки происходит со скоростью до 250 мм в секунду. Выход готовой продукции больше, брака — меньше.

Лазерная гравировка и маркировка

Практически везде в промышленности на сегодняшний день применяются именно лазерная гравировка и маркировка: нанесение рисунков, надписей, кодирование образцов, таблички, шильды, художественная отделка, сувениры, ювелирные изделия, миниатюрные надписи на самых мелких и хрупких изделиях, — стали возможны только благодаря автоматизированной лазерной технологии.

Лазер в медицине

Невозможно переоценить применимость лазеров в современной медицине. Хирургические лазеры применяются для коагуляции отслоившейся сетчатки глаза, лазерные скальпели позволяют резать плоть, лазерами сваривают кости. Углекислотным лазером сваривают биологические ткани.

Безусловно, что касается медицины, то в данном направлении ученым приходится каждый год улучшать и уточнять, совершенствовать технологии использования тех или иных лазеров, дабы избежать вредных побочных действий на ткани, которые расположены рядом. Бывает так, что одно место лазер лечит, но тут же оказывает разрушительное действие на соседний орган или случайно попавшую под него клетку.

Дополнительные наборы инструментов, специально созданные для работы совместно с хирургическим лазером, позволили медикам добиться успехов в желудочно-кишечной хирургии, хирургии желчных путей, селезенки, легких и печени.

Удаление татуировок, коррекция зрения, гинекология, урология, лапароскопия, стоматология, удаление опухолей головного и спинного мозга — все это возможно сегодня только благодаря современной лазерной технике.

Информационные технологии, дизайн, быт и лазер

CD, DVD, BD, голография, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, системы безопасности (защитные барьеры), световые шоу, мультимедийные презентации, указки и т. д. Только представьте, как бы стал выглядеть наш мир, если бы из него исчез лазер…

Ранее ЭлектроВести писали, что украинские энергетики нашли новое применение для беспилотников. С помощью дронов измеряют запасы угля на теплоэлектростанциях.

По материалам: electrik.info.

Насколько опасен хулиган с лазерной указкой?

15 февраля 2016

Подпись к фото,

Луч лазера, направленный на самолет, может ослепить пилота и поставить под угрозу жизнь пассажиров и членов экипажа

Хулиганская выходка с ослеплением лазером пилота

самолета авиалиний Virgin Atlantic, взлетавшего в ночь на понедельник из лондонского аэропорта Хитроу, далеко не первая.

По данным Британской ассоциации пилотов (BALPA), в 2015 году примерно половина летного состава подверглась

лазерным атакам.

Несмотря на то, что во всех этих случаях обошлось без катастроф, не всегда такие происшествия остаются без последствий.

Так, в ноябре 2015 года при посадке в Хитроу лайнера авиакомпании British Airways второй пилот подвергся облучению мощным лазером и получил серьезное повреждение сетчатки глаза.

Генеральный секретарь BALPA Джим Макослан настроен очень жестко: по его мнению, против лазерных хулиганов впору применять «военную силу».

Что нужно знать о лазерах

Лазеры являются устройствами, которые вырабатывают концентрированный луч света. Но от других источников света, таких как электрическая лампочка, они сильно отличаются.

Лампа дает рассеянное излучение, которое распространяется во все стороны и, следовательно, может осветить комнату.

Лазерный луч производит излучение в узком диапазоне волн, образуя концентрированный, не толще карандаша, луч, который можно направлять на большие расстояния.

Иметь лазер — не преступление

Владение таким предметом само по себе не является нарушением закона, однако вступивший в силу в 2010 году британский закон гласит, что если человек преднамеренно светит лазером в глаза водителя или в кабину самолета, то он совершает преступление, за которое может на пять лет отправиться за решетку.

Автор фото, SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

В медицине используются мощные лазеры

В других странах, таких как Австралия, Новая Зеландия и США, лазерные атаки считаются преступлением и караются жестче.

После ряда серьезных инцидентов, связанных с лазерными атаками на пилотов полицейских вертолетов, Национальная служба воздушной полиции Британии настаивает на введении более строгих законов, регламентирующих приобретение и использование лазерных устройств.

А Агентство по охране здоровья предлагает запретить свободное обращение мощных лазеров выше второго класса мощности. Сейчас мощные лазеры можно купить в интернете, заплатив за них от 20 до 500 фунтов стерглингов (30-750 долларов США).

Опасный зеленый цвет

Если вам в глаз направить лазерный указатель, вы ощутите яркую вспышку. Это может отвлечь вас, привести к временной потере зрения в пораженном глазу, а иногда и вызвать так называемое остаточное изображение на сетчатке, то есть оптический обман.

Подпись к фото,

В 2015 году половина британских летчиков подверглась лазерным атакам

Обычные лазерные указки проецируют узкий пучок света, но его диаметр расширяется по мере увеличения расстояния. Более мощные лазеры могут вызвать более серьезные повреждения — у пострадавшего в глазах долго плавают большие темные пятна, иногда даже наблюдается кровотечение.

Лазеры, используемые для игр, как правило, испускают инфракрасные сигналы.

Человеческий глаз не может видеть лазерный луч с длиной волны выше или ниже определенного уровня.

Длина волны света в лазерах обычно измеряется в нанометрах (нм) — это одна миллиардная часть метра. Лазеры, которые можно купить в магазинах, чаще всего или красного цвета (длина волны 630 и 670 нм), зеленого (532 нм) или синего (примерно 445 нм).

Наиболее опасные лазеры обычно излучают зеленый свет.

Существует четыре класса лазеров, различающихся по мощности:

Класс 1

Лазеры первого уровня мощности (класс 1 и класс 1M) безопасны и не могут вызвать травму глаза.

Автор фото, ap

Подпись к фото,

От лазерных хулиганов нередко страдают и спортсмены. На фото: Уэйна Руни ослепили лазером в момент, когда он бил пенальти

Но к этой категории относятся и более мощные лазеры, оборудованные специальными защитными кожухами, например, CD-лазеры и лазерные принтеры.

Некоторые средства волоконно-оптической связи используют лазеры класса 1M.

Класс 2

Более мощные, чем класс 1, но также считающиеся безопасными, поскольку они работают импульсно: такие устанавливают, например, на дискотеках.

Автор фото, THINKSTOCK

Подпись к фото,

Сканер штрихкода также использует лазер

Ко второму классу относятся также некоторые лазерные указки, используемые преподавателями или лекторами на конференциях, а также сканеры штрих-кодов.

Некоторые лазеры, используемые строителями для выставления уровня и ориентиров, относятся к классу 2М.

Класс 3

Класс 3 имеет два уровня — класс 3R и класс 3B. К классу 3R относятся бытовые лазерные инструменты и мощные лазерные указки. Все они опасны для зрения.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Промышленные лазеры могут резать бревна и даже сталь

Устройства класса 3В могут вызвать серьезное повреждение глаз в зависимости от мощности и продолжительности воздействия.

К ним относятся лазеры, используемые для физиотерапевтических процедур и в научных исследованиях.

Класс 4

Лазеры самого высокого уровня (класса 4 и класса 4М), как правило, работают от электросетей и используются в медицине (например, в лазерной хирургии), научных исследованиях, промышленности, армии, иногда в световых шоу.

Они не предназначены для работы в качестве лазерных указок и могут привести к серьезным травмам глаз и кожи, а также вызвать пожар.

Верхнего предела мощности у лазеров класса 4 нет — некоторые способны резать сталь. В 2015 году испытатели корпорации «Боинг» в порядке эксперимента уничтожили при помощи мощного лазера беспилотный летающий аппарат.

Эффективность применения лазерных технологий в хирургической стоматологии и парадонтологии

Михайлова А.Б.

Термин «лазер» является аббревиатурой, составленной из начальных букв английских слов: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что переводится как «усиление света вынужденным излучением», так как действующим фактором лазера является направленный световой поток. Усиление и генерация электромагнитных колебаний в лазерах осуществляется за счет вынужденного излучения квантовых систем, которые преобразуют проводимую извне энергию (энергию накачки) в энергию излучения (света). Лазеры подразделяются на непрерывные и импульсные. Возможна комбинация непрерывного и импульсного режимов.

К основным свойствам лазерного излучения относят интенсивность, на-равленность, монохроматичность, когерентность и поляризация. Именно эти свойства являются необходимыми, чтобы лазерное излучение оказывало избирательное воздействие на биологическую ткань и дозировало бы степень этого воздействия от коагуляции до испарения и разреза.

В основе использования хирургических лазеров лежат два основных принципа: альтернативное применение высокоинтенсивного лазерного излучения в качестве скальпеля, как многопрофильного хирургического инструмента, и физического фактора, обладающего широким спектром биологического действия. Лазерная хирургия основана на деструктивном воздействии на биоткани: тепловой, гидродинамический, фотохимический эффекты от лазерного излучения вызывают деструкцию ткани. В качестве деструктивного фактора чаще всего используют энергию тепла. Лазерный свет поглощается определенным структурным элементом, входящим в состав биоткани. Поглощающее вещество носит название «хромофор». Эффективность лазерной хирургии определяется эффективностью преобразования энергии лазерного пучка света в тепло на поверхности или в объеме биоткани. «Поглотителями» света в мягких биотканях являются природные эндохромофоры, а «рассеятелями» — клетки биоткани и морфологические особенности их структуры. Природным эндохромофорами являются вода, гемоглобин, меланин, редко протеин. Каждый из этих хромофоров имеет свою спектральную зависимость. Тот из хромофоров, который для данной длины волны поглощает лазерный луч сильнее, называется «доминирующим хромофором». Именно они определяют глубину проникновения света в биоткань. Например, такой хромофор как вода, имеет коэффициент поглощения, соответствующий длинам волн от 200 до 20000 нм. Это основной диапазон длин волн хирургических лазеров. Глубина проникновения лазерного света СО2 – лазера и Er:YSGG лазера составляет 0,05 мм; Er:YAG лазера – 0,005 мм; Nd:YAG лазера — 11,5 мм. Учитывая то, что морфофункциональные характеристики сказываются на эффекте лазерного воздействия, необходимо учитывать все возможные реакции локального и общего свойства [3, 4, 5].

Лазеры оказывают различные воздействия на биоткани в зависимости от параметров их воздействия, что требует особого внимания к выбору длины волны, дозировании лазерного излучения, выходной мощности лазера. Недооценка этих параметров может привести к серьезным осложнениям и врачебным ошибкам. Особое внимание должно уделяться охлаждающим системам на лазерах.

Для применения в хирургической стоматологии наиболее перспективными признаются установки с длинами волн лазерного излучения, которые обеспечивают оптимальное поглощение лучевой энергии жидкостью, влажными тканями и кровью. Процесс резки (абляции) биоткани лазерным лучом сопровождается термическими эффектами и механизмами деструкции биотканей. Следствием является взрывное испарение тканей воды и выброс из зоны нагрева водяных паров вместе с фрагментами клеточных и тканевых структур с образованием зон повреждения биоткани в области взаимодействия лазерного пучка и биоткани. С физической точки зрения следует говорить о двух характерных для лазерного воздействия зонах: зоне испарения (абляции) ткани с формированием абляционного кратера и зоне термонекроза. Лазерные раны характеризуются активной ранней пролиферацией клеточных элементов макрофагального и фибропластического ряда на границе тканей, подвергшихся лазерному воздействию и интактных тканей. В процессе заживления лазерных ран не отмечаются формирования демаркационной нейтрофильной инфильтрации на границе поврежденных и неизмененных тканей, столь характерной для хирургических «скальпельных ран».

Применение лазеров в хирургической практике имеет ряд преимуществ, обусловленными уникальными свойствами и спецификой воздействия лазерного излучения на биологические ткани. Отсутствие прямого контакта инструмента с биотканью при проведении хирургического вмешательства с помощью луча лазера резко снижает опасность инфицирования оперируемых органов. Излучение лазера убивает патологическую микрофлору в операционной зоне, чем уменьшается вероятность послеоперационных осложнений.

Привлекательность лазерных технологий объясняется рядом их преимуществ перед альтернативными методами. Прежде всего, рассекая ткани, лазерный луч одновременно коагулирует сосуды на стенках разреза [2]. Минимальным оказывается и послеоперационный отек. Уменьшаются операционные и послеоперационные боли, снижается психологическая травма, особенно у детей.

Важным качеством хирургического лазера является то, что обработка им тканей стимулирует процессы регенерации. Усиление репаративных процессов в области раневого дефекта происходит вследствии активации метаболических процессов и клеточных элементов системы мононуклеарных фагоцитов (макрофагов) и улучшении микроциркуляции. Излучение обладает широким спектром лечебного действия: вызывает выраженный противовоспалительный эффект, нормализует циркуляцию, понижает проницаемость сосудистых стенок, обладает фибрино-тромболитическим свойством, стимулирует обмен веществ, регенерацию тканей и повышает содержание в них кислорода, ускоряет заживление ран, предотвращает образование грубых послеоперационных рубцов и др.

Таким образом, луч лазера — это высокоточный бесконтактный, бескровный, стерильный и бактерицидный инструмент, позволяющий значительно сократить процесс послеоперационного заживления.

CО2–лазер нашел свое применение для диссекции тканей, фотокоагуляции, обеспечении надежного гемостаза.

В литературе указано на достаточно широкое применение лазера в имплантологии. Разрез для поднятия лоскута, вапоризация грануляционной ткани, наметка будущего местоположения имплантата (вместо пилотного сверла) и угол, под которым он будет установлен, раскрытие имплантата. Эрбиевый лазер способен удалять бляшки с поверхности имплантатов без каких-либо морфологических изменений их поверхности. Отмечено также бактерицидное действие лазера на поверхность имплантата даже при низкой мощности [3, 4, 5].

Хирургические методы лечения заболеваний пародонта имеют большое распространение во многих странах [1, 2, 4]. Наиболее эффективной по сравнению с кюретажем является лоскутная операция, при которой ликвидируются пародонтальные карманы. Один из этапов этой операции, определяющий ее исход — деэпителизация внутренней поверхности пародонтального кармана. Обычно это делают с помощью ножниц, кюрет и других механических способов. Такие манипуляции травмируют лоскут, и после его укладки нередко наблюдается его склерозирование, рубцевание, что приводит к значительной ретракции десны с обнажением зубов порой ниже первоначального уровня. При использовании лазерного способа абляции результаты намного лучше. Деэпителизацию внутренней поверхности пародонтального кармана проводят слегка расфокусированным лазерным лучом. При этом происходит полное послойное испарение остатков зубных отложений, микробных колоний, грануляций и эпителия [1, 5].

Одним из лазеров последнего поколения, перспективных в стоматологии и представленный в нашей поликлинике, является лазер «Opus Duo». Эта лазерная система разработана для обработки мягких и твердых тканей, сочетает в себе углекислотный и эрбиевый лазеры. Лазер на основе кристалла Er, Cr:YSGG (эрбий, хром, иттрий, скандий, галлий и гранат) на длине волны 2789 нм. Прибор также способен резать и коагулировать мягкие ткани. Поскольку энергия лазера интенсивно поглощается водой, которая составляет большую часть объема мягких тканей, резка получается эффективной и атравматичной. Выявлены существенные отличия, которые выражаются в том, что процесс заживления после применения лазера происходит под тканевым комплексом, состоящем из фибрина, тканевого детрита и нейтрофильных лейкоцитов. Этот комплекс защищает раневой дефект от бактериальной инфекции и препятствует врастанию эпителия в рану. Отсутствует нагрев и вибрация во время вмешательства и пациент практически не испытывает неприятных ощущений. Появляются огромные возможности в хирургии костной и мягкой тканей, лечение слизистых оболочек, удаление мягкотканых образований. Также использование лазера открывает обширные возможности: с помощью лазера можно изменить форму десны для создания красивой улыбки. Быстро, без кровотечения и наложения швов, можно уменьшить глубину зубодесневых карманов, провести френулопластику, пластику уздечки языка, вестибулопластику, удалить новообразования небольших размеров без наложения швов, проводит биопсию в стерильных условиях, осуществлять лечение заболеваний слизистой оболочки. Это только малый перечень процедур, проводимых с использованием этого типа лазера. Эффективность доказана клинически – с его помощью произведено множество вмешательств на костных тканях челюстно — лицевой области, включая синус – лифтинг. Подавляющее большинство врачей отмечают повышение комфортности пациентов во время лечебных процедур, отсутствие страха при повторном лазерном лечении.

Благодаря современной лазерной системе «Opus Duo» в нашем отделении проведено хирургическое лечение 135 пациентов с различной патологией и локализацией в челюстно-лицевой области в период с января 2010 года по март 2012 года. Возраст пациентов от 18 до 75 лет. Среди вмешательств наиболее часто проводилась френулопластика в области верхней и нижней губ, вестибулопластика, удаление доброкачественных новообразований как слизистой полости рта, так и образований, расположенных на коже лица, границе красной каймы губ. Результатом является практически полное отсутствие коллатерального отека, не наблюдается болевой синдром, ранние сроки эпителизации раны, формирование мягкого эластичного рубца на слизистой полости рта. Операция с использованием СО-2 лазера проходит с минимальным кровотечением, которое полностью прекращается после лазерной коагуляции.

Неоднократно проведены основные оперативные методы лечения воспалительных (радикулярных) кист челюстей — цистотомия и цистэктомия – с помощью эрбиевого лазера «Opus Duo». Что касается результатов, то выраженный послеоперационный болевой синдром, требующий приема обезболивающих препаратов, по сравнению с «традиционной» и «лазерной» цистэктомией больше определялся у пациентов без применения лазера. Причем боли регистрировали более длительное время после операции – до 4-5 дней, в то время как при использовании лазерных технологий отмечались менее интенсивные боли, не требующие приема обезболивающих препаратов, в течение 1-1,5 дней. Это может быть связано с тем, что при воздействии лазера не происходит стрессорного воздействия на нервные клетки, так как лазерная энергия поглощается клеточной жидкостью, а не нервными окончаниями. При использовании традиционного метода цистэктомии коллатеральный отек мягких тканей наблюдали от 3 до 7 дней. При использовании Er:YAG лазера коллатеральный отек был не выраженным и определялся в течение 2-3 дней. Этому может способствовать отсутствие давления, трения и вибрации тканей во время операции, что приводит к минимальной травме окружающих тканей. Процесс заживления лазерной раны сопровождается отсутствием нейтрофильной инфильтрацией тканей, столь характерной для «скальпельных ран» при традиционном методе. Эпителизацию при традиционном методе цистэктомии наблюдали на 7-8 сутки, в то время как при использовании хирургических лазеров эпителизация наступала на 5-6 сутки, что позволило снимать швы в более ранние сроки.

Таким образом, можно отметить как клинически, так и со слов пациентов, что применение Еr:YAG и СО-2 лазера в современной лазерной системе «Opus Duo» способствует снижению болевой реакции, уменьшению послеоперационного отека, сокращению сроков эпителизации послеоперационных ран. Учитывая физические свойства лазеров, во время манипуляций происходит стерилизация операционной области от микрофлоры, меньшая травматизация тканей во время операции, снижение риска возникновения инфицирования окружающих тканей. Одним из основных результатов, учитывая выше перечисленные данные, является сокращение сроков лечения пациентов.

Список литературы:

1. Иванов А.С. Руководство по лазеротерапии стоматологических заболеваний. СПб.: 2000 – 69 с.
2. Масычев В.И., Рисованный С.И., Рисованная О.Н. Лазеры и особенности их использования в стоматологии. Внедрение в лазерную стоматологию. – Краснодар, 2005. – с. 7-24.
3. С.В. Тарасенко, А.В. Толстых, В.Н. Царев и др. Применение хирургических лазерных технологий для лечения одонтогенных кист челюстей. / Кафедра. 2008. — т.7, No3, с. 38-41.
4. Тарасенко С.В., Тарасенко И.В., Лазарихина Н.М. Лазерная пародонтальная хирургия //Учебное пособие. – М.: ООО «Принт маркет». – 2009, 58 с. 5. Тарасенко С.В., Пахомова А.В., Царев В.Н. и др. Радикулярные кисты челюстей //Учебное пособие. – М.: ООО «Принт маркет». – 2011, 64 с.

Новый рекордный лазер поможет заглянуть в космос и вылечить рак

Физики создали лазерный луч невероятной интенсивности. Они как будто сфокусировали весь достигающий Земли солнечный свет в пятно, которое многократно меньше сечения человеческого волоса. Долгожданный рекорд сулит прорывы во многих областях, от фундаментальной физики до лечения рака.

Лазеры давно вошли в наш быт (вспомним, например, о лазерных указках или компакт-дисках) и стали верными помощниками на производстве. Вместе с тем лазеры остаются незаменимым научным инструментом. С их помощью можно манипулировать отдельными клетками, изучать антиматерию, воссоздавать условия планетарных недр и грандиозных космических взрывов, а также делать множество других интересных вещей.

Разумеется, простор для экспериментов с лазерным излучением ограничивается возможностями самих лазеров. Поэтому физики неустанно работают над тем, чтобы сделать эти излучател мощнее, быстрее или лучше ещё в каком-нибудь смысле.

Солнце на волоске

Один из важных параметров лазера – поток излучения, или, как его иногда называют, интенсивность. Это мощность излучения, падающая на единицу площади облучаемой поверхности. Именно по этому показателю был достигнут недавний рекорд.

Напомним, что мощность излучения, измеряемая в ваттах, – это энергия, выделяемая в единицу времени. Повысить мощность лазерного луча можно, либо взяв более впечатляющий источник энергии, либо испуская луч как можно более короткими импульсами, чтобы «упаковать» выделенную энергию в краткий миг.

Наращивать энергопотребление установки – сложная задача. Никто не будет строить Братскую ГЭС ради одного лазера, да и «переварить» гигантскую энергию не так просто. Именно поэтому рекордная мощность лазеров, работающих в непрерывном режиме, составляет «всего» несколько мегаватт. Зато за счёт сокращения продолжительности импульса до пико- или фемтосекунд можно увеличить мощность в одном импульсе до нескольких петаватт (10¹⁵, или тысяча триллионов, ватт).

Лазер в Центре релятивистских лазерных исследований Института фундаментальных наук в Республике Корея эксплуатируется с 2016 года. Он генерирует импульсы мощностью в четыре петаватта. По нынешним временам это уже не рекорд, но более мощные установки можно пересчитать по пальцам.

Учёные, работающие с этим инструментом, в течение нескольких лет трудились над системой максимально точной фокусировки излучения. В итоге они уменьшили диаметр луча с 28 сантиметров до одного микрометра (менее 2% от толщины человеческого волоса). Таким образом, теперь вся огромная мощность лазера приходится на участок мишени

В новом эксперименте лазер течение восьми секунд испустил 80 импульсов длительностью в несколько фемтосекунд (10^-15, или тысячная доля триллионной доли секунды) и мощностью в четыре петаватта. В среднем за эти восемь секунд на крошечный (порядка 10^-16 см²) облучаемый участок мишени пришлась мощность порядка 10 мегаватт. В пересчёте на квадратный сантиметр она составила 10²³ ватт. Другими словами, интенсивность излучения достигла 10²³ Вт/см².

Это вдесятеро больше предыдущего рекордного значения, достигнутого почти двадцать лет назад в США. Представить себе масштабы рекорда поможет такая аналогия: подобную интенсивность можно получить, если весь достигающий Земли солнечный свет сфокусировать в луч диаметром 10 микрометров.

Система корректировки луча направила всю мощность лазера на крошечное пятнышко.

Луч надежды

Эксперименты с лазерным излучением такой интенсивности могут обеспечить прорыв во многих областях, от фундаментальной физики до медицины.

Самый широкий простор открывается для физиков, исследующих взаимодействие света и вещества. Они наконец смогут экспериментально проверить многие идеи, высказанные теоретиками уже около века назад. До сих пор не было технической возможности проделать нужные опыты, а теперь она появилась.

Новое достижение заинтересует и астрономов. Они смогут проверить свои гипотезы о происхождении космических лучей высоких энергий – таинственных частиц, приходящих с просторов Вселенной. Споры об их природе ведутся уже многие десятилетия.

Как ни удивительно, достижение может подарить новую надежду больным раком. Дело в том, что в последнее время бурно развивается протонная лучевая терапия – облучение раковой опухоли ускоренными протонами. Сегодня для этого используются обычные ускорители частиц, а это очень дорогие установки. Возможно, что с помощью мощных лазеров будет куда проще получать ускоренные протоны. Их источники станут дешевле, а значит, лечение будет доступнее для пациентов. Эксперименты с лазером рекордной интенсивности могут проложить дорогу этой технологии.

Подробности исследования изложены в научной статье, опубликованной в журнале Optica.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Как правильно выбрать медицинский лазер

Многие медицинские специалисты уже давно интегрировали лазерные технологии в свою повседневную практику:

Лазер для эпиляции марки Deka

Дерматология и эстетическая медицина — самые популярные сферы применения лазеров в медицине.
Лазер используется для удаления татуировок, эпиляции, лечения акне, омоложения кожи и для улучшения ее упругости. Что касается эпиляции, результаты будут зависеть от типа кожи, чем светлее кожа и темнее волосы, тем более эффективным будет результат. Необходимо провести несколько сеансов.

В урологии лазеры используются для энуклеации простаты. Такая мини-инвазивная операция, выполняемая эндоскопически, использует лазер для удаления тканей, блокирующих поступление мочи в предстательную железу. Аналогичным образом лазер используется при литотрипсии для разрушения камней в почках, мочевом пузыре или мочеточнике.

Лазер для офтальмологии марки A.R.C. Laser

В офтальмологии лазеры также широко применяются, а именно в рефракционной хирургии, которая позволяет лечить различные патологии, такие как близорукость, астигматизм, дальнозоркость и пресбиопия. Другим применением является процедура фотокоагуляции сетчатки, которая заключается в нанесении лазерного луча на самую глубокую структуру глаза, сетчатку, с целью получения терапевтического ожога в данной области. Наконец, селективная лазерная трабеккулопластика снижает глазное давление при хронической глаукоме.

В общей хирургии также используются лазеры, особенно для абляции мягких тканей. Лазерное лечение все чаще используется в стоматологической практике для раннего выявления кариеса, заболеваний десен, отбеливания зубов или удаления повреждений.

Лазерная клеточная биостимуляция в физиотерапии представляет собой эффективное технологическое новшество для обезболивания. Она заключается в передаче световой энергии клетке для стимулирования ее метаболических функций. Это дает клинические эффекты, такие как обезболивание, противовоспаление и заживление.

Tumbl Trak: лазерный луч для гимнастики

Создан для клубов

Laser Beam от Tumbl Trak ™ — это напольный тренировочный луч шириной 7 дюймов для тренажерного зала или дома. Четко обозначенные линии и числа представляют собой наглядные пособия, которые учат гимнасток менять баланс движений на разных этапах развития различных навыков. Две белые линии указывают, где будут края лучей для соревнований. Синяя линия указывает на центр луча, а две красные линии — это визуальный сигнал, позволяющий спортсмену приблизиться к краю.

• Обеспечивает правильное положение рук и ног на балке.
• Позволяет гимнастам определять начало, середину и конец каждого навыка.
• Поставляется в вариантах 8 футов (Laser Beam Lite) и 16 футов (Laser Beam PRO).

Опция

• Laser Beam Lite включает клапан на липучке, позволяющий надежно прикрепить два или более устройства друг к другу, и складывается пополам для удобства транспортировки и хранения.
• Laser Beam Lite прибывает в полностью собранном виде.Минимальная сборка, необходимая для Laser Beam PRO.
• Соберите комплект и сэкономьте при покупке комплекта из двух (версия Lite или PRO).

Идеально для дома

Лазерный луч зарекомендовал себя как чрезвычайно полезный и безопасный тренировочный луч в домашних условиях. Одной из особенностей этого уникального луча является то, что он предназначен для укрепления уверенности и улучшения навыков, находясь всего в 2 дюймах от земли. Независимо от того, работает ли ваш спортсмен в направлении полных поворотов или полных поворотов, Laser Beam с мягкой замшевой поверхностью предлагает спортсменам удобное место для этого!

Безошибочно узнаваемые линии и цифры на лазерном луче помогают спортсменам оставаться на луче.Две белые линии указывают, где будут края бревна для соревнований шириной 4 дюйма. Обратите внимание, что лазерный луч имеет ширину 6,5 дюймов — специально! Наша мысль … если спортсмен делает 100 попыток уверенно, у него появляется больше времени на то, чтобы подумать о том, как исправить ситуацию.

Нужна помощь в выборе балансира? Посмотрите это полезное видео-руководство по покупке балок .

ЛАЗЕРНЫЙ ЛУЧ PRO

• Длина FIG, (длина 16 футов 4-3 / 8 дюйма), ширина 7 дюймов и высота 2 дюйма (5 м x 18 см x 5 см)
• Легко перемещается и очень устойчива.
• Деревянный центр, набитый прочной пеной.
• Требуется некоторая сборка.
• Магазинная квартира.

Загрузите инструкцию по сборке Laser Beam PRO здесь.

ЛАЗЕРНЫЙ ЛУЧ LITE

• 8 футов в длину x 7 дюймов в ширину x 2 дюйма в высоту (2,4 м x 18 см x 5 см)
• Легко перемещается и очень устойчива.
• Соединители на липучках для соединения двух устройств.
• Деревянный центр, набитый прочной пеной.
• Торговая квартира

Чем эта балка отличается от других балок?

Четко обозначенные линии и числа учат спортсменов менять баланс движений на разных этапах развития различных навыков.Визуализация чисел и линий — сильное корректирующее действие, направленное на то, чтобы оставаться на балке.

Как лучше всего перемещать Laser Beam PRO?

Laser Beam PRO — 16 футов. длинный и состоит из трех деревянных частей, соединенных между собой двумя стальными скобами. Поэтому важно, чтобы при перемещении лазерного луча вы перевернули его на бок, прежде чем брать его в руки. Если поднимать устройство, когда оно плоское, это может привести к изгибу металлического кронштейна или срыву винтов.

Как лучше всего хранить Laser Beam PRO?

Мы рекомендуем хранить Laser Beam PRO в плоском виде.Не прислоняйтесь к стене. Это приведет к деформации древесины.

Лазерный луч

Как создать лазерный луч

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Автор: S.Хуссейн Атер

Используя силу света через лазеры, вы можете использовать лазеры для различных целей и лучше понимать их, изучая основную физику и химию, которая заставляет их работать.

Обычно лазер изготавливается из материала лазера, будь то твердое тело, жидкость или газ, который испускает излучение в форме света. Как сокращение от «усиление света за счет вынужденного излучения», метод стимулированного излучения показывает, чем лазеры отличаются от других источников электромагнитного излучения.Знание того, как возникают эти частоты света, может позволить вам использовать их потенциал для различных целей.

Определение лазера

Лазеры можно определить как устройство, которое активирует электроны для испускания электромагнитного излучения. Это определение лазера означает, что излучение может принимать форму любого вида в электромагнитном спектре, от радиоволн до гамма-лучей.

Обычно свет лазеров проходит по узкому пути, но возможны и лазеры с широким диапазоном излучаемых волн.С помощью этих представлений о лазерах вы можете думать о них как о волнах, подобных океанским волнам на берегу моря.

Ученые описали лазеры с точки зрения их когерентности, характеристики, которая описывает, является ли разность фаз между двумя сигналами одинаковыми и имеют ли они одинаковую частоту и форму волны. Если вы представите лазеры как волны с пиками, впадинами и впадинами, разность фаз будет равна тому, насколько одна волна не совсем синхронизирована с другой или насколько далеко друг от друга будут две волны от перекрытия.

Частота света — это количество пиков волны, проходящих через данную точку за секунду, а длина волны — это полная длина одной волны от впадины до впадины или от пика до пика.

Фотоны, отдельные квантовые частицы энергии, составляют электромагнитное излучение лазера. Эти квантованные пакеты означают, что свет лазера всегда имеет энергию, кратную энергии одиночного фотона, и что он приходит в этих квантовых «пакетах». Это то, что делает электромагнитные волны подобными частицам.

Как создаются лазерные лучи

Многие типы устройств излучают лазеры, например, оптические резонаторы. Это камеры, которые отражают свет от материала, излучающего электромагнитное излучение, обратно к себе. Обычно они состоят из двух зеркал, по одному на каждом конце материала, так что, когда они отражают свет, лучи света становятся сильнее. Эти усиленные сигналы выходят через прозрачную линзу на конце лазерного резонатора.

При наличии источника энергии, такого как внешняя батарея, которая подает ток, материал, излучающий электромагнитное излучение, испускает свет лазера в различных энергетических состояниях.Эти уровни энергии или квантовые уровни зависят от самого исходного материала. Состояния электронов с более высокой энергией в материале, скорее всего, будут нестабильными или находятся в возбужденном состоянии, и лазер будет излучать их через свой свет.

В отличие от других источников света, таких как свет от фонарика, лазеры излучают свет периодическими шагами вместе с самим собой. Это означает, что гребни и впадины каждой волны лазера совпадают с гребнями волн, которые идут до и после, делая их свет когерентным.

Лазеры сконструированы таким образом, что они излучают свет определенных частот электромагнитного спектра. Во многих случаях этот свет принимает форму узких дискретных лучей, которые лазеры излучают на точных частотах, но некоторые лазеры действительно излучают широкие непрерывные диапазоны света.

Инверсия населенности

Одна из особенностей лазера, питаемого от внешнего источника энергии, которая может иметь место, — это инверсия населенности. Это форма вынужденного излучения, и оно возникает, когда количество частиц в возбужденном состоянии превышает количество частиц в более низкоуровневом энергетическом состоянии.

Когда лазер достигает инверсии населенностей, количество этого стимулированного излучения, которое может создать свет, будет больше, чем количество поглощения зеркалами. Это создает оптический усилитель, и, если вы поместите его в резонансную оптическую полость, вы получите лазерный осциллятор.

Принцип лазера

Эти методы возбуждения и испускания электронов лежат в основе того, что лазеры являются источником энергии, и этот принцип лазера используется во многих областях.Квантованные уровни, которые могут занимать электроны, варьируются от уровней с низкой энергией, которые не требуют большого количества энергии для высвобождения, и до частиц с высокой энергией, которые остаются близко и плотно прилегают к ядру. Когда электрон высвобождается из-за столкновения атомов друг с другом в правильной ориентации и на правильном энергетическом уровне, это спонтанное излучение.

Когда происходит спонтанное излучение, испускаемый атомом фотон имеет случайную фазу и направление. Это связано с тем, что принцип неопределенности не позволяет ученым с идеальной точностью знать как положение, так и импульс частицы.Чем больше вы знаете о положении частицы, тем меньше вы знаете об ее импульсе, и наоборот.

Вы можете рассчитать энергию этих выбросов, используя уравнение Планка

H = h \ nu

для энергии E в джоулях, частоты ν электрона в с ^-1 и Постоянная Планка h = 6,63 × 10 ^-34 м ² кг / с. Энергия, которую имеет фотон при испускании из атома, также может быть рассчитана как изменение энергии.Чтобы найти частоту, связанную с этим изменением энергии, вычислите ν , используя значения энергии этого излучения.

Классификация лазеров по категориям

Учитывая широкий спектр применения лазеров, лазеры можно классифицировать по назначению, типу света или даже материалам самих лазеров. Придумывая способ их классификации, необходимо учитывать все эти размеры лазеров. Один из способов сгруппировать их по длине волны света, который они используют.

Длина волны электромагнитного излучения лазера определяет частоту и силу используемой энергии. Большая длина волны коррелирует с меньшим количеством энергии и меньшей частотой. Напротив, более высокая частота луча света означает, что он имеет больше энергии.

Вы также можете сгруппировать лазеры по типу материала лазера. В твердотельных лазерах используется твердая матрица атомов, такая как неодим, использованная в кристалле иттрий-алюминиевого граната, в котором находятся ионы неодима для этих типов лазеров.В газовых лазерах используется смесь газов в трубке, таких как гелий и неон, которые создают красный цвет. Лазеры на красителях создаются из органических красителей в жидких растворах или суспензиях.

В лазерах на красителях используется лазерная среда, которая обычно представляет собой сложный органический краситель в жидком растворе или суспензии. Полупроводниковые лазеры используют два слоя полупроводникового материала, которые могут быть встроены в массивы большего размера. Полупроводники — это материалы, которые проводят электричество, используя силу между изоляцией и проводником, в которых используются небольшие количества примесей или химических веществ, введенных из-за введенных химикатов или изменений температуры.

Компоненты лазеров

Для различных целей все лазеры используют эти два компонента источника света в виде твердого тела, жидкости или газа, которые испускают электроны и что-то еще, чтобы стимулировать этот источник. Это может быть другой лазер или спонтанное излучение самого лазерного материала.

В некоторых лазерах используются системы накачки, методы увеличения энергии частиц в лазерной среде, позволяющие им достичь своих возбужденных состояний, чтобы произвести инверсию населенностей.Газовая импульсная лампа может использоваться в оптической накачке, которая передает энергию лазерному материалу. В тех случаях, когда энергия лазерного материала зависит от столкновений атомов внутри материала, система называется столкновительной накачкой.

Компоненты лазерного луча также различаются по времени, необходимому для доставки энергии. В лазерах непрерывного действия используется стабильная средняя мощность луча. В системах с большей мощностью вы обычно можете регулировать мощность, но с газовыми лазерами меньшей мощности, такими как гелий-неоновые лазеры, уровень мощности фиксируется в зависимости от содержания газа.

Гелий-неоновый лазер

Гелий-неоновый лазер был первой системой непрерывного действия и, как известно, излучает красный свет. Исторически они использовали радиочастотные сигналы для возбуждения материала, но в настоящее время они используют небольшой разряд постоянного тока между электродами в трубке лазера.

Когда электроны в гелии возбуждены, они отдают энергию атомам неона в результате столкновений, которые создают инверсную населенность между атомами неона.Гелий-неоновый лазер также может стабильно работать на высоких частотах. Он используется при выравнивании трубопроводов, съемке и в рентгеновских лучах.

Лазеры на аргоне, криптоне и ксеноне на ионах

Три благородных газа, аргон, криптон и ксенон, показали свое применение в лазерных приложениях на десятках лазерных частот от ультрафиолетового до инфракрасного. Вы также можете смешивать эти три газа друг с другом для получения определенных частот и излучения. Эти газы в их ионной форме позволяют своим электронам возбуждаться, сталкиваясь друг с другом, пока они не достигнут инверсии населенностей.

Многие конструкции этих типов лазеров позволяют выбрать определенную длину волны излучения резонатора для достижения желаемых частот. Манипулируя парой зеркал внутри полости, вы также можете изолировать особые частоты света. Три газа, аргон, криптон и ксенон, позволяют выбирать из множества комбинаций световых частот.

Эти лазеры обеспечивают высокую стабильность выходного сигнала и не выделяют много тепла. Эти лазеры демонстрируют те же химические и физические принципы, которые используются в маяках, а также яркие электрические лампы, такие как стробоскопы.

Лазеры на диоксиде углерода

Лазеры на диоксиде углерода являются наиболее эффективными и действенными из лазеров непрерывного действия. Они работают, используя электрический ток в плазменной трубке, содержащей углекислый газ. Столкновения электронов возбуждают эти газовые молекулы, которые затем выделяют энергию. Вы также можете добавить азот, гелий, ксенон, углекислый газ и воду для получения различных частот лазера.

Рассматривая типы лазеров, которые могут использоваться в различных областях, вы можете определить, какие из них могут создавать большие количества энергии, потому что они имеют высокий коэффициент полезного действия, так что они используют значительную часть энергии, отдаваемой им без позволяя многому идти впустую.В то время как гелий-неоновые лазеры имеют коэффициент полезного действия менее 0,1%, коэффициент использования лазеров на диоксиде углерода составляет около 30 процентов, что в 300 раз больше, чем у гелий-неоновых лазеров. Несмотря на это, лазеры на диоксиде углерода нуждаются в специальном покрытии, в отличие от гелий-неоновых лазеров, для отражения или передачи соответствующих частот.

Эксимерные лазеры

Эксимерные лазеры используют ультрафиолетовый (УФ) свет, который, когда впервые был изобретен в 1975 году, был попыткой создать сфокусированный луч лазеров для прецизионной микрохирургии и промышленной микролитографии.Их название происходит от термина «возбужденный димер», в котором димер является продуктом газовых комбинаций, которые электрически возбуждаются с конфигурацией энергетического уровня, которая создает определенные частоты света в УФ-диапазоне электромагнитного спектра.

В этих лазерах используются химически активные газы, такие как хлор и фтор, а также благородные газы аргон, криптон и ксенон. Врачи и исследователи все еще изучают возможности их использования в хирургии, учитывая, насколько мощными и эффективными они могут быть при лазерной хирургии глаза.Эксимерные лазеры не генерируют тепло в роговице, но их энергия может разрушать межмолекулярные связи в ткани роговицы в процессе, называемом «фотоаблативное разложение», не вызывая ненужного повреждения глаза.

RP Photonics Encyclopedia — лазерные лучи, гауссова, когерентность, качество луча, расходимость, поляризация

Энциклопедия> буква L> лазерные лучи

Определение: световые лучи распространяются преимущественно в одном направлении

Более общий термин: световые лучи

Более конкретные термины: коллимированные пучки, гауссовы пучки, пучки с дифракционным ограничением, пучки с плоской вершиной

немецкий: Laserstrahlen

Категории: лазеры, общая оптика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/laser_beams.html

В большинстве случаев лазер излучает свет в виде хорошо направленного лазерного луча.
Это означает, что свет преимущественно распространяется в определенном направлении, обычно большая часть оптической мощности сосредоточена на небольшой площади порядка квадратного миллиметра.

Лазерные лучи часто близки к гауссовым лучам, где поперечный профиль оптической интенсивности может быть описан функцией Гаусса, ширина которой изменяется вдоль направления распространения.

Фигура 1:
Снимок распределения электрического поля вокруг фокуса гауссова луча. В этом примере радиус луча лишь немного больше длины волны, а расходимость луча большая.

Как правило, лазерные лучи обладают высокой степенью пространственной когерентности, что связано с высоким качеством луча.
В результате достигается хорошая фокусируемость и возможность формировать коллимированные пучки с очень малой расходимостью пучка.

Когда лазерный луч попадает на какой-либо объект (например, заготовку при лазерной обработке материала), приходящая оптическая интенсивность также называется энергетической яркостью.

Распространение гауссовых лучей можно рассчитать с помощью набора относительно простых уравнений.
В случаях с неидеальным качеством луча можно использовать обобщенную систему уравнений, которая также включает так называемый коэффициент качества луча M ² .
В этом случае уравнения не могут предсказать детальную эволюцию профиля пучка, а только радиуса пучка на основе второго момента профиля интенсивности (метод D4σ).

Лазерный свет часто имеет небольшую оптическую полосу пропускания, поэтому временная когерентность также высока.Часто нежелательным следствием высокого уровня когерентности является тенденция к образованию лазерных спекл-структур.

Оптическая мощность лазерного луча может практически не измениться при распространении в прозрачной среде или быстро затухать в поглощающей или рассеивающей среде.
Неоднородные среды (т.е. среды с локально изменяющимся показателем преломления) также могут искажать форму лазерных лучей.
Это может произойти, например, из-за тепловые эффекты, такие как тепловое линзирование в усиливающей среде.

Некоторые лазеры излучают непрерывно, но лазерный луч также может состоять из быстрой последовательности импульсов, состоящей из многих миллионов или даже миллиардов импульсов в секунду (→ частота повторения импульсов ).Распределение света в таком случае можно описать как регулярную последовательность «световых пуль».

Лазерный свет часто имеет линейную поляризацию, т. Е. Электрическое поле колеблется в определенном направлении, перпендикулярном направлению распространения.
Однако некоторые лазеры излучают свет с неопределенным флуктуирующим состоянием поляризации.

Виден ли лазерный луч сбоку?

Лазерный луч видимого света с достаточно высокой мощностью может быть видимым при распространении в воздухе.
Это связано с тем, что крошечная часть оптической мощности рассеивается частицами пыли и / или колебаниями плотности в воздухе и поэтому может достигать наблюдающего глаза.Когда лазерный луч попадает на какой-нибудь диффузно рассеивающий объект, такой как белый экран, на этом экране появляется гораздо более яркое пятно, поскольку большая часть оптической мощности рассеивается в этой точке.

Ближнее и дальнее поле лазерных лучей

Ближнее поле понимается как область вокруг перетяжки луча (фокуса).
Дальнее поле касается профиля вдали от перетяжки, то есть на расстоянии от фокуса, которое велико по сравнению с эффективной длиной Рэлея.Профиль интенсивности поля в дальней зоне показывает детали расходимости пучка, которые в ближнем поле можно получить только с помощью измерений волнового фронта.
Поскольку часто нецелесообразно получить прямой доступ к дальнему полю, можно использовать фокусирующую линзу (или зеркало) для получения профиля интенсивности в его фокальной плоскости, который показывает уменьшенную версию диаграммы дальнего поля.

Ограничения фокусировки лазерных лучей

Лазерные лучи могут использоваться для передачи оптической энергии в относительно небольшие точки или с малой расходимостью на большие расстояния.Однако здесь есть ограничения, которые включают длину оптической волны, качество луча и поперечный размер используемой фокусирующей или коллимационной оптики.
Некоторые из этих ограничений обсуждаются ниже, всегда предполагая распространение луча через однородную среду (т. Е. Без дополнительных искажений луча на пути).

Если лазерный луч фокусируется в пятно (перетяжку луча) с радиусом луча w ₀ , он показывает определенный угол расходимости луча, который обратно пропорционален радиусу перетяжки и пропорционален длине оптической волны в M ² коэффициент:

Используемая фокусирующая оптика должна выдерживать такое расхождение; ограничение для этого проистекает из ограниченной числовой апертуры оптики.Кроме того, если фокус должен находиться на большом расстоянии от фокусирующей оптики и / или радиус перетяжки мал или качество луча низкое, радиус луча в фокусирующей оптике обязательно будет довольно большим.
Соответственно, требуется большая открытая апертура оптики.
Такие факторы могут на практике установить нижний предел достижимого радиуса в фокусе или верхний предел допустимого коэффициента M ² .

В некоторых случаях оптимизируют радиус луча в фокусе так, чтобы радиус на определенном расстоянии от фокуса был как можно меньше.Для этого необходимо выбрать такой радиус перетяжки, чтобы эффективная длина Рэлея равнялась упомянутому расстоянию передачи.
Результирующий радиус в удаленном месте будет в ≈1,41 раза больше радиуса перетяжки.

Если излучаемый свет не обязательно должен фокусироваться на фокусирующей оптике, следует поместить фокус посередине между оптикой и удаленной точкой.
В идеале эффективная длина Рэлея тогда будет составлять половину расстояния передачи.
Радиус луча в дальнем пятне будет таким же, как и в фокусирующей оптике, и ≈1.В 41 раз больше, чем в фокусе луча.

Например, если гауссов лазерный луч с длиной волны 1064 нм должен быть направлен на Луну (расстояние 380 000 км), чтобы осветить там небольшое пятно, идеальный радиус в фокусе будет 8 м, так что длина Рэлея равна 190 000 км.
Тогда радиус в фокусирующей оптике и на Луне составит 11,3 м.
Если используемый передающий телескоп не может быть таким большим, освещенное пятно на Луне будет больше.

При создании фокуса луча на некотором расстоянии от некоторой фокусирующей оптики с ограниченной открытой апертурой, возможный радиус перетяжки увеличится, если это расстояние будет увеличено.Кроме того, это расстояние максимально; в крайнем случае это расстояние равно эффективной рэлеевской длине луча, и результирующий радиус перетяжки луча будет меньше радиуса луча в фокусирующей оптике на квадратный корень из 2 (≈1,41).
Таким образом, можно легко рассчитать длину Рэлея на основе начального радиуса и, следовательно, максимального расстояния фокусировки.

Экспериментальная характеристика лазерных лучей

Существуют различные устройства и методы для определения характеристик лазерного луча в различных отношениях; см. статью о характеристиках лазерного луча.

Для многих лазерных приложений очень важно иметь надлежащие средства диагностики луча, поскольку с помощью таких инструментов можно выявить множество возможных проблем.

Переключение лазерных лучей

Если лазерный луч в определенное время нежелателен, например, из соображений безопасности, можно в принципе просто выключить лазер.
Однако это не всегда практично.
В некоторых случаях применяется какая-то заслонка для луча, с помощью которой при необходимости луч можно перекрыть.
Переключение также может быть автоматизировано, например.грамм. для автоматической блокировки луча при открытии корпуса лазера.
Для периодического переключения есть оптические прерыватели.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор примет решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его.(См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

(Предложите дополнительную литературу!)

См. Также: характеристика лазерного луча, лазерный свет, коллимированные лучи, когерентность, качество луча, гауссовы лучи, расходимость луча, флуктуации наведения луча, поляризация света, лазерные спеклы, профилировщики луча, измерители оптической мощности, The Photonics Spotlight 2010-04- 08
и другие товары в категориях общая оптика, лазеры

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о лазерных лучах  
 в  
 Энциклопедия RP Photonics   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_beams.html 
 статья «Лазерные лучи» в энциклопедии RP Photonics]  

Что такое лазер? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей

Краткий ответ:

Лазер излучает очень узкий луч света, который используется во многих технологиях и инструментах.Буквы в слове лазер обозначают L ight A mplification by S timulated E миссия R .

Буквы в слове Laser обозначают L ight A mplification S timulated E миссия R adiation. Лазер — необычный источник света. Он сильно отличается от лампочки или фонарика. Лазеры излучают очень узкий луч света.Этот тип света полезен для многих технологий и инструментов — даже для тех, которые вы можете использовать дома!

Как работает лазер?

Свет распространяется волнами, и расстояние между пиками волны называется длиной волны .

Каждый цвет света имеет разную длину волны. Например, синий свет имеет более короткую длину волны, чем красный свет. Солнечный свет — и типичный свет от лампочки — состоит из света с множеством разных длин волн.Наши глаза видят эту смесь длин волн как белый свет.

На этой анимации показаны различные длины волн солнечного света. Когда все разные длины волн (цвета) объединяются, вы получаете белый свет. Изображение предоставлено: НАСА

.

Лазер другой. Лазеры не встречаются в природе. Однако мы придумали способы искусственно создать этот особый тип света. Лазеры производят узкий луч света, в котором все световые волны имеют очень похожие длины волн.Световые волны лазера движутся вместе со своими пиками, выстроенными в линию, или в фазе . Вот почему лазерные лучи очень узкие, очень яркие и могут быть сфокусированы в очень крошечное пятно.

Эта анимация представляет синфазные световые волны лазера. Изображение предоставлено: НАСА

.

Поскольку лазерный свет остается сфокусированным и не сильно распространяется (как фонарик), лазерные лучи могут перемещаться на очень большие расстояния. Они также могут сконцентрировать много энергии на очень небольшой площади.

На этой анимации показано, как лазер может сфокусировать весь свой свет в одну маленькую точку. Предоставлено: НАСА

.

Лазеры имеют множество применений. Они используются в высокоточных инструментах и ​​могут резать алмазы или толстый металл. Они также могут быть разработаны для помощи в деликатных операциях. Лазеры используются для записи и извлечения информации. Они используются в коммуникациях и для передачи телевизионных и интернет-сигналов. Мы также находим их в лазерных принтерах, сканерах штрих-кода и DVD-плеерах.Они также помогают изготавливать детали для компьютеров и другой электроники.

Лазеры также используются в приборах, называемых спектрометрами. Спектрометры могут помочь ученым выяснить, из чего сделаны предметы. Например, марсоход Curiosity использует лазерный спектрометр, чтобы увидеть, какие химические вещества содержатся в определенных породах на Марсе.

Это изображение марсианской почвы до (слева) и после (справа), когда она была взорвана лазерным прибором марсохода Curiosity под названием ChemCam.Вырезая крошечные дыры в марсианской почве и камнях, ChemCam может определить, из чего сделан этот материал. Изображение предоставлено: NASA / JPL-Caltech / LANL / CNES / IRAP / LPGN / CNRS

В

миссиях НАСА использовались лазеры для изучения газов в атмосфере Земли. Лазеры также использовались в инструментах, которые отображают поверхности планет, лун и астероидов.

Ученые даже измерили расстояние между Луной и Землей с помощью лазеров! Измеряя количество времени, которое требуется лазерному лучу, чтобы добраться до Луны и обратно, астрономы могут точно сказать, как далеко он находится!

Новый лазерный луч бросает вызов законам света

Ученые из Университета Центральной Флориды в США.С. разработал новый лазерный луч, в котором не используются типичные законы физики преломления света.

Это открытие может привести к появлению новых коммуникационных технологий, которые будут полезны, например, для военного и оборонного персонала.

Результаты были опубликованы в журнале « Nature Photonics » 22 июня.

«Волновые пакеты пространства-времени»

Группа ученых называет свою новую систему лазерного луча термином «волновые пакеты пространства-времени», которые потенциально могут изменить способ работы коммуникационных технологий.

Чтобы объяснить существующие методы связи, они следуют так называемому закону Снеллиуса. Проще говоря, ученые разрушают закон Снеллиуса в своем исследовании, чтобы объяснить, как он работает: если вы посмотрите на ложку, помещенную в стакан с водой, она будет выглядеть сломанной в том месте, где она встречается с водой. Это происходит потому, что свет проходит через воду медленнее, чем через воздух, и световые лучи изгибаются, когда попадают в воду.

Новый лазерный луч, однако, не следует этому закону физики, основному закону света.

«Этот новый класс лазерных лучей обладает уникальными свойствами, которые не присущи обычным лазерным лучам», — пояснил Айман Абурадди, главный исследователь исследования.

«Волновые пакеты пространства-времени могут быть устроены так, чтобы вести себя обычным образом, чтобы совсем не изменять скорость или даже аномально ускоряться в более плотных материалах. Таким образом, эти импульсы света могут приходить в разные точки пространства в одно и то же время.»

Пример, который команда использует, чтобы объяснить, как работает их система: если самолет пытается отправить сообщение двум подводным лодкам на одинаковой глубине, но одна находится дальше от самолета, чем другая, ближайшая подводная лодка получит сообщение. сообщение быстрее.Однако с новым лазерным лучом сообщение приходит одновременно на обе подводные лодки, пока они находятся на одной глубине.

СМОТРИ ТАКЖЕ: ЭКСПЕРИМЕНТ НА ​​ВЫСОТЕ НА ВЫСОТЕ МЕКСИКАНСКИЙ ВУЛКАН ВЫЗЫВАЕТ СКОРОСТИ СВЕТА

Команда подчеркивает, что их лазерный луч вписывается в специальную теорию относительности и не полностью противоречит законам физики. Их исследования не изменяют колебания световых волн, а скорее контролируют скорости, с которыми перемещаются пики световых импульсов.Команда достигла этого с помощью пространственного модулятора света.

«Преломление пространства-времени противоречит нашим ожиданиям, основанным на принципе Ферма, и предлагает новые возможности для формирования потока света и других волновых явлений», — пояснил Басанта Бхадури, соавтор исследования.

Физики очищают воздух с помощью сладкого лазерного луча

В первые два месяца 2019 года Мальте Шредер провела несколько недель в кампусе колледжа пригорода Мэриленда, снимая драматическую сцену, действие которой происходило целиком внутри небольшой коробки из пенополистирола.

Во-первых, он подготовил почву, заполнив коробку густым туманом, в тысячу раз плотнее кучевого облака. Потом — огни. Чтобы осветить сцену, он использовал специальный лазер, созданный физиком Говардом Милчбергом и его командой из Университета Мэриленда. Шредер, аспирант-физик Женевского университета в Швейцарии, приехал в Мэриленд только для того, чтобы воспользоваться этим лазером. «Группа Milchberg отлично умеет создавать эти очень точные последовательности лазерных импульсов, где вы можете четко определить временную задержку между каждым импульсом», — говорит Шредер.Лазер настолько точен, что может генерировать импульсы красного лазерного света с интервалом в 8,36 триллионных долей секунды — именно то, что нужно Шредеру.

Просвечивая эту устойчивую последовательность красных импульсов через маленькое окошко в пенополистироле, Шредер наблюдал за туманом при интенсивном освещении. В конце концов, он получил желаемую сцену: лазер вытолкнул капли пара с пути, образуя тонкий прозрачный сосуд с воздухом, пересекающий контейнер.

Эта демонстрация, недавно опубликованная в Optics Express , является решающим шагом в грандиозных амбициях исследователей по расчистке путей в облаках и тумане с помощью лазеров: «управление погодой», как это называет Шредер, с легкостью сумасшедшего ученого.В частности, очистка от тумана может обеспечить широкое использование новой технологии, известной как оптическая связь в свободном пространстве, которая доставляет данные в лазерном свете по воздуху, а не по оптоволокну. При оптической связи в свободном пространстве спутник или другая передающая станция на высоте отправляет информацию, закодированную в лазерном луче, вниз через атмосферу к приемнику.

Одним из преимуществ этого типа передачи является то, что он обеспечивает скорость передачи данных, сопоставимую с оптоволоконной, без необходимости создавать оптоволоконную сеть.Например, в 2013 году эта технология позволила миссии НАСА под названием Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) передавать видео высокой четкости на расстоянии 239 000 миль от Луны на различные наземные станции на Земле. Для миссии НАСА Artemis II, которая планирует отправить пилотируемый космический корабль вокруг Луны и обратно в 2022 году, инженеры установят на корабле аналогичную систему лазерной связи.

Фотография: Мальте Шредер / Женевский университет

Но успешные нисходящие линии связи через атмосферу Земли зависят от погоды.Подобно толпе крошечных теневых марионеток, капли облаков и тумана будут тускнеть и рассеивать сигнал лазера.