физика. Зиятдинов А.И. ЗЭ-1-21 Реферат. Реферат По дисциплине Физика На тему Отрицательное поглощение света. Основы физики лазеров Работу выполнил студент заочного отделения, 1 курса, группы зэ121
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
Лазеры в хирургии. Свойство лазерного луча пробивать и сваривать различные материалы широко используется в хирургии. В типичном лазерном скальпели используется лазер его излучение по оптоволоконному световоду попадает в выходную трубку, которую держит в своей руке хирург. Он может свободно перемещать ее в пространстве, тем самым направляя лазерный луч в нужное место. На конце выходной трубки есть маленькая указка она служит для наведения луча (излучение лазера невидимо. Луч фокусируется в точке, которая находится на расстоянии 3-5 мм от конца указки. В фокусе лазерного луча концентрируется энергия, достаточная для того, чтобы быстро нагреть и испарить биологическую ткань. Перемещая лазерный скальпель, хирург рассекает ткань. Глубина разреза зависит от скорости перемещения и от степени кровенаполнения ткани. В среднем она составляет 2-3 мм. Часто рассечение тканей выполняют не в один, а в несколько приемов, рассекая как бы послойно. В отличие от обычного скальпеля, лазерный скальпель не только рассекает ткани, но 22 может также сшивать края разреза, иными словами, может производить биологическую сварку. Действительно, рассечение производят сфокусированным излучением хирург должен держать выходную трубку на таком расстоянии от ткани, чтобы точка, в которой фокусируются лучи, оказалась на поверхности ткани. При мощности излучения 20 Вт и диаметре сфокусированного светового пятна 1 мм достигается плотность мощности 2,5 кВт/см 2 Излучение проникает в ткань на глубину около 50 мкм. Следовательно, объемная плотность мощности, идущая на нагрев ткани, достигает 500 кВт/см 3 . При этом происходит их быстрое разогревание и испарение. Если же луч расфокусировать (для этого достаточно немного отодвинуть конец выходной трубки от поверхности ткани) и тем самым снизить интенсивность примерно до 25 Вт/см 2 , то ткань испаряться не будет, но будет происходить поверхностная коагуляция, те. биологическая сварка разрезанной ткани. Несомненным достоинством лазерного скальпеля является то, что он обеспечивает полную стерильность (с тканью взаимодействует только излучение. Луч лазера действует локально испарение ткани происходит только в точке фокуса. Прилегающие участки ткани повреждаются при этом значительно меньше, чем при использовании обычного скальпеля. Как показала клиническая практика, рана от лазерного скальпеля относительно быстро заживляется. Практически одновременно с появлением лазеров были начаты исследования по использованию их для лечения отслоения сетчатки. Эти работы проводились в институте имени Г. Гельмгольца в Москве ив клинике имени В. П. Филатова в Одессе. Для проникновения к больному месту уже не Лазерный скальпель в руке хирурга. Хорошо видна маленькая указка на конце выходной трубки. Условно показан выходящий из трубки лазерный пучок (в действительности он невидим. 23 надо производить разрез века и вытаскивать глазное яблоко для этого был использован хрусталик глаза. Для проведения операций был разработан специальный прибор - офтальмокоагулятор ОК-1. Этот прибор состоит из основания, на котором размещены источники питания, органы управления и излучающая головка рубинового лазера. На одной оптической оси с лазером располагается система прицеливания, которая позволяет врачу через зрачок тщательно исследовать глазное дно, найти пораженное место и навести на него луч лазера. Энергия импульсов регулируется от 0,02 до 0,1 Дж, вся операция напоминает сварку точечным методом. Военные применения лазеров. Лазерный прицел. В большинстве военных применений лазер используется для облегчения наведения какого-либо оружия нацель. Например, лазерный прицел — это маленький лазер, обычно работающий в видимом диапазоне и прикреплѐнный к стволу пистолета или винтовки так, что его луч параллелен стволу. Благодаря очень малой расходимости лазерного луча, даже на больших расстояниях прицел даѐт маленькое пятнышко. Стрелок просто наводит это пятно нацель и таким образом видит, куда именно направлен ствол оружия. В большинстве прицелов используют лазерный диод с излучением красного цвета (красный диод. Некоторые используют инфракрасный диод, чтобы получить пятно, невидимое невооруженным глазом, но различимое приборами ночного видения. В 2007 году компания Lasermax, специализирующаяся на выпуске лазеров для военных целей, объявила о начале первого массового производства « зелѐных» лазеров, доступных для стрелкового оружия. Предполагается, что луч зеленого лазера будет более заметным в условиях яркого солнечного света вследствие более высокой чувствительности сетчатки человеческого глаза к зеленой области спектра. Револьвер, оснащённый лазерным прицелом. 24 Системы обнаружения снайперов. Принцип действия таких систем основывается на том, что лазерный луч, попадая на прицел оружия снайпера, будет отражаться от линз и прочих оптических элементов прицела. Преимуществом таких систем является то, что они активны, то есть обнаруживают снайперов до выстрела, а не после. С другой стороны эти системы демаскируют себя, так как являются излучателями. Возможна постановка помех путем сканирования лазерным лучом местности, не позволяя вражеским снайперам вести прицельную стрельбу или даже наблюдение в оптические приборы. Введение противника в заблуждение. Главное назначение таких систем — предотвратить нападение со стороны противоборствующей стороны. Лазерный луч небольшой мощности направляется в сторону противника (в основном, эта технология используется против авиации и танков. В результате этого противник полагает, что на него нацелено высокоточное оружие он вынужден замаскироваться или отступить вместо нанесения собственного удара. Дальномеры.Лазерный дальномер — устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Значение расстояния до цели может использоваться для наведения оружия, например танковой пушки. Лазерное наведение. Такие системы имеют в своем составе лазер небольшой мощности, подсвечивающий цель. Ракета или бомба, выпускаемая с самолета, автоматически изменяет траекторию полета, ориентируясь на отраженный от цели луч, что обеспечивает высокую точность попадания. Лазерный излучатель может находиться как на самом самолѐте, таки на земле. В устройствах лазерного наведения обычно используются инфракрасные лазеры, так каких работу проще скрыть от противника. Лазерное стрелковое оружие. Главное военное применение лазеров, которое возникает в сознании неспециалиста, обычно связывается с использование их в конструкции лазерного стрелкового оружия, способного уничтожать пехоту, танки и даже самолѐты . На практике такие идеи сразу наталкиваются на серьѐзное препятствие — при современном уровне 25 технологий лазер, способный нанести повреждение человеку, окажется слишком тяжѐлым (с учѐтом источника питания) для переноски в одиночку. Устройство, обладающее достаточной мощностью для выведения из строя танка либо самолета, будет крайне громоздкими чувствительным к вибрациям, что исключает его полевое применение. В первую очередь это объясняется весьма низким КПД лазера для получения достаточного для поражения цели количества излучаемой энергии необходимо затратить в десятки (иногда сотни) раз больше энергии для накачки рабочего тела лазера. Например, для нанесения повреждения, аналогичного удару снаряда авиационной пушки тридцатого калибра, требуется лазерный импульс мощностью около 5 килоджоулей импульс с энергией 1,6 килоджоуль будет эквивалентен мм пуле стрелкового оружия. С учетом кпд. источник питания лазера должен выдать мощность в десятки раз большую. Именно масса источников для накачки лазера в значительной степени определят габариты подобного оружия. Кроме того, из-за низкого кпд. лазера в конструкции оружия необходима системы охлаждения для отвода тепла. Если же охлаждение будет неэффективно, скорострельность оружия резко снизится. Следует отметить, что проблема теплоотвода отчасти решена в лазерах с химической накачкой (например, кислородно-йодном и дейтерий- фторном лазерах большой мощности, где отработанные химические компоненты выбрасываются из системы после имульса, унося тепло. При этом, однако, для эффективной работы лазера требуется большой запас этих реагентов (некоторые из них агрессивны) и соответствующие ѐмкости для хранения. Таким образом, в настоящее время создание эффективного стрелкового вооружения для применения в полевых условиях проблематично. Остаѐтся возможность использования лазера для ослепления противника, поскольку для этой цели нужны лазеры совсем небольшой мощности, которые можно сделать портативными. Несмотря на то, что в настоящее время использование таких устройств запрещено международными правилами ведения войн, лазеры малой мощности иногда все же используются для ослепления снайперов противника и выявления скрытых огневых точек. Лазерные имитаторы стрельбы и тренажеры. Помимо прямого воздействия лазерного излучения на объекты поражения, имеются сообщения о применении лазеров в имитаторах стрельбы и тренажерах. Благодаря малой расходимости луча, использование в таких системах лазеров позволяет значительно повысить реальность имитации попадания в цель. При этом обеспечивается безопасность стрельбы, а также возможность проводить тренировки в любое время суток. В сообщениях делается вывод, что лазерные имитаторы, которыми предполагается оснастить танковые подразделения, позволят разыгрывать бои в условиях, максимально приближенных к боевым. Так как имитаторы стрельбы и тренажеры соответствуют по дальности стрельбы тем видам оружия, которые они имитируют, те. в пределах от сотни метров до нескольких километров, тов данном случае предполагается использовать маломощные твердотельные лазеры, газовые и полупроводниковые лазеры, простые по конструкции, надежные в эксплуатации, безопасные для противника. Отмечается, что влияние тумана и дымки на прохождение лазерного излучения в атмосфере дает положительный эффект для тренировок. Опыт показывает, что если условия стрельбы ухудшаются, но наводчик видит цель в пределах возможностей своего оружия, то излучение лазера также достигает цели. Тренажер включает два комплекта аппаратуры первым оборудуется наводчик, вторым — объект поражения танк, самолет, вертолет и т. п. Аппаратура наводчика содержит оптический прицел, через который он наблюдает объект поражения и удерживает перекрестье прицела на цели, лазерный источник излучения и блок управления его работой, пульт регистрации попадании и приемник попаданий. На объекте поражения устанавливается блок имитатора попаданий. Он состоит из набора фотоприемников, размещенных на объекте в различных его точках (на башне, на защитном щитке водителя, на баке с топливом и т. д, и командного устройства, включающего в работу световой, звуковой или дымовой имитатор, который указывает экипажу о поражении танка, а также наводчику — о попадании в объект поражения. Быстродействие лазерных тренажеров дает возможность использовать их для имитации стрельбы любых средств поражения по целям, обладающих любой начальной скоростью. В такие имитаторы включаются устройства, обеспечивающие задержку выстрела в целях приведения его в соответствие с полетным временем снаряда или пули, а также при стрельбе по движущимся целям с упреждением. Проведенные испытания позволяют сделать вывод, что при использовании тренажеров качество подготовки стрелков и наводчиков повышается при этом существенно сокращается стоимость учебных стрельб за счет экономии боеприпасов и за счет многократного использования мишеней. Лазерные имитаторы стрельбы и тренажеры непрерывно совершенствуются. Если в первых сериях тренажеров в качестве источника излучения применялся рубиновый лазер, то впоследствии он был заменен лазером полупроводникового типа на арсениде галлия. Затем изменениям подверглась прицельная система. В нее были включены дополнительные линзы и зеркала, которые имитируют введение упреждения при стрельбе по движущимся целями установку требуемого угла возвышения. Прицеливание производится по результатам измерения дальности с помощью лазерной дальномерной приставки, которая выдает величину коррекции направления луча стем, чтобы установка прицела соответствовала истинному расстоянию до цели и баллистике имитируемого снаряда. Приемники лазерного излучения расположены по периметру башни тапка. При попадании луча лазера, имитирующего выстрел орудия, на один из приемных фотодетекторов, включается блок радиостанции, который посылает 27 стреляющему танку сигнал о поражении цели. Одновременно в танке-цели включается сигнальное устройство, информирующее экипаж о поражении их танка. Кроме того, баллон, смонтированный на башне танка, начинает дымить в течение 30 с. Иногда вместо одного баллона устанавливают ряд петард, что дает гораздо больший эффект Заключение Лазеры решительно и широким фронтом вторгаются в нашу действительность. Они необычайно расширили наши возможности в самых различных областях - в технологии, медицине, метрологии, обработке и передачи информации, физических, химических и биологических исследованиях, в военном деле. Нарастающие темпы исследований в области лазерной физики и техники открывают возможности создания лазеров новых типов с улучшенными характеристиками, позволяющими еще больше расширить области их применения. В частности, увеличение мощности излучения твердотельных лазеров создает новые перспективы для реализации лазерного управляемого термоядерного синтеза – глобальной проблемы, решение которой обеспечит человечество практически неиссякаемым источником энергии. Особое место в технологии обработки материалов отводится лазерам на 2 CO . Можно ожидать, что установки на их основе вытеснят многое из оборудования, традиционно используемого в области тяжелого машиностроения. Простота управления лазерным лучом в сочетании с использованием современных средств программного управления позволит широко использовать лазерные установки в автоматизированных системах. Дальнейшее совершенствование одночастотных лазеров, в особенности лазеров сплавной перестройкой частоты (жидкостные лазеры) значительно расширит их применение в химической технологии, в частности – для разделения изотопов расщепляющихся материалов. Лазеры с высокостабилизированной частотой позволят в еще большей мере использовать голографические и интерференционные методы измерений, к которым в настоящее время проявляется всевозрастающий интерес специалистов самых различных отраслей науки и техники. Перечислить все применения лазеров, которые имеют место в настоящее время и ожидаются в перспективе, в настоящем пособии ограниченного объема практически невозможно. Однако можно выразить уверенность в том, что области применения лазерной техники будут только множиться и расширяться 28 Список использованной литературы 1. Применения лазеров. Под редакцией д-ра техн. Наук В.П. Тычинского, издательство Мир, Москва 1974. 2. К.И., Прокопенко ВТ, Митрофанов АС. Л. Машиностроение. Ленингр.отд- ние,1978. 3. Лазеры и их применение. Тарасов Л.В. Учебное пособие для ПТУ. М Радио и связь, 1983. 4. Лазеры действительность и надежды. Тарасов Л.В. М Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 5. Лазеры. Основы устройства и применения. Федоров Б.Ф. М ДОСААФ, 1988. 1. Летохов В.С., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. - М Наука. 1985. 2. Акулин В.М., Карлов Н.В. Интенсивные резонансные взаимодействия в квантовой электронике. М, Наука. Глав. ред. физмат. лит. с. 3. Иванов В.А., Привалов В.Е. Применение лазеров в приборах точной механики. С-Пб. Политехника. 1993. -с. 4. Бакланов Е.В., Покасов П.В. Оптические стандарты частоты и фемтосекундные лазеры. Квантовая электроника. 2003. Т. №5. С. 5. Шалагин АН. Эффект СИД. Соросовский Образовательный Журнал. 1996. №6 6. Дударев А.Л. Лучевая терапия, Л Медицина, 1982, 191 с. 7. Лазерная и магнитно-лазерная терапия в медицине, Тюмень, 1984, 144 с. 8. Современные методы лазерной терапии, Отв. Ред. Б.И. Хубутия, - Рязань гс. Терапевтическая эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения, АС. Крюк, В.А. Мостовников и др, - Минск Наука и техника, 1986 гс. Лазерные методы лечения и ангиографические исследования в офтальмологии, Сб. науч. тр. Под ред. С.Н. Федорова, 1983 гс. Лазеры в клинической медицине , Н. Д. Девятков, - М Медицина, 1981 гс. Лазеры в хирургии. Под ред. О.К. Скобелкина .- М .: Медицина, 1989, 254 с. 13. Журнал "Медтехника" ,1995 г. -№3; 1996 г. -№4 |