Лазери. Приложение на лазерите в медицината. Лазер и неговото приложение. лазер (оптичен квантов генератор) – устройство, което генерира кохерентни и монохроматични електромагнитни вълни на видимото. Изтегляне на презентация принцип на работа и използване на лазер

Рубинен лазер

Слайд 10

Лампата на помпата е ксенонова газоразрядна лампа със синьо-зелена светлина, използвана за възбуждане на хромни йони.

Слайд 11

Рубинен кристал (с добавка на хром - 0,05%) ви позволява да реализирате състоянието на инверсия. Краищата на рубинения прът са 2 взаимно успоредни огледала, едното е полупрозрачно и действа като оптичен резонатор. Посоката на оста на рубинения прът е посоката, по която ще се генерира лазерно лъчение.

Слайд 12

Когато се говори за лазери, обикновено се споменава режимът на работа (импулсен лазер, непрекъснат лазер), вида на работното вещество (твърдотелен, течен или газов лазер), неговия материал (хелиево-неонов лазер, рубинен лазер, стъклен лазер) или цвета на излъчването му (син лазер, червен, инфрачервен).

Слайд 14

Газодинамичен лазер

В мощен газодинамичен лазер светлината се генерира от струя горещ газ при налягане от десетки атмосфери.

Слайд 15

Полупроводников лазер

В полупроводниковия лазер слоят между два P- и n-типа полупроводници излъчва радиация.

Целият лазер, заедно с електрическите контакти, е малко по-голям от бутон.

Слайд 16

Багрилни лазериРаботно вещество

dye laser – течност: разтвор на органични багрила или соли на редки метали.

Слайд 17

Приложения на лазери

Слайд 2

Лазерът наистина е велико изобретение на ХХ век, намерило приложение в много отрасли на човешката дейност.Исторически фон

Слайд 3

Лазерът наистина е велико изобретение на ХХ век, намерило приложение в много отрасли на човешката дейност.

Принцип на действие на лазера Свойства на лазерното лъчение Видове лазери Приложение на лазерите

Слайд 4

През 1940г Руският физик V.A. Fabrikant посочи възможността за използване на явлението стимулирано излъчване за усилване на електромагнитните вълни. През 1954г Руските учени Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от тях американският физик Чарлз Таунс са използвали явлението стимулирано излъчване, за да създадат микровълнов генератор с дължина на вълната 1,27 cm. През 1963г Н. Г. Басков и А. М. Прохоров и К. Таунс са удостоени с Нобелова награда. През 1960г Американският учен Т. Мейман успя да създаде квантов генератор, който индуцира излъчване в оптичния диапазон. Новият генератор беше наречен "лазер".

Принцип на действие на лазера На ниво 3 атомите имат „време на живот“ от около 10-8 s, след което спонтанно преминават в състояние 2, без да излъчват енергия. „Времето на живот“ на ниво 2 е 10-3 s. Създава се „пренаселеност“ от това ниво с възбудени атоми. Атомите, които "пренаселват" 2-ро ниво, спонтанно се преместват на първо ниво с радиацияголямо количество

Когато един атом се движи от енергийно ниво на ниво, се излъчва фотон

енергия. При нормални условия атомите са в най-ниско енергийно състояние. Поради поглъщането на вълновата енергия някои от атомите преминават в по-високо енергийно състояние (енергийно ниво 3).

Лазерите създават лъчи светлина с малък ъгъл на отклонение (10-5 rad). Светлината, излъчвана от лазер, е монохроматична, т.е. Има само една дължина на вълната, един цвят. Лазерите са най-мощните източници на светлина: стотици и хиляди вата. Мощността на излъчване на Слънцето е 7·103 W, а за някои лазери е 1014 W.

1917 - А. Айнщайн прогнозира възможността за индуцирано (принудително) излъчване на светлина от атоми.

Слайд 12

Рубинен лазер Флаш лампа с огледален рефлектор "изпомпва" енергия в рубинен прът.

1940 г. - V. A. Fabrikant посочи възможността за използване на явлението стимулирано излъчване за усилване на електромагнитни вълни.

В материала на пръчката се появява лавина от фотони, възбудени от светлинен проблясък. Отразена в огледалата, тя се усилва и избухва с лазерен лъч.

по физика 1960г Първият лазер във видимия диапазон на спектъра е създаден в САЩ. В момента се работи по създаването на лазери в рентгеновия и гама диапазона, което ще направи възможно използването на лазери за контролиран термоядрен синтез.

Газови лазери Между огледалата има запечатана тръба с газ, който се възбужда от електрически ток. Неонът свети в червено, криптонът свети в жълто, аргонът свети в синьо.

кохерентно излъчване - създаване на инверсия на популациите на енергийните нива (има повече атоми на ниво, отколкото на ниво)

Газодинамичен лазер Подобен на реактивен двигател. Въглеродният окис се изгаря в горивната камера с добавяне на керосин, бензин или алкохол. В мощен газодинамичен лазер светлината произвежда струя горещ газ при налягане от десетки атмосфери. Бързайки между огледалата, газовите молекули започват да отделят енергия под формата на светлинни кванти, чиято мощност е 150 - 200 kW. Полупроводников лазер Полупроводников лазер излъчва слой между два полупроводникаразлични видове

Рубинен лазер

(p-тип, n-тип). През този слой - не по-дебел от лист хартия - преминава електрически ток, който възбужда неговите атоми.

Лампата на помпата е ксенонова газоразрядна лампа със синьо-зелена светлина, използвана за възбуждане на хромни йони.

Течен лазер Между огледалата се монтира течност с багрило в специален съд. Енергията на молекулата на багрилото се „изпомпва“ оптично с помощта на газови лазери. В тежките молекули на органичните багрила стимулираната емисия се появява незабавно в широк диапазон на дължина на вълната. С помощта на филтри се изолира светлина с една дължина на вълната.

Приложения на лазери Лазерно рязане, заваряване, коване, пробиване и др.

Рубинен кристал (с добавка на хром - 0,05%) ви позволява да реализирате състоянието на инверсия. Краищата на рубинения прът са 2 взаимно успоредни огледала, едното е полупрозрачно и действа като оптичен резонатор. Посоката на оста на рубинения прът е посоката, по която ще се генерира лазерно лъчение.

Тънка волфрамова жица за електрически крушки се изтегля през дупки в диаманти, пробити от лазерен лъч. Рубинените лагери - камъни за часовници - се обработват на автоматични лазерни машини.

Лазерният лъч изгаря всеки материал, дори и най-издръжливият и топлоустойчив. Лазерни машини за шлайфане на канали в ултра-малки лагерни пръстени.

Слайд 13

Приложение на лазерите в медицината

Слайд 14

Хирургът държи лазерен скалпел в ръката си. Хирургията на очите, която преди това би била много трудна (или невъзможна), сега може да се извърши амбулаторно. Червеният лъч на рубинения лазер преминава свободно през обвивката на червената топка и се абсорбира от синята, изгаряйки през нея. Следователно по време на операция светлинният лъч действа върху стената, „незабелязвайки“ самата кръв.

Слайд 15

Лазерен перфоратор "Ермед-303" за безконтактно вземане на кръв. Първият домашен лазерен апарат "Melaz-ST", използван в стоматологията.

Целият лазер, заедно с електрическите контакти, е малко по-голям от бутон.

Приложение на лазерите в екологията

Багрилните лазери позволяват да се следи състоянието на атмосферата. Съвременните градове са покрити с „качулка“ от прашен, опушен въздух. Степента на неговото замърсяване може да се съди по това колко силно са разпръснати в него лазерни лъчи с различна дължина на вълната. В чист въздух светлината не се разпръсква; нейните лъчи стават невидими.

dye laser – течност: разтвор на органични багрила или соли на редки метали.

Използването на лазери при кацане на самолети

При кацане самолетът се движи по равна траектория - глисада. Лазерното устройство, което помага на пилота, особено при лошо време, се нарича още „Глисада“. Неговите лъчи ви позволяват точно да навигирате във въздушното пространство над летището.

Слайд 21

Литература

S.V. Gromov Физика. 11 клас / М. „Просвещение”. 2002 г С. Д. Трънковски. Книга за лазерите / М. "Детска литература". 1988 г Голям енциклопедичен речникученик / М. „Голяма руска енциклопедия“. 2001 г Енциклопедия за деца. / М. Аванта. 2004 г Енциклопедичен речник на младия физик / М. “Педагогика-Прес”. 1997 г

Слайд 22

Слайд презентацияпроектирано от учителя по физика на Болшекустовската гимназия Усинина Любов Владимировна, 2007 г.

Вижте всички слайдове

Слайд 2

Думата LASER е акроним, който означава усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация ((L) светлина (A) усилване (S) стимулирано от (E) излъчване на (R) радиация) и описва метод за генериране на светлина. Всички лазери са оптични усилватели, които работят чрез изпомпване (възбуждане) на активна среда, поставена между две огледала, едното от които предава част от радиацията. Активната среда е съвкупност от специално подбрани атоми, молекули или йони, които могат да бъдат в газообразно, течно или твърдо състояние и които, когато бъдат възбудени чрез изпомпващо действие, ще генерират лазерно лъчение, т.е. излъчват радиация под формата на светлинни вълни (наречени фотони). Изпомпването на течности и твърди вещества се постига чрез облъчването им със светлина от флаш лампа, а газовете се изпомпват с помощта на електрически разряд. Какво е лазер?

Слайд 3

Свойства на лазерната светлина Светлинният лъч е колимиран, което означава, че се движи в една посока с много малко отклонение дори на много големи разстояния. Лазерната светлина е монохромна, състояща се от един цвят или тесен диапазон от цветове. Обикновената светлина има много широк диапазон от дължини на вълните или цветове Лазерната светлина е кохерентна, което означава, че всички светлинни вълни се движат във фаза заедно във времето и пространството Лазерът е устройство, което създава и усилва тесен, интензивен лъч от кохерентна светлина

Слайд 4

Днес лазерите се използват широко в медицината, производството, строителството, геодезията, потребителската електроника, научните инструменти и военните системи. Има буквално милиарди лазери, които се използват днес. Те са част от такива познати устройства като скенери за баркод, използвани в супермаркетите, скенери, лазерни принтери и CD плейъри. Приложения на лазери

Когато един атом се движи от енергийно ниво на ниво, се излъчва фотон

След изобретяването на рубинения лазер от Майман през 1960 г. са предложени много потенциални приложения. В областта на медицината възможностите на лазерите започват да се развиват по-бързо след 1964 г., когато е изобретен лазерът с въглероден диоксид, който скоро дава възможност на хирурзите да извършват много сложни процедури, използвайки фотони вместо скалпел за извършване на операции. Лазерната светлина може да проникне в тялото, извършвайки операции, които биха били почти невъзможни за извършване преди няколко години, с минимален риск или дискомфорт за пациента. По-късите (зелени) лазери се използват за "заваряване" на отлепената ретина и се използват за разтягане на протеинови молекули, за да се измери силата им и т.н. Приложение на лазерите в медицината

1917 - А. Айнщайн прогнозира възможността за индуцирано (принудително) излъчване на светлина от атоми.

През 1964 г. е предложена възможността за използване на рубинен лазер за лечение на зъбен кариес, което привлича световно внимание. През 1967 г., докато се опитва да премахне кариес и да подготви кухина с помощта на рубинен лазер, той не успява да избегне увреждане на зъбната пулпа, въпреки добрите резултати, получени върху извадените зъби. По-късно подобни основни изследвания с CO2 лазер също се натъкнаха на този проблем. За да се сведе до минимум натрупването на топлина, бяха използвани импулсни лазери вместо непрекъснато излъчване. Допълнителни изследвания показват, че лазерът може да предизвика малък локален анестетичен ефект. По-нататъшното развитие доведе до създаването на лазер, който пробива изцяло емайла и дентина. В същото време лазерът запазва повече здрави зъбни тъкани. С днешните лазери практически няма нежелана топлина, шум или вибрации. При напускане на зъболекарския стол повечето пациенти не чувстваха болка, не се налагаше да чакат действието на упойката и изтръпването да преминат и изпитваха малък или никакъв следоперативен дискомфорт. Лазерите са прецизни и практически безболезнени и могат да променят начина, по който мислите за посещение при зъболекаря. Те могат да променят всичко. Приложение на лазерите в денталната медицина

1940 г. - V. A. Fabrikant посочи възможността за използване на явлението стимулирано излъчване за усилване на електромагнитни вълни.

Лазерите са значителен пробив в денталната медицина, както за венците и другите меки тъкани, така и за самите зъби. В днешно време широко се използват значителен брой лазерни технологии и методи на лечение.

по физика 1960г Първият лазер във видимия диапазон на спектъра е създаден в САЩ. В момента се работи по създаването на лазери в рентгеновия и гама диапазона, което ще направи възможно използването на лазери за контролиран термоядрен синтез.

Днес лазерите се използват в следните области на денталната медицина: Профилактика Пародонтология Естетична дентална медицина Ендодонтия Хирургия Имплантодонтия Протетика Използването на лазери в денталната медицина В момента лазерите се използват широко в дървообработващата промишленост и запоследните години

кохерентно излъчване - създаване на инверсия на популациите на енергийните нива (има повече атоми на ниво, отколкото на ниво)

тяхната област на разпространение се разшири значително. Използването на лазери улеснява позиционирането на детайлите (видео), комбинирайки външните модели на два детайла, минимизирайки генерираните отпадъци и монтирайки сложни структурни елементи на сгради и конструкции. Лазерите, използвани в дървообработването, могат да възпроизвеждат линия, пресечната точка на линии (за указване на центъра) или двуизмерно или триизмерно изображение (прожектори). Лазерни системи в дървообработването

Рубинен лазер

Лазерът може да се използва и за безконтактни измервания на геометрични размери (междина, дължина, ширина, дебелина, височина, дълбочина, диаметър). С помощта на лазер можете да получите и сложни измервания: отклонение от вертикалността; степента на плоскост на повърхността; точност на профила; Възможно е да се получат производни величини като деформация и изпъкналост.

Лампата на помпата е ксенонова газоразрядна лампа със синьо-зелена светлина, използвана за възбуждане на хромни йони.

Лазерните системи за измерване ви позволяват автоматично да наблюдавате параметрите на продукта и незабавно да промените параметрите на производствената линия, ако възникне отклонение. Продуктът е изключителен в тази област, тъй като притежава следните свойства: Много точен Позволява контрол на качеството и характеристиките на геометрично сложни части Не уврежда или разрушава повърхността на продукта Работи при всякакви условия върху всякакви повърхности Лесно интегриран в съществуващо производство линейни лазери при измервания

Рубинен кристал (с добавка на хром - 0,05%) ви позволява да реализирате състоянието на инверсия. Краищата на рубинения прът са 2 взаимно успоредни огледала, едното е полупрозрачно и действа като оптичен резонатор. Посоката на оста на рубинения прът е посоката, по която ще се генерира лазерно лъчение.

Класификация на лазерите Лазери от клас I Не представляват опасност при непрекъснато наблюдение или са предназначени да предотвратят излагането на хора на лазерно лъчение (като лазерни принтери) Видими лазери от клас 2 (400 до 700 nm) Лазери, които излъчват видима светлина, която се дължи на естествена човешките отрицателни реакции обикновено не са опасни, но може да са, ако гледате директно лазерната светлина за продължителен период от време. Клас 3a Лазери, които обикновено не причиняват вреда при кратък контакт с окото, но могат да представляват опасност, когато се гледат с помощта на събирателна оптика (оптични лупи или телескопи) Клас 3b Лазери, които представляват опасност за очите и кожата, когато са изложени директно на лазерна светлина . Лазерите от клас 3b не генерират опасно дифузно отражение, освен на близко разстояние. Лазерите от клас 4 представляват опасност за очите чрез директно, огледално и дифузно отражение. Освен това такива лазери могат да представляват опасност от пожар и да причинят изгаряния на кожата. ЗАЩИТА НА ОЧИТЕ - Всеки в операционната трябва да носи специални предпазни очила. Светлината, излизаща от лазера, може сериозно да увреди роговицата и ретината на незащитените очи. Очилата трябва да имат странична защита и да се носят върху обикновени очила. Лазерните предпазни очила трябва да са на разположение и да се носят от целия персонал в RatedЛазери от клас 3b и клас 4, при които може да възникнат експозиции, надвишаващи максимално допустимото. Коефициентът на поглъщане на оптичната плътност на лазерните предпазни очила за всяка дължина на лазерната вълна се определя от LaserSafetyOfficer (LSO). Всички лазерни предпазни очила са ясно обозначени с оптичната плътност и дължината на вълната, срещу които очилата са предназначени да предпазват. Лазерните предпазни очила трябва да се проверят за повреди преди употреба. ОТРАЖЕНИЕ - Лазерната светлина се отразява лесно и трябва да се внимава да не се насочва лъчът върху полирани повърхности. ЕЛЕКТРИЧЕСКА ОПАСНОСТ - Вътрешните части на лазера носят високо напрежение и излъчват невидими лазерни лъчи без никакво екраниране. Само техници, обучени за електрическа и лазерна безопасност, са упълномощени да извършват вътрешна поддръжка. Мерки за сигурност

Лазерният лъч изгаря всеки материал, дори и най-издръжливият и топлоустойчив. Лазерни машини за шлайфане на канали в ултра-малки лагерни пръстени.

– вид оръжие с насочена енергия въз основа на употребата електромагнитно излъчваневисокоенергийни лазери. Увреждащото действие на лазерните лъчи се определя главно от термомеханичните и ударно-импулсните ефекти на лазерния лъч върху целта. В зависимост от плътността на потока на лазерното лъчение, тези ефекти могат да доведат до временно ослепяване на човек или до разрушаване на корпуса на ракета, самолет и др. В последния случай, в резултат на топлинния ефект на лазера лъч, обвивката на засегнатия предмет се стопява или изпарява. При достатъчно висока енергийна плътност в импулсен режим, наред с термичния, се осъществява ударно въздействие поради появата на плазма. В момента в САЩ продължава работата по създаването на авиационен лазерен оръжеен комплекс. Първо се планира да се разработи демонстрационен образец за транспортни самолети Boeing 747 и след приключване на предварителните проучвания, преминете към 2004 г. до етап на пълномащабно развитие. Към средата на 90-те години тактическите лазерни оръжия се считат за най-разработени, причинявайки щети на оптико-електронни устройства и човешки зрителни органи. Лазерни оръжия

ЛАЗЕР (оптичен квантов генератор) – устройство
генериране
съгласувана
И
едноцветен
електромагнитни вълни във видимия диапазон поради
стимулирано излъчване или разсейване на светлина от атоми
(йони, молекули) на активната среда.
Думата "лазер" е съкращение от думи английска фраза„Светлина
Усилване чрез стимулирано излъчване на радиация” – усилване
светлина чрез стимулирано излъчване. Нека да разгледаме тези концепции
повече подробности.

Технически лазери

Технически лазери

Лазерна комуникация

Лазери в медицината

Научни изследвания

ЛАЗЕР (оптичен квантов генератор) е устройство, което генерира кохерентни и монохроматични електромагнитни вълни във видимия диапазон поради стимулирано излъчване или разсейване на светлина от атоми (йони, молекули) на активната среда. Думата "лазер" е съкращение от английската фраза "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - усилване на светлината чрез стимулирано излъчване. Нека разгледаме тези концепции по-подробно.

Лазерни приложения Уникалните свойства на лазерното лъчение са направили квантовите генератори незаменим инструмент в голямо разнообразие от области на науката и технологиите. Например: 1. Технически лазери 2. Лазерни комуникации 3. Лазери в медицината 4. Лазери в научните изследвания 5. Военни лазери

Технически лазери Високомощните непрекъснати лазери се използват за рязане, заваряване и запояване на детайли от различни материали. Високата температура на радиацията позволява да се заваряват материали, които не могат да бъдат съединени по друг начин (например метал с керамика). Високата монохроматичност на излъчването позволява лъчът да се фокусира в точка с диаметър от порядъка на микрон.

Технически лазери Идеално правият лазерен лъч служи като удобна „линийка“. В геодезията и строителството импулсните лазери се използват за измерване на разстояния на земята, като ги изчисляват въз основа на времето на движение на светлинен импулс между две точки. Прецизните измервания в промишлеността се правят с помощта на интерференцията на лазерни лъчи, отразени от крайните повърхности на продукта.

Лазерна комуникация Появата на лазерите революционизира комуникационните технологии и записването на информация. Има прост модел: колкото по-висока е носещата честота (по-малка дължина на вълната) на комуникационния канал, толкова по-голяма е неговата пропускателна способност. Ето защо радиокомуникациите, които първоначално усвоиха дългите вълни, постепенно преминаха към все по-къси вълни. Лазерен лъч може да предаде десетки хиляди пъти повече информация от високочестотен радиоканал. Лазерната комуникация се осъществява чрез оптични влакна - тънки стъклени нишки, светлината в които, поради пълно вътрешно отражение, се разпространява практически без загуба на много стотици километри. Лазерен лъч се използва за записване и възпроизвеждане на изображения (включително движещи се) и звук върху компактдискове.

Лазери в медицината Лазерната технология се използва широко в хирургията и терапията. Лазерен лъч, въведен през зеницата на окото, „заварява“ отлепената ретина и коригира дефектите на фундуса. Хирургическите операции, извършвани с "лазерен скалпел", причиняват по-малко увреждане на живата тъкан. А лазерното лъчение с ниска мощност ускорява зарастването на рани и има ефект, подобен на акупунктурата, практикувана от източната медицина (лазерпунктура).

Научни изследвания Изключително високата температура на радиацията и високата й енергийна плътност позволяват да се изследва материята в екстремно състояние, което съществува само в дълбините на горещите звезди. Правят се опити за осъществяване на термоядрена реакция чрез компресиране на ампула, съдържаща смес от деутерий и тритий, със система от лазерни лъчи (т.нар. инерционен термоядрен синтез). В генното инженерство и нанотехнологиите (технологии, които се занимават с обекти с характерни размери 10–9 m), лазерните лъчи изрязват, преместват и свързват фрагменти от гени, биологични молекули и части с размери около една милионна от милиметъра (10–9 m). За изследване на атмосферата се използват лазерни локатори (лидари).

Военни лазери Военните приложения на лазерите включват както използването им за откриване на цели и комуникации, така и използването им като оръжие. Предвижда се използването на лъчи от мощни наземни и орбитални химически и ексимерни лазери за унищожаване или извеждане от строя на вражески бойни спътници и самолети. Създадени са образци лазерни пистолети за въоръжение на екипажи на орбитални станции за военни цели.