Лазеры. Применение лазеров в медицине. Лазер и его применение. лазер (оптический квантовый генератор) – устройство, генерирующее когерентные и монохроматические электромагнитные волны видимого. Скачать презентацию принцип действия и использования лазера

Слайд 10

Лампа накачки представляет собой газоразрядную лампу на ксеноне с сине-зеленым светом, служит для возбуждения ионов хрома.

Слайд 11

Кристалл рубина (с примесью хрома – 0,05%) позволяет реализовать состояние инверсии. Торцы рубинового стержня – 2 взаимно параллельные зеркальца, одно – полупрозрачное, выполняют роль оптического резонатора. Направление оси рубинового стержня – направление, вдоль которого будет реализовано генерация лазерного излучения.

Слайд 12

Виды лазеров

Говоря о лазерах, обычно упоминают о режиме его работы (импульсный лазер, непрерывный лазер), вид рабочего вещества (твердотельный, жидкостный или газовый лазер), его материал (гелий-неоновый лазер, рубиновый, лазер на стекле) или цвет его излучения (синий лазер, красный, инфракрасный).

Слайд 14

Газодинамический лазер

В мощном газодинамическом лазере свет рождает струя раскаленного газа при давлении в десятки атмосфер.

Слайд 15

Полупроводниковый лазер

В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя полупроводниками P-и n-типа. Весь лазер вместе с электрическими контактами получается чуть больше пуговицы.

Слайд 16

Лазеры на красителях

Рабочее вещество лазера на красителях – жидкость: раствор органических красителей или солей редких металлов.

Слайд 17

Применение лазеров

Лазер это поистине великое изобретение ХХ века, нашедшее применение во многих отраслях человеческой деятельности.

Слайд 2

Историческая справка Принцип действия лазера Свойства лазерного излучения Виды лазеров Применение лазеров

Слайд 3

Историческая справка

В 1940г. российский физик В.А.Фабрикант указал на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн. В 1954г. Российские ученые Н.Г.Басов и А.М.Прохоров и независимо от них амери-канский физик Ч.Таунс использовали явление индуцированного излучения для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны 1,27 см («мазер»). В 1963г. Н.Г.Басков и А.М.Прохоров и Ч.Таунс были удостоены Нобелевской премии. В 1960г. Американскому ученому Т.Мейману удалось создать квантовый генератор индуцирующий излучение оптического диапазона. Новый генератор назвали «лазер».

Слайд 4

Принцип действия лазера

На уровне 3 у атомов «время жизни» около 10-8с, после чего они самопроизвольно переходят в состояние 2 без излучения энергии. «Время жизни» на уровне 2 составляет 10-3 с. Создается «перенаселенность» этого уровня возбужденными атомами. Атомы, «перенаселившие» 2 уровень, самопроизвольно переходят на первый уровень с излучением большого количества энергии. В обычных условиях атомы находятся в низшем энергетиче-ском состоянии. За счет поглощения энергии волны часть атомов переходит в высшее энергетическое состояние (на 3 энергетический уровень).

Слайд 5

Свойства лазерного излучения

Лазеры создают пучки света с малым углом расхождения (10-5 рад.). Свет, излучаемый лазером, монохроматичен, т.е. Имеет только одну длину волны, один цвет. Лазеры являются самыми мощными источниками света: сотни и тысячи ватт. Мощность излучения Солнца - 7·103Вт, а у некоторых лазеров – 1014Вт.

Слайд 6

Виды лазеров

Рубиновый лазер Импульсная лампа с зеркаль- ным отражателем «накачивает» энергию в рубиновый стержень. В веществе стержня, возбужден- ном световой вспышкой, возникает лавина фотонов. Отражаясь в зеркалах, она усиливается и вырывается наружу лазерным лучом.

Слайд 7

Газовые лазеры Между зеркалами находится запаянная трубка с газом, который возбуждается электрическим током. Неон светится красным светом, криптон – желтым, аргон – синим.

Слайд 8

Газо-динамический лазер Похож на реактивный двигатель. В камере сгорания сжигается угарный газ с добавлением керо-сина или бензина, или спирта. В мощном газодинамическом лазере свет рождает струю раскаленного газа при давле-нии в десятки атмосфер. Проносясь между зеркалами, молекулы газа начинают отдавать энергию в виде световых квантов, мощность которых 150 - 200 кВт.

Слайд 9

Полупроводниковый лазер В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя полупроводниками разного типа (p-типа, n-типа). Через этот слой – не толще листа бумаги – пропускают электрический ток, возбуждающий его атомы.

Слайд 10

Жидкостный лазер Жидкость с красителем в специальном сосуде устанавли-вается между зеркалами. Энергия молекулы красителя «накачивается» оптически с помощью газовых лазеров. В тяжелых молекулах органических красителей вынужден-ное излучение возникает сразу в широкой полосе длин волн. С помощью светофильтров выделяют свет одной длины волны.

Слайд 11

Применение лазеровЛазер режет, сваривает, кует, сверлит и т. д.

Тонкую вольфрамовую проволоку для электри-ческих лампочек протя-гивают через отверстия в алмазах,пробитые лазер-ным лучом. Рубиновые подшипники – камни для часов – обраба-тывают на лазерных стан-ках-автоматах.

Слайд 12

Лазерный луч сжигает любой, даже самый прочный и жаростой-кий материал. Лазерные станки для шлифовки дорожки качения в кольцах сверхмалых подшипников.

Слайд 13

Применение лазеровв медицине

В руке у хирурга лазерный скаль-пель. Глазную операцию, которая раньше была бы очень сложной(или невозможной вообще), теперь можно проводить амбулаторно.

Слайд 14

Красный луч рубинового лазера свободно проходит сквозь оболочку красного шарика и поглощается синим, прожигая его. Поэтому при хирургической операции световой луч воздействует на стенку кровеносного сосуда, «не замечая» самой крови.

Слайд 15

Лазерный перфоратор «Эрмед-303» для бесконтактного взятия проб крови. Первый отечественный лазерный аппарат «Мелаз-СТ», применяю-щийся в стоматологии.

Слайд 16

Применение лазеровв экологии

Лазеры на красителях позволяют следить за состоянием атмосферы. Современные города накрыты «колпаком» пыль-ного, закопченного воздуха. О степени его загрязнения можно судить по тому, насколько сильно в нем рассеиваются лазер-ные лучи с разной длиной волны. В чистом воздухе свет не рассеивается, его лучи становятся невидимыми.

Слайд 17

Применение лазеровпри посадке самолетов

Заходя на посадку, самолет движется по пологой траекто-рии – глиссаде. Лазерное устрой-ство, помогающее пилоту, особенно в непогоду, тоже названо «Глис-сада». Его лучи позволяют точно сориентироваться в воздушном прост-ранстве над аэро-дромом.

Слайд 21

Литература

С.В.ГромовФизика. 11класс/ М. «Просвещение». 2002г. С.Д.Транковский. Книга о лазерах / М. «Детская литература». 1988г. Большой энциклопедический словарь школьника / М. «Большая Российская энциклопедия». 2001г. Энциклопедия для детей.Техника. / М. Аванта. 2004г. Энциклопедический словарь юного физика / М. «Педагогика-Пресс». 1997г.

Слайд 22

Слайд- презентацию оформила учитель физики МОУ «Большекустовская средняя общеобразовательная школа» Усынина Любовь Владимировна 2007 г.

Посмотреть все слайды

Слайд 2

Слово ЛАЗЕР - это акроним, который расшифровывается, как Усиление Света путем Вынужденной Эмиссии Излучения ((L) light (A) amplification (S) stimulatedbythe (E) emissionof (R) radiation) и описывает способ генерации света. Все лазеры являются оптическими усилителями, которые работают путем накачивания (возбуждения) активной среды, помещенной между двумя зеркалами, одно из которых пропускает часть излучения. Активная среда - это совокупность специально подобранных атомов, молекул или ионов, которые могут быть в газообразном, жидком или твердом состоянии и которые при возбуждении путем нагнетающего действия будут генерировать лазерное излучение, т.е. испускать излучение в виде световых волн (называемых фотонами). Накачка жидкости и твердых тел достигается путем облучения их светом импульсной лампы, а газы накачиваются при помощи электрического разряда. Что такое лазер?

Слайд 3

Свойства лазерного света Световой луч коллимированный, что означает, что он перемещается в одном направлении с очень маленьким расхождением даже на очень большие расстояния Лазерный свет - монохромный, состоящий из одного цвета или узкого диапазона цветов. У обычного света очень широкий диапазон длин волн или цветов Лазерный свет - когерентный, что означает, что все световые волны перемещаются в фазе вместе как во времени, так и в пространстве Лазер - это устройство, которое создает и усиливает узкий, интенсивный луч когерентного света

Слайд 4

Сегодня лазеры широко применяются в медицине, производстве, строительной промышленности, геодезии, бытовой электронике, научной аппаратуре и военных системах. Сегодня используются буквально биллионы лазеров. Они являются составляющей таких привычных устройств, как сканеры штрих-кода, используемые в супермаркетах, сканеры, лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков. Применение лазеров

Слайд 5

После изобретения Майманом в 1960 году рубинового лазера, было предложено множество его потенциальных применений. В области медицины возможности лазеров стали развиваться быстрее после 1964 года, когда был изобретен лазер на диоксиде углерода, который вскоре дал хирургам возможность выполнять очень сложные операции, используя фотоны вместо скальпеля, для проведения операций. Лазерный свет может проникать внутрь тела, выполняя операции, что несколько лет назад было почти невозможно выполнить, при минимальном риске или дискомфорте для пациента. Более короткие (зеленые) лазеры используются для "сварки" отслоившейся сетчатки, и используются для растяжения молекул белка для измерения их силы и т.д. Применение лазеров в медицине

Слайд 6

В 1964 году была предположена возможность применения рубинового лазера для лечения кариеса, что привлекло внимание всего мира. В 1967 году при попытке удалить кариес и подготовить полость при помощи рубинового лазера, но не смог избежать повреждения пульпы зуба, несмотря на хорошие результаты, полученные на извлеченных зубах. Позднее, подобные базовые исследования с лазером CO2 также столкнулись с этой проблемой. Чтобы минимизировать накопление тепла, вместо непрерывного излучения использовались импульсные лазеры. Дальнейшие исследования продемонстрировали, что лазер может давать небольшой местный анестезирующий эффект. Дальнейшие разработки привели к созданию лазера, который просверливает эмаль и дентин полностью. При этом лазер сохраняет больше здоровой ткани зуба. С сегодняшними лазерами практически нет нежелательного нагревания, нет шума и вибрации. Покидая стоматологическое кресло, большинство пациентов не ощущали боли, им не надо было дожидаться, пока пройдут действие анестетика и онемение, и не испытывали почти никакого послеоперационного дискомфорта. Лазеры точны и практически безболезненны и могут изменить Ваше мнение о посещении стоматолога. Они могут изменить все. Применение лазеров в стоматологии

Слайд 7

Лазеры - это значительный прорыв в стоматологии, как для десен и других мягких тканей, так и для самих зубов. В наши дни значительное количество лазерных технологий и методов лечения получили широкое применение. Сегодня лазеры используются в следующих областях стоматологии: Профилактика Пародонтология Эстетическая стоматология Эндодонтия Хирургия Имплантодонтия Протезирование Применение лазеров в стоматологии

Слайд 8

В настоящее время лазеры широко используются в деревообрабатывающей промышленности, причем за последние годы область их распространения значительно расширилась. Применение лазеров облегчает позиционирование заготовок (видеоролик), совмещение наружных рисунков двух заготовок, минимизацию образующихся отходов, монтаж сложных конструкционных элементов зданий и сооружений. Лазеры, применяемые в деревообработке, могут воспроизводить линию, пересечение линий (обозначать центр) или 2-х или 3-х мерное изображение (проекторы). Лазерные системы в деревообработке

Слайд 9

в качестве логических элементов для ввода и считывания из запоминающих устройств в вычислительных машинах лазерный принтер оптическая передача информации Лазеры в вычислительной технике

Слайд 10

Лазер также можно использовать для бесконтактных измерений геометрических размеров (зазор, длина, ширина, толщина, высота, глубина, диаметр). С помощью лазера также можно получать комплексные измерения: отклонение от вертикальности; величину плоскостности поверхности; точность профилей; Существует возможность получать производные величины, такие, как прогиб и выпуклость. Лазерные измерительные системы позволяют в автоматическом режиме контролировать параметры продукции и немедленно изменять параметры производственной линии, если происходит, какое либо отклонение. Продукт в этой области эксклюзивен, поскольку обладает следующими свойствами: Высокоточен Позволяет контролировать качество и характеристики геометрически сложных деталей Не повреждает и не разрушает поверхность продукт Работает в любых условиях на любых поверхностях Легко интегрируется в уже действующую производственную линию Лазеры в измерениях

Слайд 11

Классификация лазеров Лазеры класса IНе представляют опасности при непрерывном наблюдении или разработаны так, чтобы предотвратить попадание человека 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 лазерный свет в течение продолжительного времени. Класс 3aЛазеры, 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) Класс 3bЛазеры, которые представляют опасность для глаз и кожи при прямом попадании лазерного света. Лазеры класса 3b не генерируют опасное диффузное отражение, за исключением попадания с близкого расстояния Лазеры класса 4Лазеры, которые представляют опасность для глаз в результате прямого, зеркального и диффузионного отражений. Кроме того, такие лазеры могут быть пожароопасными и вызывать ожоги на коже.

Слайд 12

ЗАЩИТА ГЛАЗ - Все, кто находится в операционной, должны надевать специальные защитные очки. Свет, выходящий из лазера, может серьезно повредить роговицу и сетчатку незащищенных глаз. Очки должны иметь боковую защиту и надеваться поверх обычных очков. Лазерные защитные очки должны быть доступны и надеваться всем персоналом, находящимся внутри Номинальной опасной зоны лазеров класса 3 b и класса 4, где может произойти облучение свыше Максимально разрешенного. Коэффициент поглощения оптической плотности лазерных защитных очков для каждой длины волны лазера определяется LaserSafetyOfficer (LSO). На всех лазерных защитных очках четко отмечается оптическая плотность и длина волны, для защиты от которых предназначены очки. Лазерные защитные очки перед использованием должны проверяться на повреждения. ОТРАЖЕНИЕ - Лазерный свет легко отражается и нужно внимательно следить за тем, чтобы луч не направлялся на полированные поверхности. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ - Внутренние части лазера находятся под высоким напряжением и излучают невидимым лазерные лучи без всякой экранировки. Только специалисты, обученные электрической и лазерной безопасности, авторизированны проводить внутреннее обслуживание. Меры безопасности

Слайд 13

– вид оружия направленной энергии, основанный на использовании электромагнитного излучения высокоэнергетических лазеров. Поражающий эффект ЛО определяется в основном термомеханическим и ударно – импульсным воздействием лазерного луча на цель. В зависимости от плотности потока лазерного излучения эти воздействия могут привести к временному ослеплению человека или к разрушению корпуса ракеты, самолета и др. В последнем случае в результате теплового воздействия лазерного луча происходит расплавление или испарение оболочки поражаемого объекта. При достаточно большой плотности энергии в импульсном режиме наряду с тепловым осуществляется ударное воздействие, обусловленное возникновением плазмы. В настоящее время в США продолжаются работы по созданию авиационного комплекса лазерного оружия. Вначале предполагается отработать демонстрационный образец для транспортного самолета Боинг‑747 и после завершения предварительных исследований перейти в 2004г. к этапу полномасштабной разработки. По состоянию на середину 90‑х годов наиболее отработанным считалось тактическое лазерное оружие, обеспечивающее поражение оптико‑электронных средств и органов зрения человека. Лазерное оружие

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство,
генерирующее
когерентные
и
монохроматические
электромагнитные волны видимого диапазона за счет
вынужденного испускания или рассеивания света атомами
(ионами, молекулами) активной среды.
Слово «лазер» – аббревиатура слов английской фразы «Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление
света вынужденным излучением. Рассмотрим эти понятия
подробнее.

Технические лазеры

Технические лазеры

Лазерная связь

Лазеры в медицине

Научные исследования

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство, генерирующее когерентные и монохроматические электромагнитные волны видимого диапазона за счет вынужденного испускания или рассеивания света атомами (ионами, молекулами) активной среды. Слово «лазер» – аббревиатура слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением. Рассмотрим эти понятия подробнее.

Применение лазера Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники. Например: 1.Технические лазеры 2.Лазерная связь 3.Лазеры в медицине 4.Лазеры в научных исследованиях 5.Военные лазеры

Технические лазеры Мощные лазеры непрерывного действия применяются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые иными методами соединить нельзя (например, металл с керамикой). Высокая монохроматичность излучения позволяет сфокусировать луч в точку диаметром порядка микрона.

Технические лазеры Идеально прямой лазерный луч служит удобной «линейкой». В геодезии и строительстве импульсные лазеры применяют для измерения расстояний на местности, рассчитывая их по времени движения светового импульса между двумя точками. Точные измерения в промышленности производят при помощи интерференции лазерных лучей, отраженных от концевых поверхностей изделия.

Лазерная связь Появление лазеров произвело переворот в технике связи и записи информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его пропускная способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале освоившая диапазон длинных волн, постепенно переходила на все более короткие длины волн. По лазерному лучу можно передать в десятки тысяч раз больше информации, чем по высокочастотному радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по оптическому волокну – тонким стеклянным нитям, свет в которых за счет полного внутреннего отражения распространяется практически без потерь на многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и воспроизводят изображение (в том числе движущееся) и звук на компакт-дисках.

Лазеры в медицине Лазерная техника широко применяется и в хирургии, и в терапии. Лазерным лучом, введенным через глазной зрачок, «приваривают» отслоившуюся сетчатку и исправляют дефекты глазного дна. Хирургические операции, производимые «лазерным скальпелем» меньше травмируют живые ткани. А лазерное излучение малой мощности ускоряет заживление ран и оказывает воздействие, аналогичное иглоукалыванию, практикуемому восточной медициной (лазерная акупунктура).

Научные исследования Чрезвычайно высокая температура излучения и высокая плотность его энергии дает возможность исследовать вещество в экстремальном состоянии, существующем только в недрах горячих звезд. Делаются попытки осуществить термоядерную реакцию, сжимая ампулу со смесью дейтерия с тритием системой лазерных лучей (т.н. инерционный термоядерный синтез). В генной инженерии и нанотехнологии (технологии, имеющей дело с объектами с характерными размерами 10 –9 м) лазерными лучами разрезают, передвигают и соединяют фрагменты генов, биологических молекул и детали размером порядка миллионной доли миллиметра (10 –9 м). Лазерные локаторы (лидары) применяются для исследования атмосферы.

Военные лазеры Военное применение лазеров включает как их использование для обнаружения целей и связи, так и применение в качестве оружия. Лучами мощных химических и эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования планируется разрушать или выводить из строя боевые спутники и самолеты противника. Созданы образцы лазерных пистолетов для вооружения экипажей орбитальных станций военного назначения.