Реферат: Применение лазера

НОВОНИКОЛЬСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

ПРИМЕНЕНИЕ

ЛАЗЕРА

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

УЧЕНИКА 11 КЛАССА

НОВОНИКОЛЬСКОЙ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

УСТЬ-ТАРКСКОГО РАЙОНА

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

БОБА АНДРЕЯ

НОВОНИКОЛЬСК 2002 г.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing:16.0pt;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

ВВЕДЕНИЕ

Одним изкрупнейших достижений науки и техники XXвека, наряду с другими открытиями,является создание генераторов индуцированного электромагнитного излучения –лазеров. <span MS Mincho"">В основу их работы положено явлениеусиления электромагнитных колебаний при помощи вынужденного, индуцированногоизлучения атомов и молекул, которое было предсказано еще в 1917 г. АльбертомЭйнштейном при изучении им равновесия между энергией атомных систем и ихизлучением. С этого времени, пожалуй, и начинается история создания лазеров.

<span MS Mincho"">Однако в то время никто не обратил внимания на принципиальную ценностьэтого явления. Никому не были известны способы получения индуцированногоизлучения и его использования.

<span MS Mincho"">В 1940 г., анализируя спектр газового разряда, советский ученыйВ.А. Фабрикант указал, что, используя явление индуцированного излучения,можно добиться усиления света. В 1951 г., совместно с учеными Ф.А. Бутаевой иМ.М. Вудынским, он провел первые опыты в этом направлении.

<span MS Mincho"">В 1952 г. ученые трех стран одновременно — в Советском Союзе Н.Г.Басов и А.М. Прохоров, в Соединенных Штатах Америки Ч. Таунс, Дж. Гордон, X.Цайгер и в Канаде Дж. Вебер — независимо друг от друга предложили основанный наиспользовании явления индуцированного излучения новый принцип генерации иусиления сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний. Это позволило создатьквантовые генераторы сантиметрового и дециметрового диапазонов, известныесейчас под названием мазеров, которые обладали очень высокой стабильностьючастоты. Использование мазеров в качестве усилителей позволило повыситьчувствительность приемной радиоаппаратуры в сотни раз. Сначала в квантовыхгенераторах использовались двухуровневые энергетические системы ипространственная сортировка молекул с различными энергетическими уровнями внеоднородном электрическом поле. В 1955 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров предложилииспользовать для получения неравновесного состояния частиц трехуровневые энергетическиеквантовые системы и внешнее электромагнитное поле для возбуждения.

<span MS Mincho"">В 1958 г. была рассмотрена возможность применения этого метода длясоздания генераторов оптического диапазона (в СССР — Н.Г. Басов. Б.М. Вул, Ю.М.Попов, А. Н. Прохоров; в США — Ч. Таунс и А. Шавлов).

<span MS Mincho"">Опираясь на результаты этих исследований, Т. Мейман (США) вдекабре 1960 г. построил первый успешно работавший оптический квантовый генератор,в котором в качестве активного вещества был использован синтетический рубин. Ссозданием оптического квантового генератора на рубине возникло слово «лазер».Это слово составлено из первых букв английского выражения: «light amplificationby stimulated emission of radiation» (laser), что в переводе означает «усилениесвета с помощью индуцированного излучения».

<span MS Mincho"">Рубиновый лазер работал в импульсном режиме. Его излучение относилоськ красной области видимого диапазона. Возбуждение осуществлялось мощнымисточником света.

<span MS Mincho"">Через год, в 1961 г., американские ученые А. Джаван, В. Беннет иД. Герриотт построили газовый лазер, в котором в качестве активного веществаприменялась смесь газов гелия и неона. Возбуждение активного вещества лазерапроизводилось электромагнитным полем высокочастотного генератора. Режим работыэтого лазера был непрерывным.

<span MS Mincho"">В 1962 г. в Советском Союзе и в Соединенных Штатах Америки получилииндуцированное излучение в полупроводниковом диоде, что означало созданиеполупроводникового лазера. Впервые на возможность использования полупроводниковв качестве активного вещества в лазерах указали еще в 1959 г. советские ученыеН. Г. Басов, Б. М. Вул, Ю. М. Попов. Большая заслуга в созданииполупроводникового лазера принадлежит также американскому ученомуР. Холлу. Полупроводниковый лазер возбуждается непосредственноэлектрическим током. Он работает как в импульсном, так и в непрерывном режиме.

<span MS Mincho"">В настоящее время в качестве рабочих веществ в лазерахиспользуются самые различные материалы. Генерация получена более чем на ставеществах: кристаллах, активированных стеклах, пластмассах, газах, жидкостях, полупроводниках,плазме. Рабочим веществом могут служить органические соединения, активированныеионами редкоземельных элементов. Удалось получить генерацию с использованиемобычных паров воды и даже воздуха. Создан новый класс газовых лазеров — такназываемые ионные лазеры.

<span MS Mincho"">Рабочий диапазон существующих оптических квантовых генераторов изменяетсяот ультрафиолетового излучения с длиной волны 0,3 мкм до инфракрасного с длинойволны 300 мкм.

<span MS Mincho"">В чем же все-таки главная ценность этих приборов? В том, чтоизлучение лазеров обладает рядом замечательных свойств. В отличие от света,испускаемого обычными источниками, оно когерентно в пространстве и времени, монохроматично,распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокойконцентрацией энергии, которая еще недавно казалась фантастической. Это даетвозможность ученым использовать световой луч лазера в качестве тончайшегоинструмента для исследований различных веществ, выяснения особенностей строенияатомов и молекул, уточнения природы их взаимодействия, определениябиологической структуры живых клеток.

<span MS Mincho"">С помощью луча лазера можно передавать сигналы и поддерживатьсвязь как в земных условиях, так и в космосе принципиально на любых расстояниях.Лазерные линии связи позволяют передавать одновременно значительно большееколичество информации по сравнению с традиционными линиями связи, даже самымисовершенными. Кроме того при этом практически к нулю сводятся внешние помехи.

<span MS Mincho"">Развитие современных технологий, многих отраслей промышленности,науки и техники, медицины сегодня трудно себе представить без применениялазеров и устройств на их основе.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«MS Mincho»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Глава 1.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРА

Лазерыобычно называют оптическими квантовыми генераторами. Уже из этого названиявидно, что в основе работы лазеров лежат процессы, подчиняющиеся законамквантовой механики. Согласно квантово-механическим представлениям, атом, как,впрочем, и другие частицы (молекулы, ионы и др.) поглощают и излучают энергиюопределёнными порциями – квантами. При обычных условиях в отсутствии каких-либовнешних воздействий атом находится в невозбуждённом состоянии, соответствующемнаиболее низкому из возможных энергетическому уровню. В таком состоянии атом неспособен излучать энергию. При поглощении кванта энергии атом переходит наболее высокий энергетический уровень, то есть возбуждается. Переход атома с одногоэнергетического уровня на другой происходит дискретно, минуя все промежуточныесостояния. Время нахождения атома в возбуждённом состоянии ограничено и вбольшинстве случаев невелико. Излучая энергию атом переходит снова в основноесостояние. Этот переход осуществляется самопроизвольно, в отличие от процессапоглощения квантов, которое является вынужденным (индуцированным).

Лазерыгенерируют излучение в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областяхспектра, что соответствует диапазону электромагнитных волн, называемому светом.В связи с этим наиболее интересным представляется рассмотрение механизмавзаимодействия атомов именно с этой частью спектра электромагнитных излучений.Свет, как известно, имеет двойственную природу: с одной стороны – это волна,характеризующаяся определённой частотой, амплитудой и фазой колебаний, с другойстороны – поток элементарных частиц, называемых фотонами. Каждый фотонпредставляет собой квант световой энергии. Энергия фотона прямо пропорциональначастоте световой волны, которая, в свою очередь, определяет цвет световогоизлучения.

Поглощаяфотон, атом переходит с более низкого энергетического уровня на более высокий.При самопроизвольном переходе на более низкий уровень атом испускает фотон. Дляатомов конкретного химического элемента разрешены только совершенно определённыепереходы между энергетическими уровнями. В следствие этого атомы поглощаюттолько те фотоны, энергия которых в точности соответствует энергии переходаатома с одного энергетического уровня на другой. Визуально это проявляется всуществовании для каждого химического элемента индивидуальных спектровпоглощения, содержащих определённый набор цветных полос. Фотон, испускаемыйатомом при переходе на более низкий энергетический уровень, так же обладает совершенноопределённой энергией, соответствующей разности энергий между энергетическими уровнями.По этой причине атомы способны излучать световые волны только определённыхчастот. Этот эффект наглядно проявляется при работе люминесцентных ламп, частоиспользуемых в уличной рекламе. Полость такой лампы заполнена каким-либоинертным газом, атомы которого возбуждаются ультрафиолетовым излучением,которое возникает при пропускании электрического тока через специальный слой,покрывающий внутреннюю поверхность оболочки лампы. Возвращаясь в основное состояниеатомы газа дают свечение определённого цвета. Так, например, неон даёт красноесвечение, а аргон – зелёное.

Самопроизвольные(спонтанные) переходы атомов с более высокого энергетического уровня на болеенизкий носят случайный характер. Генерируемое при этом излучение не обладаетсвойствами лазерного излучения: параллельностью световых пучков, когерентностью(согласованностью амплитуд и фаз колебаний во времени и пространстве), монохромностью(строгой одноцветностью). Однако, ещё в 1917 году Альберт Эйнштейн предсказалсуществование наряду со спонтанными переходами на более низкий энергетическийуровень индуцированных переходов. В последствии эта возможность была реализованав конструкции лазеров. Сущность этого явления состоит в том, что фотон световогопотока, встречая на своём пути возбуждённый атом выбивает из него фотон с точнотакими же характеристиками. В результате число одинаковых фотонов удваивается.Вновь образовавшийся фотон, в свою очередь, способен генерировать ещё одинфотон, выбивая его из другого возбуждённого атома. Таким образом, числоодинаковых фотонов лавинообразно нарастает. Генерируемое при этом излучениехарактеризуется высокой степенью параллельности пучков светового потока,когерентности и монохромности, так как в нём присутствуют только те фотоны,которые обладают одинаковой энергией и направлением движения.

Очевидно,что индуцированное излучение может возникать только в тех системах, где числовозбуждённых атомов достаточно велико. На практике число возбуждённых атомовдолжно превышать 50% от общего числа атомов в системе. В равновесных системахдостижение этого условия невозможно, так как число переходов с ниже лежащегоуровня на выше лежащий равно числу обратных переходов. Для получения эффектаиндуцированного излучения систему необходимо перевести в неравновесное, а, следовательно,неустойчивое состояние. Кроме того интенсивность внешнего светового потока,предоставляющего исходные фотоны для начала процесса так же должна бытьдостаточной. Рассмотрим каким образом реализуются эти требования на примереконструкции лазера, построенного с использованием искусственно выращенногокристалла рубина, называемого, обычно, рубиновым лазером.

<span MS Mincho"">Лазер состоит из трех основных частей: активного (рабочего)вещества, резонансной системы, представляющей две параллельные пластины с нанесеннымина них отражающими покрытиями, и системы возбуждения (накачки), в качествекоторой обычно используется ксеноновая лампа-вспышка с источником питания (рис.1).

<span MS Mincho""><img src="/cache/referats/7685/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

<span MS Mincho"">

<span MS Mincho"">Рис 1. Схема рубинового лазера.

<span MS Mincho"">

<span MS Mincho"">Рубин представляет собой окись алюминия, в которой часть атомов алюминиязамещена атомами хрома (

<span MS Mincho";mso-ansi-language: EN-US">Al<span MS Mincho"">2<span MS Mincho"; mso-ansi-language:EN-US">O<span MS Mincho"">3*<span MS Mincho"; mso-ansi-language:EN-US">Cr<span MS Mincho"">2<span MS Mincho"; mso-ansi-language:EN-US">O<span MS Mincho"">3) Активным веществом служат ионыхрома <span MS Mincho";mso-ansi-language:EN-US">Cr<span MS Mincho"">3+<span MS Mincho"">.От содержания хрома в кристалле зависит его окраска. Обычно используетсябледно-розовый рубин, содержащий около 0,05% хрома. Рубиновый кристаллвыращивают в специальных печах, затем полученную заготовку отжигают иобрабатывают, придавая ей форму стержня. Длина стержня колеблется от 2 до 30см, диаметр от 0,5 до 2 см. Плоские торцовые концы делают строго параллельными,шлифуют и полируют с высокой точностью. Иногда отражающие поверхности наносятне на отдельные отражающие пластины, а непосредственно на торцы рубиновогостержня. Поверхности торцов серебрят, причем поверхность одного торца делаютполностью отражающей, другого — отражающей частично. Обычно коэффициент пропусканиясвета второго торца составляет около 10—25%, но может быть и другим.

<span MS Mincho"">Рубиновый стержень помещают в спиральную импульсную ксеноновуюлампу, витки которой охватывают его со всех сторон. Вспышка лампы длитсямиллисекунды. За это время лампа потребляет энергию в несколько тысяч джоулей,большая часть которой уходит на нагревание прибора. Другая, меньшая часть, ввиде голубого и зеленого излучения поглощается рубином. Эта энергия иобеспечивает возбуждение ионов хрома.

<span MS Mincho"">На рис. 2 представлена энергетическая диаграмма, поясняющаяпринцип работы рубинового лазера. Линии 1, 2, 3 соответствуют энергетическимуровням ионов хрома.

<span MS Mincho""><img src="/cache/referats/7685/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

<span MS Mincho"">

<span MS Mincho"">Рис 2. Схема энергетических уровней рубинового лазера.

<span MS Mincho"">

<span MS Mincho"">В нормальном, невозбужденном состоянии ионы хрома находятся нанижнем уровне 1. При облучении рубина светом ксеноновой лампы, содержащимзеленую часть спектра, атомы хрома возбуждаются и переходят на верхний уровень3, соответствующий поглощению света длиной волны 5600 А. Ширина полосыпоглощения этого уровня составляет около 800 А.

<span MS Mincho"">С уровня 3 часть возбужденных атомов хрома снова возвращается на основнойуровень 1, а часть переходит на уровень 2. Это так называемый безызлучательныйпереход, при котором ионы хрома отдают часть своей энергии кристаллическойрешетке в виде тепла. Вероятность перехода с уровня 3 на уровень 2 в 200 разбольше, а с уровня 2 на уровень 1 в 300 раз меньше, чем с уровня 3 на уровень1. Это приводит к тому, что уровень 2 оказывается более заселенным, чем уровень1. Иными словами, заселенность получается инверсной и создаются необходимыеусловия для интенсивных индуцированных переходов.

<span MS Mincho"">Такая система крайне неустойчива. Вероятность спонтанных переходовв любой момент времени очень велика. Первый же фотон, появившийся приспонтанном переходе, по закону индуцированного излучения выбьет из соседнегоатома второй фотон, переведя излучивший атом в основное состояние. Далее этидва фотона выбьют еще два, после чего их будет четыре, и т. д. Процесснарастает практически мгновенно. Первая волна излучения, дойдя до отражающейповерхности, повернет обратно и вызовет дальнейшее увеличение числаиндуцированных переходов и интенсивности излучения. Отражение от отражающихповерхностей резонатора повторится многократно, и если потери мощности приотражении, вызываемые несовершенством отражающих покрытий, а также полупрозрачностьюодного из торцов стержня, через который уже в начале генерации будет вырыватьсяпоток излучения, не будут превосходить той мощности, которую приобретает врезультате начавшейся генерации формирующийся в стержне лазера луч, тогенерация будет нарастать, а мощность увеличиваться до тех пор, покабольшинство возбужденных частиц активного вещества (ионов хрома) не отдадутсвою энергию, приобретенную в момент возбуждения. Через частично посеребренный торецстержня вырвется луч очень высокой интенсивности. Направление луча будет строгопараллельно оси рубина .

<span MS Mincho"">Те фотоны, направление распространения которых в начале их возникновенияне совпало с осью стержня, уйдут через боковые стенки стержня, не вызвавсколько-нибудь заметной генерации.

<span MS Mincho"">Именно многократное прохождение образованной световой волны междуторцовыми стенками резонатора без какого-либо существенного отклонения от осистержня обеспечивает лучу строгую направленность и огромную выходную мощность.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«MS Mincho»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

глава 2.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ

Уникальныесвойства лазерного луча, многообразие конструкций современных лазеров иустройств на их основе обуславливают широкое применение лазерных технологий вразличных областях человеческой деятельности: промышленности, науке, медицине ибыту. Появление лазеров и внедрение их во многие отрасли промышленности и наукипроизвело в этих отраслях в буквальном смысле революцию. Благодаря этому сталовозможным развитие новых более эффективных технологий, повышение производительноститруда, точности измерений и качества обработки материалов. Рассмотрим здесьлишь наиболее важные области применения лазерной техники.

2.1 Применение лазеров в промышленности

Сразу жепосле появления лазеров и начала исследования взаимодействия лазерного луча сразличными материалами стало ясно, что этот инструмент может найти широкоеприменение в разнообразных промышленных технологических процессах. Дело в том,что лазерный импульс несёт в себе огромный запас энергии (рубиновый лазер прикратковременном импульсе может достичь мощности в несколько миллиардов ватт.При попадании подобного луча на поверхность материала он вызывает мгновенноеразогревание этой поверхности вплоть до испарения даже очень тугоплавкогоматериала. Это обстоятельство используется при сверлении отверстий в твердыхматериалах, резке и сварке металлов и пластмасс, заточке режущих инструментов,в том числе изготовленных из сверхтвердых сплавов. Сверление отверстий в алмазныхфильерах при помощи традиционных способов занимает около двух часов. Этот жепроцесс, осуществляемый при помощи лазерной установки, длится не более0,1секунд.<span MS Mincho""> Для того чтобы прожечь стальную пластинкутолщиной 1 мм лучом лазера, достаточно импульса длительностью в одну тысячнуюсекунды с энергией 0,5 дж. В результате получается отверстие порядка 0,1—0,2мм. Лучом такой же мощности можно сварить два куска фольги толщиной 0,05мм илидве тонкие проволочки.

<span MS Mincho"">Чтобы прожечь стальную пластинку толщиной до 5 мм, нужен импульс сэнергией от 20 до 100 дж. В этом случае луч лазера необходимо сфокусировать водну точку, для чего применяется система линз. Отверстия, образующиеся вметалле под действием такого луча, обычно бывают довольно большого диаметра.

Современнаярадиоэлектронная промышленность выпускает большое число разнообразных приборови устройств от простого радиоприёмника до сверхсовременных компьютеров. Основуэтих устройств составляют полупроводниковые блоки и интегральные схемы, имеющиеочень небольшие размеры и тонкую структуру. Соединение отдельных блоков вединое целое часто сопряжено с определёнными трудностями. И здесь на выручкуприходят лазерные технологии, позволяющие соединить между собой и с изолирующейподложкой эти тонкие узлы. Лазерный луч можно сконцентрировать в очень тонкийпучок, имеющий на малых расстояниях практически нулевую расходимость. Этопозволяет сконцентрировать излучаемую энергию на очень малой площади, например,соответствующей площади контакта между блоками электронной схемы.

Другойважной областью применения лазеров в промышленности можно считать использованиеих в различных контрольно-измерительных приборах. Луч лазера представляет собойэлектромагнитную волну со строго определённой длинной. Зная какое количестводлин волн данного лазера укладывается в определённом отрезке, например, в одномметре, всегда можно вычислить расстояние от источника лазерного излучения дотого или иного объекта. На практике это определяется по потере мощностилазерного излучения при отражении его от объекта. Отражённый луч лазеравоспринимается фотоэлементом, в результате чего в анализирующей электрическойцепи возникает ток, пропорциональный интенсивности отражённого луча. Лазерные установкимогут быть так же использованы для контроля степени чистоты обработкиповерхности материала и даже внутренней структуры этих материалов.

2.2 Использование лазеров в информационныхтехнологиях.

Посколькулазерное излучение является электромагнитной волной, логично было быпредположить, что лазерный луч можно использовать для передачи информации примернотак же как мы передаём информацию с помощью радиоволн. С теоретической точкизрения никаких препятствий этому нет. Но на практике такая передача информациисталкивается с существенными трудностями. Эти трудности связаны с особенностямираспространения света в атмосфере. Такое распространение, как известно, взначительной степени зависит от атмосферных помех: тумана, наличия пыли,атмосферных осадков и т.п. Не смотря на то, что лазерное излучение обладаетсовершенно уникальными свойствами, оно так же не лишено этих недостатков.

Одним изрешений проблемы нейтрализации влияния атмосферных помех на распространениелазерного луча стало использование волоконно-оптических линий. Основу такихлиний составляют тончайшие стеклянные трубочки (оптические волокна), уложенные вспециальную непрозрачную оболочку. Конфигурация оптических волокон рассчитываетсятаким образом, чтобы при прохождении по ним лазерного луча возникал эффектполного отражения, что практически полностью исключает потери информации при еёпередаче. Волоконно-оптические линии обладают огромной пропускной способностью.По одной нитке такой линии можно одновременно передавать в несколько раз большетелефонных разговоров, чем по целому многожильному кабелю, составленному изтрадиционных медных проводов. Кроме того на распространение лазерного луча поволоконно-оптическим линиям не оказывают влияние практически никакие помехи. Внастоящее время волоконно-оптические линии используются при передаче сигналовкабельного телевидения высокого качества, а так же для обмена информацией междукомпьютерами через интернет по выделенным линиям. Существуют уже и телефонныелинии, построенные с использованием оптических волокон.

Споявлением полупроводниковых лазеров появилась возможность использования их длязаписи и чтения информации на информационных носителях – лазерныхкомпакт-дисках. Лазерный диск представляет собой круглую пластинку,изготовленную из алюминия, покрытую прозрачным пластмассовым защитным слоем. Вначале изготавливается так называемый мастер-диск, на который с помощью лучалазера наносится информация в двоичном представлении. Лазерный импульсвозникает только тогда, когда через записывающее устройство проходит логическаяединица. В момент прохождения логического нуля импульс не возникает. Врезультате в некоторых местах поверхности диска, которые теперь соответствуютлогическим единицам в массиве информации, алюминий испаряется. Мастер-дискслужит матрицей, с которой печатаются многочисленные копии, причём на копии втех местах, где на мастер-диске были светоотражающие участки, возникают выемки,рассеивающие свет, а в тех местах, где на мастер-диске были выемки, на копииостаются светоотражающие островки. Чтение информации с компакт-диска осуществляетсятак же лазером, только значительно меньшей мощности. Луч лазера направляется навращающийся с большой скоростью диск под некоторым углом. Частота лазерныхимпульсов синхронизирована со скоростью вращения диска. Луч лазера, попадая насветоотражающий островок, отражается от него и улавливается фотоэлементом. В результатев электрической цепи считывающего устройства возникает ток и сигнал воспринимаетсякак логическая единица. Если же луч лазера попадает на рассеивающую светвыемку, то отраженный луч проходит мимо фотоэлемента и электрического тока вцепи считывающего устройства не возникает. В этом случае сигналинтерпретируется как логический ноль. В настоящее время лазерные компакт-дискишироко используются как для хранения компьютерной информации, так и дляхранения и распространения музыкальных программ, предназначенных длявоспроизведения на лазерных проигрывателях.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

2.3 Применение лазеров в медицине.

Совершенноособого разговора заслуживает применение лазеров в медицине. Ещё на зареразвития лазерной техники медиков привлекла возможность использования лазеров вхирургии. Уже в середине 60-ых годов XXвека были построенылазерные установки, которые с успехом использовались при хирургическихоперациях. В этих установках лазер соединен с гибким световодом, изготовленнымиз тончайших стеклянных или пластмассовых трубок (все те же оптическиеволокна). На конце световода закреплена головка с фокусирующей линзой. Световодвводится внутрь организма через небольшой разрез или другим доступным способом.Манипулируя световодом, хирург направляет луч лазера на оперируемый объект,оставляя нетронутыми соседние органы и ткани. При этом достигается высокаяточность и стерильность оперативного вмешательства. При таких операцияхзначительно сокращается кровопотеря, что облегчает протекание послеоперационнойреабилитации.

Особенноширокое применение нашли лазерные инструменты в хирургии глаза. Глаз, какизвестно, представляет орган, обладающий очень тонкой структурой. В хирургииглаза особенно важны точность и быстрота манипуляций. Кроме того выяснилось,что при правильном подборе частоты излучения лазера оно свободно проходит черезпрозрачные ткани глаза, не оказывая на них никакого действия. Это позволяетделать операции на хрусталике глаза и глазном дне, не делая никаких разрезоввообще. В настоящее время успешно проводятся операции по удалению хрусталикапутём испарения его очень коротким и мощным импульсом. При этом не происходитповреждение окружающих тканей, что ускоряет процесс заживления, составляющий буквальнонесколько часов. В свою очередь, это значительно облегчает последующуюимплантацию искусственного хрусталика. Другая успешно освоенная операция –приваривание отслоившейся сетчатки.

Лазерыдовольно успешно применяются и в лечении таких распространённых сейчасзаболеваний глаза как близорукость и дальнозоркость. Одной из причин этихзаболеваний является изменение в силу каких-либо причин конфигурации роговицыглаза. С помощью очень точно дозированных облучений роговицы лазернымизлучением можно исправить её изъяны, восстановив нормальное зрение.

Труднопереоценить значение применения лазерной терапии при лечении многочисленныхонкологических заболеваний, вызванных неконтролируемым делением видоизменённыхклеток. Точно фокусируя луч лазера на скоплении раковых клеток, можно полностьюуничтожить эти скопления, не повреждая здоровые клетки.

Разнообразныелазерные зонды широко используются при диагностике заболеваний различныхвнутренних органов, особенно в тех случаях, когда применение других методовневозможно или сильно затруднено.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«MS Mincho»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведённыйвыше перечень областей применения лазера является далеко не полным. Здесь нерассматриваются некоторые специальные области применения этого инструмента.Одной из таких областей является голография – объёмная фотография.Использование лазера при фотографировании позволяет получить на фотопластинкеили фотобумаге закодированное в виде интерференционной картины трёхмерноеизображение объекта, которое проявляется (восстанавливается) при освещениифотопластинки лучом лазера той же частоты, что использовалась при съёмке. Голографиянаходит широкое применение в различных отраслях науки, техники, метрологии ит.п.

Высокаяэнергия лазерного излучения позволяет использовать его при термоядерномсинтезе. Как известно, такой синтез протекает только при очень высокихтемпературах порядка 10000 и более градусов. Получить такую температуру припомощи традиционных средств затруднительно. Лазер, а ещё лучше комбинациянескольких лазеров, позволяет достигнуть подобных температур в течение долейсекунды.

Использованиелазеров в химии позволило осуществить те реакции, которые было невозможнопровести ранее. Лазерное излучение обладает строго определённой длинной волны,а, следовательно, и энергией. Подбирая частоту лазерного луча, можно активизироватьтолько те химические связи, энергия разрыва которых совпадает с энергией излучениялазера. Это позволяет ускорять одни химические реакции и подавлять другие, тоесть проводить селективный синтез.

Многообразныобласти применения лазеров в военном деле. На их основе создаются различныесистемы распознавания объектов по принципу «свой – чужой», системысамонаведения ракет и бомб. Существуют планы создания космического лазерногооружия.

Постоянноесовершенствование конструкции современных лазеров приводит к неуклонномурасширению областей их применения. Очевидно в ближайшее время этот процессбудет продолжаться ещё более быстрыми темпами.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

ЛИТЕРАТУРА

<span Times New Roman"">·

  Донина Н.М. Возникновениеквантовой электроники. М.: Наука, 1974.

<span Times New Roman"">·

  Квантовая электроника- маленькая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1969.

<span Times New Roman"">·

  Карлов Н.В. Лекции поквантовой электронике. М.: Наука, 1988.

<span Times New Roman"">·

  Тарасов Л.В. Физикапроцессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио исвязь, 1981.

<span Times New Roman"">·

  Брюннер В., Юнге К. Справочникпо лазерной технике. / Под ред. А.П. Напартовича. М.: Энергоатомиздат,1991.

<span Times New Roman"">·

  Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.:Наука, 1989.
еще рефераты
Еще работы по физике