Лазеры и их применение

2.2 ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРА В МЕДИЦИНЕ

Свойством лазерного луча сверлить и сваривать различные материалы заинтересовались не только инженеры, но и медики. Они решили использовать его в качестве скальпеля. По сравнению с обычным такой скальпель обладает целым рядом достоинств:

во-первых, лазерный скальпель  отличается постоянством режущих свойств, надежностью в работе;

во-вторых, лазерный луч рассекает  ткань на расстоянии, не оказывая на нее какого-либо механического давления;

в-третьих, лазерный скальпель  имеет абсолютную стерильность, поскольку  с тканью взаимодействует только излучение, причем в области рассечения возникает высокая температура;

в-четвертых, лазерный луч  производит почти бескровный разрез, поскольку с рассечением тканей коагулируют края раны, как бы «заваривая»  мелкие сосуды;

в-пятых, лазерный луч позволяет  хирургу хорошо видеть оперируемый  участок, в то время как скальпель  загораживает рабочее поле.

Кроме того, для операции при помощи лазерного луча характерно отсутствие болевых ощущений, поскольку  воздействие на ткань совершается очень быстро и больной не успевает почувствовать боли.

Лазерное излучение эффективно воздействует на кровотечение, отсекая  и останавливая его. Поэтому лазеры применяют в борьбе с кровотечениями, что особенно важно в тех случаях, когда кровь больного характеризуется  плохой свертываемостью. Лазеры широко применяют в хирургии на печени, легких, а также при лечении  родимых пятен и опухолей, развивающихся  на кожных покровах. Обычно используются СО₂ – лазеры и аргоновые лазеры.

Особо следует выделить хирургию глаза. В настоящее время стали  распространенными операции по привариванию при помощи лазера отслоившейся сетчатки к глазному дну. Излучение лазера фокусируется в соответствующей  точке сетчатки; оно проходит через  хрусталик и стекловидное тело, не воздействуя на них. Приваривание осуществляется световым импульсом длительностью 0,01 с. Мгновенный характер такой операции делает ее безболезненной. Сфокусированным  лазерным лучом удаляют катаракту, выжигают глазные опухоли, лечат  глаукому. В глазной хирургии чаще всего применяются неодимовые лазеры и лазеры на рубине.

2.3 ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРА В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ

Лазерные системы  навигации и обеспечения безопасности полетов. Одним из основных элементов инерциальных систем навигации, широко используемых в авиации, являются гироскопы, которые в основном и определяют точность системы. Лазерные гироскопы обладают достаточно высокой точностью, большим диапазоном измерения угловых скоростей, малым собственным дрейфом, невосприимчивостью к линейным перегрузкам. Лазеры успешно применяются как измерители скорости полета (воздушной и путевой), высотомеры. Лазерные курсоглиссадные системы обеспечивают безопасность полетов, связанную с увеличением точности систем посадки, снижения ограничений по метеоусловиям, обеспечением больших удобств работы экипажа при выполнении такого ответственного участка полета, как посадка. Вблизи взлетно-посадочного полотна, установленные лазерные лучи создают геометрическую картину, позволяющую судить о правильности выдерживания траектории посадки.

Лазерное оружие. В настоящее время имеется ряд сообщений о том, что на американских полигонах было испытано несколько образцов лазерного оружия, часть из которого была изготовлена в виде пистолета, часть — в виде ружья. В сообщениях подчеркивалось, что оно было создано для борьбы с живой силой противника на поле боя. Действие оружия основано на использовании большой пиковой мощности лазера. Для чего применялся твердотельный (рубиновый или на стекле с неодимом) лазер с модуляцией добротности. В результате длительность импульса составляла всего 10^-9 с, что при использовании энергии в 1 Дж приводило к мощности в 10⁹ Вт. В первую очередь действие такого оружия, по замыслам создателей, должно состоять в поражении глаз, вызывая в них обратимые или необратимые процессы. Предположения основаны на том, что, попадая на хрусталик человеческого глаза, лазерное излучение не должно поражать сам хрусталик, так как он прозрачен для этого излучения. Но хрусталик, как всякая оптическая система, фокусирует излучение в очень маленькое пятно на сетчатке. В этом пятне плотность энергии возрастает настолько, что приводит к кровоизлиянию. Человек либо не успевает моргнуть— настолько короткой является вспышка, либо даже не видит излучение — если оно на волне 1,06 мкм. Но зрение теряется мгновенно.  В качестве источника излучения используется лазер на рубине, помещенный внутри съемного патрона. В этом же патроне находится источник возбуждения, представляющий собой химический элемент, питаемый от батареи. Управление таким оружием максимально приближено к обычному оружию. Оно наводится на объект поражения, нажимается спусковой курок, чем подается импульс от батареи на химический элемент, который дает питание на рубиновый стержень. Излучаемая энергия выбрасывается в сторону цели.

2.4 ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – СРЕДСТВО ЗАПИСИ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

В настоящее время лазерные технологии активно используются как  средство записи и обработки больших  объёмов информации. И здесь следует  отметить появление принципиально  нового вида носителя информации - компакт-диска. Как мы знаем, в аудио- и видеокассетах, которые до недавнего времени  были, пожалуй, самым распространённым средством сохранения данных, использовались магнитные явления. В компакт-диске  же применён другой подход. Сам диск (CD-ROM) представляет собой пластину круглой  формы, на одной стороне которого нанесена маркировка диска. Другая же сторона является рабочей и на первый взгляд она абсолютно гладкая. Однако, это не так, так как если бы это было так, то ни о каком  сохранении информации не могло бы идти и речи. Внутри специального устройства рабочая поверхность диска как  бы сканируется лазерным лучом небольшой  мощности (как правило 0,14 мВт при длине волны 790 нм.). При таком сканировании определяется, что находится внутри пятна лазерного луча - углубление или нет? Не вдаваясь в компьютерную технику можно только сказать, что наличие углубления соответствует логической единице, а во всех компьютерных технологиях используются только два состояния - ноль и единица. Далее используя специальные таблицы можно расшифровать последовательность этих нулей и единиц и получить исходную информацию. Запись таких дисков производится также при помощи лазеров, но здесь речь идёт о гораздо большей мощности лазера. Благодаря тому, что выжигание питов (канавок) на поверхности диска производится при помощи лазера, можно достичь очень большой плотности записи информации, так как диаметр лазерного луча, а, следовательно, и пита очень мал.

Интересно применение голографии в качестве носителя информации. Часто  необходимо получить объемное изображение  предмета, которого еще не существует, и, следовательно, нельзя получить голограмму такого предмета оптическими методами. В этом случае голограмма рассчитывается на ЭВМ (цифровая голограмма) и результаты расчета соответствующим образом  переносятся на фотопластинку. С  полученной таким способом машинной голограммы объемное изображение предмета восстанавливается обычным оптическим способам. Поверхность предмета, полученного  по машинной голограмме, используется как эталон, с которым методами голографической интерференции  производится сравнение поверхности  реального предмета, изготовляемого соответствующими инструментами. Голографическая  интерферометрия позволяет произвести сравнение поверхности изготовленного предмета и эталона с чрезвычайно  большой точностью до долей длины  волны. Это дает возможность изготовлять  с такой же большой точностью  очень сложные поверхности, которые  было бы невозможно изготовить без  применения цифровой голографии и методов  голографической интерферометрии. Само собой разумеется, что для сравнения эталонной поверхности с изготовляемой не обязательно восстанавливать оптическим способом машинную голограмму. Можно снять голограмму предмета, перевести ее на цифровой язык ЭВМ и сравнить с цифровой голограммой. Оба эти пути в принципе эквивалентны. Особенности голограмм как носителей информации делают весьма перспективными разработки по созданию голографической памяти, которая характеризуется большим объемом, надежностью, быстротой считывания и т. д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, мы рассмотрели  один из мощнейших инструментов современной  науки, перспективы которого огромны. В связи с этим перечислить  все области применения в данной работе не представляется возможным, так  как с каждым днем для лазера находятся  все новые и новые задачи.

В настоящей работе нами были рассмотрены основные виды лазеров  и принцип их работы. Также были охвачены основные сферы их применения, а именно: промышленность, медицина, информационные технологии, наука.

Такие разнообразные задачи могут выполняться с помощью  лазера благодаря его уникальным свойствам. Когерентность, монохроматичность, высокая энергетическая плотность позволяют решать сложные технологические операции.

Лазер – инструмент будущего, уже прочно вошедший в нашу жизнь.   

Список используемой литературы

1. Ландсберг  Г. С.  Оптика. - М.: Наука, 1976. - 928 с.
2. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. - М.: Наука, 1986. - Т.3.- 656 с.
3. Матвеев А. Н. Оптика. - М.: Высшая школа, 1985. - 351 с.
4. Над чем думают физики. Лазеры. Под редакцией Сластникова В. Н.-М.: Наука, 1977.-152с.
5. Сивухин В. А. Общий курс физики. Оптика. - М.: Наука, 1980. - 752 с.
6. Тарасов Л. В. Лазеры и их применение: Учебное пособие для ПТУ. – М.: Радио и связь, 1983.-152с.
7. Федоров Б. Ф. Лазеры: основы устройства и применение. - М.: ДОСААФ, 1988.-190с.