Алфавитный указатель. Лазерное излучение и его воздействие на человека

Еще в далеком 1917 году ученый А. Эйнштейн выдвинул гениальное предположение о том, что атомы способны излучать индуцированные световые волны. Однако нашло это предположение подтверждение лишь спустя почти полвека в то время, как советскими учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым было начато создание квантовых генераторов.

Из первых букв английского названия этого устройства была составлена аббревиатура – лазер, следовательно, излучаемый им свет – лазерным. Встречается ли среднестатистический человек с лазером в повседневной жизни?

Современность дает возможность повсеместно наблюдать за прекрасными танцующими световыми лучами, исходящими от лазера.

Их активно применяют для создания световых шоу, а также в косметологии, медицине и технике. Именно поэтому в наши дни так активно применяются лазерные технологии для эстрадных представлений и производства всевозможных гаджетов.

Но вдруг лазерный свет вреден для человека? Именно этот вопрос мы сегодня и подымем. Но дня начала нужно перенестись в школьные годы и вспомнить о лазерных световых квантах.

В природе источником света являются атомы. Лазерный луч – не исключение, однако он рождается в результате немного отличных материальных процессах и при условии, что существует наружное влияние электромагнитного поля. На основе этого можно сказать, что лазерный свет – это вынужденное явление, то есть простимулированное.

Лучи лазерного света распространяются практически параллельно по отношению друг друга, поэтому они имеют мизерный угол рассеивания и способны интенсивно влиять на облучаемую поверхность.

Чем же тогда лазер отличается от привычной (также созданной руками людей) лампочки накаливания? В отличие от лазера, у лампы спектр рассеивания составляет практически 360 о, в то время, как пучок от лазера имеет узкую направленность.

В силу того, что квантовые генераторы плотно обосновались в жизни современного человека, ученых всерьез обеспокоил вопрос, нет ли негативного влияния от такого «соседства». В ходе проведения многих опытов им удалось добиться больших результатов и выяснить, что лазерный луч обладает особыми свойствами:

во время работы лазерной установки можно получить негативные последствия напрямую (из самого аппарата), от рассеянного света или отраженного от других поверхностей;
от того, на какую ткань воздействует лазер, а также от параметров его волны будет зависеть степень воздействия;
поглощаемая любыми тканями энергия может оказывать тепловой, световой или любой другой отрицательный эффект.

Если лазер воздействует на биологическую ткань, то последовательность поражающих результатов выглядит примерно так:

быстрое поднятие температуры и проявления признаков ожога;
межтканевая и клеточная жидкость закипает;
в результате вскипания образовывается пар под высоким давлением, который ищет выход и взрывает соседние ткани.

Если дозы облучения маленькие или средние, то можно отделаться ожогами кожных покровов. Но при сильном облучении кожа приобретает отечный и омертвевший вид. А внутренние органы получают сильнейшие травмы. Самую большую опасность представляют прямые и зеркально отраженные лучи, которые негативно сказываются на работе важнейших органов и их систем.

Отдельного внимания заслуживает тема влияния лазера на зрительные органы.

ВАЖНО! Импульсные короткие вспышки лазера могут привести к очень сильным поражениям сетчатки, радужки и хрусталика глаза.

На это есть 3 причины:

Короткий лазерный импульс длиться 0,1 секунды и за это время просто не успевает сработать защита зрения – мигательный рефлекс.
Роговая оболочка и хрусталик – это чрезвычайно восприимчивые органы, которые легко повредить.
Поскольку глаз сам по себе – это целая оптическая система, то она и сама вносить вклад в собственное разрушение при попадании лазера. Она фокусирует луч на глазном дне и заламывает на сетчатку. Тут луч поражает хрупкие сосудики этого органа, вызывая их закупорку. Отсутствие болевых рецепторов позволяет даже не ощутить, что определенный участок на сетчатке уже поражен до тех пор, пока некоторые предметы просто не будет видны, находясь в поле зрения.

Лишь по пришествии некоторого времени начинается отечность век, боль в глазах, судорожные сокращения и кровоизлияние на сетчатке. К слову, клетки последней не регенерируются.

ВАЖНО! Излучение, в результате которого может повредиться зрение, имеет низкий уровень. А вот для повреждения кожи достаточно излучения высокой интенсивности. Инфракрасные лазеры или любые источники света видимого спектра, мощность которых превышает 5 мвт – это потенциально опасно.

Прекрасные изобретатели по всему земному шару во время своих изобретений квантовых генераторов даже и предположить не могли, какую популярность приобретут их детища в скором времени. Однако такое всеобщее признание требует знаний, какой длины волны применять для той или иной операции.

Что же влияет на длину лазерной волны? Поскольку лазер – рукотворное устройство, то и природа его волн будет определена механическим строением генерируемого луч прибора. Лазеры могут быть твердотельными и газовыми.

Чудо-свет одновременно может находится в диапазоне от 30 до 180 мкм и быть частью ультрафиолетового, видимого (чаще красного) или инфракрасного участка спектра.

Но именно длина волны во многом влияет на характер воздействия этого света на человеческое тело. Так, красный свет менее чувствителен для нашего глаза нежели зелены. То есть наше веко сомкнется при виде зеленого пучка света, поэтому он является менее опасным, чем тот же красный.

Защита от лазерного излучения на производстве

На производстве, где применяются квантовые генераторы прямо или косвенно задействовано огромное количество людей. Для таких сотрудников разработаны четкие предписания, регулирующие степень личной защиты от излучения, потому как любая лазерная установка представляет потенциальную опасность для тех или иных органов тела.

Изготовители подобных установок обязаны указать, к какому их 4-х классов опасности относится данный прибор. Наибольшую угрозу являют лазеры 2,3 и 4 категории.

К общественным средствам защиты на производстве относятся защитные экраны и кожухи, камеры наблюдения, светодиодные индикаторы, сигнализации или ограждения, устанавливаемые в зонах с повышенным уровнем опасности излучения.

Индивидуальные методы предохранения включают специальные комплекты одежды и очки с нанесенным покрытием от лазерного луча.

ВАЖНО! Своевременно обследование в больнице и соблюдение всех предписанных на производстве мер защиты – это лучшие профилактические методы защиты от волн.

В нашем быту наблюдается бесконтрольное применение самодельный лазерных приборов, установок, лазерных указок и светильников. Чтобы избежать неприятных последствий стоит четко соблюдать правила их использования:

только в местах, где нет посторонних людей можно «играться» лазерами;
большую опасность, чем прямой луч, несут отраженные от стекла или другого зеркального предмета световые волны;
даже самый «безобидный» луч с невысокой интенсивностью при попадании в подле зрения водителя, пилота или спортсмена может привести к трагическим последствиям;
лазерные приспособления нужно беречь от использования детьми и подростками;
при низком положении облаков можно направлять пучки света в небо, дабы избежать попадания света в воздушный транспорт;
категорически запрещено смотреть в объектив на источник света;
при ношении защитных очков важно контролировать степень их защиты от разных по длине лучей.

Современные квантовые генераторы и лазерные устройства, встречающиеся в быту – это реальная угроза для их обладателей и окружающих. Защитить себя или близких поможет лишь строгое соблюдение всех мер предосторожности. Только тогда можно насладиться поистине завораживающим зрелищем.

Лазерное излучение

Лазерное излучение: l = 0,2 - 1000 мкм.

Осн. источник - оптический квантовый генератор (лазер).Особенности лазерного излучения - монохроматичность; острая направленность пучка; когкрентность.Свойства лазерного излучения: высокая плотность энергии: 1010-1012 Дж/см2, высокая плотность мощности: 1020-1022 Вт/см2.

По виду излучение лазерное излучение подразд-ся:

Прямое излучение; рассеяное; зеркально-отраженное; диффузное.

Биологические действия лазерного излучения зависит от длины волны и интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на области:

Ультрафиолетовая 0.2-0.4 мкм

Видимая 0.4-0.75 мкм

Инфракрасная:

a) ближняя 0.75-1

b) дальняя свыше 1.0

Вредные воздействия лазерного излучения.

1)термические воздевия

2)энергетические воздействия (+ мощность)

3)фотохимические воздействия

4)механическое воздействие(колебания типа ультразвуковых в облученном организме)

5)электростри (деформация молекул в поле лазерного излучения)

6)образование в пределах клетках микроволнового электромагнитного поля

Влияние лазерного излучения на живые организмы, в том числе и организм человека, а также на окружающую среду, может быть как положительным, так и отрицательным.

Давайте сначала поговорим о положительном влиянии лазерного излучения.
На сегодняшний день во многих странах мира проходит активное внедрение лазерного излучения в практической медицине и в различных биологических исследованиях. Уникальные свойства лазерного луча позволяют использовать его в самых разнообразных областях: хирургии, терапии и медицинской диагностике. Опытным путем была доказана эффективность лазерного излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектров для применения на небольшой пораженный участок и для воздействия на организм в целом.

Влияние лазерного излучения низкой интенсивности приводит к значительному уменьшению острых воспалительных процессов, стимулирует восстановительные процессы в организме, нормализует микроциркуляцию тканей, повышает общий иммунитет и устойчивость организма к различным заболеваниям.
На сегодняшний день доказано, что для низкоинтенсивного излучения характерно явно выраженное терапевтическое воздействие.

Лазеротерапией называется способ лечения, который основывается на использовании световой энергии лазерного излучения в медицинских целях.
Положительное влияние лазерного излучения на суставы заключается в том, что наблюдается перестройка субхондральной костной пластинки, нормализуется кровообращение в эндоосте и хрящ перестраивается в фиброзноволокнистый.

При влиянии лазерного излучения на кровь наблюдается улучшение реологических показателей крови, нормализуется кислородное снабжение тканей, меньше проявляется ишемия в тканях организма, нормализуется уровень холестерина, триглицеридов, сахара, приостанавливается высвобождение различных медиаторов воспаления, повышается общий иммунитет организма.

Что касается отрицательного влияния лазерного излучения на организм человека, то тут страдают, прежде всего, глаза. Даже лазеры очень маленькой мощности, составляющей всего лишь несколько милливатт, могут причинить вред зрению. Для длин волн от 400 до 700 нм, которые являются видимыми, имеют высокую степень пропускания и могут фокусироваться хрусталиком, попадание лазерного излучения в глаз, даже на пару секунд, вызвать частичную, а в некоторых случаях и полную потерю зрения. Лазеры высокой мощности могут даже повреждать внешние кожные покровы.

Влияние лазерного излучения особенно опасно для тканей, поглощающая способность которых максимальна. Глаз является наиболее уязвимым органом в этом плане. Причиной этого является незащищенность роговицы и хрусталика глаза, а также умение оптической системы глаза значительно увеличивать мощность лазерного излучения ближнего инфракрасного и видимого диапазонов, расположенных на глазном дне.

При поражении глаза лазерным излучением возникает боль, спазм век, текут слезы, отекают веки и глазное яблоко. В отдельных случаях наблюдается помутнение сетчатки и кровоизлияние. Клетки сетчатки после подобного повреждения уже не восстанавливаются.

Наши лучшие специалисты подробно объяснят вам, как уберечься от отрицательного влияния лазерного излучения и получить максимальную пользу от положительного влияния лазерного излучения

Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности

В связи с широким применением лазерных источников излучения в научных исследованиях, промышленности, медицинский связи и др. возникает необходимость сохранения здоровья людей эксплуатирующих различные лазерные установки.

Лазер источник когерентного излучения, то есть согласованого во времени и пространстве движения фотонов в виде выделенного луча. Световая интенсивность лазерного луча в точке может быть больше, чем интенсивность Солнца. В соответствии с использованием различных материалов в качестве активной среды лазеры подразделяют на твердотелые, газовые, полупроводниковые, жидкостные на красителях, химические.

Действие излучения лазеров представляет опасность больше всего для органов зрения и кожного покрова. Характер воздействия на зрительный аппарат и степень поражающего действия лазера зависят от плотности энергии излучения, длины волны излучения (импульсное или непрерывное). Характер повреждения кожи зависит от цвета кожи, например пигментированная кожа значительно сильнее поглощает лазерное излучение, чем не пигментированная. Светлая кожа отражает до 40 % падающего на нее излучения. При действии лазерного излучения обнаружен ряд нежелательных изменений со стороны органов дыхания, пищеварения, сердечнососудистой и эндокринной систем. В некоторых случаях эти общие клинические симптомы носят довольно стойкий характер, являясь результатом влияния на нервную систему.

Рассмотрим действие наиболее биологически опасных спектральных диапазонов лазерного облучения. В инфракрасной области энергия наиболее «коротких» волн (0,7-1,3 мкм) может проникать на сравнительно большую глубину в кожу и прозрачные среды глаза. Глубина проникновения зависит от длины волны падающего излучения. Участок высокой прозрачности на длинах волн от 0,75 до 1,3 мкм имеет максимум прозрачности в районе 1,1 мкм. На этой длине волны 20 % энергии, падающей на поверхностный слой кожи, проникает в кожу на глубину до 5 мм. При этом в сильно пигментированной коже глубина проникновения может быть еще больше. И тем не менее кожа человека достаточно хорошо противодействует инфракрасному излучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру ткани вследствие испарения влаги с поверхности.

Значительно труднее от инфракрасного облучения защитить глаза, в них тепло практически не рассеивается, и хрусталик, фокусирующий излучение на сетчатке, усиливает эффект биологического воздействия. Все это заставляет при работе с лазерами особое внимание обращать на защиту глаз. Роговая оболочка глаза прозрачна для излучения в интервале длин волн 0,75-1,3 мкм и становится практически непрозрачной только для длин волн более 2 мкм.

Степень теплового поражения роговицы зависит от поглошенной дозы облучения, причем травмируется главным образом поверхностный, тонкий слой. Если в интервале волн 1,2-1,7 мкм величина энергии облучения превышает минимальную дозу облучения то может произойти полное разрушение защитного эпителиьного слоя. Ясно, что подобное перерождение тканей в области, положенной непосредственно за зрачком, серьезно сказываетл на состоянии органа зрения.

Радужная оболочка, отличающаяся высокой степенью пигментации, поглощает излучение практически всего инфракрасного диапазона. Особенно сильно подвержена она действию излучения длиной волны 0,8-1,3 мкм, поскольку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жидкостью передней камеры глаза.

Минимальной величиной плотности энергии облучения в интервале волн 0,8-1,1 мкм, способной вызвать поражение радужной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение росовой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а поэтому оно наиболее опасно.

Поглощение средами глаза энергии излучения в инфракрасной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличением длины волны. При длинах волн 1,4-1,9 мкм роговица и передняя камера глаза поглощают практически все падающее излучение, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единственным поглотителем энергии излучения.

Развитие лазерной техники заставило начать проводить исследования по определению предельно допустимых уровней облучения лазера.
Воздействие лазерного излучения на кожу человека является в основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной дозы для кожи рекомендуется считать плотность мощности 100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен. Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни лазерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выходными параметрами, значительно отличающимися от параметров природных источников света, создает опасность для органа зрения человека.

При оценке допустимых уровней лазерной энергии необходимо учитывать суммарный эффект, производимый на прозрачные среды глаза, сетчатку и сосудистую оболочку. Оценим действие лазерного излучения на сетчатую оболочку глаза.

Размер зрачка в значительной мере определяет количество энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, достигающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете - 2-3 мм, при взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площади зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето» поток в 15-25 раз меньше, чем зрачок расширенный. Площадь изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто ника. Для большинства неточечных источников размер изображения на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики зная эффективное фокусное расстояние нормального расслабленного глаза, можно найти размер изображения источника лазерного излучения на сетчатке в том случае, если известны расстояние до источника и линейный размер источника излучения.

Все наши излучатели (лазерные трубки со2) проходят тестирование американским контрольным прибором Synrad Laser Wizard.

В лазерных станках производства Китая, CO2 излучатель (газовая трубка, (отпаянный co2 лазер) является расходным элементом, в отличии перезаправляемых CO2 излучателей европейских и американских производителей, стоимость излучателя ниже, чем процедура перезаправки. Но главным плюсом является скорость восстановление работоспособности оборудования. Если для перезаправки лазера, Вам потребуется неделя, то процедура замены китайского лазерного излучателя займет у вас 10-20 минут.

На странице: 15 25 50 75 100

По умолчанию Наименование (А -> Я) Наименование (Я -> А) Цена (по возрастанию) Цена (по убыванию) Рейтинг (по убыванию) Рейтинг (по возрастанию) Модель (А -> Я) Модель (Я -> А)

Лазерные излучатели Reci (лазерные трубки RECI) отличаются от стандартных излучателей увеличенным сроком службы. Не смотря на несколько большую цену, экономически они более выгодны при пересчете соотношения время работы/цена. Для установки в станки оборудованные под обычные лазерные излучатели, н..

Самые распространенные, недорогие лазерные излучатели СО2. Несмотря на стоимость, показали себя как надежное решение для большинства задач, связанных с лазерной резкой и гравировкой. Мы поставляем только высококачественные излучатели, с обязательной проверкой перед продажей, специальным прибором..

Чтобы было понятно, что там внутри и зачем оно вообще там нужно, хотелось бы начать с краткого описания того как лазеры работают вообще. Итак:

Теория (скучная)

Лазер это гениально простое для понимания принципа его функционирования устройство. В то же время, для того, чтобы лазер заработал, нужно учесть кучу нюансов, что открывает огромный простор для творчества инженеров. Это как с атомной бомбой: вот есть два куска урана по половине критической массы, складываем их – ан нет, не взрывается что-то, только на сапоги стекает.

Все мы знаем, что если атому или молекуле вещества сообщить некоторую энергию, то через какое-то время этот атом/молекула от нее избавится – возможно даже, испустив квант излучения (если не столкнется с каким-нибудь другим атомом раньше). Это спонтанное излучение, и так работает лампочка: спираль нагревается электрическим током, тепловая энергия атомов (и вольфрама и всех примесей) переходит в энергию излучения. При этом спектр такого излучения примерно соответствует спектру абсолютно черного тела и представляет собой кучу разных длин волн с характерным пиком интенсивности для данной температуры.

В то же время, если по возбужденному атому ударить фотоном определенной частоты, не дожидаясь, пока атом скатится на нижний энергетический уровень сам, то в результате поглощения такого фотона атом снизит свою энергию на энергию фотона и выпустит два совершенно одинаковых фотона, идентичных тому, что прилетел. Идентичных абсолютно: по направлению, по фазе, по поляризации, и, конечно по энергии, т.е. длине волны. Это вынужденное излучение.

Если у нас много одинаковых возбужденных атомов, то велика вероятность, что «раздвоившийся» фотон ударит по такому атому, раздвоится снова и т.д., пока не кончатся возбужденные атомы в направлении распространения волны. Таким образом, всего один влетевший в пространство с нашими возбужденными атомами фотон правильной длины волны размножается многократно – усиливается, а атомы теряют энергию. Отсюда понятно, что для того, чтобы лазер работал непрерывно, излучившим атомам непрерывно же нужно сообщать энергию, переводящую их обратно на верхний энергетический уровень – «накачивать». Причем, для успешного усиления атомов на верхнем энергетическом уровне должно быть больше, чем на нижнем, это состояние вещества называется «инверсная населенность». Одного прохода усиленного пучка квантов через рабочее тело обычно недостаточно, поэтому его помещают в резонатор – два зеркала, одно из которых отражает излучение полностью, а второе – частично выпускает наружу усиленный пучок.

Атомы, о которых пойдет речь в контексте данного лазера – это ионы неодима, которые находятся в узлах решетки кристалла ванадата иттрия. Если бы они просто болтались в вакууме и находились в форме газа, то лазер был бы газовый, а поскольку они «закреплены» в кристалле, то лазер получается твердотельный. Кристалл подбирается такой, чтобы он был прозрачным для нужных нам длин волн, крепким механически, и подходил по ряду других параметров, которые для понимания работы не критичны. Собственно, кристалл ванадата иттрия YVO 4 с примесью (иначе говоря – легированием) неодимом Nd и называется рабочим телом лазера, а полностью формула записывается как Nd:YVO 4 . Тут важно понимать, что главное у нас здесь – именно неодим, а кристаллов с подходящими параметрами для легирования существует множество: Nd:Y 3 Al 5 O 12 (или короче Nd:YAG), Nd:YAlO 3 и др. У всех есть нюансы, но суть одна.

В примере вынужденного излучения у нашего атома было всего два энергетических уровня – верхний и нижний, но реальность выглядит более сурово:

Здесь мы видим «интересные» с точки зрения излучения и поглощения энергетические уровни иона неодима в кристалле аллюмо-иттриевого граната. Следует понимать, что ион неодима (как и любой квантовый объект) может поглотить только кванты определенных длин волн – энергия которых соответствует разности энергий его уровней. Это синие стрелки.

Хотя энергетически гораздо более выгодно накачивать кристалл длиной волны 869nm, мощных и дешевых источников такой длины волны нет. Поэтому используются лазерные диоды, излучающие 808nm (зато интенсивно), которые загоняют ионы на уровень выше, чем нужно. Через небольшое время происходит безызлучательный переход на уровень 4 F 3/2 . Это т.н. метастабильный энергетический уровень. «Метастабильный» означает, что на этом уровне ион остается относительно долгое время, не сбрасывая энергию, но в то же время, этот уровень и не основной (не с минимальной энергией). Это важно, поскольку в этом состоянии ион неодима должен «дождаться» своего кванта, который и будет усилен с переходом на более низкий уровень.

Возбужденный ион неодима может излучить квант с одой из четырех длин волн, пригодных к дальнейшему усилению (красные стрелки). Причем, хотя наибольшая вероятность излучения – на длине волны 1064nm, остальные переходы также возможны. С ними борются, применяя дихроичные зеркала резонатора, которые отражают только волны длиной 1064nm, а остальные – выпускают наружу, не давая усилиться в резонаторе. Таким образом можно выбрать одну или несколько из возможных частот излучения лазера просто заменяя зеркала.

Итак, накачивая лазерным диодом наш кристалл, помещенный в резонатор, мы получаем лазерное излучение с длиной волны 1064nm. Стоит отметить, что накачивать неодим можно не только лазерным диодом, но и лампами-вспышками и другими источниками излучения, у которых в спектре есть нужные длины волн, т.е. именно лазер как источник накачки тут не обязателен. Просто лазерный диод очень эффективен в плане преобразования электрической энергии в излучение одной нужной нам частоты (КПД достигает более 50%), а то, что его излучение имеет поляризацию и когерентность – это положительные, но не обязательные качества.

ИК-излучение 1064nm превращается в зеленое 532nm в процессе, называемом «генерация второй гармоники» (SHG). Боюсь, у меня не получится доступно объяснить суть этого процесса не увеличивая объем статьи вдвое, поэтому примем просто, что нелинейный кристалл, в котором это происходит, является черным ящиком, который получает на вход два кванта, а на выходе выдает один, но удвоенной частоты. Причем эффективность этого процесса зависит от амплитуды соответствующей кванту волны (в этом и есть его нелинейность), поэтому смотря через кристалл на окружающий мир, мы не увидим никаких сдвигов цвета – интенсивность света слишком мала. А вот при лазерных плотностях энергии эти эффекты проявляются во всей красе.

Так же как и с рабочим телом, существует множество нелинейных кристаллов: KTP (титанил-фосфат калия, KTiOPO 4), LBO (триборат лития, LiB 3 O 5) и множество других – все со своими плюсами и минусами. В непрерывных (CW) лазерах нелинейный кристалл помещают внутрь резонатора, чтобы добиться большей поляризации диэлектрика за счет многократного прохождения ИК-пучка через кристалл и тем самым повышая эффективность генерации второй гармоники. Лазеры такой конструкции называются лазерами с внутрирезонаторным удвоением частоты (intracavity second harmonic generation). В импульсных лазерах этим не заморачиваются – плотности энергии в импульсе и так достаточно чтобы еще усложнять резонатор.

Все DPSS лазеры средней мощности строятся по приблизительно одной оптической схеме:

LD – диод накачки, F – фокусирующая линза, HR – входное зеркало (пропускает 808nm и отражает 1064nm), Nd:Cr – кристалл, легированный неодимом (на его правую по схеме поверхность напылено отражающее покрытие для 532nm), KTP – нелинейный кристалл, OC – выходное зеркало (отражает 1064nm и пропускает все остальное).

Зеркала HR и OC образуют полусферический резонатор Фабри-Перо. Зеркало HR обычно напылено на кристалл рабочего тела, его стараются сделать с максимальной отражающей способностью для длины волны, генерируемой лазером. Отражающую способность зеркала OC выбирают так, чтобы максимизировать КПД лазера: чем выше коэффициент усиления среды (т.е. чем меньше проходов по кристаллу с неодимом нужно сделать пучку чтобы достаточно усилиться), тем больше коэффициент пропускания.

Как видно из схемы, единственным элементом, который задерживает излучение 808nm от лазерного диода, является кристалл рабочего тела. Все, что он не смог поглотить, проходит через зеркала в выходную апертуру. Поэтому после зеркала OC обычно ставят дихроичный фильтр, отражающий непоглощенное излучение накачки.

Теперь, зная основные теоретические принципы работы лазера и основы его конструкции, можно переходить к следующей части.

Практика

Откручиваем нижнюю панель и получаем доступ к четырем винтам, крепящим верхнюю крышку:

Аккуратно снимаем крышку, смещая ее вперед, чтобы не задеть линзу объектива:

Сам лазер занимает относительно небольшой объем излучателя. Видно два юстируемых держателя оптики – это хороший признак: значит, во-первых есть что юстировать, и во-вторых, значит, что лазер сделан не на «склейке» рабочего тела и нелинейного кристалла. Склейка непригодна для извлечения больших мощностей и не поддается юстировке.

Все щели тщательно замазаны силиконовым гелем, который исключает доступ пыли и влаги в резонатор. По паре юстировочных винтов расположено по центру на верхней части и сбоку от каждого из держателей. Основание лазера крепится к радиатору всего двумя винтами, которые прижимают его к термоэлементу. Таким образом, передний край платформы просто висит над радиатором, что внушает сомнения в общей жесткости конструкции.

Свободного места между оптическими элементами нет: моя идея поставить в резонатор модовую диафрагму и ИК-фильтр перед объективом оказалась обречена на провал. Об эталонах частоты и других оптических элементах, конечно, и речи быть не может; конструкция лазера не подразумевает модификации.

Снимаем вентилятор, чтобы получить доступ к лазерному диоду

Снимаем объектив и оба держателя:

Открывается вид на кристалл ванадата иттрия размером 5x5x3 мм, который может выдержать до 15 Вт накачки и выдать до порядка 6 Вт излучения на длине волны 1064nm. Доля примеси неодима составляет скорее всего около 1 атомного процента. На эту сторону нанесено просветляющее покрытие для 1064nm и отражающее для 532nm.

Теперь посмотрим на элементы в юстируемых держателях

Держатели выполнены из дюраля, позволяют производить юстировку в горизонтальной плоскости боковыми винтами и в вертикальной – верхними. Юстировку предполагается выполнять так: отпустить оба винта для одной оси, потом найти нужное положение держателя одним из винтов и зафиксировать его вторым винтом. Винты – самые обычные китайские M3, не микрометрические или точные.

Кристалл KTP имеет размеры 3x3x7 мм, и теоретически может «обслужить» гораздо большую мощность – до порядка 20 Вт @ 532nm. На его торцы нанесено просветляющее покрытие для волн длиной 532 и 1064nm, коэффициент отражения которого составляет менее 0.5%. Для юстировки кристалла неплохо было бы иметь и третью степень свободы – вращение вдоль оси резонатора, но тут изготовители положились на точность огранки и вклеивания.

В выходной держатель вклеено дихроичное вогнутое зеркало (на глаз вогнутости не видно): оно пропускает свет на длине волны 532nm и отражает 1064nm. При этом значительная часть излучения 808nm тоже проходит его насквозь.

Снимаем лазерный диод

Диод в корпусе F-mount закреплен на массивном латунном основании с нанесенной на него термопастой. В этом типе корпусов предусмотрено отверстие для установки терморезистора, контролирующего температуру диода; терморезистор присутствует на штатном месте. Произведён диод компанией Focuslight; т.к. кроме серийного номера, другой маркировки на нем нет, его мощность, скорее всего, составляет 5 Вт – это самая низкая мощность для диодов в таком корпусе, и логично предположить, что ничего мощнее и дороже китайцы туда ставить не станут. Исходя из даташита на этот тип диода, максимальный ток составляет 5.5A, т.е. без превышения допустимых величин установленный на заводе ток можно увеличить на 200 мА, что должно добавить еще порядка 50 мВт выходной мощности. Диод легко можно заменить на 10-ваттный, благо остальные компоненты позволяют, и получить на выходе более 3 Вт зеленого пучка (о его качестве, стабильности и модовом составе судить не берусь).

Крепление диода позволяет вращать его вдоль оси резонатора, чтобы подобрать оптимальную поляризацию накачивающего излучения.

Вид на рабочее тело с дугой стороны

На эту сторону кристалла нанесено просветляющее покрытие для 808nm и отражающее более 99.5% для 1064nm, которое образует плоское зеркало резонатора.

Как видим, никакой фокусирующей оптики между диодом и кристаллом нет: это снижает эффективность накачки.

Откручиваем основание лазера от радиатора

Под основанием находится распространенный элемент Пельтье марки TEC1-12706. Его характеристики: питание до 15В, ток до 6А, отводимая мощность до 50Вт при температуре горячей поверхности 60°C; размеры 40x40x4 мм. Под выходным держателем оптики проделано отверстие – вероятно, для нагревающего элемента при другой компоновке: в этом держателе крепился бы нелинейный кристалл, в предыдущем – фокусирующая оптика, а выходное зеркало крепилось бы отдельно (заодно это бы частично решило бы проблему с температурным расширением основания). Но это только мое предположение.

Собираем все обратно

Стоит ли говорить, что после сборки лазер не заработал? Однако я довольно-таки быстро поймал генерацию, играя юстировками выходного зеркала. Дальнейшая настройка зеркала не составила труда. С юстировкой же кристалла KTP все оказалось гораздо сложнее: честно говоря, я не представляю, как это делали китайцы, крутя отверткой филипсовские винты. Поэтому все юстировочные винты я заменил на болты под шестигранник, что дало возможность производить более точную юстировку ключом, при этом не давя на крепления.

И даже несмотря на это, точный критический угол KTP мне зафиксировать не удалось: все равно мощность пучка заметно скачет даже при простом надавливании пальцем и даже сама по себе. Тут нужно отметить, что генерация была в очень широких пределах юстировки кристалла, но в некоторых положениях мощность скачкообразно росла и так же скачкообразно падала при малейших внешних возмущениях. В итоге, вспоминая байку про лаборанта, колотившего пассатижами по корпусу лазера, чтобы вернуть на место люфтящее зеркало, мне удалось достичь стабильной мощности порядка 1650 мВт, то есть потеря составила порядка 200 мВт.

Теперь становится понятно, почему у этих лазеров такой большой разброс по мощности: возможно, что 1.8 Вт сделались возможными только благодаря счастливому удару при транспортировке, а с завода лазер выходил совсем с другой мощностью. К сожалению, никакого бланка об испытаниях к лазеру приложено не было.

Заключение

На кристаллах в лазере не сэкономили: они допускают гораздо большие мощности накачки. Предполагаю, что это сделано для унификации, и трехваттый лазер отличается от одноваттного только мощностью лазерного диода, блоком питания и в три раза большей ценой. Жесткость и точность механики оставляют желать лучшего – видно желание сделать недорого, но хотя бы конструкция ремонтопригодна. Заявленная долговечность конструкции, похоже, определяется в основном долговечностью лазерного диода (а найти ее в документации не удалось) и чистотой сборочного помещения – при разборке лазера никаких загрязнений на оптике я не увидел.

И подводя итог, хочу ответить на основной вопрос к первой части статьи, который возник у многих – «Зачем этот лазер вообще такой нужен?» Исходя из его мощности, недостаточной для эффективной накачки титан-сапфира и красителей, модового состава и стабильности, которые тоже так себе, основная сфера его применения – OEM компонент для лазерных проекторов. Его также можно использовать в целях подсветки: для регистрации люминесценции, в конфокальной микроскопии и т.п. областях где требуется высокая мощность подсветки при относительно стабильной частоте.

Лазерное излучение представляет собой электромагнитные колебания (электромагнитные волны) оптического диапазона, источником которых являются оптические квантовые генераторы (ОКГ) - лазеры.

В них используются способы усиления и генерирования электромагнитных колебаний, основанные на принципе индуцирования излучения в атомах и молекулах активной среды (например, смеси газов гелия и неона, помещенной в специальное устройство -зеркальный резонатор).

С принципами генерации лазерного излучения связаны его основные свойства: монохроматичность (излучение лазером электромагнитных колебаний практически одной длины волны); когерентность (упорядоченность распределения фазы лазерного излучения как во времени, так и в пространстве); поляризация (упорядоченность в ориентации векторов напряженности электрических и магнитных полей световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу); направленность (малая расходимость лазерного излучения).

Совокупность этих свойств обусловливает технические преимущества лазерного излучения: возможность локального равномерного облучения в широком диапазоне интенсивности светового потока; более высокая точность дозирования (по сравнению с традиционно применяемыми в физиотерапии источниками света); использование волоконной оптики и специализированного световодного инструмента для подведения энергии лазерного излучения к патологическим очагам при их внутриполостной локализации.

Лазерное излучение проникает в ткани организма на глубину от 1-20 мкм (УФ-диапазон) до 2-3 мм (красный диапазон) и до 50-70 мм (ближний ИК-диапазон спектра длин волн). При поглощении энергии лазерного излучения, наряду с местной реакцией облученных поверхностных тканей (расширение сосудов микроциркуляторного русла, фазовые изменения локального кровотока и др.), формируются рефлекторные реакции (внутренних органов и окружающих зону воздействия тканей), а также генерализованные реакции целостного организма (активация желез внутренней секреции, гуморального иммунитета, репаративных процессов в нервной, мышечной и костной тканях и др.).

Аппараты. Для физиотерапевтических целей используют различные лазерные аппараты на основе газовых (гелий-неоновых) лазеров типа «ЛГН-207», «ЛГН-208», «ЛГ-75» или полупроводниковых (арсенид-галлиевых) лазеров типа «ЛПИ-101(102)», «ИЛПН-108» и др.

Эти аппараты обеспечивают генерацию лазерного излучения красного (0,63 мкм) и ближнего ИК-диапазона (0,8-1,3 мкм) спектра длин волн в непрерывном (прерывистом) и в импульсном режимах. Отечественная промышленность выпускает более 50 наименований лазерных физиотерапевтических аппаратов и установок, типичными представителями каждой разновидности которых являются следующие.

Аппарат «Мустанг»

Аппарат «Мустанг» (модели 016, 017, 022) представляет собой (рис. 344) портативное устройство, состоящее из базового блока (питания и управления) и сменных выносных излучателей, генерирующих лазерное излучение в импульсном и непрерывном режимах.

Импульсная мощность излучения 0,89 мкм-5-80 Вт; максимальная мощность непрерывного излучения 0,83 мкм - 30 мВт; непрерывного излучения 0,63-0,67 мкм - 4-12 мВт. На передней панели аппарата базового блока расположены органы управления: кнопка «Сеть», кнопки «Частота», «Время», ручка «Мощность», окно фотоприемника и индикатор излучения.

Рис. 344. Схема панели управления аппарата «Мустанг»: 1 - выключатель питания, 2 - кнопки задания частоты повторения импульсов, 3 - кнопки задания времени экспозиции, 4 - ручка регулировки мощности, 5 - кнопка «Пуск», 6 - окно фотоприемника, 7 - индикатор мощности, 8 - кнопка включения биорежима, 9 - светодиод «Пульс» 10 - светодиод «Дыхание»

Включение аппарата. 1. Подключить одну или две излучающие головки (выносные излучатели) к разъему на задней панели базового блока. 2. Включить сетевую вилку в сетевую розетку. 3. Включить на панели аппарата кнопку «Сеть», при этом загораются светодиоды «Частота», «Время».

4. Убедиться в исправности аппарата, для чего поднести излучатель к окну фотоприемника, перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Пуск», при этом загорается светодиод «Раб.» и линейка светодиодов индикатора (в некоторых моделях - цифровое значение импульсной мощности).

5. Вращая ручку «Мощность» вправо, убедиться в возможности настройки аппарата на необходимую импульсную мощность излучения, после чего выключить излучение повторным нажатием кнопки «Пуск». 6. При подготовке лечебной процедуры по пп. 4 и 5 с помощью ручки «Мощность» (по индикатору мощности) установить нужную импульсную мощность излучения, затем при выключенном излучении нажатием кнопок «Частота» и «Время» задать необходимую частоту следования импульсов и время процедуры. 7. Для осуществления лазерного воздействия нажать кнопку «Пуск».

Выключение аппарата. 1 . Лазерное излучение прекращается автоматически по прошествии заданного времени процедуры. При работе аппарата без таймера (т. с. при нажатой кнопке «Н») излучение выключают повторным нажатием кнопки «Пуск». 2. Для выключения аппарата нажать кнопку «Сеть» и вынуть вилку сетевого шнура из сетевой розетки.

Магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат

Магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат (сокр. «МИЛТА-Ф-01») предназначен для лечения заболеваний широкого профиля путем сочетанного или раздельного воздействия на пораженные области постоянным магнитным полем, импульсным лазерным и непрерывным светодиодным излучением ифракрасного диапазона, а также для диагностики патологического процесса сравнением уровней сигналов, отраженных от контрлатеральных областей больного.

Одним из существенных преимуществ аппарата по сравнению с аналогами является то, что он имеет фоторегистратор. Последний даст возможность уточнить дозу облучения больного в зависимости от тяжести заболевания и скоррегировать ее в ходе лечения.

Магнитная индукция на оси магнита колеблется от 20 до 80 мТл. Максимальная суммарная мощность излучения светодиодов на выходе терминала равна не мене 120 мВт, максимальная плотность мощности - не менее 22 мВт/см2. Средняя мощность излучения лазера на выходе терминала составляет не менее 2 мВт при частоте повторения 5 кГц, максимальное значение средней плотности мощности - не менее 0,4 мВт/см2.

Аппарат обеспечивает световую индикацию включения, контроль частоты повторения лазерных импульсов при внутреннем запуске лазера, цикла работы лазера, светоцифровую индикацию отраженного излучения светодиодов.

На корпусе аппарата размещены кнопки: «Сеть», «Частота», «Таймер», «Пуск» и «Стоп». Сам аппарат выполнен в виде настольной конструкции, включающей пульт питания (1), терминал (2), неразъемный электрошнур (3), сетевой кабель с вилкой (4). Общий вид аппарата представлен на рис. 345. На лицевой стороне аппарата расположены: кнопка включения (5), индикаторный диод включения (6), кнопка переключения режимов работы (7), индикаторные диоды режимов работы (8), индикаторные диоды частоты лазерного излучения (9), цифровое табло (10), кнопки установки параметров (11), корпус терминала (12), гайка терминала (13), кнопка «Пуск» («Ray») (14), дно ложа терминала (15).

Рис. 345. Схематическое изображение магнито-инфракрасно-лазерного аппарата «Милта-Ф-01» (объяснение в тексте)
Рис. 346. Схема терминала аппарата «МИЛТА-Ф-01» (объяснение в тексте)

Терминал представляет выносную часть аппарата, посредством которой осуществляется запуск лазера и светодиодов. Им обеспечивается непосредственное воздействие на больного. Терминал (рис. 346) включает корпус (1), неразъемный электрошнур (2), постоянный кольцевой магнит (3), гайку терминала (4), кнопку «Пуск» (5), индикаторный диод включения лазера (6).

Дно ложа терминала является диффузным отражателем для ИК-излучения. Встроенный фоторегистратор обеспечивает светоцифровую индикацию облучения больного непрерывным излучением свстодиодов и выдаст цифровые данные о мощности излучения.

В аппарате предусмотрена звуковая, световая и светоцифровая индикация. Индикаторный светодиод указывает на работу лазера; цифры на табло (10) говорят о работе четырех светодиодов в непрерывном режиме излучения. Восемь зеленых индикаторных диодов указывают на выбранную частоту повторения импульсов излучения.

Звуковой сигнал возникает при нажатии кнопки (5) и длится ис менее 0,5 с. При этом зажигаются все индикаторные светодиоды. Прекращение звука говорит о готовности аппарата к работе. Длительность экспозиции устанавливается кнопками (11) в режиме «Время» по показаниям цифрового табло.

Принцип лечебной работы аппарата основан на сочетанном и раздельном воздействии на больного постоянным магнитным полем, импульсным лазерным и непрерывным светодиодным излучениями ближнего ИК-диапазона оптического центра. При этом фоторегистратор позволяет фиксировать наличие и уровень отраженного излучения от тела больного или от дна ложа терминала.

Для лечения определенных заболевании к аппарату придаются различные насадки. Для лечения болезней шейки матки «МИЛТЛ-Ф» имеет насадку № 1, влагалища - № 2, заболевания влагалища и прямой кишки - № 3, ЛОР-болезней - № 4, стоматологических заболеваний - № 5, для рефлексотерапии аппарат имеет насадку № 6.

Перед началом работы аппарат следует проверить на: 1. исправность сетевого шнура и кабеля терминала, 2. целостность терминала, 3. наличие звуковой сигнализации при включении в есть и по окончании работы лазера, 4. свечение индикатора, 5. наличие свечения цифровых индикаторов и светоиндикаторов на блоке питания. При работе с лазером следует руководствоваться приказом Минздрава РФ от 14.03.96 г. № 90 и ГОСТ 12.4.026-76.

Аппарат «Мулат»

Аппарат «Мулат» предназначен для нсинвазивного и внутрисосудистого облучения крови лазерным излучением красного диапазона длин волн (рис. 347).

Рис. 347. Общий вид аппарата «Мулат»: 1 - базовый блок, 2 - оптический выход лазерного излучателя, 3 - кнопка выбора внутреннего (внешнего) фотоприемника, 4 - окно внешнего фотоприемника, 5 - кнопка «Вкл./Выкл.», 6 - индикатор мощности излучения, 8 - кнопка «Пуск», 9 - ручка регулировки мощности излучения, 10 - магистральный световод

Источником излучения 0,63 мкм является полупроводниковый лазер с мощностью излучения на оптическом выходе лазера не менее 4 мВт. На передней панели базового блока расположены органы управления: кнопка «Вкл./ Выкл.», индикатор мощности излучения, кнопки задания времени процедуры «Время», кнопка «Пуск», ручка регулировки мощности излучения «Мощность», кнопка выбора внутреннего (внешнего) фотоприемника «Фотопр.», окно внешнего фотоприемника. Для осуществления наружных и внутрисосудистых облучений к оптическому выходу лазерного излучателя подключается магистральный световод.

Включение аппарата. 1. Включить вилку сетевого шнура в сетевую розетку, затем перевести кнопку сетевого выключателя в положение «Вкл.», при этом загораются светодиоды «Внутр.» 5 мин; на индикаторе мощности излучения высвечивается 0,0 мВт. 2. Перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Пуск», при этом раздастся звуковой сигнал и загорается светодиод «Раб.».

3. Вращать ручку «Мощность» вправо, при этом индикатор мощности излучения показывает соответствующее значение этого параметра на оптическом выходе лазера. 4. Перевести ручку «Мощность» в крайнее левое положение и нажать кнопку «Фотопр.», при этом загорается евстодиод «Внешн.».

5. Поднести выход магистрального евстодиода вплотную к окну внешнего фото-приемника, затем вращать ручку «Мощность» вправо, при этом индикатор мощности показывает соответствующее значение этого параметра на выходе магистрального световода - аппарат исправен. 6. Выключить излучение повторным нажатием кнопки «Пуск», при этом раздастся звуковой сигнал.

7. При подготовке лечебной процедуры по пп. 2-5 с помощью ручки «Мощность» (по индикатору мощности) установить нужную выходную мощность лазерного излучения. 8. Нажатием кнопки «Время» задать необходимую продолжительность процедуры. 9. Для осуществления лазерного воздействия нажать кнопку «Пуск».

Выключение аппарата. 1. Лазерное излучение прекращается автоматически по истечении заданного времени процедуры. При необходимости излучение можно выключить в процессе процедуры повторным нажатием кнопки «Пуск». При этом раздастся звуковой сигнал. 2. Перевести кнопку сетевого выключателя в положение «Выкл.» и вынуть вилку сетевого шнура из сетевой розетки.

Боголюбов В.М., Васильева М.Ф., Воробьев М.Г.