Лазер сәулесінің қасиеттері

әл- Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті Биология және биотехнология факультеті

Лазер және оның түрлері

Жоспар:

Лазерге жалпы сипаттама.

Кіші және үлкен қарқындылықтағы лазер сәулесі.

Лазердің түрлері.

Лазердің қолданыу саласы.

Лазер

Лазер - атомдар мен молекулалардың еріксіз сәуле шығаруына негізделген электромагниттік сәуле.

"Лазер" сөзі ағылшының "Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation" деген сөздерінің бас әріптеріннен кұралған.

Жарықтыеріксіз сэуле шығару арқылы күшейту деген мағынаны білдіреді.

1960 жылыТ. Мейман (АҚШ) алғаш рубиндік лазер жасады.

Лазердің жасалуы физика мен техникадағы кванттық электроника деп аталатын жаңа бағыттың дамуына себепші болды

Лазер сәулесі бұл-оптикалдық диапозонында когеренттілік, монохроматтылық, поляризацияланған және де қуаттылыққа ие электромагниттік сәулелену болып табылады.

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесі

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесі-ұзақ жылдар бойы дерматология, косметологияда сәтті қолданылып келеді.

40 жылдан астам уақытта көбінесе тері ауруымен ауратын науқастарға қызмет көрсетіп келеді.

Зерттеу барысында кіші қарқындылықтағы лазер сәулесі тек тері қабаттарыа емес, организмге толығымен әсер етеді.

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесін физиотерапевтикалық мақсатпен қолдану-ауруларға жақсы көрсеткішті көрсетті, яғни жүрек-қантамырлар мен адаптациялық жүйе тарапынан паталогиялық өзгерістің болмау есебінен.

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің әсер етуінің биофизикалық механизмдерінің биологиялық тканьдерге және оның диагностикасымен күйіне әсері-актуалды проблема болып табылады.

Қатерлі ісік ауруының диагностикасымен емдеу жолдары қазіргі кезде медицинадағы актуалды проблема.

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің ықпалымен тканьдегі көмірқышқыл мөлшері артады.

Сонымен қатар қанайналу жүйесі күшейеді, капиллярдың қызметі артады.

Нәтижесінде, көмірқышқыл мөлшері шамадан тыс артып кетеді.

Негізінен белсенді көмірқыш мөлшерінің арту метаболизмі-клеткадағы энергетикалық және пластикалық процестерде күшейтеді.

Органның қайта

қалпына келуі

Лазер арқылы фитоэкстракттарды

енгізу және өздігінен реттелудің

қалпына келуі

Қанайналым мен

иннервацияның

қалпына келуі

Әсер ету механизмі.

Негізінен биологиялық тканьдерге әсер етуі биохимиялық реакция активациясына байланысты. Мұның әсерінен биолгиялық такньдегі атом және молекулалар қозғыш күйге ауысады екен. Сонымен қатыр физикалық, физика-химиялық әрекеттерге белсенді қатысады.

Фотоакцептор ретінде негізінен көптеген күрделі органикалық молекулалар, атап айтқанда:

Жай неорганикалық молекулалалар

2 окси көміртек

Су

Көмір-қышқыл

Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесімен әсер еткенде, яғни:

1. Теріге

2. Теріасты май клеткаларына

3. Бұлшықеттегі майларға

Мына өзгерістерді байқаймыз:

RF қосполярлы методикасы

Активті электродтар

Терідегі радиожиіліктердің

таралуы

Лазерлік сәулелену = 0, 2-1000 мкм.

Негізгі көзі - оптикалық квантты генератор (лазер) .

Лазерлік сәулеленудің қасиеттері:

- энергияның жоғары тығыздығы: 1010-1012 Дж/см2;

- қуаттың жоғары тығыздығы: 1020-1022 Вт/см2.

Лазерлік сәулеленудің биологиялық әсері толқанның ұзындығы мен сәулелену қарқындылығынан тәуелді, сондықтан толқындар ұзындығының бүкіл диапазоның келесідей облыстарға бөлуге болады:

- ультракүлгін 0, 2-0, 4 мкм;

- көрінетін 0, 4-0, 75 мкм;

- инфрақызыл:

а) жақын 0, 75-1;

б) қашығырағы 1, 0 астам.

Қауіптілік бойынша дәрежелер:

1) І класс. Бірінші класстағы лазерлерге шығарылатын сәулелері көз бен теріге қауіпті болмайтын лазерлер жатады;

2) ІІ класс. Екінші класстағы лазерлерге қолданылуы тек қана тікелей және айналы-шағылысқан сәулелердің көзге әсерімен байланысты болатын лазерлерді жатқызамыз;

3) ІІІ класс. Лазерлердің бұл түрі көздің диффузды шағылыстыру бетінен 10 см қашықтықта көзге тікелей, айналы және диффузды шағылысу қауіпінің әсерімен, сонымен қатар теріге тікелей және айналы шағылысқан сәулеленумен сипатталады;

4) IV класс. Лазерлер диффузды шағылыстыру бетінен 10 см қашықтықта теріге әсерінің қауіптілігімен сипатталады.

Лазерлік сәулеленудің зиянды әсері:

1) термиялық әсері;

2) энергетикалық әсері (+ мощность) ;

3) фотохимиялық әсері;

4) механикалық әсері (сәулеленген организмдегі ультрадыбыс түріндегі тербелістер) ;

5) электрострикция (лазерлік сәулелену өрісіндегі молекулардың деформациясы) ;

6) электромагниттік өрістің микротолқындық клеткалары шегінде пайда болу.

Үлкен қуаттылығы бар лазер сәулелері

Өткен ғасырдың жылдарынан бастап қазіргі күнге дейін лазер сәулелерін және лазрелерді медициналық және хирургиялық практикада қолданылу аясы кеңейді. Лазерлік аппараттың эффективтілігі оның толқын ұзындығына, қарқындылығына, сәулеленуіне байланысты.

Хирургияда үлкен қуарттағы лазер сәулесін қолдану

Хирургиялық опреацияларды жүргізуге негізгі әдіс болып табылады. Қатты концентрленген жарық энергиясының ұлпаға әсерінен қатты жылынуынан және келесі клектааралық сұйықтықтың тығыздауына әкеледі. Аз жылынудан ұлпаның құрылымына зиян келеді. Толқын ұзындығы өскен сайын ену тереңдігі де өсе түседі. Ұзындықтарына байланысты және енуіне байланысты лазер сәуелесін

Коагуляттайтын 1-5-Вт

Терең ендіріп кеспейтін, бірақ буландыратын 5-20Вт

Тереі ендіріп кесетін 20-100Вт

Жоғары қарқындылықтғы лазер сәуелесін қолданғанда ұлпаның температурасы лазермен байланысқа түскен жерінде тез көтеріледі. Бұл кері нәтижеге алып келеді, (40-53С) темератураның одан ары қарай көтерілуі белоктың денатурациясын алып келеді. Температураның 63-100С көтерілуі коагуляцияға, ал 100С көтерілуі биоұлпаның булануына әкеледі.

Лазер сәуелесінің биологиялық ұлапамен байланысуына байланысты 3 түрлі фотобиологиялық эффекттерді бөліп көрсетеді:

1. Фотодеструктивті әсері, жарықтың жылу, гидродинамикалық, фотохимиялық эффекттер ұлпаның дестукциясына әкеледі. Мұндай лазерлік түрді хирургияда қолданады.

2. Фотофизиккалық және фотохимиялық әсері, ұлпамен жұтылған жарық атом және молекулалары қозады да, фотохимиялық және фотофизикалық реакция тудырады. Мұндай әдісті терапевттикада қолданады.

3. Ызаланбайтын әсері, қлпа жарықпен байланысқанда өзінің қаеиттерін жоғалтпайды. мынадай эффекттер : шашырап ену, көріну және жоғары тереңдіктегі ену сияқты көріністер болады. Мұндай түрді диагностикада қолданады.

Үлкен қуаттағы лазер сәуелесінің стомотологияда қоладанылуы

Эрмий хромды лазер 2780нм толқын ұзындықта;

Эрбийлі лазер, 2940нм толықн ұзындықта:

Одимді емес лазер 1064нм

Карбондиоксидті лазер 10600нм

Жарытылайөткізгішті лазер 810-970нм

Жалпы лазерлердің əсер ету принципі бірдей. Лазерлердің көмегімен электромагниттік толқындардың жоғары қарқынды шоғын алуға болады, ал олардың негізгі қасиеттеріне монохроматтық, когеренттілік, поляризация жатады.

Сұйықты лазер

Сұйықты лазерлер белсенді ортасына судағы немесе спирттегі органикалық бояғыштардың ерітіндісі алынады.

Бояғыштарда жасалған осындай лазерлердің генерациялау жиілігі үлкендиапазонда қайта құрыла алады.

Соңғы кездері қайта құрыла алатын лазерлердіңсəулелену жиілігі көрінетін диапазонды толық қамтамасыз етеалады

Жартылай өткізгішті лазердің қолданылуы

Қатты денелі рубинді лазер

Қатты денелі рубинді лазер - бірінші лазер болып табылады. Бұл лазердің белсенді ортасына қызғылт рубин кристалдары қолданылады. Энергетикалық күйінің орналасуының үшдеңгейлі схемасы - рубин иондарының сипаттамасы болып табылады. Бірінші лазердегі инверсті қоныстануды қозудың оптикалық əдісі бойынша күшті импульсты ксеон лампасының көмегімен тудырады. Кейінгі жылдардың конструкцияларында кристалдың оптикалық қозуының басқа схемалары қолданылған, ол рубиннің жарықтану күйін жақсартуға көмектеседі, мысалы, эллиптикалық шағылдырғыштары. Осындай шағылдырғыштың бір фокусына рубин кристалын, екіншісіне -тартып шығарудың (накачка) цилиндрлік лампасы орнатылады

Гелий-неонды лазер

Гелий-неонды лазердің сипаттамасына кіреді: сәуле жиілігінің жоғары тұрақтылығы, конструкцияның қарапайымдылығы, жоғары сәуле бағыты, ұзақ уақыт жұмыс жасауы.

Өмірде 632, 8 нм (0, 64 мкм) толқын ұзындығындағы гелий-неонды лазерлер қолданылады.

Сондай-ақ басқа да толқын ұзындықтарындағы гелий-неонды лазерлер бар.

Мысалы, толқын ұзындығы 543, 3 нм және қуаты 0, 4-1 мВт тең “жасыл” лазерлер, 1523, 1 нм толқын ұзындығындағы инфрақызыл лазерлер.

Гелий-неонды лазерлердің шығу қуаты үлкен емес (10-100 мВт), яғни төмен энергетикалық болып табылады

Жартылай өткізгішті немесе сала өткізгішті лазер Лазерде активті орта ретінде шала өткізгіштер (Ga - галлий арсенийди, CdS - кадмий сульфиди, PbS - коргасын сульфиди, т. б. ) немесе олардыц қорытпалары (Ga, Al) As, GaAs-InP, т. б. алынады. Жарықты күшейтуге қажет қонысталыну инверсиясы негізгі емес заряд тасымалдаушылар инжекциясынан туындайды. Шала өткізгішті Лазердін ішінде кең таралған - инжекциялық лазердін толқын ұзындығының

жұмыстык диапазоны 0, 7 - 30 мкм, сэуле шығару қуаты үздиксіз режимде 3 - 500 мВт, импульсті режимде 5-30 Вт, п. а. коэффценті 30%-га дейін мүндай лазерлер байланыстын талшықты-оптикалық желілерінде, телебаскару жуйесінде, оптикалық электроникада, оптикалық байланыс техникасында кеңинен колданылады

Жартылай өткізгішті немесе сала өткізгішті лазер