Лазерное излучение

Вообще, из наиболее серьезных заболеваний глаза, приводящих к слепоте, выделяют пять. Это глаукома, катаракта, отслоение сетчатки, диабетическая  ретинопатия и злокачественная  опухоль. Сегодня все эти заболевания  успешно лечатся при помощи лазеров, причем только для лечения опухолей разработано и используется три  метода:

Лазерное  облучение - облучение опухоли расфокусированным  лазерным лучом, приводящее к гибели раковых клеток, потери ими способности  к размножению

Лазерная  коагуляция - разрушение опухоли умеренно сфокусированным излучением.

Лазерная  хирургия - наиболее радикальный метод. Заключается в иссечении опухоли  вместе с прилегающими тканями сфокусированным  излучением.

 

5.2.2 Протонная терапия опухолей

 

Протонная терапия  опухолей, остающаяся пока дорогой  и мало распространенной процедурой, станет намного доступнее, когда  в дело вступят лазерные ускорители протонов. Недавно появилось сразу несколько работ, приближающих эту эпоху.

Несколько лет  назад вдруг выяснилось, что эту  ситуацию можно резко изменить. Исследования по физике лазеров (казалось бы, совсем другой раздел физики!) привели к идее лазерного ускорителя протонов, и сразу стало понято, что его можно будет применить и для протонной терапии.

Рис. 4. Схема  получения и ускорения ионов  в фокусе мощного лазерного луча

Суть методики такова. Короткий, но очень мощный лазерный импульс, сфокусированный на тонкую мишень, порождает в фокусе маленькое облачко плазмы, а затем буквально сдувает его вперед. Далее с помощью магнитного поля протоны в этом потоке можно отделить от других ядер и от электронов. Так повторяется раз за разом (каждый раз под лазерный импульс подставляется новый участок мишени), и на выходе получается импульсный протонный пучок. Самое важное, что ускорение частиц до энергий в десятки МэВ происходит на длине всего в несколько микрон – то есть в миллион раз эффективнее, чем в обычных ускорителях!

 

 

 

 

5.3 Лазеры в вычислительной технике

 

Принципиально достигнутые малые времена переключения делают возможным применение лазеров  и комбинаций с лазерами, включая  интеграцию в микроэлектронных переключательных схемах (оптоэлектроника):

- в качестве  логических элементов (да - нет);

- для ввода  и считывания из запоминающих  устройств  в вычислительных  машинах.

В этих целях  рассматриваются исключительно  инжекционные лазеры.

Преимущества  таких элементов: малые времена  переключения и считывания, очень  маленькие размеры элементов, интеграция оптических и электрических систем.

Достижимым  оказывается времена переключения примерно 10-10с(соответственно этому  быстрые времена вычисления); емкости  запоминающего устройства 107 бит/см2, и скорости считывания 109 бит/с.

 

5.3.1 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 или DVD-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 (или пита) 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 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. 

По-моему, это  очень прогрессивная технология. На современные DVD диски можно записать огромный объем информации – свыше 5 Гб (До 10 полнометражных фильма). Плюс ко всему, диски гораздо компактнее магнитных кассет. Я, в данный момент, не вижу явных конкурентов у данной технологии хранения информации.

Другое направление  в сохранении информации - голография - метод, позволяющий сохранить информацию о внешнем виде любого объёмного  тела с очень высокой точностью.

 

5.3.2 Лазерный принтер

 

Для печати в вычислительной технике и в  других случаях часто применяется  лазерное излучение. Преимущество их в  более высокой скорости печати, по сравнению с  обычными способами  печати.

Принцип действия их такой: поступающий от считываемого оригинала свет преобразуется в  ФЭУ в электрические сигналы, которые соответствующим образом  обрабатываются в электронном устройстве вместе с управляющими сигналами (для  определения высоты шрифта, состава  краски и т. д.) и служат для модуляции  лазерного излучения. С помощью  записывающей головки экспонируется  расположенная на валике пленка. При  этом азерное излучение разделяется  на ряд равных по интенсивности  частичных лучей(6 или больше), которые  посредством модуляции при данных условиях подключаются или отключаются.

Применяемые лазеры: ионный аргоновый лазер (мощность не более 10 мВт), инжекторный лазер.

 

5.3.3 Оптическая цифровая память

 

Для становящейся все более тесной связи между  обработкой данных, текста и изображения  необходимо применять новые методы записи информации, к которым предъявляются  следующие требования:

• Более высокая емкость запоминающего устройства;
• Более высокая эффективность хранения архивных материалов;
• Лучшее соотношение между ценой и производительностью.
• Это может быть достигнуто с помощью записи и считывания цифровой информации.

 

5.3.4 Лазерная связь и локация

 

Средствами  радиосвязи и радиолокации лазерные обладают двумя основными преимуществами: узкой направленностью передачи и широкой полосой пропускания  передаваемых частот. Сам лазер создает  направленный луч (расходимостью  ок.10′), а применение оптической системы  позволяет сформировать еще более  параллельный луч (расходимостью  ок.2-3′). Один лазерный луч позволяет передавать сигнал в полосе частот 100Мгц. Это  дает возможность  одновременной  передачи 200 телевизионных каналов.

Первые сведения применения лазерной локации относятся  в 1962 г., когда была осуществлена локация  Луны. Увеличение мощности, излучаемой лазером, сделает возможным картографирование  поверхности Луны с Земли с  высокой точностью (около 1,5 м). Лазерная локация применяется также в геофизике для определения высоты облаков, исследования инверсионных и аэрозольных слоев в атмосфере, турбулентности и т.п.

 

5.3.5 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 обеспечиваю безопасность полетов, связанную с увеличением точности систем посадки, снижения ограничения по метеоусловиям, обеспечением больших удобств работы экипажа при выполнении такого ответственного участка полета, как посадка. В близи взлетно-посадочного полотна установленные лазерные лучи создают геометрическую картину, позволяющую судить о правильности выдерживания траектории посадки.

 

 

5.4 Лазерные системы управления оружием

 

Лазерные  системы управления оружием резко повысили точность попадания. Лазерная полуактивная система состоит из лазерного целеуказателя и боеприпаса с лазерной головкой самонаведения.

 

6 Опасные и вредные факторы в процессе производства, испытания и  эксплуатации лазерных устройств

 

В процессе изготовления, испытания  и эксплуатации лазерных изделий  на обслуживающий персонал могут  воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные  и вредные факторы.

К физическим факторам относятся:

• Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное);
• Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);
• Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок в рабочей зоне;
• Повышенная яркость света от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;
• Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при работе лазера (лазерной установки);
• Повышенный уровень ионизирующего рентгеновского излучения от газоразрядных трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;
• Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ – и СВЧ – диапазонов в рабочей зоне;
• Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;
• Повышенная температура поверхностей оборудования;
• Взрывоопасность в системах накачки лазеров;
• Возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.

К химическим факторам относятся:

• Загрязнение воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др);
• Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.

Психофизиологические факторы – это:

• Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряженность, психологический дискомфорт;
• Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряженность анализаторных функций (зрение, слух).

 

Таблица 1

Класс лазера	Выходные излучения лазера
I	Не представляет опасности для  глаз и кожи
II	Представляет опасность при облучении  глаз прямым или зеркальным отражением излучения
III	Представляет опасность при облучении  глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения
IV	Представляет опасность при облучении  кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности

 

Наличие опасных и вредных факторов в  зависимости от класса лазера (классы лазеров приведены в табл. 1) приведено  в табл. 2.

Таблица 2

Опасные и вредные производственные факторы	классы лазера
	I	II	III	IV
Лазерное излучение Прямое, зеркальное отраженное Диффузно отраженное	- -	+ -	+ +	+ +
Повышенная напряженность электрического поля	-(+)	+	+	+
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зона	-	-	-(+)	+
Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная яркость света	-	-	-(+)	+
Повышенные уровни шума и вибрации	-	-	-(+)	+
Повышенный уровень ионизирующих излучений	-	-	-	+
Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ – и СВЧ – диапазонов	-	-	-	-(+)
Повышенный уровень инфракрасной радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная температура поверхностей оборудования	-	-	-(+)	+
Химические опасные и вредные  производственные факторы	При работе с токсичными веществами