Длина волны излучения лазера

Свойства лазерного излучения

Лазерное излучение является видом физической энергии, не встречающимся в природных источниках света. Оно вырабатывается специальными приборами — оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) различной конструкции, получившими название – лазеры (от английского словосочетания Light amplification by stimulated emission of radiation — LASER). Принципы его выработки ОКГ были одновременно и независимо открыты в начале 60-х годов российскими и американскими физиками, а уже в конце того же десятилетия были предприняты первые попытки лечебного применения низкоинтенсивных (терапевтических) лазеров, в том числе и для косметологии.

Лазерная и баролазерная терапия и биоревитализация

Очки для защиты от лазерного излучения

Лазер для биоревитализации SOFTRAY

FILLER EFFECT, гель с олигосферами гиалуроновой кислоты 4D

Полупроводниковые и газо-жидкостные лазеры

Лазерное излучение испускается атомами рабочего вещества ОКГ, которое может быть представлено газом, жидкостью, кристаллом, полупроводником.

Лазерное излучение – это электромагнитное излучение оптического диапазона (светового), обладающее такими свойствами как когерентность, монохроматичность, поляризованность и направленность потока излучения, что позволяет создать строго определённую мощность воздействия на поверхности облучаемого объекта.

Лазер – это прибор, который испускает направленный пучок когерентного, поляризованного, монохроматичного электромагнитного излучения, т.е. света в очень узком спектральном диапазоне.

Физические свойства излучения

  • монохроматичность (одноцветность) – все электромагнитные колебания потока имеют одинаковую частоту и длину волны;
  • когерентность (синфазность) — совпадение фаз электромагнитных колебаний;
  • поляризация — фиксированная ориентация векторов электромагнитного излучения в пространстве относительно направления его распространения;
  • направленность — малая расходимость потока излучения.

Особые свойства позволяют концентрировать энергию со строго определенными физическими параметрами и высоким потенциалом биологического и лечебного действия на поверхности объекта. Именно в этом заключается принципиальное отличие от других форм лучистой энергии.

Длина волны лазера

Волна – возмущение (изменение состояния среды или поля), распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за период, равное расстоянию между двумя ближайшими точками среды, колеблющимися в одной фазе. Длина волны электромагнитного излучения оптического диапазона измеряется в нанометрах (нм) или микрометрах (мкм) ( 1мкм=1000нм).

Частота импульсов лазера

Частота колебаний (импульсов) – физическая величина, равная числу колебаний (импульсов), совершаемых за единицу времени. Единица измерения в СИ – герц (Гц). 1 Гц – эта частота, при которой 1 колебание совершается за одну секунду.

Мощность лазера

Мощность излучения — средняя мощность, переносимая через какую-либо поверхность. Единица измерения в СИ — Ватт (Вт). Плотность мощности — отношение потока излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения. Единица измерения в СИ — Вт/см2.

Доза облучения — энергетическая облученность за определенный промежуток времени. Единица измерения в СИ — Дж/м2. 1Дж – энергия, полученная при воздействии излучением мощностью в 1 Вт за 1 с. 1Дж=1Вт/1с

Длина волны лазерного излучения

Одной из важнейших характеристик является длина волны (измеряется в нанометрах или микрометрах). В зависимости от длины волны может принадлежать к различным участкам спектра: ультрафиолетовому, видимому (чаще красному) и инфракрасному.

Спектр лазерного излучения (цвет лазера)

Ультрафиолетовый диапазон

  • от 180 до 400 нм;

Видимый спектр:

  • фиолетовый 400-450 нм;
  • синий 450-480 нм;
  • голубой 480-510 нм;
  • зелёный 510-575 нм;
  • жёлтый 575-585 нм;
  • оранжевый 585-620 нм;
  • красный 620-760 нм;

Инфракрасный диапазон

  • Ближняя область 760 нм -15 мкм;
  • Дальняя область 15-30 мкм.

В физиотерапии наиболее часто применяют красный и ближнего инфракрасного диапазона, которое обладает наибольшим проникающим действием и мягкими биологическими и лечебными эффектами.

Интенсивность лазерного излучения

В зависимости от выходной мощности лазеры подразделяются на:

  1. низкоэнергетические (плотность мощности излучения менее 0.4 Вт/см2)
  2. среднеэнергетические (плотность мощности излучения 0.4-10 Вт/см2)
  3. высокоэнергетические (плотность мощности излучения более 10 Вт/см2).

Лазерная терапия: целевые хромофоры и длина волны лазерного излучения

Световые технологии повсеместно применяются в медицинских и эстетических клиниках для избавления от целого ряда проблем кожи – от гиперпигментации и морщин до постугревых рубцов и рака кожи. Одним из ярчайших представителей таких технологий является лазерная терапия, об особенностях применения которой estet-portal.com расскажет в данной статье.

Показания к применению лазерной терапии в эстетической медицине

  • нежелательные волосы;
  • сосудистые повреждения, рубцы и акне;
  • пигментированные повреждения (в том числе татуировки);
  • омоложение кожи;
  • варикоз, сосудистые звездочки.

Каждый лазерный аппарат используется для определенного применения. Некоторые из них используются для воздействия на поверхность кожи, некоторые – для воздействия на более глубокие участки кожи: бактерии и морщины на поверхности кожи, волосяные фолликулы, расположенные у ее основания, и солнечные повреждения в средней части кожи. Каждая лазерная система должна обладать определенными характеристиками, чтобы обеспечивать необходимое воздействие на участок кожи, расположенный на той или иной глубине.

Хромофоры и длины волн лазерного излучения для различных применений

Молекулы в коже содержат вещества, которые называются хромофорами – они отвечают за цвет молекул и поглощают свет. Если на кожу воздействует световая волна, она селективно направляется на определенные хромофоры, которые ее поглощают. Затем свет превращается в тепловую энергию, необходимую для разрушения определенных хромофоров. Способ воздействия волны определяется глубиной ее проникновения в кожу. Именно поэтому волны разной длины с разным коэффициентом поглощения используются для воздействия на хромофоры, расположенные на различной глубине.

В человеческой коже находится три типа хромофор, которые связаны с различными показаниями к применению лазеров:

  1. Гемоглобин – целевой хромофор для устранения сосудистых повреждений: винных пятен, гемангиом, розацеа, телеангиэктазий на лице, паукообразных гемангиом, старческих ангиом, постугревого рубцевания и бородавок.
  2. Меланин – целевой хромофор для избавления от нежелательных волос и нарушений пигментации: веснушек, солнечных лентиго, кофейных пятен и невусов Ота.
  3. Вода – целевой хромофор для омоложения кожи: линии и морщины.

В омоложении кожи лазеры используются для воздействия на воду в слое дермы. Такая вода поглощает свет на большей длине волны и запускает клеточную реакцию, которая в свою очередь стимулирует выработку коллагена и эластина, обеспечивающих упругость и гладкость кожи.

Свет, выпускаемый лазером, называется когерентным. Поэтому лазеры способны очень хорошо концентрировать свет, благодаря чему обеспечивается его эффективное проникновение в кожу. Луч света лазера является высококонцентрированным, поэтому он применяется всего несколько миллисекунд или наносекунд, благодаря чему не повреждает окружающие ткани и не вызывает побочных эффектов.

10.1.1. Лазерное излучение и его параметры

Лазерное излучение – это электромагнитное излучение в основном оптическом диапазоне длин волн, создаваемое ла­зером. От излучения других источников света отличается высо­кой степенью когерентности, малой угловой расходимостью пучка, высокими спектральной яркостью и монохроматич­ностью. При определённых условиях из лазерного излучения можно вы­делить одну спектральную составляющую (осуществить так называемый одночастотный режим генерации). Ширина спектральной линии лазерного излучения в одночастотном режиме во много раз меньше, чем у спонтанного излучения атомов.

Длина когерентности лазерного излучения достигает нескольких тысяч километров, время когерентности составляет доли секунд; для естественных источников квазимонохроматического света аналогичные величины меньше в 10 9 раз. Угловая расходимость ( ) лазерного излучения может быть полу­чена предельно малой, т.е. может определяться только дифракционной расходимостью:

где – длина волны излучения, D – эффективный диаметр пятна на выходном зер­кале лазера. Для газовых лазеров D 1 см, угло­вых секунд (для мкм), для твердотельных – соот­ветственно

1 мм и 30 угловых минут, для полупроводниковых лазеров

1 мкм и 30 угловых градусов.

Высокая когерентность лазерного излучения позволяет эффективно использовать для его форми­рования телескопическую оптическую систему и, таким образом, су­щественно повысить направленность излучения. Это необхо­димо, например, для полупроводниковых лазеров, излучение которых характеризуется сравнительно большой угловой расходимостью.

Немонохроматичность лазерного излучения обусловлена прежде всего тем, что одновременно с фотонами вынужденного излу­чения в том же направлении излучаются спонтанные фотоны (создаётся спонтанный шум) с другими частотами. В результате ширина спектральной линии ( ) лазерного излучения (ширина линии гене­рации) отлична от нуля, при этом

где h – постоянная Планка; – спектральная полушири­на моды резонатора лазера на частоте ; P – выходная мощность лазера.

Например, при Р = 10 мВт, = 10 15 Гц и = 10 8 Гц, 0,1 Гц. Это означает, что степень моно­хроматичности составляет 10 -15 — 10 -16 (для срав­нения: лучшие монохроматоры с использованием естественных источников света имеют при потере в плотности излучения ).

Значение характеризует минимальное уширение спектральной линии лазерного излучения, обусловленное только спонтанными фотонами. В реальных лазерах

значительно больше вследствие различных причин: механических колебаний зеркал резонатора, изменения их дли­ны из-за теплового расширения, влияния внешних электрических и магнитных полей и др.

Высокая спектральная яркость лазерного излучения (количество энергии на единичный частотный интервал, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности источника в единицу телес­ного угла) обусловлена его высокой монохроматичностью и острой направленностью. Для лазеров значения спектраль­ной яркости в десятки тысяч раз превышают спектральную яркость Солнца.

В зависимости от типа лазера длины волн лазерного излучения лежат в интервале от 0,1 мкм (далёкая УФ область) до 0,79 мм (диапазон субмиллиметровых волн), мощность в непрерыв­ном реж
име – от нескольких микроватт до 100 кВт, энергия в одиноч­ном импульсе – от десятых долей до 10 5 Дж. Длина волны лазерного излучения измеряется с помощью интерферометров, дифракционных решёток, призм, энергетические характеристики – с помощью калориметров, термоэлементов, болометров.

Определение длины волны гелий-неонового лазера

Цель работы: Изучение гелий-неонового лазера и определение длины волны его излу­чения.

Приборы и принадлежности:

1. Газовый маломощный лазер. 2. Микроообъектив.

3. Плоскопараллельная стеклянная пластина. 4. Экран.

Лазер представляет собой источник света, отличающийся рядом замечательных особенностей. Его излучение обладает высокой степенью монохроматичности (когерентностью во времени), пространственной когерентностью, большой мощностью и малой угловой расходимостью пучка.

В основу действия лазера положен принцип усиления света за счет так называемого вынужденного (индуцированного) излучения. Рассмотрим как это осуществляется на примере газового лазера, ис­пользуемого в данной работе.

Для создания лазера необходимым является:

1. Наличие рабочего вещества с инверсной населенностью уров­ней, т.е. активной среды;

2. Наличие резонатора, системы зеркал;

3. Наличие источника накачки, т.е. источника энергии. Основным элементом газового лазера является разрядная труб­ка, в которой находится активная среда-смесь гелия ( 7 частей) и неона ( 1 часть) под давлением около 1 мм.рт,ст. (рис. 9.1)

В гелий-неоновом лазере для получения индуцированного излу­чения используются атомы Ne. Уровни неона Е4 и Е5 (рис. 9.2) метастабильны, т.е. атомы на них могут находиться достаточно долго. Инверсную заселенность этих уровней можно было бы создать, возбу­див атомы неона электрическим разрядом. Однако переход атомов из основного состояния Е1 в состояния Е4 и Е5 маловероятен, Эта трудность преодолевается использованием смеси газов неона и гелия. Энергии двух метастабильных уровней Е2 и Е3 атомов гелия точно совпадают с энергиями уровней Е4 и Е5 неона.

В разрядной трубке при электрическом разряде ударами электронов непосредственно возбуждаются атомы гелия. Последние сталкива­ются с атомами неона, находящимися в основном состоянии, и перево­дят их в состояния Е4 и Е5.

Е3 Передача возбуждения

при столкновении Излучение в

Осн. состояние Не Осн. состояние Ne

Спонтанное излучение отдельных атомов неона при переходе с инверсно заселенных уровней Е4 и Е5 на уровень Е3 приво­дит к распространению в активной среде фотонов с энергией равной разности энергии метастабильных уровней Е4, Е5 и уровня Е3. Эти фотоны вызывают вынужденное излучение другими атомами неона таких же фотонов, которые в свою очередь индуцируют излучение но­вых атомов и т.д. В результате образуется каскад фотонов. Фотоны, возникающие при вынужденном излучении и пер­вичные – когерентны и распространяются в том же направлении, что и падающие фотоны. Массовое нарастание этого процесса обеспечивает­ся тем, что разрядная трубка помещена в зеркальный резонатор систему из двух зеркал (рис. 9.1). Многократное прохождение излучения вдоль оси трубки приводит к формированию мощного потока индуцированного направленного когерентного излучения лазера. Фотоны, испущенные под углом к оси трубки, выходят через её боковую по­верхность, не участвуя в формировании лазерного пучка. При этом важную роль играет зеркальный резонатор. Он обеспечивает большую плотность потока излучения, большую степень монохроматичности и исключительную направленность пучка. Оба зеркала с многослойными диэлектрическими покрытиями обладают малыми коэффициентами пропус­кания: одно окола 0,1 %, другое — 2 %•

Эти значения коэффициента пропускания достаточны для выхода из лазера мощного потока излучения»

Разрядная трубка закрыта с торцов плоскопа-раллельными пластинками, расположенными под углом Брюстера к оси трубки. Благода­ря этому излучение неона, поляризовано в плоскости падения и про­ходит через пластинки без потерь на отражение. Таким образом зер­кальный резонатор приводит также к линейной поляризации лазерного пучка.

Переход Е4 Е3 дает инфракрасное излучение не участвующее в формировании лазерного пучка. Опустошение нижнего короткоживущего уровня Е3 Ne гелий-нео­новом лазере происходит под влиянием соударений атомов неона со стенками газоразрядной трубки. Соударения со стенками разгружают уровень Е2, в результате чего атомы Ne переходят с уровня Е3 на Е2 и дальше с Е2 на Е1, т.е. в основное состоя­ние. Для того чтобы соударения атомов Neсо стенками эффективно опустошали уровень Е3, необходимо подобрать оптимальный диаметр трубки лазера. Эксперимент показал, что максимальная мощность He-Ne лазера достигается при диаметре трубки 7 мм.

Используемый He-Ne лазер питается от высоковольтного блока питания и имеет мощность

Приближенный расчет длины волны излучения лазера

6.1.1. Описание лабораторной установки

Для наблюдения полос равного наклона используется расходящийся лазерный пучок, выходящий из микрообъектива и освещающий плоскопараллельную пластину. Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 5. Излучение лазера 1 попадает на микрообъектив 2, укрепленный в отверстии экрана 3. Расходящийся световой конус достигает плоскопараллельной стеклянной пластины 4. Отраженные от передней и задней поверхностей пластины 4 когерентные световые пучки дают интерференционную картину в виде концентрических колец на экране 3.

Рис. 5. Схема лабораторной установки для наблюдения

интерференционных полос равного наклона

6.1.2. Краткие теоретические сведения

И н т е р ф е р е н ц и е й с в е т а называется перераспределение светового потока в пространстве при наложении когерентных световых волн (таких волн, у которых одинаковая частота колебаний и разность фаз остаются постоянными во времени). В результате такого наложения в одних местах наблюдаются максимумы, а в других – минимумы интенсивности, т. е. появляется интерференционная картина.

Интерференционная картина в плоскопараллельных пластинках (пленках) определяется длиной волны падающего света l, толщиной пластинки d, показателем преломления n, а также углом падения лучей. Каждому углу падения лучей соответствует своя интерференционная полоса. Интерференционные полосы (темные и светлые кольца), возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного наклона.

Получить систему концентрических светлых и темных интерференционных колец на экране 3, произвести все необходимые измерения и рассчитать длину волны лазерного излучения по формуле [4]:

где Dm – диаметр светлого кольца с номером m; Dm+k – диаметр светлого кольца с номером m + k, k = 1, 2, 3, …; L – расстояние от микрообъектива до стеклянной пластинки; d – толщина пластинки; n – показатель преломления, n = 1,5.

6.1.4. Порядок выполнения работы

1) Собрать установку согласно схеме, приведенной на рис. 5.

2) Включить лазер (включает преподаватель).

3) Поворотом стеклянной пластины 4 на экране 3 (см. рис. 5) добиться появления системы концентрических светлых и темных интерференционных колец.

4) Измерить диаметры Dm и Dm+k пяти пар интерференционных темных колец, фиксируя каждый раз значение k. Если диаметр невозможно измерить непос-редственно, то следует определить его через радиус соответствующего кольца.

5) Измерить расстояние L от экрана с микрообъективом до стеклянной пластинки.

6) Записать в табл. 8 результаты измерений.

7) Выключить лазер.

8) Произвести расчет длины волны по формуле (15) не менее пяти раз.

9) Определить среднее значение длины волны и случайную погрешность (как прямых измерений).

10) По результатам измерений сделать вывод.

Результаты измерений параметров по интерференционным

Лазерное излучение

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Лазерное излучение» в других словарях:

Лазерное излучение — электромагнитное излучение оптического диапазона, основанное на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Источник: МСанПиН 001 96. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного… … Официальная терминология

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций квантов электромагнитного излучения. Слово лазер аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление… … Российская энциклопедия по охране труда

лазерное излучение — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN laser light … Справочник технического переводчика

лазерное излучение — 3.46 лазерное излучение: Все электромагнитное излучение, испускаемое лазерной аппаратурой в диапазоне длин волн от 180 нм до 1 мм, которое вырабатывается как результат вынужденного испускания. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

лазерное излучение — lazerio spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. laser radiation vok. Laserstrahlung, f rus. излучение лазера, n; лазерное излучение, n pranc. rayonnement de laser, m; rayonnement lasérique, m … Fizikos terminų žodynas

лазерное излучение — rus лазерное излучение (с) eng laser radiation fra rayonnement (m) laser deu Laserstrahlung (f) spa radiación (f) láser … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

лазерное излучение (в лазерном оборудовании) — лазерное излучение Электромагнитное излучение, испускаемое лазером в оптическом диапазоне длин волн [ГОСТ 15093 90] Тематики лазерное оборудование EN laser emission … Справочник технического переводчика

лазерное излучение (как внешний воздействующий фактор) — лазерное излучение Электромагнитное хроматическое излучение видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, основанное на вынужденной эмиссии излучения атомов и молекул. Вынужденное излучение — когерентное электромагнитное излучение … Справочник технического переводчика

Лазерное излучение коллимированное — 2.11. Коллимированное лазерное излучение лазерное излучение, заключенное в ограниченном телесном угле. Источник: Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров (утв. Главным государственным санитарным врачом СССР 31.07.1991 N 5804 … Официальная терминология

Лазерное излучение диффузно отраженное — 2.5. Диффузно отраженное лазерное излучение излучение, отраженное от поверхности, соизмеримой с длиной волны, по всевозможным направлениям в пределах полусферы. Источник: Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров (утв.… … Официальная терминология

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: