Физика для «чайников»: основы работы лазеров

Образец документа:

Приложение N 10 к Уставу внутренней службы Вооруженных Сил Российской Федерации (к статьям 145, 157, 230, 242, 272, 284, 285, 286, 287, 299, 300, 358)

8. Развернутая строевая записка

                   РАЗВЕРНУТАЯ СТРОЕВАЯ ЗАПИСКА
     Войсковой части ______________ (роты) на ____________
-----------------------------------T------------------------------
¦ N ¦Подраз-¦ По  ¦  По  ¦ На  ¦На-¦Коман- ¦От- ¦Увольне-¦Прочее ¦
¦п/п¦деление¦штату¦списку¦лицо ¦ряд¦дировка¦пуск¦ние     ¦       ¦
+---+-------+-----+------+-----+---+-------+----+--------+-------+
¦   ¦       ¦     ¦      ¦     ¦   ¦       ¦    ¦        ¦       ¦
+---+-------+-----+------+-----+---+-------+----+--------+-------+
¦   ¦       ¦     ¦      ¦     ¦   ¦       ¦    ¦        ¦       ¦
----+-------+-----+------+-----+---+-------+----+--------+--------
            Начальник штаба войсковой части _______
            подполковник                И. Петров
                       Оборотная сторона
Прикомандированные
------------------------------------------------------------------
¦ N ¦ Воинское  ¦Фамилия, имя,¦К какому подразделению¦Примечание ¦
¦п/п¦  звание   ¦  отчество   ¦ прикомандирован (до  ¦           ¦
¦   ¦           ¦             ¦      отделения)      ¦           ¦
+---+-----------+-------------+----------------------+-----------+
¦   ¦           ¦             ¦                      ¦           ¦
+---+-----------+-------------+----------------------+-----------+
¦   ¦           ¦             ¦                      ¦           ¦
----+-----------+-------------+----------------------+------------
Отсутствующие
------------------------------------------------------------------
¦ N ¦Воинское¦Фамилия, имя, ¦Подразделение ¦ Причина  ¦  Время   ¦
¦п/п¦ звание ¦   отчество   ¦              ¦отсутствия¦отсутствия¦
+---+--------+--------------+--------------+----------+----------+
¦   ¦        ¦              ¦              ¦          ¦          ¦
+---+--------+--------------+--------------+----------+----------+
¦   ¦        ¦              ¦              ¦          ¦          ¦
----+--------+--------------+--------------+----------+-----------
            Начальник штаба войсковой части _______
            подполковник                И. Петров

Вооружение.

• Лазерное оружие. С середины 50-х гг. XX в. в СССР осуществлялись широкомасштабные работы по разработке и испытанию лазерного оружия высокой мощности, как средства непосредственного поражения целей в интересах стратегической противокосмической и противоракетной обороны. Среди прочих были реализованы программы «Терра» и «Омега». После распада Советского Союза работы были остановлены. В середине марта 2009 г. американская корпорация Northrop Grumman объявила о создании твердотельного электрического лазера мощностью около 100 кВт. Разработка данного устройства была произведена в рамках программы по созданию эффективного мобильного лазерного комплекса, предназначенного для борьбы с наземными и воздушными целями. В настоящее время лазерное оружие не получило широкого применения в армии в силу своей непрактичности и массивности. Существуют только единичные опытные образцы. Можно полагать, что в будущем лазерное оружие может получить развитие только как средство непосредственно-го поражения целей в интересах стратегической противокосмической и противоракетной обороны.
• Лазерный прицел – это маленький лазер, обычно работающий в видимом диапазоне и прикреплённый к стволу пистолета или винтовки так, что его луч параллелен стволу, таким образом производится прицеливание на мишень.
• Системы обнаружения снайперов. Принцип данных систем основывается на том, что луч, проходя через линзы, будет отражаться от какого-либо светочувствительного объекта (оптические преобразователи, сетчатка глаза и т. д.).  Постановка помех снайперам. Возможна постановка помех путем «сканирования» лазерным лучом местности, не позволяя вражеским снайперам вести прицельную стрельбу или даже наблюдение в оптические приборы.
•  Введение противника в заблуждение. Устройство создаёт лазерный луч небольшой мощности, направляемый в сторону противника (в основном, эта технология используется против авиации и танков). Противник полагает, что на него нацелено высокоточное оружие, он вынужден спрятаться или отступить вместо нанесения собственного удара.
• Лазерный дальномер – устройство, работа которого основано на измерении времени, за которое луч преодолевает путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.
•  Лазерное наведение. Ракета автоматически меняет свой полёт, ориентируясь на отраженное пятно лазерного луча на цели, обеспечивая таким образом высокую точность попадания. В настоящее время лазерные технологии эффективно применяются только как средство наведения.

Обучение

Кто сильнее тигра? Лев, леопард, медведь, пантера?

Немного найдется хищников сильнее тигра. Лев и тигр не пересекаются в дикой природе, но в древнем Риме и в зоопарках XX века люди многократно устраивали бои между этими двумя хищниками. В 2/3 случаев побеждают львы. Этому есть объяснение. Несмотря на то, что львы уступают тиграм в размерах, львы выигрывают на опыте. В прайдах львы привыкли драться за лидерство со своими сородичами, тогда как тигры напротив ведут одиночный образ жизни и редко сражаются со своими собратьями. Другой важный фактор в пользу победы львов — грива. Наличие мощной гривы защищает шею льва от укусов тигров. Тигр не может вцепиться льву в шею и душить противника, а ведь именно удушение — это основная стратегия тигра против крупных противников.

В схватке между тигром и леопардом точно победит тигр. Тигры намного превосходят леопардов в размерах и силе. Ареалы обитания хищников в природе часто пересекаются. Тигры являются доминирующим хищником, поэтому леопарды, обитая на их территории, вынуждены подстраиваться, то есть обходить тигров стороной и охотиться на менее крупную добычу. Возможно, у ягуаров, более крупных родственников леопарда из рода Пантер, было бы больше шансов против тигра, однако проверить это на практике не получится. В природе эти виды не пересекаются, ведь ягуары живут в Новом Свете, а тигры исключительно в Азии.

Схватки между тиграми и медведями в природе случаются достаточно часто. Хищники делят добычу, плюс тигры вообще имеют привычку охотится в том числе и на хищников конкурентов. Против большого и матерого медведя шансов у тигра не так много, гораздо лучше шансы хищника против молодых или старых особей. Медведь в среднем крупнее тигра по размерам, обладают более мощным укусом, и более вынослив в длительной драке, однако уступает тигру в скорости. Тигры обычно нападают первыми, ведь медведи медлительные и менее агрессивные. По статистике, примерно в половине случаев конфликт заканчивается смертью медведя. Примерно четверть драк заканчиваются гибелью тигра, и еще в четверти случаев большая кошка просто сбегает с поля боя.

Советы

Лазерное омоложение

Это понятие включает в себя большой разброс по применяемым технологиям и ответной реакции кожи.

Лазерное воздействие низкоинтенсивными лазерами (атермическими, холодными, софт, — как их еще называют в косметологии), с целью лазерофореза и лазерной биостимуляции (как часто называют эту процедуру – «лазерная биоревитализация», не устану повторять, что это безграмотно и не отражает суть происходящих процессов). Аппараты в этих технологиях используются в основном полупроводниковые (диодные), набор длин волн от 630 до 915 нм, мощность предельная не более 100мВТ. Эффекты от воздействия: стимуляция процессов репарации тканей, улучшение внешнего вида, коррекция незначительных эстетических дефектов.

Низкоинтесивное лазерное воздействие должно применяться курсами, оно относится к разделу физиотерапевтических аппаратных технологий ухода за кожей лица и тела.

Лазерное воздействие высокоэнергетическими лазерами можно разделить на несколько процедур с различной геометрией проникновения излучения. К этим процедурам будут относиться методики, воздействующие на изменение структурной решетки ткани. Их, в свою очередь можно разделить на аблятивные (с повреждением эпидермального слоя) и неаблятивные (без повреждения эпидермального слоя).

Названия процедур в этой категории различны: лазерная шлифовка, лазерная абляция, фракционный фототермолиз, аблятивный фототермолиз, наноперфорация, дермальный лазерный лифтинг и т.д. и т.п..

Нужно понимать: различные клинические эффекты на тканях будут напрямую зависеть от параметров излучения. Лазерные аппараты, выполняющие методики в этом разделе, в основной своей массе твердотельные и газовые, длины волн от 755 нм (александритового лазера), 1064, 1320,1440 нм (неодимового лазера), 1540, 2940 нм (эрбиевый лазер), углекислотный лазер СО2 с длиной волны 10600 нм.

Применяемая длина волны с определенными параметрами воздействия и будет определять следующие эффекты на биоткани:

1. Фототермический (нагревание, испарение (абляция), коагуляция тканей).
2. Фотохимический (образование плазмы, разрушение ткани).
3. Фотоакустический (распространяется ударная волна, переходящая по мере удаления от фокуса в обычную акустическую волну, вызывая электронно-деформационный эффект).

Эффекты от применения высокоэнергетических лазеров следует ожидать следующие: коррекцию сеточки морщин, уплотнение дермы с улучшением эстетического вида, коррекцию легкого птоза тканей, улучшение фактуры кожных покровов.

Высокоэнергетические лазерные процедуры, в зависимости от конфигурации проникновения излучения в ткани, могут применяться как единичное воздействие (в случае лазерной шлифовки), так и небольшими курсами по 4 -5 сеансов (в случае лазерной наноперфорации). Эти методики находятся на границе малоинвазивных манипуляций и пластической хирургии.

КВ-1 (49.1 % побед)

ПРинцип работы лазера

Чтобы понять, как работает лазер, посмотрим на его структуру. Типичный лазер выглядит так: трубка, внутри которой размещен твердый кристалл, чаще всего рубин. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Эти волны перемещаются от одного зеркала к другому до того момента, пока не наберут интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало.

Как создается лазерный луч?

1-я стадия — выключенный лазер.

Электроны всех атомов (на картинке — черные точки на внутренних окружностях) занимают основной энергетический уровень.

2-я стадия — момент после включения.

Под действием энергии из разрядной трубки электроны перемещаются на более высокие энергетические орбиты (на картинке — внешние окружности).

3-я стадия — возникновение луча.

Электроны начинают покидать высокие энергетические орбиты и спускаться к основному уровню. При этом они начинают испускать свет и побуждают к этому остальные электроны. Образуется общий результирующий пучок света с одинаковой длиной волны у каждого источника. Чем больше новых электронов вернется к низким орбитам, тем мощнее свет лазера.

Резкость фокусировки

Длина световой волны в лазерном пучке только одна, следовательно, и цвет также один. Этот свет четко фокусируется линзой почти что полностью в одной точке.

(См. рисунок: слева — свет лазера, справа — естественный свет). Если сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. Благодаря концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеяния и ослабления, присущих многоцветному свету — естественному. Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека.

Физическое обоснование

Разберем вышеописанный механизм работы лазера подробнее. Выясним, какие именно физические законы делают возможным его функционирование.

Активная среда

Для лазерного излучения необходима так называемая активная среда. Только в ней оно может происходить. Как же создается активная среда? Прежде всего, нужно специальное вещество, которое обычно состоит из кристаллов рубина или алюмоиттриевого граната. Собственно, это вещество и есть активная среда. Сформированный из него цилиндр или стержень вставляют в резонатор. Резонатор состоит из двух параллельных друг другу зеркал. Переднее зеркало наполовину прозрачно, а заднее не пропускает свет. Рядом с со стержнем (цилиндром) монтируется импульсная лампа. Цилиндр и импульсная лампа окружены зеркалом. Оно чаще всего изготовлено из кварца, на который нанесен слой металла. При помощи зеркала свет собирается на цилиндре.

Энергетические уровни атомов

Важный момент: состав активной среды таков, что у каждого ее атома есть как минимум три энергетических уровня. В спокойном состоянии атомы активной среды располагаются на низшем энергетическом уровне Е0. Как только включается лампа, атомы поглощают энергию ее света, поднимаются на уровень Е1 и довольно долго пребывают в таким возбужденном состоянии. Именно это и обеспечивает лазерный импульс.

Инверсная заселенность

Инверсная заселенность — фундаментальное физическое понятие. Это такое состояние среды, когда число частиц на каком-то верхнем энергетическом уровне атома (любом из существующих) больше, чем на нижнем. Собственно, активной и называется та среда, в которой уровни являются инверсно заселенными.

Фотоны и световой пучок

Электроны атома не располагаются хаотично. Они занимают определенные орбиты, окружающие ядро. Атом, получающий квант энергии, с огромной вероятностью переходит в состояние возбуждения, характеризующееся сменой орбиты электронами — с самой низкой (метастабильной или основной) на обладающую более высоким уровнем энергии. На такой орбите длительное нахождение электронов невозможно, поэтому происходит их самопроизвольное возвращение к основному уровню. В момент возвращения каждый электрон испускает волну света, называемую фотоном. Одним атомом запускается цепная реакция, и электроны многих других атомов также перемещаются на орбиты с более низкой энергией. Одинаковые световые волны движутся огромным потоком. Изменения этих волн согласованы во времени и в результате формируют общий мощный световой пучок. Этот пучок света и зовется лазерным лучом. Мощность луча у каких-то лазеров настолько огромна, что им можно разрезать камень или металл.

Аннотация

Принцип работы лазера

Заключается в создании интенсивного светового луча, который имеет одинаковую длину волны в одно и то же время. Чтобы понять, как этот процесс происходит, рассмотрим конструкцию устройства.

Любой оптический квантовый генератор состоит из 3-х частей:

1. Активная среда. Важнейший компонент для обеспечения лазерного излучения. Активной средой является специальное вещество, в качестве которого могут быть использованы твердые кристаллы, газы или жидкости, сформированные в стержень (цилиндр).
2. Источник энергии. В этом качестве, как правило, выступает импульсная лампа, которая устанавливается рядом с активной зоной — цилиндром или стержнем.
3. Резонатор (кроме тех случаев, когда лазер используют как усилитель). Это устройство представляет собой два параллельных друг другу зеркала. Переднее наполовину прозрачное, заднее не пропускает свет.

Как создается лазерный луч

Лазерный луч создается внутри корпуса генератора. Так называется трубка, закрытая с одной стороны обычным зеркалом, с другой — не полностью прозрачным зеркалом. Внутри корпуса находится твердый кристалл (чаще всего используют рубин). Под воздействием электрообмотки атомы кристалла создают световые волны. Эти волны двигаются внутри корпуса от одного зеркала к другому до тех пор, пока не наберут такую интенсивность, которой будет достаточно, чтобы пройти через не полностью прозрачное зеркало.

Свойства лазерного излучения

Основными свойствами являются:

1. Монохроматичность. Так как длина волны света в лазере одинаковая, весь пучок также будет одного цвета.
2. Когерентность. Пучок света считается когерентным, когда есть фиксированная связь фаз между напряженностью электромагнитного поля в разных точках пространства или в разное время.
3. Сфокусированность. В сравнении с естественным светом, который обладает рассеиванием и ослаблением в зависимости от расстояния, лазерное излучение четко сфокусировано в одном интенсивном пучке света и не слабеет при передаче на большие расстояния. 
4. Высокая температура. Это происходит из-за монохроматичности излучения и большой плотности энергии. Так, температура излучения импульсного лазера мощностью 1015 Вт составляет более 100 миллионов градусов.

СССР

Что такое лазерная эпиляция

Лазерная эпиляция — способ удаления волос за счет прицельного разрушительного воздействия светового излучения на волосяной фолликул. Всего одна процедура, занимающая от 5 до 20 минут, может удалить до 25% нежелательных волосков. Эффективно, не правда ли?

Мария Невская
Врач-дерматовенеролог, косметолог, трихолог, сертифицированный тренер по инъекциям, пилингам и космецевтике.

«Среди основных плюсов лазерной эпиляции — удаление волос навсегда после курса из 6-7 процедур (при выраженном росте волос раз в полгода требуются повторные процедуры); относительно безболезненность; отсутствие побочных реакций при условии высокой квалификации специалиста и хорошего аппарата».

В чем же заключается принцип действия? Лазер — это прибор, излучающий концентрированный пучок света с большой плотностью энергии. При удалении волос мишенью становятся фолликулы. Лазерный луч «фокусируется» на пигменте волоса или микроскопических капиллярах, которые питают фолликул. Он действует на заданной глубине и не повреждает соседние ткани. В результате фолликул сначала сильно нагревается, а затем разрушается.

Аппараты для лазерной эпиляции различаются по типу лазеров. Их основное отличие друг от друга — длина световой волны. Чем она больше, тем глубже проникновение и выше эффективность. Обычно в косметологии используются следующие типы лазеров.

Рубиновый лазер

Удаляет только темные волосы на светлой коже, со светлыми волосками не справляется.

Александритовый лазер

В свое время сменил в лазерных установках рубиновый лазер, который использовался в косметологии до начала XXI века. В отличие от старшего брата александритовый лазер генерирует световое излучение с длиной волны 725 нм против 694 нм у рубинового. Дает максимальный результат на светлой коже, без загара, но светлые волосы не удаляет. К тому же, без применения охлаждающей насадки процедура достаточно болезненная.

Диодный лазер

Длина волны — 800-900 нм, что позволяет удалять волосы даже на загорелой коже. И хотя диодный лазер не может избавить от седых волос, он отлично справляется со светлыми.

Неодимовый лазер

Длина волны достаточно высокая —– 1064 нм. Лазерные лучи воздействуют не только на меланин, но и коагулируют (запечатывают) кровяные сосуды. Другими словами, с помощью неодимового лазера можно лишить волосы питания, что приводит к гибели фолликулов. Но стоит отметить, что для эпиляции такие лазеры применяют редко. Основной фронт их работы в клиниках — устранение сосудистой сетки на лице.

ЭЛОС эпиляция

С помощью этой технологии на волос воздействуют сразу двумя способами — светом и током. Лазерный луч нагревает волос, а электрический импульс бьет по волосяному фолликулу. При этом глубина воздействия доходит до 5-6 мм по сравнению с 4 мм при обычной лазерной эпиляции.

На сегодняшний день лазерная эпиляция считается одним из самых эффективных методов избавления от лишних волос.

Виды процедуры

Лазерная эпиляция может проводиться двумя способами: контактным и бесконтактным, в зависимости от того, вступает ли лазерная насадка в контакт с кожей.

Как подготовить кожу к эпиляции

Контактный

Суть способа в том, что на конце насадки есть линза, которая контактирует с кожей. Задача этой линзы — дополнительно фокусировать лазерные лучи на волосках, тем самым повышая эффективность эпиляции.

Бесконтактный

Такие лазеры не контактируют с кожей. Насадка фиксируется на специальной подставке, и кожи касается только луч.

Показания и противопоказания

Если вы хотите решить проблему лишних волос на теле раз и навсегда, вам нужна лазерная эпиляция.

Показанием к лазерной эпиляции является желание навсегда избавиться от лишней растительности на теле (или лице)

При этом важно понимать, что в некоторых случаях эта процедура противопоказана. Вот небольшой список самых распространенных табу:

• беременность;

• раны, ожоги и другие повреждения кожи;

• кожные заболевания в стадии обострения;

• гиперчувствительность кожи;

  Как понять, что у вас чувствительная кожа

• аллергия;

• простудные и вирусные заболевания;

• варикозное расширение вен;

• сахарный диабет;

• гипертония.

Ссылки

Картошка гармошкой

Клинические примеры

Клинический случай 1

Пациентка, 32 года. Предложена трансконъюнктивальная билатеральная блефаропластика с применением лазера. Через нижний свод конъюнктивального мешка осуществлен доступ к параорбитальной клетчатке (SP 3 W), избытки подвергнуты абляции (SP 6 W). Рана ушита одиночными швами Vicryl 6.0. В послеоперационном периоде отмечены отеки и синяки в меньшей степени по сравнению с классической методикой. Риски электротравмы глаза отсутствовали, так как электрокоагулятор не использовался.

Минусы: необходимость использования одноразовых конъюнктивальных экранов, что в свою очередь усиливает явления послеоперационного конъюнктивита.

Выводы: методика значительно облегчает работу хирурга, обеспечивает меньшую травматизацию тканей при операции. При одномоментном лазерном фракционном воздействии на кожу периорбитальной области (псевдоблефаропластике) данный метод незаменим.

Клинический случай 2

Пациент, 23 года. Посттравматическая деформация губы. Предпринята попытка симметризации губ. В условиях операционной с электрокоагулятором по разметке было проведено моделирование верхней губы. Операция длилась 20 минут, стабильный гемостаз – +40 минут. Результат: пациент удовлетворен на 80 %. После анализа результата пациенту была предложена коррекция губы лазером SmartХide2. В режиме Smart Pulse 6W с помощью насадки 7” была выполнена абляция избыточной и рубцовой ткани верхней губы. Швы наложены Vicryl Rapide 5.0. Пациенту рекомендован уход за раной до исчезновения отека (до 14 дней). Через два месяца после операции результат удовлетворительный на 100 % для пациента и хирурга.

Минусы лазерного метода коррекции: не выявлены.

Выводы: на данном этапе считаю коррекцию деформаций губ СО₂ лазером лучшим методом из возможных.

Клинический случай 3

Пациентка, 44 года. Предложена пластика верхних век. Было выполнено иссечение избытка кожи верхнего века. Абляция участка круговой мышцы глаза, ее рассечение и удаление избытков параорбитальной клетчатки. Преимущества применения лазера – в скорости операции и чистоте раны.

Минусы: в связи с большим размером манипул лазера нужны идеально выверенные и точные движения хирурга для получения ровного операционного края.

Защитные очки

При работе с лазерами 4 класса с открытой опасной зоной или при риске отражения следует пользоваться защитными очками. Тип их зависит от вида излучения. Очки необходимо выбирать для защиты от отражений, особенно диффузных, а также для обеспечения защиты до уровня, когда естественный защитный рефлекс может предотвратить травмы глаз. Такие оптические приборы сохранят некоторую видимость луча, предотвратят ожоги кожи, снизят возможность других несчастных случаев.

Факторы, которые следует учитывать при выборе защитных очков:

• длина волны или область спектра излучения;
• оптическая плотность при определенной длине волны;
• максимальная освещённость (Вт/см2) или мощность пучка (Вт);
• тип лазерной системы;
• режим мощности — импульсное лазерное излучение или непрерывный режим;
• возможности отражения — зеркального и диффузного;
• поле зрения;
• наличие корректирующих линз или достаточного размера, позволяющего ношение очков для коррекции зрения;
• комфорт;
• наличие вентиляционных отверстий, предотвращающих запотевание;
• влияние на цветовое зрение;
• ударопрочность;
• возможность выполнения необходимых задач.

Так как защитные очки подвержены повреждениям и износу, программа безопасности лаборатории должна включать периодические проверки этих защитных элементов.