Laservalo. Valon heijastus ja taittuminen

Optiikan alkeislait tunteva henkilö nauraa sydämellisesti juonelle, jossa supersankari heijastaa konnan laserhyökkäystä kiiltävän pinnan avulla. Peili ei pysty heijastamaan lasersädettä hajottamatta sädettä. Lasersäteen heijastamiseksi tai uudelleen suuntaamiseksi sinun on työskenneltävä kovasti ja oltava melko monimutkaiset laitteet tätä varten.
Ja supersankarin käsi on suuressa vaarassa. Voimakkaan säteen osuessa riittämättömän pintalaadun omaava peili joko romahtaa tai sulaa.

Tämä ei ole pieni ongelma nykyaikaisille laseroptiikan asiantuntijoille. He kohtaavat tarpeen heijastaa lasersäde jatkuvasti. Viime aikoihin asti, riippumatta siitä, mitä temppuja tutkijat tekivät, heidän peilinsä eivät täyttäneet heille annettuja tehtäviä. Riippumatta siitä, kuinka ihanteellinen peilin pinta on, se lämpenee kosketuskohdassa säteen kanssa, lämpenee ja muotoutuu. lasersäde ei heijastu kokonaan, suurin osa hänen energiansa on hukassa.

Perinteisesti tiedemiehet ovat etsineet uusia lämmönkestäviä materiaaleja peilien valmistukseen. Jotkut materiaalit ovat parempia, toiset huonompia, jotkut materiaalit ovat kalliita, kun taas toiset vaativat monimutkaista käsittelyä. Sopivan materiaalin hakua ei ole saatu päätökseen tähän päivään mennessä. Todennäköisesti nämä haut venyvät loputtomiin.

Fraunhofer-instituutin optikot valitsivat toisen tien. He käyttivät kuuluisaa sanontaa "jos vuori ei tule Muhammedin luo, niin Muhammed menee vuorelle". He muuttivat lähestymistapaansa ongelmaan ja päättivät luoda älypeilin, joka itse kompensoi energiahäviöitä ja "säätyy" jokaiseen lasersäteeseen erikseen. Tämä tuli mahdolliseksi johtuen siitä, että peili ei absorboi lämpöä ja muotoile, vaan yksinkertaisesti kompensoi lämpömuodonmuutosta. Kompensoimiseksi käytetään peilin haluttujen alueiden erittäin tarkkaa keinotekoista lämmitystä ja pietsosähköistä vaikutusta.
Erikoiskeramiikasta ja kuparikerroksella päällystetty peili voi muuttaa pintaansa automaattisesti. Tämä tapahtuu lämpöantureiden ansiosta, jotka käskevät lämmityslaitetta lämmittämään sen peilin alueen, joka kompensoi lasersäteen lämmön aiheuttamaa muodonmuutosta.

Älypeilien käyttö antaa tilaa laaja sovellus laser Nämä voivat olla asennuksia suurikokoisten leikkaamiseen avaruusromua pieniksi paloiksi, jotka voivat palaa maan ilmakehässä. Tämä ei vaadi merkittäviä energiakustannuksia ja työ voidaan suorittaa kaukaa.

Tällaisten peilien käyttö auttaa voittamaan lasersäteen ilmakehän vääristymät ja siirtämään suuria tietomääriä häviämättä tuhansien kilometrien etäisyyksille. Tämä hanke tarjoaa erinomaiset mahdollisuudet laserviestinnän kehittämiseen.

Sellainen peili ei tietenkään mahdu supersankarin taskuun. Hänen on löydettävä muita tapoja vastustaa laseraseita. Kuka tietää, ehkä tällaisia ​​​​menetelmiä löytyy tulevaisuudessa?!

Tutkijat oppivat taivuttamaan veden pintaa optisten säteilylähteiden avulla jo vuonna 1973, mutta tuolloin he käyttivät tehokkaita lasereita, jotka toimivat korkean fotonipaineen vuoksi. Tämä ilmiö oli sitten sinänsä yllättävä, koska... vedellä on melko korkea pintajännitys (ja valo kohdistaa suhteellisen vähän painetta).

Tähän asti uskottiin, että kaarevuus voidaan saavuttaa käyttämällä lasereita, joiden teho on vähintään 10 W (tämä on mikrokoneissa tai kirurgiassa käytetty laserluokka). Siksi kukaan ei edes yrittänyt saada samanlaisia ​​tuloksia käyttämällä vähemmän tehokkaita laitteita. Mutta joukko tutkijoita Rennesin yliopistosta (Ranska) päätti suorittaa kokeen heikolla laserilla konfiguraatiossa, joka tunnetaan nimellä täydellinen. sisäinen heijastus, jossa voimat jakautuvat hieman eri tavalla kuin suorassa säteilyssä. Heidän työnsä yksityiskohtaiset tulokset julkaistaan ​​Physical Review Letters -lehdessä.

Kun valaistat valoa veteen jossain satunnaisessa kulmassa, valon kokonaispaine on kolmen pinnan läpi kulkevan ja pinnalta heijastuneen säteen vaikutusten summa. Tämän seurauksena painevoima on pystysuora (kokonaisvoiman vaakakomponentti on nolla). Mutta kun valo osuu veden pintaan sen syvyydestä yli 49 asteen kulmassa, se heijastuu lähes kokonaan takaisin. Tässä tapauksessa voiman vaakasuora komponentti säilyy (Gauss-Haenchen-ilmiön mukaan) ja vaikuttaa veteen säteen keskipisteen suuntaan. Pintaan muodostuu kaarevuus, samanlainen kuin jos paperiarkin reunoja siirretään toisiaan kohti.

Kokeessa ryhmä käytti vihreää 20 milliwatin argonlaseria, joka oli suunnattu kulmaan pintaa kohti matalasta vesisäiliöstä, jonka pohjassa oli peili. Lasersäde heijastui useita kertoja peilistä ja pinnasta ja osui lopulta anturiin. Säteen pitkänomainen kuva osoitti vedenpinnan kaarevuutta (ihan kuin vino peili vääristää muotostaan ​​riippuen siihen heijastuneen henkilön mittasuhteita). Tutkijat olivat ymmällään siitä, että tässä tapauksessa pinnalle ei muodostunut odotettuja pullistumia, vaan päinvastoin painaumia. Heidän selityksensä kuitenkin osoittaa, että tämä kaikki on täysin sopusoinnussa Gauss Haenchenin vaikutuksen kanssa. Ryhmä perustelee näkemyksensä siitä, miksi tällainen yllätys on mahdollista pienen läsnäoloon sähkökenttä, joka ulottuu noin yhden mikronin vedenpinnan yläpuolelle. He uskovat, että tämän kentän gradientti on niin suuri, että se muuttaa merkittävästi ilmanpainetta pinnan välittömässä läheisyydessä (työntää sitä alas).

Tiedemiehet eivät kuitenkaan täysin hyväksy tätä selitystä, vaikka he eivät kyseenalaistakaan kokeen tuloksia. Heidän mielestään malli on liian yksinkertainen. Mutta riippumatta tämän mallin yksityiskohdista, löydettyä vaikutusta voitaisiin hyvin käyttää pienten, virittävien optisten linssien luomiseen.

Tämä projekti on omistettu lasersäteilyn ominaisuuksien ja ominaisuuksien tutkimukselle käytännössä, lasereiden käyttöön yksinkertaisten fyysisten laitteiden luomiseen. Työssä hahmotellaan ja kuvataan laite ja fyysisiä periaatteita lasertoiminto, kuvassa laaja alue lasereiden käyttö erityisesti avaruusteollisuudessa.

Yleisministeriö ja ammatillinen koulutus Sverdlovskin alue

Paikallishallinto

"Kamensk-Uralskyn koulutusosasto"

Kunnallinen itsenäinen oppilaitos

"Yliopisto nro 40"

Toinen nuorisoavaruusfoorumi "Semikhatovin lukemat"

Osa 1. Fysiikka ja maailmantieto

Projekti

"Kotitekoiset laserlaitteet"

Toteuttaja:

Zherebyatjev Ilja Vladimirovitš,

9 luokan oppilas

Valvoja:

Balashova Marina Eduardovna,

Fysiikan opettaja

Kamensk-Uralsky - Jekaterinburg

Johdanto

Tähtitiede on vuosisatojen ajan ollut luonnontieteen johtaja. Tähtitieteelliset havainnot toimivat perustana monien fysiikan lakien löytämiselle. Useita vuosia sitten radioastronomit tekivät mielenkiintoisen löydön. Kävi ilmi, että tähtienvälisessä väliaineessa on OH-molekyylien ryhmiä (hydroksyyliryhmiä). Hydroksyylisäteily on samanlaista kuin lasersäteily. Joten luonto loi laserit ennen kuin ihminen keksi ne.

Vuonna 2015 tiedeyhteisö juhlii laserin keksimisen 55-vuotispäivää.

Lasersäteilyllä on hämmästyttäviä ominaisuuksia. Ei ole turhaa, että tieteiskirjallisuus odotti sen luomista.

Hankkeen parissa tutkittiin laserin keksintöhistoriaa, sen toimintaperiaatetta, tutustuttiin käytännössä säteilyn ominaisuuksiin ja pohdittiin laserlaitteiden käyttöä. eri aloilla ihmisen toiminta, kouluyhteisön (1-11 luokkalaiset, vanhemmat) tutustuminen laseriin.

Tämän työn tarkoitus: tee laitteita laserilla: yksinkertainen skanneri ja resonaattori.

Tehtävät:

• tutkia tämän aiheen kirjallisuutta (laserteoria, historia, sovellus);
• tutkia lasersäteilyn ominaisuuksia ja ominaisuuksia käytännössä;
• valita materiaalit laitteiden valmistukseen.

Tämän aiheen relevanssi johtuu laserteknologioiden kehitysvauhdin jatkuvasta noususta ja niiden käyttöönotosta elämässämme, myös avaruusteollisuudessa.

Tutkimuksen kohde: lasersäteilyä.

Opintojen aihe: mahdollisuus käyttää lasereita yksinkertaisten fyysisten laitteiden luomiseen.

Pääosa

Mikä on laser? Lasersäteilyn perusominaisuudet

Sana "laser" koostuu alkukirjaimista englanninkielisessä lauseessa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, joka käännettynä venäjäksi tarkoittaa: valon vahvistaminen stimuloidun emission avulla.

Laser (optinen kvanttigeneraattori) on laite, joka muuntaa pumpun energian (valo-, sähkö-, lämpö-, kemiallinen jne.) koordinoidun, monokromaattisen, polarisoidun ja tarkasti kohdistetun säteilyvirran energiaksi.

Lasersäteilyn perusominaisuudet: Yksivärinen (yksi väri) - kaikilla virtauksen sähkömagneettisilla värähtelyillä on sama taajuus ja aallonpituus. Kuvaa säteilyspektrin leveyttä. Mitä pienempi spektrin leveys, sitä suurempi on säteilyn yksivärisyys. Johdonmukaisuus – vaiheiden yhteensattuma sähkömagneettiset värähtelyt. Luonnehtii tämän säteilyn muodostavien aaltojen vaiheiden välistä yhteensopivuutta. Kahta sädettä kutsutaan koherentiksi, jos aaltojen välinen vaihe-ero pysyy vakiona havaintoaikana Lasersäteilyn ajallisen koherenssin ominaisuutta käytetään optoelektronisissa laitteissa tiedon vastaanottamiseen ja lähettämiseen. Mitä lyhyempi aalto, sitä enemmän tietoa voidaan välittää. Polarisaatio – vektorien kiinteä suuntaus elektromagneettinen säteily avaruudessa suhteessa sen etenemissuuntaan. Keskity – säteilyvuon pieni hajautus, joka etenee pienessä avaruuskulmassa. Suuri suuntaavuus varmistaa maksimaalisen energiatiheyden laitteen lähdössä.

Ominaisuuksiensa ansiosta laserista tuli yksi 1900-luvun merkittävimmistä keksinnöistä. Ainutlaatuisia ominaisuuksia Lasersäteily on tehnyt kvanttigeneraattoreista korvaamattoman työkalun useilla tieteen ja teknologian aloilla.

Laserin luomisen historiasta

1900 Saksalainen tiedemies Max Planck esittää rohkean hypoteesin säteilyn kvantisoinnista: aine emittoi ja absorboi valoa erillisinä osina (kvanteina). Kvanttienergia E = h∙ν, missäh– Planckin vakio.

1913 Niels Bohr, joka yritti selittää E. Rutherfordin planeettamallia atomista, muotoili kaksi postulaattia:

• Atomin energia on kvantisoitu, eli se voi saada useita erillisiä arvoja: E 1, E 2, E 3,…En
• Kun atomi siirtyy tasolta, jonka energia on E 2 tasolle, jonka energia on E 1, säteilee energiaa sisältävä kvantti (fotoni)h∙ ν = E 2 – E 1

1916 Albert Einstein luo teorian säteilyn vuorovaikutuksesta aineen kanssa, ja vuonna 1917. ennustaa atomien indusoidun (stimuloidun) säteilyn mahdollisuutta, mikä tarkoittaa perustavanlaatuista mahdollisuutta luoda kvanttivahvistimia ja generaattoreita elektromagneettiset aallot.

1940 Neuvostoliiton fyysikko V. A. Fabrikant osoittaa mahdollisuuden käyttää stimuloidun emission ilmiötä sähkömagneettisten aaltojen vahvistamiseen.

1954 Tutkijat Nikolai Gennadievich Basov ja Alexander Mihailovich Prokhorov ja heistä riippumatta amerikkalainen fyysikko Charles Townes luovat radioaaltojen mikroaaltokvanttigeneraattorin, jonka aallonpituus on 1,27 cm ("MASER"). Tästä keksinnöstä heille myönnettiin Nobel-palkinto.

1960 Amerikkalainen fyysikko Theodore Maiman suunnitteli ensimmäisen rubiinilaserin, jonka aallonpituus oli 0,69 mikronia. Peter Sorokin ja Mirek Stevenson kokosivat infrapunalaserin käyttämällä kalsiumfluoridia lisäten uraani-ioneja. Ali Javan, William Bennett ja Donald Herriot esittelivät maailman ensimmäistä heliumin ja neonin seosta käyttävää kaasulaseria, jota käytetään laajalti nykyään.

Lasereiden keksintö ja niiden parantaminen jatkuvat tähän päivään asti.

Teorialaser

Laserit koostuvat yleensä kolmesta osasta (kuva 1):

Energialähde tai pumppausmekanismi;

Työneste;

Mistä kukin näistä osista vastaa: Peilijärjestelmä tai optinen resonaattori.

Energian lähde toimittaa laitteen toimintaan tarvittavan energian. Tällainen alkuenergia voi olla myös toinen valonlähde sekä sähköpurkaus, kemiallinen reaktio jne.

Toimiva neste– aine (kaasu, kiinteä, nestemäinen ja jopa plasma), jossa on atomeja, jotka lähettävät koherentteja fotoneja. Määrittelee kaiken eniten tärkeitä ominaisuuksia laserilla, kuten teholla, aallonpituudella jne., mikä lopulta määrää sen käytännön sovelluksen.

Optinen resonaattori on peilijärjestelmä säteilyn keräämiseksi yhdeksi kapeaksi säteeksi.

Toimintaperiaate

Jotta koherenttien fotonien emissioprosessi tapahtuisi, työkappale joutuu energiapumppaukseen, mikä johtaa siihen, että suurin osa työkappaleen muodostavista atomeista on siirtynyt virittyneeseen energiatilaan. Tässä tilassa siirtyminen käänteiseen (virittymättömään) tilaan tapahtuu, jos fotoni kulkee atomin läpi, mikä vastaa energialtaan eroa näiden kahden atomin tilan välillä. Siten virittynyt atomi, siirtyessään perustilaan, lisää sen tarkka kopio. Siten tapahtuu valon vahvistusta.

Lasereiden sovellukset

Laseria kutsuttiin sen kehittämisen hetkestä lähtien laitteeksi, joka itse etsii ratkaistavia ongelmia. Lasereille on löytynyt käyttöä monilla aloilla - näönkorjauksesta hallintaan ajoneuvoja, esilämpöydinfuusion avaruuslennoista. Esimerkkejä laserin käytöstä: teollisuus: leikkaus, hitsaus, poraus, kaiverrus; lääketiede: leikkaus, laserhoito; sotilasasiat: tähtäimet, tutkat, SOI; arkielämä: tulostin, DVD, tiedonsiirto; tiede: taso, holografia, automaattitarkennus.

Lasereiden sovelluksetavaruusteollisuudessa

Tiedemiehet kehittävät innovatiivisia tapoja tiedon siirtäminen avaruudessa laserilla.

Ensimmäinen askel tässä ohjelmassa NASA käynnistää LCRD-projektin, joka on suunniteltu vuodelle 2017. Päätehtävä tämä tehtävä on testata ja demonstroida valmiuksia uusi teknologia tiedonsiirtonopeudella 6 kertaa.

Astronautiikassa ja ilmailussa nykyään käytetään pulssipulsseja. laserpaikantimet(Kuva 2) määrittääksesi etäisyyden kohteeseen.

Laserkorkeusmittarit(Kuva 3) käytettiin vuonna avaruusalus"Apollo" Kuun pinnan kuvaamiseen, Interplanetary Probe "Messenger" Merkuriuksen pinnan korkean tarkkuuden topografiseen tutkimukseen.

Energiaa olen liemessä ema varten

astronautiikka ei ole yhtä tärkeä. Yksi ratkaisu on käyttää hoidetutydinfuusio. Mutta on useita teknisiä ongelmia, jotka eivät salli työn saattamista käytännön käyttöön. Yksi näistä ongelmista on lämmitetyn plasman pitäminen sisällä ydinreaktori. Yksi tapa ratkaista tämä ongelma voi olla lasereiden käyttö.

Ei ole kaukana aika, jolloin ihmiskunta alkaa irtautua maasta ja lentää muille planeetoille. Samaan aikaan kosmonautit joutuvat ottamaan mukaansa monia tekniikoita, joita nykyään käytetään astronautiikasta kaukana olevilla alueilla. Mukaan lukien laserit: laserveikkaus, laserleikkaus ja -hitsaus, holografia jne.

Avaruusjärjestelmien suunnittelija, Venäjän tiedeakatemian akateemikko Boris Chertok ei sulje pois mahdollisuutta, että tulevaisuudessa avaruuteen saattaa ilmaantua vahingoittavia laser- ja suurtaajuisia avaruusaseita.

Käytännön osa

1. Lasersäteilyn joidenkin ominaisuuksien tutkimus

Lasersäteilyn aallonpituuden määrittäminen

Tarkoitus: määrittää punaisen ja vihreän lasersäteilyn aallonpituudet.

Mittaukseen tarvittavat laitteet: Tässä työssä valon aallonpituuden määrittämiseen käytetään diffraktiohilaa, jolla on tunnettu jakso (jakso on merkitty hilassa).

Jos kuljetat lasersäteen hilan läpi, näytön tummaa taustaa vasten voit tarkkailla 0., 1., 2. jne. järjestyksen diffraktiomaksimia.

Aallonpituus λ määritetään kaavalla: , missä A- etäisyys säleikköstä näyttöön, b– näytön etäisyys 0. asteen maksimista 1. tai 2. asteen diffraktiomaksimiin, d– kausi diffraktiohila, k– taajuuksien järjestys.

Aallonpituuden laskeminenpunainen Laser-säde. Ritilä jakovälillä 1/50 mm:

Aallonpituuden laskeminenpunainen

Aallonpituuden laskeminenvihreä Laser-säde. Ritilä jakovälillä 1/75 mm:

Aallonpituuden laskeminenvihreä Laser-säde. Ritilä jakovälillä 1/300 mm:

Saatujen tulosten vertaamiseksi käytän alla olevaa taulukkoa.

Pöytä. Lasersäteilyn aallonpituudet laserosoittimissa

Johtopäätös: Ottaen huomioon kokeellisten mittausten virheen ja myös sen, että laserosoittimilla on eri spektrialueet ja ne ovat eri valmistajilta, tulokset ovat käytännössä lähellä taulukossa esitettyjä.

Lasersäteen heijastus

Tarkoitus: tarkkailla lasersäteen heijastusta peilipinnalta.

Varusteet: optinen penkki, peili, astemittari, laser.

Lasersäde osuu heijastavaan pintaan (peiliin) tiettyyn suuntaan. Peilistä heijastuva säde muuttaa suuntaa. Riippumatta siitä, kuinka säde putoaa peiliin, tulokulma on aina yhtä suuri kuin heijastuskulma ja säteet ovat samassa tasossa säteen tulopisteeseen piirretyn kohtisuoran kanssa.

Valokuvissa näkyy säteen heijastus peilistä tulokulmissa 304) ja 60° (kuva 5).

Johtopäätös: kokemus todistaa valon heijastuslain pätevyyden.

Lasersäteen hajaantumiskulman määrittäminen

Tarkoitus: lasersäteen hajaantumisen tarkkaileminen ja hajoamiskulman määrittäminen.

Varusteet: laser, viivain.

Lasersäteen hajaantumiskulman määrittämiseksi asetin lasersäteilylähteen 67230 mm:n etäisyydelle seinästä (koe suoritettiin koulun virkistysalueella). Seinän valopisteen halkaisijaksi osoittautui 90 mm (kuva 8). Palkin halkaisija laitteen ulostulossa on noin 3 mm. Tämä koko voidaan jättää huomiotta, koska se on paljon pienempi kuin saatu arvo seinän pisteen halkaisijalle ja etäisyydelle seinästä (kuva 9).

Yksinkertaisten laskelmien avulla voit määrittää säteen erotuskulman:

Johtopäätös: lasersäteen hajoamiskulma on noin 4,824".

Työ sisälsi myös kokeita lasersäteen taitosta, diffraktiosta, sironnasta, polarisaatiosta ja pintalämpötilan mittauksesta lasersäteen vaikutuksesta.

2. Laserspirografin valmistus

Tällä laitteella seinille toistuva spiraalikuvioiden spektaakkeli on lumoava ja houkuttelee huomiota. Suurin osa ihmisistä, joille olen näyttänyt Spirograph-kuvioita, ovat olleet todella iloisia näkemäänsä.

Ajatus sen tekemisestä tuli minulle diskossa, kun näin omin silmin, mitä todellinen lasershow ja laservärimusiikki on ja miten se kaikki toimii. Näin laitteen toimintaperiaatteen kiinalaisessa valo- ja musiikkilaitteessa, joka muuttaa kuvioita äänen mukaan. Se käyttää mikrokontrollerin ohjaamia askelmoottoreita; tällä mallilla piirretyt kuvat ovat epävakaita moottoreiden synkronisen toiminnan vuoksi.

Tein periaatteessa samanlaisen laitteen yksinkertaisilla ohjauksilla ja käytettävissä olevilla osilla. Lasersäde suunnataan ensimmäiseen peiliin, jota ensimmäinen moottori pyörittää ja heijastaa säteen seuraavaan peiliin ja peilien pienestä kallistuksesta moottorin akseliin nähden säde heijastuu pyöreä kierto ja tahra osoittautuu selväksi kuvioksi.

Laitteeni käyttää kahta lasersädettä, neljää moottoria, viittä peiliä ja kolmea reostaattia, jotka säätelevät moottoreiden pyörimisnopeutta. Näin saadaan "laseresitys".

3. Laserskannerin valmistus

Resonanssi on ilmiö pakotettujen värähtelyjen amplitudin voimakkaasta kasvusta, joka tapahtuu, kun ulkoisen vaikutuksen taajuus osuu yhteen tiettyjen järjestelmän ominaisuuksien määrittämien arvojen (resonanssitaajuuksien) kanssa. Amplitudin kasvu on vain seurausta resonanssista, ja syynä on ulkoisen (kiihottavan) taajuuden yhteensopivuus jonkin muun värähtelyjärjestelmän parametreistä määrätyn taajuuden kanssa, kuten sisäisen (luonnollisen) taajuuden, viskositeettikertoimen jne. .

Skanneri on suunniteltu yksinkertaisten optisten kuvien saamiseksi. Koko laite perustuu magneettiresonanssiin. Laite on valmistettu moottorista, muovilevystä ja magneeteista. Levyn värähtelyamplitudin kasvu resonanssin aikana voidaan havaita valoviivaa pitkin. Muuttamalla moottorin asentoa ja sen pyörimisnopeutta saat paitsi erilaisia ​​​​lukuja näytölle, myös löytää resonanssitaajuuksia.

Johtopäätös

Tämä työ antoi minulle mahdollisuuden paitsi ymmärtää yksityiskohtaisesti valittua materiaalia tästä aiheesta, myös oppia analysoimaan tietoa monista lähteistä ja myös esittelemään sitä yleisölle. Myös tietyt fysiikan lait ja lasersäteilyn ominaisuudet vahvistavat kokeet vaikuttivat materiaalin tutkimiseen. Projektitoiminta edistää kykyjen kehittymistä itsenäinen työ, itseorganisaatiotaitojen muodostuminen.

Käytännön saavutuksiini kuuluu (ei ensimmäisen, samankaltaisen) työni merkitys, joka piilee siinä, että se auttaa propedeutiikkaa liikunta V ala-aste, jossa käyn säännöllisesti fysiikan projekteissani. Ja minulla on jo seuraajia tässä asiassa. SISÄÄN projektityö fysiikassa lapset itse ovat mukana, mikä epäilemättä auttaa heitä koulutuksessa, myös valinnassa tuleva ammatti. En sulje pois mahdollisuutta, että joku heistä yhdistää toimintansa astronautiikkaan.

Tapahtuma

Tilaa uutiset

Mikä on laser?

Isaac Newton uskoi, että valo koostuu pieniä hiukkasia- corpuscle, ja hänen vastustajansa Christian Huygens uskoi sen aalloista. Yli kolmesataa vuotta on kulunut, eivätkä ihmiset vieläkään tiedä vastausta. Ratkaisematta kiistaa, tiedemiehet pääsivät kompromissiin - valon hiukkasaaltoteoriaan. Korpuskkelia kutsuttiin fotoniksi, aaltoa kvantiksi, valon ominaisuuksia tutkittiin, mutta kiistaa ei koskaan ratkaistu.

Sähkömagneettisia aaltoja (senttimetristä mikrometriin aallonpituusalueelta) tutkittaessa havaittiin, että tietyt aineet (kiinteät, nestemäiset tai kaasut) lähettävät ulkoiselle jännittävälle säteilylle tai sähkölle altistuessaan rakenteellista valoa, jolla on sama aallonpituus ja suunta. eteneminen ja vaihe.

Yksinkertaisesti sanottuna tämä on sama resonanssiilmiö, josta tiedämme koulun kurssi fysiikka. Muistatko esimerkin sillasta? Joukko sotilaita marssii sillan yli. He pitävät vauhtia, tietyssä rytmissä. Ja tämä jatkuvasti lisääntyvä tärinä johtaa sillan romahtamiseen, joka periaatteessa on suunniteltu jopa kuorma-autojen kauttakulkua varten. Sama tapahtuu valon kanssa. Suuri määrä eripituisilla, -vaiheisilla ja -suuntaisilla valoaalloilla ei ole merkittävää vaikutusta sinuun ja minuun ja niistä on joskus hyötyäkin.

Aktiivisessa väliaineessa ulkoisesta energialähteestä tulevan pulssin vaikutuksesta atomit siirtyvät virittyneeseen tilaan, eli niiden elektronit ovat energeettisesti korkeammalla. Sitten elektronit itse palaavat vanhaan asemaansa lähettäen samalla valokvantin. Tämä kvantti kulkee viereisen atomin läpi jännittäen sitä. Osoittautuu, että valon kvanttia on jo kaksi. Alkaa ketjureaktio, jota tehostaa se, että aktiivista väliainetta ympäröivät peilipinnat. Niistä heijastuneet valokvantit stimuloivat edelleen kehittäminen ketjureaktio, mikä johtaa säteilytehotason nousuun vaaditut koot. Lisäksi kaikilla kvanteilla on sama suunta, sama vaihe ja aallonpituus, koska ne on tuotettu saman aineen atomeista.

Juuri tällaista säteilyä kutsuttiin ensin optisiksi masereiksi (maser on sähkömagneettisen säteilyn kvanttigeneraattori senttimetrialueella), sitten optisiksi kvanttigeneraattoreiksi ja nyt lasereiksi. Laser- valon vahvistus stimuloidulla emissiolla(Valon vahvistus stimuloidulla säteilyemissiolla).

2. Automaattinen seurantajärjestelmä potilaan silmien liikkeitä varten.

Nopeudessa ja reaktion laadussa tietokoneet eivät ole vain ohittaneet shakin maailmanmestareita, vaan ovat myös käytännössä saavuttaneet ihmissilmän. Aiemmin kirurgi sääti leikkauksen aikana säteen sijaintia sarveiskalvolla potilaan silmämunan liikkeiden mukaan. Nyt automaattinen seuranta tekee tämän - automaattinen järjestelmä seuranta. Hänen reaktionsa on nopeampi kuin ihmisen. Se liikuttaa eksimeerilaitteen ”päätä”, joka sisältää leikkausmikroskoopin ja osan säteilynantojärjestelmää, seuraamalla potilaan silmän pieniä liikkeitä ja jos liike on liian nopeaa tai lakaisevaa, se keskeyttää automaattisesti lasertoiminnan.

Automaattinen seuranta vähentää jyrkästi sellaisen komplikaation mahdollisuutta kuin lasersäteilytysvyöhykkeen hajauttaminen, eli epäsäännöllisen astigmatismin esiintyminen potilaassa korjauksen jälkeen. Tämä järjestelmä auttaa myös kirurgia kohdistamaan laserin sarveiskalvon optiseen keskustaan ​​ennen laserkorjauksen suorittamista.

3. Järjestelmä ilman poistamiseksi laserhaihdutustuotteilla leikkausalueelta.

Tämä on pieni pölynimuri, joka poistaa potilaan silmän yläpuolella olevasta ilmasta mikropölyä, josta sarveiskalvokudos muunnetaan laserin vaikutuksesta. Tämä pöly häiritsee säteilyn kulkua ilman läpi, mikä heikentää laserkorjauksen tuloksen ennustettavuutta.

Jos laite täyttää luetellut vaatimukset, sille voidaan suorittaa laserkorjaus nykyaikaisella tasolla.

Onko olemassa kotimaisia ​​excimer-lasereita?

MNTK Eye Microsurgery yhteistyössä instituutin kanssa yleinen fysiikka Neuvostoliiton tiedeakatemia loi Profile-500 excimer laserin vuonna 1986 ja äskettäin yhdessä Yleisen fysiikan instituutin fyysisen instrumentoinnin keskuksen kanssa. Venäjän akatemia Tieteet paransivat sitä ja kutsuivat sitä MicroScan-2000:ksi. MicroScan täyttää kansainväliset standardit, mutta sitä käytetään harvoilla klinikoilla. Toivottavasti tämä tilanne muuttuu tulevaisuudessa.

Kuinka paljon laserjärjestelmä maksaa?

Kallista, vaikka hinnat laskevat jatkuvasti. Oli aika, jolloin kustannukset ylittivät miljoonan Yhdysvaltain dollarin. Nyt se on useita satoja tuhansia dollareita. Lisäksi laserkulutustarvikkeet ja ylläpito ovat melko kalliita. Ajoittain on tarpeen puhdistaa peilit, vaihtaa kaasupullot ja diagnosoida muut laitteen järjestelmät. Ja kukaan ei ole suojassa osien kulumiselta. Edellyttää jatkuvaa laserin käyttöä erikoistuneen insinöörin toimesta. Kaikki tämä lisää laserkorjauksen kustannuksia.

Laserleikkaussali

Kaksitoista vuotta sitten ilmestyi tietoa, että yhdessä Yhdysvaltojen kaupungeista laserkorjaus suoritettiin tavaratalon alueella ja ilman lääkärin osallistumista. Kokemus ei juurtunut, laserkorjausta ei voitu vähentää lasien pyyhkimisen tasolle. Päinvastoin, laserkorjausmenetelmien kehittymisen myötä vaatimukset huoneelle, jossa se suoritetaan, ovat tiukentuneet. Vaaditaan steriilejä olosuhteita, lämpötilan, kosteuden ja ilman puhtauden hallintaa.

Leikkaussalin pintoja ei saa peilata, mikä sulkee pois kiiltävien laattojen ja kaihtimien, lasin ja peilien käytön, koska heijastuva lasersäteily on vaarallista.

Meidän ilmamme

Ilman tulee olla puhdasta. Kaikki pöly tai haihtuvat yhdisteet voivat vaikuttaa säteen läpäisemiseen ilman läpi. Siksi potilaan tulee pidättäytyä tupakoinnista sekä hajuvesien ja deodoranttien käytöstä ennen korjausta. Ilmanvaihtojärjestelmässä on oltava korkealaatuiset suodattimet. Lisäksi ulosvirtausilman tilavuuden tulee olla pienempi kuin sisäänvirtaus. Sitten kun ovea avataan, leikkaussalista tulee paineen alaisena puhdas ilma, joka ei päästä likaista ilmaa sisään leikkaussalista ja puhaltaa pölyä ulos. Sama koskee mahdollisia halkeamia. Hyvä ilmanvaihto edistää vakaata ja pitkä työ excimer laserin asennus. Mutta ei ole suositeltavaa avata leikkaussalin ovea laserin käytön aikana, vaikka ilmanvaihto olisi hyvä.

Laadukkaan ilmanvaihdon pääparametri- tämä on kymmenkertainen ilmanvaihto. Eli tunnissa ilman tilavuuden pitäisi muuttua kymmenen kertaa. Esimerkiksi huoneessa, jonka tilavuus on 500 kuutiometriä, ilmanvaihdon tulisi toimittaa 5000 kuutiometriä ilmaa tunnissa. Tämä voidaan tarkistaa yksinkertaisesti tuulimittarilla.

Meidän sähkö

Sähkömme on kuin tiemme – sileät tiet ovat erittäin harvinaisia. Samoin sähkö. Jännitteenvaihtelut eivät ole niin pahoja. Monet ihmiset ovat kuulleet tästä. Mutta meidän rakenteesta vaihtovirta Kaikki sähköverkossa olevat eivät muista. Venäjän vaihtovirran rakennetta kuvaava käyrä on lievästi sanottuna hyvin epätasainen. Ja kaikki vaihtovirran "epäsäännöllisyydet" voivat häiritä laserin vakautta, sammuttaa sen tai rikkoa sen. Puhumattakaan mahdollisesta äkillisestä sähkökatkosta leikkauksen aikana.

Siksi laserasennuksen olennaisena ominaisuutena tulisi olla keskeytymätön virtalähde.

Sen toiminnot:

Anna kaikkien leikkaussalissa olevien sähkölaitteiden toimia äkillisen virransyötön katketessa vielä keskimäärin puoli tuntia;

Vältä jännitteen vaihteluita;

Kohdista AC-rakenne. Tämä saavutetaan muuntamalla sähköverkosta saatu vaihtovirta tasavirraksi ja muodostamalla sitten taas vaihtovirta, mutta tällä kertaa rakenteeltaan samanlainen.

Lämpötila ja kosteus

Vakaa positiivinen lämpötila ja alhainen kosteus- avain lääketieteellisten manipulaatioiden laatuun. Laserin suositeltu käyttölämpötila on 19-23 °C. Siksi ilmastointilaitteen on myös oltava korkealaatuinen ja sen tulee tarjota täydellinen ilmastointi.

Kosteus- enintään 70 %. Ei äkillisiä muutoksia käyttöpäivän aikana, etenkään laserkalibrointien välillä. Siksi leikkaussalin ovet tulee avata mahdollisimman harvoin, siellä olevien ihmisten määrää tulee rajoittaa eikä muuttaa leikkauspäivän aikana, koska kaikki uusi ihminen nostaa lämpötilaa ja erityisesti kosteutta.

Artikkeli kirjasta: .