Vlastnosti rubínového lasera. Rubínový laser; najpodrobnejšie informácie o rubínovom laseri

Prvé lasery sa objavili pred niekoľkými desaťročiami a dodnes tento segment presadzujú najväčšie spoločnosti. Vývojári získajú všetky nové funkcie zariadenia, čo používateľom umožňuje efektívnejšie ho využívať v praxi.

Ruby sa nepovažuje za jedno z najsľubnejších zariadení tohto typu, ale napriek všetkým svojim nedostatkom stále nachádza medzery v prevádzke.

O tomto laseri bolo publikovaných menej údajov v porovnaní s Q-spínaným rubínovým laserom. Keďže však vlnová dĺžka a trvanie impulzu sú podobné ako pri rubínovom laseri s prepínaním Q, výsledky by mali byť trochu podobné. Dobrá odozva bola zaznamenaná pri liečbe lantínov a kukuričných makúl. Reagujú aj na dermálne pigmentové lézie.

Oba lasery sa výrazne zlepšili po troch ošetreniach, hoci alexandritový laser s prepínaním Q bol o niečo efektívnejší. Dvanásťmesačné sledovanie 12 liečených pacientov nepreukázalo žiadne známky recidívy alebo stmavnutia pigmentu.

Všeobecné informácie

Rubínové lasery patria do kategórie polovodičových zariadení. V porovnaní s chemickými a plynovými náprotivkami majú nižší výkon. To je vysvetlené rozdielom v charakteristikách prvkov, vďaka ktorým sa poskytuje žiarenie. Napríklad tie isté chemické lasery sú schopné generovať svetelné toky s výkonom stoviek kilowattov. Medzi vlastnosti, ktoré odlišujú rubínový laser, patrí vysoký stupeň monochromatičnosti, ako aj koherencia žiarenia. Niektoré modely navyše poskytujú zvýšenú koncentráciu svetelnej energie vo vesmíre, čo stačí na termonukleárnu fúziu zahrievaním plazmy lúčom.

Hliníkové a rubínové lasery v normálnom režime

Liečba pomocou Q-spínaného alexandritového lasera a laseru s oxidom uhličitým viedla k výraznému zlepšeniu skóre zlepšenia v porovnaní s pacientmi vystavenými Q-spínanému alexandritovému laseru. Kim a Kang zaznamenali vedľajšie účinky liečby. Hnedá až čierna repigmentácia makuly sa vyskytla u 44 z 53 pacientov. Rubínové a alexandritové lasery s dlhými pulzmi sa ukázali ako účinné pri liečbe rubínových laserov, vrodených neuróz a iných pigmentových lézií.

Ako už názov napovedá, aktívnym médiom lasera je rubínový kryštál vo forme valca. Keď je tyč leštená špeciálnym spôsobom. Aby rubínový laser poskytol maximálnu možnú energiu žiarenia, strany kryštálu sa spracovávajú, až kým sa nedosiahne rovinná paralelná poloha voči sebe. Zároveň musia byť konce kolmé na os prvku. V niektorých prípadoch sú konce, pôsobiace určitým spôsobom ako zrkadlá, dodatočne pokryté dielektrickým filmom alebo vrstvou striebra.

Tieto lasery je možné použiť aj pri laserovej epilácii. Alexandritový laser v normálnom režime vyžaruje svetlo s vlnovou dĺžkou 755 nm s trvaním impulzu 2 až 20 mikrosekúnd. Tento laser je účinný pri odstraňovaní pigmentovaných chĺpkov. Údaje o použití pri pigmentových léziách neboli publikované.

rubínový laser Normálny režim je tiež veľmi účinný na odstránenie pigmentovaných chĺpkov. Japonci majú jedinú publikovanú skúsenosť s dlhými pulznými lasermi na pigmentové lézie. Vrodený nevir liečený 4-krát vykazoval významné vymiznutie pigmentácie. Ošetrená pokožka je takmer na nerozoznanie od normálnej okolitej pokožky.


Rubínové laserové zariadenie

Zariadenie obsahuje komoru s rezonátorom, ako aj zdroj energie, ktorý excituje atómy kryštálu. Ako aktivátor blesku možno použiť xenónovú výbojku. Svetelný zdroj je umiestnený pozdĺž jednej osi rezonátora, ktorý má valcového tvaru. Na druhej osi je rubínový prvok. Spravidla sa používajú tyče s dĺžkou 2-25 cm.

Wang a ďalší porovnávali Q-switched alexandritový laser s intenzívnym pulzným svetlom pri liečbe pieh a lentigínov. Napriek menšej absorpcii tejto vlnovej dĺžky melanínom v porovnaní so zeleným a červeným svetelným laserom, jeho výhoda spočíva v schopnosti preniknúť hlbšie do pokožky. Tento laser môže byť užitočnejší pri liečbe lézií u jedincov s tmavším odtieňom pokožky.

Prstencové bunky, predstavujúce vakuolizované pigmentové bunky s periférnou pigmentovou kondenzáciou, sa nachádzajú v epidermálnej bazálnej bunkovej vrstve. Avšak aj oxid uhličitý, keď sa používa pri nízkej hladine fluencie, spôsobuje len obmedzenú tepelnú nekrózu.

Rezonátor smeruje takmer všetko svetlo z lampy na kryštál. Je potrebné poznamenať, že nie každý je schopný pracovať pri zvýšených teplotách, ktoré sú potrebné na optické čerpanie kryštálu. Z tohto dôvodu je rubínové laserové zariadenie, ktoré obsahuje svetelné zdroje na báze xenónu, navrhnuté na nepretržitú prevádzku, ktorý sa nazýva aj pulzný. Pokiaľ ide o tyčinku, zvyčajne je vyrobená z umelého zafíru, ktorý je možné primerane upraviť tak, aby vyhovoval prevádzkovým požiadavkám lasera.

V štúdii o laserové spracovanie oxidu uhličitého o 146 slnečných lentigov, 10 % sa úplne vyčistí a dve tretiny sú výrazne oslabené. Vo vrstve bazálnych buniek došlo k tepelnému poškodeniu. Toto poškodenie malo za následok epidermálnu nekrózu po 24 hodinách, po ktorej nasledovala dermo-epidermálna separácia. Došlo k minimálnemu tepelnému poškodeniu. Po zlúpnutí poškodenej epidermy nasledovala následná reepitelizácia.

Ošetrenia boli podávané v 4-týždňových intervaloch a každá žena bola liečená 3-4 krát. Uskutočnili sa zobrazovacie štúdie a Naito zistil, že u všetkých pacientov v štúdii sa melazma znížila najmenej o 20 %. Traja dostali 50% zlepšenie, 2 30% zlepšenie a 1 20% zlepšenie.

Princíp činnosti lasera


Pri aktivácii zariadenia zapnutím lampy dochádza k inverznému efektu so zvýšením hladiny iónov chrómu v kryštáli, v dôsledku čoho začína lavínový nárast počtu emitovaných fotónov. V tomto prípade sa na rezonátore pozoruje spätná väzba, ktorá je zabezpečená zrkadlovými plochami na koncoch pevnej tyče. Takto vzniká úzko nasmerovaný tok.

Frekvencia vedľajšie účinky bol nízky, s akneiformnou erupciou a vírusom herpes simplex, ktorý zostáva jedným z najvýznamnejších. Boli hlásené početné prípady laserovej liečby lézií, ktoré boli považované za benígne, ale v skutočnosti išlo o melanóm. Laserová liečba nie je pri melanóme účinná a takáto laserová liečba komplikuje a odďaľuje diagnózu melanómu, takže to, čo sa javí ako benígna pigmentová lézia, by sa malo pred použitím lasera na odstránenie pigmentu starostlivo vyšetriť.

Trvanie impulzu spravidla nepresahuje 0,0001 s, čo je kratšie ako trvanie neónového záblesku. Pulzná energia rubínového lasera je 1 J. Rovnako ako v prípade plynové spotrebiče, princíp fungovania rubínového lasera je tiež založený na efekte spätná väzba. To znamená, že intenzita svetelný tok začína byť podporovaný zrkadlami interagujúcimi s optickým rezonátorom.

Niekoľko pigmentovo špecifických laserov môže účinne liečiť epidermálne a dermálne pigmentové lézie. Lasery sú najúčinnejšie pri liečbe epidermálnych pigmentových lézií. Nové, dlho pulzujúce, pigmentovo špecifické lasery môžu ďalej zlepšiť klinické výsledky získané pri perzistentných pigmentových léziách a iných stavoch.

Budúce lasery na liečbu pigmentových lézií sa môžu selektívne zamerať skôr na melanocyty než na melanozómy. Kontroverzia o laserovej terapii vrodených névov bude vyriešená po tom, čo boli v priebehu niekoľkých desaťročí pozorované tisíce liečených lézií. Súhrn laserov a ich účinnosti.

Prevádzkové režimy lasera


Najčastejšie sa laser s rubínovou tyčinkou používa v režime vytvárania uvedených impulzov s hodnotou milisekundy. Na dosiahnutie dlhších aktívnych časov technológie zvyšujú optickú čerpaciu energiu. To sa deje pomocou výkonných zábleskových lámp. Keďže rastové pole impulzov je v dôsledku času tvorby elektrického náboja v zábleskovej lampe charakterizované plochosťou, prevádzka rubínového lasera začína s určitým oneskorením v momentoch, keď počet aktívnych prvkov prekročí prahové hodnoty.

Pigmentovaná koža morčiat ožiarená pulzmi rubínového lasera s prepínaním Q. Zváranie laserovým lúčom je výrobná metóda, pri ktorej sa dve resp. ostatné časti materiálu sa spoja pomocou laserový lúč. Laserové lampy sú navrhnuté tak, aby zosilňovali svetlo stimulovanou emisiou. Ide o bezkontaktný proces, ktorý vyžaduje prístup k oblasti zvárania z jednej strany zváraných dielov.

Zvar sa vytvorí, keď intenzívne laserové svetlo rýchlo zohreje materiál, zvyčajne sa počíta v milisekundách. Laserový lúč je koherentné svetlo s jednou vlnovou dĺžkou. Laserový lúč má nízku divergenciu lúča a. vysoký obsah energie, a preto pri dopade na povrch vytvorí teplo.

Niekedy dochádza aj k poruchám vo vytváraní impulzov. Takéto javy sa pozorujú v určitých intervaloch po poklese indikátorov výkonu, to znamená, keď potenciál výkonu klesne pod prahovú hodnotu. Rubínový laser môže teoreticky pracovať v nepretržitom režime, ale takáto prevádzka vyžaduje použitie viacerých výkonné lampy. V skutočnosti sa v tomto prípade vývojári stretávajú s rovnakými problémami ako pri vytváraní plynových laserov - nevhodnosť použitia základne prvkov s vylepšenými charakteristikami a v dôsledku toho obmedzenie možností zariadenia.

Hlavné typy laserov používaných pri zváraní a rezaní sú. Tieto lasery používajú na pohon nízkonapäťový vysokonapäťový zdroj zmes plynov pomocou generačného prostredia. Lasery s oxidom uhličitým využívajú zmes oxidu uhličitého s vysokou čistotou. hélium a dusík ako generačné médium. Impulznou prácou sa vytvorili spoje podobné bodovým zvarom, avšak s plnou penetráciou. Energia pulzu je od 1 do 100 joulov. Doba impulzu je od 1 do 10 milisekúnd. diódové lasery.

  • Plynové lasery: používajú zmes plynov, ako je hélium a dusík.
  • Pracujte v pulznom alebo nepretržitom režime.
  • Môžu byť pulzné alebo nepretržité.
Lasery sa používajú na materiály, ktoré sa ťažko zvárajú inými metódami, na ťažko dostupné miesta a na extrémne malé súčiastky.

Druhy

Prínos spätného efektu je najvýraznejší u laserov s nerezonančnou väzbou. V takýchto prevedeniach sa dodatočne používa rozptylový prvok, ktorý umožňuje vyžarovať spojité frekvenčné spektrum. Používa sa aj Q-spínaný rubínový laser - jeho konštrukcia obsahuje dve tyče, chladené a nechladené. Teplotný rozdiel umožňuje vytvorenie dvoch laserových lúčov, ktoré sú oddelené vlnovou dĺžkou do angstromov. Tieto lúče svietia cez pulzný výboj a uhol tvorený ich vektormi je malý.

Video proces zvárania laserovým lúčom

Pre reaktívnejšie materiály je potrebná ochrana plynu. Zaostrený laserový lúč má najvyššiu koncentráciu energie. akýkoľvek známy zdroj energie. Laserový lúč je zdrojom elektromagnetickej energie alebo svetla, ktoré možno posúvať bez divergencie. a môže sa sústrediť na presné miesto. Lúč je koherentný a má jednu frekvenciu.

Plyny môžu emitovať koherentné žiarenie, keď sú obsiahnuté v optickom. rezonančná dutina. Plynové lasery môžu pracovať nepretržite, ale spočiatku. len pri nízkej úrovni výkonu. Neskorší vývoj umožnil vstup plynov. laser na chladenie, aby mohol nepretržite pracovať na vyššej úrovni. výkonové výstupy. Plynové lasery sú čerpané s vysokou rádiovou frekvenciou. generátory, ktoré zdvihnú atómy plynu na dostatočnú úroveň vysoký stupeň energie. pre generáciu. Systémy s vyšším výkonom sa používajú aj na experimentálne a. rozvoj.


Kde sa používa rubínový laser?

Takéto lasery sa vyznačujú nízkou účinnosťou, ale vyznačujú sa tepelnou stabilitou. Tieto vlastnosti určujú smery praktického využitia laserov. Dnes sa používajú pri vytváraní holografie, ako aj v odvetviach, kde je potrebné vykonávať operácie dierovania ultra presných otvorov. Takéto zariadenia sa používajú aj pri zváracích operáciách. Napríklad pri výrobe elektronické systémy pre technická podpora satelitná komunikácia. Rubínový laser si našiel svoje miesto aj v medicíne. Uplatnenie technológie v tomto odvetví je opäť spôsobené možnosťou vysoko presného spracovania. Takéto lasery sa používajú ako náhrada za sterilné skalpely, ktoré umožňujú vykonávať mikrochirurgické operácie.

Na zváranie automobilov sa používa 6-kilovoltový laser. aplikácie a 10-kilowattový laser na výskumné účely. Existujú aj iné typy laserov; avšak kontinuálny oxid uhličitý. laser, dostupný vo výkonoch od 100 wattov do 10 kW, sa zdá byť najsľubnejším pre obrábanie kovov.

Koherentné svetlo vyžarované laserom možno zaostriť a odráža rovnakým spôsobom ako lúč svetla. Veľkosť zaostreného bodu sa riadi výberom šošoviek a vzdialenosťou od bodu k základni. kov. Bodka môže mať veľkosť až 003 palcov. veľké plochy 10 krát viac. Na zváranie sa používa ostrý, zaostrený bod. na rezanie. Na tepelné spracovanie sa používa veľké miesto.

Záver


Prvým operačným systémom tohto typu sa stal laser s rubínovým aktívnym médiom. Ale s vývojom alternatívnych zariadení s plynovými a chemickými plnivami sa ukázalo, že jeho výkon má mnoho nevýhod. A to nehovoríme o tom, že rubínový laser je jedným z najnáročnejších z hľadiska výroby. So zvyšujúcimi sa jeho pracovnými vlastnosťami sa zvyšujú aj požiadavky na prvky tvoriace konštrukciu. V súlade s tým sa tiež zvyšujú náklady na zariadenie. Vývoj modelov rubínovo-kryštálových laserov má však svoje dôvody, súvisiace okrem iného s jedinečné vlastnosti aktívne médium v ​​tuhom stave.

Laser ponúka zdroj koncentrovanej energie na zváranie; dnes je však v skutočnej výrobe len niekoľko laserov. Vysokovýkonný laser je extrémne drahý. Technológia laserového zvárania je stále v plienkach, takže budú existovať zlepšenia a náklady. vybavenie sa zníži. Nedávne použitie metód optických vlákien na prenášanie. laserový lúč do bodu zvárania môže výrazne rozšíriť použitie. lasery v kovoobrábaní.

Prenos energie laserového lúča sa líši od procesov. Pri laserovom zváraní závisí absorpcia energie materiálu od mnohých faktorov, ako je typ lasera, hustota dopadajúceho výkonu a stav povrchu základného kovu. Výstup lasera nemá elektrický charakter a nevyžaduje prietok elektrický prúd. To eliminuje akékoľvek účinky magnetizmu a neobmedzuje proces na elektricky vodivé materiály.

Ako je známe, chemické a optické vlastnosti prvkov určujú najmä elektróny v nenaplnených atómových obaloch. Elektronická konfigurácia iónu má nasledujúcu štruktúru: . Existuje jeden prázdny vonkajší obal s tromi ekvivalentnými d elektrónmi. Tieto ekvivalentné elektróny v dôsledku necentrálnej symetrie vnútroatómového elektrického poľa pôsobiaceho na každý elektrón tvoria nasledujúce členy (stavy s rôznymi energiami): šesť dubletov (2 termíny),

a dve kvartetá na zadnej strane termínu. Dubletové členy majú celkový elektrónový spin S rovný 1/2, kvartetové členy 3/2. Podľa Hundovho empirického pravidla je najnižší člen člen s maximálnou multiplicitou, teda s maximálnym celkovým spinom elektrónov a pre danú multiplicitu s maximálnou hodnotou celkového orbitálneho momentu hybnosti. Spodný výraz je teda výraz , pre ktoré S = 3/2, L = 3. Najbližší člen s vyššou energiou je člen , ktorý má S = 1/2 a L = 4. Toto bolo stanovené výpočtami a experimentom. Práve tieto dva pojmy sa aktívne podieľajú na implementácii laserovej generácie. Sú degenerované vo všetkých možných vektorových orientáciách a . Mnohopočetnosť degenerácie, tj počet podúrovní s rovnakou energiou, sa určuje podľa vzorca

Lasery môžu interagovať s akýmkoľvek materiálom. Nevyžaduje vákuum a neprodukuje röntgenové lúče. Čerpadlový zdroj dodáva energiu médiu excitáciou lasera takým spôsobom, že elektróny držané v atómoch sa dočasne zdvihnú do vyšších energetických stavov. Elektróny držané v tomto excitovanom stave tam nemôžu zostať donekonečna a klesať na nižšiu energetickú hladinu. Elektrón stratí prebytočnú energiu získanú z energie pumpy vyžiarením fotónu. Toto sa nazýva spontánna emisia a fotóny produkované touto metódou sú zárodkom pre generovanie lasera. Fotóny emitované spontánnou emisiou nakoniec zasiahnu iné elektróny vo vyšších energetických stavoch. Prichádzajúci fotón „vyrazí“ elektrón z excitovaného stavu na nižšiu energetickú hladinu a vytvorí ďalší fotón. Tieto fotóny sú koherentné, pretože sú vo fáze, rovnakej vlnovej dĺžky a pohybujú sa rovnakým smerom. Proces nazývaný stimulovaná emisia. Fotóny sú emitované vo všetkých smeroch, avšak niektoré sa pohybujú pozdĺž laserového média, aby odrážali zrkadlá rezonátora, ktoré sa odrazia späť cez médium. Zrkadlá rezonátora určujú preferovaný smer zosilnenia pre stimulovanú emisiu. Aby došlo k zosilneniu, musí byť v excitovanom stave väčšie percento atómov ako nižšie energetické hladiny. Táto populačná inverzia väčšieho počtu atómov v excitovanom stave vedie k podmienkam potrebným na vytvorenie lasera. Ohniskový bod lasera je orientovaný na povrch obrobku, ktorý sa má zvárať. Na povrchu sa koncentrácia svetelnej energie premieňa na termálna energia. Teplo spôsobuje roztavenie povrchu materiálu, ktorý prechádza cez povrch procesom nazývaným povrchové vedenie. Úroveň energie lúča sa udržiava pod teplotou vyparovania materiálu predlisku. Ideálna hrúbka zváraných materiálov je 20 mm. Energia je koncentrovaná laserom, výhoda pri práci s materiálmi s vysokou tepelnou vodivosťou. Einstein prvýkrát postuloval kvantovo-mechanické základy laserov na začiatku 20. storočia.

a je 28 na obdobie a 18 pre .

V kryštálovej mriežke rubínu majú ióny chrómu inú štruktúru energetických hladín, ako majú voľné ióny. Každý ión chrómu je obklopený šiestimi iónmi , ktorý sa nachádza vo vrcholoch osemstenu a vytvára silný elektrické pole oktaedrická symetria (obr. 6, 7). V skutočnosti je oktaedrón trochu zdeformovaný pozdĺž trojitej osi, vďaka čomu má skutočné pole nižšiu symetriu. .

Ryža. 6. Šesť kyslíkových iónov obklopujúcich chrómový ión sa nachádza vo vrcholoch oktaédra.