Lasery a jejich aplikace

Úvod do laserové techniky

Historie laseru

1917, Einstein: spontánní a stimulovaná emise

Teodor Maiman: rubínový laser

Co je to laser

optický kvantový generátor

Uplatnění laseru

v medicíně, v astronomii, v geodesii, v metrologii, v chemii, v biologii, v spektroskopii, v energetice, ve výpočetní technice, v technice spojů, v holografii, v automatizaci, ve vojenské technice, v zábavním průmyslu, v restaurátorství

Využití laserů v medicíně

Úvod:

Zájem o laserové záření plyne z unikátních vlastností laserového světla, kterými jsou energie a výkon v úzkém vyzařovacím svazku a vlastnosti, které umožňují lepší přesnost zásahu a větší účinek daný mnohonásobným výkonem laserového záření.

Malá rozbíhavost laserového světla a možnost koncentrace vysoké světelné intenzity v ohnisku čočky je základem důležitým pro terapeutické účely. Při všech aplikacích v medicíně dochází k interakci záření s lidskou tkání.

Vhodná volba laseru pro dané odvětví medicíny a znalost biologických pochodů po ozáření laserem je pro úspěšné lečení rozhodující.

Další výhodou je možnost bezdotikového ostře ohraničeného řezu tkání, při kterém nedochází ke krvacení, poškození okolí a zanesení infekce do ran.

Využití:

oftalmologie, dermatologie, stomatologie, plastická chirurgie, neurochirurgie, ototynolaringologie, urologie, gynekologie

Oftalmologie

Laserového světla se používá v očním lékařství k velmi složitým operacím.

Např.: odstranění šedého či zeleného zákalu, přichycení odchlípené oční sítnice.

Operace jsou rychlé. Lze je provádět bez vyjmutí oka, což umožnuje oko neporušit a zamezit vzniku dalších komplikací. K očním operacím se používá celá řada laserů.

Na obrázku je pulzní laser pro operaci předního pouzdra čočky. (Laser kvazikontinualní argonový)

Dermatologie

Laserů používáme k odstraňování tmavých pigmentových skvrn na kůži.

Toužívá se speciálního laseru, jehož záření je okem viditelné.

Stomatologie

Nachází zde uplnatnění laser (He-Ne) používaný pro terapii měkkých zubních tkání a také nově vyvinutý laser, který by měl nahradit stávající zubní vrtačky.

Vrtání zubů laserem je méně bolestivé než vrtání klasickou metodou.

Chirurgie

V chirurgii používáme laserový skalpel, který nahrazuje klasický skalpel při náročnějších operacích. Systém je určen pro zákroky v mozku, cévách, žaludku.

Další možnosti

pro čistění krve, odstranění žlučníkových kamenů, léčení některých karcinogenních onemocnění.

image001.jpgimage001.jpg(43 Kb; 541x413,16M)

image003.jpgimage003.jpg(48 Kb; 399x549,16M)

image004.jpgimage004.jpg(25 Kb; 347x437,16M)

Lasery používané pro měření vzdáleností

Využití:

Velmi brzy po uvedení laseru do provozu byl laser použit v systému radaru jako vysílač záření. V tomto případě se z charakteristik laserového záření využívá především jeho malá rozbíhavost (divergence) a dále schopnost generace velmi krátkých impulsů (řádově 10- 12 s ). Pomocí tohoto tzv. laserového radaru (obr. 5, 6) jsou měřeny vzdálenosti k objektům, které odrážejí laserové záření zpět do směru přicházejícího svazku. Pro zvětšení intenzity do radaru se vracejícího záření se na měřené objekty umisťují tzv. laserové družicové odražeče - koutové hranoly, jejichž charakteristickou vlastností je odraz přicházejícího záření do zpětného směru. Podle využití laserového radaru (v astronomii, geodezii, geofyzice nebo ekologii) se tyto odražeče umisťují na pozemní cíle, družice nebo na povrch Měsíce. Určení vzdálenosti je založeno na měření časového intervalu, který uplyne mezi vysláním impulsu optického záření a okamžikem návratu odraženého impulsu od měřeného objektu. Velikost dosahu laserového radaru plyne z energetické kalkulace přijatého signálu, která je popsána tzv. radarovou rovnicí. Z této rovnice vyplývá, že velikost přijímaného signálu se zmenšuje úměrně čtvrté mocnině vzdálenosti. Dosah laserového radaru je do 20 km při měření pozemních objektů, oblačnosti, letadel apod. (tj. většinou objektů bez laserových odražečů). Vzdálenost 10 000 km byla dosažena při měření umělých družic Země a nejvzdálenějším objektem měřeným laserovým radarem jsou laserové odražeče umístěné na povrchu Měsíce (asi 380 000 km). Přesnost měření vzdálenosti laserovým radarem je dána délkou vysílaného impulsu, dosažitelnou přesností změření časového intervalu, geometrií měřeného objektu, konstrukcí a umístěním odražečů, přesností matematického modelu šíření optického záření atmosférou. Hodnota přesnosti se pohybuje od několika decimetrů dosahovaných při měření objektů bez odražečů, až k několika milimetrům při měření umělých družic Země. Výsledky těchto měření poskytují přesné hodnoty délek stran trojúhelníků pro astronomická úhlová měření, slouží dále ke studiu dynamiky Měsíce a umělých družic Země.

V geodézii byl vyhodnocením dlouhodobých laserových družicových měření určen tvar zemského geoidu s přesností na 10 cm. V geofyzice umožnila tato měření určit vzájemný pohyb částí pevnin (vzájemný pohyb kontinentů dosahuje rychlosti 4 až 5 cm za rok). Výsledky těchto měření jsou významné také pro seismologii. Jako laserové vysílače se v laserových radarech používají impulsní pevnolátkové lasery. Původně používaný rubínový laser byl nahrazen Nd:YAG laserem a nově laserovým systémem titan safírovým.

V geodézii našly uplatnění také lasery helium-neonové. Používají se pro vytyčování tras na Zemském povrchu i v podzemí.

image002.jpgMěření vzdálenosti k umělé družici LAGEOS (LAser GEOdynamics Satellite) - image002.jpg(52 Kb;522x586,16M)

Holografie

Princip holografie

Rozdělení hologramů

Využití holografie

hologramy, mikroskopie, pamětová média (FMD), fokusace laseru, komparace podobných objektů

example.gifexample.gif(44 Kb;86x115,64)

holo1.jpgholo1.jpg(2 Kb;144x96,16M)

holo16.gifholo16.gif(61 Kb;314x376,256)

holovidmc.gifholovidmc.gif(56 Kb;85x67,256)

n13.gifn13.gif(8 Kb;85x113,128)

n16b.jpgn16b.jpg(20 Kb;177x237,16M)

pav9-2.jpgpav9-2.jpg(15 Kb;300x200,256)