lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 25
Текст из файла (страница 25)
При этом операция осуществляется на работающем сердце без применения аппаратовискусственного дыхания и кровообращения. Область применения определяется не только мощностью лазера, но и поглощательной способностью биологического материала, который должен подвергаться воздействию. Немаловажное значение имеют и экономические факторы,связанные с высокой стоимостью используемой аппаратуры.130Нетепловая лазерная микрохирургия построена на явлении возникновения оптического пробоя при плотности энергии выше некоторой критической точки, характерной для данного материала (более1010 Вт/см2). Реализовать этот эффект можно только в оптических прозрачных средах и в весьма малых объемах, и потому техническая реализация данного метода осуществлена при операциях на хрусталике ипередней части стекловидного тела глаза с помощью лазера на гранатес неодимом или эксимерных лазеров.Фотохимиотерапия опухолей достигается путем светового облучения в комбинации с химическими веществами, заполняющими больные области и обладающими высоким коэффициентом поглощения дляданного лазерного излучения.
В общем случае протекает целая цепьхимических превращений, завершающаяся поглощением излучения иразрушением тканей в области патологии. В качестве источников излучения при фотохимиотерапии используются лазеры на красителях илина парах золота (λ = 628 нм). При использовании излучения в областиλ = 610–635 нм разрушению подвергаются только поврежденные илираковые клетки при сохранении нормальной ткани.Достаточно часто лазерное излучение в терапевтических целях соединяют с другими видами электромагнитного излучения.
Так, одновременное воздействие излучения гелий-неонового лазера, импульсовэлектростимуляции и наружного облучения инфракрасным лазеромдает возможность оказать эффективную помощь больным, страдающим уроандрологическими заболеваниями, такими как простатит и нарушение половой функции. Такими возможностями обладает, в частности, электро-лазерный терапевтический аппарат АЭЛТИС-СИНХРО-02«ЯРИЛО».
Для лечения аналогичных заболеваний используются и излучатели в виде светодиодных и лазерных матриц, излучающих в красной и инфракрасной областях спектра с одновременным воздействиемвакуума (АЛИФ-01 «КАЛЬВАДОС»).Для внедрения лазерных методов в клиническую практику необходимо в каждом случае решать два основных вопроса: является ли новый метод более эффективным и щадящим для больного по сравнениюс существующим и целесообразны ли технико-экономические затратына такого рода лечение.В настоящее время в медицине применяются следующие лазерныеметоды:131лазерная фотокоагуляция в офтальмологии и гастроэнтерологии;лазерная микрохирургия в неврологии, гинекологии и ларингологии;оперативная лазерная эндоскопия в гастроэнтерологии, бронхологии и урологии;лечение поражения кожи в пластической хирургии и дерматологии;фотохимическая терапия опухолей в онкологии;нетепловая микрохирургия в офтальмологии.Широко проводятся исследования возможности использования лазерных методов в кардиологии для лечения нарушения сердечного ритма и тромболиза.4.12.
Лазерные технологические установкиДля осуществления различных технологических операций – сварки, резки, сверления, плавления, закалки и т.п. – используется высокаяпространственная интенсивность лазерного излучения, зависящая отнаправленности лазерного пучка. Эти свойства позволяют сфокусировать лазерное излучение в пятно с очень малым диаметром (единицымкм) и получить за счет поглощения его обрабатываемым материаломвысокую температуру в области взаимодействия.
Поглощение лазерного излучения зависит от длины волны излучения, свойств материала,температуры окружающей среды и наличия дополнительных воздействий на процесс взаимодействия излучения с веществом.В зависимости от достигаемой температуры различают три группытехнологических операций:тепловая обработка, тепловой удар при температуре ниже точкиплавления обрабатываемых материалов;резка, сверление, подгонка, фрезерование, удаление материала притемпературе выше точки плавления;сварка, переплавка, поверхностное легирование при температуревыше точки плавления, но ниже точки испарения материала.Для реализации вышеперечисленных технологических операций внастоящее время используются лазеры на алюмо-иттриевом гранате с неодимом и СО2-лазеры с мощностью излучения в непрерывном режиме1–10 кВт. В последнее время в лазерных технологических установках находят применение импульсные волоконные лазеры с иттербиевым активатором со средней мощностью излучения несколько десятков ватт.
Одним из активных предприятий – разработчиков и производителей таких132лазерных устройств – является фирма «Лазерный Центр», находящаяся вг. Санкт-Петербурге. Ещё большую эффективность имеют отечественные лазеры предприятия НТО «ИРЭ-Полюс», расположенного в г. Фрязино Московской области, которые в непрерывном и квазинепрерывномрежимах излучают мощность от 500 Вт до 30 кВт с КПД около 30 %.Начиная с определенной плотности мощности лазерного излучения, поглощение может принимать более высокие значения, чем определяемые законом Бугера для данного материала, т.е.
имеет место нелинейное аномальное поглощение. При этом хорошими поглотителямистановятся практически все материалы. При удалении материалов подвоздействием лазерного излучения процесс включает три фазы:отражение и поглощение с незначительным проникновением излучения в материал;преобразование излучения в тепло в поверхностном слое, повышение температуры и прогрев более глубоких зон изделия до фазовыхпревращений (жидкость-пар);перемещение зоны расплава и испарения от поверхности в глубинуизделия при непрерывном выбросе материала.Использование газовых потоков (кислорода или инертных газов),которые подаются коаксиально с лазерным пучком в область взаимодействия, позволяет управлять как скоростью процесса, так и качеством обрабатываемого объема. Газовое сопло служит не только направляющимэлементом, но в ряде случаев диафрагмирующим для лазерного пучка.Кроме того, дополнительными функциями газового потока являются:защита фокусирующей линзы от паров, образующихся при обработке материалов;удаление паров из зазора, образующегося при резке;инициирование реакции окисления между железом и кислородом;защита зазора от атмосферного воздействия с помощью инертныхгазов;предотвращение возгорания материалов с помощью химическипассивных газов;охлаждение кромок реза;управляемое влияние на профиль шва с помощью смеси газов присварке.Установка для лазерной обработки материалов представлена нарис.
4.36.1338Блок питания32Н 2О45СО2N2He67Системарегенерации9Рис. 4.36. Схема лазерной технологической установкиВ состав установки входит собственно лазер с зеркалами резонатора 1–2, работающий как правило в режимах термодинамического лазера или ТЕА-лазера на СО2, оптическая отклоняющая система 3, фокусирующая оптическая система 4, подвод вспомогательных газов дляподдува 5, объект воздействия и система управления его перемещением9, система прокачки рабочего газа 6, система регенерации газовой рабочей смеси 7, блок питания лазера 8.Лазерная резка применяется, как правило, для тонких металлов инеметаллов в тех случаях, когда ее использование исключает ряд предварительных или последующих операций.
В качестве примера можнопривести технологические лазерные установки для резки кварцевыхтруб, изделий для обработки полиметилметакрилата, текстильных материалов и т.п.Более широкое применение лазерные установки нашли в микроэлектронике и специальных технологиях, таких, какобработка тонких металлических пленок толщиной 1–2 мкм;подгонка пленочных резисторов в микроэлектронике;134разделение полупроводниковых дисков и подложек;выращивание кристаллических тонких пленок путем рекристаллизации аморфных слоев;легирование и изготовление омических контактов микроэлектронных изделий;термообработка и отжиг переключательных схем из аморфных иполикристаллических пленок;поверхностная закалка различных металлических изделий любойформы, включая локализованную закалку в границах определенной области;локальная переплавка приповерхностных слоев с повышением ихпрочностных характеристик;гравировка на поверхностях и материалах, не поддающихся обычным способам механической гравировки.Кроме твердотельных и газовых молекулярных лазеров, используемых в настоящее время, в технологические установки внедряются иинтенсивно разрабатываемые эксимерные лазеры (например, CL-5000производства фирмы «Оптосистемы» ЦФП ИОФ РАН, г.
Троицк), работающие в импульсном режиме в коротковолновой области спектра(λ = 193; 248; 308 нм). Благоприятные возможности для обработки материалов цифрового управления на всех стадиях процесса делает лазерный термический инструмент незаменимым в гибком автоматизированном производстве или в производстве с высокой степенью автоматизации всего технологического цикла.Основными при внедрении факторами являются надежная и стабильная работа в течение длительного промежутка времени при стоимости, соизмеримой с другими аналогичными технологиями.4.13. Другие применения лазеровДругой областью применения лазеров в научных исследованияхявляется исследование процессов пробоя газовых сред с помощью молекулярных газовых лазеров на СО2.
Использовался TEA-лазер, генерировавший импульсы длительностью 200 нс с энергией 100 мДж. Схемаустановки приведена на рис. 4.37.Пробой получали в атмосфере при нормальном давлении в фокуселинзы из NaCl, находящейся внутри конфокального резонатора, образованного зеркалами из золота и хлористого натрия. Пробой воздуха в фо135кусе снижал добротность резонатора и автоматически срывал генерацию.Применение газового лазера для исследования пробоя оказывается оченьудобным вследствие неограниченного числа повторений импульсов.Более часто для излучения пробоя газов используются твердотельные лазеры или лазеры на красителях. Удобство их применения в этихцелях определяется прежде всего тем, что они дают возможность исследовать механизм пробоя газов в широком диапазоне спектра с помощьюодного лазера с перестройкой частоты генерации. Одна из возможныхсхем приведена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
