50. Лазеры. Устройства и принцип действия газового (или рубинового) лазера

Лазер - устройство, генерирующее когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного излучения микрочастиц среды, в которой создана высокая степень возбуждения одного из энергетических уровней.

Газовые лазеры имеют незначительную мощность и работают в непрерывном режиме.

Наиболее распространен гелий-неоновый лазер. Он состоит из кварцевой трубки Т, наполненной смесью газов: гелия(под давлением1 мм рт.ст.) и неона(0,1 мм рт.ст.) (рис.6,а).

По концам трубки расположены плоскопараллельные зеркала 3(переднее — полупрозрачное). С помощью электродов Э ,помещенных снаружи трубки, и генератора высокой частоты(ВЧ) или любым другим способом в газе вызывается тлеющий разряд. При этом атомы гелия возбуждаются и переходят с Е₀ на уровень Е (рис.6,б).

В процессе неупругого соударения атомы гелия передают энергию атомам неона и последние, возбуждаясь, накапливаются на двух близко расположенных метастабильных уровнях R₁ и R₂. При вынужденном переходе с этих уровней на промежуточный уровень S происходит излучение фотонов с длиной волны 632,8 нм в области красного и 1153 нм в области инфракрасного диапазона.

51. Особенности лазерного излучения. Медицинские приложения лазеров.

Три свойства, присущие лазерному излучению делают его уникальным:

1. Когерентность. Пики и спады волн располагаются параллельно и совпадают по фазе во времени и пространстве.

2. Монохромность. Световые волны, излучаемые лазером, имеют одинаковую длину, именно ту, которая предусмотрена используемой в лазере средой.

3. Коллимация. Волны в луче света сохраняют параллельность, не расходятся, и луч переносит энергию практически без потерь.

Этот метод был использован и в хирургии: профессор О. И. Скобелкин и его соавторы предложили при сварке тканей слегка их сдавливать, чтобы вытеснить кровь. Для осуществления нового способа был создан целый набор инструментов, который применяется сегодня в желудочно-кишечной хирургии, при операциях на желчных путях, селезенке, печени, лёгких.

• Косметическая хирургия (удаление татуажа и пр.);

• Коррекция зрения;

• Хирургия (Гинекология, урология, лапароскопия);

• Стоматология

• Диагностика заболеваний

• Удаление опухолей, особенно мозга и спинного мозга

52. Тепловое излучение тел. Законы Стефана-Больцмана, Вина.

Свечение тел при их нагревании называется температурным или тепловым излучением. 

Тепловое излучение равновесно. Если нагретые тела поместить в полость ограниченную идеально отражающей оболочкой, то через некоторое время наступит равновесие, т.е. каждое тело будет в единицу времени излучать столько же энергии сколько и поглощать.

Закон Кирхгофа: Отношение спектральной плотности энергетической светимости, к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела. Оно является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры.

Закон Кирхгофа (универсальная функция Кирхгофа; спектральная плотность энергетической светимости черного тела):

Черное тело - тело, способное плотностью поглощать, при любой температуре, все падающие на него излучения, любой частоты.

Закон (смещения) Вина: λ_max=b/T (b=2,9*10^-3 м*К)

Закон Вина: Длина волны λ_max ,соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре.

Закон Стефана-Больцмана: R_e=σ*T⁴

Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

53. Физические основы термографии. Технические средства термографии

Термография – диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

1. Использование жидких кристаллов, физические свойства которых чувствительны к небольшому изменению температуры. По изменению цвета жидких кристаллов можно определить местное изменение температуры.

2. Использование приборов ночного видения, тепловизоров. В технической системе тепловизора используются электронно-оптические преобразователи, предназначенные для преобразования изображения из одной области спектра в другую. На входной элемент системы подается сигнал в области ИК излучения, а воспроизводится на экране телевизора в области видимого света. Части тела с разной температурой различаются на экране либо цветом, либо интенсивностью (тепловой портрет). Современные методы измерения позволяют отличать участки тела, разность температур которых составляет 0,2°. Тепловизор, Болометр

54. Фотобиологические процессы. Разновидности фотобиологических процессов

Поглощение света биологическими системами может сопровождаться специфическими фотохимическими реакциями, которые дают начало различным фотобиологическим процессам.

Фотобиологические процессы - процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами и заканчиваются соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях.

К фотобиологическим процессам относятся:

•  фотосинтез - синтез органических молекул за счет энергии солнечного света;

•  фототаксис - движение организмов (например, бактерий) к свету или от света;

•  фототропизм - поворот листьев (стеблей) растений к свету или от него;

•  фотопериодизм - регуляция суточных и годовых циклов животных путем циклических воздействий «свет - темнота»;

•  зрение - восприятие света глазом, сопровождающееся превращением световой энергии в энергию нервного импульса; помутнение хрусталика;

•  изменения состояния кожи под воздействием света: эритема, эдема, загар, пигментация, ожог, рак кожи.

55. Строение глаза. Параметры оптической системы глаза.

Строение глаза:

1. Склера 

2. Роговица 

3. Радужная оболочка

4. Зрачок –

5. Хрусталик –

6. Передняя камера

7. Зрительный нерв, 

8. Сетчатка - светочувствительный слой, воспринимающий свет и преобразующий его в нервные импульсы. Сетчатка представляет собой разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек.

Для оптической системы глаза человека присущи следующие характеристики:

1. Бинокулярность – способность воспринимать объемное изображение обоими глазами, при этом предметы не раздваиваются. Это происходит на рефлекторном уровне, один глаз выступает в качестве ведущего, второй – ведомого.

2. Стереоскопичность позволяет человеку определить приблизительное расстояние до предмета и оценить рельеф и очертания.

3. Острота зрения определяется способностью различить две точки, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии.

56. Светочувствительными элементами глаза являются палочки и колбочки. Палочка и колбочка состоит из внутреннего сегмента и чувствительного наружного сегмента. Внутри каждого сегмента распложены тонкие диски, состоящие из бислойной мембраны. В зрительных дисках также имеется зрительный пигмент- родопсин. Последний- сложный белок. Состоит из белка опсина и хромофорной группы- ретинала. Под действием света ретинал отщепляется от родопсина и переходит в наиболее устойчивую форму.

В результате изменения структуры ретинала в мембране диска происходит передислокация родопсина. Изменение структуры родопсина под действием света приводит к последовательному изменению проницаемости мембран для ионов калия, натрия. Происходит гененация потенциала действия, который распространяется по зрительному нерву к головному мозгу.

57. Люминесценция. Разновидности люминесценции.

Люминесценцией называют свечение тел, которое не может быть объяснено их тепловым излучением. Так, например, в видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре ~10³-10⁴ К, а люминесцировать тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Одной из причин, вызывающих люминесценцию, является внешнее излучение, которое возбуждает молекулы тела. Например, падающий свет. После прекращения процесса облучения люминесцентное свечение не прекращается тотчас же, а продолжается еще некоторое время. Это последействие отличает люминесценцию от таких явлений, как отражение и рассеяние света. В настоящее время в физике принято следующее определение люминесценции.