Вынужденное излучение. Лазеры, свойства и применение

Если атом находится в возбужденном состоянии, то существует вероятность вынужденного испускания света под действием поля проходящей электромагн. волны. Фотон  стимулирует квантовые переходы в атоме с верхнего уровня на нижний, в результате возникает еще один фотон. Вынужденное излучение имеет такие характеристики, что и первичное: частоту, направление распространения и поляризацию = неразличимы

Оптические квантовые генераторы (лазеры)

Практически инверсное состояние среды осуществлено в оптических квантовых генераторах,илилазерах.Лазеры генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях.

Основные свойства лазерного излучения: высокая спектральная яркость; монохроматичность; временная когерентность; узкая угловая направленность; возможность генерации ультракоротких импульсов

Применение лазера в медицине: деструктивное воздействие на биологические структуры (в офтальмологии, онкологии, дерматовенерологии) и рассечение тканей (в хирургии); биостимуляция (в физиотерапии);

 

Вынужденное излучение и его с-ва. Условия усиления света

Вынужденное излучение, индуцированное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) между двумя состояниями (с более высокого на более низкий энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого равна разности энергий этих состояний. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу, поляризацию, что и индуцирующий фотон. Оба фотона являются когерентными.

Свойства вынужденного испускания. Наиболее характерная черта - возникшая электромагн. волна распространяется в том же направлении, что и первоначальная индуцирующая волна.Частоты и поляризация вынужденного и первоначального излучений равны.Вынужденный поток когерентен возбуждающему.

Усиление света произойдёт в том случае, если преломлённая волна отстанет от отражённой волны на целое число длин волн. Если вторая волна отстанет от первой на половину длины волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.

 

Устройство лазеров

Лазер включает в себя: активную среду, систему накачки и оптический резонатор (многократно усиливающий излучение и формирующий на выходе направленный пучок). Активная среда может быть твердой, жидкой, газообразной или плазмой. Накачку осуществляют непрерывно или импульсно. При непрерывной накачке, подводимая в среду мощность ограничивается перегревом среды и последствиями этого перегрева. При накачке импульсной, вводимая порциями в среду полезная энергия получается больше за счет высокой мощности каждого отдельного импульса.

 

33)Свойства лазерного излучения.

Лазер – оптический квантовый генератор

Высокая монохроматичность: при разложении лазерного излучения в спектр получается линия уже, чем для естественного света.

Малое угловое расхождение пучка. Малая угловая расходимость позволяет фокусировать излучение линзами и вогнутыми зеркалами вплоть до 1 мкм. По этому показателю лазерное излучение превосходит излучение всех других источников света.

Высокая интенсивность и короткая длительность. Она позволяет сконцентрировать в малом объеме значительную энергию. Лазер не требует времени для нагрева, поэтому возможно получать импульсы длительностью 10^-15с.

Когерентность и поляризованность. Лазерное излучение обладает высокой когерентностью за счет явления вынужденного излучения. Излучение, создаваемое отдельными точками активной среды, имеет сдвиги фазы, соответствующие распространению одной плоской электромагнитной волны, так что из лазера выходит электромагнитная волна с постоянной фазой и амплитудой.

 

Лазеры в медицине

Лазеры используются в офтальмологии, гинекологии, урологии, дерматологии, оториноларингологии, стоматологии и др. Так как кожные покровы наиболее доступны в организме для воздействия на них физическими факторами, лазеры высокоэффективны при воздействии на сосудистые и пигментные поражения кожи, на эпителиальные и соединительнотканные образования, рубцы и татуировки. Лазер позволяет осуществлять селективное воздействие на патологические участки с минимальной травматизацией окружающих тканей (лечение меланоцитарных поражений, татуировок, «винных» пятен). Большой популярностью пользуются лазеры, избирательно воздействующие на вены и волосяные фолликулы. Неселективными методами принято считать удаление новообразований кожи контактным методом, с помощью световода типа «открытое волокно».