Гелий – неоновый лазер

Поскольку в (Не-Ne) лазере преобладает неоднородное доплеровское уширение линии, то возможно проявление эффекта «частотного выжигания дырок». Для лазера, работающего в одночастотном режиме, это приводит к появлению в спектральной зависимости коэффициент усиления характерного провала, называемого «провалом Лэмбаг. Существо эффекта сводится к тому, что в системах с неоднородно уширенной спектральной линией монохроматическая волна на частоте ω взаимодействует только с частицами, находящимися в резонансе с этой электромагнитной волной, т. е. с частицами, попадающими в пределы контура однородно уширенной спектральной линии. Это приводит к насыщению показателя усиления вблизи частоты  ω, так что в спектре усиления а образуется характерный провал.

Этот эффект может быть использован  для тонких спектроскопических измерений и для разработки эффективных методов стабилизации частоты лазера. В (Не-Nе) лазере стабилизация частоты по минимуму лэмбовского провала позволяет получить относительную нестабильность порядка I0 , а с использованием специальных мер — до 10 .

Используя переходы между верхними уровнями состояний 3S и нижними уровнями состояний 2Р (рис. 1), в (He-Ne) лазере была получена генерация в оранжевой (λ==612 им), желтой (λ =594 нм) и зеленой (λ = 543 нм) областях видимого спектра с мощностью излучения порядка 1 мВт

Лазерная генерация может быть получена на других нейтральных атомах, в том числе и на большинстве инертных газов (He_, Ne, Кг, Аг, Хе). Эти лазеры работают в диапазоне длин волн 1...10 мкм примерно по той же схеме, что и рассмотренный (He-Ne) лазер. В связи с низким КПД и малой выходной мощностью они не получили широкого распространения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Применение гелий-  неонового лазера.

 

(He-Ne) лазер нашёл широкое применение в медицине.

К примеру, было проведено огромное количество исследований по поиску первичного элемента, определяющего весь ход биохимических реакций в клетке. Учёные обнаружили, что биостимулирующее действие гелий-неонового лазера связано с его поглощением порфирин-содержащим ферментом каталазой, имеющим максимум светоабсорбции 628 нм. Повышение активности каталазы в результате облучения красным светом положительно влияет на антиоксидантную систему организма с последующими физиологическими эффектами при тех или иных заболеваниях. Установлено также, что под действием красного света происходит реактивизация особого фермента в тканях, который также имеет максимум поглощения в красной области спектра. Реактивизация супероксидисмутазы ведет к повышению антиоксидантного статуса в тканях и снижению уровня перекисного окисления липидов.

Усиление синтеза ДНК при  воздействии красным светом на культуру клеток  происходит в сравнительно узком временном интервале облучения. В опытах по выявлению воздействия гелий-неонового лазера на суспензию клеток селезенки мыши получены данные о стимуляции их хемолюминесценции в интервале доз облучения 0,1-0,3 Дж/см² с максимумом около 0,2 Дж/см². Эти данные свидетельствуют об активизации НАДФ Н₂-оксидазы, ответственной за респираторный взрыв в клетках и генерацию свободных радикалов кислорода, так как семихиноновая форма флавиноного хромофора этого фермента имеет полосы поглощения в области 633 нм.

Высказаны предположения, что благодаря  наличию у кислорода полосы поглощения вблизи 640 нм, он активно поглощает  красный свет, переходя в синглетное состояние и инициируя в тканях окислительные процессы. В исследованиях на эритроцитах человека высокочувствительным методом лазерной цитодифрактометрии показано, что НИЛИ ближней инфракрасной области (700-900 нм) при плотности потока излучения 1-10 мВт/см² и длительности воздействия 100 с влияет на деформируемость мембраны эритроцитов. Механизм действия заключается в возникновении первичных повреждений цитоплазматической мембраны синглетным кислородом, образующимся в результате фотовозбуждения молекулярного кислорода, имеющего полосы поглощения вблизи 586, 640,762, 1060 нм.

При отсутствии специфических фотоакцепторов неспецифическими поглотителями энергии  лазерного излучения могут стать  макромолекулярные и мембранные образования клеток, подвергаясь  при этом конформным изменениям, а  также вода. Возможно, что действие низкоинтенсивного лазерного излучения проявляется через изменения физико-химических свойств свободной и связанной воды. Допускается и возможность теплового эффекта НИЛИ при действии на биологические ткани. Однако это мнение не подкрепляется ни экспериментальными данными, ни какими-либо теоретическими оценками, позволяющими проверить справедливость этих моделей.

На основании  большого количества клинических данных эффективности лечения ишемической  болезни сердца с помощью гелий-неонового  лазера предложено оценивать по общей антиокислительной активности плазмы крови больных. Необходимость прекращения инвазивной лазерной терапии связывается при этом с достижением показателей антиокислительной активности плазмы максимальных значений и выходом их на "плато". Также, (He-Ne) лазер применяется при лечении язв, ран, воспалительных процессов, некоторых сосудистых заболеваний и в кардиологии. Не вызывает сомнения стимулирующее действие излучения (He-Ne) лазера при регенерации и улучшении обменных процессов. Основными преимуществами, стимулирующими применение в медицине лазеров в общем (и (He-Ne) лазера в частности) , являются радикальность лечения, снижение сроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшение условий стерильности и т. д. (He-Ne) лазер применяется при лечении различных форм гайморитов (для воздействия на кожу в проекции пазухи, а также для облучения слизистой оболочки верхнечелюстной пазухи с помощью световодов, вводимых в синус после пункции и промывания его). Сочетанное использование методов воздействия гелий-неонового лазера, особенно с хирургическим и криовоздействием, позволяет быстро устранить состояние гипоксии, отека и болевой синдром, активизируя регенеративно-репаративные процессы. Для оптимизации положительного эффекта предложены методы лазерооксигеновоздействия

Одновременно  с созданием (He- Ne) лазера начали развиваться различные направления его применений. К примеру, стоит отметить, что гелий-неоновый лазер с мощностью всего 10 мВт и расходимостью излучения 3*10-4 радиан при площади пучка 0,1 см2 имеет яркость 106 Вт/(см2*стерадиан), что во много раз превышает яркость Солнца (130 Вт/(см2 стерадиан)). Благодаря этому  получить очень большую интенсивность света. Также прямое подтверждение вывода о формировании при «критических» температурах крупных молекулярных структур было получено путем измерений релеевского рассеяния света. Источником света служил гелий- неоновый лазер с длиной волны 633 нм. Интенсивность рассеяния IР измеряли под углом 900. В связи с малой прозрачностью исходных нефтяных сред, в качестве образца использовали разбавленный раствор обезвоженной нефти (0,3% по объему) в толуоле. На рисунке 5 приведена измеренная зависимость IР от температуры образца. Хорошо видно, что при обсуждавшейся выше «критической» температуре Т=370С начинается резкий рост интенсивности рассеяния, свидетельствующий об образовании в жидкости крупных молекулярных агрегатов.

Применяется (He-Ne) лазер и в сельском хозяйстве. К примеру, в результате стимулирования семян гелий-неоновым лазером ускоряется приток питательных веществ к зародышу, обеспечивается активация метаболических процессов в растениях, что ускоряет прохождение ими фаз развития в процессе онтогенеза, вследствие чего срок созревания сельскохозяйственных культур сокращается на 3-5 дней. Повышенная интенсивность развития растений ведет к увеличению урожайности как за счет большего количества завязей на одном растении, так и большего размера одной завязи. На практике хорошо зарекомендовали себя автоматические лазеры. Лазерная обработка дает прекрасные результаты при воздействии не только на сами растения, но и на посевной материал (семена, клубни, луковицы), который, как известно, хлорофилла еще не содержит. В этом случае световая энергия не тратится на процесс фотосинтеза, а преобразуется в фотохимическую и запасается, а затем расходуется во время прорастания и всех стадий вегетации. Семена быстрее и дружнее всходят, растение скорее обзаводится корневой системой и кроной, площадь его листьев оказывается большей, а корневая система - более разветвленной. В большем количестве и существенно раньше созревают плоды, что немаловажно в нашем прохладном климате.

Создание (He-Ne) ликвидировало качественное отличие оптики от радиоэлектроники. Таким образом, все радиотехнические методы принципиально могут быть осуществлены и в оптическом диапазоне, причём малость длины волны лазерного излучения открывает ряд дополнительных перспектив. С помощью гелий-неонового Л., обладающего высокой стабильностью частоты, возможно создание единого оптического стандарта длины (длина волны) и времени (частота). Для измерения абсолютного значения частоты гелий-неонового Л. (3,32 мкм) эта частота после преобразования измеряется в ед. частоты клистрона (0,074230 10¹² гц). Это позволяет получить наиболее точное значение скорости света с = 2,99792456,2 + 1,1 м/сек .

 

 

 

 

Список используемой литературы:

 

1. Оптическая и квантовая электроника: Учеб. Для вузов. А. Н. Пихтин. – М.: Высш.шк, 2001.-523 с.: ил.
2. Ищенко Е.Ф., Климков Ю. М. Оптические квантовые генераторы. М.,”Советское радио”,1968.