- •1. Аналитический обзор 5
- •2. Теоретические и экспериментальные исследования 12
- •2.6. Структурная схема аппарата 29
- •3. Принцип лечения с применением “Аппарата терапевтического лазерного” 40
- •4. Обеспечение производственной и экологической безопасности при эксплуатации аппарата 41
- •5. Предварительный расчет себестоимости терапевтического лазерного аппарата и анализ перспектив ее изменения 53
- •Введение
- •1. Аналитический обзор
- •1.1. Анализ результатов ранее выполненных работ и исследований
- •1.2 Анализ характеристик объектов-аналогов
- •1.3 Структуравозникающих проблем и перечень возможных путей их решения
- •1.4 Техническое обоснование выбранного пути разработки
- •1.5 Структура работ, проводимых для достижения заданных параметров
- •2. Теоретические и экспериментальные исследования
- •2.1 Оптическая схема малогабаритного перестраиваемого лазера на красителях в твердотельной матрице
- •2.2 Лазерный затвор на эффекте нпво
- •2.3 Расчет оптического резонатора лазера накачки со стабильной каустикой
- •2.4. Расчет элементов оптической схемы перестраиваемого по длинам волн лазера на красителях в твердотельной матрице.
- •2.4.1 Расчет величины поперечного смещения пучка при прохождении через активный элемент .
- •2.4.2. Расчет угловой ширины спектра при отклонении пучка призмой (блоком призм).
- •2.4.3. Определение габаритов глухого зеркала
- •2.4.4. Расчет увеличения призмы (блока призм)
- •2.5. Основные блоки, узлы и элементы аппарата
- •2.5.1. Квантрон
- •2.5.2. Тепловой режим работы лазера накачки
- •2.5.3. Термостабилизирующее устройство преобразователя частоты
- •2.5.4. Устройство вращения и сканирования активного элемента перестраиваемого лазера
- •2.5.5. Устройство для подвода лазерного излучения к облучаемой поверхности
- •2.6. Структурная схема аппарата
- •2.6.1. Назначение, общая характеристика и принцип действия основных блоков
- •2.7. Функциональная электрическая схема аппарата
- •2.7.1. Работа в режиме “Одиночный”.
- •2.7.2. Работа в режиме ”Непрерывный.1 Гц”
- •2.7.3. Работа в режиме ”Непрерывный. 2 Гц”
- •2.7.4. Работа в режиме ”Непрерывный. 3 Гц”
- •2.7.5. Работа в режиме “I”
- •2.7.6. Работа в режимах “II”, ”III” и ”IV”.
- •2.8. Методики измерения характеристик лазерного излучения
- •2.9. Результаты экспериментальных исследований.
- •3. Принцип лечения с применением “Аппарата терапевтического лазерного”
- •4. Обеспечение производственной и экологической безопасности при эксплуатации аппарата
- •4.1 Анализ вредных и опасных факторов воздействия лазерного терапевтического аппарата на человека
- •4.2Расчет предельно-допустимых уровней и определение класса по степени опасности генерируемого излучения разрабатываемого аппарата
- •4.3 Нормы и методы измерения опасных и вредных факторов эксплуатации аппарата в процессе квалификационных,приемосдаточных и периодических испытаний
- •4.3.1 Определение уровней лазерного облучения
- •4.3.2 Проверка шумовых характеристик
- •4.3.3 Проверка электробезопасности
- •4.4 Требования по технике безопасности при работе с аппаратом
- •5. Предварительный расчет себестоимости терапевтического лазерного аппарата и анализ перспектив ее изменения
- •5.1. Методы расчета себестоимости
- •5.2. Предварительный расчет себестоимости аппарата
- •5.3. Изменение себестоимости на стадии освоения
- •Выводы по проекту
- •Список использованной литературы
1. Аналитический обзор
Впервые стимулированное излучение красителей в твердой матрице, возбуждаемых импульсом рубинового лазера, получили Sorokin иLankard в 1966 г[3]. Лазеры на красителях в твердой матрице (родамин 6Ж в полиметилметакрилате ПММА) с накачкой 2-ой гармоникой неодимового лазера были созданы в 1967 г.Soffer иMcFarland [4].
В нашей стране исследования красителей в твёрдой матрице были начаты Ю.В.Набойкиным и Л.А. Огурцовой с сотрудниками в 1968 г. [5]. В качестве матрицы авторы использовали ПММА, а в некоторых случаях-полистирол и поливинилксилол. Для возбуждения генерации использовалась 3-я гармоника неодимового лазера. Было показано, что с помощью лазеров на красителях можно получить набор частот стимулированного излучения, практически перекрывающий всю видимую область спектра.
Последующие годы характеризуются бурным развитием работ по созданию и исследованию твердотельных активных сред на основе красителей. В качестве матриц различных активных сред используются: полиметилметакрилат[6], полиуретан[7], эпоксидная смола[8], пористое кварцевое стекло[9].
До настоящего времени ПММА остаётся материалом с наибольшей лазерной прочностью, хотя были исследованы и другие полимеры. При выборе этих материалов основными требованиями являются: оптическая прозрачность от УФ-области до 1.3 мкм, механическая твёрдость, термическая устойчивость и устойчивость к сильным растворителям. Ресурс работы твердотельных активных сред в основном ограничивается двумя механизмами обесцвечивания активной среды – фото- и термообесцвечиванием. Скорость обесцвечивания существенно зависит от интенсивности света и температуры.
В настоящем аналитическом обзоре рассмотрены работы, посвящённые разработке и исследованию перестраиваемых лазеров на красителях в твердотельной матрице с накачкой 2-ой гармоникой ( l = 532 нм ) лазера на гранате и приведены основные результаты по энергетическим, спектральным и пространственным характеристикам, реализуемым в этих лазерах; установлены причины, влияющие на фотохимическую стабильность твердотельных активных сред на основе красителей, и ограничивающие ресурс лазеров в целом.
1.1. Анализ результатов ранее выполненных работ и исследований
|
¹ п/п |
Наименование работы |
Год выхода |
Цель работы |
Основные результаты |
|
1 |
Перестраиваемые по частоте узкополосные лазеры на красителях в органической основе [10]
|
1967 |
Получение эффективной генерации на родамине 6Ж в ПММА при возбуждении 2-ой гармоникой лазера на гранате АИГ:Nd3+ |
Исследованы энергетические и спектральные характеристики. Результаты сравнимы с результатами, полученными для этанольных растворов красителей. |
|
2 |
Простой эффективный лазер на красителе в полимере [10] |
1976 |
Исследование генерационной эффективности родамина 6Ж в ПММА при возбуждении в квазипродольной схеме (lвозб = 532 нм, t = 15 нс, E = 10 мДж, f =20Гц) |
Эффективность преобразования составила 53%. Фотостойкость: КПД снижается с 47% до 25% приN=3,2×104 импульсов. |
|
3 |
Прозрачные полимеры – новый класс оптических материалов для лазеров [11] |
1983 |
Исследование лазерного разрушения широкого класса полимеров |
Предложены способы повышения лазерной стойкости, позволяющие получить полимеры с прочностью, сравнимой с лазерной прочностью кристаллов и стекол. |
|
4 |
Эффективные лазеры на красителях, внедренных в полимерные матрицы [12] |
1984 |
Исследование генерационных характеристик лазеров на красителях в твердой матрице ПММА (lвозб = 532 нм, t = 50 нс) |
Получена генерация в диапазоне 560 ¸570 нм, 620¸640 нм. КПД = 50%. Высокая эффективность и фотостойкость получена введением в ПММА красителей, отличающихся типом аниона в молекулах родамина 6Ж. |
|
5 |
Лазеры на красителях в твердой матрице [13] |
1987 |
Анализ результатов научных исследований и разработок лазеров на красителях в твердой матрице |
Рассмотрено состояние и перспективы разработок в данной области |
|
6 |
Полимерные среды, активированные красителями для лазеров с перестройкой частоты генерации [14] |
1989 |
Создание полимерных сред с высокой фотохимической стабильностью и низкими термооптическими искажениями |
Предложена технология блочной радикальной фотополимеризации для получения активных лазерных элементов |
|
7 |
Полимерные лазеры: фотофизика активной среды, оптические схемы и генерационные характеристики [15] |
1990 |
Исследования по созданию лазеров на основе окрашенных полимерных матриц |
Представлены результаты по формированию полимерных матриц. Приведены оптические схемы и характеристики полимерных лазеров. |
|
8 |
Solid-state dye laser reaches market [16] |
1994 |
Создание перестраиваемого лазера на красителях в твердотельной матрице. Дисперсионный элемент – трехпризменный селектор. |
Представлены основные характеристики лазера: диапазон перестройки 550 ¸670 нм, частота повторения – 10 Гц, длительность импульса излучения – 10 нс. |