Физика / 34-35 - Лазеры, квантово-механ. методы

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕДАЦИИ по темам:

Квантово-механические методы в медицине, оптические квантовые генераторы (лазеры).

Утверждено

на методическом совете кафедры

«___»_______________2010 года

Зав.кафедрой

Профессор __________ Годлевский Л.С.

Одесса 2010

1. Тема: Квантово-механические методы в медицине, оптические квантовые генераторы (лазеры).

2. Актуальность темы:

Создание оптических генераторов когерентного светового излучения доказывает квантовый характер поглощения и излучения света. Это не только подтверждает его квантово-волновую природу, но и, что наиболее важно, значительно расширяет применение светового излучения (гостронаправленим, монохроматического, когерентного) различной мощности во многих отраслях науки, в том числе, в медицине (в хирургии - лазерный скальпель, в офтальмологии - лечение катаракты, сварка сетчатки и кровеносных сосудов глаза, в дерматологии и гинекологии - заживление ран, уничтожение злокачественных опухолей, в лабораторной техника - лазерная спектроскопия).

3. Цели занятия: изучение принципа действия газового лазера, определения длины волны излучения лазера с помощью дифракционной решетки, измерение размеров эритроцитов.

1 уровень

Студент должен иметь представление о вопросах:

- Квантовые и волновые свойства света,

- Принцип работы оптического квантового генератора,

- Основные свойства излучения используемые в медицине

2 уровень

Студент должен знать и усвоить:

- Что такое оптический квантовый генератор, которое излучения называется вынужденным

- Какое излучение называется спонтанным, что называется активной средой

- Физический смысл инверсного состояния среды, устройство гелий-неонового лазера, принцип работы гелий-неонового лазера, свойства лазерного излучения - основные законы дифракционной решетки

3 уровень

Студент должен овладеть навыками и техникой исполнения:

- Работы с оптическим квантовым генератором, получения разнообразных дифракционных спектров

- Анализа дифракционных спектров, расчета погрешности измерений

4 уровень

Студент должен уметь исследовать теоретически и экспериментально

- Определение с помощью дифракционной решетки длины волны лазерного излучения исследования с помощью лазерного излучения различных биологических розчинив

5. Учебный материал по теме лабораторной работы. Приборы и принадлежности:

лазер, дифракционная решетка, оптическая скамья, линейка, экран, препарат эритроцитов крови.

ОПТИЧЕСКИЕ квантовые генераторы.

Оптическими квантовыми генераторами (генераторами когерентного света) называются источники света, работающие на принципе вынужденного (стимулированного, индуцированного) излучения или в диапазоне ультракоротких радиоволн (мазеры) или в оптическом диапазоне (лазеры).

Вынужденным (стимулированный, индуцированным) излучением называется излучение возбужденных атомов (молекул, ионов) вещества, вызванная воздействием на вещество падающего излучения. Вынужденное излучение по своим свойствам вполне одинаково с тем излучением, что вызывает его появление, т.е. частота волны, направление ее распространения, фаза и поляризация волны остаются неизменными. Вынужденное излучение строго когерентно с его преходящим светом, вызвали.

Новый фотон, появившийся в результате индуцированного излучения, усиливает свет, проходящий через среду. Одновременно с индуцированным излучением происходит поглощение света.

Если процессы вынужденного излучения преобладают над процессами поглощения при прохождении света через среду, то такая среда называется усиливающим или активным. Усиливая среда называется также средой с отрицательным показателем поглощения света.

Для получения такой среды необходимо создать в нем необычное, неравновесные состояния (инверсный состояние): число атомов (молекул, ионов) на возбужденном уровне должно быть больше, чем на нижнем уровне.

Процесс перехода среды в инверсный состояние называется накачкой среды. В гелий-неоновом лазере, например, усиливающим средой служит плазма высокочастотного газового разряда, полученного в смеси гелия и неона.

Эффект усиления света в лазерах происходит за счет многократного прохождения света через тот же слой активной среды. Монохроматический пучок света многократно усиленный на выходе из генератора имеет огромную интенсивность с малым расхождением по углам, то есть гостронаправленим.

Высокая когерентность и острая направленность монохроматического излучения квантовых генераторов позволяет с успехом использовать их для связи и локации. С помощью лазеров осуществляется связь на огромные расстояния астрономического порядка. Лучи лазеров пробивают мелкие отверстия в твердых веществах, таких как бриллиант, используемых при сварке микродеталей.

В медицине исключительный интерес уделяется использованию лазера в хирургии. Луч лазера позволяет абсолютно стерильным световым скальпелем рассекать ткани и проводить операции почти без кровотечений. Объясняется это тем, что мелкие и средние сосуды спаюються и только значительные сосуды необходимо перевязывать.

Использование лазера позволило делать хирургические операции на паренхиматозных органах.

Лучи лазера применяют в хирургии при лечении отслойки сетчатки глаза, с помощью которых она приваривается к глазному дну.

Разрушительное действие лазерного луча используется для лечения пигментных пятен, бородавок и опухолей.

Применение гибких световодов позволило использовать лазерное излучение для получения голограмм некоторых внутренних органов, а также для внутренней коагуляции.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ излучения лазера.

Для определения длины волны лазерного излучения в данной работе используется дифракционная решетка. При освещении решетки монохроматическим светом возникают повторные волны, распространяясь по всем направлениям, интерферируют между собой и образуют дифракционную картину.

Литература

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. "Высшая школа", 1999.

2. Эсаулова И.О. Блохина М.Ю., Гонцов Л.Д. Пособие для лабораторных работ по медицинской и биологической физике. М., 1987

3. Ливенцев Н.Н. Курс физики, т.1, М., 1978

Методическую разработку подготовила :

ассистент Приболовец Т.В.