Тема: Визначення розмірів формених елементів крові за допомогою лазерного випромінювання.

Мета роботи: Вивчити принцип дії та устрій гелій-неонового лазера, властивості лазерного випромінювання, первинну та біофізичну дію лазерного випромінювання, застосування в медицині.

Прилади та матеріали: газовий лазер, оптична лава з поляроїдами , дифракційні ґратки, препарат крові, екран з шкалою, фотоелемент з гальванометром.

1. Теоретичне обґрунтування теми.

1.1. Професійна значимість теми.

Медицина та біологія взяли на озброєння лазер як засіб проникнення в мікросвіт клітин, ядер, хромосом і окремих генів і як засіб біостимуляцїї органів організму (низько енергетичного лазера) і як абсолютно стерильний скальпель в хірургії (випромінювання високо енергетичних лазерів). Вивчення властивостей лазерного випромінювання ( його висока монохроматичність і енергетична щільність, просторова і часова когерентність, строга спрямованість і можливість точного фокусування) необхідно для розуміння не тільки механізму первинної його дії, але на цій базі поняття біологічної дії когерентного випромінювання.

1.2.Вимушене випромінювання та його властивості. Згідно з законами квантової механіки, енергія електрона в атомі може мати преривчастий (дискретний) ряд "дозволених" значень енергії. Самий нижчий рівень енергії Е називається основним рівнем, а всі інші, відповідні до вищої енергії електрона, називаються збудженими.

Під час переходу електрона в атомі з одного рівня в іншій атом може випромінювати або поглинати електромагнітні хвилі, частота яких визначається співвідношенням:

(1).

Це співвідношення є наслідком другого постулату Бору, який стверджує, що випромінювання і поглинання атомом електромагнітною енергії відбувається порціями — квантами, фотонами, величина яких дорівнює:

(2)..

Збуджений стан атома має дуже короткий час життя порядку 10~⁸ С,після закінчення якого атом спонтанно перейде в стан з нижчою енергією випромінювання, при цьому випустить квант електромагнітної енергії рівний hv. Цей процес випадковий за часом і тому неможливо точно передбачити момент спонтанного переходу, а можна лише говорити про вірогідність такого переходу. Випадковість спонтанних переходів призводить до того, що різні атомні джерела світла випромінюють неодночасно та незалежно. В результаті цього в спонтанному випромінюванні фази електромагнітних хвиль в квантах різні і не узгоджені, напрямки розповсюдження квантів випадкові, площини поляризації хвиль довільно орієнтовані, випромінювання не монохроматично. В результаті цього сумарне спонтанне випромінювання джерела світла (ламп розжарювання, газо розрядних ламп) є некогерентним.

Але атом може перейти з рівня Е₂ на Е₁ не спонтанно, а під дією кванта електромагнітної хвилі, якщо його частота близька до частоти переходу електрона в атомі:

(3).

Переходи електронів в атомі з Е₂ на Е₁ , які відбуваються під дією зовнішнього електромаг-нітного поля, називають змушеними (або індукованими, такими, що стимулюють випромінювання).

Особливість вимушеного випромінювання світла полягає в тому, що випромінюваний при вимушеному переході "новонароджений" квант абсолютно невідмітний від первинних квантів, що викликали перехід: він має ту ж частоту і фазу, той же напрям руху і ту ж поляризацію.

Саме ця особливість вимушеного випромінювання дозволяє використовувати його для створення генераторів монохроматичного, когерентного, направленого

випромінювання. Так, щоб отримати внутрішньо організований потік монохроматичного, когерентного випромінювання, потрібно навчитися створювати в речовині велику кількість збуджених станів атома.