Что такое окг в медицине

Первый работающий лазер был сделан Теодором Майманом в 1960 году в исследовательской лаборатории компании Хьюза (Hughes Aircraft), которая находилась в Малибу, штат Калифорния с привлечением групп Таунса из Колумбийского Университета и Шалоу из компании Bell laboratories. Майман использовал рубиновый стержень с импульсной накачкой, который давал красное излучение с длиной волны 694 нанометра. Примерно в то же время иранский физик Али Яван представил газовый лазер. Позднее за свою работу он получил премию имени Альберта Эйнштейна.

Основная идея работы лазера заключается в инверсии электронной населённости путём «накачки» рабочего тела энергией, подводящейся к нему, например, в виде световых или электрических импульсов. Рабочее тело помещается в оптический резонатор, при циркуляции волны в котором её энергия экспоненциально возрастает благодаря механизму вынужденного излучения. При этом энергия накачки должна превышать определённый порог, иначе потери в резонаторе будут превышать усиление и выходная мощность будет крайне мала.

Инверсия электронной населённости также лежит в основе работы мазеров, которые принципиально похожи на лазеры, но работают в микроволновом диапазоне. Первые мазеры были сделаны в 1953—1954 гг. Н. Г. Басовым и А.М. Прохоровым, а также независимо от них американцем Ч. Таунсом и его сотрудниками. В отличие от квантовых генераторов Басова и Прохорова, которые нашли выход в использовании более чем двух энергетических уровней, мазер Таунса не мог работать в постоянном режиме. В 1964 году Басов, Прохоров и Таунс получили Нобелевскую премию по физике «За основополагающую работу в области квантовой электроники, позволившую создать генераторы и усилители, основанные на принципе мазера и лазера».

Излучение лазера может быть настолько мощным, что им можно резать сталь и другие металлы. Несмотря на то, что луч лазера можно сфокусировать в очень маленькую точку, она всегда будет иметь конечный ненулевой размер вследствие дифракции. С другой стороны, размер сфокусированного лазерного луча всегда будет значительно меньше луча, созданного любым другим способом. Например, луч небольшого лабораторного гелий-неонового лазера разойдётся всего примерно на 1,5 километра на расстоянии от Земли до Луны. Конечно, некоторые лазеры, особенно полупроводниковые, благодаря малым размерам, создают сильно расходящийся луч. Однако эту проблему можно решить применением линз.

Влияние дифракции можно обойти, применяя волноводы, в данном случае оптоволоконные линии.

Использование лазеров

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых важных изобретений XX века.

Исключительно широкое использование лазеров в науке и промышленности объясняется их уникальными свойствами — когерентностью, монохроматичностью и возможностью достижения высочайшей плотности мощности излучения. Например, когерентность лазерного луча позволяет сфокусировать его в точку, практически совпадающую по размеру с дифракционным пределом, который для видимого спектра составляет всего несколько сотен нанометров. Это позволяет лазерным записывающим устройствам хранить гигабайты информации на оптических дисках, например, формата лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимовым легированием в режиме удвоения частоты работает на длине волны 532 нм (зелёный участок спектра) и при мощности всего 10 Ватт позволяет достичь энергий порядка нескольких мегаватт на квадратный сантиметр.

Популярные заблуждения

Современная поп-культура, особенно боевики и научная фантастика, полны заблуждений о лазерных технологиях. Например, вопреки фильмам, луч лазера абсолютно невидим в вакууме и в большинстве случаев на воздухе. Луч «пылает» только рассеиваясь на каких-либо частицах, например, пыли — точно так же, как лучи солнца видны в запыленной атмосфере или в тумане. Однако лучи очень высокой мощности все же могут быть видны в чистом воздухе благодаря рэлеевскому или рамановскому рассеянию.

Кроме того, в фантастических фильмах луч распространяется довольно медленно, так что его движение можно проследить глазом, совсем как трассирующий снаряд [1] . На самом деле, луч лазера распространяется со скоростью света и мы должны увидеть его сразу по всей длине.

Ещё пример — во многих фильмах герой обнаруживает и обходит контур лазерной защиты, распыляя какое-либо вещество в воздухе. На самом деле, инфракрасные лазерные диоды сделать проще и дешевле, чем излучающие видимый свет. Именно поэтому использовать лазеры с видимым излучением в охранных системах совершенно бессмысленно.

В кинофильмах лазер, как правило, способен резать любые материалы, при этом не используя какой-либо защиты для глаз. В реальности же мощности отражённого луча, взрезающего стальные двери, вполне достаточно, чтобы повредить сетчатку глаза взломщика, не надевшего защитные очки.

Безопасность лазеров

Даже маломощные лазеры (с выходной мощностью несколько милливатт) могут быть опасны для зрения. Для видимых длин волн (400—700 нм), которые хорошо пропускаются и фокусируются хрусталиком, попадание лазерного луча в глаз, даже на несколько секунд, может привести к частичной или даже полной потере зрения. А лазеры большей мощности могут приводить даже к повреждению кожных покровов.

Лазеры делятся на 4 класса безопасности, от 1 — практически безопасный, до 4, у которого даже рассеянный луч может стать причиной ожога глаза или кожи.

• Газовые лазеры

• Гелий-неоновые лазеры (HeNe) (543 нм, 632,8 нм, 1,15 мкм, 3,39 мкм)
• Аргоновые лазеры (458 нм, 488 нм или 514,5 нм)непрерывный газовый лазер, который способен излучать свет в различных длинах волн синего и зеленого диапазонов.

Технический прогресс в настоящее время достиг высот, наука активно развивается, затрагивая все сферы человеческой деятельности. Касается это и медицины. Одно из прогрессивных нововведений – СКТ, или спиральная компьютерная томография. Итак, СКТ – что же это такое?

Что такое СКТ?

Речь в статье пойдёт о спиральной компьютерной томографии: что такое СКТ, есть ли отличия между СКТ и МСКТ, какое место занимает СКТ в современной медицине, немного истории, суть метода, его достоинства, показания, противопоказания, цены, отзывы.

Компьютерная томография – современный способ диагностики заболеваний различных органов и систем, одним из видов которой является спиральная компьютерная томография. Начало ее применения в клинической практике относится к 1988 году. СКТ принадлежит к методам лучевой диагностики, которые основываются на рентгеновском излучении. Ее особенность – одновременные вращение рентгеновской трубки и движение стола томографа, на котором лежит пациент. Благодаря этому источник рентген-лучей движется по спирали, что является залогом быстрого получения детальных продольных и поперечных срезов интересующих областей с шагом от 0,5 мм. Методика позволяет выявить патологию на ранней стадии, обнаружить образования размером до 0,1 см.

Есть ли отличия между СКТ и МСКТ?

Мультиспиральная, или многосрезовая, компьютерная томография (МСКТ), как и СКТ, позволяет анализировать информацию, исходя из способности тканей человеческого организма поглощать рентген-лучи. В медицинской практике она стала применяться позднее – в 1992 году. Главное отличие МСКТ заключается в увеличении рядности детекторов, расположенных по окружности. В результате получаются более четкие изображения, а длительность процедуры значительно сокращается. За время оборота рентгеновской трубки можно получить проекцию целого органа.

Показания и противопоказания к проведению процедуры

Спирально-компьютерная томография используется для диагностики заболеваний большинства органов. Показания для исследования широкие: травмы костей и внутренних органов, опухоли в различных структурах, патологии сосудов.

Метод имеет ряд противопоказаний:

• беременность;
• клаустрофобия;
• возраст до 7 лет;
• большая масса тела (верхний предел указывается производителем оборудования);
• невозможность принять лежачее положение и задержать дыхание;
• наличие кардиостимулятора, других несъемных электронных устройств;
• индивидуальная непереносимость контрастного препарата.

Подготовительные мероприятия перед проведением МСК-томографии

Для прохождения КТ-исследования желательно иметь на руках направление узкого врача-специалиста, где указываются направительный диагноз и область исследования. При наличии результатов предыдущих обследований, их также необходимо брать с собой. Они понадобятся для оценки динамики процесса, а также корректировки методики сканирования с целью получения максимальной информации от анализа томограмм после СКТ.

Подготовка к проведению спирально-компьютерной томографии зависит от области исследования. СКТ органов брюшной полости выполняется натощак. Несколько дней рекомендуется соблюдать низкошлаковую диету, исключающую продукты, которые усиливают газообразование. Для скрининга других зон специальная подготовка, как правило, не требуется.

Как делают СКТ?

Спиральная томография делится на:

• односрезовую, при выполнении которой получают один слой;
• многослойную, с возможностью одновременной реконструкции до 64 томографических слоев.

Томограф располагается в специальном помещении, которое соответствует требованиям радиационной безопасности и санитарным нормам. Пациент располагается на столе-транспортере, заезжающем внутрь кольцевой части (гентри). Так проводится сканирование исследуемой области. При изучении органов дыхания и брюшной полости следует производить задержку дыхания, об этом пациенту сообщает лаборант. Исследование является абсолютно безболезненным. Для интерпретации полученных изображений врачу-рентгенологу дается 24 часа, после чего пациент получает результат обследования в виде заключения и изображений на цифровом носителе или специальной пленке.

Какие органы исследуются?

С помощью СКТ исследуется практически весь организм пациента:

• голова – выявляются воспалительные процессы, посттравматические осложнения, патологии сосудов, другие нарушения кровообращения, гидроцефалия, опухоли;
• малый таз – диагностируются мочекаменная болезнь, дивертикулы, травмы, патологии костей, мягких тканей, сосудов, доброкачественные и злокачественные образования;
• брюшная полость – изучается состояние печени, надпочечников, селезенки, мочевыводящих путей, других органов с целью выявления аномалий;
• грудная клетка – исследуются органы сердечно-сосудистой, дыхательной систем. Эффективно определяются пневмония, туберкулез, онкопроцессы, изменения в бронхах, легких, сердечной мышце, работе сосудов;
• шея, позвоночник – анализируются травмы, болезни позвоночного столба, прилегающих сосудов;
• суставы, кости – диагностируются поражения воспалительного и травматического характера, их осложнения, новообразования.

СКТ с контрастным веществом

Различают нативное исследование и СКТ с контрастом. СКТ второго типа эффективна при исследовании органов брюшной полости, кровеносных сосудов и других. Наиболее часто для контрастирования применяются препараты с пероральным или парентеральным способом введения, то есть внутрь или внутривенно.

Разновидности компьютерной томографии

В зависимости от исследуемой области обследование СКТ подразделяется на томографию:

• головного мозга;
• органов грудной клетки и средостения;
• органов брюшной полости, забрюшинного пространства;
• органов малого таза;
• мочевыделительной системы;
• костно-суставной системы (изучает состояние тканей и суставов, всех отделов позвоночника, выявляет врождённые и приобретенные заболевания костей скелета).

Делают также КТ челюстно-лицевой области, пазух носа, сердечно-сосудистой системы.

СКТ грудной клетки

СКТ органов грудной клетки в настоящее время является основным методом диагностики туберкулёза, пневмонии, опухолей, бронхоэктазов, наличия инородных тел в дыхательных путях, паразитарных инфекций, интерстициальных болезней легких, заболеваний органов средостения, плевры, лимфоаденопатии. Для проведения требуются контрастное усиление и задержка дыхания во время сканирования.

CTK брюшной полости и забрюшинного пространства

Исследование брюшной полости проводится преимущественно для диагностики заболеваний органов ЖКТ, забрюшинного пространства, желчевыводящей системы. Информативность исследования органов ЖКТ существенно повышается за счет использования контрастирования. Показания для назначения: цирроз; опухоли; паразитарные заболевания; панкреатит; травмы; мочекаменная болезнь; патологии кровеносных сосудов брюшины.

CKT головного мозга

Показаниями для CKT головного мозга являются: нарушения мозгового кровообращения; черепно-мозговые травмы; опухоли; гидроцефалия; сосудистая патология; кисты и иные посттравматические последствия; воспалительные заболевания.

Комментарии наших читателей

«Прошла в декабре того года обследование СКТ. Хочу поделиться впечатлениями. В течение нескольких месяцев беспокоили боли в ноге, в левой голени, затем начало прощупываться уплотнение. Обратилась к врачу, который направил сначала на рентген-снимок. После рентгенографии получила заключение с рекомендациями пройти для уточнения КТ. Исследование заняло немного времени, поставили диагноз точно и быстро (подтвердилось после проведенной операции). Волноваться перед процедурой не стоит. Подготовки никакой не требовалось. Прекрасный метод исследования при сомнительных случаях».

«Проходили МСКТ органов грудной клетки со своим пожилым отцом. Направили после рентгенографии органов грудной клетки, где поставили предположительно центральный рак правого лёгкого, осложненный ателектазом. К сожалению, диагноз подтвердился. Как объяснил врач-радиолог, отсутствие изменений на флюорографии полгода назад – не вина специалиста, а ограничение самого метода, если бы вовремя прошли МСКТ, увидели бы патологию на раннем этапе, когда образование было ещё совсем маленьким. Если знаете, что есть жалобы и предрасположенность, идите на КТ, берегите себя и своих близких».

Разница между СКТ и КТ

Основное отличие между этими исследованиями, в основе которых лежит рентгеновское излучение, заключается в толщине среза. При КТ минимальная толщина — 10 мм, при СКТ — около 3 мм.

Сколько раз можно делать в год?

Однозначного ответа на этот вопрос нет, так как спиральная томография разных зон характеризуется разной лучевой нагрузкой, например, при КТ ЖКТ она составляет 14 мЗв, а головного мозга – лишь 2 мЗв. Для учёта суммарной дозы за год в каждой амбулаторной карте или истории болезни ведется лист учёта дозовой нагрузки. Все исследования должны проводиться по строгим показаниям с применением индивидуальных средств защиты, а в листе учёта дозовой нагрузки делается запись о полученной дозе.

Преимущества и недостатки

• скорость проведения исследования;
• высокое разрешение;
• уменьшение артефактов на изображениях;
• возможность получения объемного изображения целого органа сразу;
• идеально для исследования сосудов, сердца;
• увеличенная область анатомического покрытия.

Недостатки исследования связаны с ограничениями и противопоказаниями, а также со стоимостью и относительной малодоступностью, так как не все медицинские учреждения имеют в своем арсенале соответствующее дорогостоящее оборудование.

Стоимость выполнения исследования

Стоимость проведения СКТ зависит от ряда факторов, определяющих исследование: изучаемой области, вида томографа, наличия или отсутствия контрастирования, квалификации врача-рентгенолога. Цена в Москве колеблется от 4000 до 13000 рублей (одна зона обследования).

Создание лазеров явилось одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX века, которое привело к революционным изменениям во многих областях науки и техники. К настоящему времени создано большое количество лазеров с различными характеристиками – газовых, твердотельных, полупроводниковых, излучающих свет в различных оптических диапазонах.

В 1928 году немецкий физик Рудольф Вальтер Ланденбург, в то время руководитель отдела Института физической химии и электрохимии в Берлине, сформулировал условия обнаружения индуцированного излучения, отметив, что для этого необходимо специальное избирательное возбуждение квантовой системы. Первая попытка экспериментального обнаружения индуцированного излучения атомов была сделана им в том же 1928 году.

До 50-х годов были только предпосылки создания лазера, пока в 1955 году ученые Николай Басов и Александр Прохоров не разработали квантовый генератор – усилитель микроволн с помощью индуцированного излучения, активной средой которого является аммиак.

Изобретение лазера, использующего аммиак, позволило американским ученым Чарльзу Таунсу и Артуру Шавлову через два года начать разработку принципов лазера. Работая параллельно в том же направлении, Александр Прохоров в 1958-м использовал для создания лазера резонатор Фабри-Перо, представляющий собой два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачно.

В мае 1960 г. сотрудник исследовательского центра фирмы Hughes, американский физик Теодор Мейман, основываясь на работах Н. Басова, А. Прохорова и Ч. Таунса, сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм. Спустя полгода в лабораториях корпорации IBM заработал инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана, построенный Питером Сорокиным (Peter Sorokin) и Миреком Стивенсоном (Mirek Stevenson). Это был уникальный прибор, который действовал лишь при температуре жидкого водорода и практического значения не приобрел.

Наконец, в декабре 1960 года исследователи из Bell Laboratories Али Джаван (Ali Javan), Уильям Беннетт (William Bennett) и Дональд Хэрриот (Donald Herriotte) продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни.

После этого физики и инженеры всего мира включились в гонку по созданию всевозможных лазеров.

Созданы лазеры с длинами волн от ультрафиолетовых до инфракрасных, а мощность лазеров может варьироваться от нескольких долей милливатта для медицинских применений до киловатт – для лазеров, применяемых в промышленности. Уже несколько десятилетий лазеры используются в медицине (хирургия и др. применения), на производстве (при обработке металла, стекла, дерева и других материалов), в измерительной технике (дальномеры, теодолиты), в военном деле (прицелы, мощные лазеры ПРО и пр.).

Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Мощность излучения лазеров может изменяться в пределах от долей милливатта до 10 12 –10 13 Вт (в импульсном режиме). Лазеры находят широкое применение в военной технике, в технологии обработки материалов, в медицине, в оптических системах навигации, связи и локации, в прецизионных интерференционных экспериментах, в химии, просто в быту и т. д. Хотя первый лазер был построен сравнительно недавно (1960 г.), современную жизнь уже невозможно представить без лазеров. Одним из важнейших свойств лазерного излучения является чрезвычайно высокая степень его монохроматичности, недостижимая в излучении нелазерных источников.

Это и все другие уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества. Чтобы понять принцип работы лазера, нужно более внимательно изучить процессы поглощения и излучения атомами квантов света. Атом может находиться в различных энергетических состояниях с энергиями E₁, E₂ и т. д. Эти состояния называются стабильными. На самом деле стабильным состоянием, в котором атом может находиться бесконечно долго в отсутствие внешних возмущений, является только состояние с наименьшей энергией. Это состояние называют основным.

Все другие состояния нестабильны. Возбужденный атом может пребывать в этих состояниях лишь очень короткое время, порядка 10 -8 с, после этого он самопроизвольно переходит в одно из низших состояний, испуская квант света, частоту которого можно определить из формулы, определяющей разницу энергий электронов атома, при переходе из одного состояния в другое. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным . На некоторых энергетических уровнях атом может пребывать значительно большее время, порядка 10 -3 с. Такие уровни называются метастабильными . Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий атома в конечном и начальном состояниях. Переходы между энергетическими уровнями атома не обязательно связаны с поглощением или испусканием фотонов .

Атом может приобрести или отдать часть своей энергии и перейти в другое квантовое состояние в результате взаимодействия с другими атомами или столкновений с электронами. Такие переходы называются безизлучательными .

Переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным . Вынужденное излучение обладает удивительным свойством. Оно резко отличается от спонтанного излучения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении.

На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца. Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров. На рис. 1 схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта.

Рисунок 1. Условное изображение процессов (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта.

Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут находиться в состояниях с энергиями E₁ и E₂ > E₁. Пусть в этом слое распространяется излучение резонансной частоты перехода ν = ΔE / h. Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем энергетическом состоянии. Некоторая часть атомов будет находиться и в верхнем энергетическом состоянии, получая необходимую энергию при столкновениях с другими атомами. Обозначим населенности нижнего и верхнего уровней соответственно через n₁ и n₂ фраунгоферовских линий в спектре солнечного излучения. Излучение, возникающее в результате спонтанных переходов, некогерентно и распространяется во всевозможных направлениях и не дает вклада в проходящую волну. Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n₂ > n₁, то есть создать инверсную населенность уровней . Такая среда является термодинамически неравновесной. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны λ = 1,27 см. За разработку нового принципа усиления и генерации радиоволн в 1964 году все трое были удостоены Нобелевской премии. Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной .

Она может служить резонансным усилителем светового сигнала. Для того, чтобы возникала генерация света, необходимо использовать обратную связь. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад, чтобы он многократно прошел через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Этот процесс в лазерной физике принято называть накачкой . Начало лавинообразному процессу в такой системе при определенных условиях может положить случайный спонтанный акт, при котором возникает излучение, направленное вдоль оси системы. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации. Это и есть лазер. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. На рис. 2 схематически представлено развитие лавинообразного процесса в лазере.

Рисунок 2. Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере.

Существуют различные способы получения среды с инверсной населенностью уровней. В рубиновом лазере используется оптическая накачка. Атомы возбуждаются за счет поглощения света. Но для этого недостаточно только двух уровней. Каким бы мощным не был свет лампы–накачки, число возбужденных атомов не будет больше числа невозбужденных. В рубиновом лазере накачка производится через третий выше расположенный уровень (рис. 3).

Рисунок 3. Трехуровневая схема оптической накачки. Указаны «времена жизни» уровней E2 и E3. Уровень E2 – метастабильный. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1. В кристалле рубина уровни E1, E2 и E3 принадлежат примесным атомам хрома.

После вспышки мощной лампы, расположенной рядом с рубиновым стержнем, многие атомы хрома, входящего в виде примеси в кристалл рубина (около 0,05 %), переходят в состояние с энергией E₃, а через промежуток τ ≈ 10 -8 с они переходят в состояние с энергией E₂. Перенаселенность возбужденного уровня E₂ по сравнению с невозбужденным уровнем E₁ возникает из-за относительно большого времени жизни уровня E₂. Лазер на рубине работает в импульсном режиме на длине волны 694 мм (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать в импульсе 10 6 –10 9 Вт. Исторически это был первый действующий лазер (американский физик Т. Майман, 1960 г.). Одним из самых распространенных лазеров в настоящее время является газовый лазер на смеси гелия и неона. Общее давление в смеси составляет порядка 10 2 Па при соотношении компонент He и Ne примерно 10:1. Активным газом, на котором возникает генерация на длине волны 632,8 нм (ярко-красный свет) в непрерывном режиме, является неон. Гелий является буферным газом, он участвует в механизме создания инверсной населенности одного из верхних уровней неона. Излучение He–Ne лазера обладает исключительной, непревзойденной монохроматичностью. Расчеты показывают, что спектральная ширина линии генерации He–Ne лазера составляет примерно Δ ν ≈ 5·10 -4 Гц. Это фантастически малая величина.

Время когерентности такого излучения оказывается порядка τ ≈ 1 / Δν ≈ 2·10 3 с, а длина когерентности c τ ≈ 6·10 11 м, то есть больше диаметра земной орбиты! На практике многие технические причины мешают реализовать столь узкую спектральную линию He–Ne лазера. Путем тщательной стабилизации всех параметров лазерной установки удается достичь относительной ширины Δ ν / ν порядка 10 -14 –10 -15 , что примерно на 3–4 порядка хуже теоретического предела. Но и реально достигнутая монохроматичность излучения He–Ne лазера делает этот прибор совершенно незаменимым при решении многих научных и технических задач. Первый гелий-неоновый лазер был создан в 1961 году. На рис. 4 представлена упрощенная схема уровней гелия и неона и механизм создания инверсной населенности лазерного перехода.

Рисунок 4. Механизм накачки He–Ne лазера. Прямыми стрелками изображены спонтанные переходы в атомах неона.

Накачка лазерного перехода E₄ → E₃ в неоне осуществляется следующим образом. В высоковольтном электрическом разряде вследствие соударений с электронами значительная часть атомов гелия переходит в верхнее метастабильное состояния E₂. Возбужденные атомы гелия неупруго сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состояние, и передают им свою энергию. Уровень E₄ неона расположен на 0,05 эВ выше метастабильного уровня E₂ гелия. Недостаток энергии компенсируется за счет кинетической энергии соударяющихся атомов. На уровне E₄ неона возникает инверсная населенность по отношению к уровню E₃, который сильно обедняется за счет спонтанных переходов на ниже расположенные уровни. При достаточно высоком уровне накачки в смеси гелия и неона начинается лавинообразный процесс размножения идентичных когерентных фотонов. Если кювета со смесью газов помещена между высокоотражающими зеркалами, то возникает лазерная генерация. На рис. 5 изображена схема гелий-неонового лазера.

Рисунок 5. Схема гелий-неонового лазера: 1 – стеклянная кювета со смесью гелия и неона, в которой создается высоковольтный разряд; 2 – катод; 3 – анод; 4 – глухое сферическое зеркало с пропусканием менее 0,1 %; 5 – сферическое зеркало с пропусканием 1–2 %.

Современные высокостабильные гелий-неоновые лазеры производятся в моноблочном исполнении. Для этого используется стеклообразное вещество – ситалл, обладающий практически нулевым температурным коэффициентом расширения. В куске ситалла в форме прямоугольного параллелепипеда просверливается канал, к торцам которого на оптическим контакте приклеиваются лазерные зеркала. Канал заполняется смесью гелия и неона. Катод и анод вводятся через дополнительные боковые каналы. Такая моноблочная конструкция обеспечивает высокую механическую и тепловую стабильность.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

13.06.2019 – 05:11: ЭКОЛОГИЯ – Ecology -> [center][Youtube]tXZcSDqQ9A4[/Youtube][/center]

[center][b]Гибель пчел в Курчатовском районе [/center]