Describir brevemente las características del láser y sus aplicaciones médicas.

Características del láser

(1) Emisión de luz direccional

Las fuentes de luz comunes emiten luz en todas las direcciones. Para que la luz emitida se propague en una dirección, es necesario instalar un determinado dispositivo de condensación de luz en la fuente de luz. Por ejemplo, los faros de los automóviles y los reflectores están equipados con reflectores con función de condensación, de modo que la luz irradiada pueda ser distribuida. recogidos y emitidos en una dirección. El láser emitido por el láser se emite naturalmente en una dirección. La divergencia del haz es extremadamente pequeña, solo alrededor de 0,001 radianes, lo que es casi paralelo. En 1962, los humanos utilizaron láseres para iluminar la luna por primera vez. La distancia entre la Tierra y la Luna era de unos 380.000 kilómetros, pero el punto del láser en la superficie lunar era de menos de dos kilómetros. Si el efecto de condensación de la luz es muy bueno, se disparan haces de reflectores aparentemente paralelos hacia la luna, y toda la luna quedará cubierta de acuerdo con el diámetro de su mancha.

(2) Brillo extremadamente alto

Antes de la invención del láser, la lámpara de xenón pulsada de alto voltaje tenía el brillo más alto entre las fuentes de luz artificial, comparable al brillo del sol. , mientras que el brillo del láser de rubí puede superar el de la lámpara de xenón decenas de miles de millones de veces. Como los láseres son extremadamente brillantes, pueden iluminar objetos a largas distancias. El rayo emitido por el láser de rubí produce una iluminación de aproximadamente 0,02 lux (unidad de iluminación) en la luna. El color es rojo brillante y el punto del láser es claramente visible. Si se ilumina la Luna con el reflector más potente, la iluminación producida será sólo de aproximadamente una billonésima parte de un lux, lo cual es completamente indetectable para el ojo humano. La razón principal del brillo extremadamente alto de los láseres es la emisión de luz direccional. Una gran cantidad de fotones se concentran y emiten en un espacio muy pequeño y, naturalmente, la densidad de energía es extremadamente alta.

(3) Color extremadamente puro

El color de la luz está determinado por la longitud de onda (o frecuencia) de la luz. Ciertas longitudes de onda corresponden a ciertos colores. El rango de distribución de longitud de onda de la luz solar es aproximadamente entre 0,76 micrones y 0,4 micrones, y los colores correspondientes van del rojo al violeta y hasta 7 colores, por lo que no se puede decir que la luz solar sea monocromática. Una fuente de luz que emite luz de un solo color se llama fuente de luz monocromática y emite luz con una sola longitud de onda. Por ejemplo, las lámparas de criptón, las lámparas de helio, las lámparas de neón, las lámparas de hidrógeno, etc. son todas fuentes de luz monocromáticas y solo emiten luz de un determinado color. Aunque la longitud de onda de la luz procedente de una fuente de luz monocromática es única, todavía tiene un cierto rango de distribución. Por ejemplo, la lámpara de criptón solo emite luz roja y tiene muy buena monocromaticidad. Se conoce como la corona de la monocromaticidad. El rango de distribución de longitud de onda sigue siendo de 0,00001 nanómetros, por lo que la luz roja emitida por la lámpara de criptón todavía contiene docenas de colores rojos. si se identifica cuidadosamente. Se puede observar que cuanto más estrecho sea el rango de distribución de longitudes de onda de la radiación óptica, mejor será la monocromaticidad. La salida de luz del láser tiene un rango de distribución de longitud de onda muy estrecho, por lo que el color es extremadamente puro. Tomando como ejemplo un láser de helio-neón que emite luz roja, el rango de distribución de longitud de onda de su luz puede ser tan estrecho como 2 × 10-9 nanómetros, que es dos diezmilésimas del rango de distribución de longitud de onda de la luz roja emitida por un láser de helio-neón que emite luz roja como ejemplo. lámpara de criptón. Se puede observar que la monocromaticidad de los láseres supera con creces la de cualquier fuente de luz monocromática. Además, los láseres tienen otras características: buena coherencia. La frecuencia, dirección de vibración y fase del láser son altamente consistentes, de modo que cuando las ondas de luz del láser se superponen en el espacio, la distribución de la intensidad de la luz en el área de superposición tendrá un fenómeno de intensidad alterna estable. Este fenómeno se llama interferencia de la luz, por lo que la luz láser es luz coherente. La luz emitida por fuentes de luz ordinarias es inconsistente en frecuencia, dirección de vibración y fase, y se llama luz incoherente. El tiempo de flash puede ser extremadamente corto. Por razones técnicas, el tiempo de destello de las fuentes de luz comunes no puede ser muy corto. El tiempo de destello de un flash utilizado para fotografía es de aproximadamente una milésima de segundo. El tiempo de destello del láser pulsado es muy corto, pudiendo alcanzar los 6 femtosegundos (1 femtosegundo = 10-15 segundos). Las fuentes de luz con tiempos de destello extremadamente cortos tienen usos importantes en la producción, la investigación científica y los aspectos militares.

Aplicación de la tecnología láser

La tecnología de procesamiento láser utiliza las características de la interacción entre el rayo láser y la materia para cortar, soldar, tratar superficies, perforar y perforar materiales (incluidos metales y no metales). metales), el micromecanizado y una tecnología utilizada como fuente de luz, identificación de objetos, etc., el mayor campo de aplicación tradicional es la tecnología de procesamiento láser. La tecnología láser es una tecnología integral que involucra múltiples disciplinas como la luz, la mecánica, la electricidad, los materiales y las pruebas. Tradicionalmente, su alcance de investigación generalmente se puede dividir en:

1. Incluyendo láseres, sistemas de guía de luz, máquinas herramienta de procesamiento, sistemas de control y sistemas de detección.

2. Tecnología de procesamiento láser. Incluyendo corte, soldadura, tratamiento de superficies, perforación, marcado, marcado, ajuste y otras técnicas de procesamiento.

Soldadura láser: chapas gruesas y delgadas de carrocerías de automóviles, piezas de automóviles, baterías de litio, marcapasos, relés sellados y otros dispositivos sellados, así como diversos dispositivos que no permiten la contaminación y deformación de la soldadura. Los láseres utilizados actualmente incluyen láseres YAG, láseres de CO2 y láseres de bombas semiconductoras.

Corte por láser: industria automotriz, informática, carcasas eléctricas, industria de moldes de cuchillos de madera, corte de diversas piezas metálicas y materiales especiales, hojas de sierra circular, acrílico, arandelas elásticas, electrónica de menos de 2 mm. Placas de cobre para piezas de máquinas, algunas placas de malla metálica, tubos de acero, placas de hierro estañado, placas de acero con revestimiento de plomo, bronce fosforado, tableros de baquelita, aleaciones finas de aluminio, vidrio de cuarzo, caucho de silicona, láminas cerámicas de alúmina de menos de 1 mm, titanio utilizado en la industria aeroespacial. Aleaciones y más. Los láseres utilizados incluyen el láser YAG y el láser de CO2.

Marcado láser: Es muy utilizado en diversos materiales y en casi todas las industrias. Los láseres utilizados actualmente incluyen los láseres YAG, los láseres de CO2 y los láseres de bomba semiconductora.

Perforación por láser: La perforación por láser se utiliza principalmente en la industria aeroespacial, fabricación de automóviles, instrumentación electrónica, industria química y otras industrias. El rápido desarrollo de la perforación láser se refleja principalmente en el hecho de que la potencia de salida promedio del láser YAG para perforación ha aumentado de 400w hace cinco años a 800w a 1000w. Las aplicaciones relativamente maduras de la perforación láser en China se encuentran en la producción de matrices de trefilado de diamantes artificiales y naturales y en la producción de cojinetes de piedras preciosas para relojes e instrumentos, palas de aviones, placas de circuitos impresos multicapa y otras industrias. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2, así como algunos láseres excimer, láseres de isótopos y láseres de bomba semiconductora.

Tratamiento térmico con láser: Es muy utilizado en la industria automotriz, como el tratamiento térmico de camisas de cilindros, cigüeñales, aros de pistón, conmutadores, engranajes y otras piezas. También se utiliza en la industria aeroespacial, máquinas herramienta. Industria y otras industrias de maquinaria ampliamente. La aplicación del tratamiento térmico con láser en mi país es mucho más amplia que en el extranjero. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2.

Prototipado rápido por láser: formado combinando tecnología de procesamiento láser con tecnología de control numérico por ordenador y tecnología de fabricación flexible. Se utiliza principalmente en la industria de moldes y modelos. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2.

Revestimiento láser: muy utilizado en la industria aeroespacial, de moldes y electromecánica. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG de alta potencia y láseres de CO2.

Aplicaciones del láser en medicina

Sistemas láser utilizados en odontología

Según las diferentes funciones del láser en las aplicaciones odontológicas, existen varios sistemas láser diferentes. Una de las características importantes que distingue a los láseres es la longitud de onda de la luz. Los láseres de diferentes longitudes de onda tienen diferentes efectos en los tejidos. La luz en los rangos del espectro visible y del infrarrojo cercano tiene una baja absorción de luz y una fuerte penetrabilidad, y puede penetrar más profundamente en el tejido dental. Piezas profundas, como láser de iones de argón, láser de diodo o láser Nd:YAG (Figura 1). En cuanto al láser Er:YAG y CO, la penetración de la luz del láser es pobre y sólo puede penetrar aproximadamente 0,01 mm en el tejido dental. La segunda característica importante que distingue a los láseres es la intensidad (es decir, la potencia) del láser. Por ejemplo, la intensidad de los láseres de diodo utilizados en el diagnóstico es de sólo unos pocos milivatios. A veces también se utiliza en pantallas láser.

El láser utilizado para el tratamiento suele ser un láser de intensidad media, de varios vatios. El efecto del láser sobre el tejido también depende del modo de emisión del pulso láser. Los láseres de emisión de pulso continuo típicos incluyen: láser de iones de argón, láser de diodo, láser de CO2; la emisión de láser en modo de pulso corto incluye: láser Er: YAG o muchos Nd:. Láseres YAG, la intensidad (es decir, la potencia) de los láseres de pulso corto puede alcanzar los 1000 vatios o más. Estos láseres de alta intensidad y alta absorción de luz solo son adecuados para eliminar tejido duro.

Aplicación del láser en el diagnóstico de caries dental

1. Desmineralización y caries superficial

2. Caries oculta

Aplicación del láser en el tratamiento

1. Cortar

2. Polimerización de empastes, tratamiento de caries

Belleza con láser

(1) El láser se utiliza cada vez más en la industria de la belleza. El láser genera luz monocromática de alta energía, enfocada con precisión y con cierto poder de penetración, que actúa sobre el tejido humano para generar calor localmente para lograr el propósito de eliminar o destruir el tejido objetivo. Los láseres de pulso de varias longitudes de onda pueden tratar varios tipos de enfermedades. enfermedades vasculares de la piel y pigmentación, como nevo de Ota, mancha de vino de Oporto, pecas, manchas de la edad, telangiectasias, etc., así como eliminación de tatuajes, lavado de delineador de ojos, lavado de cejas, tratamiento de cicatrices, etc. en los últimos años, algunas nuevas; Los láseres, el láser de CO2 súper pulso de alta energía y el láser de erbio se utilizan para la eliminación de arrugas, rejuvenecimiento de la piel, tratamiento de ronquidos, blanqueamiento dental, etc., y han logrado buenos resultados, abriendo un campo cada vez más amplio para la cirugía láser.

(2) La cirugía láser tiene ventajas que la cirugía tradicional no puede igualar. En primer lugar, la cirugía láser no requiere hospitalización, la incisión quirúrgica es pequeña, no hay sangrado durante la operación, el trauma es leve y no deja cicatriz. Por ejemplo, los métodos quirúrgicos tradicionales para tratar las bolsas de los ojos tienen desventajas como un amplio rango de descamación, un sangrado intraoperatorio excesivo, una curación postoperatoria lenta y una fácil formación de cicatrices. Sin embargo, la aplicación del láser de CO2 de superpulso de alta energía para tratar las bolsas de los ojos no tiene inconvenientes. sangrado intraoperatorio, no requiere sutura, no afecta el trabajo normal, tiene mínimo edema en el sitio quirúrgico, rápida recuperación y no deja cicatrices, lo que la hace incomparable a la cirugía tradicional. Algunas cirugías endoscópicas que no se pueden realizar debido a un sangrado excesivo se pueden sustituir mediante corte con láser. (Nota: existe un cierto rango de adaptabilidad)

(3) El láser tiene excelentes resultados en el tratamiento de enfermedades vasculares de la piel y pigmentación. El uso de láser de colorante pulsado para tratar las manchas de vino de Oporto es muy eficaz, daña poco el tejido circundante y casi no deja cicatrices. Su aparición se ha convertido en una revolución en la historia del tratamiento de las manchas de vino de Oporto, porque en la historia del tratamiento de las manchas de vino de Oporto, la radiación, la congelación, el electrocauterio, la cirugía y otros métodos tienen una alta tasa de cicatrización y, a menudo, provocan despigmentación o deposición. . El tratamiento con láser de enfermedades vasculares de la piel utiliza hemoglobina que contiene oxígeno para absorber selectivamente la luz láser de una determinada longitud de onda, provocando un alto grado de destrucción del tejido vascular. Es muy preciso y seguro y no afecta los tejidos adyacentes circundantes. Por tanto, el tratamiento con láser de las telangiectasias también es eficaz.

Además, gracias a la aparición de los láseres de pulso variable, se han logrado importantes avances en la eliminación de tatuajes insatisfactorios y en el tratamiento de diversas enfermedades pigmentadas de la piel como el nevo de Ota, las manchas de la edad, etc. Este tipo de láser se basa en la teoría del efecto fototérmico selectivo (es decir, láseres de diferentes longitudes de onda pueden actuar selectivamente sobre lesiones cutáneas de diferentes colores), utilizando su poderosa potencia instantánea, energía de radiación altamente concentrada y selectividad de pigmentos, y pulsos extremadamente cortos. Es amplio, de modo que la energía del láser se concentra en las partículas de pigmento, vaporizándolas y aplastándolas directamente, y luego se excreta del cuerpo a través del tejido linfático sin afectar los tejidos normales circundantes. Está profundamente arraigado en el corazón de las personas. por su efecto curativo preciso, seguridad y confiabilidad, sin cicatrices y con poco dolor.

(4) La cirugía láser ha creado una nueva era en la cosmetología médica. El rejuvenecimiento con láser de CO2 de ultrapulso de alta energía ha sido pionero en una nueva tecnología en cirugía estética. Utiliza un láser de pulso extremadamente corto y de alta energía para vaporizar instantáneamente el tejido de la piel envejecido y dañado sin dañar el tejido circundante. Casi no hay sangrado durante el proceso de tratamiento y la profundidad de acción se puede controlar con precisión. Su efecto ha sido plenamente reconocido por la comunidad internacional de cirugía plástica médica y se conoce como "crear una nueva era de belleza médica"; además, existen láseres de CO2 de superpulso de alta energía para tratar las bolsas de los ojos, los ronquidos e incluso el láser; blanqueamiento dental, etc., con su eficacia segura y precisa, los tratamientos simples y rápidos han creado milagros uno tras otro en el mundo de la cosmetología médica. La cosmetología láser ha dado un gran paso adelante a la cosmetología médica y le ha dado connotaciones más nuevas.

Enfriamiento por láser

El enfriamiento por láser es una tecnología de alta tecnología que utiliza la interacción entre el láser y los átomos para ralentizar el movimiento de los átomos y obtener átomos de temperatura ultrabaja. Al principio, el objetivo principal de esta importante tecnología era medir con precisión diversos parámetros atómicos para la espectroscopía láser de alta resolución y los estándares de frecuencia cuántica de ultra alta precisión (relojes atómicos). Más tarde, se convirtió en la clave para la realización del Bose-Einstein. Condensación de átomos. Métodos experimentales. Aunque ya a principios del siglo XX se observó que la luz ejerce un efecto de presión de radiación sobre los átomos, no fue hasta después de la invención del láser que se desarrolló la tecnología de utilizar la presión de la luz para cambiar la velocidad de los átomos. Se encontró que cuando los átomos se mueven en un par de rayos láser con una frecuencia ligeramente menor que la diferencia de energía de transición atómica y se propagan en direcciones opuestas, debido al efecto Doppler, los átomos tienden a absorber fotones que están en dirección opuesta a la dirección del movimiento del átomo, mientras viaja en la misma dirección. La probabilidad de absorción de fotones es pequeña; los fotones absorbidos se emitirán espontáneamente de forma isotrópica. En promedio, el efecto neto de los dos rayos láser es producir una fuerza amortiguadora opuesta a la dirección del movimiento de los átomos, desacelerando así (es decir, enfriando) el movimiento de los átomos. En 1985, William D. Phillips del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y Steven Chu de la Universidad de Stanford realizaron por primera vez el experimento de enfriamiento de átomos con láser y obtuvieron átomos de sodio de temperatura ultrabaja (24 μK). Además, utilizaron un rayo láser tridimensional para formar un túnel magnetoóptico para atrapar los átomos en una pequeña área del espacio para enfriarlos y obtuvieron un "pegamento óptico" de menor temperatura.

Después de eso, continuaron surgiendo muchos métodos nuevos de enfriamiento por láser, los más famosos son la "captación de población coherente selectiva por velocidad" y el "enfriamiento Raman". El primero fue desarrollado por Claud Cohen-Tannodji de la Ecole Normale Supérieure de París. Francia), y este último fue propuesto por Zhu Mowen. Utilizaron esta tecnología para obtener temperaturas extremadamente bajas por debajo del límite de retroceso de los fotones. Desde entonces, la gente también ha desarrollado una serie de tecnologías de enfriamiento que combinan campos magnéticos y láseres, incluido el enfriamiento por gradiente de polarización, el enfriamiento por inducción magnética, etc. Zhu Mowen, Cohen-Danochi y Phillips también ganaron el Premio Nobel de Física en 1997. El enfriamiento por láser tiene muchas aplicaciones, tales como: óptica atómica, grabado atómico, relojes atómicos, redes ópticas, pinzas ópticas, condensación de Bose-Einstein, láseres atómicos, espectroscopia de alta resolución e investigación básica sobre la interacción de la luz y la materia, etc. esperar.

Espectroscopia Láser

El espectro láser es una tecnología espectroscópica que utiliza el láser como fuente de luz. En comparación con las fuentes de luz ordinarias, las fuentes de luz láser tienen las características de buena monocromaticidad, alto brillo, fuerte direccionalidad y fuerte coherencia. Se utilizan para estudiar la interacción entre la luz y la materia, identificando así la estructura, composición y composición de la materia y su. Sistema de fuente de luz ideal para los estados y sus cambios. La aparición del láser ha mejorado enormemente la sensibilidad y resolución de la tecnología espectroscópica original. Desde que se dispone de láseres con una intensidad extremadamente alta y un ancho de pulso extremadamente estrecho, es posible observar procesos multifotónicos, procesos fotoquímicos no lineales y procesos de relajación después de excitar las moléculas, y se han desarrollado en nuevas tecnologías espectroscópicas. La espectroscopia láser se ha convertido en un campo de investigación estrechamente relacionado con la física, la química, la biología y la ciencia de los materiales.

Sensor láser

El transductor láser es un sensor que utiliza tecnología láser para medir. Consta de láser, detector láser y circuito de medición. El sensor láser es un nuevo tipo de instrumento de medición. Sus ventajas son que puede lograr mediciones de larga distancia sin contacto, alta velocidad, alta precisión, amplio rango de medición y fuerte resistencia a la luz y a las interferencias eléctricas.

Lidar

Lidar (radar láser) se refiere al radar que utiliza láseres como fuentes de radiación. Lidar es el producto de la combinación de tecnología láser y tecnología de radar. Está compuesto por transmisor, antena, receptor, marco de seguimiento y procesamiento de información. El transmisor consta de diversas formas de láseres, como láseres de dióxido de carbono, láseres de granate de itrio y aluminio dopados con neodimio, láseres semiconductores y láseres sólidos sintonizables en longitud de onda, etc.; la antena es un telescopio óptico; el receptor utiliza diversas formas de fotodetectores, tales como; como tubos multiplicadores, fotodiodos semiconductores, fotodiodos de avalancha, dispositivos de detección de elementos múltiples de luz visible e infrarroja, etc. Lidar utiliza dos modos de trabajo: pulso u onda continua, y los métodos de detección se dividen en detección directa y detección heterodina.

Arma láser

El arma láser es un arma de energía dirigida que utiliza un rayo láser direccional para dañar o inutilizar directamente a un objetivo. Según los diferentes propósitos de combate, las armas láser se pueden dividir en dos categorías: armas láser tácticas y armas láser estratégicas. Los sistemas de armas se componen principalmente de láseres y dispositivos de seguimiento, puntería y lanzamiento. Actualmente, los láseres de uso común incluyen láseres químicos, láseres sólidos, láseres de CO2, etc. Las armas láser tienen las ventajas de una velocidad de ataque rápida, dirección flexible, ataques precisos e inmunidad a las interferencias electromagnéticas, pero también tienen debilidades como ser susceptibles a las influencias climáticas y ambientales. Las armas láser tienen una historia de desarrollo de más de 30 años y sus tecnologías clave también han logrado avances. Estados Unidos, Rusia, Francia, Israel y otros países han realizado con éxito varias pruebas de tiro al blanco con láser. En la actualidad, se han puesto en uso armas láser de baja energía, que se utilizan principalmente para interferir y cegar sensores fotoeléctricos a distancias relativamente cercanas, así como para atacar los ojos humanos, y algunas armas láser de alta energía utilizan principalmente láseres químicos; Según el nivel actual, en los próximos 5-5 años. Dentro de 10 años, se espera que se despliegue en plataformas terrestres y aéreas para defensa aérea táctica, operaciones antimisiles y antisatélites en el teatro.