INTRODUCERECu ajutorul unui reflector foarte puternic, Luna a
fost iluminat de pe Pmant.Un careu perfect delimitat de pe suprafaa
Lunii a fost iluminat. Astronomi din numerose ri au putut vedea cu
ochiul liber experimentul american, realizat de specialitii n
domeniul amplificrii undelor optice. Aceti specialiti au creat acel
dispozitiv care este ntr-un progres continuu i care revoluioneaz n
prezent ntreaga tehnic: LASER-ul. LASERul este un amplificator al
undelor optice care se bazeaz pe emisia forat a energiei din
sistemele atomice care a permis interesanta experienta a iluminarii
unui careu perfect delimitat de pe suprafata Lunii. LASERul este un
caz particular al amplificatoarelor cuantice, fiind construit
pentru spectrul luminos al radiatiilor electromagnetice. n prezent
tehnica actual a realizat amplificatoare i pentru alte domenii din
cadrul radiaiilor electromagnetice pentru spectrul razelor
infraroii i ultraviolete. Utilizarea acestui proces de transfer a
energiei, de la un sistem atomic la o und amplificat a permis
realizarea unor echipamente tehnice deo precizie cu totul
revolutionar.
f
O lantern emite lumin incoerent. Aceast lumin const dintr-un
amestec de unde luminoase de diferite lungimi de und. Un laser
emite lumin coerent. Toate undele au aceeai lungime i acelai
traseu. Lumina provenit de la lantern formeaz un fascicul care se
mprtie treptat. Fasciculul laser rmne aproape paralel(figura
1).
Fig.2 Comparaie lumin LASER- lumin natural
Asemenea undelor radio generate la posturile de emisie, undele
de lumin emise de LASER pot transmite semnale de radio, de
televiziune i altele. Fasciculele LASER care transmit semnale sunt
conduse prin cablaje din fibre optice. Numele de LASER rezum felul
n care funcioneaz acesta, LASER fiind prescurtarea pentru Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificarea
Luminii prin Emisie Stimulat a Radiaiei). LASER-ul este o surs de
lumin coerent, lumina de la un LASER fiind una special (figura
2).
2. TIPURI DE LASERILASERele se pot clasifica dup criterii
diferite: 1. Starea de agregare a materiei a mediului activ: solid,
lichid, gaz, sau plasm. 2. Domeniul spectral a lungimii de und
LASER: spectrul vizibil, spectrul infra-rou (IR), etc. 3. Metoda de
excitare (pompaj) a mediului activ: pompaj optic, pompaj electric,
etc. 4. Caracteristicile radiaiei emise de LASER. 5. Numrul
nivelelor de energie care particip la efectul LASER. 21 LASERE
SOLIDE Cele mai comune LASERe au la originea lor fibrele de
cristale de rubin si neodim. Mnunchiul de fibre este fasonat la
capete, prin suprafee paralele si acoperite cu o pelicula nemetalic
reflectant. Aceste tipuri de LASER, ofer cea mai mare putere la
ieire n impulsuri de lumina (cu durata 12 X 10 15 secunde) i sunt
folosite n studiul fenomenelor fizice de durata scurt. Excitarea
atomilor din mediul LASER solid se face prin descrcri electrice n
tub cu xenon, arcuri electrice sau lmpi cu vapori de metal. Gama de
frecven a lumini LASERului, trece de la infrarou la violet. LASERE
GAZOASE Mediul activ al unor astfel de LASERe poate fi din gaze
pure, amestec de gaze sau chiar vapori de metale, ntrun tub
cilindric de sticl sau de quartz, cu dou oglinzi paralele aflate la
capetele tubului. Gazul LASERului este excitat prin lumina ultra
violet, fascicole de electroni, curent electric sau prin reacii
chimice. LASERul cu mediu gazos de heliu neon este cel mai cunoscut
pentru nalta i stabila lui frecven, puritatea culorii i pentru cel
mai subire profil al fascicolului de lumin. LASERul cu mediul gazos
de dioxid de carbon este foarte eficient i e foarte apreciat pentru
cea mai puternic i continu raz LASER.
LASERE SEMICONDUCTOARE Sunt cele mai compacte LASERe, care sunt
formate din jonciuni ntre semiconductoare cu propieti electrice
diferite. Arsenidiu de galiu este cel mai comun semiconductor
folosit. Mediul
semiconductoarelor este excitat prin aplicarea direct de-a
lungul jonciunii, o metod ce permite o cretere de randament, este
aceea de a monta vertical LASERe n miniatur, n circuite
electronice. O astfel de aplicaie este folosit n tehnica video i
audio digital (compact disk) i la imprimante LASER. LASERE LICHIDE
Cele mai utilizate medii LASER lichide sunt mediile anorganice. Ele
sunt excitate cu lmpi flash, n mod pulsatoriu, sau cu LASERe cu
gaz, cu fascicul continuu. LASERE CU ELECTORNI LIBERI Aceste LASERe
folosesc electroni neataai de atomi ce sunt excitai prin unde
magnetice. Studiul acestui tip de LASER a fost dezvoltat nc din
1977 i a devenit un important instrument de cercetare. Teoretic
astfel de LASERe, pot acoperi ntreg spectrul, de la infrarou la
raze X i sunt capabile s produc raze de putere foarte mare.
3. PROPRIETILE RADIAIEI LASERn procesul de emisie spontan, un
foton va fi emis spontan dintr-un atom excitat dup o perioad de
timp. LASERul utilizeaz o surs de energie, un mediu activ i o
cavitate pentru stimularea emisiei fotonilor. n procesul de emisie
stimulat, o surs extern de energie creeaz excitarea atomilor din
mediul activ. Dac atomii instabili ii emit fotonii, aceti fotoni se
ciocnesc cu ali atomi excitai din mediul activ i sunt trigerii unei
cascade de reaciice avnd ca rezultat emisia a numeroi fotoni n
acelai timp cu aceleai lungimi de und, energie i faz. Att timp ct
inversia populaional ctre o stare excitat continu, lumina LASER
continu s se amplifice. n cadrul radiaiilor electromagnetice de
frecvene mai coborate (unde radio, 1081011 Hz), energia fiecrei
cuante este foarte mic astfel c i la nivele relativ coborate de
energie, existena unui numr foarte mare de fotoni va conferi
acestora caracterul de continuitate. La frecvene foarte ridicate,
ca cele caracteristice razelor cosmice (1022 Hz), energia
ridicatcuantelor va impune un numr restrans de fotoni i, prin
urmare, aspectul predominant va fi
aspectul corpuscular al radiaiei electromagnetice (figura
3).
Fig. 3 Lungimea de und a luminii LASER
Cele patru mari proprieti ale LASERului stau la baza aplicaiilor
terapeutice ale energiei LASER i care deosebesc dispozitivele LASER
de sursele clasice de radiaie (corpurile nclzite, arderea gazelor,
descrcri n gaze, emisiunea fosforescent, etc.) sunt prezentate mai
jos , respectiv: 1. monocromaticitatea - radiaia LASER are lrgimea
foarte ngust. 2. coerenta spaial si temporal- definit cu ajutorul
fenomenului de interferen.
3. directivitatea - provenit din faptul c sunt amplificate numai
acele unde ce sunt paralele cu axul rezonatorului optic. 4.
stralucirea - radiaia LASER are intensitate ridicat ( aria
fasciculului este foarte mic.)
1. MonocromaticitateaMonocromatismul LASERului este determinat
de emiterea de ctre acesta a unui fascicul luminos de o singur
lungime de und. Aceast proprietate a LASERilor este util n clinica
neoplasmului tegumentar deoarece cromoforii cutanai absorb selectiv
anumite lungimi de und. Lungimea de und specific a luminii
LASERului afecteaz deasemenea profunzimea penetrrii acestuia n
esut. n general, profunzimea penetrrii LASERului crete odat cu
creterea lungimii de und din cadrul spectrului vizibil. Astfel nct,
atunci cnd se alege tipul LASERului pentru o anumit afeciune
cutanat, se are n vedere att profunzimea cromoforului, ct i
lungimea de und specific absorbit de acesta. 1.
Coerena
Coerena este a doua proprietate unic a LASERului, acest fapt
artnd c undele luminoase sunt n faz att n timp, ct i n spaiu.
Natura coerent a luminii LASERului este datorat procesului de
emisie stimulat. Cnd lumina este emis de un LASER, este emis n
aceeai direcie i n aceeai faz.
3. DirectivitateaDirecionalitatea arat paralelismul undelor
emise de un LASER. Prin reflectarea luminii ntr-o camer special
situat ntre dou oglinzi care permit ieirea doar a undelor paralele,
se constituie aceast proprietate. Deoarece undele luminii sunt
paralele ntre ele, tendina spre divergena este mic. Datorit acestei
proprieti, fasciculul LASER poate fi propagat pe o lung distan prin
fibrele optice, fr a se pierde lumina prin mprtiere. n practica
clinic, fasciculul luminii LASER este direcionat ctre int folosind
fibre optice sau un bra articulat(manipulator optomecanic).
4. Stralucirea
Amplificarea procesului ntr-o cavitate LASER produce o densitate
energetic crescut. Energia i puterea cuantific cantitatea de lumin
emis de un LASER. Energia masurat n Joule reprezint lucrul mecanic,
n timp ce puterea reprezint rata la care energia este consumat.
Fluena se refer la densitatea de energie a fasciculului LASER
msurat n J/cm2. Iradierea reprezint densitatea de puterea a
fasciculului LASER, care este egale cu puterea fasciculului LASER
raportat la aria fasciculului, ceea ce reprezint marimea spotului.
Prin manipularea fluenei, iradierii i a timpului de expunere, se
poate utiliza LASERul n diferite patologii.
4.
Realizarea dispozitivelor LASER
Fig. 4 Prile componente ale unui LASER
Prile constituente ale unui LASER sunt: mediul activ, sistemul
de excitare i rezonatorul optic(figura 4.) Partea esenial a unui
dispozitiv LASER o constituie mediul activ, adic un mediu n
care se gsesc atomii aflai ntr-o stare energetic superioar celei
de echilibru. n acest mediu activ se produce amplificarea radiaiei
luminoase (dac avem o radiaie luminoas incident) sau chiar emisia i
amplificarea radiaiei luminoase (dac nu avem o radiaie luminoas
incident). Sistemul de excitare este necesar pentru obinerea de
sisteme atomice cu mai muli atomi ntr-o stare energetic superioar.
Exist mai multe moduri de a realiza excitarea atomilor din mediul
activ, n funcie de natura mediului. Rezonatorul optic este un
sistem de lentile i oglinzi necesare pentru prelucrarea optic a
radiaiei emise. Dei la iesirea din mediul activ razele LASER sunt
aproape perfect paralele rezonatorul optic este folosit pentru
colimarea mult mai precis, pentru concentrarea razelor ntr-un punct
calculat, pentru dispersia razelor sau alte aplicaii necesare. Dup
natura mediului activ deosebim mai multe tipuri de LASER. Printre
acestea regsim LASERul cu rubin, la care distingem bara de rubin
tratat drept mediul activ iar ansamblul sursa de lumin plus oglinzi
poarta rolul de sistem de excitare. LASERul cu gaz folosete
amestecuri de gaze rare (He, Ne, Ar, Kr) sau CO2 drept mediu activ
i o surs de curent electric legat la doi electrozi iau rolul de
sistem de excitare.
5. APLICAII LASER
Folosirea LASER-elor sunt restricionate doar de imaginaia
noastr. Datorit proprietilor speciale a LASER-ului, multe aplicaii
noi i revoluionare au devenit posibile n toate domeniile. Dintre
aplicaiile dispozitivelor LASER menionm: producerea de plasm,
diagnosticarea plasmei, separarea izotopilor, aplicaii n biologie,
aplicaii n metereologie, alinieri i controlul mainilor unelte,
telemetrie i msurarea vitezelor, standarde de timp i de lungime,
uzinaj fotonic, msurtori tehnologice nedistructive, fotografia
ultrarapid, optica integrat, comunicaii, n medicin, spectrometrie
atomic i molecular neliniar, i din pcate, rzboiul.
INDUSTRIE
Razele LASER puternice pot fi focalizate n spoturi mici cu
densitate de putere enorm, ce pot uor nclzi, topii sau vaporiza
materiale ntro manier foarte precis. LASERele sunt folosite, de
exemplu n prelucrarea diamantelor, a sculelor i dispozitivelor
speciale, n microelectronic, la sintetizarea unor materiale i chiar
la controlul fuziunii nucleare. LASERele pulsative fac posibil
fotografierea cu un timp de expunere de cteva milionimi de secund i
pot fi folosite la monitorizarea deplasrii scoarei terestre,
constituind aparaturi eficace n determinarea polurii aerului i n
msurarea distanelor. CERCETARE TIINTIFIC Datorit luminii
monocromatice bine direcionate, LASERele sunt folosite n testarea
Teoriilor Relativitii, n acceleratoarele de particule i prin
msurarea schimbrii strilor materiei, se pot studia structuri
atomice i moleculare. Cu ajutorul LASERelor a putut fi determinat
cu exactitate viteza luminii i sau executat reacii chimice far
precedent. COMUNICAII Lumina LASER poate strbate mari distane n
spaiu, far a-i reduce puterea i poate transporta mult mai multe
frecvene dect undele radio (de 1000 de ori mai multe canale radio-
tv) i este ideal pentru comunicaiile spaiale. Fibrele optice au
fost perfecionate pentru a transmite razele LASER n comunicaii
terestre, n telefonie i reele de calculatoare. Tehnica LASER este
folosit i n nregistrrile cu nalt densitate a informaiilor, (
aceasta simplificnd nregistrarea hologramelor) avnd aplicaii
practice n domeniul audiovizual al compact discurilor. n
comunicare, diodele LASER sunt folosite pentru a injecta lumina n
fibre optice, ducnd semnalul luminos de-a lungul fibrei pan la
capatul ei. Semnalul este primit i decodificat. Aceste fibre pot
avea o lungime de 20 de mile. Cu astfel de sisteme, companiile de
telefonie pot transmite simultan milioane de apeluri telefonice
de-a lungul unei singure fibre de diametrul unui fir de pr uman,
realizndu-se astfel economii uriae.
MEDICIN
Intensitatea razei LASER, poate tia, cauteriza i evapora vase de
snge i leziuni far a afecta esuturile sntoase. Tehnica LASER este
intens folosit i n cercetarea medical, n depistarea afeciunilor i
obinerea tratamentelor biologice. Tatuajele i alte tipuri specifice
de marcaje ale pielii pot fi eliminate cu ajutorul LASER-ului.
Folosind LASER n impulsuri, un chirurg oftalmolog poate
identifica-suda o retin desprinse la locul su pe partea din spate a
ochiului, fr nici o tiere sau disconfort pentru pacient. Tot
datorit puterii luminii LASER, un cardiolog va elimina ntr-o zi
placa din interiorul arterelor, va reduce nfundarea, care poate
duce la atacuri de cord i accident vascular cerebral. n medicin
LASERul este folosit n aproape toate domeniile astfel: in medicin
laserulolosit: - n dermatologie, el servete la distrugerea unor
tumori cutanate i a petelor pigmentate; - n gastroenterologie,
laserul este utilizat pentru a pulveriza calculii canalului
coledoc; - pentru deschiderea unei treceri care s restabileasc
circuitul digestiv n tumorile evoluate ale esofagului i ale
rectului; - pentru a coagula vasele n interiorul tubului digestiv
(ulceraii, angioame). - n ginecologie, el este folosit mai ales
pentru a distruge leziunile precanceroase ale colului uterin; - n
neurologie el permite distrugerea unor leziuni tumorale; - n
oftalmologie laserul este utilizat mai nti de toate n prevenirea
dezlipirii de retin, pentru a face s adere retina i membranele
subiacente la nivelul rupturilor sau leziunilor degenerative ale
retinei, apoi, pentru distrugerea micilor leziuni retiniene i, n
sfarit, pentru fotocoagularea microanevrismelor retiniene
consecutive diabetului; - n otorinolaringologie, laserul permite
tratarea unor leziuni ale corzilor vocale i ale laringelui; - n
pneumologie, laserul permite distrugerea tumorilor care obtureaz
bronhiile mari stnjenind respiraia; el mai d posibilitatea tratrii
obstacolelor netumorale ca ngustrile consecutive unei cicatrice
rmase dup intubare sau traheotomie; n caz de tumor malign, laserul
poate servi la ameliorarea confortului respirator al bolnavului; -
tratamentul leziunilor virale, cum ar fi virusul papiloma. Noi
indicaii sunt actualmente n studiu: distrugerea plcilor de aterom
de pe pereii arteriali, ale tumorilor prostatei etc. n ingineria
genetic i nanotehnologii (tehnologii care opereaz cu obiecte de
dimensiunile 109
m), cu ajutorul laserului se taie i se combin fragmente de gene,
molecule biologice i obiecte cu - in ginecologie, el este folosit
mai ales pentru a distruge leziunile precanceroase ale
dimensiuni de ordinul milionimilor de milimetru.
ARMAT Aplicaiile LASER au fost adaptate i utilizate, ca orice
nou descoperire tehnic, n armat. Astfel au fost experimentate i
dezvoltate tehnologiile n ghidarea sistemelor de rachete, n
navigaie aerian i transmisiuni militare prin satelii. Folosirea
razei LASER n domeniul militar, a fost susinut i n timpul rzboiului
rece, ca parte integrant n sistemele de aprare mpotriva rachetelor
balistice, de nsui preedintele S.U.A. , Ronald Reagan n anul 1983.
n aceast idee a fost experimentat un LASER aeropurtat, capabil s
loveasc orice rachet balistic, dar proiectul a fost considerat
periculos i foarte costisitor i a fost abandonat n 1986.
Posibilitile razelor LASER de a excita selectiv atomii sau
moleculele pot deschide ci eficiente n separarea izotopilor
necesari construirii noilor tipuri de arme nucleare. Tehnologia
LASER este utilizat pe scar larg n domeniul aviaiei i spaiu, n
recunoatere, teledetecie i msurare de la distan, avertizare
antirachet, viziunea de noapte de aeronave i de navigaie de noapte,
i joac un rol important n descoperirea intei, identificarea i
urmrirea, cu scopul de ndrumare i de precizie de comunicaii, precum
i capacitii combative ale acestora. Aplicarea acestei tehnologii
poate crete foarte mult precizia sistemelor de armament, capaciti
de cretere ECM, capabiliti contra stealth, contra obiect,
capacitile de suprafa interferen, reduce considerabil costurile i
asigur creterea eficienei sistemelor de arme. n divertisment,
LASERele sunt folosite peste tot ncepnd cu planetariile, la
concerte rock, spectacole de comer etc. Accesul n multe locuri de
munc se face prin scanarea cu LASER. Folosind LASERE, oamenii de
tiin pot msura distane mai mici dect dimensiunea unui atom. Chiar i
pe distane mari sunt extrem de precise. Utiliznd reflectoare rmase
pe Lun de ctre programele spaiale americane i sovietice, oamenii de
tiin folosind LASERe puternice pot msura distana pn la Lun cu o
precizie de mai puin de ase centimetri. n supermarket, LASERe de
scanare sunt utilizate pentru scanarea codului de bare de pe produs
accelernd Checkout-ul. n cadrul proceselor de prelucrare a
materialelor metalice cu fascicul LASER, tierea ocup primul loc ca
utilizare, dupa cum vedem n imaginea urmtoare(figura 5).
Ff F Trebuie menionate i o serie de pericole ce pot apare chiar
i pe lng LASERii cu semiconductori care sunt cunoscui a fi mai puin
puternici. S-a calculat c o diod obinuit are o putere mult mai mare
chiar i dect a Soarelui la ecuator. Toate amestecurile din stratul
activ au o putere de emisie mult mai mare dect a aceleiai cantiti
de suprafa solar. Diodele prezente pe pia fac parte din clasele a
IIa i a IIIa, ceea ce nseamn c prezint risc sczut de vtmare la
operarea conform cu manualul i la expunerea fugar, efemer a
ochiului n raza LASER. Totui, trebuie avut n vedere ca orice
expunere ndelungat produce vtmri punctiforme ale retinei i nu este
nevoie de efecte imediate pentru ca retina s fie vtmat. Regula
numarul unu n lucrul cu LASERii, nu se privete direct n raza LASER
chiar dac nu se simte nici o durere sau chiar dac raza este palid.
CULOAREA I STRLUCIREA RAZELOR LASER NU AU NICI O LEGATUR CU PUTEREA
RADIAIEI. Aceste dou proprieti sunt date de lungimea de und a
radiaiei care nu influenteaz n mod decisiv puterea LASERului. Pot
exista LASERi cu o culoare roz palid care sa fie mai nocivi dect
cei mai aprini i roiatici LASERi. ntre LASERiti exist o glum:
Regula numarul unu n lucrul cu LASERii: Nu te uita niciodat direct
n raza LASER cu unicul ochi rmas ntreg !.
6. LASERUL CU EXCIMERIAcetia sunt LASERi n care condiiile
necesare pentru efectul LASER sunt obinute n moduri exotice. De
exemplu, vom examina o familie de LASERi n care radiaia este emis
de molecule care exist numai pentru o durat foarte scurt. Aceast
molecul este compus dintr-un atom de gaz nobil: Argon, Kripton sau
Xenon, i un atom de halogen: Flor, Clor, Brom sau Iod. Un excimer
este o molecul care are o stare legat (existent) numai ntr-o stare
excitat. n starea fundamental aceast molecul nu poate exista, i
atomii sunt separai. Starea excitat exist pentru o durat foarte
scurt, mai mic ce 10 nanosecunde. Numele de excimer provine de la
combinaia a dou cuvinte: excitat dimer (dimer excitat), ce nseamn c
molecula este compus din doi atomi, i exist numai n stare excitat.
(Uneori cercettorii consider aceste molecule ca fiind un complex, i
le denumesc LASER Exciplex).
6.1. Dezvoltarea LASERilor cu excimeriLASERul cu excimeri a fost
inventat n 1971 n URSS de un grup de cercettori: Basov, Danilychev,
i Popov. Acetia au considerat emisia stimulat la o lungime de und
de 172 nm pentru gazul de Xe la temperatur joas, pompat de un
fascicul de electroni. Primul efect LASER n gaz nobil cu halogen
(XeBr) a fost raportat n 1975 de Searl i Hart. O combinaie de gaze
nobile este o contradicie, deoarece gazele nobile sunt inerte (cum
indic i numele lor). Atomii creaz o stare legat numai dup ce crete
foarte mult energia lor de intrare ntr-o stare excitat ionizat.
Aceast stare legat este nivelul LASER superior, de pe care molecula
revine pe o stare fundamental ne-excitat. Condiia de inversie de
populaie este ndeplinit la momentul cnd aceasta este n stare
excitat, deci populaia de pe nivelul LASER inferior este ntotdeauna
zero. Figura de mai jos descrie diagrama nivelelor de energie
pentru LASERul cu excimeri, n funcie de distana dintre atomii din
molecul.
R reprezint atomul de gaz nobil i H reprezint halogenul.
Diagrama nivelelor de energie ale unui LASER cu excimeri Groapa
(groapa de potenial) din diagrama strilor excitate arat existena la
un moment dat n starea stabil. n realitate aceasta nu este o groap
de potenial n starea fundamental ce arat c aceasta nu este o stare
legat a moleculei cnd nu este excitat. Numai n interiorul ariei
marcate din interiorul gropii de potenial ale strii excitate poate
exista stare legat, i aceasta are loc pentru o distan specific
dintre atomi.
6.3. Funcionarea LASERului cu excimeriCompoziia amestecului de
gaz din interiorul tubului unui LASER cu excimeri este: Foarte puin
halogen (0,1 - 0,2% ) Puin gaz nobil (Argon, Kripton sau Xenon).
Aproximativ 90% Neon sau Heliu.
Atomii de halogen pot proveni din molecule precum: F2, Cl2, Br2,
sau din alte molecule ce conin halogeni precum: HCl, NF3. Avantajul
utilizrii unui compus molecular de halogen, este activitatea chimic
puternic a moleculei de halogen (n special Fluorul).
6.4. Excitarea LASERului cu excimeriExcitarea LASERului cu
excimeri este realizat prin trecerea unui puls electric puternic
prin amestecul de gaz. Excitarea trebuie s fie realizat ntr-un timp
foarte scurt i cu o putere foarte mare, plecnd de la aproximativ
100 KW/ cm3 i poate ajunge la civa Megawai per cm3. Electronii n
gaz sunt accelerai datorit potenialului nalt, i energia lor cinetic
este transferat moleculelor de gaz prin ciocniri. Moleculele de gaz
nobil i de halogen sunt rupte i formeaz complexul legat excitat.
Este posibil s mbuntim eficiena de pompaj prin ionizarea
amestecului de gaz utiliznd iradierea cu raze X. Rata de pompaj
este de ordinul a 1GW de putere per litrul de gaz. Timpul de via a
strii excitate este de ordinul a 10 ns. Deci pulsul LASER este
limitat la 10 nanosecunde. Deoarece mediul activ al LASERului cu
excimeri are ctigul ridicat, LASERul poate funciona fr oglinzi. n
practic, la un capt este oglind cu 100% reflectivitate, i la 75
cealalt parte este utilizat o fereastr transparent. Un procent
foarte mic ce se ntoarce prin reflexie Fresnel pe fereastr este
suficient s menin procesul LASER. Deoarece se cere un pompaj
puternic i rapid, este n general utilizat o descrcare transversal
(la unghi drept pe axa LASERului). n descrcarea transversal,
distana dintre electrozi este scurt, i acolo este o mulime de spaiu
pentru electrozi (de-a lungul axei LASERului). Trebuie avut grij s
se etaneze corect materialele n interiorul cavitii, datorit
reactivitii ridicate a gazului. Deoarece gazele din interiorul
LASERului cu excimeri este foarte toxic, LASERul trebuie s fie
etanat nainte de reumplerea cu gaz. LASERul este utilizat la cteva
milioane de pulsuri, i apoi este necesar reumplerea cu gaz.
6.5. Proprietile LASERilor cu excimeri LASERii cu excimeri emit
n domeniul spectral Ultra-Violet (UV). Radiaia este emis numai n
pulsuri scurte. Durata fiecrui puls este de la picosecunde pn la
micro-secunde. Presiunea gazului din interiorul tubului LASER este
ridicat: 1- 5 atm. Eficiena LASERilor cu excimeri comerciali este
mai mare de cteva procente.
6.6. Aplicaiile LASERului cu excimeriLASERii cu excimeri pot
emite radiaie Ultra-Violet (UV) cu puteri mai mari de ordinul a 100
Wai. Deoarece lungimile de und emise sunt foarte scurte, fiecare
foton emis individual transport o cantitate mare de energie, care
este suficient s rup legturile din molecule n materialul ce
absoarbe radiaia. Fiecare puls de radiaie a LASERului cu excimeri
conine un numr mare de fotoni, deci acesta are o putere de peak
foarte ridicat.Deci, LASERul cu Excimeri este un instrument perfect
de tiere pentru aproape orice material. Tehnologia modern cu LASERi
a fost folosit cu succes ntr-o gam larg de aplicaii n conservarea i
restaurarea operelor de art.
LASERul cu excimer ocup un loc deosebit n panoplia LASERilor din
lume. sunt efectele fotochimice i ablaia LASER
Datorit faptului
c radiaia LASERului cu excimer este n domeniul ultraviolet,
principalele efecte asupra esuturilor vii prin fotodescompunere.
Datorit acestor efecte, LASERul cu excimer se utilizeaz att n
microchirurgie (ideal pentru operaii la nivelul ochiului sau n
stomatologie), dar i n terapia fotodinamic sau n tratamentele
dermatologice. LASERul cu excimer ndeprteaz, prin aciunea direct
asupra esuturilor, doar 0,25 microni din esut pe puls, adic 1/200
din grosimea unui fir de pr.
Aplica ii n oftalmologie
Sculptarea corneei este metoda modern prin care se pot corecta
defectele de vedere cu ajutorul LASERului. n funcie de numrul de
dioptrii i de grosimea corneei, specialistul recomand una dintre
cele trei metode de corectare cu LASER excimer:
keratectomie fotorefractiv (PRK), LASER in situ keratomileusis
(LASIK) sau LASEK (o combinaie ntre cele dou tehnici
precedente).Corectarea vederii cu ajutorul LASERului const n
subierea corneei n diferite zone, la adncimea de civa microni. De
exemplu, n tratamentul miopiei, corneea se subiaz cu aproximativ 13
microni pentru fiecare dioptrie. Din acest motiv, tratamentul cu
LASER este limitat de grosimea corneei fiecrui pacient. n general,
la europeni aceasta are, n medie, ntre 530 i 550 de microni, adic
0,55 mm, fiind posibil realizarea unor corecii de pn la -11
dioptrii. . Prin PRK se corecteaz miopiile mici i medii (pn la 2-3
dioptrii) i hipermetropiile pn la 2-3 dioptrii, cu i fr
astigmatism. n cazul procedurii LASIK se folosete un bisturiu
automat, numit microkeratom, pentru a decupa o volet n cornee, n
cazul tehnicii LASEK se rzuiete corneea cu ajutorul unei spatule i
apoi se intervine cu LASERul excimer (figura 6).
Fig. 6 Imagini folosirea LASERului n oftalmologie
Metoda este potrivit pacienilor cu vrste de peste 18 ani, cu
miopii mai mici de -10 dioptrii, astigmatisme mai mici de 5
dioptrii sau cu hipermetropii mai mici de 4 dioptrii.
Curirea cu LASERiCei mai utilizai LASERi n curirea picturilor
sunt LASERii cu excimeri. Aceti LASERi emit pulsuri de radiaie de
aproximativ 20ns de lungimi de und n UV (193 nm, 248nm, 308nm ) i
sunt capabili s ndeprteze materialele strat cu strat n pai de
0,1-1m. LASERii cu excimeri produc aa numita ablaie LASER (LASER
ablation), care const n vaporizarea aproape instantanee a unei
cantiti mici de material, n urma interaciei dintre fasciculul LASER
focalizat i suprafaa care absoarbe puternic. n acest mod, radiaia
LASER faciliteaz curirea suprafeei, a straturilor pictate afectate
de poluare, murdrie, mbtrnire, lsnd materialul dedesubt neafectat.
S-a demonstrat de asemenea c se pot ndeprta cu aceti LASERi i
suprapictrile (repictri). n acest caz s-a ndeprtat o grosime de
material de aproximativ 300 m. Metodele tradiionale de conservare a
picturilor se bazeaz pe tehnici mecanice sau chimice alese de
conservator. Deoarece aceste procese sunt dificil de controlat,
este necesar o expertiz serioas pentru a obine rezultate optime. n
plus, solvenii chimici pot penetra pictura i s strice pigmenii i
substratul. Spre deosebire de aceste tehnici tradiionale, LASERii
cu excimeri pot fi utilizai pentru a ndeprta straturile nedorite de
pe suprafa ntr-o manier controlabil i automat. Prin alegerea corect
a parametrilor LASER, investigaii detaliate au demonstrat c
materialul poate fi ndeprtat prin mecanismul de fotoablaie cu
efecte termice sau fotochimice minime asupra materialului dedesubt.
n general sunt trei tipuri de tehnici de curire n care LASERii cu
excimeri sunt adecvai, i anume: - ndeprtarea straturilor
superficiale de verni sau regiuni contaminate de pe picturi; -
curirea materialului suport al picturilor (canava, lemn, hrtie); -
ndeprtarea suprapicturilor. Fiecare din cazurile de mai sus trebuie
s fie abordate folosind o strategie individual pentru a obine
rezultate optime. De exemplu, curirea superficial cu LASER
ndeprteaz straturile de verni fotodegradate fr contaminarea
picturii dedesubt, atunci cnd densitatea de energie (fluent) este n
jur de 0,2-0,3 J/cm2. ndeprtarea suprapictrilor poate fi deasemenea
obinut n pai microscopici, n acest caz fluena fiind de pn la un
ordin de mrime mai mare dect n cazul curirii cu LASER, deci 2,3
J/cm2. Recent, s-a demonstrat c LASERul cu excimer (308 nm) este
potrivit i n ndeprtarea ncrustaiilor de pe suprafaa marmurei i
astfel s-a deschis calea pentru curirea sculpturilor.
Pentru curirea picturilor, utiliznd LASERii cu excimeri se
folosete o instalaie compus din: - masa x-z pentru montajul i
deplasarea picturii; - un set de optic adecvat pentru obinerea
fasciculului LASER i a focalizrii acestuia; - module de diagnoz
pentru monitorizarea si controlul on-line al procesului de curire.
Mai precis, masa x-z este o instalaie controlat de computer care
este utilizat pentru deplasarea controlat a picturii n raport cu
fascicolul LASER. Pentru diagnoz se poate utiliza controlul on-line
prin reflexie difuz sau tehnici spectrale de LASER Induced
Breakdown Spectroscopy (LIBS), holografie, microscopia optic,
cromatografia cu gaz, combinat cu spectroscopia de mas, etc.
Aplicaii speciale Fotolitografiere - Procesarea materialelor la
un grad foarte nalt de acuratee (de ordinul fraciunilor de microni
!). Tierea esuturilor biologice fr s afecteze mprejur. Corectarea
defectelor de vedere Tierea foarte delicat a straturilor pentru
orice suprafa a corneei, astfel se elimin necesitatea folosirii
ochelarilor. Marcarea produselor deoarece lungimea de und a
radiaiei LASERului cu excimeri este absorbit de orice material,
este posibil s se marcheze cu un singur puls toate tipurile de
materiale, precum plastice, sticl, metal, etc. Preul unui LASER cu
Excimer este relativ ridicat (zeci de mii de dolari), dar acesta
este utilizat foarte mult datorit proprietilor lui unice.
7. CONCLUZII
O incursiune n lumea "LASERelor" necesit mult timp i spaiu, ns
ceea ce nu se vede, nu se cunoate ndeajuns i chiar nu se tie
suficient de mult, este domeniul aplicaiilor industriale i
tehnico-militare. Pentru noi este important s nelegem cum
funcioneaz un astfel de dispozitiv, la ce este folosit i ncotro se
ndreapt cercetarile pentru a ne familiariza nc de pe acum cu
tipurile de LASER pe care le vom ntlni din ce n ce mai des n viaa
noastr de zi cu zi. Este important s cunoatem pericolele pe care le
aduce cu sine un LASER precum i factorii care pot perturba buna
funcionare a acestuia pentru a ti cum s ne aprm i cum s ne protejm.
LASERul este un domeniu ale crui orizonturi abia acum ni se
deschid, cu un viitor sigur i cu implicaii puternice n viaa de zi
cu zi. Vrem sau nu, cu acest nceput ntr-o nou teorie, expus prima
dat acum aproape un secol, adugm n relaia computer, satelit,
fuziune nuclear, o nou necunoscut, LASERUL, a crui folosire poate
duce la progresul umanitii sau
8. BIBLIOGRAFIE 1. D.Ciobotaru i colectivul, Manual de fizica,
clasa a XII-a, EDP, Bucuresti, 1997
2. I.Bunget si colectivul, Compendiu de fizica pentru admiterea
in invatamantul superior, Ed. Stiintifica, Bucuresti, 1971 3.
Lupascu A. I. Aplicaii ale LASERilor, Editura Tehnic, Bucureti,
1979. 4. Richard P. Feynmann,Fizica Moderna, vol III, Editura
Tehnica, Bucuresti 1970 5. Gabriela Punescu, LASERUL I APLICAIILE
LUI, 2010 6. Doru C.A.Duu - LASERul lumina de mine, Ed.Albatros,
Bucureti 1981 7.
http://tehniciderazboi.blogspot.com/2010/04/evoluii-militare-n-infrarou-si.html
8. Doru C.A.Duu - LASERul lumina de mine, Ed.Albatros, Bucureti
1981 9. http://www.LASERium.com/Inside , martie 2012
10.http://www.defensereview.com/ro/LASER-gunship-fires-advanced-tactical-LASER-atl-againstground-targets,
aprilie 2012 11. Popescu I. M. Fizica i ingineria maserilor i
LASERilor, partea a II a, Universitatea de tiinte Ingineresti
Politehnica" din Bucuresti, Catedra de Fizica, Bucuresti,