Лазерний промінь () — це електромагнітна монохроматична плоска хвиля, створена в результаті вимушеного випромінювання. Просторова когерентність дозволяє лазерному променю бути вузьким на великих відстанях, залишаючись у межах десяти кутових секунд, або сфокусувати його у вузькій точці, створюючи густину потужності 3 Вт/м² Лазерні медичні технології. Навчальний посібник /Готра З. Ю., Павлов С .В., Микитюк З. М., Злепко С. М., Сушинський О. Є., Вовкотруб Д .В., Хаїмзон І. Й., Вісьтак М. В., Холін В. В.— Вінниця: ВНТУ, 2017. — 156 с. — ISBN 978-617-7237-6.
Оптичні властивості Основними оптичними властивостями лазерного променя, які відрізняють його від інших джерел електромагнітного випромінювання (електрична дуга, лампа розжарювання, газовий пальник, сонце тощо) і внаслідок цього забезпечують найширше застосування у різних областях науки і техники, є — монохроматичність; когерентність; висока густина потужності та енергії; широкий спектральний діапазон.
Монохроматичність
Монохроматична плоска хвиля описується рівнянням:
де u — залежна від просторових координат і часу t змінна, — амплітуда хвилі, — хвильовий вектор, ω — циклічна частота, — фаза.
Хвильовий вектор визначає напрям розповсюдження хвилі у просторі. Його абсолютна величина зв'язана з довжиною хвилі λ співвідношенням
Хвиля називається монохроматичною тому, що коливання відбуваються зі строго визначеною частотою, яка визначає колір променя.
Когерентність
Когерентність — властивість хвилі зберігати свої частотні, поляризаційні й фазові характеристики. Умовою когерентності хвиль є незмінюваність у часі різниці між фазами коливань двох хвиль, що можливо лише тоді, коли хвилі мають однакову довжину (частоту), це дозволяє одержувати при їхньому додаванні чітку інтерференційну картинуДинаміка атомів і молекул в когерентних лазерних полях: монографія / А. М. Негрійко, В. І. Романенко, Л. П. Яценко ; відп. ред. М. С. Бродин; Нац. акад. наук України, Ін-т фізики. — К.: Наукова думка, 2008. — 239 с. — (Проєкт «Наукова книга»).
Когерентність лазерного променя не є ідеальною внаслідок недосконалості оптичних систем, часових змін властивостей активного середовища, флуктуацій в активному середовищі.
Спрямованість Лазерне випромінювання формується в резонаторі, який утримує тільки ті промені, котрі поширюються вздовж його оптичної осі. Воно має високу спрямованість завдяки дуже малій розбіжності (дивергенції), і тому може поширюватися на великі відстані без істотної втрати енергії. Спрямованість характеризується повним кутом розбіжності променя світла . Пучок ідеально когерентного світла буде розбіжним унаслідок неминучої дифракції. Половину дифракційного кута розбіжності можна визначити із залежності
де: D — діаметр променя, — довжина хвилі променя, — коефіцієнт, який залежить від розподілу інтенсивності у промені. Одномодовий лазерний промінь з поперечною модою TEM 00 має найменшу розбіжність з усіх поперечних мод. Він може бути теоретично сфокусований до перерізу діаметром в довжину хвилі.
Спектральний діапазон Лазерні промені ісують у всіх областях спектру. Електромагнітне випромінювання прийнято розділяти за частотними діапазонами (див. таблицю). Оскільки швидкість поширення випромінювання (у вакуумі) стала, то частота його коливань жорстко пов'язана з довжиною хвилі у вакуумі.
Назва діапазону Довжини хвиль, λ Частота, ν Джерела лазерного проміня Радіохвилі наддовгі Мазери Довгі 10 км — 1 км 30 кГц — 300 кГц Середні 1 км — 100 м 300 кГц — 3 МГц Короткі 100 м — 10 м 3 МГц — 30 МГц Ультракороткі 10 м — 1 мм 30 МГц — 300 ГГцГОСТ 24375-80 Радиосвязь Термины и определения.Інфрачервоне випромінювання 1 мм — 780 нм 300 ГГц — 429 ТГц Твердотільні лазериВидиме випромінювання 780—380 нм 429 ТГц — 750 ТГцУльтрафіолетове 380нм — 10нм Газові лазериРентгенівське 10 нм — 5 пм 3Гц — 6 Гц Лазер на вільних електронахГамма Вимушене гамма-випромінювання Між діапазонами немає чітких переходів, іноді вони перекриваються, а межі між ними є умовними«Електромагнітне випромінювання» / /\..
Фізичні властивості
Густина потужності — векторна фізична величина W, яка характеризується кількістю енергії, що протікає за одиницю часу через одиницю площі, орієнтовану перпендикулярно до спрямованості потоку, вимірюється у Вт/м². Наприклад, лазерний промінь потужністю P = 1 МВт і довжиною хвилі λ=0,69 мкм у фокусі дає густину потужності W =3 Вт/м², тобто перевищує густину потужності випромінювання біля поверхні Сонця (яка дорівнює 1012 Вт/м²) у мільйон разів.
Лазерні промені в природі
Після винаходу вважалося, що лазер — суто людське творіння, проте у 1960-х роках астрономи виявили потужні лазерні промені з довжиною хвилі 18 см та 1,35 см, які випромінюються від велетенських космічних об'єктів. (Лазерний промінь в мікрохвильовому діапазоні прийнято називати мазером.) Процес відкриття нових космічних мазерів за допомогою деяких потужних космічних телескопів триває постійноHubble показав «космічний мазер» у сузір'ї Жертівника. ФОТО. 28.08.2023, 15:04. Умови для генерації мазерного випромінювання виникають у компактних молекулярних хмарах (розміром мільйони кілометрів), що містять молекули гідроксилу та води.
Застосування в житті
Лазерний принтер
Лазерний принтер — один з видів принтерів, що дозволяє швидко виготовляти високоякісні відбитки тексту і графіки на звичайному папері. Лазерні принтери використовують у процесі ксерографічного друку, однак відмінність полягає у тому, що формування зображення відбувається шляхом безпосередньої експозиції (освітлення) лазерним променем фоточутливих елементів принтера. Процес лазерного друку складається з п'яти послідовних кроків: зарядження фотовала; лазерне сканування; накладення тонера; перенесення тонера; закріплення тонера. Лазерне сканування (засвічування) — процес проходження негативно зарядженої поверхні фотовалу під лазерним променем. Промінь лазера відхиляється обертовим дзеркалом і, проходячи через розподільну лінзу, фокусується на фотовал. Лазер активізується тільки у тих місцях, на які з магнітного вала (магнітного барабану) надалі повинен буде потрапити тонер. Під дією лазера ділянки фоточутливої поверхні фотовалу, які були засвічені лазером, стають електропровідними, і частина заряду на цих ділянках «стікає» на металеву основу фотовалу. Тим самим на поверхні фотовалу створюється електростатичне зображення майбутнього відбитка з негативнішим зарядом на нейтральному фоні.
Сканер штрих-кодів
Першим застосуванням лазерів у повсякденному житті населення був сканер штрих-кодів супермаркетів, представлений 1974 року.
Лазерний телевізор
Лазерний телевізор, лазерний дисплей — електронний пристрій візуального відображення інформації (дисплей), який працює за принципом зворотної проєкції на основі технології кольорових лазерів. Замість технології РК або LED (світлодіоди) використовується лазерна оптика, завдяки якій створюються особливо яскраві і чіткі зображення і дуже високий рівень чорного. Витрати електроенергії при цьому досить низькі. Американський виробник HDI-US анонсував випуск лазерного 3D-телевізора з діагоналлю екрану до 120 дюймів.
Перші повідомлення про створення комерційних моделей лазерних телевізорів були опубліковані на початку 2006 року — йшлося про компанію Mitsubishi. 7 січня 2008 на виставці Consumer Electronics Show 2008 компанія Mitsubishi Digital Electronics America офіційно представила перший у світі серійний лазерний телевізор з діагоналлю екрана 65 дюймів і повною роздільною здатністю високої чіткості (1080p)Телевизоры будущего / Лазеры вместо плазмы .
Голографія
Гологра́фія — набір технологій для точного запису, відтворення і переформатування хвильових полів. Це спосіб одержання об'ємних зображень предметів на фотопластинці (голограми) за допомогою лазерного променя. Голограма фіксує не саме зображення предмета, а структуру відбитої від нього світлової хвилі (її амплітуду та фазу). Для отримання голограми необхідно, щоб на фотографічну пластинку одночасно потрапили два когерентних світлових пучки: предметний, відбитий від об'єкта та опорний — що проходить безпосередньо від лазера. Світло обох пучків інтерферує, створюючи на пластинці чергування дуже вузьких темних і світлих смуг — інтерференційну картину. Голограми застосовуються для захисту від підробок документів, банківських карток і т. д. Голографічні технології здобули популярність в освіті. Технологія вже пройшла бойове хрещення у стінах Імперського коледжу, де виступали оратори, що фізично перебували у Нью-Йорку та Лос-Анджелесі
Застосування в медицині
Вплив на організм людини Лазерний промінь, що потрапляє на біологічну тканину викликає лазерне опромінення. Лазерне опромінення може бути поверхневим, точковим, інвазівним та неінвазівним. Точкове опромінення найчастіше використовують за допомогою ручного зонда. Поверхневе — використовується як вручну, так і автоматично. Лазерний пучок повинен бути перпендикулярним до поверхні опромінення для максимальної дії на біологічну тканину. У залежності від потужності, лазерний промінь викликає три різні фотоефекти в біологічній тканині. При малих потужності відбуваються хімічні та метаболічні реакції в клітинах біотканини — фотобіохімічні (біостімуляційні) ефекти. При середніх потужностях виникають фототермічні ефекти. При екстремально високій потужності, у випадку короткотривалих імпульсів, у біотканині виникають фотоіонізаційні ефекти. Ультрафіолетовий промінь поглинається переважно молекулами нуклеінових кислот, білків та ліпідів. Лазерний промінь у видимій області спектра поглинається переважно хроматофорними групами білкових молекул, а також, частково, киснем. Інфрачервоний промінь з довжиною хвилі 890 нм (ближній інфрачервоний діапазон) поглинає кров. Лазерний промінь використовується у різних областях медицини, а саме: терапії, хірургії, офтальмології, стоматології тощо.
Лазерна хірургія Лазерний хірургічний апарат СМ-2002 — медичний апарат на базі імпульсного Nd:YAG-лазера потужністю 100 Вт. Використовується для хірургії доброякісних та злоякісних пухлин шляхом коагуляції, гіпертермії і деструкції патологічних утворень, а також стерилізації раневої поверхні направленим інфрачервоним високоінтенсивним випромінюванням. Лазерний промінь застосовується в хірургії при операціях на сітківці ока, як скальпель.
Лазерна терапія
Лазерна терапія (лазеротерапія) — метод лікування, що полягає в застосуванні світлової енергії лазерного променя з лікувальною метою, який широко використовується в амбулаторних консультативно-реабілітаційних центрів лазеротерапіїСоціально-економічне обґрунтування організації амбулаторних консультативно-реабілітаційних центрів лазеротерапії // Материалы XVI-й Международной научно-практической конференции «Применение лазеров в медицине и биологии», 25—28 сентября 2001, г. Феодосия. — С. 6—7.. Монохроматичний червоний промінь використовують для лікування захворювань слизової рота, хвороб хребта і суглобів. Лазерна терапія також широко використовується для лікування ран та виразок, дерматологічних захворювань, ішемічної хвороби серцяЗабулонов Ю. Л. Пристрій для багатофункціональної лазерної терапії. Патент на корисну модель № 103511; заявл. 24.04.2015; опубл. 25.12.2015, Бюл. № 24..
Лазерна мамографія