Lasery a jejich aplikace

staviteli pevnolÆtkov ch laserø, pou vanØ płe-
dev„ m v medic n , jsou Alexandritov a Er:YAG laser.
PevnolÆtkovØ lasery jsou schopny pracovat ve v„ech
mo n ch re imech a jsou velmi exibiln . GenerovanØ vl-
novØ dØlky pokr vaj viditelnou a infraŁervenou oblast.
NespornÆ v hoda pevnolÆtkov ch laserø oproti jin m
typøm spoŁ vÆ v robustnosti, stabilit a v mal ch nÆro-
c ch na œdr bu a provozn podm nky.
3.2 KapalinovØ lasery
Jako aktivn prostłed kapalinov ch laserø se a na
vyj mky pou vaj opticky buzenØ roztoky organick ch
barviv. Jejich „irokØ uorescenŁn spektrum umo uje
spojit płela ovat vlnovou dØlku zÆłen generovanØho
t mito lasery. Pomoc n kolika typø barviv a vyu it m
metod nelineÆrn optiky lze tak prakticky spojit pokr t
pÆsmo vlnov ch dØlek od 300 nm do 1500 nm. Typick m
płedstavitelem je rhodamonov laser generuj c pulsn
zÆłen od zelenØ a po Łervenou oblast spektra. Pod-
statnou nev hodou t chto laserø je toxicita a nepł li„
dlouhÆ ivotnost aktivn ho prostłed , kterØ se œŁinkem
tepla a sv tla rozklÆdÆ. Ve v t„in pł padø dochÆz k je-
jich nahrazovÆn płeladiteln mi pevnolÆtkov mi lasery.
3.3 PlynovØ lasery
Aktivn prostłed plynov ch laserø tvoł atomy (He-Ne
laser), ionty (Ar laser ), molekuly (CO2 laser) Łi jejich
sm si v plynnØ fÆzi, płiŁem inverze obsazen nastÆvÆ
mezi energetick mi hladinami n kterØ slo ky. V pł pad
atomø a iontø jde płevÆ n o energetickØ hladiny v elek-
tronovØm obalu, ale u molekul se tyto zÆkladn hladiny
dÆle „t p na vibraŁn a rotaŁn stavy. Tato røznorodost
se pak odrÆ v rozsÆhlØm spektru vlnov ch dØlek ply-
nov ch laserø.
PlynovØ lasery pracuj płevÆ n v kontinuÆln m re-
imu, ale existuj i v konnØ pulsn systØmy. Pro buzen se
pou vÆ „irokÆ „kÆla fyzikÆln ch a fyzikÆln - chemick ch
procesø. K nejŁast j„ m patł buzen pomoc elektric-
kØho v boje ve złed nØm plynu, ale efektivn se pou vÆ
takØ pł ŁnØho buzen elektrick m v bojem za vysok ch
tlakø (TEA CO2 - laser), buzen elektronov m svazkem,
chemickou reakc Łi expanz horkØho plynu. OptickØ bu-
zen se pou vÆ jen zł dka.
Nespornou v hodou plynov ch laserø je jejich vy-
sokÆ œŁinnost, pohybuj c se v des tkÆch procent (CO2 -
laser 40 %). Obecn lze takØ ł ci, e homogenita aktiv-
n ho prostłed se odrÆ v celkov dobrØ homogenit la-
serovØho svazku a v jeho n zkØ rozb havosti, kterÆ v pł -
pad plynov ch laserø dosahuje teoretickØ meze. Hlavn
nev hodou v t„iny t chto laserø je mal v kon, kter
lze z skat z jednotky objemu aktivn ho prostłed . Proto
jsou v konnØ plynovØ lasery znaŁn rozm rnØ.
NejznÆm j„ m, donedÆvna nejroz„ łen j„ m a zÆrove
prvn m vyroben m plynov m laserem je Łerven zÆł c
atomÆrn He-Ne laser. V prømyslu a v medic n je v„ak
nejv ce pou van CO2 laser generuj c na vlnovØ dØlce
10 „m. Pro røznØ sv telnØ efekty, ale takØ pro separaci
iontø se Łasto pou vÆ zelen a modłe zÆł c Ar laser.
3.4 PolovodiŁovØ lasery
PolovodiŁovØ lasery jsou dnes vøbec nejroz„ łen j„ la-
sery. ¨asto se pro n pou vÆ oznaŁen laserovÆ dioda.
Od ostatn ch laserø se li„ t m, e nepracuj s płecho-
dem elektronø mezi diskrØtn mi hladinami, n br se
u nich vyskytuj elektronovØ płechody mezi vodivost-
n m a valenŁn m pÆsem polovodiŁe. PolovodiŁovØ lasery
maj velmi malØ rozm ry, co mÆ za nÆsledek v t„ di-
vergenci v stupn ho svazku oproti jin m laserøm. Krom
toho jsou velmi citlivØ na zm nu teploty.
Laserov paprsek polovodiŁovØho laseru lze snadno
modulovat zm nou bud c ho elektrickØho proudu. Polo-
vodiŁovØ lasery se vyznaŁuj vysokou œŁinnost (b n a
50 %), pracuj jak v kontinuÆln m tak v pulsn m re imu
a mohou dosahovat relativn vysok ch v stupn ch v -
konø płi velmi kompaktn m uspołÆdÆn . Uplatn n na-
lezly tyto lasery płedev„ m v telekomunikac ch a ve v -
poŁetn technice. Dnes se jich takØ stÆle Łast ji pou vÆ
pro ŁerpÆn pevnolÆtkov ch laserø a tak vznikaj vysoce
v konnØ miniaturn a exibiln laserovØ generÆtory.
4 Aplikace laserø
Pole aplikac laserovØho zÆłen je dnes ji neobyŁejn „i-
rokØ a bylo by zhola nemo nØ vyjmenovat je v„echny.
Aplikace laseru, respektive laserovØho svazku se odv jej
od jeho vlastnost :
1. Laserov paprsek je tvołen elektomagnetick m zÆ-
łen m, zjednodu„en łeŁeno, sv tlem. Lze ho proto
snadno ovlÆdat, m nit jeho sm r, modulovat ho.
Jeho pøsoben na okoln płedm ty prob hÆ bez me-
chanickØho kontaktu.
2. Laserov paprsek se „ ł pł moŁałe rychlost sv tla
s minimÆln rozb havost . ChovÆ se jako ideÆln
prav tko respektive ukazovÆtko. S jeho pomoc lze
vym łovat trasu metra nebo podmołskØho tunelu.
Mø e płenÆ„et informace na obrovskØ vzdÆlenosti.
Laserov dÆlkom r, laserovÆ velkoplo„nÆ televizn
projekce, laserovØ nivelaŁn pł stroje a takØ lase-
rovØ zabezpeŁovac systØmy vyu vaj tØto vlast-
nosti.
3. Laserov paprsek je koherentn . To napł klad zna-
menÆ, e ochotn interferuje sÆm se sebou. Tato
vlastnost se vyu vÆ napł klad płi tvorb holo-
gramø. Jin døsledek tØto vlastnosti je ten, e lze
laserovØ zÆłen pomoc vhodnØ optiky soustłedit
do nepatrnØho bodu o prøm ru łÆdov setin mili-
metru a z skat tak precizn nÆstroj mikroelektro-
nika nebo oŁn ho chirurga.
3
4. Laserov paprsek mø e płenÆ„et znaŁnØ mno stv
energie. Płi interakci s prostłed m se energie elek-
tromagnetickØho zÆłen m n na teplo a laserov
paprsek łe e, vrtÆ, hÆ, svÆł , kal nebo jinak ob-
rÆb „irokØ spektrum materiÆlu vŁetn t ch nejtr-
vrd„ ch a nejodoln j„ ch.
5. LaserovØ zÆłen je monochromatickØ. Tato vlast-
nost dovoluje płenÆ„et data po internetu rychlost
stovek MB za sekundu stovky kilometrø daleko.
Umo uje takØ konstrukci unikÆtn ch analytick ch
pł strojø. Pro obohacovÆn sm s izotopø lze takØ
pou t monochromatickØ laserovØ zÆłen .
6. LaserovØ zÆłen je k dispozici na vlnov ch dØl-
kÆch odpov daj c ch rentgenov m paprskøm, płes
viditelnØ sv tlo, a po mikrovlnnou oblast. To
umo uje ka dØ aplikaci zvolit si vhodnou vlnovou
dØlku a laserovØ zÆłen mø e pøsobit selektivn na
røznØ materiÆly.
7. Laser mø e generovat velmi krÆtkØ a płitom velmi
energetickØ sv telnØ impulsy. Interakce s lÆtkou
pak prob hÆ za zcela jin ch podm nek ne płi kon-
tinuÆln m ohłevu - materiÆly mohou b t napł -
klad opracovÆvÆny bez toho, e by se zvy„ovala
jejich teplota. ExtrØmn krÆtkØ optickØ impulsy je
mo no pou t pro studium velmi rychl ch d jø a
k płesnØmu m łen Łasu a vzdÆlenosti.
Nen tłeba jist zdøraz ovat, e so stikovanØ apli-
kace vyu vaj zÆrove v ce vlastnost laserovØho zÆłen .
Napł klad dnes velmi roz„ łenØ laserovØ znaŁen Łi la-
serovÆ tiskÆrna vyu vaj toho, e fokusovan laserov
svazek, jeho poloha je ł zena poŁ taŁem je vlastn per-
fektn pero, kterØ nemus psÆt jen na pap r, ale tłeba na
keramiku, kalen ocelov nÆstroj, Ł na steriln kloubn
protØzu.
Robot vybaven laserov m paprskem mø e automa-
ticky upravovat a ladit elektronick obvod, svałovat ka-
roserii automobilu, nebo rozłezat titanov obal jadernØ
hlavice. Z hlediska efektivity prÆce, rychlosti, płesnosti
a pru nosti je takov systØm nedosti n .
fie je spojen poŁ taŁe a laserovØho paprsku nanej-
v „ œsp „nØ, dokazuj i ŁteŁky ŁÆrovØho k du v super-
marketech a nejrøzn j„ systØmy pro zÆznam a płenos
informace. ZvlÆ„t tyto aplikace płisp ly k masovØmu
nasazen laserø v praktickØm ivot .
Laserem lze ł dit prøb h chemickØ reakce, laserov
paprsek mø e analyzovat slo en atmosfØry nad prømys-
lovou oblast m sta, m łit vzÆjemn posun kontinentø,
lze ho pou t jako precizn pinzetu płi genetick ch ma-
nipulac ch s DNA a nen vylouŁenØ, e se jednou stane
kl Łem k nevyŁerpatelnØmu zdroji energie skrytØ v ter-
monukleÆrn ł zenØ reakci.
4.1 Laser v medic n
Prakticky ihned po objevu laseru byl laserov paprsek
pou it v oŁn m lØkałstv pro operaci s tnice. Dnes ji vy-
u vÆ medic na laserovØ paprsky k lØŁen mnoha nemoc
a k provÆd n velmi komplikovan ch zÆkrokø. Laserov
paprsek Łasto umo uje uskuteŁ ovat zÆkroky efektiv-
n ji, zkracuje dobu rekonvalescence a ve srovnÆn s kon-
venŁn mi metodami je mØn invazivn vøŁi pacientovi,
nehled k tomu, e lze s jeho pomoc provÆd t zÆkroky,
kterØ by se nedaly klasick mi postupy vøbec realizovat.
Laserov paprsek se v medic n pou vÆ hlavn d ky
sv m tepeln m œŁinkøm. Łinek na tkÆ se projevuje
podle intenzity a vlnovØ dØlky laseru jako koagulace a
płichycen nebo łezÆn tkÆn . Zat m se laser pou vÆ pro
rutinn operace v pouze n kter ch oborech. V oftalmolo-
gii laser umo uje provÆd t korektury schopnosti vid n
a slou pro o„etłen diabetickØ retinophatie. Dermato-
logie vyu vÆ laserovØho zÆłen pro odstran n nezhoub-
n ch novotvarø na kø i a pro røznØ kosmetickØ zÆkroky.
KontinuÆln laser Nd:YAG nebo CO2 laser je takłka ide-
Æln nÆstroj pro minimÆln invazivn chirurgickØ zÆkroky
a pro odstra ovÆn rakovinn ch nÆdorø na tak choulos-
tiv ch siln krvÆciv ch orgÆnech jako jsou mozek, hla-
sivky, aludek, moŁov m ch ł nebo d loha. TkÆ je
ŁÆsteŁn speŁena a rakovinnØ bu ky jsou zahubeny,
krvÆcen je minimÆln a rÆna se dobłe hoj . Pulsn la-
sery se pou v