Лазеры на парах металлов.

Еще один тип лазеров, которые используются в медицине, — это лазеры на парах металлов. Прежде всего — это лазеры на парах меди, работающие в желтой и зеленой части спектра, и на парах золота, генерирующие излучение в красной части спектра.

Как следует из названия, для работы таких лазеров необходимы пары металлов, которые получают при нагреве за счет электрического разряда в трубке, заполненной аргоном, металлов, осевших на стенках. Упрощенная схема уровней представлена на рисунке 11.5.

Электронное возбуждение осуществляется при импульсном разряде с уровня ²S_1/2 на уровень ²P_1/2, при этом создается инверсная населенность относительно уровней ²D_5/2 и ²D_3/4. На этих переходах и осуществляется вынужденное излучение с длинами волн 0,51 мкм (зеленый) и 0,58 мкм (желтый). Проблема заключается том, что дипольные переходы с уровней D на уровень S запрещены по четности. Поэтому атомы накапливаются на уровнях D, и генерация происходит до достижения нулевого значения инверсии. Длительность импульса излучения составляет величину порядка 10^-8 с. После этого происходи диффузия находящихся в состоянии D атомов к стенкам трубки, где они переходят в основное состояние.

Подобным образом происходит генерация и в лазере на парах золота с длиной волны излучения 0,6278 мкм, близкой к красной линии гелий-неонового лазера (0,6328 мкм), но с уровнями мощности порядка единиц Ватт.

Такие лазеры могут работать только в импульсно-периодическом режиме с характерными максимальными частотами повторения от 8 до 20 кГц.

Неудобство работы с лазерами на парах металлов заключается в долгом (около получаса) времени выхода на режим. Отсюда следует и практическая невозможность управления выходными параметрами излучения лазера во время работы, если только он не оборудован внешними устройствами модуляции и сканирования (см. ниже). Поэтому такие лазеры в медицине используются весьма неохотно и повсеместно вытесняются лазерами на АИГ:Nd с удвоением частоты излучения с длинами волн 0,53 мкм (основная длина волны 1,06 мкм) и 0,66 мкм (основная длина волны 1,32 мкм). В последнее время еще более мощную конкуренцию в зеленом диапазоне составляют волоконные лазеры с удвоением частоты, а в красном — полупроводниковые лазеры.

При работе с получившими достаточно широкое распространение лазерами на парах меди необходимо обращать особое внимание на защиту глаз. Дело в том, что из-за малой длительности импульсов импульсная мощность оказывается очень большой и обычно многократно превышает предельно допустимые для глаз уровни. Вопросам безопасности при работе с лазерами посвящена специальная лекция.

В заключение отметим, что обзор наиболее употребительных в медицине лазеров, являющийся, безусловно, весьма ограниченным с точки зрения гигантского разнообразия всех существующих типов лазеров, вместе с тем позволяет охватить основные типы лазерных активных сред и способов их возбуждения.

Литература к лекции 11.

1. Н.В. Карлов. «Лекции по квантовой электронике».

2. O. Звелто. «Принципы лазеров».

3. К.И. Крылов, В.Т. Прокопенко, В.А. Тарлыков. «Основы лазерой техники».

4. О.В. Богданкевич. Далекое-близкое. В кн. «Как это было» (сб. статей ЛАС). — М.: ФИАН, 2006. — с. 64-78.

5. Проспекты фирм: «Lambda Physik» (ФРГ), «Spectra Physics» (США).