eng
Выпуск #2/2012
Н.Лябин, к.т.н.
Лазеры на парах меди: от индустриальных до медицинских приложений
Лазеры на парах меди: от индустриальных до медицинских приложений
Просмотры: 3098
Рассмотрены применения лазеpов на паpах меди (ЛПМ) для промышленных и медицинских целей. Выделены основные преимущества ЛПМ: высокоскоростная пакетная и поимпульсная модуляция, регулирование мощности излучения, высокая надежность и качество.
Теги: copper vapor lasers precision metal and nonmetals micro processing лазерная медицина лазеры на парах меди прецизионная микрообработка металлов и неметаллов
Лазер на парах меди (ЛПМ) обладает уникальной совокупностью выходных параметров: длины волн излучения λ = 510,6 и 578,2 нм, большое усиление активной сpеды (k = 101 – 102 Дб/м) и коpоткая длительность импульсов (τимп. = 10 – 50 нс), высокая частота повтоpения импульсов (ЧПИ) (f = 5–30 кГц) и высокое значение сpедней мощности (Р = 1–100 Вт) пpи КПД 0,5–2%, относительно низкая энеpгия в импульсе (W = 0,1 – 10 мДж) и дифракционное качество пучка излучения, высокая плотность пиковой мощности (ρ = 109 – 1012 Вт/см2 ) в пятне фокусиpовки (d=5–20 мкм). Такое сочетание параметров определяет его широкий потенциал возможностей для практических приложений: прецизионная микрообработка, разделение изотопов, научная и практическая медицина, спектроскопические исследования, усиление яркости изображения, скоростная фотография, зондирование атмосферы и многое другое [1 – 6].
В результате многолетнего сотрудничества ФГУП "НПП "Исток" с ЗАО "Чистые технологии" и ООО "НПП "ВЭЛИТ" были разработаны серии современных ЛПМ "Кулон" со средней мощностью излучения 1–25 Вт на базе промышленных отпаянных саморазогревных активных элементов. Конструкция и принцип действия данных ЛПМ защищены семью патентами, отечественных и зарубежных аналогов не имеют. Основные преимущества ЛПМ – это возможность производить высокоскоростную пакетную и поимпульсную модуляцию, регулирование мощности излучения с управлением от персонального компьютера, а также высокая надежность и качество [1–6].
Ранее были созданы лазеры, предназначенные для комплектования прогрессивного технологического и медицинского оборудования – модели "Кулон-10-М" и "Кулон-15-М" с модуляцией (рис.1). Эти ЛПМ легли в основу автоматизированных лазерных технологических установок (АЛТУ) для электронной индустрии: "Каравелла-1", "Каравелла-1М", "Каравелла-2" и "Каравелла-2М", предназначенных для прецизионной микрообработки металлических (толщиной до 1 мм) и неметаллических (толщиной до 2 мм) материалов [1–3, 6]. С момента разработки первой установки (2003 год) объем и ассортимент производимых с ее помощью деталей увеличился во много раз. Это простые и сложные детали с плоской и объемной конфигурацией, чьи размеры составляют от долей миллиметра до 150 мм. Подчеркнем, что на этих технологических установках, обладающих высокой производительностью и качеством, обрабатывают как тугоплавкие (молибден, вольфрам, тантал), так и теплопроводные (алюминий, серебро, золото) материалы и их сплавы. Оборудование на основе ЛПМ эффективно в работе с искусственным поликристаллическим алмазом, сапфировыми и кремниевыми подложками, припоями из сплавов золота, серебра, олова, палладия [4]. Причем, независимо от конфигурации деталей, простой или сложной, техника с использованием ЛПМ реализует чистку поверхности керамических пластин, нанесение и корректировку топологии плат и другие подобные операции.
Конструкция технологических установок постоянно совершенствуется с целью повышения стабильности и качества выходных параметров, а также эргономики технологических установок. В АЛТУ последнего поколения "Каравелла-1М" и "Каравелла-2" (рис.2), созданных на базе импульсного лазера на парах меди "Кулон-15-M", применены новые оптические схемы для обеспечения высокого качества обрабатывающего луча. Такие АЛТУ обладают повышенной надежностью и долговечностью.
Оказалось, что высокое качество ЛПМ отвечает многим требованиям медицинского инструментария. Завершена разработка и уже прошла сертификацию многофункциональная лазерная медицинская установка "КУЛОН-Мед" (рис.3). В ее структуре объединена работа двух лазеров: импульсного лазера на парах меди модели "Кулон-10-М" с длинами волн генерации 510,6 и 578,2 нм и лазера на растворах органических красителей с перестраиваемым диапазоном длин волн от 620 до 750 нм [7, 8].
Установка "КУЛОН-Мед" предназначена для лечения онкологических и иных заболеваний методами фотодинамической терапии (ФДТ) и для низкоинтенсивной терапии. Установка сертифицирована для работы в хирургии, дерматологии, косметологии и других медицинских областях. Лазерное излучение к пораженному участку подводят гибкие световоды. Для лечебной работы методом ФДТ на данной установке подходят все известные типы фотосенсибилизаторов: фотогем, аласенс, фоскан, радахлорин, фотодитазин, фотолон, фотосенс, фталосенс и многие другие.
Много лет успешно применяется медицинская установка "Яхрома-Мед" (рис.4), которая завоевала не только отечественный, но и зарубежные рынки. Разработанная специалистами Физического института им.П.Н.Лебедева РАН на основе лазера на парах меди мощностью 3 Вт, она является лидером лазерных неабляционных технологий на зеленой (510,6 нм) и желтой (578,2 нм) длинах волн излучения. Установка идеально подходит для удаления сосудистых, пигментных и неокрашенных дефектов кожи, лечения акне, разглаживания морщин [9].
Лазерный импульс избирательно разрушает патологические элементы кожи без повреждения здоровой ткани. Селективность неабляционного воздействия позволяет получить отличные клинические и косметические результаты без риска возникновения рубцов или других побочных эффектов. Медицинские установки этого класса успешно применяются в таких областях медицины, таких как офтальмология, отоларингология, гинекология, гастроэнтерология, онкология.
Широкие возможности использования импульсного излучения ЛПМ представляют хорошую перспективу для его дальнейшего развития как в качестве инструмента по микрообработке металлических и неметаллических материалов для индустрии электронной техники, точного приборостроения (рис.5), так в качестве медицинского инструмента для лечения онкологических и неонкологических заболеваний, дерматологии и косметологии. Также ЛПМ находят применение в технологии лазерного разделения изотопов, спектроскопическом анализе состава веществ, зондировании атмосферы.
Литература
Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди. – М. Физматлит, 2005.
Лябин Н.А., Жариков В.М., Клименко В.И.и др. Лазеры на парах меди и их применение в технологии прецизионной обработки.– Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, 2003, вып.2 (482), с.17–35.
Королев А.Н., Лябин Н.А., Мелешкевич П.М.и др. Лазерная технологическая установка "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки тонколистовых материалов изделий электронной техники.– Электронная промышленность, 2006, № 3, с.61–74.
Колоколов И.С., Клименко В.И., Лябин Н.А. и др. Промышленный лазер на базе отпаянных активных элементов серии KULON на парах меди (LT-10Cu), золота (LT-1,5Аu), смеси паров золота и меди.– Прикладная физика, 2003, № 3,с.84–89.
Лепехин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г. и др. Промышленные лазеры на парах металлов серии "KULON".– Прикладная физика, 2005, № 1, с.110–115.
Лепехин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г. Высокоскоростная импульсная модуляция лазеров на самоограниченных переходах атомов химических элементов. – Прикладная физика, 2006, № 1, с.8–14.
Лябин Н.А., Чурсин А.Д., Филиппов В.Г. и др. Лазерная медицинская установка нового поколения "Кулон-М" для ФДТ.– Лазеры в науке, технике и медицине: Сборник научных трудов/ Под.ред. В. Петрова. – М.: МНТОРЭС им.А.Попова, 2005, с.98–105.
Соколов В.В., Чиссов В.И., Лепехин Н.М. и др. Лазерная медицинская установка "Кулон-Мед" для научной и практической медицины. Лазерная медицина: Материалы МНПК/Под ред. д.м.н., проф. А. Гейнца – М.: ФГУ "ГНЦЛМ МЗ", 2006.
Ключарева С.В., Пономарев И.В. Лазерные технологии при лечении сосудистых дефектов кожи. – Экспериментальная и клиническая дерматокосметология, 2005, № 1, с. 47 – 52.
В результате многолетнего сотрудничества ФГУП "НПП "Исток" с ЗАО "Чистые технологии" и ООО "НПП "ВЭЛИТ" были разработаны серии современных ЛПМ "Кулон" со средней мощностью излучения 1–25 Вт на базе промышленных отпаянных саморазогревных активных элементов. Конструкция и принцип действия данных ЛПМ защищены семью патентами, отечественных и зарубежных аналогов не имеют. Основные преимущества ЛПМ – это возможность производить высокоскоростную пакетную и поимпульсную модуляцию, регулирование мощности излучения с управлением от персонального компьютера, а также высокая надежность и качество [1–6].
Ранее были созданы лазеры, предназначенные для комплектования прогрессивного технологического и медицинского оборудования – модели "Кулон-10-М" и "Кулон-15-М" с модуляцией (рис.1). Эти ЛПМ легли в основу автоматизированных лазерных технологических установок (АЛТУ) для электронной индустрии: "Каравелла-1", "Каравелла-1М", "Каравелла-2" и "Каравелла-2М", предназначенных для прецизионной микрообработки металлических (толщиной до 1 мм) и неметаллических (толщиной до 2 мм) материалов [1–3, 6]. С момента разработки первой установки (2003 год) объем и ассортимент производимых с ее помощью деталей увеличился во много раз. Это простые и сложные детали с плоской и объемной конфигурацией, чьи размеры составляют от долей миллиметра до 150 мм. Подчеркнем, что на этих технологических установках, обладающих высокой производительностью и качеством, обрабатывают как тугоплавкие (молибден, вольфрам, тантал), так и теплопроводные (алюминий, серебро, золото) материалы и их сплавы. Оборудование на основе ЛПМ эффективно в работе с искусственным поликристаллическим алмазом, сапфировыми и кремниевыми подложками, припоями из сплавов золота, серебра, олова, палладия [4]. Причем, независимо от конфигурации деталей, простой или сложной, техника с использованием ЛПМ реализует чистку поверхности керамических пластин, нанесение и корректировку топологии плат и другие подобные операции.
Конструкция технологических установок постоянно совершенствуется с целью повышения стабильности и качества выходных параметров, а также эргономики технологических установок. В АЛТУ последнего поколения "Каравелла-1М" и "Каравелла-2" (рис.2), созданных на базе импульсного лазера на парах меди "Кулон-15-M", применены новые оптические схемы для обеспечения высокого качества обрабатывающего луча. Такие АЛТУ обладают повышенной надежностью и долговечностью.
Оказалось, что высокое качество ЛПМ отвечает многим требованиям медицинского инструментария. Завершена разработка и уже прошла сертификацию многофункциональная лазерная медицинская установка "КУЛОН-Мед" (рис.3). В ее структуре объединена работа двух лазеров: импульсного лазера на парах меди модели "Кулон-10-М" с длинами волн генерации 510,6 и 578,2 нм и лазера на растворах органических красителей с перестраиваемым диапазоном длин волн от 620 до 750 нм [7, 8].
Установка "КУЛОН-Мед" предназначена для лечения онкологических и иных заболеваний методами фотодинамической терапии (ФДТ) и для низкоинтенсивной терапии. Установка сертифицирована для работы в хирургии, дерматологии, косметологии и других медицинских областях. Лазерное излучение к пораженному участку подводят гибкие световоды. Для лечебной работы методом ФДТ на данной установке подходят все известные типы фотосенсибилизаторов: фотогем, аласенс, фоскан, радахлорин, фотодитазин, фотолон, фотосенс, фталосенс и многие другие.
Много лет успешно применяется медицинская установка "Яхрома-Мед" (рис.4), которая завоевала не только отечественный, но и зарубежные рынки. Разработанная специалистами Физического института им.П.Н.Лебедева РАН на основе лазера на парах меди мощностью 3 Вт, она является лидером лазерных неабляционных технологий на зеленой (510,6 нм) и желтой (578,2 нм) длинах волн излучения. Установка идеально подходит для удаления сосудистых, пигментных и неокрашенных дефектов кожи, лечения акне, разглаживания морщин [9].
Лазерный импульс избирательно разрушает патологические элементы кожи без повреждения здоровой ткани. Селективность неабляционного воздействия позволяет получить отличные клинические и косметические результаты без риска возникновения рубцов или других побочных эффектов. Медицинские установки этого класса успешно применяются в таких областях медицины, таких как офтальмология, отоларингология, гинекология, гастроэнтерология, онкология.
Широкие возможности использования импульсного излучения ЛПМ представляют хорошую перспективу для его дальнейшего развития как в качестве инструмента по микрообработке металлических и неметаллических материалов для индустрии электронной техники, точного приборостроения (рис.5), так в качестве медицинского инструмента для лечения онкологических и неонкологических заболеваний, дерматологии и косметологии. Также ЛПМ находят применение в технологии лазерного разделения изотопов, спектроскопическом анализе состава веществ, зондировании атмосферы.
Литература
Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди. – М. Физматлит, 2005.
Лябин Н.А., Жариков В.М., Клименко В.И.и др. Лазеры на парах меди и их применение в технологии прецизионной обработки.– Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, 2003, вып.2 (482), с.17–35.
Королев А.Н., Лябин Н.А., Мелешкевич П.М.и др. Лазерная технологическая установка "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки тонколистовых материалов изделий электронной техники.– Электронная промышленность, 2006, № 3, с.61–74.
Колоколов И.С., Клименко В.И., Лябин Н.А. и др. Промышленный лазер на базе отпаянных активных элементов серии KULON на парах меди (LT-10Cu), золота (LT-1,5Аu), смеси паров золота и меди.– Прикладная физика, 2003, № 3,с.84–89.
Лепехин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г. и др. Промышленные лазеры на парах металлов серии "KULON".– Прикладная физика, 2005, № 1, с.110–115.
Лепехин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г. Высокоскоростная импульсная модуляция лазеров на самоограниченных переходах атомов химических элементов. – Прикладная физика, 2006, № 1, с.8–14.
Лябин Н.А., Чурсин А.Д., Филиппов В.Г. и др. Лазерная медицинская установка нового поколения "Кулон-М" для ФДТ.– Лазеры в науке, технике и медицине: Сборник научных трудов/ Под.ред. В. Петрова. – М.: МНТОРЭС им.А.Попова, 2005, с.98–105.
Соколов В.В., Чиссов В.И., Лепехин Н.М. и др. Лазерная медицинская установка "Кулон-Мед" для научной и практической медицины. Лазерная медицина: Материалы МНПК/Под ред. д.м.н., проф. А. Гейнца – М.: ФГУ "ГНЦЛМ МЗ", 2006.
Ключарева С.В., Пономарев И.В. Лазерные технологии при лечении сосудистых дефектов кожи. – Экспериментальная и клиническая дерматокосметология, 2005, № 1, с. 47 – 52.
Отзывы читателей
