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第23章 激光技术(2)

激光刀轻快,用它做手术毫无机械撞击;使用功率为50瓦的激光刀,切开皮肤的速度为每秒钟10厘米左右,切缝深度约1毫米,与普通手术刀差不多。用激光刀切骨头,差不多和切皮肤一样快。

激光对生物组织有热凝固的效应,可以封闭切开的小血管,减少出血。比如,用激光刀为病人治疗口腔血管瘤,手术成功率就高达98%。医务工作者还用激光刀成功地对血管丰富的肝脏禁区进行过手术。

激光封闭血管作用的大小和激光的波长有关。钇铝石榴石激光器输出激光波长为1.06微米,凝血效果好;输出激光波长为10.6微米的二氧化碳激光器效果就差点。氩离子激光器发射的蓝绿激光,凝血效果比1.06微米的激光还要好。但氩离子激光的功率不如钇铝石榴石激光,因此深入出血禁区的手术,多用波长为1.06微米的激光。

激光刀构造:激光刀刀刃只是直径为0.1毫米的一个小圆点,但刀体相当大。一般的二氧化碳激光刀高近2米,长近2米,宽不到1米。钇铝石榴石激光刀要小一点,其主体是一台激光器,包括电源和控制台。激光器是固定的,要使激光束能按医生的意图传到病人身上需要开刀的部位,还需要配置一套叫做光转弯的导光系统。

导光系统是激光刀的重要部分,轻巧、灵活。二氧化碳激光刀一般使用导光关节臂。它由好几节金属管子组成,节与节之间成直角,可转动,类似关节,光学反射镜就装在关节处,激光束通过反射镜转弯。钇铝石榴石激光刀和氩离子激光刀除了用导光关节外,外面包着塑料套,再包上金属软管,较柔软,可自由弯曲。用光导纤维就比导光关节臂灵活、轻巧。

现在,凡是用手术刀做的手术,都能用激光刀来做。有了光导纤维后,激光还可钻到人的肚子里给人治病。医生将它和胃镜配合使用,送到病人胃里,如发现胃溃疡出血,只要一开激光,立即能使出血点凝固止血,无需开膛破肚,就可治好疾病。除了治疗胃溃疡外,激光还可进入食道、气管、腹腔,进行多种手术。

激光刀治癌:激光刀做恶性肿瘤的切除手术不仅可做到边切开、边止血、边消毒,还可使癌细胞受到激光的高强度照射后立即凝固、坏死,并化为青烟,即所谓肿瘤汽化。这样,即可大大减少癌细胞扩散转移的机会。但是,目前激光刀防止癌细胞扩散的效果还不够理想。

小知识

激光针

激光和中国古老的针灸治疗结合,就成为了激光针。当然,这种激光针不能用激光刀那样强的激光,光针用的是小功率的氦氖激光器。

氦氖激光器发出的红光通过一根细长光纤照到病人的穴位上,通过皮肤透入穴位,毫无刺痛感。光针治疗无痛、无菌、无晕针,对某些疾病来说,它跟银针具有相同的疗效。扎光针对软组织炎症、失眠、小孩遗尿等疾病疗效极高,还可治疗原发性高血压、支气管炎、哮喘等病。

光敏技术

光敏,就是给人体病灶注射一些特殊的化学物质,使病灶对光照敏感。经过光敏处理后,再用光照使病灶产生水肿、坏死,从而达到治疗疾病的目的。

1960年,美国利普逊研究成功一种称为HPD的光敏物质,该物质和癌细胞格外亲近,碰到一起即抱成团。将它注射到人体内,2~3天后,正常组织中的HPD排泄出去,而癌肿组织内还大量存在,用短波长的光一照,能发出荧光。这就为医生检查病人是否患癌症提供了有力的诊断工具。

更进一步,用橘红色光照射含有HPD的癌肿组织,HPD发生化学反应,产生单原子氧,能使癌细胞组织坏死;而人体其他部分正常的细胞组织中HPD已排出,不会受到破坏。

从1976年开始,光敏技术治癌开始采用激光光源,因为激光的波长单纯、功率大,疗效也大大提高。蓝紫色激光能使HPD产生荧光,用以诊断癌;橘红色的激光以使HPD产生化学反应,用它来照射病灶,可达到治癌目的。

激光电脑

1986年,美国的贝尔实验室发明了用砷化镓制成的光学开关,这种开关是用光脉冲来控制仪器工作或休息的装置。1990年1月底,贝尔实验室向公众展示了一台用光脉冲来计算的实验装置。

以激光为基础的计算机可以广泛地用于执行某些新的任务,如预测天气、气候等一些复杂而多变的过程;还可应用在电话传输上,因为电话信号正逐步由光导纤维中的激光束来传送,如果用光计算机处理这些信号,就无需再在电话局内将携带声音的光脉冲转变成电脉冲,经电子计算机处理后再转换成光脉冲发送出去。也就是说,可以省掉光-电-光的转换过程,直接将携带声音信号的光脉冲处理后发送出去,极大地提高了传送的效率。

光计算机善于进行大量运算,能高效、直接处理视觉形式、声波形式,以及其他任何自然形式的信息。此外,它还是识别和合成语言、图画和手势的理想工具。如此一来,光计算机就能以最自然的形式进行人机对话和人机交流了。

全息摄影

全息摄影是一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。

全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束:一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度随强度、两束光的位相关系而不同。

全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。一张全息摄影的图片即使只剩下一小部分,仍可以重现全部的景物。

全息摄影可应用于工业上进行无损探伤、超声全息、全息显微镜、全息摄影存储器、全息电影和电视等许多方面。

全息照相特性:全息照相照片只要改变一下观察角度,就可看到该相片中物体的全面。因为全息技术能将物体的全部几何特征信息都记录在底片上。

全息照相能以一斑而知全貌。当全息照片被损坏,就算其被大半损坏,仍可从剩下的那一小半上看到这张全息照片上原有物体的全貌。

全息底片可分层记录多幅全息照,而且在它们显示画面时互不干扰。正是这种分层记录,使全息照片可以存储巨大的信息量。

全息拍摄原理:拍摄全息相片时,将一束发射出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上。整个底片都受到光照,记录下一组同心圆,同心圆间隔很小。底片被冲洗后,放回原来的位置,再用拍摄时那束发射出平面波的激光,以拍摄时的角度照到底片上。这时,就可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。该亮点在空间,而不是在底片上,人们看到的光就像是从该亮点发出来的。因此,全息照片记录下的不仅是一个亮点,还包含着亮点的空间位置,或者说记下从亮点发出的整个光波。所有的奥妙就在于这一束平行(平面波)激光束。这一激光束,人们称之为参考光束。

激光全息照的底片可以是特种玻璃,也可是乳胶、晶体或热塑等。一块小特种玻璃,就可将一个大型图书馆的上百万册藏书内容全部存储起来。

全息摄影的应用:大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告,亦可采用脉冲全息术再现人物的肖像、结婚纪念照等。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰,它可再现人们喜爱的动物,多彩的花朵与蝴蝶等。模压彩虹全息图既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票,也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡,甚至钞票上。

激光加工

利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工,就称为激光加工,英文简称LBM。

激光钻孔机:激光钻孔机问世前,是电动钻孔机或机床对各种机械零件钻孔。但机械钻孔不仅效率低,且钻孔表面不够光洁。

激光钻孔的原理,是利用激光束聚焦使金属表面焦点温度迅速上升,温升可达每秒100万℃。当热量尚未发散前,光束已烧熔金属,直至汽化,留下一个个小孔。激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制,且钻孔速度飞快,快到可在几千分之一秒,乃至几百万分之一秒内钻出小孔。

激光钻孔还可用来加工手表钻石。它每秒钟可钻20~30个孔,效率比机械加工高几百倍,且质量高。同时,激光钻的加工过程是非接触式的,可在自动连接加工,或在超净、真空等特殊环境中发挥作用。

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