Найден способ предотвращать поломку лазера во время операций
Волоконные лазеры активно используются в промышленности, связи и медицине. В качестве примера можно привести гольмиевые — это лазеры, в которых луч создается с помощью кристаллов или стекол с ионами гольмия. Их применяют для лечения ран, опухолей и дробления камней в почках. Главная их особенность в том, что они «заряжаются» от других лазеров — иттербиевых, то есть с ионами иттербия. Однако порой такая «зарядка» проходит плохо, из-за чего снижается мощность гольмиевого лазера, импульсы становятся нестабильными и оборудование может выйти из строя. Это особенно опасно во время хирургических вмешательств для пациентов с неотложными состояниями. Ученые из Пермского Политеха и ПНППК разработали компьютерную модель, которая с точностью 90% позволяет заранее рассчитать оптимальные параметры лазеров и снизить риск их отказа в ответственный момент.
Исследование опубликовано в журнале «Прикладная фотоника». Гольмиевый лазер с длиной волны два микрометра используют в медицине для быстрого заживления ран, удаления опухолей и дробления камней в почках. Чтобы получился луч, его «накачивает» светом другой лазер – обычно иттербиевый с длиной волны 1125 нанометров. Однако если процесс «накачки» проходит плохо, луч слабеет, вместо четких вспышек будет «рваное» излучение, опасное для человеческих тканей, а неиспользованная энергия повредит лазерное волокно.
Помимо этого, лазер станет работать медленнее или с перебоями, а в отдельных случаях может выйти из строя. Это недопустимо во время операции на открытых органах, например, при удалении камней из почек или опухоли, где счет времени, в том числе из-за наркоза, идет на минуты.
– На работу лазеров в целом влияет множество факторов: длина активного волокна, концентрация ионов в его сердцевине, свойства резонатора (зеркал, отражающих свет внутри). Подбирать каждый из них экспериментально — долго и дорого. Поэтому применяют математическое моделирование, то есть создают «компьютерный двойник» лазера, задают ему определенные характеристики и смотрят, как он работает. Это позволяет заранее определить нужные параметры и предсказать, какова в зависимости от них будет мощность, КПД, стабильность и так далее, – комментирует Мария Ременникова, начальник лаборатории медицинских лазеров ПНППК.
Существуют компьютерные модели для лазеров импульсного излучения – т.е. тех, которые применяются там, где нужно быстрое точечное воздействие, например, при удалении татуировки. Режим длительного беспрерывного воздействия средней мощности, который и применяется в медицине, тоже требует моделирования. Поэтому ученые ПНИПУ и ПНППК создали цифровую модель, соответствующую реальному иттербиевому волокну, чтобы определять, какие параметры позволят лазеру работать безостановочно и не допускать ситуаций, критичных для жизни пациента.
– Наша модель помогает рассчитать оптимальную длину волокна и коэффициент отражения (долю света, отражающуюся от поверхности). Результаты моделирования показали, что чтобы мощность иттербиевого лазера на длине волны 1125 нанометров была максимальной, оптимальный размер его волокна должен составлять девять метров, а коэффициент отражения — 20-30%. Такие значения позволят эффективно «накачивать» гольмиевый лазер и предотвратят его выход из строя в ответственный момент, – рассказывает Илларион Никулин, доцент кафедры общей физики ПНИПУ, доктор технических наук.
Компьютерная модель, созданная учеными ПНИПУ и ПНППК, позволила рассчитать оптимальные параметры для изготовления иттербиевого лазера. Если придерживаться этих значений, его мощность будет максимальной и гольмиевый лазер будет «напитываться» от него с достаточной интенсивностью. При таких условиях во время хирургических вмешательств снижается риск непредвиденных ситуаций, опасных для жизни человека, связанных с внезапным отключением или сбоем лазера.
Модель также позволяет удешевить производство лазеров, поскольку для этого не потребуются трудоемкие эксперименты. Погрешность моделирования в сравнении с экспериментальными данными – 10%, соответственно, можно сказать, что разработанная модель может предсказывать «поведение» волоконного лазера с точностью в 90%.
Telegram 
Дзен 
VK Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Разработка поможет уберечь суда от экстремальных явлений погоды и обеспечит безопасную работу портов и нефтегазовых платформ в северных морях. При тестировании ИИ-модель показала отклонение менее трех процентов от эталонных данных по числу выявленных вихрей.
Новое исследование выявило связь между приемом глюкозамина — безрецептурной добавки от болей в суставах — и повышенным риском быстрого прогрессирования легких когнитивных нарушений в полноценную болезнь Альцгеймера.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно