1.Закон Снеллиуса. Явление полного внутреннего отражения.
Два монохроматических луча.
Лучи падают из зоны более плотной среды n1 на границу с менее плотной средой n2. Красный луч падает под углом Ф1<αс=θс, т.е. на границе сред он раздваивается – частично преломляется и частично отражается. Часть луча преломляется под углом Ф2. Зеленый луч падает и полностью отражается θ> αс = θс . Это и есть явление полного внутреннего отражения.
2.Волоконно-оптическая связь: принцип действия и основные преимущества
Волоко́нно-опти́ческая связь — способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели.
Принцип действия:
Волоконно-оптическая связь основана на явлении полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе
раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из сердцевины, являющейся световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света при многократных переотражениях на границе сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.
Преимущества:
•Высокая несущая частота и широкие возможности мультиплексирования (пропускная способность волоконно-оптических линий может измеряться в терабайтах/c)
•Малое затухание света в оптическом волокне позволяет применять волоконно-оптическую связь на значительных расстояниях без использования усилителей.
•Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и труднодоступна для несанкционированного использования.
3. Фиброгастроскопия. Составные части современного эндоскопа. Эндоваскулярная хирургия (дать определение)
Гастроскопия - процедура, которая позволяет врачу-эндоскописту осмотреть ваш пищевод,
желудок и начальные отделы тонкой кишки (двенадцатиперстная кишка) со стороны слизистой оболочки через тонкий, гибкий оптический инструмент, который носит название эндоскопа.
Фиброгастроскопия – то же самое, только дополнительно к исследованию берут биопсию.
Гибкий эндоскоп состоит из частей (см. рисунок):
•A – гибкая рабочая часть (включает в себя каналы для передачи изображения, светового потока, воды и воздуха.,)
•B – корпус устройства (оснащен системами, которые управляют дистальной частью, подачей жидкостей, воздуха и аспирацией.,)
•C – окуляр (Основа волоконного эндоскопа – это оптическая система, которая состоит из объектива, установленного в головке и жгута проводящих стеклянных нитей. Окуляр C соединен со жгутом и позволяет рассматривать изображение в увеличенном виде.,)
•D – соединительный кабель, E – разъем осветителя (Свет передается через стекловолоконный световод, который переходит в кабель D, подсоединенный к внешнему источнику света с помощью специального разъема E. Это дает возможность получить необходимый для осмотра уровень освещенности.)
•1 – управляемый дистальный конец,
•2 – головка,
•3 – кнопка подачи воды и воздуха,
•4 – кнопка управления аспирацией,
•5 – ручки управления дистальной частью,
•6 – вход инструментального канала.
Трубка эндоскопа содержит в себе 4 различных каналов:
1) оптическое волокно для передачи видеосигнала и заканчивающееся камерой
2)пучок оптического волокна, по которому идет свет (нужен для осмотра органов, потому что внутри организма источников света нет).
3)канал для специальных щипцов, которые позволяют брать кусочки тканей для последующего морфологического исследования
4)канал для ирригации (орошения) с помощью воды или воздуха и их аспирации (удаления)
Эндоваскулярная хирургия — метод лечения сосудистых заболеваний, при котором лечебное воздействие осуществляется изнутри сосуда. Выполняется под местной анестезией через прокол в сосуде (как правило, пунктируется артерия на бедре или в области руки). Через прокол в сосуде вводится проводник, по которому в сосудистое русло доставляются катетеры и другие устройства, позволяющие осуществить лечебное воздействие на сосудистую стенку.
4.Лазер: определение и физический принцип работы.
Ла́зер или опти́ческий ква́нтовый генера́тор - это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного,
монохроматического, поляризованного (колебания в одной плоскости) и узконаправленного потока излучения.
Физической основой работы лазера служит явление вынужденного излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение
(является его «точной копией»). Таким образом, происходит усиление света.
5.Три основные части любого лазера. Принцип формирования названия лазера.
В названии лазера упоминается жидкая, газообразная, твердая или электронная субстанция,
которая используется для генерации излучения.
Полупроводниковый лазер — твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. Диодный лазер – лазер, построенный на базе диода. Если через область p-n перехода пройдёт фотон нужной частоты, он может вызвать вынужденную рекомбинацию с выделением второго фотона, причём его направление, вектор поляризации и фаза будут в точности совпадать с теми же характеристиками первого фотона (то есть получится лазерное излучение).
Наиболее известны в лазерной хирургии лазер на углекислом газе (или СО2-лазер) и
неодимовый лазер. Виды высокоэнергетичных лазеров, используемых в медицине, имеют свои узкие области применения. Например, в офтальмологии применяются эксимерные лазеры –
(ультрафиолетовые химические лазеры).
6. Фотоэлектрические преобразователи (определение). Световая и спектральная характеристика фотоэлементов
7.Внешний фотоэффект и фотоэлементы на его основе (дать определения)
Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.
Группу приемников с внешним фотоэффектом составляют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоумножители. Принцип действия фотоэлементов с внешним фотоэффектом заключается в том, что кванты света, достигая чувствительной поверхности фотокатода, вызывают эмиссию фотоэлектронов, которые под действием внешнего электрического поля создают фототок.
Вакуумные фотоэлементы имеют вид стеклянного баллона, на внутреннюю поверхность которого наносится светочувствительный слой из щелочных металлов. Катод занимает около половины внутренней поверхности баллона, а остальная прозрачная его часть служит входным световым окном. Анод фотоэлемента выполнен в виде металлического стержня, кольца или сетки и расположен в центре баллона.
Под действием светового потока фотокатод излучает поток электронов, которые при наличии между катодом и анодом постоянного напряжения создают фототок.
Достоинства: высокая чувствительность (фотоумножители, газонаполненные фотоэлементы) и
высокое быстродействие (вакуумные фотоэлементы и фотоумножители). Недостатки:
необходимость высоких питающих напряжений и существенные габариты.
8.Внутренний фотоэффект и фотоэлементы на его основе (дать определения).
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твёрдых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.
Фотопроводимостью - увеличение электрической проводимости вещества(в результате появления свободных носителей) под действием излучения.
Вентильный фотоэффект или фотоэффект в запирающем слое – явление, при котором фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твёрдое тело (полупроводник) или жидкость (электролит).
1. Фоторезисторы - полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом. Действие основано на зависимости их фотопроводимости от интенсивности и спектрального состава падающего на них излучения.
Достоинства: простота их устройства и низкая стоимость.
Недостатки: заметная инерционность (по сравнению с другими фотоэлектрическими преобразователями), температурная и временная нестабильность.
2. Фотодиод - фотоэлектрические приемники, в которых под действием излучения возникает фото-ЭДС на границе двух контактирующих материалов, называются вентильными фотоэлементами, или фотоэлементами с запорным слоем. Они выполняются на основе полупроводниковых р-n переходов и могут использоваться в вентильном, или в диодном режиме
- с внешним источником обратного напряжения, поданного на фотодиод.
Достоинства: простота технологии изготовления и структуры, сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия, малое сопротивление базы, малая инерционность.
3.Фототранзи́стор – оптоэлектронный полупроводниковый прибор, вариант биполярного транзистора. Отличается от классического варианта тем, что область базы доступна для светового облучения, за счёт чего появляется возможность управлять усилением электрического тока с помощью оптического излучения.
9.Светодиод. Оптрон (дать определения).
Светодио́д — это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом,
создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.
Условное обозначение на схеме:
Светодиоды — наиболее развивающееся направление в области источников света. Сейчас созданы светодиоды практически всех цветов радуги — от красного до фиолетового, а также диоды, излучающие в инфракрасной области.
Оптопара (оптрон) - электронный прибор, состоящий из излучателя света (светодиод) и
приемника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров,
фоторезисторов), связанных оптическим каналом и, как правило, объединённых в общем корпусе.
Принцип работы: преобразование электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал. По сути: в одном корпусе соединены и источник света, и приемник.
10.Закон Бугегра-Ламберта-Бера. Спектрофотометрия.
11.Статическая вольтамперная и частотная характеристики ФЭП
12. Сквиды и их применение в медицине. Явление сверхпроводимости.
Сквиды – сверхчувствительные магнитометры, используемые для измерения очень слабых магнитных полей. Они обладают высокой чувствительностью и представляют собой сверхпроводящее кольцо с двумя джозефсоновскими туннельными контактами.
С помощью СКВИДов ведутся записи магнитных сигналов от органов человеческого тела – в дополнение к ЭКГ и ЭЭГ. Для съемки магнитных сигналов не нужен непосредственный контакт с телом. Также возможна регистрация более слабых сигналов или исходящих от небольших участков тела.
Таким способом удается получить магнитограмму плода беременной женщины.
Это важно, потому что раннее обнаружение отклонений в ритме сердца и назначение лечения могут уменьшить возникающее повреждение мозга ребенка и устранить его умственную отсталость.
Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения. Сверхпроводимость – квантовое явление. Оно характеризуется эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Такой эффект показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании.