【真的假的?雷射筆發明和愛因斯坦有關?】
8月初,香港浸信大學學生購買10隻觀星用的雷射筆,被警方逮捕,引起 #反送中運動 又一波爭議,更讓「雷射筆」突然備受關注。
雷射光對人體有殺傷力嗎?又是誰發現與證實了雷射光?讓我們從科學專業的角度來了解這道「20世紀最重要的一道光」。
#從人造紅寶石獲得人類第一束雷射
最早提出「雷射光」概念的人是大名鼎鼎的愛因斯坦(Albert Einstein),他在論文中已經預測了「受激放射光」(Stimulated emission)的特性,只是當時技術仍不足以在實驗室中證實。
不過,愛因斯坦的理論讓後輩科學家不斷試圖解開這道「強光」之謎,1950年湯斯(Charles H. Townes)以氣體氨證實愛因斯坦的理論。1960年梅曼(Theodore Maiman)則以閃光燈照射人造紅寶石獲得人類第一束雷射(laser)。
雷射命名則是以「受激放射強化的輻射光源」(Light Amplification by Stimulated Emissions of Radiation)各取第一個字母拼成的單字。
#雷射筆是怎麼誕生的?
雷射技術被稱為20世紀最重要的發明之一,其運用也與日俱進。80年代半導體技術純熟後,透過電流刺激二激體發光,雷射產品體積越來越小。
利用雷射可以精準對準目標、光源不會發散的特性,把雷射與手電筒結合的「雷射筆」因而被研發出來,讓人們簡報時可遠距離指出目標。
後來雷射相關的產品推陳出新,從超市買東西時掃描條碼、讀取DVD,都會使用雷射光。工業上的「雷射切割技術」,則是利用雷射精準對準的特性,配合高強度雷射產生的表面高溫產生的。
#雷射筆會傷害人體嗎?
雷射筆是聚焦的強光,但通常電流都很弱,約介於1到5毫瓦(mW),直接照射眼睛,會造成不舒服,但不會產生嚴重傷害,屬於雷射分級的第三A級。
但是,若是像演唱會上營造舞台效果的藍色、紅色或綠色強光,通常則是數百毫瓦、甚至上千毫瓦,屬於第三B級到第四級,直接照射眼睛則會造成視網膜傷害,因此舞台雷射光不會直接照射觀眾,而是照射舞台或往天空照射。
【更多冷知識】
#藍光光碟畫質好的祕密就在雷射種類?
雷射不只運用在簡報筆上,也讓影音設備與技術更精進、甚至降低成本。
原本錄製CD與DVD使用的紅光雷射,但在隨著音樂和影像技術愈來愈細緻,需要更大的儲存空間,因此人們研發出運用藍光雷射的「藍光光碟」(Blu-ray Disc)。
主要原理在於,藍光波長比紅光短,儲存的訊息之間距離可以因此縮短,因此大幅增加儲存量。通常一片藍光光碟單層可儲存25GB的資料,比一般DVD的4.7GB容量增加許多,因此可以儲存更高畫質的影像。
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諮詢專家/劉昌樺(清華大學光電所助理教授)
採訪整理/嚴文廷
插畫/一百隻熊
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雷射切割氣體 在 《Make》國際中文版 Facebook 的最佳貼文
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雷射切割氣體 在 詹珞瑤 物理治療師 Veronica Rehab Youtube 的最佳解答
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什麼是物理治療?
什麼是物理治療?簡單的說,就是利用光、電、水、冷、熱、力等物理因子和運動治療,來評估並治療病患的問題。舉例來說,微波是一種電磁波,利用微波造成水分子的震盪可以來加熱食物。在物理治療中,就利用微波的此一特性,可震盪人體組織內的水分子,提高深部組織的溫度,加速血液循環,促進患部的癒合速度,也有減輕疼痛的效果。因此利用微波來治療,就是一種物理治療。
歸納起來,物理治療的方法如下:
(一)光療--紫外線、低能量雷射
(二)電療--低頻電刺激、中頻干擾波
(三)水療--溫水療、冷水療、熱水療、冰水療、冷熱水交替治療、水中運動治療
(四)冷療--冷敷、冰敷、冰按摩、冷氣治療
(五)熱療--濕熱療、乾熱療、超音波、短波、微波、蠟療、紅外線及熱敷包
(六)力療--操作治療、牽拉運動、牽引、按摩
(七)運動治療(Movement)--有伸展運動、主動運動、阻力運動、耐力運動、呼吸運動、平衡及協調運動、功能性運動、神經肌肉誘發技巧、姿勢矯正療法等。徒手治療(Manual):有關節鬆動術、按摩、筋膜鬆弛術、被動運動、其他特殊技巧。
§低能量雷射:
雷射是一種激發光子束,與一般光線不同的是,它具有單一頻率、單一色調、單一相位及集中光束的特性。一般醫用雷射,主要分為兩大類:
第一類是大家比較熟悉的高能量雷射,又稱為熱雷射或硬雷射,其能量通常為數十至數百瓦特,外科醫師常利用其高熱能以達到凝固止血及切割組織的作用。
另一類是低能量雷射,又叫冷雷射或軟雷射,其能量通常是數毫瓦特至數十毫瓦特。當這類雷射照射人體後,經由其電磁效應或光化學作用,會影響體內種種生理及代謝反應,例如血管擴張、去氧核糖核酸( DNA )合成增加、膠原組織增生及免疫功能的增進等。
由於低能量雷射具有上述生物刺激的特性,因此它可用來治療疼痛,並可增進傷口及組織復原。此種治療的副作用極低,少數病人會覺得治療部位有針刺感,其他副作用還包括噁心、頭暈、局部紅斑或皮膚色素增加等。由於雷射對眼睛有害,因此不可直接照射眼睛,治療時也要帶上墨鏡以保護眼睛。一個部位治療時間為數秒至數分鐘,治療的效果通常在三至五次內會顯現出來。目前在醫院中常用的有氦氖雷射及鎵?紅外線雷射等。
在風濕病的復健方面,低能量雷射可用來治療各種軟組織疾病,如肌腱炎、肌肉肌膜疼痛症候群等,其成效約為 75 ~ 80% 。
§電療:
根據史書記載,最早使用電刺激來治療骨關節疾病可追溯到西元前四世紀。當時的希臘人和羅馬人發現一種魚可產生一百至一百五十伏特的電流。他們就利用這種魚產生的電流來治療足部關節炎。
電刺激治療風濕關節炎最重要的目的是止痛,此外,電刺激也可以用來增強肌力,延緩或避免肌肉萎縮,減輕肌肉痙攣和增進血液循環。
電刺激的種類很多,其中與骨關節疾病之治療有關的可分為兩大類:一是低頻波(一般稱為經皮神經電刺激),另一則是中頻波(一般稱為中頻干擾波)。低頻波是指頻率在 1000 以下的電波,一般多採用 0 ~ 100; 中頻波的頻率是 1000 ~ 1000000 (一百萬)之間,但頻率超過 10000 (壹萬)以上的電波會產生熱,所以臨床上中頻波頻率均在 1000 至 10000 之間。經皮神經電刺激就是把電流通過黏在皮膚上的電極,以達刺激神經而得止痛的效果,成效不錯且無副作用,病人甚至可以買回家自行使用。
中頻干擾波一般是採用兩組電極(一組兩個),其頻率相差為 0 ~ 100 之間,如 4100 及 4000 ,通電後兩組電極會以中頻波穿透皮膚,而在深部組織發生電流干擾,產生一個 0 ~ 100 的低頻波。
採用中頻波的原因是穿透皮膚較容易,對皮膚的刺激也小,電流強度可以調得較大。
臨床研究顯示,電刺激對於下背痛、退化性關節炎、類風濕性關節炎、韌帶扭傷、肌腱炎(如網球肘)、肌肉及肌膜疼痛症候群等均有顯著的成效。
很多慢性關節炎病人因為長期藥物治療而導致胃及十二指腸潰瘍,可以考慮合併使用電刺激,以減少藥物的使用。
此外,雷諾氏症候群病人或是交感神經失營養症者,也可用電流刺激局部患處或相關的交感神經節,以增進血液循環。
而當風濕關節炎病人發生週邊神經病變時,也可用電刺激來減輕疼痛或是延緩肌肉萎縮。
§水療:
水療通常使用熱水,所以也算是淺層熱療的一種。除了利用水的熱度來降低肌肉痙攣,減輕關節疼痛之外,水還具有浮力及黏稠度。此特性使水療能提供患者同時做各種運動而不致傷害關節。此外,大多數醫院的水療槽內裝有馬達,可將空氣與水混合打入水療槽,造成渦流,具有按摩的效果。
水療的種類很多, 簡單的如家庭用的浴缸、公共浴室。一般醫院則依其規模大小而裝設各種上肢、下肢及全身水療槽、八字型水療槽或治療池等。此外,溫泉療法、泥漿療法亦可說是水療的一種。有人說溫泉或泥漿中的礦物質會改善關節炎,但亦有人反對此說法。
§冷療:
冷療的基本生理作用是使血管收縮,降低局部新陳代謝,壓抑神經的興奮及降低神經傳導速度。對於風濕關節炎而言,冷療可降低肌肉痙攣,減輕關節疼痛。
與熱療不同的是,冷療可止血、消腫,故適用於急性關節炎或骨關節急性外傷。有些病人在運動治療後會有疼痛、腫脹的現象,也可以用冷療來消除。
冷療的種類有很多,如浸泡法、冷(冰)敷法、冰塊按摩法及噴霧法等。
浸泡法就是把要治療的肢體浸入 0 至 10 ℃的冷水中。
冷敷法有很多種,常用的是家庭用的冰敷袋,只要把冰水放入橡皮袋或塑膠袋即可。亦可使用含有矽膠的冰敷袋,使用前先放入冰箱上層,使用時再取出即可。必要時可將冰敷袋充氣後壓迫患處,以止血消腫。其他還有即冷式的化學冰敷袋,使用時將袋子一壓,其內容物會產生化學作用而迅即變冷。
冰塊按摩法是用冰塊按摩患處。為了方便起見,使用前可先把冰塊作成杯形或圓柱形,以便於局部按摩。
噴霧法是將甲基氟( methylfluoride )等化學物質裝入容器中,使用時可噴出冷凍氣體,常用來治療肌肉疼痛或急性運動傷害。在國外風濕病醫師做關節穿刺前也常用來減輕病人的痛苦。國內有些醫院也裝設大型的噴霧式冷療機。
冷療的治療時間為五至二十分鐘。冷療初期會覺得冰冷,接著會感覺燒燒的,最後會有點酸痛、麻木。當皮膚變白發青時,應立即中止治療,以免凍傷。罹患周邊血管病變、雷諾氏症候群(手指遇冷會發白發紅)或是對於冷療過敏的人,都不適合做冷療。
§熱療:
熱療最重要的功效有五:
(1) 減輕疼痛,
(2) 降低肌肉痙攣,
(3) 減輕關節的僵直感,
(4) 增進膠原組織的延展性,以增進關節活動度,
(5) 增進血液循環。
根據穿透人體組織的深淺,可將熱療分為淺層及深層熱療。淺層熱療透熱深度小於一公分,包括熱敷包、熱水袋、烤燈、紅外線、電毯、蠟療、微粒療法( fluidotherapy )等。深層熱療又稱為透熱療( diathermy ),其熱量可深入三到六公分,包括短波、微波及超音波等。
熱敷是常見的一種熱療方式,在家裡可以用水煮、化學生熱、微波爐加熱等方式的熱敷包包上毛巾,敷在患部 20 到 30 分鐘即可。電毯,也是很方便的一種熱敷方式,一般電毯是乾熱式的,目前市面上也有溼熱式電毯,即利用吸收空氣中水分或直接可包潮布,其效果比乾熱式者為佳。熱水袋是種便宜簡單的熱敷方法,只要將熱水注入熱水袋內封緊,外包乾或微濕毛巾即可。
熱敷用品不一定愈貴愈好,只要個人使用方便有效即可,在購買市面上各式各樣的熱敷用品應事先了解使用與保存的方法。使用熱療最主要是避免燙傷,熱敷不是愈熱愈好,也不是愈久愈好,所以使用電毯最好能夠定時,避免睡覺時用,感覺遲鈍或喪失者應多包一層毛巾或溫度不要太高,使用時間 20 至 30 分鐘就夠了,超過 30 分鐘效果差不多,且就算溫度不高時間夠長也會造成燙傷的。在此吾人不建議用熱毛巾作熱敷,因為熱毛巾保溫效果較差且容易燙傷。
其他熱療方式如紅外線燈屬乾熱式熱療,有時會因太乾燥而皮膚不適。
在物理治療部門除使用熱敷包外,也會使用所謂深部熱療或透熱療法,一般是利用高頻的電磁波例如短波、微波、或者用超音波等,深部熱療可穿透到組織的深部,但有其適應症與禁忌症,必須由專業的物理治療人員施行,否則容易發生危險。
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