Laser Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation Ενισχυση του φωτός από ενεργοποιημένη εκπομπή ακτινοβολίας
50 χρόνια laser
Εφαρμογές των Laser στην καθημερινότητα, στην τεχνολογία στην ιατρική
Εφαρμογές των Laser στην καθημερινότητα, στην τεχνολογία στην ιατρική
Εφαρμογές των Laser
Εφαρμογές των Laser http://www.youtube.com/watch?v=78hjjekpuwi&feature=related
Iδιότητες ακτινοβολίας Laser Mονοχρωματικότητα Κατευθυντικότητα Λαμπρότητα Συμφωνία Δημιουργία βραχέων και γιγάντιων παλμών Πόλωση 2/12/2013 9
Laser Μονοχρωματικότητα Aκτινοβολία μελανού σώματος LED 2/12/2013 10
Μονοχρωματικότητα 2/12/2013 11
Λαμπρότητα 2/12/2013 12
Κατευθυντικότητα 2/12/2013 13
Συμφωνία 2/12/2013 14
Συμφωνία 2/12/2013 15
Πόλωση 2/12/2013 16
Πόλωση 2/12/2013 17
Μέρη από τα οποία αποτελείται μια κάθε συσκευή ή σύστημα Laser Ενεργό υλικό Μηχανισμός άντλησης ή αναστροφής πληθυσμού Οπτική κοιλότητα 2/12/2013 18
Διαδικασίες αλληλεπίδρασης φωτός - ύλης
Εξαναγκασμένη εκπομπή
Ενίσχυση φωτός από εξαναγκασμένη εκπομπή
Ηλεκτρονικές μεταπτώσεις διέγερση Απορρόφηση ενέργειας e- e- εκπομπή E=h ν (ενέργεια υπό μορφή ενός φωτονίου)
Βασικές και διεγερμένες στάθμες Κανονική διεγερμένη στάθμη Μετασταθής διεγερμένη στάθμη Βασική στάθμη 2/12/2013 35
Παραγωγή φωτός Laser Αυθόρμητη εκπομπή Κανονική διεγερμένη κατάσταση Μετασταθής διεγερμένη κατάσταση Προκλημένη απορρόφηση Πρόκληση εκπομπής (LASER) Βασική κατάστηση 2/12/2013 36
Πληθυσμιακή κατανομή σε δύο επίπεδα 2/12/2013 37
Πληθυσμιακή κατανομή σε δύο επίπεδα 2/12/2013 38
Πληθυσμιακή κατανομή σε τρία & τέσσερα επίπεδα 2/12/2013 39
Οπτική κοιλότητα 2/12/2013 40
Στάσιμο κύμα εντός οπτικής κοιλότητας για n ακέραιος αριθμός 10 6
Τρόποι ταλάντωσης (modes) Διαμήκης τρόπος ταλάντωσης (longitudinal modes) Εγκάρσιοι τρόποι ταλάντωσης (transverse modes) 2/12/2013 42
Τρόποι ταλάντωσης (modes) Διαμήκης τρόπος ταλάντωσης (longitudinal modes) 2/12/2013 43
Αρχές Laser Τρόποι ταλάντωσης (modes) Εγκάρσιοι τρόποι ταλάντωσης (transverse modes) TEM pq P=αριθμός ελάχιστων οριζόντια q=αριθμός ελάχιστων κατακόρυφα 2/12/2013 44
το προφίλ της δέσμης
Συστήματα Laser
Ταξινόμηση των συστημάτων Laser
Ταξινόμηση των συστημάτων Laser
Ταξινόμηση των συστημάτων Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser
Tα είδη των Laser Laser Αργού Laser βαφής
Tα είδη των Laser
Laser διεγερμένων διμερών (Eximer Laser) Tα είδη των Laser
Μήκος κύματος εκπομπής διεγερμένων διμερών Διεγερμένα διμερή Μήκη κύματος εκπομπής (nm) ArF 193 ArCl 175 XeL 253 XeCl 308 XeF 351,353 XeBr 282 KrCl 222 KrF 248 F 2 157
Λέιζερ διεγερμένων διμερών. (AOV-FB Ophthalmic Excimer Laser System - Scoperich Medical Devices Co., Ltd σε συνεργασία με 66 Vision Tech Co., Ltd)
Femtosecond στερεάς κατάστασης λέιζερ για κοπή του κερατοειδικού κρημνού. (IntraLase FS Laser Abbot Medical Optics/AMO)
Tα είδη των Laser Laser CO 2 Σχήμα 13.: Το ενεργειακό διάγραμμα του μορίου διοξυδίου του άνθρακα. Σχήμα 12.: Σχηματική παράσταση των τρόπων ταλάντωσης του μορίου διοξυδίου του άνθρακα 2/12/2013 64
Tα είδη των Laser
Επίδραση της ακτινοβολίας των Laser
Είδη αλληλεπιδράσεων φωτονίων - ύλης 2/12/2013 67
Επίδραση της ακτινοβολίας των Laser Βασικά κριτήρια: η πυκνότητα ισχύος η διάρκεια έκθεσης και το μήκος κύματος
Επίδραση της ακτινοβολίας των Laser Πυκνότητα ισχύος α) J 10 6 W cm -2 : συμβαίνουν φωτομηχανικά ή θερμομηχανικά φαινόμενα β) J 10 W cm -2 : κυριαρχούν τα φωτοχημικά φαινόμενα γ) ενδιάμεσα : 10 6 W cm -2 > J > 10 W cm -2 θερμικά φαινόμενα
Οπτικά φαινόμενα από την αλληλεπίδραση ακτίνας Laser με τον βιολογικό ιστό Ανάκλαση Διαπερατότητα Απορρόφηση σκέδαση
Οπτικά φαινόμενα από την αλληλεπίδραση ακτίνας Laser με τον βιολογικό ιστό R ( n i ( n i n 0 n 0 ) ) 2 2
Απορρόφηση φωτός από την ύλη Ι(x) = Io exp (-α x) Ο νόμος Lambert - Beer παραδοχή di I0 a x απόδειξη
Οπτικά φαινόμενα Αλληλεπίδρασης φωτός Laser εξασθένηση δέσμης
η θερμική επίδραση Η θερμική επίδραση της ακτινοβολίας Laser που έχει ως συνέπεια την ανύψωση της θερμοκρασίας, εξαρτάται τόσο από παράγοντες της ακτινοβολίας, όσο και από παραμέτρους και χαρακτηριστικά του ιστού, ήτοι από: 1. την πυκνότητα ενέργειας 2. την διάρκεια της ακτινοβόλησης (χρόνο έκθεσης) 3. τον τρόπο (συνεχή ή παλμικό) της ακτινοβόλησης 4. Τη θερμοχωρητικότητα του ακτινοβολούμενου σώματος 5. Τη θερμική αγωγιμότητα του σώματος 6. Την θερμική μεταφορά και 7. Τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπει το σώμα
Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης φωτός Laser-ιστού α) J 10 6 W cm -2, συμβαίνουν φωτομηχανικά ή θερμομηχανικά φαινόμενα β) J 10 W cm -2, κυριαρχούν τα φωτοχημικά φαινόμενα
Οπτικά φαινόμενα Αλληλεπίδρασης φωτός Laser εξασθένηση δέσμης
Τρόποι ακτινοβόλησης της δέσμης Laser H ακτινοβόληση της δέσμης Laser στο επιθυμιτό σημείο γίνεται με τρις τρόπους: α) με συνεχή ακτινοβόληση, με β) παλμκή ακτινοβόληση και γ) με διακοπτόμενη εκμπομπή. Στην πρώτη η ένταση της δέσμης παραμένη σχεδόν αμετάβλητη στον χρόνο, όπως αυτή εξέρχεται από την συσκευή Laser. Στην δεύτερη περίπτωση η δέσμη υφίσταται μια διαμόρφωση κατά πλάτος με την χρήση διαφόρων τεχνικών (Q-switch, Mode Loched κλπ), οι οποίες επιτρέπουν την εκπομπή παλμών ελάχιστα μικρής διάρκειας. Οι παλμοί αυτοί περικλείουν το σύνολο της ενέργειας ακτινοβολίας στο μικρό αυτό χρονικό διάστημα, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται μ αυτόν τον τρόπο δισανάλογα μια σημαντική μεγέθυνση της έντασης I της δέσμης, αφού είναι: Ι = Ε / Δt S (E=ενέργεια, S=εμβαδόν διατομής) Ο τρίτος τρόπος της διακοπτόμενης δέσμης βρίσκεται ανάμεσα στους άλλου δύο: πρακτικά ανοιγοκλείνεται η παροχή ρεύματος ή μέσω μηχανικών διακοπτών (chopper) ακτινοβολείται μια περιοχή με συνεχή δέσμη, η οποία διακόπτεται για σχετικά μεγάλους χρόνους. Χαρακτηριστικοί παράμετροι αυτού του είδους της διακοπτόμενης χρήσης της δέσμης είναι: ο χρόνος διάρκειας Δt της συνεχούς εκπομπής και ο χρόνος παύσης Τ, ανάμεσα σε δύο διαδιχικές εκπομπές ακτινοβολίας
Ο χρόνος έκθεσης ή εφαρμογής της ακτινοβολίας t προκύπτει από την σχέση: (πυκνότητα ενέργειας δέσμης) x (επιφάνεια) [J/cm²][cm²] t = -------------------------------------------------------- = ------------------ = [s] (μέση ισχύ) [W] η δε μέση ισχύ P στην περίπτωση παλμικής εφαρμοφής με μέγιστη ισχυ P max υπολογίζεται ως P = Pmax x (διάρκεια παλμών) x (συχνότητα παλμών)
Σχηματική παρουσίαση των ειδών αλληλεπιδράσεων
Φάσμα απορρόφησης μελανίνης και νερού
O συντελεστής απορρόφησης α ζώντος ιστού O συντελεστής απορρόφησης α ζώντος ιστού ιστός μήκος κύματος [nm] α [cm-1] οξυγονωμένο 620 6.2 αίμα '' 805 6.2 μη οξυγονωμένο 620 18.5 αίμα '' 805 6.2 επιδερμίδα 400 2.8 υποδερματικό 400 0.7 λίπος '' 500 0.4 '' 600 0.2 συκώτι (ποντικού) 1064 15.2 νεφρός (ποντικού) 1064 15.2 ρετίνη 514 1587.0 χρωμοφόρος επιθήλιο 633 821.0 '' 1060 120.0
Τρόποι εστίασης της δέσμης στον ιστό
Εφαρμογές συγκεκριμένων τύπων λέιζερ στην ιατρική Τύπος Λέιζερ Τρόπος Λειτουργίας Μήκος Κύματος Ενέργεια(J)/Ισχύς( Ιατρικές Εφαρμογές (nm) W) Excimer Συνεχής/Παλμική 193-248nm 1 Διαθλαστική Χειρουργική Ιόντα Αr + Συνεχής 488/514 2-10 Γενική χειρουργική, δερματολογία, ουρολογία, οφθαλμολογία Argon-Dye Συνεχής 488/788 0.5-3 Πλαστική χειρουργική, δερματολογία, ογκολογία, οφθαλμολογία Nd: YAG Συνεχής 1064 10-120 Γενική χειρουργική, δερματολογία, ουρολογία, γαστρεντερολογία, νευροχειρουργική Nd: YAG Παλμική 1064 1 MW/παλμό Οφθαλμολογία
Κατηγορίες ως προς την επικινδυνότητα των Laser Κατηγορίες συστημάτων Laser, ως προς την επικινδυνότητά τους
Προσοχή στην χρήση των Laser
Βιβλιογραφία 1. Franz Koessler, Umweltbiophysik, Akademie-Verlag, Berlin 1984 2. A. Σεραφετινιδης, Επιθεωρηση Φυσικης, τομος 2ος, τευχος 5, σελιδα 7, Αθηνα 1980. 3. A. Ανδριτσακης, Laser και οπτοηλεκτρονικες διαταξεις, εκδοσεις Λυχνος, Αθηνα 1988. 4. J.A. Parrish & T.F. Deutsch, Laser Photomedicine, IEEE J. quantum electronics, QE 20, 12, 1984. 5. J.Fricke, Wechselwirkung von Laserlicht mit biologischem Gewebe, Physik in unserer Zeit, 62, 2, 1987. 6. M.L. Wolbarsht & D.H. Sliney, Laser Safety Standards Move on Laser & Applications, 96, April 1987. 7. V.S. Letokhov, Laser biology and medicine, Nature, 316, 325, July 1985. 8. J.-L. Boulnois, Photophysical Processes in Recent Medical Laser Developments: a Review, Lasers in Medical Science, 1 47, 1986. 9. K. Tradowsky, Laser, Vogel-Verlag, 1977. 10. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΤΣΟΥΓΚΡΑΝΗ ΔΕΣΠΟΙΝΑ & ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΠΟΥΛΟΥ ΣΟΦΙΑ
Βιβλιογραφία Χρησιμοποιήθηκε υλικό από παρουσίαση της κυρίας Μαρίας Κατσικίνης, Επίκ. Καθηγήτρια στο ΑΠΘ Εικόνες και σχήματα από το διαδίκτυο και την Wikipedia Αποσπάσματα (Εικόνες και σχήματα) από σημειώσεις του διδάσκοντα..