Lézer. Lézerek mindenütt. Lézer: Lézer



Hasonló dokumentumok
Atomszerkezet. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. Lumineszcenciás technikák. E e > E v > E r. + E v.

Laser / lézer. Egy kis történelem. Egy kis történelem. Egy kis történelem Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója

LÉZER: Alapok, tulajdonságok, kölcsönhatások

Lumineszcencia Fényforrások

LÉZER: Alapok, tulajdonságok, alkalmazások

Lézerek. A lézerműködés feltételei. Lézerek osztályozása. Folytonos lézerek (He-Ne) Impulzus üzemű lézerek (Nd-YAG, Ti:Sa) Ultrarövid impulzusok

Kimenő üzemmód ; Teljesítmény

A lézersugár és szerepe a polimer technológiákban

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Mérnökgeodézia 6. A lézertechnika, és mérnökgeodéziai alkalmazása Dr. Ágfalvi, Mihály

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Lumineszcencia alapjelenségek

Lumineszcencia. Atomszerkezet. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. E e > E v > E r. + E v. + E r. = E e. E total. Alapok, tulajdonságok

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Lézer. Lézerek mindenütt. Lézer: Lézer

A fény terjedése és kölcsönhatásai

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Az elektromágneses spektrum és a lézer

Gerhátné Udvary Eszter

Biofizika tesztkérdések

1. Atomspektroszkópia

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

A LÉZERSUGÁRZÁS ALAPVETŐ ISMÉRVEI SPONTÁN VS. INDUKÁLT EMISSZIÓ A FÉNYERŐSÍTÉS FELTÉTELE A POPULÁCIÓ INVERZIÓ FELTÉTELE

Femtokémia: a pikoszekundumnál rövidebb reakciók kinetikája. Keszei Ernő, ELTE Fizikai Kémiai Tanszék

Száloptika, endoszkópok

zernyaláb, mint szerszám

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

A talliummal szennyezett NaI egykristály, mint gammasugárzás-detektor

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

ATTOSZEKUNDUMOS IMPULZUSOK

Laser / lézer. Egy kis történelem. Egy kis történelem. Egy kis történelem Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója

Az elektromágneses színkép és egyes tartományai

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

Különböző fényforrások (UV,VIS, IR) működési alapjai, legújabb fejlesztések

Lézerek Lézer és orvosbiológiai alkalmazásaik

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Abszorpciós fotometria

Elektromágneses hullámok, a fény

B2. A FÉNY FOGALMA, FÉNYJELENSÉGEK ISMERTETÉSE,

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

CCD detektorok Spektrofotométerek Optikai méréstechnika. Németh Zoltán

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

SZERVÍZTECHNIKA ÉS ÜZEMFENNTARTÁS. Dr. Szabó József Zoltán Egyetemi docens Óbudai Egyetem BDGBMK Mechatronika és Autótechnika Intézet

Monotektikus felületi rétegek létrehozása lézersugaras felületkezeléssel. PhD értekezés. Svéda Mária okleveles anyagmérnök

A Raman spektroszkópia alkalmazása fémipari kutatásokban Raman spectroscopy in metallurgical research Dénes Éva, Koós Gáborné, Kőszegi Szilvia

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

4. Szervetlen anyagok atomemissziós színképének meghatározása

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

A fény biológiai hatásai

Havancsák Károly, ELTE TTK Fizikai Intézet. A nanovilág. tudománya és technológiája

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Fénysugarak visszaverődésének tanulmányozása demonstrációs optikai készlet segítségével

Feladatok haladóknak


8. Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése jegyzőkönyv

X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata



Abszorbciós spektroszkópia

Fém, kerámia és biokompozit bioanyagok lézersugaras felületmódosítása

HAJLÉKONY ÁRAMKÖRI HORDOZÓK LÉZERES BERÉNYI RICHÁRD MIKROMEGMUNKÁLÁSA TÉRBELI ALAKZATOK KIALAKÍTÁSÁHOZ



A 34. Nemzetközi Fizikai Diákolimpia mérési feladata 1 : Lézerdióda és nematikus folyadékkristály optikai tulajdonságai 2

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

2 Mekkora az egyes sejtekre vonatkozó nyugalmi potenciál értéke? 30 és 100 mikrovolt közötti értékek nagyságrendjébe esik

Modern mikroszkópiai módszerek

Einstein: Zur Quantentheorie der Strahlung, 1917

1. Ha két közeg határfelületén nem folyik vezetési áram, a mágneses térerősség vektorának a(z). komponense folytonos.

Árnyék. Félárnyék. 3. A fény keletkezése

'lo.g^ MA Go 1 /V Z. \flz I SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY

Újabb vizsgálatok a kristályok szerkezetéről

Bioinformatika előad

Nemlineáris és femtoszekundumos optika Szakmai záróbeszámoló OTKA K 47078

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Oxidkristályok lineáris terahertzes spektroszkópiai vizsgálata. Unferdorben Márta

Anyagfelvitel nélküli felületkezelések

Az atom felépítése, fénykibocsátás (tankönyv 68.o.- 86.o.)

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Konferencia a tapasztalatok jegyében

H H 2. ábra: A diazometán kötésszerkezete σ-kötések: fekete; π z -kötés: kék, π y -kötés: piros sp-hibrid magányos elektronpár: rózsaszín

A projekt eredetileg kért időtartama: 2002 február december 31. Az időtartam meghosszabbításra került december 31-ig.

Akuszto-optikai fénydiffrakció

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Elektronmikroszkópia. Nagy Péter Debreceni Egyetem, Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet 1/47

Az elektromágneses spektrum és a lézer

Távolságmérés hullámokkal. Sarkadi Tamás

Agrár-környezetvédelmi Modul Vízgazdálkodási ismeretek. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

MgB 5. Gd y. (x + y + z = 1) pigmentet tartalmazó kerámiai festékek. Tb z. Ce x O 10. Tax Zoltán Kotsis Leventéné Horváth Attila Veszprémi Egyetem

Az optikai szálak. FV szálak felépítése, gyakorlati jelenségek

Átírás:

Lézerek mindenütt Lézer Kellermayer Miklós 5 mw diódalézer néhány mm Terawattos NOVA lézer - Lawrence Livermore Laboratories Futballpálya méret Lézer Lézer: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1. Mi a lézer? 2. Rövid lézertörténet 3. A lézerműködés alapjai 4. A lézerfény tulajdonságai 5. A lézerek típusai 6. A lézer orvosi és biológiai alkalmazásai hν hν Fényerősítést megvalósító lumineszcens fényforrás. MASER: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Lézertörténet dióhéjban A lézer alapjai I. indukált (stimulált) emisszió Albert Einstein (1879-1955) Theodore Maiman (1927-2007) Charles H. Townes (1915-) Steven Chu (1948-) Arthur L. Schawlow (1921-1999) Nikolay G. Basow (1922-2001) Alexander M. Prokhorov (1916-2002) Gábor Dénes (1900-1979) 1917 - Albert Einstein: indukált emisszió elméleti predikciója. 1946 - G. Meyer-Schwickerather: első szemműtét fénnyel. 1950 - Arthur Schawlow és Charles Townes: az emittált fotonok a látható tartományba eshetnek. 1954 - N.G. Basow, A.M. Prochorov, és C. Townes: ammónia mézer 1960 - Theodore Maiman: első lézer (rubin lézer) 1964 - Basow, Prochorow, Townes (Nobel-díj): kvantum elektronika 1970 - Arthur Ashkin: lézercsipesz 1971 - Gábor Dénes (Nobel-díj): holográfia 1997 - S. Chu, W.D. Phillips és C. Cohen-Tanoudji (Nobel-díj): lézeres atomhűtés. 2013. október 8 - NIF (National Ignition Facility, USA): magfúzió beindítása 192 lézernyalábbal, pozitív energiamérleg. 1. Abszorpció 2. Spontán emisszió 3. Indukált emisszió N 2 ρ(ν) ρ(ν) B 21 B 12 N 1 Átmenet gyakorisága: n 12 =N 1 B 12 ρ(ν) ΔE= - =hν energiakvantum elnyelésekor. Magyarázat: kétállapotú atomi vagy molekuláris rendszer, : energianívók, > ρ(ν) : sugárzási tér spektrális energiasűrűsége N 1, N 2 : adott energianívón levő atomok, molekulák száma B 12, A 21, B 21 : energianívók közötti átmeneti valószínűségek (Einstein-féle együtthatók), B 12 = B 21 A 21 Átmenet gyakorisága: n 21 =N 2 A 21 - fotonok egymástól függetlenül a tér minden irányába. Átmenet gyakorisága: n 21 =N 2 B 21 ρ(ν) Külső sugárzási tér hatására. Sugárzási tér energiája nő. Emittált és külső fotonok fázisa, iránya, frekvenciája megegyezik. A lézer alapjai II. Populáció inverzió A lézer alapjai III. Optikai rezonancia Fényerősítés az energianívók relatív betöltöttségétől függ J K Aktív közeg dx J+dJ dj=jk(n 2 -N 1 )dx J = energiaáram-sűrűség K = állandó x = fény által a közegben megtett út N1, N2 = atomok száma az energianívón N.B.: Ha dj pozitív, több fény jön ki a közegből, mint amennyi bejut! Zárótükör (99.9%) Pumpálás Aktív közeg Részlegesen áteresztő tükör (99%) Lézernyaláb d=mλ/2 m = 1, 2, 3,... Termikus egyensúly Populáció inverzió csak többállapotú rendszerben! Pumpálás: elektromos, optikai, kémiai energia Pumpálás Populáció inverzió Gyors relaxáció Metastabil állapot Lézerátmenet Rezonátor: két párhuzamos sík (vagy homorú) tükör a kimenő fényteljesítmény egy részét visszacsatolja a közegbe pozitív visszacsatolás -> öngerjesztés -> rezonancia Optikai zár a rezonátorban: Q-csatolás, impulzus üzemmód E 0

A lézerfény tulajdonságai I. 1. Kis divergencia Párhuzamos nyaláb 2. Nagy teljesítmény Folytonos üzemmódban több tíz, akár száz W (pl. CO 2 lézer) Q-csatolású üzemmódban a pillanatnyi teljesítmény hatalmas (GW) Kis divergencia miatt óriási térbeli teljesítménysűrűség 6. Koherencia A lézerfény tulajdonságai II. fázisazonosság, interferenciaképesség Időbeli koherencia (különböző időpontokban emittált fotonok fázisazonossága) Térbeli koherencia (nyalábkeresztmetszet menti fázisazonosság) 3. Kis spektrális sávszélesség Monokromaticitás Nagy spektrális energiasűrűség 4. Polarizáltság 5. Rendkívül rövid impulzusok lehetősége ps, fs Alkalmazás: holográfia, optikai koherencia tomográfia Lézertípusok A zöld lézermutató Fényerősítő közeg alapján: 1. Szilárdtest lézerek Kristályokba v. üveganyagokba bevitt fémszennyeződés; Rubin, Nd-YAG, Ti-zafír Vörös-infravörös spektrális tartomány; Folytonos, Q-kapcsolású üzemmód, nagy teljesítmény 2. Gázlézerek Legismertebb: He-Ne lézer (10 He/Ne). Kis energia, Széleskörű használat CO 2 lézer: CO 2 -N 2 -He keverék; λ~10 μm; Óriási teljesítmény (100 W) 3. Festéklézerek Szerves festékek (pl. rodamin, kumarin) híg oldata; Pumpálásra más lézer használt Nagy teljesítmény (Q-kapcsolt módban); Hangolható Tápegység (telep) Pumpáló dióda vezérlő DPSS lézer egység Lépések: 1. Diódalézer (808 nm) pumpál 2. Szilárdtest-lézer (Nd:YVO 4: neodimiummal szennyezett yttrium-vanadát) 1064 nm-es fényt állít elő 3. KTP (kálium titanil-foszfát) kristály frekvenciát dupláz (hullámhosszt felez): 532 nm (zöld) 4. Félvezető lézerek Összefekvő p- és n-típusú, szennyezett félvezetők határán. Rezonátor tükrökre nincs szükség (belső visszaverődés) Vörös, IR spektrális tartomány. Nagy kontinuus üzemmódú teljesítmény (akár 100W) Nyalábkarakterisztika nem túl jó. Kis méret miatt széleskörű alkalmazás. 808 nm pumpáló dióda Fókuszáló lencse Szórólencse Kollimátor lencse IR szűrő *Megjegyzések: DPSS: diode-pumped solid state MCA: multiple crystal assembly LD: laser diode

Lézerek, spektrális vonalak és sávok Lézerek alkalmazása Teljesítmény alapján 5 mw CD-ROM meghajtó 5 10 mw DVD lejátszó vagy DVD-ROM meghajtó 100 mw Nagysebességű CD-RW író 250 mw DVD-R író 1 20 W szilárdtest-lézer mikromegmunkálásra 30 100 W sebészeti CO 2 lézer 100 3000 W ipari CO 2 lézer (lézervágó) 1 kw 1 cm diódalézer rúd A röntgentől az infravörösig rendelkezésre állnak lézervonalak. Lézeralkalmazás szempontjai Sebességmérés lézerrel LIDAR: Light Detection and Ranging Lézer Irányíthatóság Teljesítmény Monokromaticitás (fluoreszcencia alkalmazáso - lásd következő előadás!) Koherencia Pásztázó tükör Felülnézeti elrendezés Irányíthatóság Felvétel: rekonstruált térbeli elhelyezkedés. Közlekedési sebességmérőben: 100 impulzus 0.3 s alatt

MALDI-TOF: matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry Laser capture microdissection Termolabilis polimer a gyűjtősapka alján MALDI-TOF sémája Infravörös lézer megolvasztja a polimert Kiválasztott sejtek a polimer olvadékban Megolvadt polimercsepp mikroszkópos képe Teljesítménysűrűség Teljesítménysűrűség Fogóerő Impulzus lézer N2, 337 nm Gyorsítóba/ Detektorba Ionok Nyíróerő Felületi megtartó erő 30 Minta Mintatartó Jelentőség: lokális analitika lehetősége (kémia, genetika) Lézercsipesz Teljesítménysűrűség Holográfia Koherencia Lézer Mikroszkóp objektív F Fénytörő mikrogyöngy F Grádiens erő EGYENSÚLY Baktérium sejt manipulálása lézercsipesszel Szórási erő (fénynyomás) A lézercsipeszben a fotonok és a fénytörő részecske között impulzuscsere lép fel Molekuláris erőmérés lehetősége! Gábor Dénes (1900-1979) Hologram felvétele Hologram megtekintése Molekula manipulálása lézercsipesszel 3 μm átmérőjű latex (polistirol) mikrogyöngyök optikai csipeszben Aktin filamentum dsdns Hologram fotolemez felülete Hologramok

A lézer orvosi alkalmazásai I. Beeső lézernyaláb Refrakció Szóródás Biológiai szövet! Reflexió Abszorpció Emisszió A biológiai szövet tulajdonságai alapvetőek a hatás kialakításában: abszorbancia, fényindukált reakciók A lézer orvosi alkalmazásai II. Sebészeti szakmák: lézerszike, koaguláció, vérzés nélküli operáció. Daganateltávolítás. CO 2 és Nd:YAG lézer. Holmium lézer lithotripsia (urológia). Bőrgyógyászat: rendkívül kiterjedt alkalmazás - anyajegyek, tetoválások, felületi erezettség, szőrzet, daganat eltávolítása, stb. Fogászat: szuvas részek preferáltan abszorbeálnak. Photodynamiás tumorterápia: fotoszenzitív, tumor által preferáltan felvett kémiai anyagok aktiválása lézerrel. Szemészet: Retinaleválás, szemfenék fotokoagulációja, glaucoma, fotorefraktív keratektomia (PRK). 1. Szempontok 2. Lézeres szőrtelenítés Phototricholysis, photoepiláció 1. Alkalmazott hullámhossz: Argon: 488 or 514.5 nm Ruby: 694 nm Alexandrite: 755 nm Pulsed diode array: 810 nm Nd:YAG: 1064 nm Alapja: szelektív photothermolysis chromophorok általi szelekív abszorpció Alkalmazott chromophorok: 1. Szén (exogén, széntartalmú kenőcsök) 2. Hemoglobin (endogén) 3. Melanin (endogén) 2. Impulzusszélesség 3. Megvilágított terület nagysága (8-10 mm átmérő) 4. Energiasűrűség (J/cm 2 ) 5. Repeticiós ráta (akkumulációs hatások) 6. Epidermális hűtés (gélek, folyadékok, spray-k, levegő) Kezelés után

3. Tetoválás eltávolítás 4. Anyajegy eltávolítás Q-kapcsolású Nd:YAG lézer (1064 nm) Kezelés után Kezelés után 5. Felületes erek, vénák eltávolítása 6. Bőr felületi módosítása ( resurfacing ) 1993. Adrian CO 2, Erbium:YAG lézer Kezelés után Ránctalanítás Napkárosítás 2 évvel a kezelés után Rhinophyma (faggyúmirigy hipertófia, fibrózis) Szisztémás epidermális naevusok

Szemészeti alkalmazások: 1. Alapelvek Szemészeti alkalmazások: 2. LASIK Az optikai közegek transzmittivitása hullámhossz-függő Látható lézer UV lézer Laser-assisted In Situ Keratomileusis A refraktív lézer-szemsebészet egy fajtája Történet: Jose Barraquer, 1970: microkeratome építése, mellyel a corneába lézerrel hasadékokat vágott és lemezeket alakított ki (keratomileusis). Lucio Buratto (Olasz) és Ioannis Pallikaris (Görög), 1990: keratomileusis és photorefractív keratectomia kombinálása. Thomas and Tobias Neuhann (Németo), 1991: automatizált microkeratome. Lépések: 1. Kontaktlencse eltávolítása (7-10 nappal a beavatkozás előtt) 2. Lézeres letapogatás (kis teljesítmény): a cornea topográfiájának megrajzolása 3. Cornea felületéről egy lemez felhajtása (fs lézerrel) 4. Stroma anyagából eltávolítás (néhány 10 mikrométer vastagságban). Excimer lézer (193 nm). OCT Fotodinámiás terápia Optikai koherencia tomográfia (Optical Coherence Tomography) noninvazív kontrasztanyagmentes majdnem mikroszkópikus felbontás Működési elv: a minta mélyebb részeiben visszaverődő, illetve szóródó sugarak interferometria segítségével szétválaszhatók. A reflektáló rétegek helyzete meghatározható. A minta szerkezete (1-2 mm mélységben) feltárható. Interferometriai elrendezés az OCT-ben Photodynamiás terápia (PDT): Roswell Park Cancer Institute 1970-es évek. Háromkomponensű tumorterápiás módszer: 1. Fotoszenzitizáló ágens, 2. Fény, 3. Oxigén. Lépések: 1. Fotoszenzitizáló prekurzor beadása (aminolevulinsav, ALA). 2. Néhány órás inkubációs idő. Ez alatt az ALA protoporhyrin IX-é alakul. 3. A célterület megvilágítása diódalézerrel (néhány perc). 4. Protoporphyrin abszorbeál gerjesztett szingulett állapot triplett állapot energiatranszfer triplett oxigénnel gerjesztett, reaktív oxigén szöveti reakció 5. Néhány napon belül a terület elhal, leválik. Normál retina Macula degeneráció