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



Hasonló dokumentumok
Lézerek Lézer és orvosbiológiai alkalmazásaik

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

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

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

A lézer alapjairól (az iskolában)

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

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

A lézersugár és szerepe a polimer technológiákban

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVIII-a, Cluj-Napoca Proba teoretică, 1 iunie II. Feladat: Lézer (10 pont)

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

jelszó: geta5

2.4. ábra Alkalmazási területek

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Fotonikai eszközök ZH bulid10.10.sp1

Lézer. Lézerek mindenütt. Lézer: Lézer

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

LÉZEREK ÉS (KATONAI) ALKALMAZÁSAIK BEVEZETÉS

Lézerek. Extreme Light Infrastructure. Készítette : Éles Bálint

Rövid impulzusok esetén optikai Q-kapcsolót is találhatunk a részben áteresztő tükör és a lézer aktív anyag között.

NAGY ENERGIA SŰRŰSÉGŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Az elektromágneses színkép és egyes tartományai

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

L A S R A M. engineering laser technology. OPAL orvosi lézer - Robotizált sebészeti műtétek. Vass István

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

LÉZER: Alapok, tulajdonságok, alkalmazások

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Ipari Lézerek és Alkalmazásaik

Távolságmérés hullámokkal. Sarkadi Tamás

Abszorpció, emlékeztetõ

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az elektromágneses spektrum és a lézer

Abszorpciós spektroszkópia

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Az áramlási citometria gyakorlati alkalmazása az ondó rutin analízisben. Hajnal Ágnes, Dr Mikus Endre, Dr Venekeiné Losonczi Olga

OPTIKA. Vozáry Eszter November

Gyors-kinetikai módszerek

LÉZER: Alapok, tulajdonságok, kölcsönhatások

A lézerek működési elve, indukált emisszió, populációinverzió, tükörrezonátor A rubinlézer és a He-Ne lézer. A lézerfény tulajdonságai

MITŐL LÉZER A LÉZER? Dr. Horváth Zoltán György MTA Wigner FK

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Einstein: Zur Quantentheorie der Strahlung, 1917

Abszorpciós fotometria

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Abszorpciós fotometria

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Kimenő üzemmód ; Teljesítmény

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Optika Gröller BMF Kandó MTI

Visszaverődés. Optikai alapfogalmak. Az elektromágneses spektrum. Az anyag és a fény kölcsönhatása. n = c vákuum /c közeg

A femtoszekundumos lézerektől az attoszekundumos fizikáig

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Fizikai Kémia és Anyagtudomány Tanszék. Lézerek és mézerek

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

(

Immunológiai módszerek a klinikai kutatásban

A látás és látásjavítás fizikai alapjai. Optikai eszközök az orvoslásban.

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Az időmérés felbontásának. tíz milliárdszoros növekedése (mindössze) 36 év alatt

Lézerek dióhéjban az Adyban

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Az éter (Aetherorether) A Michelson-Morley-kísérlet

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

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

A gázlézerek és szilárdtestlézerek összehasonlítása gázellátási és biztonságtechnikai szempontokból. Abaffy Károly

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Dr. Berta Miklós. Széchenyi István Egyetem. Dr. Berta Miklós: Gravitációs hullámok / 12

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Bordács Sándor doktorjelölt. anyagtudományban. nyban. Dr. Kézsmárki István Prof. Yohinori Tokura Prof. Ryo Shimano

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

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

A hőmérsékleti sugárzás

Abszorpciós fotometria

Az elektromágneses hullámok

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Áttekintés 5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1 FÉNYMIKROSZKÓPIA FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA. Mikroszkópia, fénymikroszkópia

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

NÁNAI László. Lézerek. SZTE JGYPK Ált. és Környezetfizikai Tsz Szeged

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Optikai tulajdonságok (áttetszőség, szín) Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 10. Optikai tulajdonságok. Összefoglalás. Tankönyv fej.

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. A mikroszkóp felépítése Brightfield mikroszkópia

OPTIKA. Vékony lencsék, gömbtükrök. Dr. Seres István

Átírás:

A LÉZERSUGÁRZÁS ALAPVETŐ ISMÉRVEI Időbeli inkoherencia Térbeli inkoherencia Polikromatikus fény Kis energia sűrűség Nem poláros fény Spontán emisszió Térbeli koherencia Indukált emisszió Időbeli koherencia SPONTÁN VS. INDUKÁLT EMISSZIÓ E fény áram mozgási Einstein, 97 Monokromatikus fény (kis sávszélesség) Nagy energia sűrűség (Polarizált fény) Random folyamat. Kölcsönhatás 2. E = hf=- 3. Polaritás (p ~ cos 2 φ) A ÉNYERŐSÍTÉS ELTÉTELE A POPULÁCIÓ INVERZIÓ ELTÉTELE δ / δx = σ (N 2 -N ) N 2 N Δ~N 2 -N Abszorpció (Light Amplification LA) + Δ Erősítés Kiindulás: Boltzmann N 2 /N = e - ΔE/kT N >>N 2 Δ << 0 Abszorpció dominál Erősítés: Δ > 0 N < N 2 populáció inverzió Δ~N 2 -N + Δ Absz ~ N Em ~ N 2 Kétnívós rendszerben nem jöhet létre N >>N 2 (Boltzmann) Δ << 0 Abszorpció dominál pumpált rendszer: N 2 nő, N csökken N = N 2 Egyensúly, Δ = 0 N < N 2 (populáció inverzió) Erősítés

E3 POPULÁCIÓ INVERZIÓ LÉTREHOZÁSA Pumpálás * mozgási E * fény *áram Minimális feltétel: háromnívós rendszer Gyors spontán átmenet Inverzió: N 2 =N + E3 POPULÁCIÓ INVERZIÓ LÉTREHOZÁSA Pumpálás * mozgási E * fény *áram Optimális feltétel: négynívós rendszer Gyors spontán átmenet Inverzió: N 2 = P Spontán relaxáció < P Indukált emisszió E0 Gyors spontán átmenet LÉZER ERŐSÍTŐ ÉS LÉZER OSZCILLÁTOR Néhány fontosabb esemény a LÉZER történetéből E3 LÉZER ANYAG 97 Einstein megjósolja az indukált emisszió jelenségét, és hogy a gerjesztés és indukált emisszió valószínűségi állandói (B 2 és B 2 ) egyenlőek 954 Az első mikrohullámú lézer (MASER) Pumpálás 960 Az első látható fényű lézer (rubin lézer) E0 966 Az első gáz lézer 984 Az első Rtg lézer Visszacsatoló tükör 99,9 % REZONÁTOR: Állóhullám, L = n λ / 2 Módusok: transzverzális és axiális Kicsatoló tükör 90-99 %

LÉZEREK CSOPORTOSÍTÁSA Lézer anyag Lézer típusa pumplás módja λ (nm) Üzemmód E (W) t (ns) gáz He-Ne El. kisülés 633 c.w. 0. Ar++ El. kisülés 488, 54 c.w. 0 Kr++ El. kisülés 657,752 c.w. 3 CO2 El. kisülés 0600 c.w. 200 Excimer (Ar, XeCl) El. kisülés 93, 308 imp 0 MW -3 folyadék esték fény / lézer sokféle imp/c.w. 3 esték (Rh 6G) fény / lézer 600 imp 0000 fs szilárd Rubin (Cr+++ & Al2O3) villanólámpa 694 imp 200 MW 00 Nd-YAG villanólámpa 065 imp 50 MW 0 Nd-YAG / KTP villanólámpa 532.5 imp 2 MW 0 Nd-YAG Xe lámpa 065 c.w. 60 Er-YAG villanólámpa 2900 imp MW 0 Dióda GaAs áram 840 c.w. / imp 5 H AlGaAs áram 760 c.w. / imp 50 GaInAsP áram 300 c.w. / imp 20 Látható lézer: Lézerfény vezetése tükrök, száloptika (becsatolás lencsékkel) ORVOSI DIAGNOSZTIKA / KUTATÁS és TERÁPIA labor diagnosztika és kutatás klinikai diagnoszt. lágy laser therapia Kis teljesítmény áramlási citometria laser nefelometria korrelációs spektr. mikroszkópiák optikai csipesz endoszkópia laser doppler fotodinamikus diag. hyperemizálás laserthermia diagnosztika terápia Nagy teljesítmény koaguláció (60-90 C) laser sebészet vágás, vaporizáció (00-50 C) excisió (300 C) fotodinamikus thr. luoreszcencia Visszaverődés, szóródás 40 o C A lézersugárzás kölcsönhatása a szövetekkel Laserthermia Melegítés - Elnyelődés Gerjesztés 60-90 oc Koaguláció otokémiai reakciók 00-50 oc Vaporizáció / Vágás atomizáció otodisszociáció 300 oc Karbonizáció / Excisió ionizáció Shock wave

SHOCK WAVE (Lökéshullám) OTODINAMIKUS DIAGNÓZIS luoreszcens festék Daganat a festéket szelektíven felveszi Ar laser Száloptika /endoszkóp Kr laser OTODINAMIKUS TERÁPIA luoreszcencia korrelációs spektroszkópia (CS) A gerjesztett festék O radikálokat hoz létre Daganatsejtek A festékkel esték laser Száloptika Ar laser emtoliteres (konfokális) térfogat 0,3 μm,5 μm G(τ ) (t) fluoreszcenciaingadozás A vizsgálandó molekula (fehérje, lipid, stb.) fluoreszcens jelölése Kicsiny, <μm3-es térfogat megvilágítása fókuszált lézernyalábbal A fluoreszcencia időbeli változásának detektálása érzékeny fotodetektorral A jelenlévő molekulák száma kicsi az ingadozás relatív értéke jelentős t Autokorrelációs függvény δ ( t) δ ( t + τ ) G ( τ ) = 2 G diff δ ( t) = ( t) τ ( τ) = N + τ τ D + τ 2 S τ D

Milyen kölcsönhatások vizsgálhatók? Többkomponensű rendszerek I ehérje - DNS Nukleinsavak hibridizációja Szabad és kötött állapotban lévő molekulák mennyiségének és diffúziós állandójának meghatározása,9,7 /N,5 Antigén - Antitest Receptor Ligandum kötődés G(τ),3, 0,9 0,0 0, 0 00 000 0000 τ szabad τ kötött τ (ms) Többkomponensű rendszerek II - Keresztkorreláció Plazma (Cu, Cd) Rtg lézerek Két spektrálisan különböző festék fluoreszcenciájának ingadozása hogyan korrelál egymással: Molekuláris asszociáció kimutatása olyan esetben is, amikor nem változik jelentősen a diffúziós állandó az asszociáció következtében Rtg emisszió mindkét irányba elhasználások: Bio-holográfia Nanoelektronika Nano (robot) technika a + b ab G ( τ ) = V eff G c ab ( τ ) = δ ( t) δ ( t + τ ) a a b ( ca tot )( c ) τ, b, tot γ xy γ + z γ xy τ τ + 2 ab γ zsa τ ab b Lézerimpulzus (GW) NOVA (LLNL) 053 nm Nd-üveg 20 TW 0 db 70 cm-es sugár 00 KJ 20 ps 0 ns Nano-áramlásmérő

A lézercsipesz Holográfia P test P foton P foton Az alkamazott fény számára transzparens test A fotonok törés miatti irányváltoztatása impulzusváltozással jár, ami a nagyobb fotonsűrűség (optikai tengely) felé tereli a testet A fény-nyomás egyensúlyt tart a gravitációval lézer otolemez, melyen a hologram képződik interferencia Hologram lézer Megfigyelő Divergens nyaláb Eredeti nyaláb Konvergens nyaláb oton sűrűség Optikai tengely Távolság Mikromanipuláció Szelekció, sejtfúzió, megtermékenyítés pn nagyságú molekuláris erők és nm-es távolságok mérése tárgy Tárgyról szórt fotonok Virtuális 3D kép Valódi 3D kép