14.) Laser: induzierte Emission, Populationsumkehr, Rubinlaser, Lasertypen, medizinische Anwendungen, Laserchirurgie, Laserpinzette. Flashcards Preview

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Flashcards in 14.) Laser: induzierte Emission, Populationsumkehr, Rubinlaser, Lasertypen, medizinische Anwendungen, Laserchirurgie, Laserpinzette. Deck (11)
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1

Laser

Light amplification by stimulated emission of radiation

 

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Induzierte Emission

Beschreibt, dass keine spontane Emission (Teilchen auf höherem Niveau springt auf das niedrigere unter Umsetzung eines Photons.), sondern eine induzierte Emission. D.H. Ein Photon agiert als Erreger, spdass das Elektron auf dem höheren Niveau herunterspringt unter Umsetzung von 2 Photonen. Diese haben dieselbe Energie, Richtung und schwingen in selber Phase.

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Populationsumkeh

Normalerweise ist ein auf dem oberen Niveau angelegtes Elektron und die unten liegenden Elektronen die Regel. Durch diese Ausgangssituation werden die Wellen teils emittieren und teils absorbieren. D.h. wir erfahren eine Schwächung.
Ist nun aber die Population umgekehrt, d.h. oben mehr wie unten, dann verstärkt sich die eingehende Strahlung weil mehr Elektronen emittieren als absorbieren.

4

Entstehung eines Laserlichts –Rubinlaser:

 

Auf die Anregung (zb. durch eine xenon blitzlampe) eines Rubins/Rubinstabes erfolgt ein strahlungsloser Übergang auf ein metastabiles Niveau (Cr3+) (d.h. viele Elektronen auf einem hohen Niveau) , bei dem dann die Lichtemission spontan und induziert abläuft und der Laser leuchtet, wenn eine Sättigung (Wellen schwingen alle in der selben Richtung, weil sie gezwungen wurden von den an dem Rubinbefestigten Spiegeln) stattfindet. Sättigung geht dann durch kleine Öffnung am Laser.    → drei-niveau-Lasersystem (Phosphoreszenz) 

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Eigenschaften von Laserlicht

  • Monochromatisch, (f = 10-6)
  • Kohärente Emission also kohärent (alle in der selben Richtung, Phase, Ebene,..)
  • Kleine Divergenz ( sigma= 0,1-1 mrad) (also winkelabweichung)
  • Hohe Intensität (I = 1014 W/m2)
  • Polarisiert

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Lasertypen

Laserstoff: gasförmig (He-Ne, CO2, Argon, Excimer), kristallin (Rubin, Nd-YAG, Er-YAG, Halbleiterdiode –GaAS) und flüssig

7

Betriebsart

impulsförmig, kontinuierlich

8

Wellenlängen

Hängen von dem Laserstoff ab

9

Sechs Medizinische Anwendungen

  • Labordiagnostik (Mikroskopie, optischer Sensoren)
  • Klinische Diagnostik (Endoskopie, Laser-Doppler)
  • Softlaser therapie (Biostimulation)
  • Photodynamische Therapie (Tumortherapie)
  • Laserchirurgie (Auge)
  • Laserpinzette (molekulare Chirurgie) 

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Laserchirurgie (Auge)

Laserchirurgie (Auge) basiert auf der Absorption die das Gewebe erwärmt. Bei 60-100°C Koagulation d.h. Denaturierung, Aggregation der Proteine, Verschmelzen des Gewebes auf der Koagulationszone. Bei 150°C Vaporisation Wasser evaporiert explosionsartig und 300°C Karbonisation, Atomisation Wasser evaporiert explosionsartig und gebrannte Gewebestückchen entfernen sich aus dem Körper.

                 Vorteile: präzise feine Schnitte, Blutung reduziert, aseptisch, möglich auch im Inneren des Körpers (Lichtleiter) und selektive Behandlung von Gewebsteilen

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Laserpinzette (molekulare Chirurgie) 

Laserpinzette (molekulare Chirurgie) funktioniert indem ein Laserbündel zb. auf ein Spermium fällt, die Laserstrahlen wirken auf den Körper eine Kraft aus, diese Kraft kann die Körper steuern, da die Resultierende Kraft von dem Zentrum des Bündels wirkt und wenn das Bündel sich bewegt, das Objekt mit geht. D.h. wenn ich eine hohe Intensität auf die rechte Seite auswirke und eine kleinere Intensität auf die linke, dann (im Kreuz) geht der die resultierende Kraft in Richtung links. 

Decks in Biophysik 1 Class (28):