den 20. September2019 LASER

LASER

den 20. September 2019

Dr. Szilvia Barkó

Prüfungsthema

Physikalische Grundlagen des Lasers.

Der Mechanismus der Entstehung von Lasern.

Typen, Eigenschaften, Aufbau und Funktion von Lasern.

In dem Buch: Seite 115-117. Der Gedanke der Lichtverstärkung 119-123. Laser

529-536. Therapeutische Anwendung der Laser

Light amplification by stimulated emission of radiation

„Licht-Verstärkung durch stimulierte

Emission von Strahlung“

Jablonski Termschema

Siehenoch: Fluoreszenzspektroskopie(2. Semester)

I. Physikalische Grundlagen des Lasers

https://www.boundless.com/users/235424/textbooks/virtual-textbook-of- organic-chemistry/photochemistry-15/photochemistry-71/mechanistic- background-279-16166/images/a-jablonski-diagram/

Jablonski mit Pumpniveaus

http://www.vitavonni.de/facharbeit/Prinzip_Lasers.html

Besetzungsinversion-Voraussetzungen:

 mehr als zwei Niveaus

 unterschiedliche Lebensdauern

 „Pumping”

Der angeregte Fluorophor verweilt nach der Absorption eine bestimmte Zeit im angeregten Zustand. Diese Zeit wird im Allgemeinen als Lebensdauer bezeichnet.

Zur Herstellung eines Lasers erforderlich sind:

1. Lasermaterial 2. Pumpe

3. Rückkopplung 4. Resonator

II. Der Mechanismus der Entstehung von Lasern

1. Lasermaterial

Laserarten

 Gas-Laser: HeNe – Laser, CO₂-Laser

 Dye-Laser oder Farbstofflaser: Farbstoffe in Wasser oder Alkohol

 Festkörperlaser: YAG-Laser, Rubin-Laser, Halbleiter-Laser Freier Elektronen Laser

2. Pumpe

 Die Anregung des aktiven Mediums eines Lasers durch elektromagnetische Strahlung zwecks Erzeugung einer Besetzungsinversion.

 Die Strahlung wird absorbiert, was zur Besetzung höher liegender

Elektronen- oder Schwingungs-Rotationsniveaus der strahlungsfähigen (laseraktiven) Atome, Moleküle oder Ionen führt.

3. Resonanzbedingung im Laser: Rückkopplung und Resonator

www.heise.de

L=m*λ/2

wo L: die Länge des Resonators

λ: die Wellenlänge im gegebenen Medium m: ganze Zahl ist.

Die resonante Rückkopplung

entsteht in der Regel dadurch, dass das Lasermedium sich in einem

elektromagnetischen Resonator für die Strahlung bestimmter Richtung und Wellenlänge befindet.

Eigenschaften der Laserstrahlung

 Monochromatisch (einfarbig)

Der Grad der Monochromasie kann mit der Breite der Spektrallinien angegeben werden.

∆𝑓

𝑓 ~10⁻⁶ − 10⁻¹⁰

• Kohärent

Ein charakteristischer Parameter der Kohärenz ist die Kohärenzlänge:

der größte Wegunterschied bei dem noch Interferenz beobachtbar ist.

Bei einem Fluoreszenzlichtstrahl: 10^-3m Beim Laser: 10³m

• Kleine Divergenz

Die Elementarstrahlen sind fast paralel (nur einige Winkelminuten)

• Hohe Intensität

Ursache: die Energie innerhalb eines sehr schmalen Bündels fließt, kann sehr gut fokussiert sein (bis zirka 10⁷ W/m²)

III. Typen, Eigenschaften, Aufbau und Funktion von Lasern

Laserarten

I. Lasermaterial

• Gas-Laser: HeNe – Laser, CO₂-Laser

• Dye-Laser oder Farbstofflaser: Farbstoffe in Wasser oder Alkohol

• Festkörperlaser: YAG-Laser, Rubin-Laser, Halbleiter-Laser

• Freier Elektronen Laser

Beispiel: He-Ne Laser

II. CW oder gepulst Laser

•Dauerstrichlaser (continous wave=CW): ein Laser, der eine Lichtwelle konstanter Intensität abstrahlt.

Vorteil: schmalbandig (monochrom, einfarbig). Nachteil: kleinere Energie.

•Gepulster Laser: erzeugt pulsierende Strahlung. Je kürzer ein Puls also ist, desto größer ist seine Frequenz-Brandbreite.

Vorteil: enthählt größe Energie (Gigawatt). Nachteil: breiterer Frequenzbereich.

cw-Betrieb Gepulster Laserbetrieb

https://www.eval.at/images/default-source/lasa-pics/bild-1_5_1-lasertypen.jpg?sfvrsn=2

In Augenheilkunde (Ophtalmologie) sind Argon und Kripton Laser benutzt

Schneiden und Abtragen von Gewebe:

 Grüner Star in Form des Engwinkelglaukoms,

 Korrektur von Sehfehlern

Zum “Verschweißen”:

 Zustand nach Gefäßverschlüssen,

 Befestigung von Netzhautablösungen.

zur Laserdiagnostik:

 genaues Vermessen des Auges (Laserbiometrie, OCT, HRT) und Darstellung seiner Schichten

Laser in Therapie

In Dermatologie sind Rubin oder Kohlendioxid Laser benutzt

 Laserablation (Abtragen von Gewebe, zum Beispiel beim Muttermallasern)

 Laserkoagulation (thermisch herbeigeführter Zelltod)

 Laserepilation (dauerhafte Haarentfernung)

 Laserphototherapie

Laser in Mikroskopie

 CLSM

 STED

http://www.lbb.ethz.ch/Equipment/CLSM

http://www3.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED.htm

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!