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Sonne ist Licht.Licht ist Energie.
Energie ist Leben.
Durch Licht werden viele Funktionen in unserem Körper angeregt.
Dieses Wissen wird seit jeher genutzt – vom Schamanentum bis in die moderne Medizin.
Heilen mit Licht!
Ronald SrokaLaser-Forschungslabor, Urologie, Klinikum Großhadern
Laser in der MedizinPhysikalische Grundlagen
ThemaGliederung
∗ Historie
∗ Licht
∗ LASER
∗ Eigenschaften des
Laserlichts
∗ Lasertypen
∗ Betriebsarten
∗ Lichtwellenleiter
∗ Fluoreszenz
Laserstrahlen Thema
Historie
2
Albert Einstein (1879 - 1955) Theodore Maiman
Licht-Verstärkungdurch stimulierte
Emission von Strahlung
Thema
Licht
Wellenlänge
3
Frequenz Lichtgeschwindigkeit
c = 300 000 000 m/s
h = 6,6 10-34JsPlank´sches Wirkungsquantum
Weißes Licht - Farbiges Licht
Weisses Licht
Weisses Licht
- Aufspaltung in die Spektral-Farben- LASER -> einfache Ablenkung
Stickstoff – Trockeneis - Staub
Demonstration Elektro-Magnetisches Spektrum
4
Thema
Laser
Lichtentstehung
Bohr´sches Atommodell
Laserprinzip
Absorption
stimulierteEmission
Emission
Besetzungsinversion Besetzungsinversion3-Niveau-System
4-Niveau-System
Spontane Emission
5
Laserprinzip 1 Laserprinzip 2 Optischer Resonator
Ein Laserstrahl entsteht ...Thema
Eigenschaften des Laserlichts
Geringe Divergenz (Geringe Strahlaufweitung)
Laser "Normales" Licht
strahlt in alle Richtungen,räumlich verteilt
stark gebündelte,parallele Strahlung
Eigenschaften der Laserstrahlung
6
Lichtausbreitung
- Birne -> alle Richtungen- LASER -> geradlinig
Stickstoff – Trockeneis - Staub
Demonstration Fokussieren von LaserlichtMonochromasie (Einfarbigkeit)
Laser
"Normales" Licht
scharf begrenzteWellenlänge
verschiedeneWellenlängen
Leistung
Wellenlänge
Eigenschaften der Laserstrahlung
Weisses Licht
- Aufspaltung in die Spektral-Farben- LASER -> einfache Ablenkung
Stickstoff – Trockeneis - Staub
Demonstration
Kohärenz (zeitlich und räumlich zusammenhängend)
Laser"Normales" Licht
Laserstrahlung sendet Wellen gleicher Phasenlageund Wellenzüge mit gleicher
Amplitude
"Normale" Lichtquellen erzeugen Lichtwellen,die sich in Phasenlage
unterscheiden und räumlich aus einzelnen Schwingungspaketen
bestehen
n · λ
Eigenschaften der LaserstrahlungThema
Lasertypen
7
Laserarten Laser im medizinischen Einsatz Laserim Elektro-MagnetischemSpektrum
Aufbau HeNe Laser
- Wo ist „Pumpe“- Wo „ aktives Medium“- Wo „ Resonator“
Demonstration HeNe-Laser Termschema HeNe-Laser Emission
Hauptwellenlänge: 632,8 nmTyp. Leistung: 1 – 10 mW
8
Nd:YAG-Laser Termschema Nd:YAG-Laser Emission
Hauptwellenlänge: 1064 nmTyp. Leistung: 50 W
Aufbau Nd:YAG Laser
- Laserstab- Lampe- wie koppel ich optimal Licht von Lampe in Stab- Doppelellipse- Spiegel – Transparent Warum? 1064nm
Demonstration
Aufbau Festkörperlaser
continuous wavefree running
Aufbau Diodenlaser Demonstration
Aufbau Halbleiter-dioden Laser
- Wo ist „Pumpe“- Wo „ aktives Medium“- Wo „ Resonator“
9
DiodenlaserThema
Betriebsarten
Betriebsartengepulst - kontinuierlich
Kontinuierliche Emission
Dauerstrich-Lasercontinuous wave (cw)
Getaktete Emission
Elektro-Mechanische SchalterFree-runningBlitzlampenmoduliert
Gepulste Emission
GüteschaltungQ-Switch (ns-Pulse)Modenkopplung (ps-, fs-Pulse)
10
Lichtdosimetrische Grössen Lichtdosimetrische Grössen Frequenz-Vervielfachung
SHG second harmonic generationν 2 νλ λ / 2
KTP, BBO, LBO - Kristall
THG third harmonic generationν 3 νλ λ / 3
KTP, BBO, LBO - Kristall
Nicht-Lineare Optik KTP - Laser
1064nm 532nm
KTP-Laser
11
Thema
MAP
Thema
Was sind Attos-sekunden ?Was kann man mit Attos
Anfangen?
Sekundär Strahlung nutzen!
Thema
Zum Schluss
ENTOPTISCHE FARBEN» Laß Dir von den Spiegeleien
Unsrer Physiker erzählen,Die am Phänomen sich freuen,Spiegel hüben, Spiegel drüben.Doppelstellung auserlesen;
Und dazwischen ruht im Trüben Als Kristall das Erdenwesen. Dieses zeigt, wenn jene blicken,Allerschönste Farbenspiele,Dämmerlicht, das beide schicken,Offenbart sich dem Gefühle.
Schwarz wie Kreuze wirst Du sehen, Pfauenaugen kann man finden: Tag und Abendlicht vergehen; Bis zusammen beide schwinden.Und der Name wird ein Zeichen.Tief ist der Kristall durchdrungen:Aug in Auge sieht dergleichen Wundersame Spiegelungen.
Laß den Makrokosmos gelten,Seine spenstischen Gestalten!Da die lieben kleinen WeltenWirklich Herrlichstes enthalten. «
Johann Wolfgang von Goethe
Vielen Dank !!
Thema
Lichtwellenleiter
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Licht-Übertragungs-Systeme DemonstrationTotal-Reflexion
- Laserstrahl in H2O - Glanzwinkel
Lichtleitung durch Total-Reflexion
- Laserstrahl im Zick-Zack durch Spiegel- Laserstrahl in dicken Plexiglas-Stab biegbar
Lichtleitung - Reflexion
Lichtleitung – Total-Reflexion
α > arc sin (n2 / n1) n1 > n2
n1
n2
Lichtleitung – Total-Reflexion
Laser
Luft
Wasser
Lichtwellenleiter
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Lichtwellenleiter – Aufbau Demonstration
Lichtwellenleiter (High Power)
- mit verschiedenen Kerndurchmessern- mit verschiedenen Steckern- mit verschiedenen Abstrahl-Enden
Selbst: Stecker – Ende Richtung Licht
Demonstration
Bild-Lichtwellenleiter
- Endoskop zerlegt
Sortiert somit Bild Übertragung
LWL - Transmission LWL - Transmission LWL - Transmission
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