Laser 1

5/7/2018 Laser 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/laser-1-559aba7777d50 1/8

Efectul LASER constă în amplificarea luminii prin emisie stimulată deradiaţie. Este un mod special de a produce o radiaţie în domeniul vizibil (sau înapropierea domeniului vizibil), inexistentă în natură. Efectul LASER are utilizăriextrem de largi la ora actuală, atât în ceea ce priveste prelucrarea materialelor, câtsi în alte domenii: măsurători, transmisii de date,medicină, etc. Este o tehnologie

de vârf, apărută de câteva decenii si cu răspândire tot mai largă.

Proprietăţile radiaţiei laserRadiaţia laser diferă de radiaţiile emise de sursele naturale (soare, flacără,

fosforescenţă) sau de sursele artificiale de iluminat (lămpi cu incandescenţă, lămpicu descărcare), de aceea este caracterizată de proprietăţi specifice: coerenţa,direcţionalitatea, monocromacitatea,intensitatea.

Coerenta radiaţiei laserDouă radiaţii laser care provin din două puncte diferite ale unei surse

luminoase interferează si prin suprapunerea lor rezultă franje de interferenţă.Vizibilitatea unor franje de interferenţă se apreciază cu relaţia:

V = (Imax - Imin) / (Imax + Imin), unde Imax si Iminreprezintă intensitatea maximelor, respectiv minimelor vecine din zona deinterferenţă. Dacă V= 1 coerenţa este perfectă.Proprietatea de coerenţă este importantă în aplicaţii pasive: măsurători, holografie,etc.Radiaţiile luminoase de la surse clasice, naturale sau artificiale, nu au proprietateade coerenţă, la întâlnire conduc la mărirea intensităţii luminoase, si nu producfranje de interferenţă.

MonocromaticitateaO sursă de lumină care emite lumină de o singură culoare se numeste sursă

monocromatică.Domeniul vizibil cuprinde radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă între0,4...0,76 μm.O radiaţie din acest domeniu crează ochiului omenesc senzaţia uneianumite culori. Spre exemplu, senzaţia de culoare rosie este realizată pentruradiaţii cu domeniul lungimii de undăîntre 0,63...0,76 μm, deci pe un interval delungimi de undă (numit lărgime de bandă ): Dl =0,13 μm.În cazul descărcării îngaze, lărgimea benzii pentru radiaţia verde a atomului de mercur este: Dl = 2 • 10-

3 μm. În cazul laserului cu heliu si neon, lărgimea benzii este de doar 10-7μm.Explicaţia este dată de prezenţa cavităţii rezonante, care, asemănător cu un tub deorgă, "răsună" la o anumită frecvenţă, pe care o selectează, o lasă să oscileze si oamplifică. Se poate spune, deci, că radiaţia laser este ideal monocromatică.



Intensitatea radiaţiei laser Datorită proprităţilor de coerenţă si direcţionalitate se obţin intensităţi foartemari ale fascicului laser. La laserii cu emisie continuă, se indică puterea (în W), iar la laserii cu emisie în impulsuri se indică energia unui puls (în J).Deoareceîntreaga energie se concentrează pe suprafeţe foarte mici, se foloseste noţiunea

de densitate de putere (104...1010 W/cm2), respectiv de densitate de energie(102...108 J/cm2).Aceste densităţi sunt foarte mari, fapt ce explică aplicaţiile la prelucrări de materiale sau la transport de energie.

Tipuri constructive de laseriClasificarea laserilor, după natura mediului activ:- laseri cu mediu activ solid;- laseri cu mediu activ lichid;- laseri cu mediu activ gazos.Cei mai utilizaţi sunt cei cu mediu solid sau gazos.

Laseri cu mediu activ solidLaserul cu rubin a fost primul dezvoltat (anul 1960), fiind utilizat si în

prezent. Mediul activ este un cristal cilindric din rubin sintetic, de diametru 0.5...1mm si lungime 2...10 cm.Feţele sale sunt perfect plane si paralele (perpendiculare pe axa longitudinală), una fiind completreflectantă, cealaltă parţial reflectantă (β =0,97...0,98). Cristalul de rubin este impurificat uniform cu atomi de crom înconcentraţie redusă (0,05%).Construcţia tipică a laserului cu rubin este datăschematic în figura de mai jos.



Suprafaţa laterală a mediului activ 1 este iluminată de către lampa 2, atât direct câtsi prin reflexie pe pereţii reflectanţi ai incintei 3.Forma incintei este elipsoidală, cu tubul si cristalul plasate în focare. Radiaţialămpii flash este incidenţă pe cristal, deoarece este necesară o energie mare de pompaj. Lampa este alimentată de la o sursă 4 de 1 ...2 kV si se aprinde la

comanda dispozitivului de aprindere 5.La pătrunderea luminii albe în cristal,atomii de crom absorb fotonii verzi si violet si îi lasă să treacă doar pe cei rosii pecare îi amplifică. Radiaţia laser are culoare rosie ( Â = 0,693 um) , în timpulfuncţionării cristalul se încălzeste intens si trebuie răcit forţat. Pentru acest motivlaserul nu poate funcţiona în regim continuu, ci în regim de scurtă durată. Se maiadaudă faptul că pompajul lămpii flash este de scurtă durată (1...10 ms).Pentru apariţia efectului laser trebuie ca peste 50% din ionii de crom să ajungă penivelul energetic Eh ceea ce micsorează eficienţa laserilor cu 3 nivele.Randamentul acestor laseri este sub 0,5%.

Laserul cu sticlă-neodim are un randament îmbunătăţit, prin folosirea camediu activ a sticlei, dopate cu 6% Neodim (Nd) - care constituie centrele opticeactive. Diagrama nivelelor energetice a atomilor de neodim arată că acest laser are4 nivele .Pompajul realizează trecerea electronilor pe banda de nivele E3, de undetrec fără emisie de radiaţie pe nivelul E2. Inversiunea de populaţii se realizeazăîntre E3 si E2, mult mai usor decât între E0 si E2. Laserii sticlă-neodim necesită putere mai mică de pompaj, sunt mai ieftini decât cei cu rubin si au randament de până la 4%.Radiaţia laser se situează în domeniul infrarosu apropiat ( Â = 1,06 um).Un dezavantaj important este conductivitatea termică mică a sticlei, care face

dificilă răcirea - de aceea funcţionează tot în regim de pulsuri scurte, dar cu periodă de repetiţie mare.Laserii de acest tip sunt folosiţi industrial la microgăuriri,microsuduri. Sunt fabricaţi si în România, la IFTAR Bucuresti.

Laserul YAG:Nd foloseste un mediu activ constituit Ytriu, Aluminiu siGranat (YAG),dopat cu Neodim. Puterea necesară pentru pompaj este redusă (200W), iar răcirea bună permite funcţionarea în regim continuu, sau în regim de pulsuri (1 ...10 ns), cu frecvenţă mare de repetiţie.Laserii de acest tip sunt largfolosiţi industrial la: microgăuriri, tăiere plachete semiconductoare, tăieri materialeceramice. Sunt fabricaţi si în România.

Laseri cu mediu activ gazosLaserii cu gaz au în prezent o largă răspândire, având o putere mare în regim

continuu, randament de 5...10%, cost mai redus decât al laserilor cu mediu activsolid, lungimi de undă în domeniul zonei de absorbţie a materialelor metalice saudielectrice.Excitarea mediului activ, constituit din amestecuri de gaze sau din gazesi vapori metalici,se face prin descărcare electrică. Transferul de energie necesar excitării se realizează prin ciocniri între electroni cu atomi (sau molecule) sau princiocnirea ionilor cu atomi (sau molecule).



In ultimii ani, au fost dezvoltaţi laseri cu gaz la care excitatea se face prinreacţii chimice sau prin jeturi de gaz cu temperaturi si viteze ridicate.Cei maiutilizaţi laseri cu gaz sunt laserii cu atomi neutri (He-Ne), moleculari (N2 si C02)si ionici.

Laserul heliu - neon este un laser de putere mică (0,1...20 mW) utilizatmult în sisteme de măsurare. Raportul presiunilor parţiale este: PNe IPHe =1/10...1/5 . Excitarea se realizează prin descărcare în atmosfera de heliu, care estegazul de pompaj. Inversiunea de populaţii se realizează prin transfer vibraţional dela heliu la neon. Radiaţia emisă are lungimea de undă λ = 0,632 um, de culoarerosie. Laserul se realizează cu un tub de sticlă de diametru mic,

Laserul cu bioxid de carbon este cel mai utilizat laser cu gaz.Majoritatealaserilor cu gaz au aceeasi structură: generatorul de fotoni, sistemul de excitaţie,sursa de alimentare, instalaţia de vidare, instalaţia de admisie gaz si instalaţia de

răcire.Procesul de răcire la laserii cu gaz nu este prea eficient, de aceea puterealaserului este limitată la cea 80 W pe un metru de tub de descărcare. La puteri de 1kW ar fi necesară o lungime de cea 12 m de tub de descărcare, implicând ungabarit mare, dar si tensiuni uriase de alimentare a descărcării.

Laserii ionici, denumiţi si laseri cu excimeri, au câstigat în ultima vreme totmai mult teren în aplicaţii. Excimerii sunt molecule biatomice excitate în gaze la presiune ridicată, ce constau într-un gaz nobil si atomi de halogen. Se folosesccurent: 0,05...0,3% halogeni (fluor sau clor), 1...10% gaze rare (kripton, xenon sauargon) si 90...99% gaz de bază (heliu sau neon). La revenirea pe nivelul de bază se

emit radiaţii laser în domeniul ultraviolet ( l =0,193...0,248 μm, după naturagazelor folosite). Datorită faptului că durata de menţinere în starea excitată estefoarte redusă, cu acest laser se pot obţine numai impulsuri cu durate foarte scurte(15...30 ns), dar cu puteri de impuls de 107 W. Lungimea de undă mică face caacesti laseri să fie folosiţi în aplicaţii tehnice unde se cer prelucrări de material pezone foarte mici si precise. Alte aplicaţii: spectroscopie, fotochimie, medicină(oftalmologie).

Surse de alimentare a laserilor cu mediu activ solidIn acest caz, sursa de alimentare este alcătuită din sursa de alimentare cu

energie electrică, lampa de descărcare si schema de alimentare a lămpii. Natura mediului activ impune tipul lămpii cu descărcare, care va avea un spectrude radiaţii cât mai apropiat de spectrul de absorbţie al mediului activ. Se folosesclămpi cu xenon, kripton, cu vapori de mercur, cu vapori ale substanţelor alcaline,lămpi cu incandescenţă cu halogeni, etc.Regimul de lucru al lămpilor poate fi:• cu impuls unic;• cu trenuri de impulsuri;• cu funcţionare continuă.



Controlul energiei laserului se face prin intermediul circuitului de alimentare alămpii.În prezent există o mare varietate de scheme electronice de alimentare ale lămpilor cu descărcare. Majoritatea schemelor folosesc două circuite: un circuit pentruamorsarea descărcării (ce realizează impulsuri de tensiune înaltă), si un circuit de

alimentare a descărcării (care asigură tensiunea de lucru).

Surse de alimentare a laserilor cu mediu activ gazosAceste surse nu necesită lămpi cu descărcare distincte, descărcarea

realizându-se printr-o porţiune a tubului care conţine mediul activ. Dacă tubul estelung, se folosesc mai multe porţiuni pentru descărcare. La capetele porţiuniirespective sunt plasaţi electrozi alimentaţi în regim de impulsuri de tensiune înaltă(pentru laserii care lucrează în regim de impuls) sau surse de putere ridicată, detensiune si frecvenţe ridicate (pentru laserii care lucrează în regim continuu).Impulsurile de tensiune ridicată se realizează prin încărcarea iniţială a unui

condensator (acumulator de energie), care se descarcă rapid (la comanda unuicontactor static) prin înfăsurarea primară a unui transformator ridicător detensiune. Comutatoarele statice, la instalaţiile mai vechi, sunt realizate cutiratroane cu hidrogen, permiţând realizarea unor impulsuri scurte (10-6...10-1 s)cu amplitudini de până la 50 kV. Se obţin energii de impuls de ordinul kJ si puteride ordinul MW. Frecvenţa de repetiţie a impulsurilor ajunge la 1 kHz.La instalaţiile noi, comutatoarele statice sunt realizate cu tiristoare sau tranzistoarede putere. Alimentarea laserilor cu gaz ce funcţionează în regim continuu se facede la generatoare de frecvenţă înaltă (20...30 MHz) si înaltă tensiune, construiteclasic după scheme cu tuburi electronice sau tranzistoare de putere. Schemele sunt

similare cu schemele de alimentare a instalaţiilor de încălzire capacitivă princurenţi de înaltă frecvenţă.

Aplicaţiile laserului în medicinăAplicaţiile laserului în medicină pot fi grupate în trei categorii: chirurgicale,

terapie fotodinamică si fotostimulare.în chirurgie, radiaţia laser se foloseste pentru secţionări, coagulări sau distrugereaunor formaţiuni prin vaporizare. Se bazează pe fenomenul termic, de aceea laserulare putere medie, cu funcţionare în impulsuri.Avantajele metodei:

• concentrarea mare de energie, pe o suprafaţă restrânsă, deci posibilitatea de aefectua incizii foarte precise fără a atinge ţesutul din jur;• lucrul fără contact direct cu ţesutul, eliminându-se tracţiunea mecanică;• lucrul în regim de impulsuri conduce la afectarea termică minimă a ţesutului din jur;• faţă de cauterizarea electrică localizarea este mai precisă, se micsorează probabilitatea hemoragiei, scade cantitatea de fum în urma carbonizării ţesutului.Cea mai largă utilizare este în oftalmologie (operaţii de cataractă, în desprinderi deretină, în glaucom, tumori oculare, anevrisme coroidiene). Cu succes s-a reusit



folosirea laserului în corectarea astigmatismului.Se folosesc laseri de mică putere,cu excimeri sau YAG:Nd.în ORL laserul se foloseste în maladii ale urechii medii, la eliminarea unor polipilaringieni, la incizia corzilor vocale.în chirurgia toracică cu ajutorul laserului se realizeză hemostaza vaselor mici

(fascicul divergent, cu diametrul 0,3...2 mm, 500...2000 W/cm2, aplicat 0,5 s),incizii (fascicul focalizat, cu diametrul 0,1...0,3 mm, 2500...25000 W/cm2, aplicat0,5 s), distrugerea unor formaţiuni (fascicul colimat, cu diametru peste 2 mm,2500...25000 W/cm2, aplicat peste 0,5 s).în chirurgia laparoscopică conducerea radiaţiei la locul aplicării se face prin fibreoptice. Se folosesc lasere cu YAG:Nd.în dermatologie se tratează angioame sau leziuni pigmentare.în oncologie iradierea laser distruge tumori superficiale (cutanate, de col uterin,cervicofaciale,rectale, etc).în chirurgia cardio-vasculară , laserele cu excimer se folosesc în angioplastie.

Permite eliminarea ateroamelor fără a afecta peretele vascular.în neurochirurgie fasciculul laser permite înlăturarea cu precizie a tumorilor aflate în preajma unor zone sensibile.în stomatologie utilizarea laserului este din ce în ce mai largă. Laserul cu C02 estefolosit în chirurgia si tratamentul cavităţii orale, cu avantajele:• nu necesită anestezie locală;• procedeu cu sângerare minimă;• vaporizează carii mici, superficiale;• sterilizează canalicule dentinale.Laserul YAG:Nd în regim de pulsuri, cu aplicare a fasciculului prin fibră optică,

este folosit în tratamentul pungilor gingivale prin aplicarea fibrei între pulpă sidinte. Are loc sterilizarea părţii tratate, reducerea procesului inflamator, stimulareaţesutului si reînoirea aderenţei cu gâtului dintelui. Altă utilizare: golirea sisterilizarea canalelor dentare prin aplicarea fascicului prin fibră optică subţire.Folosind laser YAG-Erbiu, cu lungime de undă 2,9 um, se realizeză tratamente peţesuturi dure (smalţ, dentină, ciment, os).în chirurgia plastică laserele se folosesc cu succes, conducând la incizii fine,vindecări rapide si cicatrice neobservabile.

Terapia fotodinamică se referă la inducerea unor reacţii fototoxice care duc la

distrugerea proliferărilor maligne. Mecanismul este următorul: anumiţi derivaţi aihemoporfirinei se concentrază foarte selectiv în celulele canceroase. La iradiereacu lumină albastră, celulele devin fluorescente, ceea ce permite localizareatumorii. Iradierea cu laser de culoare rosie induce reacţia fototoxică, prineliberare de oxigen singlet, ceea ce duce la moartea tumorii.

Biostimularea se bazează pe efectele netermice ale radiaţiei de mică putere(10...90 mW). Se obţine stimularea sau inhibarea unor procese funcţie deintensitatea radiaţiei si de lungimea de undă. De regulă stimularea se obţine la puteri mici, iar inhibarea la puteri mai mari. In vindecarea plăgilor, iradierea laser



stimulează regenerarea celulară, sinteza colagenului,stimulează revascularea siscurtează durata procesului inflamator.Transformarea fibroblastilor în miofibroblasti duce la accelerarea regenerăriifibrelor musculare. Asupra nervilor periferici, radiaţiile laser au un efect benefic.Se consideră că radiaţia laser modifică echilibrul energetic al sistemului nervos.

S-au obţinut rezultate bune în tratamentul mialgiilor, nevralgiilor de trigemen,rinitelor, sinuzitelor, asmului bronsic, otitei, etc.In cosmetică, folosind laseri Erbium sau N-Lite, se ameliorează aspectul pielii(îndepărtarea ridurilor, tatuajelor, urmelor acneei, etc.)Datorită efectelor deosebite în regenerarea ţesuturilor, radiaţia laser este denumită"vitamină optică".

Bibliografie : http://www.studentie.ro http://www.complexvirtual.ro/facultate/view-Biofizica+-+Laser-Terapia+In+Carcinoamele+Cutanate-202.html http://ro.wikipedia.org/wiki/Laser

http://www.studentie.ro/

http://www.complexvirtual.ro/facultate/view-Biofizica+-+Laser-Terapia+In+Carcinoamele+Cutanate-202.html


http://ro.wikipedia.org/wiki/Laser

http://www.studentie.ro/



http://ro.wikipedia.org/wiki/Laser



Efectul Laser

Catana Maria-GabrielaMedicina Generala

An II Grupa II

Documents

Laser 1