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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

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Albert Einstein (1879 - 1955) Theodore Maiman

Licht-Verstärkungdurch stimulierte

Emission von Strahlung

Thema

Licht

Wellenlänge

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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

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Thema

Laser

Lichtentstehung

Bohr´sches Atommodell

Laserprinzip

Absorption

stimulierteEmission

Emission

Besetzungsinversion Besetzungsinversion3-Niveau-System

4-Niveau-System

Spontane Emission

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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

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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

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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

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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“

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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)

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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

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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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Hohl-LeiterSpiegelarm-Technologie

IR-Laser: Er:YAG und CO2

Spiegelarm in Aktion

Laser-Scann-Vorrichtung Demonstration

Diverse Applikatoren

Demo-Wand

- ITT – Hirn- Cervix Applikator- Blasen isotrop

Modifikationen der Abstrahlung