Lasery

1. Petr Houdek Lasery

2. Součásti laseru • rezonátor • koncové zrcadlo (odrazivost 100%) • výstupní zrcadlo (odrazivost <100%) • aktivní prostředí (obsahuje oddělené kvantové energetické hladiny elektronů) • plyny – plynové lasery • monokrystal – pevnolátkové lasery • polovodič s p-n přechodem – diodové lasery • volné elektrony – lasery s volnými elektrony • polovodičové multivrstvy – kvantové kaskádní lasery • součásti pro optické čerpání aktivního prostředí • chlazení ( v případě potřeby )

3. Fyzikální princip • Vhodné látce dodáme určitý typ energie (čerpání optické, elektrické, chemické, termodynamické, jaderné) • Látka absorbuje energii, v některých atomech dochází k excitaci • Ve chvíli, kdy převládne počet excitovaných částic nad počtem částic v nižším energetickém stavu, dochází populační inverzi – vzniká aktivní prostředí • V tomto stavu látkou procházející optický paprsek produkuje víc stimulované emise než stimulované absorpce, tak je paprsek zesílen • Vzhledem k tomu, že v aktivním prostředí dochází také k spontánní emisi fotonů, tak tyto fotony můžou zastat funkci vstupní energie. Docílí se to použitím odrazových zrcadel. 1 - Aktivní prostředí 2 - Dodávaná energie 3 - Zrcadlo - odrazivost 100% 4 - Zrcadlo - odrazivost 99% 5 - Výstupní laserový paprsek

4. Vlastnosti laseru • koherentní paprsek (téměř – difrakční jev způsobuje malou divergenci paprsku) • monochromatický paprsek (obsahující pouze jednu vlnovou délku nebo barvu) • polarizovaný paprsek(popisuje jev, kdy se vektor elektrické složky v rovině kolmé na pohyb stáčí) • Výkon od několika mW až po kW • Účinnost přeměny energie na světlo 20% • Podle bezpečnostních směrnic se dělí do 4 tříd

5. Typy laseru • Podle způsobu provozu dělíme na: • pulzní • nepřetržité • Podle aktivního prostředí dělíme lasery na: (+ některé příklady ) • Plynové • HeNe (543 nm) - výukový, levný • Carbon Dioxid (do 100kW) – v průmyslu na řezání materiálu • Chemické • Hydrogen fluorid (2700 nm) –reakce pomocí hydrogenu, enthylenu a nitrogen triflouridu HeNe laser

6. Typy laseru II • Excimerové lasery ( pracují pomocí chemické reakce obsahující dva druhy atomů, z nichž jeden je v excitovaném stavu; produkují ultrafialové světlo) • molekuly F2, ArF,KrCl, KrF, XeCl, XeF – používají se při výrobě polovodičů • pevné lasery • rubínový – první fungující laser • Nd:YAG (Neodymium-doped yttrium aluminium garnet, 1064nm ) – vysoký výkon, použití ve spektroskopii, • DPSS –(Nd:YVO4,1064nm)dodávaná energie pomocí diody – kompaktní rozměry, použití jako ukazovátka • možnost použití zeleného paprsku při zdvojení na 532nm • polovodičové • komerční laserové diody ( 375nm až 1800nm), použití pro laserová ukazovátka, laserové tiskárny, CD /DVD. Maximální výkon 10kW. • VCSEL

7. Některé aplikace laseru • Vědecké (spektroskopie, měření vesmírných vzdáleností, fotochemie, nukleární fůze, LIDAR) • Vojenské (SDI, laserové vidění, rušení satelitů, značkování cíle) • Lékařství(Kosmetické operace, operace očí, laserový skalpel, zubní zákroky,akupunktura) • Průmyslové/ Komerční (Řezání a úprava materiálu, čtení čárových kódů, laserová ukazovátka, holografie, optická komunikace) • Spotřebitelské (laserové tiskárny, optické přehrávače CD a DVD, světelné projekce) LIDAR, The Starfire Optical Range

8. Aplikace laseru - oční lékařství • Diagnostika (změřit sílu zánětu, rychlost proudění krve v cévách apod.) – skenovací oftalmoskop, biometrie oka, tomografie povrchu rohovky ad. • Biostimulační léčba – červeným světlem He-Ne laseru urychluje tkáňové procesy • Fotodynamická léčba – selektivně se zvýší citlivost cílové tkáně na laserové záření, které potom tuto tkáň zničí • Fototermická léčba – laserová energie se přemění na teplo a vznikne zánět a poté pevná jizva – argonový nebo Nd-YAG laser – léčba následků cukrovky a zánětu • Fotodyzruptivní léčba – vysokoenergetický Nd-YAG laser vytvoří v tkáni plazmatický výbuch. Tím se dají rozbít jemné oční struktury – léčba zeleného zákalu (náhrada ultrazvuku) • Fotoablace – excimetrové lasery tvarují povrch rohovky – vytváří se trvalá kontaktní čočka – léčba krátkozrakosti a astigmatismu (metody LASIK, LASEK)

9. Ostatní aplikace laseru v lékařství • Kosmetické operace – odstranění tetování, jizev, skvrn od slunce, vrásek, mateřských znamének, ochlupení Používané lasery : rubínový (694nm) , alexadritový(755nm), pulzní diodový (810nm), Nd:YAG (1064nm), Ho:YAG(2090nm), Er: YAG (2940nm) • Laserový skalpel (YAG a CO2 lasery) • Stomatologie – zubní kazy, bělení zubů , zubní operace • Terapie pomocí laseru (laser biostimulation) - ozařování nízkovýkonným laserem za účelem tkáňového růstu a dalších pozitivních důsledků ( 1-500mW na 600-1000 nm) – ve stádiu vývoje