LASER

1. LASER Dr. JOSÉ CAMBRIA CIRUGIA PLASTICA

2. LASER=Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación). La energía del láser siempre se emite comoradiación electromagnética(incluyendo los haces de luz).

3. ELEMENTOS DEL LASER • Longitud de onda(l) • Frecuencia (n ) • Periodo (T) • Velocidad de la luz (c) • Índice de refracción (n) Algunos términos de óptica geométrica , tales como : refracción , reflexión , lentes delgadas, etc. Algunos términos de " Física moderna ", como fotones, Modelos atómicos, etc.

4. Radiación Electromagnética • La radiación electromagnética que produce el láser, puede situarse en cualquier región del espectro , incluyendo el espectro visible , el espectro Ultra-Violeta (UV) , el espectro Infra-Rojo (IR) , y más allá.

5. El espectro electromagnético

6. Ejemplos de ondas electromagnéticas son : • Ondas de radio que tienen longitudes de onda del orden de metros, de modo que precisan grandes antenas (las dimensiones de una antena son del mismo orden de magnitud que la onda). • Microondas  que tienen longitudes de onda del orden de centímetros. Por ejemplo, en un horno microondas , estas longitudes de onda no se pueden transmitir a través de la rejilla protectora metálica de la puerta, mientras que el   espectro visible , que tiene longitudes de onda mucho más cortas, nos permite ver qué se está cocinando dentro del horno microondas a través de la rejilla protectora.  • Rayos X  que se usan en medicina para tomar una imagen de la estructura ósea del interior del cuerpo. • Rayos gamma que son tan energéticos, que provocan la ionización, y se clasifican como radiación ionizante.

7. Propiedades de la Radiación Láser • La " luz Ordinaria " (del sol o de las lámparas) está compuesta por muchas longitudes de onda diferentes, emitidas en todas las direcciones, y no hay ninguna relación entre las fases de las diferentes ondas emitidas por la fuente. • La Radiación Láserestá caracterizada por ciertas propiedades que no están presentes en otro tipo de radiación electromagnética : Monocromaticidad .Direccionalidad .Coherencia .

8. Monocromaticidad • Monocromaticidad significa "Un color ".Para comprender este término, examinemos la " luz blanca"  quel es el color que interpreta nuestra mente cuando vemos todos los colores juntos. Cuando la "luz blanca" se transmite a través de un prisma  se divide en los diferentes colores que la componen, como se puede apreciar en la figura

9. El Significado de "Un Color" • En sentido teórico "Un Color", que recibe el nombre de " línea espectral ", significa una longitud de onda( l0).

10. Direccionalidad • La radiación que sale del láser, lo hace en cierta dirección, y se dispersa con un ángulo de divergencia (q) definido Esta dispersión angular del rayo láser es muy pequeña comparada con otras fuentes de radiación electromagnética , y se describe mediante un pequeño ángulo de divergencia (del orden de mili-radianes ).

11. Coherencia • Puesto que la radiación electromagnética es un fenómeno ondulatorio, cada onda electromagnética se puede describir como una suma (superposición) de ondas sinusoidales en función del tiempo. • Según la teoría ondulatoria , cada onda se puede describir por una función de onda :

12. Superposición de Ondas • Ondas coherentes son aquellas que mantienen la fase relativa entre ellas. La luz de una lámpara incandescente está compuesta de ondas de muchas longitudes de onda, y cada onda aparece aleatoriamente con una relación no sistemática entre su fase y la de las demás ondas. La radiación del láser está compuesta por ondas de la misma longitud de onda, que empiezan al mismo tiempo y mantienen la fase relativa mientras avanzan. Por suma (superposición) de las amplitudes de onda de diferentes ondas, se encuentran mayores amplitudes para la radiación del láser.

13. Propiedades de la Radiación Láser • Divergencia del haz muy pequeña . El haz es casi un haz paralelo y se mueve en una dirección del espacio - Direccionalidad. • Alto grado de monocromaticidad. La radiación es casi de una longitud de onda, como puede medirse por una anchura espectral muy estrecha. • Coherencia. • La combinación de estas propiedades proporciona a la radiación láser muchas ventajas, como lograr densidades de energía muy elevadas , que no es posible conseguir con otras fuentes.

14. Modos Longitudinales en un Láser • Los modos longitudinales son ondas estacionarias a lo largo del eje óptico del láser. • Las ondas estacionarias se forman cuando dos ondas con la misma amplitud y frecuencia se mueven una en contra de la otra. • La cavidad óptica se crea mediante dos espejos a ambos lados del láser. • Las ondas estacionarias dentro de un láser se producen cuando se obliga a moverse la radiación electromagnética  de un lado a otro de la cavidad entre los espejos. • Las frecuencias permitidas dentro de la cavidad óptica están determinadas por la longitud de la cavidad (L) y el índice de refracción del medio activo . • Sólo están permitidas aquellas frecuencias que generan nodos en ambos espejos . Por lo tanto, la longitud de la cavidad debe ser múltiplo entero de sus semilongitudes de onda. • Las frecuencias permitidas están espaciadas en un intervalo constante, que es igual a la frecuencia básica de la cavidad.

15. Cavidad Óptica • En cada cavidad láser hay al menos dos espejos en los extremos del láser. • Estos espejos están enfrente uno del otro, y sus centros están sobre el eje óptico del láser. • La distancia entre los espejos determina la longitud de la cavidad óptica del láser (L). • Los espejos pueden tener diferentes formas, con diferentes distancias entre ellos. • Una cavidad óptica específica está determinada por el medio activo utilizado, así como su potencia óptica y su aplicación específica

16. Láser Pulsado • El láser de pulsos se bombea con gran intensidad en un corto periodo de tiempo • Como consecuencia, la ganancia del medio activo, y la ganancia en un ciclo, son mucho mayores que en un láser de onda continua, por lo que la potencia de salida es mayor.

17. Diferentes Tipos de Láser y sus Características • Los láseres se pueden dividir en varios grupos, de acuerdo con diferentes criterios : • El estado de la materia del medio activo : sólido, líquido, gas, o plasma. • El rango espectral de la longitud de onda del láser: espectro visible, espectro Infra-Rojo (IR), etc. • El método de excitación (bombeo) del medio activo : bombeo óptico, bombeo eléctrico, etc. • Las características de la radiación emitida por el láser. • El número de niveles de energía que participan en el proceso láser .

18. El medio activo • El material usado como medio activo determina : • La Longitud de Onda del Láser. • El método de bombeo más adecuado. • Orden de magnitud de la salida del láser. • El rendimiento del sistema láser. El medio activo determina muchas de las propiedades del láser, tal es así, que el nombre de cada láser deriva del nombre del medio activo.

19. Láseres de Gas • En un láser de gas, el medio activo del láser es un gas a baja presión (unos pocos mili-torr). • Las razones principales para usar un gas a baja presión son : • Posibilitar una descarga eléctrica en un largo espacio , mientras los electrodos están en los extremos de un tubo largo. • Obtener líneas espectrales estrechas, minimizando el ensanchamiento debido a las colisiones entre átomos.

20. Láser de Helio-Neon (He-Ne) • Longitud de Onda :632.8 [nm]Potencia de Salida :0.5-50 [mW]Diámetro del Haz :0.5-2.0 [mm]Divergencia del Haz:0.5-3 [mRad]Longitud de Coherencia :0.1-2 [m]Estabilidad de Potencia :5 [%/Hr]Tiempo de Vida:>20,000 [Horas]

21. Láser de Gas de Ión Argon(Ar+) •   Las dos transiciones láser principales están a longitudes de onda del visible : • Azul 0.488 [m m]verde 0.5145 [mm] , • pero el láser de ión Argon emite también en el espectro UV: • 0.3511 [mm]0.3638 [mm].

22. Aplicaciones del Láser de Ión Argón • 1. Fuente para el bombeo óptico de láseres de colorante. • 2. Entretenimiento- en espectáculos con luces láser, discotecas, y displays láser. • 3. Cirugía General- para aplicaciones que utilizan la absorción a longitudes de onda específicas. • 4. Oftalmología- colocación de retinas desprendidas. • 5. Medicina Forense- para medidas de fluorescencia. • 6. Holografía- debido a su alta potencia en el espectro visible.

23. Láser de Dióxido de Carbono (CO2)

24. Propiedades del Láser de CO2 • Elevada potencia de salida . Los láseres comerciales de CO2 producen más de 10,000 watios en continuo. • El espectro de salida se sitúa en la región Infrarroja (IR) :  9-11 [mm]. • Rendimiento muy alto (por encima del 30%). • Pueden operar tanto de forma continua como pulsada. • La potencia de salida media es de 75 [W/m] para flujo de gas lento, y por encima de unos pocos cientos de [W/m] para flujo de gas rápido. • Muy fácil de manejar, y los gases no son tóxicos.

25. propiedades del láser de CO2 • Láser de gas. • Emite en el espectro Infrarrojo (IR) (l = 9-11 [mm]). • Excitación eléctrica. • Láser de onda contínua, aunque también es posible la operación de forma pulsada. • Láser de cuatro niveles.

26. Láser de Rubí • El láser de Rubí fue el primer láser hecho por el hombre • El Rubí es un cristal sintético de Óxido de Aluminio(Al2 O3), y es más familiar en la vida cotidiana como una piedra preciosa para joyería. • La estructura química del Rubí está compuesta de Al2-O3 (que es llamado Zafiro), impurificada con alrededor del 0.05% (en peso) de iones Cromo (Cr+3). • El ión activo es elCr+3, el cuál reemplaza átomos de Al en el cristal. Este ión es la causa el color rojo del cristal. La impureza del ión Cr+3 es responsable de los niveles de energía que participan en el proceso láser.

27. Niveles de Energía del Láser de Rubí • Este sistema es un láser de tres niveles , donde las transiciones láser se producen entre los niveles E 2 and E1. La excitación de los iones Cromo se produce mediante pulsos de luz de lámparas de flash (normalmente Xenon)

28. El Primer Láser • Las barras pequeñas de Rubí tienen un diámetro de alrededor de 6 [mm], y una longitud en torno a 7 [cm]. Las barras más grandes de Rubí pueden llegar a tener un diámetro de 20 [mm], y una longitud de 20 [cm].

29. Láser de Nd • Hay tres matrices sólidas conocidas que se usan en el láser de Nd, donde los iones de Nd+3 se añaden como impurezas : • Vidrio. • YAG (Yttrium Aluminum Garnet) (cristal de Ytrio, Aluminio y granate). • YLF cristal de (LiYF4) .

30. Niveles de Energía del Láser de Nd-YAG • Láseres de estado sólido . • Emiten en la región del espectro del Infrarrojo cercano (NIR) . • Bombeados ópticamente . • Pueden operar de modo pulsado y contínuo. • Laser de cuatro niveles

31. Láser de Alexandrita (Cr+3:BeAl 2O4 ) La potencia media de salida del láser de Alexandrita puede llegar a los 20 watios (!). Pueden obtenerse pulsos de 100 [ mseg], con una energía de 1-3 [J] cada uno. El rendimiento eléctrico total del láser de Alexandrita bombeado por una lámpara de flash es de un 1%. Pendiente de eficiencia (Aumento de la potencia de salida con el aumento de la entrada elétrica) puede ser del 5%.

32. Aplicaciones Médicas • De acuerdo con el órgano tratado por el láser, tales como : Ojo, Cirugía General, Odontología, Dermatología, vasos sanguíneos, cardiacas, etc. • De acuerdo con el  tipo de láser usado en el tratamiento tal como : CO 2, YAG, y Argon. • De acuerdo con el tipo de tratamiento, tales como diagnósticos, cirugía, conexión de vasos sanguíneos.

33. Ventajas de la Cirugía Láser • Secado en cirugía, debido a que la energía del láser cierra los pequeños vasos sanguíneos. • Menor dolor postoperatrio, debido al sellado de las terminaciones nerviosas. • No hay contacto con instrumentos mecánicos, por lo que la esterilización está incorporada. • Campo de visión despejado , debido a que no hay instrumentos mecánicos que lo bloqueen. • Posibilidad de reacción a una longitud de onda específicade los colores específicos del tejido biológico. • Posibilidad de realizar microcirugía bajo microscopio. el haz láser pasa a través del mismo microscopio. • Posibilidad de realizar procedimientos quirúrgicos dentro del cuerpo sin necesidad de abrirlo, utilizando fibras ópticas para transmitir el haz láser. • El láser puede utilizarse como unaprecisa herramienta de corte. • Puede ser controlado mediante un computador , y operar en una pequeña área bajo un microscopio.

34. Especialidades de la Cirugía • Tratamiento ocular . • Cirugía General . • Otorrinolaringología. • Odontología . • Dermatología . • Gastroenterología y colo-rectal. • Cirugía plástica • Ginecología • Urología • Oncología. • Ortopedia. • Neurocirugía. • Veterinaria. • Cardiovascular. • ...

35. LUCES POR FAVOR Muchas Gracias