15. A lézerek felhasználása a mérés- technikában, a megmunkálásban és a kémiában.

Az előadások a következő témára: "15. A lézerek felhasználása a mérés- technikában, a megmunkálásban és a kémiában."— Előadás másolata:

1 15. A lézerek felhasználása a mérés- technikában, a megmunkálásban és a kémiában

2 Méréstechnika Optikai beállítás - főleg He-Ne lézer műhelyben, szabadban - több száz m

3 Távolságmérés Kis és közepes távolságok: Interferencia. Pontosság /10 - /100

4 Nagyobb távolságok: modulációs technika. Folytonos lézer intenzitását moduláljuk (színuszosan). A mérni kívánt távolságból visszatükrözzük, és detektáljuk. A távolságot a fáziseltérésből számítjuk. Relatív pontosság: 10 -6.

5 Impulzus-visszhang technikák: Q-kapcsolással rövid, intenzív impulzus Távoli objektumról visszaverődik. Mérjük az eltelt időt. Tükörrel érzékenyebbé tehető. Apolló: Föld-Hold távolság 15 cm pontossággal

6 Interferometria - Doppler-effektus Mozgó tükörről érkező sugarak frekvenciája: Sebességmérés

7 Frekvencia-különbség: Pl v = 20 m/s, = 632,8 nm

8 Megmunkálás Edzés Forrasztás Vágás Fúrás

9 Előnyök 1. Tiszta energiaforrás 2. Az energia kis területre koncentrálható 3. Könnyen szabályozható 4. Nehezen hozzáférhető helyeken is használható 5. Az energia a felületre koncentrálódik (felületi megmunkálás)

10 Leggyakrabban: CO 2 lézer = 10,6  m (~1000 cm -1 ) Nd-YAG lézer = 1,06  m (~10 000 cm -1 )

11 A fókuszált nyaláb sugara: : hullámhossz f: fókusztávolság w l : nyalábsugár a fókuszálás előtt

12 Nyalábtágító: lézer

13 Lézerek az informatikában Fény használata jeltovábbításra Krisztus előtt VIII. században görögök : tűzjelek, átjátszó állomások

14 1880. Graham Bell: fotofon. A napsugárzást modulálták, beszédet tudtak továbbítani. Nem volt versenyképes az elektromos távíróval. (Morse, 1838)

15 1895. Marconi: drót nélküli információ-továbbítás (hosszúhullám) Azóta az elektromágneses sugárzás egyre szélesebb spektrumát használják adat-továbbításra.

16 A továbbítható információ mennyisége a frekvenciával nő. Rádió: 10 7 Hz - 10 10 Hz Fény: ~10 14 Hz

17 Veszteség: lg(P b /P k )/L [db/km] Pl 1 db/km azt jelenti, hogy 1 km-en tized részére esik a teljesítmény. Manapság ~0,2 db/km-es szálak készülnek Probléma: továbbítás. - Száloptika

18 Moduláció: Analóg jel idő

19 Digitális Impulzusok: időtartam és szélesség rögzített. Amplitúdó változik. Bizonyos szint felett 1, alatta 0. idő 1111000

20 Száloptika n 2 > n 1 n1n1 n2n2 Teljes visszaverődés mag köpeny

21 Snellius-Descartes törvény   Teljes visszaverődés:  = 90 o sin  = 1 Pl. n 2 = 1,53 n 1 = 1,50  = 78,6 o

22 Konfokális mikroszkóp

23 Kémiai felhasználás Lézeres fotokémia Fotokémia: gerjesztett állapotban más kémiai viselkedés, mint alapállapotban. Általában UV-fény kell. Lézer előnye: szelektív gerjesztés hátránya: drága

24 Lézeres izotópszeparáció Azon alapul, hogy a spektrális átmenetek frekven- ciája kismértékben különbözik az izotópokban. Lézeres urándúsítás: A természetes uránban a 235-ös 0,7 % Az atomreaktorban ~3 % kell

25 Az energiaszintekben kis különbség (az atommag különbözik, így a kölcsönhatás az elektronfelhővel kissé eltér a két izotópban). A spektrumvonalakban néhány tized cm -1 különbség (több tízezer átmenet van).

26 Többlépéses ionizáció 235 U 238 U h 3 h 1 h 2

27 Az ionokat könnyű elválasztani a semleges atomoktól vagy molekuláktól (pl. elektromos térrel).

28 16. A lézerek felhasználása a gyógyításban

29 Lézersebészet A szike szerepét egy fókuszált lézersugár tölti be. CO 2 vagy Nd-YAG lézer Az infravörös fényt elnyelik a sejtekben lévő vízmolekulák. Gyorsan elpárolognak, és így jön létre a vágó hatás.

30 Előnyök 1. Pontosabban lehet vágni, különösen, ha a lézersugarat mikroszkóppal irányítjuk (lézeres mikrosebészet). 2. Olyan helyeken is lehet operálni, amelyek hagyományos sebészettel nem hozzáférhetők (száloptika). 3. Vérveszteség kisebb 4. A környező szövetekben kisebb károsodás (néhány tíz  m).

31 Hátrányok 1. Drága és bonyolult 2. Kisebb a vágás sebessége 3. Megbízhatóság, szigorú biztonsági előírások

32 Szemészetben: retinaleválás megakadályozására Ar-ion lézer. A zöld fényt a szemlencse átengedi. A vörös vértestek abszorbeálják. A lézernyalábot fókuszálják a retinára,amely a hőhatás következtében visszatapad.

33 Fotodinamikus terápia Photodynamic therapy (PDT) Sugárterápia és kemoterápia kombinációja Látható fény + fotoszenzibilizátor Külön-külön ártalmatlanok

34 A fotodinamikus terápia sémája

35 A sejtpusztítás mechanizmusa Energia-átadás (II. típusú folyamat)

36 Elektron-átadás (I. típusú folyamat)

37 A fény behatolási mélysége a tumorba a hullámhossz függvényében