Εισαγωγή στα lasers

Εισαγωγή στα LasersΓ. Μήτσου

Θέματα προς ανάπτυξη

Η ανακάλυψη του Laser – Βασικές έννοιες

Γιατί το ενδιαφέρον για τα Lasers;

Μοναδικές ιδιότητες των Lasers

Από που πηγάζουν αυτές οι ιδιότητες;

Λειτουργία ενός απλού Laser Τύποι Laser

Η ανακάλυψη του Laser

Ο όρος λέιζερ προέρχεται από το αγγλικό ακρωνύμιο Laser

LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation

Η ανακάλυψη του Laser

Στις 16 Μαου 1960 γεννήθηκε το πρώτο Laser από τον Theodore Maiman (Laser ρουμπινίου)

Βασίστηκε στην ιδέα του Αϊνστάιν περί της εξαναγκασμένης εκπομπής της ακτινοβολίας (1916)

Το μήκος κύματος

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Σωματιδιακή – Κυματική φύση του φωτός

Γιατί το ενδιαφέρον για τα Lasers;Έχουν μοναδικές ιδιότητες που δεν εμφανίζονται σε άλλες πηγές φωτόςΑυτές οι ιδιότητες έχουν δημιουργήσει μια σειρά από διατάξεις που δεν υπήρχαν πριν

Παραδείγματα εφαρμογών Laser

Εφαρμογές Ιατρικής - Αισθητικής Barcode readers CD’s Printers Έγχρωμα φωτοτυπικά μηχανήματα Laser shows Ολογραφία 3D imaging

Ιδιότητες των Lasers

Ιδιότηταa. Υψηλή μονοχρωματικότηταb. Στενό φασματικό εύροςc. Υψηλός βαθμός χρονικής

συμφωνίας

Ιδιότητες των Lasers

περίπτωση a & b

Φασματική λάμπα

Laser

0.1 A – λ ή 10GHz - f

MHz → μHz , οπου 1μHz = 10-6Hz

Ιδιότητες των Lasers

περίπτωση c – Χρονική Συμφωνία (temporal coherence)

Ιδανική χρονική συμφωνία• Σταθερή συχνότητα• Σταθερό πλάτος ταλάντωσης Δf→0 ή Δλ →0

f0

f

Δf

-∞+∞

Ιδιότητες των Lasers

περίπτωση c – Χρονική Συμφωνία (temporal coherence)

Ιδανική χρονική συμφωνία σημαίνει:• Χρόνος τc πολύ μεγάλος

• Δf ≈ 1/ τc πολύ μικρό• Μπορούμε να προσδιορίσουμε το πλάτος και τη φάση σε

οποιαδήποτε χρονική στιγμή, σε δεδομένη θέση

Ιδιότητες των Lasers

περίπτωση c – Χρονική Συμφωνία (temporal coherence)

Άπειρη συμφωνία: Αν ξέρω το πλάτος και τη φάση στο σημείο Α (για παράδειγμα), μπορώ να ξέρω ακριβώς το πλάτος και τη φάση του κύματος στο σημείο Β.

Ο χρόνος συμφωνίας μπορεί να προσδιοριστεί για την περιοχή που το κύμα δεν διακόπτεται

.Α .Β-∞+∞

Ιδιότητες των Lasers

Ιδιότητα

a. Υψηλός βαθμός ευθυγράμμισης της δέσμηςb. Περιορισμός της ευθυγράμμισης από φαινόμενα

περίθλασηςc. Εστίαση της δέσμης σε πολύ μικρό spotd. Υψηλός βαθμός χωρικής συμφωνίας

Ιδιότητες των Lasers

Περίπτωση d. Χωρική συμφωνία (spatial coherence)

• Το κύμα συμπεριφέρεται πολύ καλά κατά τη διάδοσή του στο χώρο

• Μπορούμε να προσδιορίσουμε το πλάτος και τη φάση του σε οποιαδήποτε θέση σε δεδομένο χρόνο

Ιδιότητες των Lasers

Έστω ιδανική σημειακή πηγή

Αν ξέρω το πλάτος και τη φάση στο Α μπορώ να τα προβλέψω σε μια άλλη θέση στο χώρο (π.χ. Στο Β)Διότι:Το μήκος κύματος είναι σταθερό και η χωρική συμπεριφορά του κύματος είναι σταθερή.

ΕυθυγραμμίζωLaser

.A

.B

Ιδιότητες των Lasers

Ιδιότητα

Υψηλή ισχύς

Laser συνεχούς εκπομπής (CW): 10-3 watt – 106wattΠαλμικά Laser: 109 watt (gigawatts)– 1018watt (exawatts)

Ιδιότητες των Lasers

Ιδιότητα

Ευρεία κλίμακα συντονισμού

Μπορούμε να έχουμε εκπομπή Laser σε οποιαδήποτε συχνότητα με διάφορες τεχνικές

Ιδιότητες των Lasers

Ιδιότητα

Διαμόρφωση παλμών μικρού εύρους

nsec 10-9sec

picosec 10-12sec

femtosec 10-15sec

Λειτουργία ενός απλού Laser

Μηχανισμοί εκπομπής φωτός

a. Απορρόφησηb. Αυθόρμητη εκπομπήc. Επαγόμενη ή εξαναγκασμένη εκπομπή

Λειτουργία ενός απλού Laser

Απορρόφηση

hν

E2

E1

Λειτουργία ενός απλού Laser

Αυθόρμητη εκπομπή

hν=Ε2-Ε1

Αποδιέγερση των ατόμων

Κάθε άτομο ενός αερίου αποδιεγείρεται σε τυχαία χρονική στιγμή και η εκπομπή του φωτός γίνεται σε τυχαία διεύθυνση

Λειτουργία ενός απλού Laser

Επαγόμενη ή εξαναγκασμένη εκπομπή

hν=Ε2-Ε1

hν

hν

Επαγόμενη ή εξαναγκασμένηαποδιέγερση των ατόμων

Εκπομπή φωτός• Προς την ίδια κατεύθυνση• Ίδιας συχνότητας• Ίδιας φάσης (σύμφωνο φως) με το φως

το οποίο προκάλεσε την Εκπομπή Ενίσχυση φωτός

Λειτουργία ενός απλού Laser

Βασικά χαρακτηριστικά τουLaser

Βασικά χαρακτηριστικά τουLaser

Βασικά χαρακτηριστικά τουLaser

H χρήση του Laser στην αισθητική

Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες laser ανάλογα με το ενεργό υλικό τους. Καθένα από αυτά έχει ιδιαίτερη αξία και εφαρμογές σε συγκεκριμένους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.

---Πού χρησιμεύει στην αισθητική ---

Στον τομέα της αισθητικής εφαρμόζονται τα λεγόμενα χαμηλής ισχύος laser. Η κατηγορία αυτή των laser προκαλεί κάποια φαινόμενα όταν δρα στον ανθρώπινο οργανισμό, φαινόμενα τα οποία είναι ιδιαίτερα χρήσιμα γιατί βοηθούν στην αντιμετώπιση αισθητικών προβλημάτων.

H χρήση του Laser στην αισθητική

Τα κύρια φαινόμενα που προκαλούνται από τα laser χαμηλής ισχύος και χρησιμεύουν στην αισθητική είναι η αντιφλεγμονώδης δράση τους, η αναλγητική επίδραση και η αύξηση της αιματικής και λεμφικής κυκλοφορίας.

Τα φαινόμενα αυτά παίζουν καθοριστικό ρόλο στην οριστική αντιμετώπιση προβλημάτων όπως αυτά της ακμής, της καταπολέμησης της κυτταρίτιδας και η υποβοήθηση της κυκλοφορίας της λέμφου που είναι υπεύθυνη για την απομάκρυνση των άχρηστων προϊόντων.

H χρήση του Laser στην αισθητική

Η δράση του laser κατά των οιδημάτων (πρηξιμάτων) δίνει νέα διάσταση στην αντιμετώπιση καταστάσεων όπως αυτή των πρησμένων ματιών (σακούλες κάτω από τα μάτια) καθώς επίσης και στην εξάλειψη των μαύρων κύκλων.

Η δράση του laser στην αισθητική αντιμετώπιση της κυτταρίτιδας παρουσιάζει εξαιρετικά αποτελέσματα ενώ σε προβλήματα φλεγμονώδους ακμής ή σε σημάδια και δυσχρωμίες προερχόμενα από ακμή, επιτελούνται πραγματικά θαύματα!