Lasery

1
Lasery
Petr Houdek
2
Soucásti laseru

• rezonátor
• koncové zrcadlo (odrazivost 100)
• výstupní zrcadlo (odrazivost lt100)
• aktivní prostredí (obsahuje oddelené kvantové
  energetické hladiny elektronu)
• plyny plynové lasery
• monokrystal pevnolátkové lasery
• polovodic s p-n prechodem diodové lasery
• volné elektrony lasery s volnými elektrony
• polovodicové multivrstvy kvantové kaskádní
  lasery
• soucásti pro optické cerpání aktivního prostredí
• chlazení ( v prípade potreby )

3
Fyzikální princip

• Vhodné látce dodáme urcitý typ energie (cerpání
  optické, elektrické, chemické, termodynamické,
  jaderné)
• Látka absorbuje energii, v nekterých atomech
  dochází k excitaci
• Ve chvíli, kdy prevládne pocet excitovaných
  cástic nad poctem cástic v nižším energetickém
  stavu, dochází populacní inverzi vzniká aktivní
  prostredí
• V tomto stavu látkou procházející optický paprsek
  produkuje víc stimulované emise než stimulované
  absorpce, tak je paprsek zesílen
• Vzhledem k tomu, že v aktivním prostredí dochází
  také k spontánní emisi fotonu, tak tyto fotony
  mužou zastat funkci vstupní energie. Docílí se to
  použitím odrazových zrcadel.

1 - Aktivní prostredí 2 - Dodávaná energie 3 -
Zrcadlo - odrazivost 100 4 - Zrcadlo -
odrazivost 99 5 - Výstupní laserový paprsek
4
Vlastnosti laseru

• koherentní paprsek (témer difrakcní jev
  zpusobuje malou divergenci paprsku)
• monochromatický paprsek (obsahující pouze jednu
  vlnovou délku nebo barvu)
• polarizovaný paprsek(popisuje jev, kdy se vektor
  elektrické složky v rovine kolmé na pohyb stácí)
• Výkon od nekolika mW až po kW
• Úcinnost premeny energie na svetlo 20
• Podle bezpecnostních smernic se delí do 4 tríd

5
Typy laseru

• Podle zpusobu provozu delíme na
• pulzní
• nepretržité
• Podle aktivního prostredí delíme lasery na
• ( nekteré príklady )
• Plynové
• HeNe (543 nm) - výukový, levný
• Carbon Dioxid (do 100kW)
• v prumyslu na rezání 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 atomu, z
• nichž jeden je v excitovaném stavu produkují
  ultrafialové svetlo)
• molekuly F2, ArF,KrCl, KrF, XeCl, XeF používají
  se pri výrobe polovodicu
• pevné lasery
• rubínový první fungující laser
• NdYAG (Neodymium-doped yttrium aluminium garnet,
  1064nm ) vysoký výkon, použití ve
  spektroskopii,
• DPSS (NdYVO4,1064nm) dodávaná energie pomocí
  diody kompaktní rozmery, použití jako
  ukazovátka
• možnost použití zeleného paprsku pri zdvojení na
  532nm
• polovodicové
• komercní laserové diody ( 375nm až 1800nm),
  použití pro laserová ukazovátka, laserové
  tiskárny, CD /DVD. Maximální výkon 10kW.
• VCSEL

7
Nekteré aplikace laseru

• Vedecké (spektroskopie, merení vesmírných
  vzdáleností, fotochemie, nukleární fuze, LIDAR)
• Vojenské (SDI, laserové videní, rušení satelitu,
  znackování cíle)
• Lékarství(Kosmetické operace, operace ocí,
  laserový skalpel, zubní zákroky,akupunktura)
• Prumyslové/ Komercní (Rezání a úprava materiálu,
  ctení cárových kódu, laserová ukazovátka,
  holografie, optická komunikace)
• Spotrebitelské (laserové tiskárny, optické
  prehrávace CD a DVD, svetelné projekce)

LIDAR, The Starfire Optical Range
8
Aplikace laseru - ocní lékarství

• Diagnostika (zmerit sílu zánetu, rychlost
  proudení krve v cévách apod.) skenovací
  oftalmoskop, biometrie oka, tomografie povrchu
  rohovky ad.
• Biostimulacní lécba cerveným svetlem He-Ne
  laseru urychluje tkánové procesy
• Fotodynamická lécba selektivne se zvýší
  citlivost cílové tkáne na laserové zárení, které
  potom tuto tkán znicí
• Fototermická lécba laserová energie se premení
  na teplo a vznikne zánet a poté pevná jizva
  argonový nebo Nd-YAG laser lécba následku
  cukrovky a zánetu
• Fotodyzruptivní lécba vysokoenergetický Nd-YAG
  laser vytvorí v tkáni plazmatický výbuch. Tím se
  dají rozbít jemné ocní
• struktury lécba zeleného zákalu (náhrada
  ultrazvuku)
• Fotoablace excimetrové lasery tvarují povrch
  rohovky
• vytvárí se trvalá kontaktní cocka lécba
• krátkozrakosti a astigmatismu (metody LASIK,
  LASEK)

9
Ostatní aplikace laseru v lékarství

• Kosmetické operace odstranení tetování, jizev,
  skvrn od slunce, vrásek, materských znamének,
  ochlupení
• Používané lasery rubínový (694nm) ,
  alexadritový(755nm), pulzní diodový (810nm),
  NdYAG (1064nm), HoYAG(2090nm), Er YAG (2940nm)
• Laserový skalpel (YAG a CO2 lasery)
• Stomatologie zubní kazy, belení zubu , zubní
  operace
• Terapie pomocí laseru (laser biostimulation) -
  ozarování nízkovýkonným laserem za úcelem
  tkánového rustu a dalších pozitivních dusledku (
  1-500mW na 600-1000 nm) ve stádiu vývoje