14.) Laser: induzierte Emission, Populationsumkehr, Rubinlaser, Lasertypen, medizinische Anwendungen, Laserchirurgie, Laserpinzette.

Question 1

Laser

Answer 1

Light amplification by stimulated emission of radiation

Question 2

Induzierte Emission

Answer 2

Beschreibt, dass keine spontane Emission (Teilchen auf höherem Niveau springt auf das niedrigere unter Umsetzung eines Photons.), sondern eine induzierte Emission. D.H. Ein Photon agiert als Erreger, spdass das Elektron auf dem höheren Niveau herunterspringt unter Umsetzung von 2 Photonen. Diese haben dieselbe Energie, Richtung und schwingen in selber Phase.

Question 3

Populationsumkeh

Answer 3

Normalerweise ist ein auf dem oberen Niveau angelegtes Elektron und die unten liegenden Elektronen die Regel. Durch diese Ausgangssituation werden die Wellen teils emittieren und teils absorbieren. D.h. wir erfahren eine Schwächung.
Ist nun aber die Population umgekehrt, d.h. oben mehr wie unten, dann verstärkt sich die eingehende Strahlung weil mehr Elektronen emittieren als absorbieren.

Question 4

Entstehung eines Laserlichts –Rubinlaser:

Answer 4

Auf die Anregung (zb. durch eine xenon blitzlampe) eines Rubins/Rubinstabes erfolgt ein strahlungsloser Übergang auf ein metastabiles Niveau (Cr3+) (d.h. viele Elektronen auf einem hohen Niveau) , bei dem dann die Lichtemission spontan und induziert abläuft und der Laser leuchtet, wenn eine Sättigung (Wellen schwingen alle in der selben Richtung, weil sie gezwungen wurden von den an dem Rubinbefestigten Spiegeln) stattfindet. Sättigung geht dann durch kleine Öffnung am Laser. → drei-niveau-Lasersystem (Phosphoreszenz)

Question 5

Eigenschaften von Laserlicht

Answer 5

• Monochromatisch, (f = 10^-6)
• Kohärente Emission also kohärent (alle in der selben Richtung, Phase, Ebene,..)
• Kleine Divergenz ( sigma= 0,1-1 mrad) (also winkelabweichung)
• Hohe Intensität (I = 10¹⁴ W/m²)
• Polarisiert

Question 6

Lasertypen

Answer 6

Laserstoff: gasförmig (He-Ne, CO2, Argon, Excimer), kristallin (Rubin, Nd-YAG, Er-YAG, Halbleiterdiode –GaAS) und flüssig

Question 7

Betriebsart

Answer 7

impulsförmig, kontinuierlich

Question 8

Wellenlängen

Answer 8

Hängen von dem Laserstoff ab

Question 9

Sechs Medizinische Anwendungen

Answer 9

• Labordiagnostik (Mikroskopie, optischer Sensoren)
• Klinische Diagnostik (Endoskopie, Laser-Doppler)
• Softlaser therapie (Biostimulation)
• Photodynamische Therapie (Tumortherapie)
• Laserchirurgie (Auge)
• Laserpinzette (molekulare Chirurgie)

Question 10

Laserchirurgie (Auge)

Answer 10

Laserchirurgie (Auge) basiert auf der Absorption die das Gewebe erwärmt. Bei 60-100°C Koagulation d.h. Denaturierung, Aggregation der Proteine, Verschmelzen des Gewebes auf der Koagulationszone. Bei 150°C Vaporisation Wasser evaporiert explosionsartig und 300°C Karbonisation, Atomisation Wasser evaporiert explosionsartig und gebrannte Gewebestückchen entfernen sich aus dem Körper.

• Vorteile:* präzise feine Schnitte, Blutung reduziert, aseptisch, möglich auch im Inneren des Körpers (Lichtleiter) und selektive Behandlung von Gewebsteilen

Question 11

Laserpinzette (molekulare Chirurgie)

Answer 11

Laserpinzette (molekulare Chirurgie) funktioniert indem ein Laserbündel zb. auf ein Spermium fällt, die Laserstrahlen wirken auf den Körper eine Kraft aus, diese Kraft kann die Körper steuern, da die Resultierende Kraft von dem Zentrum des Bündels wirkt und wenn das Bündel sich bewegt, das Objekt mit geht. D.h. wenn ich eine hohe Intensität auf die rechte Seite auswirke und eine kleinere Intensität auf die linke, dann (im Kreuz) geht der die resultierende Kraft in Richtung links.