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

(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.

Potosság /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

 

 

  

 

c v 1 2



(7)



 

 ^v

c

v 2

2 

 



Frekvencia-különbség:

Pl v = 20 m/s,  = 632,8 nm

7

Hz

9

6 , 33 10 10

8 , 632

20 2  



 

  

_



(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:

CO₂ lézer  = 10,6 m (~1000 cm^-1) Nd-YAG lézer  = 1,06 m (~10 000 cm^-1)

(11)

A fókuszált nyaláb sugara:

w

l

r f



 





: hullámhossz f: fókusztávolság

w_l:nyalábsugár a fókuszálás előtt

(12)

Nyalábtágító:

lézer

(13)

Száloptika n₂ > n₁

n₁ n₂ Teljes visszaverődés

mag

köpeny

(14)

Snellius-Descartes törvény





1 2

sin sin

n

 n





Teljes visszaverődés:  = 90 ^o sin  = 1

1 2

sin 1

n

 n



Pl. n₂ = 1,53 n₁ = 1,50

 = 78,6 ^o

(15)

Kémiai felhasználás

Lézeres fotokémia

Fotokémia: gerjesztett állapotban más kémiai viselkedés, mint alapállapotban.

Általában UV-fény kell.

Lézer előnye: szelektív gerjesztés hátránya: drága

(16)

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

(17)

Az energiaszintekben kis különbség (az

atommag különbözik, igy a kölcsönhatás az elektronfelhővel kissé eltér a két izotópban).

A spektrumvonalakban néhány tized cm^-1 különbség (több tízezer átmenet van).

(18)

Többlépéses ionizáció

235U ²³⁸U

h₃

h₁ h₂

(19)

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

(20)

16. A lézerek felhasználása az informatikában és a gyógyításban

Fény használata jeltovábbításra

Krisztus előtt VIII. században görögök : tűzjelek, átjátszó állomások

(21)

1880. Graham Bell: fotofon. A napsugárzást

modulálták, beszédet tudtak továbbítani.

Nem volt versenyképes az elektromos távíróval. (Morse, 1838)

(22)

1895. Marconi: drót nélküli információ-továbbítás (hosszúhullám)

Azóta az elektromágneses sugárzás egyre

szélesebb spektrumát használják adat-továbbításra.

(23)

A továbbítható információ mennyisége a frekvenciával nő.

Rádió: 10⁷ Hz - 10¹⁰ Hz Fény: ~10¹⁴ Hz

(24)

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

(25)

Moduláció:

Analóg jel

(26)

Digitális

Impulzusok: időtartam és szélesség rögzített.

Amplitúdó változik.

Bizonyos szint felett 1, alatta 0.

idő

1 0 0 1 0 1 1

(27)

Lézerek használata a gyógyításban

Lézersebészet

A szike szerepét egy fókuszált lézersugár tölti be.

CO₂ vagy Nd-YAG lézer

Az infravörös fényt elnyelik a sejtekben lévő

vízmolekulák. Gyorsan elpárolognak, és így jön létre a vágó hatás.

(28)

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).

(29)

Hátrányok

1. Drága és bonyolult

2. Kisebb a vágás sebessége

3. Megbízhatóság, szigorú biztonsági előírások

(30)

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.

(31)

Fotodinamikus terápia

Photodynamic therapy (PDT)

Sugárterápia és kemoterápia kombinációja Látható fény + fotoszenzibilizátor

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