LASERS EN BEELDVORMING IN OOGHEELKUNDE
→ weten wat je met lasers kunt doen en hoe ze werken
PRINCIPES VAN EINSTEIN
STRUCTUUR VAN HET ATOOM
- De protonen (rood) en neutronen (groen) vormen de kern
- De elektronen (wit) vormen de elektronenwolk die onderverdeeld is in
elektronbanen
- Elke elektronbaan komt overeen met een bepaalde energie. Overgang tussen
de banen is mogelijk mits toevoeging of afname van energie door middel van
een foton.
o Hoe hoger de baan, hoe meer energie
o Als de energie heel hoog is → verwijderd van het atoom
o Banen van het elektron zijn niet willerkeurig: is op gekwantificeerde
afstanden
§ Kan sprongen maken maar moet daarvoor exact de juiste hoeveelheid energie hebben
ð Einstein: 3 principes van hoe licht en materie met elkaar kunnen intrageren (+ uitleg kennen)
o Absorptie
o Emissie
o Gestimuleerde emissie
ABSORPTIE
Elektron draait op lage baan van het atoom (laagste baan = grondtoestand) → foton komt: heeft precies de
juiste energie om het elektron naar de volgende baan te doen springen
Absorptiespectrum
Macroscopisch: je hebt een of ander materiaal, bv een vloeistof
→ wit licht doorsturen (bestaat uit een heel spectrum van kleuren) → blauwe licht is net de golflengte van de
nodige energie om het elektron te doen springen
→ krijgt alle kleuren behalve blauw => geel wordt dominante kleur
EMISSIE
= het omgekeerde van absorptie: vertrekken vanuit een elektron dat zich op een hoge baan bevindt (niet persee
de hoogste) → elektron heeft al een zekere hoeveelheid energie => (spontane) emissie: vervalt naar een lagere
baan
Emissiespectrum
Macroscopisch: veel atomen zijn geexciteerd → spontaan verval → blauwe licht
komt eruit => uitgaande spectrum is de blauwe lijn
122
,GESTIMULEERDE EMISSIE
= combinatie van de 2
® Atoom staat in excitatie: elektron draait op de hoge baan
® Foton dat overeenkomt met een bepaalde energiesprong komt voorbij
® Foton botst → elektron zakt naar de lagere baan
® 2 fotonen : zijn compleet identiek aan elkaar: zelfde golflengte, richting en fase
ð Licht versterkings effect
ð Kan alleen maar bij juiste materiaal: energie omstandigheden moeten goed genoeg zijn om het toe te
laten + hebt juiste foton nodig
Spectrum
Macroscopisch: zekere hoeveelheid licht → gestimuleerde emissie → fellere lichtbron
→ kan steeds sterker en sterker en sterker worden: hele keten van het effect
LASERS
= Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
- Stimulated emission: 3e principe van einstein
- Light amplification: licht versterken
LASERWERKING
Laser bestaat uit 3 verschillende onderdelen:
- Lasermedium
o Is een stof met bepaalde fysische eigenschappen: gas, vloeistof, vaste stof…
o Elektronen schillen moeten op een bepaalde afstand staan en 1 ervan moet redelijk stabiel zijn
§ Stabiel: een zeker aantal atomen moeten in geexciteerde staat zijn
o Als in het lasermedium de meeste atomen in geexciteerde staat: populatieinversie
§ Belangrijk want anders dooft de laserreactie vrij snel weer uit
- Pompsysteem
o Zal de energie in het lasermedium pompen
§ Veel verschillende manieren: licht, chemische reactie, …
o Want lasermedium is in rust
- Resonerende optische caviteit
o 2 spiegels tegenover elkaar waar het licht tussen kan kaatsen
123
,Werking
® Als je de laser aanzet: pompsysteem begint energie in het laser medium te pompen
® Alle elektronen gaan naar de bovenste baan: blijven daar een paar microseconden zitten
® Aantal gaan na mS in spontane emissie
® Vorming van fotonen: hebben de juiste eigenschappen voor gestimuleerde emissie
® Fotonen vliegen door het medium → botsen met andere atoom dat ook geexciteerd is → gestimuleerde
emissie => sneeuwbaleffect: 1-2-4-8-…
® Op een gegeven moment komen ze aan het einde en dooft het uit
® Spiegel zorgt ervoor dat het weer de andere kant op gaat en de reactie continu kan blijven gaan
® Maar als je licht hebt dat tussen die 2 spiegels zit de kaatsen heb je er niets aan
® Moet een heel klein gaatje in hebben: spiegel is ongeveer 1% doorlaatbaar voor het licht dat van binnen
komt (99% reflecteerd)
® Laseroutput
Ander diagram:
d) populatie inversie
→ zwart puntje is atoom in rust
→ wit puntje is geexciteerd atoom
Spontane emissie kan in alle richtingen
Hebt heel veel fotonen nodig om de
laserreactie gaande te houden → kan niet
meer dan 1% eruit halen
EIGENSCHAPPEN
- Monochromatisch
o Licht door een prisma laten gaan → opsplitsen in verschillende kleuren
o Laser door prisma laten gaan → onder bepaalde hoek breken in
bepaalde richting
§ Blauwe laser zal onder andere hoek afbuigen dan een rode enzv.
§ Lasers komen allemaal in verschillende kleuren, met
verschillende golflengtes en dus verschillende doeleinden
- Hoge coherentie
o Licht bestaat uit golven (net zoals geluid) → golven hebben een
amplitude (hoe hard schommelt het), een periode (hoelang) en een
fase (waar op de golf zit je?)
o Bij gewoon licht: is oncoherent licht → heeft geen enkel faseverband
met elkaar: is compleet willerkeurig
o Laser: trillingen allemaal gelijkmatig (rechts onder)
§ Heeft voordelen: bepaalde interacties met materialen kunnen
uitgelokt worden
124
, - Hoge directionaliteit
o Gloeilamp: ziet geen projectie op de muur
o Laser: projectie altijd zichtbaar van eender welke afstand
§ Extreem nauwe bundels van heel hoge energe
- Hoge intensiteit
o Kan mbv laser door allerlij materialen schijnen
§ Dankzij de hoge intensiteit
o Niet mbv laserbundel in oog schijnen!
CLASSIFICATIE
- Lasermedium: HeNe, Ar+, Nd:YAG, Excimeer, Robijn,…
- Aggregatietoestand: Vaste stof, vloeistof, of gas
- Pompsysteem: Chemisch, flitslicht, electrische ontlading
- Spectraal domein: IR, visueel, UV,…
o Welke kleur van licht, welke band van het spectrum
- Output: Gepulst (μs, ns, ps, fs) of continu
o Gepulst: hele reeks van korte pulsen (in verschillende seconden) -> krijgt zelfs met een vrij lage
laserintensiteit een puls met extreem hoge intensiteit
§ Alle energie laadt zich op (tellen op)
§ Wordt vaak in geneeskunde gebruikt: hoge instensiteit zonder veel energie erin te steken
TOEPASSINGEN
ABSORPTIE
→ mbv laser kan je een ballon in een andere ballon kapot maken zonder dat de buitenste ballon kapot gaat
→ ballonen van verschillende kleur: blauwe ballon absorbeert het licht van de rode laser → ballon warmt lokaal
op → ballon wordt zwakker → springt kapot
ð Wordt ook in de geneeskunde gedaan op weefsels
In praktijk
- Belangrijk dat je weet welke absorptie plaatsvindt op welk spectrum om het in praktijk te kunnen
toepassen
- Lichtverstrooiing willen we minimaliseren: want dan kan het niet goed doordringen
- Bv melanine raken: blauwe ultraviolette kant, maar niet te ver want anders lichtverstrooing
ð Afhankelijk van hetgeen dat je wilt raken moet je de juiste golflengte kiezen
PENETRATIE
Als je iets wilt doen dat wat dieper zit in het weefsel
→ zeker zijn dat het licht tot daar kan geraken
Bv oog: alles tussen blauw en infrarood gaat
ð Venster per weefsel bepalen
R: # nanometer dat kan doordringen
→ er blijft veel licht in de lens hangen
125
→ weten wat je met lasers kunt doen en hoe ze werken
PRINCIPES VAN EINSTEIN
STRUCTUUR VAN HET ATOOM
- De protonen (rood) en neutronen (groen) vormen de kern
- De elektronen (wit) vormen de elektronenwolk die onderverdeeld is in
elektronbanen
- Elke elektronbaan komt overeen met een bepaalde energie. Overgang tussen
de banen is mogelijk mits toevoeging of afname van energie door middel van
een foton.
o Hoe hoger de baan, hoe meer energie
o Als de energie heel hoog is → verwijderd van het atoom
o Banen van het elektron zijn niet willerkeurig: is op gekwantificeerde
afstanden
§ Kan sprongen maken maar moet daarvoor exact de juiste hoeveelheid energie hebben
ð Einstein: 3 principes van hoe licht en materie met elkaar kunnen intrageren (+ uitleg kennen)
o Absorptie
o Emissie
o Gestimuleerde emissie
ABSORPTIE
Elektron draait op lage baan van het atoom (laagste baan = grondtoestand) → foton komt: heeft precies de
juiste energie om het elektron naar de volgende baan te doen springen
Absorptiespectrum
Macroscopisch: je hebt een of ander materiaal, bv een vloeistof
→ wit licht doorsturen (bestaat uit een heel spectrum van kleuren) → blauwe licht is net de golflengte van de
nodige energie om het elektron te doen springen
→ krijgt alle kleuren behalve blauw => geel wordt dominante kleur
EMISSIE
= het omgekeerde van absorptie: vertrekken vanuit een elektron dat zich op een hoge baan bevindt (niet persee
de hoogste) → elektron heeft al een zekere hoeveelheid energie => (spontane) emissie: vervalt naar een lagere
baan
Emissiespectrum
Macroscopisch: veel atomen zijn geexciteerd → spontaan verval → blauwe licht
komt eruit => uitgaande spectrum is de blauwe lijn
122
,GESTIMULEERDE EMISSIE
= combinatie van de 2
® Atoom staat in excitatie: elektron draait op de hoge baan
® Foton dat overeenkomt met een bepaalde energiesprong komt voorbij
® Foton botst → elektron zakt naar de lagere baan
® 2 fotonen : zijn compleet identiek aan elkaar: zelfde golflengte, richting en fase
ð Licht versterkings effect
ð Kan alleen maar bij juiste materiaal: energie omstandigheden moeten goed genoeg zijn om het toe te
laten + hebt juiste foton nodig
Spectrum
Macroscopisch: zekere hoeveelheid licht → gestimuleerde emissie → fellere lichtbron
→ kan steeds sterker en sterker en sterker worden: hele keten van het effect
LASERS
= Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
- Stimulated emission: 3e principe van einstein
- Light amplification: licht versterken
LASERWERKING
Laser bestaat uit 3 verschillende onderdelen:
- Lasermedium
o Is een stof met bepaalde fysische eigenschappen: gas, vloeistof, vaste stof…
o Elektronen schillen moeten op een bepaalde afstand staan en 1 ervan moet redelijk stabiel zijn
§ Stabiel: een zeker aantal atomen moeten in geexciteerde staat zijn
o Als in het lasermedium de meeste atomen in geexciteerde staat: populatieinversie
§ Belangrijk want anders dooft de laserreactie vrij snel weer uit
- Pompsysteem
o Zal de energie in het lasermedium pompen
§ Veel verschillende manieren: licht, chemische reactie, …
o Want lasermedium is in rust
- Resonerende optische caviteit
o 2 spiegels tegenover elkaar waar het licht tussen kan kaatsen
123
,Werking
® Als je de laser aanzet: pompsysteem begint energie in het laser medium te pompen
® Alle elektronen gaan naar de bovenste baan: blijven daar een paar microseconden zitten
® Aantal gaan na mS in spontane emissie
® Vorming van fotonen: hebben de juiste eigenschappen voor gestimuleerde emissie
® Fotonen vliegen door het medium → botsen met andere atoom dat ook geexciteerd is → gestimuleerde
emissie => sneeuwbaleffect: 1-2-4-8-…
® Op een gegeven moment komen ze aan het einde en dooft het uit
® Spiegel zorgt ervoor dat het weer de andere kant op gaat en de reactie continu kan blijven gaan
® Maar als je licht hebt dat tussen die 2 spiegels zit de kaatsen heb je er niets aan
® Moet een heel klein gaatje in hebben: spiegel is ongeveer 1% doorlaatbaar voor het licht dat van binnen
komt (99% reflecteerd)
® Laseroutput
Ander diagram:
d) populatie inversie
→ zwart puntje is atoom in rust
→ wit puntje is geexciteerd atoom
Spontane emissie kan in alle richtingen
Hebt heel veel fotonen nodig om de
laserreactie gaande te houden → kan niet
meer dan 1% eruit halen
EIGENSCHAPPEN
- Monochromatisch
o Licht door een prisma laten gaan → opsplitsen in verschillende kleuren
o Laser door prisma laten gaan → onder bepaalde hoek breken in
bepaalde richting
§ Blauwe laser zal onder andere hoek afbuigen dan een rode enzv.
§ Lasers komen allemaal in verschillende kleuren, met
verschillende golflengtes en dus verschillende doeleinden
- Hoge coherentie
o Licht bestaat uit golven (net zoals geluid) → golven hebben een
amplitude (hoe hard schommelt het), een periode (hoelang) en een
fase (waar op de golf zit je?)
o Bij gewoon licht: is oncoherent licht → heeft geen enkel faseverband
met elkaar: is compleet willerkeurig
o Laser: trillingen allemaal gelijkmatig (rechts onder)
§ Heeft voordelen: bepaalde interacties met materialen kunnen
uitgelokt worden
124
, - Hoge directionaliteit
o Gloeilamp: ziet geen projectie op de muur
o Laser: projectie altijd zichtbaar van eender welke afstand
§ Extreem nauwe bundels van heel hoge energe
- Hoge intensiteit
o Kan mbv laser door allerlij materialen schijnen
§ Dankzij de hoge intensiteit
o Niet mbv laserbundel in oog schijnen!
CLASSIFICATIE
- Lasermedium: HeNe, Ar+, Nd:YAG, Excimeer, Robijn,…
- Aggregatietoestand: Vaste stof, vloeistof, of gas
- Pompsysteem: Chemisch, flitslicht, electrische ontlading
- Spectraal domein: IR, visueel, UV,…
o Welke kleur van licht, welke band van het spectrum
- Output: Gepulst (μs, ns, ps, fs) of continu
o Gepulst: hele reeks van korte pulsen (in verschillende seconden) -> krijgt zelfs met een vrij lage
laserintensiteit een puls met extreem hoge intensiteit
§ Alle energie laadt zich op (tellen op)
§ Wordt vaak in geneeskunde gebruikt: hoge instensiteit zonder veel energie erin te steken
TOEPASSINGEN
ABSORPTIE
→ mbv laser kan je een ballon in een andere ballon kapot maken zonder dat de buitenste ballon kapot gaat
→ ballonen van verschillende kleur: blauwe ballon absorbeert het licht van de rode laser → ballon warmt lokaal
op → ballon wordt zwakker → springt kapot
ð Wordt ook in de geneeskunde gedaan op weefsels
In praktijk
- Belangrijk dat je weet welke absorptie plaatsvindt op welk spectrum om het in praktijk te kunnen
toepassen
- Lichtverstrooiing willen we minimaliseren: want dan kan het niet goed doordringen
- Bv melanine raken: blauwe ultraviolette kant, maar niet te ver want anders lichtverstrooing
ð Afhankelijk van hetgeen dat je wilt raken moet je de juiste golflengte kiezen
PENETRATIE
Als je iets wilt doen dat wat dieper zit in het weefsel
→ zeker zijn dat het licht tot daar kan geraken
Bv oog: alles tussen blauw en infrarood gaat
ð Venster per weefsel bepalen
R: # nanometer dat kan doordringen
→ er blijft veel licht in de lens hangen
125
