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Física láser

Diplomado Superior de Medicina Fotónica en


Objetivos • Principal • Entender desde el punto de vista físico la emisión de la luz láser. Para quien va y donde se realiza • Secundarios: • Comprender cual es la diferencia entre la luz blanca y láser. • Comprender como se genera la luz láser • Entender , comprender y aplicar los parámetros del láser .


• La luz ha sido un fenómeno que ha fascinado a sabios y científicos desde tiempos inmemoriales y para describir su comportamiento se han elaborado numerosas teorías que son los cimientos de la física moderna y también de muchos de los avances científicos


La Luz Es una REM o una forma de energĂ­a radiante. Sostiene la vida en el planeta.


La Luz • Es la que nos permite definir forma y color de los objetos . • El ser humano y los animales poseen un órgano especializado la vista . • La retina es la membrana del ojo donde se localizan los receptores que captan la Luz. Conos y bastones .


Características de la luz blanca • Viaja en línea recta. • Cambia de dirección al pasar de un medio a otro. Se refracta, se refleja y se absorbe. • La velocidad de desplazamiento en el vacío es de 300.000km/seg. • Se descompone en 7 colores : rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y purpura. Cuando atraviesa un medio trasparente.


la luz blanca


la luz • En el siglo XVII Issac Newton fue el primero en explicar como se propaga la luz. • TEORIA CORPUSCULAR DE NEWTON. • la luz está formada por partículas materiales, que llamó corpúsculos que son lanzados gran velocidad por los cuerpos emisores de luz. • Con esta teoría no podían abordarse fenómenos como la difracción.


Propagación de la luz • Teoría Ondulatoria • Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. • Christian Huygens, quien en el año 1678 describió y explicó lo que hoy son las leyes de reflexión y refracción.


Propagación de la luz • Teoría Electromagnética: • La luz es una onda electromagnética compuesta de campos eléctricos y magnéticos que varían de manera periódica al viajar por el espacio. Las ondas electromagnéticas transportan energía y no requieren de un medio para propagarse.


Propagación de la luz • Teoría Quántica: Hipótesis de Planck: La radiación no se puede emitir ni absorber en una cantidad arbitraria sino que siempre se emite o absorbe en cantidades discretas llamadas cuantos.


LA LUZ • Para una radiación con una frecuencia dada cada cuanto tiene una energía cuyo valor esta dado por el fotón, por la siguiente expresión: • Energía del fotón= h x f • h = constante de Planck = 1.60 x 10 -19 Joule. Seg.


La luz • Que es un fotón? • El fotón puede definirse también como la partícula de luz más pequeña. Max Planck y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de que la luz, que muchas veces se comporta como una onda, a veces se comporta como si estuviera compuesta por un haz de pequeñas partículas o cuantos de energía.


Espectro electromagnético •

Es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas


Espectro electromagnético • Longitud de onda • Es la distancia entre dos puntos consecutivos, en una onda electromagnética periódica, en una misma fase en un instante de tiempo.


Espectro electromagnético • La longitud de onda • Se simboliza con la letra griega lambda • Formula:


Láser A partir de las investigaciones de Albert Einstein en 1917 cuando se produjo la primera radiación electromagnética mediante • “ Emisión estimulada de Radiación” • Siendo este es el proceso fundamental a partir del cual se crea el Laser


Láser • En 1950 se construye el primer equipo de radiación estimulada Máser (Amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación). • En 1960 Mayman Construye el primer láser de rubí. Se utilizó para fotocoagulación y como bisturí en tratamiento de tumores retiniano.


Láser • En realidad la palabra láser son las siglas de: • “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" • «Amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación» • Se puede definir como un dispositivo que transforma diversas formas de energía en radiación electromagnética.


Láser • El primer modelo “moderno” del átomo fue proporcionado por Ernest Rutherford. • Este modelo habla de que el átomo está formado por un núcleo muy masivo con carga positiva, alrededor del cual giraban los electrones, con carga negativa, formando un sistema similar a un pequeño sistema planetario.


Láser • El sistema atómico elemental cuenta con dos niveles de energía E1 y E2 en el cual el primer nivel corresponde a un electrón en su órbita inferior y el segundo nivel corresponde a un electrón en su órbita superior. • En el primer caso diremos que el átomo se encuentra en su estado base y en el segundo caso en su estado excitado.


LáSER • Este sistema atómico sólo podrá interaccionar con cuantos que tengan una energía E igual a la diferencia de energía • E = E2 - E1 • Toda materia esta compuesta de uno o mas tipos de átomos, cada átomo contiene un núcleo de protones cargados positivamente y electrones con carga negativa que circulan alrededor del núcleo


Lรกser


Lรกser โ€ข Emisiรณn Estimulada de radiaciรณn


Láser • • • • •

Características: Unidireccional Colimado Coherente Monocromática


Luz Láser

Luz Blanca

Emite radiación de la misma energía. energías.

Emite radiación de distintas

Una sola longitud de onda.

Distintas longitud de onda.

Mismo tipos de radiación luminosa.

Distintos tipos de radiación luminosa .


Sistemas láser Componentes principales • Medio activo • Sistema de bombeo • Resonador óptico • Acoplador de salida


Sistemas Láser • • • • •

El medio activo: Solido: Alexandrita -Nd: Yag Liquido: Colorantes Gaseoso: He-Ne - CO2 Semiconductores: Diodos.


Sistemas Láser • Sistemas de Bombeo: • Excitación eléctrica es la usada preferentemente con los gaseosos • Excitación Óptica: se usa en medios solidos y líquidos. • Colisión con átomos: es el mecanismo estándar en los láseres de gas .


Sistemas láser • Resonador óptico o Cavidad óptica: • Tubo de vidrio con espejos en cada extremos donde se produce el mecanismo de amplificación


Sistemas lรกser


Clasificación Según la potencia • Láser de baja potencia o Soft-láser: no producen aumento térmico dentro de los tejidos, solo aumento de la carga energética celular. Bioestimulantes analgesia, trófico y antiinflamatorio.(Medico) • Láser de alta potencia o Power-láser: producen aumento térmico en los tejidos, son láseres quirúrgicos para cortes, fotocoagulación y vaporización.


Clasificación • Según el medio activo : solido, gaseoso y líquidos. • Según la potencia: duros y blandos • Según la frecuencia de emisión: continuos y pulsados • Según el medio de bombeo: ópticos, eléctricos y Colisión de átomos.


Tipo de Emisión • Se refiere a la forma de aportar la energía de la radiación emitida, afectando la duración del pulso


Tipo de Emisión • • • • • •

Continuos Cuasi continuos Pulsados Superpulsados Multipulsados Q -switched


Tipos de emisión • Duración del pulso: Es el intervalo de tiempo durante el cual se suministra energía . • Para que el tratamiento sea efectivo, debe de ser lo suficientemente largo para calentar el tejido diana pero mas corto que el TRT (tiempo de relajación térmica) que es el t. que necesita la energía absorbida para propagarse al tejido circundante y enfriarse la diana.


Tipos de emision • Intervalo de pulso Retraso o pausa entre cada uno de los pulsos medido en seg. o submúltiplos del mismo (ms,¾s,ps,etc). Esto permite mejorar el efecto del haz de luz sobre el elemento diana disminuyendo los efectos adversos.


Radiometría: • Mide la distribución de la luz o radiación lumínica en el espacio y el tiempo. • Energía radiante ( E): Cantidad de energía que transporta la luz. Se mide en Julios (J) • Potencia radiante (P): cantidad de energía transportada por la radiación por unidad de tiempo(segundos). P= E/dt . Se mide en W ( 1w= 1J/s) • Irradiancia o densidad de potencia(I): potencia de la radiación dividida por el área de iluminación(ds). I=P/ds. Se mide en W/cm2 • Fluencia: Energía radiante por unidad de superficie. Se mide J/cm2


Tipos de emisión Frecuencia de pulso • Esta representado por el numero de pulsos por segundo, (Hz). Afecta: La potencia de emisión El ritmo de aplicación (rapidez) •


Láser

Nivel de Penetración

• Tamaño del haz de irradiación Ese refiere al tamaño que abarca el haz de luz esta relacionado con el spot y determina la penetración energética de dicha radiación


Láser • Modos Transversos • La calidad de la radiación está representada por la distribución de energía a través del diámetro del haz, esto es lo que se denomina modo o calidad de modo


Láser • Potencia: Es la energía emitida en un segundo y se representa en la unidad de vatio (W o Mw) ( en el caso de equipos con emisión continua de luz) P = E / TIEMPO

• En el caso de emisión pulsada: • Potencia de Pico ( Pp): Es la energía máxima alcanzada en los tiempos de emisión del pulso • Potencia Media ( Pm) : Es la potencia emitida en un segundo y esta dada por: Potencia de pico, duración de pulso y frecuencia de pulso. Pm= Pp ( W) x Tp (ms) x F(Hz)


Laser • Factor Cycle: Es el factor que se utiliza cuando un equipo tiene variación de duración de pulso, o sea mantiene un intervalo de pulso. Se utiliza para calcular la Potencia media en estos equipos. • El factor cycle= duración de pulso x Período Período = 1/ frecuencia • Factor cycle = duración del pulso x frecuencia • Pm = Potencia de pico x (duración del pulso x frecuencia) Factor cycle


Parámetros del láser PARAMETROS FIJOS • – Longitud de onda •

– Tipo de emisión (CW/Pulsada)

PARAMETROS AJUSTABLES • – Potencia de salida : Watios •

– Talla del spot (área): cm2

– Densidad de potencia (irradiancia): W/cm2

– Tiempo de exposición: seg.

– Energía: (pot. W x Tiempo seg. = Jul)

– Densidad de energía o fluencia: Jul/cm2


Gracias por su atenci贸n

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