„Na scieżkach fizyki współczesnej” Wykład 3 Laser, największy ( „Na scieżkach fizyki współczesnej” Wykład 3 Laser, największy (?) wynalazek XX wieku Grzegorz Karwasz Rubin, fale, lasery, okulary przeciwsłoneczne Toruń, 22.03.2018

„Laser” Google

Popularne, ale czy bezpieczne? We're in the middle of bikini season, which means many women are looking for easy hair removal options. Laser hair removal, which is offered in medical offices as well as in freestanding medi-spas and salons, has become a sought-after method. According to the American Academy for Aesthetic Plastic Surgery, laser hair removal was the third most popular nonsurgical aesthetic procedure (after Botox and hyaluronic acid fillers) in 2012, totaling more than 1.2 million treatments. But a new study puts its safety into question. This past May at the American Society for Laser Medicine and Surgery's annual meeting, Dr. Gary S. Chuang, dermatologic surgeon at Tufts Medical Center in Boston, reported the preliminary results of a study he conducted that demonstrated that laser hair removal releases potentially harmful toxins into the air. He and his team discovered 300 different chemical compounds in the plume, 13 of which have been shown to be harmful to humans and animals, like benzene, toluene, ethyl benzene, and diethyl phthalate. These results are consistent with previous studies that demonstrated that using ablative CO2 lasers and heat cauterization in operating rooms releases mutagenic substances into the air. http://www.elle.com/beauty/health-fitness/advice/a2/dangers-of-laser-hair-removal/ Naukowiec prezentuje opinie: konsument dokonuje wyborów

Einstein (1917) „emisja wymuszona” Ligth Amplifier by Stimulated Emission of Radiation Basov, Prochorov, Townes – nagroda Nobla 1964 The Nobel Prize in Physics 1964 Charles H. Townes, Nicolay G. Basov, Aleksandr M. Prokhorov http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1964/press.html

Zastosowania laserów CD, DVD (półprzewodnikowy, P=3 mW, λ≈1μm) Lasery neodymowe (λ≈1 μm, P=3 TW) Laser na CO2 (λ≈10 μm, P=3 kW)

Pierwszy laser (rubinowy) 16.05.1960 Theodor H. „Ted” Maiman: działa do dziś Rubin – jony Cr+ w Al2O3 „wzbudzenie optyczne” – lampa Xe G. Karwasz, Rubiny... Chemia w Szkole

Laser gazowy: He-Ne https://it.wikipedia.org/wiki/Laser_a_elio-neon © 2004 David Monniaux - en:Kastler-Brossel Laboratory at en:Paris VI: Pierre et Marie Curie, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=295187 Deglr6328 da en.wikipedia.org, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4568826

„Układ poziomów atomowych” wyładowanie elektryczne „wzbudzenie zderzeniowe” He:Ne 10:1 http://www.optique-ingenieur.org/en/courses/OPI_ang_M01_C01/co/Contenu_08.html Di Roland Brierre - Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5907365

„Układ poziomów atomowych” „inwersja obsadzeń” Rubin Cr3+ : Al2O3. Granat YAG Nd3+ : Y3Al5O12 http://www.optique-ingenieur.org/en/courses/OPI_ang_M01_C01/co/Contenu_08.html

Absorpcja, emisja, „emisja wymuszona” http://www.optique-ingenieur.org/en/courses/OPI_ang_M01_C01/co/Contenu_08.html

Równowaga termodynamiczna https://en.wikipedia.org/wiki/Planck's_law

Absorpcja, emisja, „emisja wymuszona” dN1/dt = - B12N1ρ(ν) dN1 /dt = A21N2 dN1/dt = B21N2ρ(ν) B12 – współczynnik absorpcji A21 – współczynnik emisiji spontanicznej (wsp. Kirchhoffa) B21 – współczynnik emisiji wymuszonej B12=B21

Promieniowanie wymuszone = identyczne taka sama częstotliwość (=kolor) tak samo spolaryzowane taka sama faza taki sam kierunek Ugięcie (dyfrakcja) światła zielonego i czerwonego lasera na siatce dyfrakcyjnej Zauważ: „speckle” speckle

Emisja wymuszona, w fazie → laser

Laser jonowy argonowy (Ar+) 454.6 nm, 457.9 nm, 465.8 nm, 476.5 nm, 488.0 nm, 496.5 nm, 501.7 nm, 514.5 nm, 528.7 nm 220px-Argon_laser_beam_and_diffraction_mirror http://stwww.weizmann.ac.il/lasers/laserweb/Ch-6/F6s1t4p1.htm

Laser jonowy argonowy (Ar+) The Argon Ion laser applications: 1. A source for optical pumping of dye laser. 2. Entertainment - in laser light shows, discoteques, and laser displays. 3. General Surgery - for applications that use absorption at specific wavelengths. 4. Ophthalmic welding of detached retina. 5. Forensic Medicine - for fluorescence measurements. 6. Holography - Because of its high power in the visible spectrum. http://stwww.weizmann.ac.il/lasers/laserweb/Ch-6/F6s1t4p4.htm Rami Ariel: Laser adventure

„Układ poziomów atomowych” A tak naprawdę: coś wpuścimy, a później się zobaczy... Granat YAG Nd3+ : Y3Al5O12 http://www.optique-ingenieur.org/en/courses/OPI_ang_M01_C01/co/Contenu_21.html

Nd:YAG (neodymium-dopped yterbium-alluminium granate) Poziomy laserujące Nd+3 [B. Ziętek, „Lasery”]

Lasery barwnikowe „kumaryna” (zielona) „rodamina” (czerwona) niebieska „fluoresceina” By Zaereth - http://en.wikipedia.org/wiki /File:Rhodamine6G_Chloride.JPG, 7423205

Laser CO2 – prototyp (1964)

Widma cząsteczek (H2, CO2)

Laser CO2 – zasada działania

realizacja rezonatora He 65% N2 32% CO2 3%

Realizacja praktyczna lasera CO2

Laser światłowodowy – realizacja Bystronic, BySprint Fiber 3015

Laser CO2

Lasery w akcji http://www.youtube.com/watch?v=8qZWHoTKUUY https://www.youtube.com/watch?v=m_2aEvOMbow

Do wyboru, do koloru... 1163px-Commercial_laser_lines.svg

Lasery półprzewodnikowe https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode

Złącze półprzewodnikowe Doemtreder, Spektroskopia laserowa https://en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction

Laser+radar = lidar Zanieczyszczenia atmosfery, chmury, pyły: koncentracja ↔ wysokość

LIDAR KRZYSZTOF ERNST LIDARY W BADANIACH ATMOSFERY Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 6/1997 NOWE URZĄDZENIA LASEROWE POZWALAJĄ SZYBKO I DOKŁADNIE OKREŚLIĆ ZANIECZYSZCZENIA ATMOSFERY, BADAĆ JEJ DYNAMIKĘ ORAZ ZAGROŻENIA UPRAW. LIDAR jest akronimem od angielskiego określenia LIght Detection And Ranging, co oznacza wykrywanie i określanie położenia za pomocą światła. Zmieniając dwie pierwsze litery w nazwie dobrze znanego wszystkim radaru (RAdio Detection And Ranging),

Lidar aerozolowy Zanieczyszczenia atmosfery: pyły

Lidar: wybuch wulkanu w Rosji (Sierpień 2009)

Lidar: wybuch wulkanu na Islandii (Maj 2010)

Lidar: wybuch wulkanu na Islandii (Maj 2010)

Lidar: zanieczyszenia chemiczne, warstwy powietrza (inwersja) K. Ernst, Wiedza i Życie, 1997

Jak się pani czuje, pani orchideo? Wzbudzenia wibracyjne C2H4 „fingerprints” – dopasowanie linii CO2

Spektroskopia fotoakustyczna (IR) dojrzewanie bananów zapylanie orchidei urwany liść spadanie jabłek Czułość: 10 ppb

Fotochemioterapia nowotworów i chorób skóry Tlen w stanie „singletowym” IR (1 eV) Kwas aminolewulinowy „Photofrin" https://pl.wikipedia.org/wiki/Fotochemioterapia https://en.wikipedia.org/wiki/Photodynamic_therapy https://en.wikipedia.org/wiki/Allotropes_of_oxygen 1500$ https://www.realself.com/review/oceanside-ca-photodynamic-therapy-32-hormonal-acne

Badanie oka w mgnieniu oka (tomografia optyczna) Wojtkowski, Kowalczyk

Dodatek: motyl impresjonista This butterfly has extreme color vision By Virginia Morell Mar. 8, 2016 , 4:00 PM Butterflies may not have a human’s sharp vision, but their eyes beat us in other ways. Their visual fields are larger, they’re better at perceiving fast-moving objects, and they can distinguish ultraviolet and polarized light. Now, it turns out that one species of swallowtail butterfly from Australasia, the common bluebottle (Graphium sarpedon, pictured), known for its conspicuous blue-green markings, is even better equipped for such visual tasks. Each of their eyes, scientists report in Frontiers in Ecology and Evolution, contains at least 15 different types of photoreceptors, the light-detecting cells required for color vision. These are comparable to the rods and cones found in our eyes. To understand how the spectrally complex retinas of butterflies evolved, the researchers used physiological, anatomical, and molecular experiments to examine the eyes of 200 male bluebottles collected in Japan. (Only males were used because the scientists failed to catch a sufficient number of females.) They found that different colors stimulate each class of receptor. For instance, UV light stimulates one, while slightly different blue lights set off three others; and green lights trigger four more. Most insect species have only three classes of photoreceptors. Even humans have only three cones, yet we still see millions of colors. Butterflies need only four receptor classes for color vision, including spectra in the UV region. So why did this species evolve 11 more? The scientists suspect that some of the receptors must be tuned to perceive specific things of great ecological importance to these iridescent butterflies—such as sex. For instance, with eyes alert to the slightest variation in the blue-green spectrum, male bluebottles can spot and chase their rivals, even when they’re flying against a blue sky. www. sciencemag.org

Dodatek: motyl impresjonista http://www.sciencemag.org/news/2016/03/butterfly-has-extreme-color-vision?utm_campaign=email-news-latest&et_rid=35353469&et_cid=327254

Rodopsyna – barwnik w siatkówce ssaków https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

Literatura J. Ziętek, Lasery, PWN Warszawa W. Dömtroder, Spektroskopa laserowa, PWN Warszawa Literatura dot. laserów CO2: J. C. Polanyi, "Proposal For An Infrared Maser Dependent on Vibrational Excitation," Journal of Chemistry and Physics, Vol. 34, (Jan., 1961) p. 347. C. K. N. Patel, "Continuous-Wave Laser Action on Vibrational Rotational Transitions of CO2," Physics Review, Vol. 136 A, (Nov., 1964) P. 1187 C. K. N. Patel, "CW High Power N2 + CO2 Laser" Applied Physics Letters, Vol. 7, (July 1965) p. 15 G. Moeller and J. D. Rigden, "High-Power Laser Action in CO2-He Mixtures," Applied Physics Letters, Vol. 7, (Nov. 1965) p. 274 F. Horrigan, "High Power Gas Laser Research," Final Technical Report on Contract DA-01-021-AMC-12427/(z), U.S. Army Missile Command, Redstone Arsenal, Ala., (March, 1966). D. R. Whitehouse, "High Power Gas Laser Research," Final Technical Report on Contract DA-01-021-AMC-12427/(z), U.S. Army Missile Command, Redstone Arsenal, Ala., (May, 1967)