LASER histórico e aplicações

LASER

histórico e aplicações

Marina Scheid

Matheus Hennemann

Biofísica III

Prof. Edulfo Diaz

1905



Albert Einstein, com auxílio de Max Planck



Luz: pacotes discretos e bem determinados



Fótons

Histórico

1913



Niels Bohr: modelo atômico



Elétrons orbitam níveis



Podem mudar de nível



Recebe E  sobe de nível  desce nível  emite fóton

Histórico



Erwin Schrödinger



Werner Heisenberg



Elétrons  propriedades de ondas

Histórico

1925

1953



Charles Townes, James Gordon e Herbert Zeiger



Primeiro MASER (microwave amplification through stimulated emission of radiation)



Produção de micro-ondas



Ondas descontínuas

Histórico

1955



Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov



Trabalhos separados



Oscilador quantum



Emissão contínua



2 fontes de energia



Níveis diferentes

Histórico

1957



Charles Townes e Arthur Schawlow focam estudos em LASER (ainda sem esse nome)



Chamado de MASER óptico



Luz visível

Histórico

1958



Bell Labs tenta patente do MASER óptico

1959



Gordon Gould: termo LASER



Intenção de usar o sufixo –aser para denotar com precisão o espectro da luz emitida



Laser, Xaser, UVaser, ...



Espectrometria, interferometria, radar e fusão nuclear



Tentativa de patente: sem sucesso até 1977

Histórico

1960



Theodore Maiman opera o 1º LASER

Histórico



Luz sólida bombeadora em cristal de rubi sintético



Luz vermelha (694 nm)



Luz sólida bombeadora em cristal de rubi sintético



Luz vermelha (694 nm)

1º LASER de rubi

1º LASER de rubi

Átomos de cromo

1960



Ali Javan, William Bennett e Donald Herriott



Primeiro laser a gás



Hélio e Neônio



Luz infravermelha



Continuamente

Histórico

1962



Nikolai Basov (oscilador quantum) e Ali Javan ^{(laser a}

gás)  conceito de díodo de laser semicondutor



Robert Hall demonstra 1º díodo semicondutor



Nick Holonyak  luz visível



Grande disseminação

Histórico

(850nm)

Laser semicondutor



É o tipo de laser mais hoje

Histórico

1964



Charles Townes: MASER



Aleksander Prokhorov : oscilador quantum



Nikolai Basov : oscilador quantum semicondutor

Histórico

Díodo semicondutor



http://www.youtube.com/watch?v=o8tHfNjiae4

Funcionamento

Díodo semicondutor



Semicondutor P (elétron a menos) e N (elétron a mais)

Funcionamento



Energia é dada aos elétrons (N)  se encaixam no hole (P) emitindo fóton



Há uma propagação dos fótons (uns estimulam os outros) até encher a

junção P-N

Propriedades do LASER



MONOCROMÁTICO



Um comprimento de onda bem específico

Propriedades



COERENTE



Um fóton estimula o outro. Eles são emitidos em concordância



http://www.youtube.com/watch?v=y3SBSbsdiYg



COLIMADO



Colimador seleciona feixes

paralelos

Luz potente e com feixes bem precisos

Resultado

Aplicações do LASER



Médicas ( cirurgia, dermatologia )

Aplicações



Fisioterápicas ( anti-inflamatório, analgésico )



Industriais ( cortar metais, medir distâncias )



Comerciais ( fibras ópticas, leitores de códigos de barras )



Bélicas ( miras lasers )



Diárias ( aparelhos de CD e DVD, pointers )

Aplicações do LASER



Médicas ( cirurgia, dermatologia )

Aplicações



Fisioterápicas ( anti-inflamatório, analgésico )



Industriais ( cortar metais, medir distâncias )



Comerciais ( fibras ópticas, leitores de códigos de barras )



Bélicas ( miras lasers )



Diárias ( aparelhos de CD e DVD, pointers )

Princípio do laser na medicina



Fototermólise seletiva (desenvolvida por Anderson Parrish – 1980)

Aplicações

Destruição seletiva e específica de um alvo na pele, com o mínimo de dano térmico a outros componentes teciduais adjacentes

Escolher o comprimento de onda apropriado, que será absorvido principalmente pelo tecido ou cromóforo que se quer atingir A energia térmica  fornecida tem que ser controlada, para que

não haja dano adjacente (duração do pulso)

 Pulso Longo  Pulso Curto

Princípios



Cromóforos: moléculas pigmentadas do tecido que absorvem a luz.



Exemplos: melanina, hemoglobina.



A luz colimada permite a aplicação da energia de forma pontual, com destruição tecidual

seletiva e precisa.

Aplicações



Efeito clínico  luz absorvida pelo tecido

(Primeira Lei de Fotobiologia de Grotthus-Draper)



A luz que é refletida, transmitida ou dispersada não tem nenhum efeito

Aplicações

Quando o Laser atinge o tecido

Absorvida

Refletida

Transmitida

Dispersada

Uma vez absorvida, a luz pode causar três efeitos básicos

Fototérmico

Aplicações

O cromóforo absorve a energia luminosa se converte

em calor capaz de destruir o alvo atingido

Ocorre uma reação química após a absorção da luz por

agentes fotossensibilizantes Expansão térmica (de forma extremamente rápida) produz

ondas acústicas  destruição mecânica do tecido

Fotoquímico

Fotomecânico

Cirurgia corretiva da córnea



LASIK: Laser-Assisted in situ Keratomileusis



Miopia, Hipermetropia e Astigmatismo



É executada por um oftalmologista



Laser Escimer: 193 nm

Aplicações

Procedimento

Aplicações

Aplicações

Fotocoagulação a Laser



Luz visível, ou o infravermelho, é absorvida por tecido pigmentado



Retinopatia



Laser de Argônio: é bem absorvido pelos pigmentos oculares



λ : 448 nm (azul) e 514 nm (verde)

Aplicações

Procedimentos dermatológicos



Rejuvenescimento



Remoção de pelos



Tratamento de flacidez



Celulite



Redução de manchas e cicatrizes



Outros

Aplicações

Luz Intensa Pulsada

1) Tratamento do fotoenvelhecimento



10600 nm



Absorção da luz pela água presente no tecido



Promove um aumento de colágeno e fibras elásticas



Utilizada para tratar rugas, manchas, cicatrizes, etc

Aplicações

Luz Intensa Pulsada

2) Tratamento de lesões pigmentadas

Aplicações



690 nm a 1060 nm



Lesões solares, manchas, tatuagens



Alvo: melanina



Risco de hipocromia e acromia



λ depende do pigmento da pele, lesão ou tatuagem



Quanto mais profunda for a origem do pigmento

(ex: tatuagens), menor o comprimento de onda

que deve se utilizar

Luz Intensa Pulsada

3) Depilação

Aplicações



600 nm a 1200 nm



Alvo: melanina na haste e no bulbo folicular



Efeitos colaterais: atinge melanina da epiderme

(manchas hipocrômicas)

Luz Intensa Pulsada

4) Tratamento de lesões vasculares

Aplicações



Alvo: oxihemoglobina



Picos máximos de absorção:



418 nm, 542 nm e 577 nm



Promove um relaxamento térmico das veias

Luz Pulsada



http://www.youtube.com/watch?v=FX4V5ST9Rac

Terapia a laser



“Fotobiomodulação"



Vermelho e infravermelho próximo



Cria efeitos terapêuticos que incluem:



cicatrização



redução da dor



aumento da circulação



redução do inchaço

Aplicações

Litotripsia a Laser



Fragmenta o cálculo por ação térmica e também por ondas de choque



Vaporização, alta energia: desintegrar as

ligações entre os cristais  fragmentação da pedra



Introduzido no paciente por via endoscópica

http://www.litotripsia.com.br/litotripsia_invasiva.php

Aplicações

Perigos



Perigoso para pele e olhos



Combustão: não possui consequências sérias a longo prazo



Luz ultravioleta: reações fotoquímicas



Lesão na pele: luz infravermelha  efeitos térmicos



Profundidade da penetração  depende do comprimento de onda

http://www.rp-photonics.com/laser_safety.html

Desvantagens

Fatores significantes

Intensidade

Comprimento de onda

Duração da exposição

Desvantagens

Classes de Laser

Classes

Classe I

nenhum controle no rótulo CD, DVD, laser pointers

Classe II

Baixo ou quase nenhum risco.

Podem provocar lesões na retina quando emitidos durante

um tempo prolongado (1000s)

Laser de sensor, leitor de código de barras,

laser scanner

Classe IIIa

causar dano aos olhos Luzes de shows

Classe IIIb

causar lesões nos olhos Miras bélicas

Classe IV

pele e risco de incêndio Cirurgia, cortes

 http://www.eba.ufmg.br/hololab/laser.html

 http://inventors.about.com/od/lstartinventions/a/laser.htm

 http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279

 http://www.4coldlaser.com/history.htm

 http://www.edisontechcenter.org/hall_r.html

 http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=26304&op=all

 http://www.photonics.com/linearcharts/default.aspx?ChartID=2

 http://www.epicphysics.com/practical-physics/how-do-lasers-work/

Referências

LASER

histórico e aplicações

Marina Scheid

Matheus Hennemann

Biofísica III

Prof. Edulfo Diaz