Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh

Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh nhằm giúp người học trình bày được cơ chế phát xạ photon cưỡng bức, mô tả được nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy phát xạ tia laser, trình bày được ứng dụng của tia laser trong chuẩn đoán và điều trị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật laser và ứng dụng trong y sinh KĨ THUẬT LASERVÀ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH6/3/2014 1 MỤC TIÊU1. TRÌNH BÀY ĐƯỢC CƠ CHẾ PHÁT XẠ PHOTON CƯỠNG BỨC2. MÔ TẢ ĐƯỢC NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT XẠ TIA LASER3. TRÌNH BÀY ĐƯỢC CÁC ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ 6/3/2014 2Những kiến thức bổKiến thức lí sinh y học: PhÇn 3, ch¬ng 4, bµi 2 trợ:Kiến thức Vật lí: Hướng dẫn:- H¹t c¬ b¶n, Nguyªn tö, ph©n tö, -Xem: “ Giáo trình&sách tham h¹t nh©n khảo”, chọn “giáo trình vật lí lí sinhHướng dẫn: (phần 3 Chương 3 )- Xem Giáo trình Lí sinh - Bài giảng dạng Slide và tài liệu (Phần 1. Chương 5, bài tham khảo trong 1). lisinhstudy.tnu.edu.vn- Bài giảng dạng slide -Tham khảo : Giáo trình lí sinh y trong website học lisinhstudy.tnu.edu.vn ( Phan sĩ An-NXB Y học), Li sinh- Tham khảo: Giáo trình Vật học ( Đoàn Suy Nghĩ, NXB lí đại cương ĐH Huế). 1. Khái niệm Laser là viết tắt chữ cái đầu của cụm từ tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức).6/3/2014 4 Mẫu hành tinh nguyên tử6/3/2014 5 2. Hiện tượng phát xạ cưỡng bức Nguyên lý phát xạ Laser Khi chiếu một chùm ánh sáng vào một môi trường vật chất sẽ có 3 hiện tượng quang học cơ bản xảy ra : hấp thụ, phát xạ tự do và phát xạ cưỡng bức. Khi ta chiếu vào môi trường vật chất một chùm ánh sáng đơn sắc với năng lượng của mỗi photon = h thì chùm photon sẽ tương tác với các quang điện tử và cưỡng bức các quang điện tử này phát xạ photon thứ cấp có cùng năng lượng, hướng truyền, độ phân cực, pha... với photon đã gây ra cưỡng bức. Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh 2, 2 sinh 4...Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số photon, tức là có khả năng khuyếch đại ánh sáng qua môi trường. Đó chính là nguyên lý của hiện tượng phát tia laser. 6/3/2014 62. Cơ chế phát xạ cưỡng bức: 6/3/2014 7Hiện tượng phát quang. - Khi chiếu một chùm photon vào một môi trường vật chất  truyền năng lượng của chùm phôton  môi trường chuyển sang trạng thái kích thích. - Thời gian tồn tại của điện tử ở trạng thái kích kích  10-8 s  về trạng thái có năng lượng nhỏ hơn hoặc về trạng thái cơ bản và giải phóng NL dư thừa: + Nếu năng lượng giải phóng không đủ lớn (không đạt số nguyên lần h) thì năng lượng được giải phóng ra dưới dạng nhiệt năng khi đó ta nói hệ phát xạ nhiệt hay toả nhiệt. + Nếu năng lượng giải phóng ra đủ lớn (bằng một số nguyên lần h) thì năng lượng được giải phóng ra ở dưới dạng các phôtôn thứ cấp (tức là các hạt ánh sáng). Ta nói: môi trường phát xạ photon thứ cấp hay phát quang.=> Một cách định tính, người ta phân biệt 2 loại phát quang : * Huỳnh quang: là sự phát quang xảy ra đồng thời với thời gian chiếu sáng và chấm dứt ngay khi ngừng chiếu sáng vào môi trường. Ví dụ: sự phát xạ của bóng đèn huỳnh quang, đèn hình của tivi, máy vi tính...) * Lân quang : là sự phát quang có thể tiếp tục được duy trì một thời gian dài sau khi đã ngừng chiếu sáng vào môi trường. Ví dụ: như sự phát quang của một số loại gỗ mục, xương, xác động vật, các chất dạ quang trên các đồng hồ, la bàn ...Sơ đồ mức năng lượng – Giải thích hiện tượng hấpthụ và phát quang. S2* S1* s0 * T S 0Ghi chú: So : đường mức năng lượng ứng với trạng thái cơ bản. So*, S1*, S2*,… đường mức năng lượng ứng với trạng thái kích thích Singlet ( là trạng thái của 1 lớp điện tử khi mà tất cả các spin của các điện tử đều tạo thành cặp và mômen tổng cộng = 0) T : đường mức năng lượng ứng với trạng thái kích thích Triplet ( là trạng thái ứng với mức năng lượng cấm, điện tử không tạo cặp, mômen spin khác 0).Giải thích:- Bước chuyển S0S*i (i = 1,2,3…): Hấp thụ- Bước chuyển S2*S1*, S1*S0*: Môi trường phát xạ nhiệt ( thời gian  10-1310-12 sec)- Bước chuyển Si*S0: Huỳnh quang (thời gian sống của điện tử ở mức kích thích  10-910-8 sec).- Bước chuyển Si*T: phát xạ nhiệt.- Bước chuyển TS0: Lân quang (thời gian sống ở trạng thái Triplet dài  10-3 sec  vài sec). 3. Nguyên lý máy phát xạ tia LaserMáy phát tia Laser có 3 bộ phận chính:* Môi trường hoạt chất: Để có hiệu ứng laser (chùm ánh sáng được khuyếch đại) ta phải tạo môi trường đặc biệt mà ở đấy hiện tượng phát xạ cưỡng bức phải mạnh hơn ...