Lektion 4

1
Lektion 4

• Atomfysik
• Laseren
• Vævs optiske egenskaber
• Interferometer

2
Atomfysik

• Spektrallinjer

3
Bohrs atommodel

• Kvantisering af elektroners energi

4
Overgange mellem tilstande

• Bølgelængden af udsendte fotoner

5
Eksklusionsprincippet

• Paulis eksklusionsprincip forbyder to partikler
  at have samme tilstand

6
Stimuleret absorption
7
Atomfysik

• Spektrallinjer

8
Spontan emission
9
Atomfysik

• Spektrallinjer

10
Stimuleret emission
11
LASER

• Light Amplification by Stimulated Emission of
  Radiation
• Høj intensitet
• Monokromatisk
• Lang kohærenstid og kohærenslængde
• Lav divergens

12
Anvendelse
13
CO2 laseren
14
CO2 laseren
15
Laser design

• Atomerne må exciteres
• Metastabil exciteret tilstand
• Mange emissioner pr foton

16
Helium Neon laseren

• Elektrisk felt accelerer He atomer
• He atomer exciterer Ne atomerne
• E3 er en metastabil tilstand

17
Vævs optiske egenskaber

• Et par eksempler
• Laser kirurgi
• Modermærker
• Hårfjerning
• Smerte stimulation
• Billeddannelse
• Stråle dosis bestemmelse

18
Lige lidt definitioner

• Irradiansen (strålingstætheden) E0 W/m2 er
  defineret som energifluxen gennem en overflade
  pr. tid, delt med overfladen
• Strålings eksponeringen H0 J/m2 er den samlede
  energi per areal.

19
Problemet
20
Huden
21
2 opgaver

• Første delmål
• Find ud af hvor meget lys der rammer kromafoeren
  i positionen r
• Monte Carlo
• En masse elektroner simuleres med statistiske
  tilnærmelser
• Transport ligning
• Diffusions ligning
• Diffusions ligningen bruges til at simulere lyset
  udbredelse

22
2 opgaver

• Andet delmål
• Find de optiske egenskaber for vævet overalt i
  det bestrålede område in vivo
• Absorptions koefficienten
• Sprednings Koefficienten
• Sandsynligheds tætheden for at spredning sker fra
  en bestemt retning, til en bestemt anden
  retning,
• Refraktions indekset

23
Refleksion og transmission over hudoverfladen

• Snells lov
• Fresnels lov beskriver den reflekterede del

24
Refleksion og transmission over hudoverfladen

• Når lysstrålen er vinkelret på overfladen
• Reducerer til

25
Refleksion og transmission over hudoverfladen

• Den transmitterede del
• Tilbagespredning

26
Dæmpning

• Absorption µa
• Spredning µs
• Samlet dæmpning
• Beers Lov

27
Beer-Lamberts lov

• Eller mere nøjagtigt

28
Lysets udbredelse i vævet

• Indtrængningsdybde, dybden hvor intensiteten er
  reduceret til 37

29
Absorption

• Lyset absorberes af kromoforer
• Melaninn
• Røde blodlegemer

30
Absorption

• Vand er også en kromofor

31
Absorption
32
Spredning

• Fremad rettet spredning

33
Transporten af lys i vævet

• Beer-Lamberts lov
• hvis spredning kan negligeres
• Diffusions model
• Virker kun hvis spredning er dominerende
• Transport teori
• Monte Carlo
• Statistisk simulering af et stort antal fotoner

34
Én en- dimensional transport model
35
Monte Carlo modelling
36
Interferometer
37
Interferometer
38
opgaver

• 6. ed 7. ed
• 42.7 42.7
• 42.13 42.9
• 42.47 42.47
• Quick Question 1 og 2 (p 1223 7th ed)
• Overvej question 3, 18 og 19 (p 1250 7th ed)
•  
• Ekstra opgave
• En CO2 laser lyser på håndryggen af en
  forsøgsperson. Laseren er indstillet til en
  stråletæthed på 5104 W/m2, og den lyser lodret
  ned på huden. Hvad er stråletætheden ved en
  dybde på 140µm? Hvad hvis vinklen var 60 grader