Podcasts about lasersysteme

In der vorliegenden Arbeit werden isolierte, einzeln ortsaufgelöste molekulare Ionen mit einer Femtosekundenspektroskopie auf der Basis von Einzelreaktionsereignissen untersucht. Für die zur simultanen Speicherung von atomaren und molekularen Ionen notwendige Radiofrequenzfalle wurde eine transportable Vakuumapparatur konzipiert und realisiert sowie die zugehörigen Lasersysteme aufgebaut und eingerichtet. Um die Ultrahochvakuumbedinungen bei 2e-10 mbar auch bei häufiger Molekülpräparation gewährleisten zu können, wurde ein modularer Aufbau gewählt, bei dem Präparations- und Expermentierbereich durch differentielle Pumpstrecken voneinander getrennt sind. Durch diese hindurch führt ein 48 cm langer Quadrupolionenleiter, in welchem Ionen zwischen den Kammern transferiert werden können. Entlang des Ionenleiters ermöglichen ringförmige Gleichspannungselektroden eine dreidimensionale Speicherung der Ionen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit atomaren 24Mg+ und molekularen 24MgH+ Ionen gearbeitet. Erstere werden durch Photoionisation von Magnesiumatomen aus einem thermischen Strahl erzeugt und ihre Bewegungsenergie durch Laserkühlung soweit reduziert, dass sie in etwa 20 μm Abstand voneinander in einer kristallinen Struktur erstarren. Magnesiumhydridionen werden nach Einleiten von Wasserstoffgas in einer photochemischen Reaktion mit 24Mg+ generiert und – von verbleibenden atomaren Ionen sympathetisch gekühlt – auf Gitterplätze des Kristalls integriert. Bei der Laserkühlung von 24Mg+ ausgesendete Fluoreszenzphotonen ermöglichen die optische Detektion der Ionen mit derzeit bis zu 1 μm Ortsauflösung. Die nicht fluoreszierenden molekularen Ionen werden indirekt als vermeintlich unbesetzte Stellen der Kristallstruktur sichtbar. Neben der Demonstration des Erfolges unseres Fallenkonzepts sowie dessen Charakterisierung bildet der verlustfreie, kontrollierte Transport von atomaren und molekularen Ionen aus dem Präparations- in den Experimentierbereich, eine wichtige Errungenschaft, welche zu einem kontinuierlichen Nachladen von Ionen mit einer Rate von über 100 Hz ausgebaut werden kann. Diese Arbeit präsentiert eine Machbarkeitsstudie zur Kombination von Präzisionsmethoden zweier Forschungsgebiete. Dazu wurde die Fallenapparatur mit einem weiteren Vakuumsystem, in dem ultraviolette Femtosekundenpulse erzeugt werden können, über ein System von differenziellen Pumpstrecken verbunden. Als Resultat werden 5 fs zeitaufgelöste Pump-Probe Experimente vorgestellt, die die Oszillation eines Vibrationswellenpaketes von individuellen 24MgH+ Molekülionen zeigen. Dabei wird die Bewegung des Wellenpaketes auf die Dissoziationswahrscheinlichkeit in einem bestimmten Zerfallskanal abgebildet. Einzelne Reaktionsereignisse konnten eindeutig nachgewiesen und daraus das zeitabhängige Verhalten extrahiert werden. Diese Resultate untermauern das Potenzial der von uns angestrebten Kombination der exzellenten Kontrolle über externe und interne Freiheitsgrade gespeicherter Ionen mit der extremen Zeitauflösung von modernen Kurzpulslasern. Weitere Arbeiten können die Vorteile beider Gebiete nutzen um bisher unzugängliche Experimente zu realisieren. Die besonderen Eigenschaften der präsentierten Apparatur sollten es beispielsweise erlauben, einzelne isolierte molekulare Ionen mit hoher räumlicher Präzision und wohl kontrollierten Anfangsbedingungen für zukünftige Strukturuntersuchungen mittels derzeit entstehender, intensiver Kurzpuls-Röntgenquellen an freien Elektronenlasern bereitzustellen.

In der Medizin und insbesondere in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde finden Lasersysteme derzeit ein breites Anwendungsspektrum und gewinnen neben anderen Operations-Methoden immer mehr an Bedeutung. In der klinischen Routine werden Lasersysteme bereits als alternative Operationsverfahren für unterschiedliche Indikationen eingesetzt. Da die quantitativen Ergebnisse des einzelnen Lasersystems in der Literatur selten angegeben werden, war das Ziel dieser Studie, die häufig eingesetzten Lasersysteme an einem standardisierten In-vitro-Modell vergleichend zu untersuchen und die entstandenen Gewebewechselwirkungen quantitativ zu analysieren. Als Experimentiermaterial diente frische und gekochte Putenmuskulatur sowie Rinderleber. Auf einem verstellbaren Stativ wurden die Lichtwellenleiter bzw. die Spiegelarmoptiken an einen Schrittmotor befestigt, der sich mit definierter Geschwindigkeit unter Kontakt über das Gewebe bewegte. Variierbare Parameter waren Leistung, Durchzugsgeschwindigkeit sowie der Winkel zwischen Laserstrahl und Behandlungsobjekt. Gemessen wurden die Ablations- und Koagulationseigenschaften sowie der Volumenabtrag vom Gewebe. Zusätzlich erfolgte die Beschreibung der Läsionsformen und Bestimmung des Karbonisationsgrades. Neben den untersuchten Lasersystemen (CO2-, Er:YAG-, Ho:YAG-, Nd:YAG- und Diodenlaser) wurde auch die Koagulationseigenschaft des Argon-Plasma-Beamers genauer betrachtet. Das CO2-Laserlicht mit einem sehr hohen Wasserabsorptionskoeffizienten wies den effektvollsten Gewebeabtrag auf. Bei einer Maximalleistung von 20 Watt bewirkte die Behandlung mit CO2-Laserlicht Gewebekrater von bis zu 5,2 mm Tiefe. Dabei wurde ein relativ enger und tiefer, V-förmiger Kraterquerschnitt erzielt. Seine „Schneideeigenschaft“ für Weichgewebe ist damit unter allen untersuchten Lasersystemen am stärksten ausgeprägt. Das Ausmaß der Abtragung lässt sich optisch kontrollieren, da sich nur ein schmaler Koagulationssaum anschließt. Eine auftretende Blutung führt zur Abschwächung der Laserwirkung. Desweiteren treten Schwierigkeiten bei der Blutstillung auf, da nur gering ausgeprägte Koagulationseigenschaften bestehen. Der CO2- und Er:YAG-Laser können nur mit einer technisch aufwendigen Spiegelarmoptik betrieben werden, da eine Weiterleitung mittels einer nicht-toxischen flexiblen Faser derzeit nicht möglich ist. Der Wasseranteil in herkömmlichem Fasermaterial ist zu hoch, sodass es zu einer starken Absorption des Laserlichts kommt. Durch Veränderung des Spotdurchmessers oder durch Scanner-Techniken ist mit der CO2-Laserbestrahlung eine oberflächliche Gewebeabtragung möglich. Das Er:YAG-Laserlicht wies durch eine starke Wasserabsorption gute Ablationseigenschaften auf. Diese starke Absorption ist Voraussetzung für die Abtragung mit geringer thermischer Randzone. Der dabei entstandene Krater zeigte im Querschnitt eine dreieckige Form und die Ränder wiesen bei allen gewählten Parametern keine nennenswerte Karbonisation auf. Sind im Laserlichtareal Blutgefässe vorhanden, kann es zu Blutungen kommen. Ursache dafür ist die geringe Koagulationswirkung bei dieser Wellenlänge. Auch andere weiche sowie harte Gewebsstrukturen können in der Tiefe verletzt werden. Das gepulste Ho:YAG-Laserlicht wies unter den quarzglasfasergeleiteten Lasersystemen den größten Abtrag auf. Dieses Lasersystem zeigte die effektivste Koagulation mit geringer Karbonisation. Die Koagulationseigenschaft ist auch im Kontaktverfahren im Vergleich zu den untersuchten Lasersystemen erhöht, so dass sich diese Strahlung für Gewebskoagulationen eignet. Die Option, gleichzeitig Ablation und Koagulation zu induzieren, ermöglicht es insbesondere im endonasalen Bereich präzise, mit minimaler Karbonisation und guter Hämostase zu arbeiten. Das Nd:YAG-Laserlicht wies den geringsten Gewebeabtrag und auch nur eine geringe Koagulationszonen auf. Gemäß der Literatur wird eine effektive Gewebeabtragung, was durch eine geringe Laserlichtabsorption bedingt ist, erst bei höheren Leistungen (ab 50 Watt) mit speziellen Fokussierhandstücken oder mit Fasern geringeren Durchmessers erreicht. Die guten Koagulationseigenschaften werden im Non-Kontakt-Verfahren und bei größeren Faserdurchmessern sowie Leistungen erreicht. Die beiden Diodenlaser (DL-940 und DL-830) unterschieden sich in den koagulierenden und auch schneidenden Eigenschaften nicht wesentlich voneinander. Das Diodenlaserlicht wirkt aufgrund der geringeren optischen Eindringtiefe effizienter als die Nd:YAG-Laserbestrahlung und erzeugt einen breiteren Koagulationsbereich. In dieser Studie wurde ein hohes Potenzial an Karbonisation für die Diodenlaser festgestellt, was in der klinischen Applikation zu vermeiden ist. Die Koagulation mittels Argon-Plasma-Beamer wurde in dieser Arbeit als Vergleich zu den Lasersystemen verwendet. Dieses Elektrokoagulationsgerät erzeugt eine ausreichende Koagulation mit nur geringem Auftreten von Gewebeverkohlung. Im Vergleich mit den Lasersystemen zeigte der Argon-Plasma-Beamer keine ablativen Effekte. Aufgrund der Bestrahlungsfläche und der divergenten Stromverteilung innerhalb des Gewebes entsteht die thermische Schädigung nur in den oberflächlichen Gewebeschichten. Tiefere Gewebeschichten werden nicht behandelt. Aufgrund dessen wird der Argon-Plasma-Beamer insbesondere oberflächlich bei Stillung großflächiger Blutungen oder z.B. zur Devitalisierung pathologischer Gewebe eingesetzt. Techniken zur Gewebsablation und Gewebskoagulation sind noch relativ jung und wurden in vergleichenden Studien bisher nur wenig beschrieben. Umfassende Studien unter identischen Bedingungen und vergleichbaren Geräte-Parametern liegen zu diesem Themenkomplex bisher nicht vor. Dies trifft insbesondere auf experimentelle nicht-klinische Arbeiten zu. Die gefundenen Literaturangaben beziehen sich häufig auf rein klinische Arbeiten. Bei vielen Ergebnissen fehlen dabei die Angaben über die Applikationsart, Spotdurchmesser, Läsionsbreiten- und tiefen oder Leistungseinstellung, so dass schwer nachzuvollziehen ist, ob diese vergleichenden Studien überhaupt unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt worden sind. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Untersuchung, dass durch verschiedene Laserlichtwellenlängen und Applikationsformen unterschiedliche Ablations-, Koagulations- und Karbonisationseigenschaften zu beobachten sind. Der Effekt der Wechselwirkung des Laserlichtes mit Gewebe ändert sich dramatisch, wenn von einer Nicht-Kontakt- in eine Kontakt-Applikation übergegangen wird. Sowohl die Kenntnisse der Wechselwirkung des Lichtes mit Gewebe für unterschiedliche Laserwellenlängen als auch bei deren spezifischen Betriebsmodi sind von dem geschulten Arzt zu beachten, um den Einsatz des Instrumentes Laser optimal für die klinische Indikation zu wählen. Zusätzlich kommt die Erfahrung und die ständige Fortbildung auf diesem Gebiet für die erfolgreiche Nutzung lasergestützter Intervention für den Benefiz des Patienten in der klinischen Routine eine zentrale Bedeutung zu.

Der 3P0 - 1S0 Übergang (Uhrenübergang) des einfach ionisierten Indiums (lambda = 236,5 nm) gilt als einer der aussichtsreichsten Kandidaten für ein neues Frequenznormal im optischen Bereich mit einer relativen Genauigkeit von 10^-18. Als kurzzeitstabilen Oszillator benötigt man hierfür einen Laser mit einer Linienbreite, die kleiner als die natürliche Linienbreite des Uhrenübergangs ist (0,8 Hz). Die Koinzidenz der vierfachen Frequenz des Nd:YAG Laserüberganges bei 946 nm mit dem Indiumübergang bietet die Möglichkeit einen diodengepumpten monolithischen Ringlaser aus Nd:YAG (MISER) hierfür zu verwenden, was die Möglichkeit eröffnet mit einem sehr kompakten Aufbau in neue Bereiche der Frequenzstabilität vorzudringen. Der MISER wird hierfür auf einen hochstabilen Referenzresonator mittels der Pound-Drever-Hall Stabilisierungstechnik stabilisiert. Als Resonatoren werden verschiedene Materialien (Zerodur und ULE), wie auch verschiedene geometrische Abmessungen verwendet, die jeweils in einer Vakuumkammer innerhalb einer temperaturstabilisierten Umgebung gelagert sind. Das Hauptproblem bei der Verbesserung der absoluten Frequenzstabilität des Uhrenlasers besteht darin, dass der Referenzresonator, eine sehr gute Isolierung gegenüber äußeren Einflüssen wie seismischen Vibrationen und Temperaturfluktuationen erhalten muß. Auf dem Weg zur sub-Hertz Stabilität des Lasers werden hierfür verschiedene Methoden untersucht. Für die Isolierung der seismischen Vibrationen stellt sich ein aktiv vibrationsisolierendes System (AVI) als besonders effektiv heraus, dessen Leistungsfähigkeit ausgiebig untersucht wird. Mit Hilfe einer neuen Art der zweifachen Frequenzstabilisierung eines Lasers auf einen Referenzresonator werden schließlich Rekordwerte hinsichtlich der Qualität der Anbindung des Lasers an die Referenzfrequenz eines Resonators von