VII Wybrane zastosowania. Bernard Ziętek

Transkrypt

1 VII Wybrane zastosowania Bernard Ziętek

2 1. Medycyna Oddziaływanie światła z tkanką: 1. Fotochemiczne (fotowzbudzenie, fotorezonans, fotoaktywakcja, fotoablacja, fotochemoterapia, biostymulacja, synteza D), 2. Fototermiczne (koagulacja, odparowanie, zwęglenia) 3. Fotojonizacyjne (zrywanie wiązań, fotorozdrobnienie) 2

3 Absorpcja składników tkanki w obszarze widzialnym 3

4 Lasery stoswane w różnych specjalnościach medycznych 4

5 a) Chirurgia Laserowe noże chrurgiczne Operacje: laparoskopowe, endoskopowe Fiberoskopy: gastroskop, kolonoskop, bronchoskop, artroskop itd.. Artykulacja fiberoskopów Mikronarzędzia 5

6 b) Onkologia Hematoporfiryna w diagnostyce Metoda fotodynamiczna Efekt fototoksyczności pod wpływem światła - powstanie wolnych rodników, - dysocjacja cząsteczki tlenu i powstanie reaktywnego tlenu atomowego. Sondy luminescencyjne 6

7 c) Okulistyka Najwcześniej koagulator laserowy Chirurgia refrakcyjna Przyklejanie siatkówki Corneal shaping Tramkeratoplastyka podgrzewanie włókien kalogenowych Leczenie jaskry regulacja ciśnienia (kanały Schlemma) zaćmy (katarakty) emulsyfikacja soczewki, kanałów łzowych, owrzodzeń itd.. 7

8 d) Stomatologia leczenie ok. 40 jednostek chorobowych e) Dermatologia usuwanie tatuaży, trądziku, łyszcycy f) Kosmetologia skin resurfacing, epilacja, usuwanie popękań naczyń kwionośnych g) Biostymulacja i akupunktura laseropunktura, maraż laserowy 8

9 2. Telekomunikacja Pasma telekomunikacyjne Tłumienność SiO 2 Zalety wady pasm z punktu widzenia zastosowań telekomunikacyjnych 9

10 Schemat toru światłowodowego Perspektywy wykorzystania wzmacniaczy światłowodowych i transmisji solitonowej 10

11 Pierwszy system telekomunikacyjny w 1977 r. Zalety światłowodów ważne w telekomunikacji: -małe straty transmisji (<0.15 db) = duża odległość między regeneratorami (możliwe km wielokrotnie większa niż w transmisji kablami koncentrycznymi), - szerokie pasmo (powyżej 1 GHz), - niewielkie wymiary, ciężar i duża elastyczność, - brak sprzężeń, czułości na zakłócenia elektromagnetyczne, kłopotów z uziemnieniem, - dostępność surowców, -brak przesłuchów między kablami, -duża stabilność parametrów mechanicznych i termicznych. Wady: - łamliwość, -starzenie się materiałów, - kosztowne oprzyrządowanie 11

12 Typy światłowodów używanych w telekomunikacji 12

13 Zwielokrotnienie z podziałem czasowym TDM Zwielokrotnienie z podziałem częstotliwości (długości fal) WDM Każda długość fali kanał telekomunikacyjny 13

14 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ): odstęp między kanałami nm, UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing ): odstęp między kanałami nm Typowa odległość między kanałami 100 GHz W przypadku DWDM - 80 kanałów w jednym włóknie W 2000 r., na odcinku 168 km osiągnięto szybkość transmisji 6,4 Tb/s. Dyspersja i jej kompensacja Efekty nieliniowe -rozpraszanie Ramana, -skrośna modulacja, - mieszanie czterech fal, -inne. Przykładowy profil rdzenia 14

15 SONET (Synchronous Optical Network) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Stacje: SAS i DAS Od 500 stacji, przyłączenie do pierścienia - token 15

16 Systemy kodowania (najczęściej synchroniczne) Modulacja i modulatory światła 16

17 Szybkość transmisji Przyjmuje się, że dwa impulsy są rozdzielone jeśli gdzie T odstęp między impulsami, T/2 szerokość impulsu, - Poszerzenie dyspersyjne impulsu. Definicja stopy bitowej (bit rate) miara jakości sygnału W wielomodowych światłowodach Dla włókien: wielomodowych -względny współczynnik załamania jednomodowych Im dłuższy tor tym mniejsza szybkość transmisji 17

18 Bilans mocy W db 18

19 Przyczyny błędów transmisji: -za mały sygnał, -dyspersja, -szum sygnału i detektora Stopa błędu (bit-error rate) Błędne bity w czasie do całkowitej liczby odebranych bitów w tym czasie Dopuszczalna BER Jeżeli przyjmiemy BER = 10-9 Rozkład Poissona fotonów, to minimalna liczba fotonów, określających jedynkę wynosi Jest to kwantowa granica detekcji Przyjmuje się też, że, biorąc pod uwagę wszystkie bity 19

20 3. Tomografia OCT Optical Coherence Tomography Typu: -czasowego -spektralnego Wykorzystuje się źródła o dużej koherencji przestrzennej i małej czasowej Stąd mała droga koherencji. W układzie interferometru Michelsona obraz interferencyjny widoczny, wtedy gdy długość ramion jest równa 20

21 Typ czasowy Typ spektralny 21

22 Komora przednia Plamka żółta Tarcza nerwu wzrokowego 22

23 4. Czujniki światłowodowe Czujniki: -pasywne, - aktywne. Czujniki ruchu Czujniki zmian współczynników załamania 23

24 Czujnik poziomu cieczy Czujniki temperatury Czujniki przesunięcia Czujnik obrotu 24

25 Czujnik zmian polaryzacji Interferometr Mach-Zehndera Interferometr Michelsona Interferometry światłowodowe 25

26 Interferometr Mach-Zehndera Żyroskop światłowodowy Żyroskop laserowy Droga promienia poruszającego się w kierunku przeciwnym do biegu światła W kierunku przeciwnym Różnica faz Natężenie na wyjściu interferometru 26

27 5. Optyka zintegrowana 27