7. Μέτρηση της ΗΜΑ

Γνωρίζουμε πως η ΗΜΑ (δηλαδή και το φως) διαδίδεται στο χώρο με τη χαρακτηριστική ταχύτητα (c) των 300 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. 

Όσον αφορά στην ενέργειά της έχουμε:

(α) ακτινοβολούμενη ενέργεια:

σε Joules

•  όπου h η σταθερά του Planck
•  v η συχνότητα
•  και λ το μήκος κύματος

(β) ακτινοβολούμενη ισχύς:

σε Watts

•  όπου Δt ο χρόνος της ακτινοβόλησης

(γ) πυκνότητα ισχύος:

σε Watt/cm²

•  όπου ΔS η ακτινοβολούμενη επιφάνεια

Όταν η ΗΜΑ μελετάται ως προς το χρόνο έχουμε τη διάκριση μεταξύ συνεχούς δίαδοσης και διάδοσης κατά παλμούς. Στη δεύτερη περίπτωση έχουμε είτε ένα παλμό είτε σειρά παλμών.

Στην περίπτωση της συνεχούς διάδοσης το μέγεθος της ακτινοβολούμενης ισχύος Ρ δίνει αρκετές πληροφορίες για την ποιότητα της δέσμης. Το μέγεθος ενέργεια Ε δεν αρκεί, καθόσον το ίδιο ποσό ενέργειας μπορεί να αποδοθεί σε μικρό ή μεγάλο χρονικό διάστημα με διαφορετικές επιπτώσεις. 

Στην περίπτωση της διάδοσης κατά παλμούς, για την περιγραφή της ποιότητας της ακτινοβόλησης πρέπει να είναι γνωστά:

• (i) ενέργεια ανά παλμό (Ε_π)
• (ii) η διάρκεια του παλμού (συνήθως αναφέρεται ως εύρος παλμού)
• (iii) ο αριθμός των παλμών ανά δευτερόλεπτο (αναφέρεται ως συχνότητα παλμών)

7.1. Απόδοση της συσκευής Laser

 Για να λειτουργήσει η συσκευή Laser πρέπει να προσφερθεί ενέργεια. Ο λόγος της ισχύος της εξερχόμενης ΗΜΑ προς την προσφερθείσα ισχύ καλείται απόδοση της συσκευής Laser.

Η απόδοση της συσκευής Laser είναι συνήθως μικρή (από 0,01% έως 30%), διότι π.χ. στα Laser αέριας κατάστασης:

• (i) προσφέρεται ηλεκτρική ενέργεια
• (ii) μέρος αυτής μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα
• (iii) μέρος της προηγούμενης μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των επιταχυνόμενων ηλεκτρονίων
• (iv) μέρος της προηγούμενης μετατρέπεται (μέσω συγκρούσεων) σε κινητική ενέργεια των μορίων του αερίου
• (v) μέρος της προηγούμενης καταναλώνεται για τη διέγερση των μορίων και τη δημιουργία της αντιστροφής πληθυσμών
• (vi) μέρος της προηγούμενης αποδίδεται από εξαναγκασμένη εκπομπή 
• (vii) μέρος της παραγόμενης Laser εξέρχεται τελικά από τη συσκευή 

Κάθε μία από τις παραπάνω προτάσεις έχει το δικό της συντελεστή απόδοσης και ο συνολικός συντελεστής απόδοσης της συσκευής Laser είναι το γινόμενο όλων αυτών των ενδιάμεσων συντελεστών.

7.2. Κατανομή της ενέργειας της ΗΜΑ Laser στο χώρο

 Κάθε εξερχόμενη δέσμη κατανέμει την ενέργειά της στις τρεις διαστάσεις του χώρου, που συνήθως μελετώνται χωριστά: (α) στην κατά μήκος του άξονα της διάδοσης (η ενέργεια διαμορφώνεται από το είδος της παλμικής εκπομπής) και (β) στο επίπεδο το κάθετο στον άξονα της διάδοσης (η μορφή – κατανομή της ενέργειας φαίνεται σε οθόνη, αν η δέσμη Laser ανήκει στο ορατό μέρος του φάσματος). 

Στη (β) περίπτωση, η απλούστερη απεικόνιση είναι ένας φωτεινός κύκλος-δίσκος, με προσεκτική παρατήρηση του οποίου φαίνεται ότι η φωτεινότητά του έχει κατανομή Gauss, δηλαδή φωτεινότερη στο κέντρο και βαθμιαία (και συμμετρικά) εξασθένιση της φωτεινότητας, όσο το σημείο απομακρύνεται από το κέντρο. Η εξασθένιση δεν είναι γραμμική συνάρτηση της απόστασης και θεωρητικά δεν υπάρχει ακτίνα του φωτεινού δίσκου. Ως ακτίνα ορίζεται η απόσταση από το κέντρο, ενός σημείου όπου η φωτεινότητα είναι το 1/e² (0,135) ή 1/e (0,368) ή το μισό της κεντρικής φωτεινότητας.

Σε αυτή την απλή ενεργειακή κατανομή (στο κάθετο ως προς τον άξονα επίπεδο) (υπάρχουν πολλές περίπλοκες ενεργειακές κατανομές) η δέσμη Laser έχει την καλύτερη συμφασικότητα, τη μικρότερη διασπορά και μπορεί να εστιαστεί στη μικρότερη επιφάνεια – κηλίδα.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διασπορά (μετράται ως γωνία, κορυφή της οποίας είναι το κέντρο του παράθυρου εξόδου της συσκευής) τόσο η ενέργεια διαχέεται στο χώρο, σε όλο και μεγαλύτερη σφαιρική επιφάνεια γύρω από την έξοδο της συσκευής Laser.

Αντίθετα μικρή διασπορά της ενέργειας σημαίνει κατευθυντικότητα της δέσμης, ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της ΗΜΑ Laser. Η οπτική κοιλότητα σχεδιάζεται έτσι ώστε η εξερχόμενη δέσμη να είναι παράλληλη, δηλαδή θεωρητικά να έχει μηδενική γωνία διασποράς. Στην πράξη όμως, η εξερχόμενη δέσμη ΗΜΑ έχει ένα ελάχιστο στην κάθετη διατομή της, λίγο έξω από τη συσκευή και αμέσως μετά ακολουθεί αποκλίνουσα πορεία.

Σοφία Κόττου, Επίκουρη Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής
Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών
Τελευταία αναθεώρηση : 23/12/2007