E-Book, Deutsch, 568 Seiten
ISBN: 978-3-86867-068-4
Verlag: Quintessenz
Format: EPUB
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)
Die vermittelten Informationen bieten gleichermaßen den wissenschaftlichen Hintergrund der jeweiligen Indikation, wie auch eine detaillierte Anleitung zur praktischen Anwendung. Das Buch ermöglicht dem Neueinsteiger einen von Beginn an erfolgreichen und verantwortungsvollen Umgang mit der innovativen Lasertechnik. Umfangreiche Falldokumentationen versetzen den Leser in die Lage, Therapieziele abzuschätzen und das Erreichte mit den Ergebnissen anderer erfahrener Anwender zu vergleichen. Das Buch "Orale Lasertherapie" kann ohne Übertreibung als "Pflichtlektüre" für jeden auf dem Gebiet der Laserzahnheilkunde tätigen Anwender bezeichnet werden.
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Grundlegendes zum Laser
E. Wintner und M. Straßl 1.1 Einleitung
Der Laser*1 wurde erstmals 1960 durch Maiman1 demonstriert, nachdem Basov, Prokhorov und Townes2 grundlegende theoretische Vorarbeiten geleistet hatten. Der Name repräsentiert ein elegantes Akronym, das aus den Anfangsbuchstaben von „light amplification by stimulated emission of radiation” gebildet wurde. Es war in den frühen Tagen des Lasers noch gar nicht verwendet worden, sondern der konservativere Ausdruck „visible maser“*2, der mehr als zehn Jahre früher auf Basis derselben Idee für Mikrowellen geschaffen worden war. Diese Tatsache zeugt von den Zweifeln zu dieser Zeit, ob Lasertätigkeit im Sichtbaren überhaupt möglich wäre – eine ähnliche Frage wie die derzeit offene in Hinblick auf die Realisierbarkeit eines Röntgen-Lasers. In beiden Fällen ist das grundlegende Problem die Wahrscheinlichkeit von stimulierter Emission*3 im entsprechenden Wellenlängenbereich, die die Grundlage für die Laserfunktion bildet und die das erste Mal von Einstein 19173 beschrieben worden war. Zurzeit scheint auch schon die Verwirklichung einer Version eines Röntgen-Lasers möglich, die wahrscheinlich eine Menge zu den medizinischen Laseranwendungen beitragen wird, die heute schon äußerst zahlreich und unverzichtbar sind. Die oralen Laseranwendungen stellen eine interessante Teilmenge davon dar. Typische Laser, die im Sichtbaren und den benachbarten Wellenlängengebieten im UV und IR (beginnend bei 158 nm bis hinunter*4 zu den 10 µm des CO2-Lasers) emittieren, umfassen eine große Zahl von einzelnen Lasermaterialien (z.B. Excimer-Laser, Ionen-Laser, Halbleiter-Dioden-Laser, Seltene-Erden-*5 oder Übergangsmetall-Ionen-dotierte*6 Fest-körper-Laser und der oben genannte CO2-Laser, die alle in der Oralmedizin angewendet werden) und Laseroszillatormodifikationen, die kontinuierlich (cw) oder in gepulster Form arbeiten können. Laserpulse können charakteristischerweise Mikrosekunden, Nanosekunden sowie Pikosekunden oder sogar Femtosekunden*7 dauern, wobei jeder dieser Zeitbereiche für eine typische Laserbetriebsart steht. All diese aufgezählten Pulsdauern werden typischerweise durch eine ziemlich beschränkte Zahl von spezifischen Lasertypen hergestellt und spielen auch im eher engen Gebiet der oralen Laseranwendungen eine wichtige Rolle. Die Entwicklung und die Anwendung von Lasern, die einigermaßen kollimierte*8 und mehr oder weniger intensive Strahlen von im Allgemeinen schmalbandigem und kohärentem*9 Licht emittieren, werden zusammen mit immer fortgeschritteneren optischen und elektrooptischen Komponenten als ein neues Gebiet der optischen Wissenschaft definiert, das Photonik genannt wird. Dieses umfasst sowohl Aspekte der Quantenoptik und der Elektrooptik als auch lineare und nichtlineare Optik.*10 Die Kombination der photonischen Denkweise mit medizinischen Anwendungen stellt heutzutage ein sehr aussichtsreiches und innovatives Gebiet dar, das auf der einen Seite schon Anzeichen einer Entwicklungsreife zeigt, das aber gleichzeitig Gegenstand kontinuierlicher Innovation in Hinsicht auf neue anzuwendende Laser oder neue Behandlungsmethoden bleibt. Dieses Kapitel über „Grundlegendes zum Laser” ist so aufgebaut, dass auch der Leser ohne Vorkenntnisse in der Laserphysik den Erklärungen und Beschreibungen folgen kann. Besonders die Abbildungen, die speziell für dieses Buch angefertigt und in konsistenter Weise mit Farben versehen wurden, repräsentieren eine neue Form der Darstellung. Aus dem genannten Grund werden sogar ein paar einführende Gedanken über Licht als elektromagnetische Welle miteinbezogen, auf die Laserkonzepte folgen. Des Weiteren folgt ein Überblick über Laser-Medien und Pump-Schemata sowie über die verschiedenen Optionen für Veränderungen der Laserausgangscharakteristiken. Eine Auswahl von spezifischen Lasern, die für dentalmedizinische Anwendungen relevant sind, wird bis zu einem solchen Detail beschrieben, dass zumindest die Grundfunktionsweisen verständlich werden. Ausdrücke und Zusammenhänge, die üblicherweise den zu erwartenden Lesern nicht vertraut sind, werden jeweils erklärt oder, damit der Informationsfluss im Haupttext nicht unterbrochen wird, durch Fußnoten erläutert. Spezielle physikalische Details werden in separaten Textblöcken „Detail X” ausführlicher beschrieben. Diese sollen detaillierte Grundlageninformation in mehr mathematischer Form oder spezifische Daten über diejenigen Laser anbieten, die als relevant für dieses Buch über dentale Laseranwendungen ausgewählt wurden. 1.2 Die Natur, Eigenschaften und Quellen von Licht
1.2.1 Was ist Licht?
Aus der Sicht der modernen Physik zeigt Licht eine duale Natur, d. h. gleichzeitig Wellen- oder Teilcheneigenschaften.*11 Es hängt von der Wellenlänge (oder gleichbedeutenderweise der Frequenz) und von gewissen Umständen ab, welcher Charakter dominiert. Das Konzept von Licht reicht heutzutage weit über das sichtbare Spektralgebiet (VIS) hinaus, das sich von ca. 400 nm bis 800 nm erstreckt. Ultraviolettes Licht (UV) reicht zu kürzeren Wellenlängen bis hinunter zu Röntgenstrahlen (die nach allgemeiner Konvention bei ca. 50 nm als so genannte weiche Röntgenstrahlen beginnen). Dieser weite Bereich von unsichtbarer Strahlung mit höherer Energie kann in nahes, mittleres und fernes Ultraviolett (UV-A, -B, -C), Vakuumultraviolett*12 (VUV, von ca. 200 nm abwärts) und extremes Ultraviolett (EUV) jenseits von ca. 100 nm unterteilt werden. Auf der anderen Seite von VIS liegt das Infrarote*13 (IR), bei dem nahes IR (NIR, bis 3,0 µm), mittleres IR (MIR, bis ca. 50 µm) und fernes IR (FIR, bis zu einigen Zehntel mm Wellenlänge), das auch THz-Strahlung genannt wird*14, unterschieden werden. Diese doppelte Bezeichnungsweise ist typisch für den Übergang zwischen verschiedenen Konzepten der Generation wie auch der Messung. Erstere wird durch Übergänge zwischen atomaren oder molekularen Energiezuständen generiert und optischen Prinzipien gemäß vermessen (z.B. mittels Spektrometer). Letztere wird durch elektrische Bauelemente erzeugt und durch elektronische Messgeräte erfasst. Abb. 1-1 Elektromagnetische Welle im freien Raum: transversale Natur, die durch die Polarisation parallel zum elektrischen Feld ?E ausgedrückt wird; das magnetische Feld ?B steht darauf, ebenso auf der Ausbreitungsrichtung orthogonal. Wird der betreffenden Strahlung eine Wellenlänge zugeordnet, so wird stillschweigend die Wellennatur vorausgesetzt: Licht ist eine elektromagnetische Welle von transversaler Natur wie in der Abbildung 1-1 dargestellt. Entsprechend den Maxwell’schen Gleichungen*15 induziert eine zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes ?E eine Rotation eines magnetischen Feldes ?H und umgekehrt. Die drei involvierten Richtungen der Vektoren ?E und ?H sowie der Ausbreitung (üblicherweise mit z bezeichnet) sind wechselseitig orthogonal. Nach Konvention wird ?E als die Polarisationsrichtung der Lichtwelle definiert. Üblicherweise brauchen Transversalwellen wie Schallwellen in geeignetem Festkörpermaterial ein Ausbreitungsmedium. Nach vielen Jahren der Ungeklärtheit dieses Aspekts wurde durch das berühmte Michelson-Experiment*16 1881 mit Sicherheit bewiesen, dass Licht kein Medium benötigt, sondern dass der freie Raum die Ausbreitung mit der bekannten Geschwindigkeit c = 3 × 108 ms-1 ermöglicht. Dabei sollte erwähnt werden, dass Licht nur im Vakuum die Bedingungen der Transversalität strikt erfüllt. In einigen anisotropen Medien sowie in Wellenleitern kann das anders sein; darum werden Namen wie TEM („transversal elektromagnetisch”)-Moden extra her-vorgehoben (s. Abb. 1-8). Wird über Licht in einer solchen, mehr generalisierten Art gesprochen, so wird dennoch die Anwendbarkeit von optischen Konzepten, wie Beugung, Reflexion, Brechung, die den physikalischen Hintergrund von z.B. Beugungsgittern, Reflexionsbeschichtungen für Spiegel und Brechung in Linsen darstellen, vorausgesetzt. In diesem Zusammenhang ist die Brechung die stärkste Einschränkung, da sie Medien mit ausreichender Durchlässigkeit voraus-setzt, damit ein gebeugter Strahl gebildet werden und sich über nennenswerte Entfernungen ausbreiten kann. Auf der Basis der Transparenz von optischen Materialien in diesem weiteren Sinn kann ein allgemeinerer Bereich für die Optik definiert werden, und zwar zwischen ca. 200 nm und ca. 22 µm.*17 In diesem Wellenlängenbereich ist es möglich, optische Instrumente zu konstruieren, die mehr oder weniger konventionelle glasartige oder kristallline Materialien*18 und sogar Reflexions- und Antireflexionsbeschichtungen verwenden. Eine viel einfachere Variante von Optik (beurteilt nach den verwendeten optischen Effekten) wird im Falle von...
