К свойствам лазерного луча относится все кроме
Перейти к содержимому

К свойствам лазерного луча относится все кроме

  • автор:

2.10. Свойства лазерного излучения

Основными свойствами лазерного излучения являются: монохроматичность, пространственная и временная когерентность, направленность, высокая мощность и яркость.

Монохроматичность и поляризация.

Монохроматичность характеризует степень концентрации излучения по спектру. Количественной характеристикой степени монохроматичности является ширина спектральной линии на уровне 0,5 от ее максимума или спектральный диапазон , занимаемый группой линии.

Более объективной характеристикой является относительная ширина спектра , где,— угловая частота и длина волны, соответствующие максимуму спектра.

Ширина спектральной моды, выделяемой резонатором, определяется его добротностью . В свою очередь величинаопределяется потерями в резонаторе.

Теоретический предел ширины спектральной линии лазерного излучения определяется двумя факторами: 1) шумами, обусловленными тепловым излучением в резонаторе; 2) шумами, связанными со спонтанным излучением активного вещества. В оптическом диапазоне шумы за счет спонтанного излучения преобладаю над тепловыми шумами. Если учитывать только шумы, вызванные спонтанными переходами, то окажется, что спектральная линия выходного лазерного излучения имеет лоренцову формулу (см. п.1.7) с полушириной , гдеР – выходная мощность лазерного излучения.

Для лазера с выходной мощностью Р = 1 мВт, излучающего в красной области спектра (λ0 = 0,63 мкм) и имеющего добротность резонатора 10 8 , получаем ≈ 5∙10 -16 . Так как , приL=1м допустимое отклонение длины резонатора составляет = 5∙10 -7 нм. Очевидно, стабилизировать длину резонатора в таких пределах весьма проблематично. В реальных условиях монохроматическое лазерное излучение определяется изменениями длины резонатора, вызванными тепловыми эффектами, вибрациями и т.д.

Рассмотрим вопрос о поляризации лазерного излучения. Свет, у которого существует упорядоченность ориентации векторов напряженностей E и H, называется поляризованным. Лазер, вообще говоря, может генерировать неполяризованный свет, но это вредит стабильной работы лазера. Для обеспечения работы лазера на одной поляризации и получить на выходе плоскополяризованный свет, достаточно внутрь резонатора ввести потери для одной из двух поляризаций. Плоскополяризованным называется свет, у которого направления колебаний векторов E и H в любой точке пространства остаются неизменными во времени. В твердотельных лазерах для этого используется анизотропия оптических свойств активного вещества. Например, излучение рубинового лазера, как правило, поляризовано вследствие его двулучепреломления и несовпадения оптической оси кристалла с осью резонатора.

Когерентность характеризует согласованное протекание во времени и в пространстве двух или нескольких колебательных волновых процессов, появляющееся при их сложении.

В простейшем виде в оптике когерентность связана с постоянством разности фаз двух различных излучений или двух частей одного излучения. Интерференция двух излучений при их сложении может наблюдаться только, если они взаимно когерентны.

Для электромагнитной волны можно определить два независимых понятия — пространство и время когерентности.

Под пространственной когерентностью понимают корреляцию фаз электромагнитных волн, испущенных из двух различных точек источника в одинаковые моменты времени.

Под временной когерентностью понимают корреляцию фаз электромагнитных волн, испущенных из одной и той же точки.

Пространственная и временная когерентность – независимые параметры: один вид когерентности может существовать в отсутствии другого. Пространственная когерентность зависит от поперечной выходной моды лазера. Лазер непрерывного действия, работающий на одной поперечной моде, обладает почти идеальной пространственной когерентностью. Импульсный лазер в многомодовом режиме имеет ограниченную пространственную когерентность.

Временная когерентность непосредственно связана с монохроматичностью. Одночастотные (одномодовые) лазеры непрерывного действия имеют высокую степень временной когерентности.

Степень взаимной когерентности двух излучателей можно экспериментально определить по контрасту интерференционной картины

, (1)

и — интенсивности в максимуме и минимуме нтерференционных полос.

Измерив интенсивности ивблизи выбранных точек экрана, можно определить функцию, характеризующую степень взаимной когерентности первого порядка.

. (2)

Для наблюдения только пространственной когерентности в точках х1 и х2 , т.е. производить измерения вблизи точки 0 (см. рис. 2.10). Для наблюдения только временной когерентности отверстиях1 и х2 должны быть расположены сколь угодно близко (совпадать), но для двух интерферирующих волн должна быть обеспечена задержка во времени на , например, путем разделения волны от отверстиях1 на две части с помощью дополнительного полупрозрачного зеркала, как это делается в интерферометре Майкельсона.

Рис. 2.10. Измерение степени когерентности электромагнитной волны с помощью интерферометра Юнга.

Время когерентности равно 1/∆ω , где ω – ширина линии в Гц. Время когерентности, помноженное на скорость света, представляет собой длину когерентности. Последняя характеризует глубину резкости в голографии и предельные дистанции, на которых возможны интерферометрические измерения.

Когерентность излучения имеет значение в тех применениях лазера, где происходит расщепление и последующее сложение составляющих лазерного пучка. К этим применениям относятся интерферометрическая лазерная дальнометрия, голография.

Если расположить источники оптического излучения в порядке уменьшения степени когерентности генерации ими излучения, то будем иметь: газовые лазеры – жидкостные — твердотельные лазеры на диэлектриках- полупроводниковые лазеры- газоразрядные лампы – светодиоды — лампы накаливания.

Направленность и яркость.

Направленностью излучения называют локализацию излучения вблизи одного направления, которое является осью распространения излучения. Лазерное излучение по своей природе обладает высокой степенью направленности. Для лазерного излучения коэффициент направленности может достигать 2000. Расходимость лазерного излучения ограничивается явлениями дифракции.

Направленность лазерного излучения характеризуется его расходимостью, которая определяется отношением длины волны генерируемого излучения к линейному размеру резонатора.

Излучение лазеров является когерентным и поэтому фронт волны представляет собой, как правило, почти плоскость или сферу с очень большим радиусом. Таким образом, лазер можно рассматривать как источник почти параллельных лучей с очень малой расходимостью. В принципе эта расходимость определяется дифракцией лучей на выходном отверстии. Угловая расходимость изл , определяемая дифракцией, оценивается выражением , гдеd – диаметр отверстия или диаметр пучка в наиболее узкой его части.

Когерентное излучение лазера можно сфокусировать в пятно чрезвычайно малых размеров, где плотность энергии будет очень большой. Теоретическим пределом минимального размера лазерного пучка является длина волны. Для промышленных лазеров размеры сфокусированного светового пятна составляют 0,001-0,01 см. В настоящее время с помощью лазеров достигнуты мощности излучения 10 11 Вт/см 2 (плотность излучения Солнца составляет только 7∙10 3 Вт/см 2 ).

Высокая направленность лазерного излучения определяет и его высокую яркость. Яркость источника электромагнитной волны есть мощность излучения, испускаемого с единицы поверхности в единичном телесном угле в направлении, перпендикулярном излучательной поверхности.

Кроме энергетической яркости вводится понятие фотометрической яркости. Она служит для оценки эффективности воздействия света на глаз человека. Переход от энергетических величин к фотометрическим осуществляется через коэффициент , зависящий от длины волны.

Этот коэффициент является световым эквивалентом потока излучения и называется спектральной световой эффективностью монохроматического излучения или видностью. Для нормального дневного зрения максимум функции видности приходится на длину волны = 555 нм (зеркальный свет). При=380 и 780 нм видность уменьшается почти до нуля.

Основные принципы и биологические механизмы воздействия лазерного излучения на кожу

Само слово «лазер», это аббревиатура от английского «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света с помощью индуцированного излучения».

Отсчет эпохи лазерной медицины начался более полу века назад, когда в 1960 г., Теодор Мэйман впервые использовал в клинике рубиновый лазер.

За рубиновым последовали другие лазеры: 1961 г. – лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG); 1962 г. – аргоновый; 1964 г. – лазер на диоксиде углерода (СО2).

В 1965 г. Леон Голдман сообщил об использовании рубинового лазера для удаления татуировок. В дальнейшем, вплоть до 1983 г., предпринимались различные попытки использования неодимового и аргонового лазеров для лечения сосудистых патологий кожи. Но их применение было ограничено высоким риском образования рубцов.

В 1983 г. в журнале Science Рокс Андерсон и Джон Пэрриш опубликовали разработанную ими концепцию селективного фототермолиза (СФТ), что привело к революционным изменениям в лазерной медицине и дерматологии [5]. Данная концепция позволила лучше понять процессы взаимодействия лазерного излучения с тканью. Это, в свою очередь, облегчило разработку и производство лазеров для медицинского применения.

Особенности лазерного излучения

Три свойства, присущие лазерному излучению делают его уникальным:

  1. Когерентность. Пики и спады волн располагаются параллельно и совпадают по фазе во времени и пространстве.
  2. Монохромность. Световые волны, излучаемые лазером, имеют одинаковую длину, именно ту, которая предусмотрена используемой в лазере средой.
  3. Коллимация. Волны в луче света сохраняют параллельность, не расходятся, и луч переносит энергию практически без потерь.

Способы взаимодействия лазерного излучения с кожей

sheptij-1.jpg

Методы лазерной хирургии применяются для манипуляций на коже намного чаще, чем на любых других тканях. Это объясняется, во-первых, исключительным разнообразием и распространенностью кожной патологии и различных косметических дефектов, а во-вторых, относительной простотой выполнения лазерных процедур, что связано с поверхностным расположением объектов, требующих лечения. В основе взаимодействия лазерного света с тканями лежат оптические свойства тканей и физические свойства лазерного излучения. Распределение света, попавшего на кожу, можно разделить на четыре взаимосвязанных процесса.

Отражение. Около 5—7% света отражаются на уровне рогового слоя.

Поглощение (абсорбция). Описывается законом Бугера — Ламберта — Бера. Поглощение света, проходящего сквозь ткань, зависит от его исходной интенсивности, толщины слоя вещества, через которое проходит свет, длины волны поглощаемого света и коэффициента поглощения. Если свет не поглощается, никакого его воздействия на ткани не происходит. Когда фотон поглощается молекулой-мишенью (хромофором), вся его энергия передается этой молекуле. Важнейшими эндогенными хромофорами являются меланин, гемоглобин, вода и коллаген [1, 7]. К экзогенным хромофорам относятся красители для татуировок, а также частицы грязи, импрегнированные при травме.

Рассеивание. Этот процесс обусловлен главным образом коллагеном дермы. Важность явления рассеивания состоит в том, что оно быстро уменьшает плотность потока энергии, доступной для поглощения хромофором-мишенью, а, следовательно, и клиническое воздействие на ткани. Рассеивание снижается с увеличением длины волны, делая более длинные волны идеальным средством доставки энергии в глубокие кожные структуры.

Проникновение. Глубина проникновения света в подкожные структуры, как и интенсивность рассеивания, зависит от длины волны. Короткие волны (300—400 нм) интенсивно рассеиваются и не проникают глубже 100 мкм.А волны большей длины проникают глубже, так как рассеиваются меньше.

Основными физическими параметрами лазера, определяющими воздействие квантовой энергии на ту или иную биологическую мишень, являются длина генерируемой волны и плотность потока энергии и время воздействия.

Длина генерируемой волны. Длина волны излучения лазера сопоставима со спектром поглощения самых важных тканевых хромофоров (рис. 2). При выборе этого параметра обязательно следует учитывать глубину расположения структуры-мишени (хромофора), поскольку рассеивание света в дерме существенно зависит от длины волны (рис. 3). Это означает, что длинные волны поглощаются слабее, чем короткие; соответственно, их проникновение в ткани глубже. Необходимо также учитывать и неоднородность спектрального поглощения тканевых хромофоров:

  • Меланин в норме содержится в эпидермисе и волосяных фолликулах. Спектр его поглощения лежит в ультрафиолетовом (до 400 нм) и видимом (400 — 760 нм) диапазонах спектра. Поглощение меланином лазерного излучения постепенно уменьшается по мере увеличения длины волны света. Ослабление поглощения наступает в ближней инфракрасной области спектра от 900 нм.
  • Гемоглобин содержится в эритроцитах. Он имеет множество различных пиков поглощения. Максимумы спектра поглощения гемоглобина лежат в области УФ-А (320—400 нм), фиолетовом (400 нм), зеленом (541 нм) и желтом (577 нм) диапазонах.
  • Коллаген составляет основу дермы. Спектр поглощения коллагена находится в видимом диапазоне от 400 нм до 760 нм и ближней инфракрасной области спектра от 760 до 2500нм.
  • Вода составляет до 70% дермы. Спектр поглощения воды лежит в средней (2500 — 5000 нм) и дальней (5000 — 10064 нм) инфракрасной областях спектра.

Плотность потока энергии. Если длина волны света влияет на глубину, на которой происходит его поглощение тем или иным хромофором, то для непосредственного повреждения структуры-мишени важны величина энергии лазерного излучения и мощность, определяющая скорость поступления этой энергии. Энергия измеряется в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт, или Дж/с). На практике эти параметры излучения обычно используются в перерасчете на единицу площади – плотность потока энергии (Дж/см 2 ) и скорость потока энергии (Вт/см 2 ), или плотность мощности [1, 3] .

sheptij-2.jpg sheptij-3.jpg

Виды лазерных вмешательств в дерматологии

Все виды лазерных вмешательств в дерматологии могут быть условно подразделены на два типа:

  • I тип. Операции, в ходе которых проводят абляцию участка пораженной кожи, включая эпидермис.
  • II тип. Операции, нацеленные на избирательное удаление патологических структур без нарушения целостности эпидермиса.

I тип.Абляция.
Этот феномен представляет собой одну из фундаментальных, интенсивно изучаемых, хотя еще и не до конца решенных проблем современной физики.
Термин «абляция» переводится на русский язык как удаление или ампутация. В немедицинской лексике это слово означает размывание или таяние. В лазерной хирургии под абляцией понимают ликвидацию участка живой ткани непосредственно под действием на нее фотонов лазерного излучения. При этом имеется в виду эффект, проявляющийся именно в ходе самой процедуры облучения, в отличие от ситуации (например, при фотодинамической терапии), когда облученный участок ткани после прекращения лазерного воздействия остается на месте, а его постепенная ликвидация наступает позднее в результате серии местных биологических реакций, развивающихся в зоне облучения [2, 6].

Энергетические характеристики и производительность абляции определяются свойствами облучаемого объекта, характеристиками излучения и параметрами, неразрывно связывающими свойства объекта и лазерного луча, — коэффициентами отражения, поглощения и рассеивания данного вида излучения в данном виде ткани или ее отдельных составляющих. К свойствам облучаемого объекта относятся: соотношение жидкого и плотного компонентов, их химические и физические свойства, характер внутри- и межмолекулярных связей, термическая чувствительность клеток и макромолекул, кровоснабжение ткани и т. д. Характеристиками излучения – это длина волны, режим облучения (непрерывный или импульсный), мощность, энергия в импульсе, суммарная поглощенная энергия и т. д.

sheptij-4.jpg

Наиболее детально механизм абляции исследован при использовании СО2 лазера (l = 10,6 мкм). Его излучение при плотности мощности ³ 50 кВт/см 2 интенсивно поглощается молекулами тканевой воды. При таких условиях происходит быстрый разогрев воды, а от нее и неводных компонентов ткани. Следствием этого является стремительное (взрывное) испарение тканевой воды (эффект вапоризации) и извержение водяных паров вместе с фрагментами клеточных и тканевых структур за пределы ткани с формированием абляционного кратера. Вместе с перегретым материалом из ткани удаляется и бόльшая часть тепловой энергии. Вдоль стенок кратера остается узкая полоска разогретого расплава, от которого тепло передается на окружающие интактные ткани (рис. 4). При низкой плотности энергии (рис. 5, А) выброс продуктов абляции относительно невелик, поэтому значительная часть тепла от массивного слоя расплава передается в ткань. При более высокой плотности (рис. 5, Б) наблюдается обратная картина. При этом незначительные термические повреждения сопровождаются механической травмой ткани за счет ударной волны. Часть разогретого материала в виде расплава остается вдоль стенок абляционного кратера, причем именно этот слой является резервуаром тепла, передаваемого в ткань за пределы кратера. Толщина этого слоя одинакова по всему контуру кратера. С повышением плотности мощности она уменьшается, а с понижением растет, что сопровождается соответственно уменьшением или увеличением зоны термических повреждений. Таким образом, повышая мощность излучения, мы добиваемся увеличения скорости удаления ткани, снижая при этом глубину термического повреждения [6].

Область применения СО2-лазера очень обширна. В фокусированном режиме он используется для иссечения тканей с одновременной коагуляцией сосудов. В дефокусированном режиме за счет уменьшения плотности мощности производится послойное удаление (вапоризация) патологической ткани. Именно таким способом ликвидируют поверхностные злокачественные и потенциально злокачественные опухоли (базальноклеточная карцинома, актинический хейлит, эритроплазия Кейра), ряд доброкачественных новообразований кожных покровов (ангиофиброма, трихлеммома, сирингома, трихоэпителиома и др.), крупные послеожоговые струпы, воспалительные кожные заболевания (гранулемы, узелковый хондродерматит ушной раковины), кисты, инфекционные поражения кожи (бородавки, рецидивирующие кондиломы, глубокие микозы), сосудистые поражения (пиогенная гранулема, ангиокератома, кольцевидная лимфангиома), образования, обусловливающие косметические дефекты (ринофима, глубокие постугревые рубцы, эпидермальные родимые пятна, лентиго, ксантелазма) и др.

Дефокусированный луч СО2-лазера используют и в сугубо косметической процедуре — так называемой лазерной дермабразии, то есть послойном удалении поверхностных слоев кожи с целью омоложения облика пациента [6]. В импульсном режиме с длительностью импульса менее 1 мс за один проход селективно вапоризируется 25—50 мкм ткани; при этом образуется тонкая зона резидуального термического некроза в пределах 40—120 мкм. Размеры этой зоны достаточны для временной изоляции дермальных кровеносных и лимфатических сосудов, что в свою очередь позволяет снизить риск формирования рубца.

Обновление кожи после лазерной дермабразии обусловлено несколькими причинами. Абляция уменьшает выраженность морщин и текстурных аномалий за счет поверхностного испарения ткани, тепловой коагуляции клеток в дерме и денатурации экстрацеллюлярных матричных белков. Во время процедуры происходит мгновенная видимая контракция кожи в пределах 20—25% как результат усадки (сжатия) ткани из-за дегидратации и сжатия коллагеновых волокон. Наступление отсроченного, но более продолжительного результата обновления кожи достигается за счет процессов, связанных с реакцией тканей на травму. После воздействия лазером в области сформировавшейся раны развивается асептическое воспаление. Это стимулирует посттравматическое высвобождение факторов роста и инфильтрацию фибробластами. Наступающая реакция автоматически сопровождается всплеском активности, что неизбежно ведет к тому, что фибробласты начинают производить больше коллагена и эластина. В результате вапоризации происходит активация процессов обновления и кинетики пролиферации эпидермальных клеток. В дерме запускаются процессы регенерации коллагена и эластина с последующим их расположением в параллельной конфигурации.

sheptij-affirm.jpg

Аналогичные события происходят при использовании импульсных лазеров, излучающих в ближней и средней инфракрасной области спектра (1,54—2,94 мкм): эрбиевого с диодной накачкой (l = 1,54 мкм), тулиевого (l = 1,927 мкм), Ho:YSSG (l = 2,09 мкм), Er:YSSG (l = 2,79 мкм), Er:YAG (l = 2,94 мкм). Для перечисленных лазеров характерны очень высокие коэффициенты поглощения водой. Например, излучение Er:YAG-лазера поглощается водосодержащими тканями в 12—18 раз активнее, чем излучение СО2-лазера. Как и в случае СО2-лазера, вдоль стенок абляционного кратера в ткани, облученной Er:YAG-лазером, образуется слой расплава. Следует иметь в виду, что при работе на биоткани с этим лазером существенное значение для характера тканевых изменений имеет энергетическая характеристика импульса, в первую очередь его пиковая мощность. Это означает, что даже при минимальной мощности излучения, но более длительном импульсе резко возрастает глубина термонекроза. В таких условиях масса удаленных перегретых продуктов абляции относительно меньше массы оставшихся. Это обусловливает глубокие термические повреждения вокруг абляционного кратера. В то же время при мощном импульсе ситуация иная — минимальные термические повреждения вокруг кратера при высокоэффективной абляции. Правда, в этом случае положительный эффект достигается ценой обширных механических повреждений ткани ударной волной. За один проход эрбиевым лазером происходит абляция ткани на глубину 25—50 мкм с минимальным резидуальным термическим повреждением. Вследствие этого процесс реэпителизации кожи значительно короче, чем после воздействия СО2-лазера.

II тип. Селективное воздействие.
К операциям этого типа относятся процедуры, в ходе которых добиваются лазерного повреждения определенных внутридермальных и подкожных образований без нарушения целостности кожного покрова. Эта цель достигается подбором характеристик лазера: длины волны и режима облучения. Они должны обеспечить поглощение лазерного света хромофором (окрашенной структурой-мишенью), что приведет к его разрушению или обесцвечиванию за счет превращения энергии излучения в тепловую (фототермолиз), а в некоторых случаях и в механическую энергию. Мишенью лазерного воздействия могут быть: гемоглобин эритроцитов, находящихся в многочисленных расширенных дермальных сосудах при винных пятнах (PWS); пигмент меланин различных кожных образований; угольные, а также другие, по-разному окрашенные инородные частицы, вводимые под эпидермис при татуировке или попадающие туда в результате иных воздействий.

Идеальным селективным воздействием можно считать такое воздействие, при котором лучи лазера поглощаются только структурами мишени, а за ее пределами поглощение отсутствует. Для достижения такого результата специалисту, выбравшему лазер с соответствующей длиной волны, оставалось бы лишь установить плотность энергии излучения и продолжительность экспозиций (или импульсов), а также интервалов между ними. Эти параметры определяют с учетом (ВТР) для данной мишени — промежутка времени, за который возросшая в момент подачи импульса температура мишени опускается на половину ее прироста по отношению к исходной. Превышение длительности импульса над значением ВТР вызовет нежелательный перегрев ткани вокруг мишени. К такому же эффекту приведет и уменьшение интервала между импульсами. В принципе, все эти условия могут быть смоделированы математически перед операцией, однако сам состав кожи не позволяет в полной мере воспользоваться расчетными данными. Дело в том, что в базальном слое эпидермиса находятся меланоциты и отдельные кратиноциты, которые содержат меланин. Поскольку этот пигмент интенсивно поглощает свет в видимой, а также близких к ней ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра («оптическое окно» меланина находится в пределах от 500 до 1100 нм), любое лазерное излучение в данном диапазоне будет поглощаться меланином. Это может привести к термическому повреждению и гибели соответствующих клеток. Более того, излучение в видимой части спектра поглощается также цитохромами и флавиновыми ферментами (флавопротеидами) как меланинсодержащих клеток, так и всех остальных типов клеток эпидермиса и дермы. Из этого следует, что при лазерном облучении мишени, расположенной под поверхностью кожи, некоторое повреждение эпидермальных клеток становится неизбежным. Поэтому реальная клиническая задача сводится к компромиссному поиску таких режимов лазерного облучения, при которых стало бы возможным достигать максимального поражения мишени при наименьшем повреждении эпидермиса (с расчетом на его последующую регенерацию, главным образом за счет соседних необлученных участков кожи).

Соблюдение всех этих условий применительно к конкретной мишени приведет к ее максимальному повреждению (разогреву или распаду) при минимальном перегреве или механической травме соседних структур.

sheptij-laser.jpg

Так, для облучения патологических сосудов винного пятна (PWS) наиболее рациональным является использование лазера с самой большой длиной волны, соответствующей пикам светопоглощения гемоглобина (l = 540, 577, 585 и 595 нм), при длительности импульсов порядка миллисекунд, поскольку при этом поглощение излучения меланином будет незначительным (положение 1 теории селективного фототермолиза). Относительно большая длина волны эффективно обеспечит глубинный прогрев ткани (положение 2), а сравнительно продолжительный импульс будет соответствовать весьма крупным размерам мишени (сосуды с эритроцитами; положение 3).

Если же целью процедуры является ликвидация частиц татуировки, то помимо подбора длины волны излучения, соответствующей цвету этих частиц, потребуется установить продолжительность импульса, которая значительно меньше, чем в случае винных пятен, чтобы добиться механического разрушения частиц при минимальном термическом повреждении других структур (положение 4).

Разумеется, соблюдение всех этих условий не обеспечивает абсолютную защиту эпидермиса, однако исключает слишком грубое его повреждение, которое привело бы впоследствии к стойкому косметическому дефекту из-за чрезмерного рубцевания.

Реакции ткани на лазерное воздействие

При взаимодействии лазерного света с тканью происходят следующие реакции.

Фотостимуляция. Для фотостимуляции используются низкоинтенсивные терапевтические лазеры. Терапевтический лазер по энергетическим параметрам оказывает действие, не повреждающее биосистему, но в то же время этой энергии достаточно для активации процессов жизнедеятельности организма , например ускорения заживления ран.

Фотодинамическая реакция. В основе принципа – воздействие светом определенной длины волны на фотосенсибилизатор (естественный или искусственно введенный), обеспечивающее цитотоксический эффект на патологическую ткань. В дерматологии фотодинамическое воздействие используется для лечения вульгарных угрей, псориаза, красного плоского лишая, витилиго, пигментной крапивницы и др.

Фототермолиз и фотомеханические реакции- при поглощении излучения происходит преобразование энергии лазерного луча в тепло на том участке кожи, который содержит хромофор. При достаточной мощности лазерного луча это приводит к тепловому разрушению мишени.Селективный фототермолиз можно применить для удаления пороков развития поверхностно расположенных сосудов, некоторых пигментных образований кожи, волос, татуировок.

Литература
  1. Лазеро- и светолечение. Доувер Дж.С.Москва. Рид Элсивер 2010.С.5-7
  2. Неворотин А. И. Введение в лазерную хирургию. Учебное пособие. — Спб.: СпецЛит, 2000.
  3. Неворотин А. И. Лазерная рана в теоретическом и прикладном аспектах. // Лазерная биология и лазерная медицина: практика. Мат. докл. респ. школы-семинара. Часть 2. — Тарту—Пюхяярве: Изд-во Тартуского университета ЭССР, 1991, с. 3—12.
  4. Anderson R. R., Parish J. A. The optics of human skin. J Invest Dermatol 1981; 77:13—19.
  5. Anderson R. R., Parrish J. A. Selective photothermolysis: precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation. Science 1983; 220:524—527.
  6. Goldman L., Blaney D. J., Kindel D. J. et al. Effect of the laser beam on the skin: preliminary report. J Invest Dermatol 1963; 40:121—122.
  7. Kaminer M. S., Arndt K. A., Dover J. S. et al. Atlas of cosmetic surgery. 2nd ed. — Saunders—Elsevier 2009.
  8. Margolis R. J., Dover J. S., Polla L. L. et al. Visible action spectrum for melanin-specific selective photothermolysis. Lasers Surg Med 1989; 9:389—397.

К свойствам лазерного луча относится все кроме

В современной оргтехнике все больше распространение получают полупроводниковые лазеры. основой построения таких устройств, как лазерные принтеры, цифровые копировальные аппараты, системы передачи информации. Кроме того, очень широко распространены лазерные указки, используемые презентационных мероприятиях и дворах, где балуются дети. (безопасности) этих лазеров обрастает различными слухами, подпиткой которых является недостаток информации, всем известный инженер по фамилии Гарин гиперболоидом. Итак, является правдой, является слухами, что опасно, как вести себя при ремонтных работах выше перечисленных устройств расскажет данная статья.

Ai credit online urgent, cu aprobare în cel puțin credit urgent completează cererea de credit 100% online. Analizăm rapid iar tu te poți bucura de bani imediat.

Лазерное излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое может быть как видимым, так Видимость (невидимость) лазера определяется длиной волны его излучения. Длина волны лазеров практически соответствует длине волн видимого света, инфракрасного

Лазер – оптический квантовый генератор, слово является аббревиатурой слов английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света вынужденного усиления.

Нам кажется, что свет (например, непрерывен, но деле фотонов длиной волны фазой. что излучение, образуемое этими фотонами, распространятся стороны, чего оно имеет незначительную интенсивность, убывающую является «белым», присутствуют самые различные волны. лазерного излучения можно отнести его интенсивность, направленность, когерентность диапазон длин волн. нашего разговора определяющими будут первые два свойства лазерного излучения. Рассмотрим эти свойства лазеров.

1. Интенсивность. лампы рассеивается области пространства, интенсивность убывает, по мере удаления излучения. луч так сильно сфокусирован, что значительное количество фотонов одновременно попадает по размерам точку. сечение лазерного луча очень мало, области концентрируется огромная энергия. Таким образом, даже незначительный по мощности источник света создает высочайшую плотность энергии объеме пространства, а, значит, луч лазера обладает высокой интенсивностью.

2. Направленность. Направленность лазерного луча создается оптической системой, точнее сказать двумя зеркалам, образующими оптический канал. имеется два зеркала: полностью отражающее между которыми находится источник света среда. Лазерный луч проходит через возбужденную среду лазера, его амплитуда увеличивается при сохранении синфазности излучения, попадает отражающее зеркало свое направление Отраженный луч снова проходит через возбужденную среду, еще больше усиливаясь. Далее попадает зеркало, как интенсивность луча пока еще незначительная, отражается зеркала, снова проходит через возбужденную среду Когда луч будет достаточно усилен, мощность станет высокой, полупрозрачное зеркало пропускает луч наружу, после чего проходить значительные расстояния без особой потери энергии, так как лучи являются практически параллельными.

Особенности лазерного излучения приводят что луч лазера по–особому воздействует человеческого глаза. лазерного луча фокусируется точку, время как свет некогерентного источника воздействует большую площадь сетчатки Поэтому источник лазерного излучения милливатт может привести сетчатки потере зрения, время как свет мощность Ватт раз мощнее лазерного источника) спокойно переносится человеком.

В современной электронной технике применяются полупроводниковые лазеры. поток может быстро переключаться частотой без прекращения вынужденного излучения, что делает удобными для применения связи, считывания информации и устройствах. области применения лазеров характеризуются высокими частотами повторения световых импульсов.

В принципе, лазеры применяются различных отраслях человеческой деятельности: медицине, электронике, металлургии, телекоммуникациях, области. Каждая область применения лазера накладывает свои отпечатки характеристики лазерных излучателей. Ввиду того, что физические особенности лазерного излучения приводят опасности получения человеком травм различной тяжести, разнообразные правительственные агентства, службы сертификации контроля разрабатывают системы классификации безопасности при работе

Наиболее известной используемой является классификация, состоящая классов безопасности лазерных систем.

Класс безопасности сверхмалой мощности). Лазеры этого класса считаются полностью безопасными для человека. классу относятся лазеры системы, которые каких условиях облучения, присущих данному лазерному прибору, излучать световой поток c уровнем, превышающим предельные величины облучения для глаз, лазерные системы класса причинить вреда человеку. классу относятся лазеры мощностью менее 0.39 мВт. обратить внимание что приборам класса безопасности соответствовать изделия, используются лазеры мощностью. случае более опасный лазер размещают корпусе, который проектируется таким образом, что опасное излучение каких условиях выйти этого корпуса. Так, например, если просмотреть руководство пользователя или технические характеристики лазерных принтеров, можно найти ссылку, что данное изделие (лазерный принтер) относится класса I. самое время при описании характеристик блока лазера указывается, что данное изделии соответствует классу IIIB. противоречие, которое объясняется довольно легко. относится IIIB, блок лазера возможно, так как лазер находится внутри модуля различными блокировочными крышками. Однако проведения ремонтных работ крышки блока лазера могут быть удалены, что приводит облучения сервисного инженера лазером класса IIIB, что может привести травмам. Подавляющее большинство разработчиков устройств лазеров проектируют свои изделия таким образом, чтобы они относились при ремонте, когда специалисты, производящие работы получают доступ непосредственно вся безопасность системы нарушается, смело можно относить уже более опасной, группе.

Класс безопасности малой мощности). Лазеры системы этого класса должны генерировать видимый лазерный луч, слишком яркий для того, чтобы можно было смотреть (пусть даже короткий период времени). опасным мгновенный взгляд лазера этого класса попадает то, быстро закрыв глаз, можно избежать любого, даже малейшего повреждения зрения. Мощность лазеров этого класса составляет менее при попадании лазерного луча человек инстинктивно стремится закрыть глаза, что лазеров класса Однако если намеренно продолжать смотреть то луч класса безопасности вызвать повреждение зрения (обычно временное).

Хочется сказать, что большинство лазерных указок, свободно продаваемых детских игрушек относится именно этого класса. стоит присматривать играющими далеко игрушками.

Класс безопасности средней мощности). Лазеры системы этого класса могут излучать любые длины волн, но создавать опасное рассеянное отражение (отражение направлениях), если только они или продолжительного времени области. системы пожароопасными и для кожного покрова человека. Мощность лазеров класса менее 0.5 Вт. Смотреть прямо опасно

Класс безопасности подкласса: IIIA IIIB. IIIA относятся лазеры системы, которые при обычных условиях опасности, если смотреть без защиты только мгновенно. представлять опасность, если смотреть через оптические фокусирующие системы. IIIB относятся лазеры системы, которые могут вызвать травмирование зрения при прямом взгляде Травму может вызвать отражение луча, например говорилось выше, подавляющее большинство лазеров для лазерных принтеров относится именно классу безопасности.

Класс безопасности большой мощности). Лазеры этого класса создают прямую опасность здоровью человека как при направленном, так рассеянном отражении луча. Кроме того, лазеры этого класса могут быть пожароопасными вызывать ожоги кожного покрова человека.

Мощность лазеров каждого класса представлена таблице 1.

Класс безопасности

Мощность лазера

К свойствам лазерного луча относится все кроме

Лазер широко используются для различных целей. Существуют различные виды лазера, различаются по мощности, рабочей активной среде, способу работы или области применения. Примерами возможностей использования лазера являются резка материалов, измерение расстояний, косметические процедуры, удаление татуировок, запись и воспроизведение звуков и изображений, оптические телекоммуникации и многие другие. Столь многочисленные функции и постоянная модификация лазера говорят об их значительной роли в современном мире.

Опубликовано: 20-01-2023

Лазер — классификация в зависимости от используемой активной среды

Лазер – это акроним от анг. «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» («Усиление света посредством вынужденного излучения»). Он работает, усиливая излучаемый свет, что создает излучение. Лазер дает электромагнитное излучение в диапазоне видимого ультрафиолетового или инфракрасного света. Работа лазера основана на вынужденном излучении, заключающемся в освещении возбужденных атомов излучением определенной энергии.

Наиболее общее разделение видов лазера основано на их классификации в зависимости от активной среды или длины волны излучаемого излучения. С учетом активной среды, присутствующей в лазере, различаются газовые, жидкостные и твердотельные виды лазера. Молекулы, атомы или ионы, входящие в состав такой среды, различаются по своей энергетической структуре. Она определяет наиболее важные параметры лазера.

Ниже приведены наиболее распространенные виды лазера в зависимости от используемой активной среды. В скобках указан диапазон длины излучаемой волны:

Газовый лазер

  • гелий-неоновый (543 нм или 633 нм)
  • аргоновый (458 нм, 488 нм или 514,5 нм)
  • азотный (337,1 нм)
  • криптоновый (647,1 нм, 676,4 нм)
  • на углекислом газе (10,6 мкм)

Жидкостный лазер

  • Лазер на красителях (400 нм — 700 нм)

Твердотельный лазер

  • Рубиновый лазер (694,3 нм)
  • Неодимовый лазер (YAG)
  • Неодимовый лазер на стекле
  • Эрбиевый лазер (YAG) (1645 нм)
  • Тулиевый лазер (YAG) (2015 нм)

Характеристики некоторых видов лазера

Аргоновый лазер

Аргоновый лазер относится к группе газовых ионных лазеров. Активную среду в этом случае образуют ионы аргона. Этот лазер может излучать более 30 линий в диапазоне от ультрафиолетового до красного света. Атомы аргона удерживаются в разрядной трубке при давлении около 0,1 Торр. Электроны, образующиеся во время разряда, сталкиваются с атомами аргона. Они могут непосредственно ионизировать и возбуждать их, переводя атомы из основного состояния в возбужденный ион. Другой, более эффективный процесс – двухступенчатая ионизация аргона. Образовавшийся таким образом ион затем переводится в еще более высокое возбужденное состояние, которое называется верхним лазерным уровнем. Это дает возможность генерировать более десятка спектральных линий с разными частотами.

Гелий-неоновый лазер

Гелий-неоновый лазер является примером газового лазера, построенного в 1959 году. Свет излучается в результате так называемой инверсии населенностей. Гелий и неон помещены в соотношении 10:1 (суммарное давление близко к 1,3 гПа) в трубке из кварцевого стекла. На ее концы подается напряжение, вызывающее разряды в газе. В результате внутри трубки образуется электростатическое поле. Это приводит к ускорению электронов и ионов до высоких скоростей. Поскольку внутри такого лазера больше атомов гелия, ускоренные электроны попадают на них гораздо чаще и вызывают их возбуждение в более высокие энергетические состояния, которые относительно стабильны в течение относительно длительного времени. Возбужденные атомы гелия, в свою очередь, сталкиваются с атомами неона и передают им энергию возбуждения. Для этого газа время возбуждения на более высоком уровне больше, чем на более низком, поэтому через некоторое время наступает так называемая инверсия населенностей.

Лазер на углекислом газе (молекулярный)

Такой вид лазера может работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Активной средой в этом случае является смесь углекислого газа (CO2), азота (N2) и гелия (He) в объемном соотношении 1: 1,3 : 1,7. Каждая из них выполняет определенные функции. Углекислый газ является активным газом, в азоте происходят электрические разряды, которые обеспечивают энергию возбуждения, а гелий предназначен для стабилизации плазмы СО2 и рассеивания образующегося тепла. Электрические разряды, происходящие в смеси углекислого газа и азота, вызывают очень эффективное возбуждение молекул N2. Поскольку такая молекула имеет идентичные ядра, дипольный переход запрещен. Потеря энергии происходит только в результате столкновений. В случае, если в трубке молекулярного лазера находятся молекулы углекислого газа, то вследствие хорошего совпадения уровней возбужденных N2 и CO2 столкновения второго рода вызывают возбуждение молекул CO2 и возвращение в основное состояние молекул N2. В этом случае инверсия в смеси достигается гораздо легче, чем в чистом CO2.

Рубиновый лазер

Он был построен в 1960 году Теодором Майманом. Активным веществом, отвечающим за свойства рубинового лазера, является рубин (триоксид алюминия, Al2O3, в котором часть атомов алюминия заменена атомами хрома Cr 3+ ). Рубиновый лазер работает в импульсном режиме, посылая излучение в диапазоне видимого красного света. Центральная часть лазера представляет собой рубиновый стержень с лампой-вспышкой над ним. Интенсивная вспышка света, исходящая от нее, переводит некоторые атомы рубина в более высокое энергетическое состояние. В свою очередь они, посылая фотоны, возбуждают таким образом другие атомы. С обеих сторон рубинового стержня расположены зеркала, усиливающие этот эффект. Одно из них является полупроницаемым, и фотоны, проходящие через него, представляют собой полученный луч лазерного света. В настоящее время рубиновый лазер представляет в основном исторический интерес. Его область применения ограничивается голографией или удалением татуировок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *