A lézersugárzás hullámhossza. Emlékezzünk a zöld DPSS lézerek tervezésére

Gyakran felteszik nekünk a kérdést - mit jelentenek ezek a betűk a radardetektorok leírásában: X, K, Ka, L, POP, VG-2?

X, KÉs Ka Ezek azok a rádiófrekvenciás tartományok, amelyekben a rendőrségi radarok működnek.

L(lézer) - a lézerradarok (lidarok) észlelésének képességét jelenti

POP- ez nem hatótávolság, ez a rendőrségi radar működési módja (radardetektornál pedig az észlelési mód).

VG-2 ez egy érzékelőrendszer radardetektorokhoz (és a radardetektorokban ennek megfelelően az ilyen észlelés elleni védelem)

Nézzük meg ezt közelebbről.

X tartomány(10,475-10,575 ghz) – A sebességszabályozáshoz használt legrégebbi rádiófrekvencia-sáv. Az idősebb sofőrök emlékeznek a Szovjetunióban a rendőrség által használt nagy radarokra, amelyek nagy szürke csőnek tűntek, ezért kapták a „cső” vagy „fényszóró” nevet. Most már szinte egy sem maradt belőlük. Személy szerint utoljára 2007-ben láttam ilyet Ukrajna útjain. Bármelyik, akár a legolcsóbb radardetektor szolgálatban áll, könnyen lesz ideje lassítani, mert... Ezen radarok működési sebessége alacsony.

K-band(24,0-24,25 ghz) – A K-sáv a leggyakoribb tartomány, amelyben jelenleg a legtöbb rendőrségi radar működik. Ezt a tartományt 1976-ban vezették be az Egyesült Államokban, és még mindig széles körben használják sebességérzékelésre világszerte. A K-sávban működő radarokat az X-sávos radarokhoz képest kisebb méretük és tömegük, valamint nagyobb működési sebességük jellemzi. Ezt a tartományt használják a "Vizir", "Berkut", "Iskra" stb. radarok. A boltunkban bemutatott mindegyik észleli a K tartományt.

Ka banda(33,4-36,0 GHz) egy újabb tartomány. Az ebben a tartományban működő radarok pontosabbak. A radardetektorok esetében ennek a tartománynak az észlelése nehezebb. Minden modern radardetektor érzékeli a radarsugárzást a Ka sávban, azonban mivel az ilyen rendőrségi radarok nagyon gyorsan működnek, nem tény, hogy képes lesz annyira lelassítani, hogy elkerülje az elkapást. Legyen óvatos!

Lézeres tartomány. A lézeres tartományban működő radarok (lidarok) egy behatoló rémálma. Sebességmérő kamerák, például a TruCam eszköz használják. A lézeres sebességmérő sugarat bocsát ki az infravörös spektrumban. Egy autó vagy rendszámtábla fényszórójáról visszaverődik a lézersugár, és mivel mindez fénysebességgel történik, egyszerűen nincs esélyed lassítani. Ha a radardetektor lézer észlelését jelentette, ez azt jelenti, hogy Önt már elkapták: (Más kérdés, ha egyáltalán nem kapták el, és a radardetektor „elkapta” a visszavert jelet, akkor is szerencsés lehet.
Az üzletünkben bemutatott összes radardetektor rendelkezik lézeres radarérzékelő funkcióval. De a lézerfegyverek elleni küzdelem leghatékonyabb (az egyetlen megbízható!) módja az úgynevezett „váltók” - olyan eszközök, amelyek megtévesztik a lézeres sebességmérőt. Üzletünk bemutatja a Beltronics SHIFTER ZR4 komplexumot, amely lehetővé teszi a lézeres detektálás észlelését és az ellene való védekezést. Ez az, ami valóban lehetővé teszi, hogy megvédje magát a TruCam ellen! A Beltronics Shifter ZR4 önállóan vagy a Beltronics radardetektorokkal együtt is működhet.

POP mód- ez a rendőrségi radar működési módja, amelyben nagyon rövid ideig (tíz ezredmásodpercig) bocsát ki. Ez gyakran elég a sebesség meghatározásához, de a sebességet nem rögzítik, és a közlekedési rendőrnek elvileg nincs mit mutatnia. De ő bemutatja, megnyugodhat. A legtöbb radardetektor képes érzékelni a jeleket ebben az üzemmódban, és sokan kényszerítik ezt a módot. Ebben az üzemmódban a radardetektor érzékenyebb az interferenciára, ezért használja a városon kívül.

VG-2- Ez a radardetektor észlelés elleni módja. Egyes európai országokban és az USA egyes államaiban tilos a radardetektorok használata. Ezért a rendőrök úgynevezett radardetektorokkal (Radar Detector Detector-RDD) vannak felfegyverkezve. Különleges sugárzást érzékelnek, amelyet a radardetektor működés közben bocsát ki. Így a rendőr távolról tudhatja, hogy az autójába radardetektort szereltek fel. Minden modern radardetektor védett a VG-2 eszközök észlelésétől. A vicces az, hogy a VG-2 egy olyan rendszer, amelyet a 90-es évek elején találtak ki, és jelenleg gyakorlatilag nem használják. A rendőrök most az új Spectre (Stalcar) RDD rendszereket használják. Ezekkel az RDD-kkel nagyon nehéz védekezni, a piacon szinte egyetlen radardetektor sem tud védekezni a Spectre rendszer ellen, kivéve a Beltronics STI Driver radar - ez a dolog 100%-ban láthatatlan.

A cikk elolvasása után azt a benyomást keltheti, hogy nincs értelme a radardetektoroknak – még mindig nem fog segíteni. Ez egyáltalán nem igaz. Először is, a legtöbb radar a K és Ka sávban működik, így előre figyelmeztetést kap, és lesz ideje csökkenteni a sebességet.

Problémát jelentenek a lézerfegyverek, az álló lézerkamerák. Viszont nagyon kevés ilyen eszköz van, többszörösen drágábbak, mint egy hagyományos radar, és még az USA-ban is ritkábban fordulnak elő, mint a hagyományos K-sávos radarok, nemhogy Ukrajnában. Az ilyen radarokat nem lehet kézben tartani, csak állványról vagy fixen felszerelni. A lézerradarok elleni száz százalékos védelemhez szükség lesz egy váltókapcsolóra - drága, de megbízható.

Még a legegyszerűbb "radardetektor" is előre érzékeli a legtöbb K-sávú radart, kellő távolságra ahhoz, hogy Ön megálljon. Kedvenc közepes árfekvésű radareim Fájdalmas ütés- jobban védett az interferencia ellen és nagyobb az érzékenysége. Nos, a prémium osztályú Beltronics radardetektorok és különösen az STI Driver felülmúlják a versenyt!

Sok sikert az utakon!

Maga a „lézer” szó az angol „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” rövidítése, ami „fényerősítést stimulált sugárzással” jelent.

A lézergyógyászat korszaka több mint fél évszázaddal ezelőtt kezdődött, amikor 1960-ban Theodore Mayman először használt rubinlézert a klinikán.

A rubinlézert más lézerek követték: 1961 - neodímium ittrium-alumínium gránát (Nd:YAG) lézer; 1962 – argon; 1964 – szén-dioxid (CO 2) lézer.

1965-ben Leon Goldman beszámolt rubinlézer használatáról a tetoválás eltávolítására. Ezt követően 1983-ig különféle kísérletek történtek neodímium és argon lézerek alkalmazásával a bőr érrendszeri patológiáinak kezelésére. De használatukat korlátozta a hegesedés magas kockázata.

1983-ban Rox Anderson és John Parrish a Science folyóiratban publikálta a szelektív fototermolízis (SPT) koncepcióját, amely forradalmi változásokhoz vezetett a lézergyógyászatban és a bőrgyógyászatban. Ez a koncepció lehetővé tette számunkra, hogy jobban megértsük a lézersugárzás és a szövet kölcsönhatásának folyamatait. Ez viszont megkönnyítette az orvosi alkalmazásokhoz szükséges lézerek fejlesztését és gyártását.

A lézersugárzás jellemzői

A lézersugárzásban rejlő három tulajdonság teszi egyedivé:

1. Koherencia. A hullámok csúcsai és mélységei időben és térben párhuzamosak és fázisban vannak.
2. Monokróm. A lézer által kibocsátott fényhullámok hossza pontosan megegyezik a lézerben használt közeg által biztosított hosszúsággal.
3. Kollimáció. A fénysugár hullámai párhuzamosak maradnak, nem térnek el egymástól, és a sugár gyakorlatilag veszteség nélkül ad át energiát.

A lézersugárzás és a bőr kölcsönhatásának módszerei

A lézeres műtéti módszereket sokkal gyakrabban használják a bőr manipulálására, mint bármely más szövetet. Ennek oka egyrészt a bőrpatológiák és a különböző kozmetikai hibák kivételes sokfélesége és elterjedtsége, másrészt a lézeres eljárások elvégzésének viszonylagos egyszerűsége, amely a kezelést igénylő tárgyak felszíni elhelyezkedésével függ össze. A lézerfény és a szövet kölcsönhatása a szövet optikai tulajdonságain és a lézersugárzás fizikai tulajdonságain alapul. A bőrbe jutó fény eloszlása ​​négy egymással összefüggő folyamatra osztható.

Visszaverődés. A fény mintegy 5-7%-a verődik vissza a stratum corneum szintjén.

Felszívódás (abszorpció). A Bouguer-Lambert-Beer törvény írja le. A szöveten áthaladó fény abszorpciója függ annak kezdeti intenzitásától, annak az anyagrétegnek a vastagságától, amelyen a fény áthalad, az elnyelt fény hullámhosszától és az abszorpciós együtthatótól. Ha a fény nem nyelődik el, nincs hatása a szövetre. Amikor egy fotont elnyel egy célmolekula (kromofor), akkor annak teljes energiája átadódik a molekulának. A legfontosabb endogén kromoforok a melanin, a hemoglobin, a víz és a kollagén. Az exogén kromoforok közé tartoznak a tetoválási festékek, valamint a sérülés során impregnált szennyeződésrészecskék.

Diffúzió. Ez a folyamat elsősorban a dermis kollagénjének köszönhető. A szórási jelenség jelentősége abban rejlik, hogy gyorsan csökkenti a célkromofor általi felszívódáshoz rendelkezésre álló energiaáram-sűrűséget, és ennek következtében a szövetre gyakorolt ​​klinikai hatást. A disszipáció a hullámhossz növekedésével csökken, így a hosszabb hullámhosszak ideálisak a mély bőrstruktúrákba való energia szállítására.

Behatolás. A fény szubkután struktúrákba való behatolásának mélysége, valamint a szórás intenzitása a hullámhossztól függ. A rövid hullámok (300-400 nm) intenzíven szóródnak, és nem hatolnak 100 mikronnál mélyebbre . A hosszabb hullámok mélyebbre hatolnak, mert kevésbé szóródnak szét .

A lézer fő fizikai paraméterei, amelyek meghatározzák a kvantumenergia hatását egy adott biológiai célpontra, a generált hullám hossza, valamint az energiafluxus sűrűsége és az expozíciós idő.

A generált hullám hossza. A lézersugárzás hullámhossza összevethető a legfontosabb szöveti kromoforok abszorpciós spektrumával (2. ábra). A paraméter kiválasztásakor feltétlenül figyelembe kell venni a célszerkezet (kromofor) mélységét, mivel a fény szóródása a dermiszben jelentősen függ a hullámhossztól (3. ábra). Ez azt jelenti, hogy a hosszú hullámok kevésbé nyelődnek el, mint a rövidek; Ennek megfelelően a szövetekbe való behatolásuk mélyebb. Figyelembe kell venni a szöveti kromoforok spektrális abszorpciójának heterogenitását is:

• MelaninÁltalában az epidermiszben és a szőrtüszőkben található. Abszorpciós spektruma az ultraibolya (400 nm-ig) és a látható (400-760 nm) spektrum tartományban található. A lézersugárzás melanin általi elnyelése a fény hullámhosszának növekedésével fokozatosan csökken. Az abszorpció gyengül a spektrum közeli infravörös tartományában 900 nm-től.
• Hemoglobin vörösvértestekben található. Számos különböző abszorpciós csúcsa van. A hemoglobin abszorpciós spektrumának maximumai az UV-A (320-400 nm), az ibolya (400 nm), a zöld (541 nm) és a sárga (577 nm) tartományban találhatók.
• Kollagén a dermis alapját képezi. A kollagén abszorpciós spektruma a látható tartományban 400-760 nm, a spektrum közeli infravörös tartománya pedig 760-2500 nm.
• Víz a dermisz 70%-át teszi ki. A víz abszorpciós spektruma a spektrum középső (2500-5000 nm) és távoli (5000-10064 nm) infravörös tartományában található.

Energiaáram sűrűsége. Ha a fény hullámhossza befolyásolja azt a mélységet, amelyen az egyik vagy másik kromofor elnyeli, akkor a célszerkezet közvetlen károsodásához a lézersugárzási energia mennyisége és az energia érkezési sebességét meghatározó teljesítmény fontos. Az energiát joule-ban (J), a teljesítményt wattban (W vagy J/s) mérik. A gyakorlatban ezeket a sugárzási paramétereket rendszerint egységnyi területre – energiaáram-sűrűségre (J/cm2) és energiaáram-sebességre (W/cm2) vagy teljesítménysűrűségre – vonatkozóan használják.

A lézeres beavatkozások típusai a bőrgyógyászatban

A bőrgyógyászatban a lézeres beavatkozások minden típusa két típusra osztható:

• I. típusú Műtétek, amelyek az érintett bőrterület, beleértve az epidermiszt is, eltávolítását foglalják magukban.
• II típusú. A kóros struktúrák szelektív eltávolítását célzó műveletek az epidermisz integritásának veszélyeztetése nélkül.

I. típus. Abláció.
Ez a jelenség a modern fizika egyik alapvető, intenzíven tanulmányozott, bár még nem teljesen megoldott problémája.
Az „abláció” kifejezés oroszul eltávolítás vagy amputáció. A nem orvosi szókincsben ez a szó eróziót vagy olvadást jelent. A lézeres sebészetben az abláció az élő szövet egy részének eltávolítását jelenti közvetlenül a lézerfotonok hatására. Ez egy olyan hatásra utal, amely pontosan a besugárzási eljárás során jelentkezik, ellentétben azzal a helyzettel (például fotodinamikus terápia esetén), amikor a besugárzott szövetterület a lézerexpozíció megszűnése után a helyén marad, majd fokozatosan megszűnik. a besugárzási zónában kialakuló lokális biológiai reakciók sorozata eredményeként.

Az energetikai jellemzőket és az ablációs teljesítményt a besugárzott tárgy tulajdonságai, a tárgy és a lézersugár tulajdonságait elválaszthatatlanul összekapcsoló sugárzási jellemzők és paraméterek – adott típusú sugárzás visszaverődési, abszorpciós és szórási együtthatói – határozzák meg. a szövet típusa vagy egyes összetevői. A besugárzott tárgy tulajdonságai a következők: a folyékony és sűrű komponensek aránya, kémiai és fizikai tulajdonságaik, az intra- és intermolekuláris kötések természete, a sejtek és makromolekulák hőérzékenysége, a szövetek vérellátása stb. A sugárzás jellemzői hullámhossz, besugárzási mód (folyamatos vagy impulzus), teljesítmény, impulzusonkénti energia, teljes elnyelt energia stb.

Az ablációs mechanizmust a legrészletesebben CO2 lézerrel (l = 10,6 µm) tanulmányozták. ³ 50 kW/cm 2 teljesítménysűrűségű sugárzását a szöveti vízmolekulák intenzíven elnyelik. Ilyen körülmények között a víz gyors felmelegedése következik be, és ebből a szövet nem vizes összetevői. Ennek következménye a szöveti víz gyors (robbanásszerű) elpárolgása (párologtató hatás), valamint a vízgőz kitörése a szöveten kívüli sejt- és szöveti struktúrák töredékeivel együtt ablációs kráter kialakulásával. A túlmelegedett anyaggal együtt a hőenergia nagy része távozik a szövetből. A kráter falai mentén egy keskeny, felhevített olvadékcsík marad vissza, amelyből a hő átadódik a környező ép szövetnek (4. ábra). Alacsony energiasűrűségnél (5. ábra, A) az ablációs termékek felszabadulása viszonylag kicsi, így a masszív olvadékréteg hőjének jelentős része a szövetbe kerül. Nagyobb sűrűségnél (5. ábra, B) az ellenkező kép figyelhető meg. Ebben az esetben a kisebb hőkárosodást a lökéshullám következtében a szövet mechanikai sérülése kíséri. A felmelegített anyag egy része olvadék formájában az ablációs kráter falai mentén marad, és ez a réteg a kráteren kívüli szövetekbe továbbított hő tárolója. Ennek a rétegnek a vastagsága a kráter teljes kontúrja mentén azonos. A teljesítménysűrűség növekedésével csökken, csökkenésével pedig nő, ami a hőkárosodási zóna megfelelő csökkenésével vagy növekedésével jár együtt. Így a sugárzási teljesítmény növelésével a szöveteltávolítás sebességének növekedését érjük el, miközben csökkentjük a hőkárosodás mélységét.

A CO 2 lézer alkalmazási köre igen széles. Fókuszált üzemmódban a szövetek kivágására szolgál, miközben egyidejűleg koagulálja az ereket. Defókusz üzemmódban a teljesítménysűrűség csökkentésével a kóros szövet rétegenkénti eltávolítása (párologtatása) történik. Ily módon a felületes rosszindulatú és potenciálisan rosszindulatú daganatok (bazálissejtes karcinóma, aktinikus cheilitis, Queyr-féle erythroplasia), számos jóindulatú bőrdaganat (angiofibroma, trichlemmoma, syringoma, trichoepithelioma stb.), nagy égés utáni varasodások , gyulladásos bőrbetegségek (granulómák, fülüreg göbös chondrodermatitise), ciszták, fertőző bőrelváltozások (szemölcsök, visszatérő condylomák, mély mycosisok), érelváltozások (pyogén granuloma, angiokeratoma, gyűrűs lymphangioma), kozmetikai hibákat okozó képződmények (rhinophyma, mély posztrhinophyma -aknés hegek, epidermális anyajegyek, lentigo, xanthelasma) stb.

A CO 2 lézer defókuszált sugarát tisztán kozmetikai eljárásokban is alkalmazzák - az úgynevezett lézerdermabrázióban, vagyis a bőr felszíni rétegeinek rétegről rétegre történő eltávolítását a páciens megjelenésének megfiatalítása érdekében. Impulzus üzemmódban 1 ms-nál rövidebb impulzusidővel 25-50 mikron szövetet szelektíven elpárologtatnak egy menetben; ebben az esetben a maradék termikus nekrózis vékony zónája képződik 40-120 mikron tartományban. Ennek a zónának a mérete elegendő ahhoz, hogy ideiglenesen elszigetelje a bőr vérét és a nyirokereket, ami viszont csökkenti a hegképződés kockázatát.

A lézeres dermabrázió utáni bőrmegújulás több okra vezethető vissza. Az abláció csökkenti a ráncok megjelenését és a szöveti rendellenességek megjelenését a felületes szövetek párolgása, a dermisz sejtjeinek termikus koagulációja és az extracelluláris mátrix fehérjék denaturációja révén. Az eljárás során 20-25%-on belül azonnal látható bőrösszehúzódás következik be a szövet zsugorodása (kompressziója) következtében a kiszáradás és a kollagénrostok összenyomódása miatt. A bőrmegújulás késleltetett, de hosszabb ideig tartó eredménye a sérülésekre adott szöveti reakcióval kapcsolatos folyamatokon keresztül érhető el. A lézeres expozíció után aszeptikus gyulladás alakul ki a képződött seb területén. Ez serkenti a növekedési faktorok poszttraumás felszabadulását és a fibroblaszt infiltrációt. A reakció megindulását automatikusan az aktivitás felfutása kíséri, ami elkerülhetetlenül ahhoz vezet, hogy a fibroblasztok több kollagént és elasztint kezdenek termelni. A párologtatás hatására az epidermális sejtek megújulási és proliferációs kinetikájának folyamatai aktiválódnak. A dermiszben beindulnak a kollagén és elasztin regenerációs folyamatai, majd ezek párhuzamos konfigurációba rendeződnek.

Hasonló események fordulnak elő a spektrum közeli és középső infravörös tartományában (1,54-2,94 µm) kibocsátó impulzuslézerek használatakor: diódával pumpált erbium (l = 1,54 µm), tulium (l = 1,927 µm), Ho: YSSG (l) = 2,09 µm), Er:YSSG (l = 2,79 µm), Er:YAG (l = 2,94 µm). A felsorolt ​​lézereket nagyon magas vízelnyelési együttható jellemzi. Például az Er:YAG lézersugárzást a víztartalmú szövetek 12-18-szor aktívabban nyelték el, mint a CO 2 lézersugárzást. A CO 2 lézerhez hasonlóan az Er:YAG lézerrel besugárzott szövetben olvadékréteg képződik az ablációs kráter falai mentén. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a lézerrel biológiai szöveteken végzett munka során az impulzus energiajellemzői, elsősorban annak csúcsteljesítménye jelentős jelentőséggel bírnak a szöveti változások természete szempontjából. Ez azt jelenti, hogy még minimális sugárzási teljesítmény mellett is, de hosszabb impulzus esetén a termikus nekrózis mélysége élesen megnő. Ilyen körülmények között az eltávolított túlhevített ablációs termékek tömege viszonylag kisebb, mint a fennmaradó termékek tömege. Ez mély hőkárosodást okoz az ablációs kráter körül. Ugyanakkor egy erőteljes impulzussal más a helyzet - minimális hőkárosodás a kráter körül, rendkívül hatékony ablációval. Igaz, ebben az esetben a pozitív hatást a lökéshullám által okozott kiterjedt mechanikai károsodás árán érik el. Az erbium lézer egy menetben 25-50 mikron mélységig ablálja a szöveteket minimális maradék hőkárosodás mellett. Ennek eredményeként a bőr újbóli epithelializációs folyamata sokkal rövidebb, mint a CO 2 lézerrel való érintkezés után.

II típusú. Szelektív befolyás.
Az ilyen típusú műveletek közé tartoznak azok az eljárások, amelyek során bizonyos intradermális és szubkután képződmények lézeres károsodását érik el a bőr integritásának megsértése nélkül. Ezt a célt a lézerjellemzők kiválasztásával érik el: hullámhossz és besugárzási mód. Biztosítaniuk kell a lézerfény kromofor általi elnyelését (színes célszerkezet), ami a sugárzási energia termikussá (fototermolízis) és bizonyos esetekben mechanikai energiává történő átalakulása következtében annak pusztulásához vagy elszíneződéséhez vezet. A lézeres expozíció célpontjai a következők lehetnek: a vörösvértestek hemoglobinja, amely számos tágult dermális erben található, portói borfoltokkal (PWS); különböző bőrképződmények melanin pigmentje; szén, valamint a tetoválás során a hám alá bekerült, vagy más behatás következtében odakerült más, eltérő színű idegen részecskék.

Ideális szelektív hatásnak tekinthető az a hatás, amikor a lézersugarat csak a célszerkezetek nyelték el, és a határain túl nincs abszorpció. Egy ilyen eredmény eléréséhez a megfelelő hullámhosszú lézert kiválasztó szakembernek csak a sugárzási energiasűrűséget és az expozíciók (illetve impulzusok) időtartamát, valamint a köztük lévő intervallumokat kellene megállapítania. Ezeket a paramétereket egy adott célpont (TTR) figyelembevételével határozzák meg - azt az időtartamot, amely alatt a célhőmérséklet, amely az impulzus alkalmazásának pillanatában nőtt, a kezdeti értékhez képest a növekedés felével csökken. Az impulzus időtartamának a BTP érték feletti túllépése a célpont körüli szövet nem kívánt túlmelegedését okozza. Az impulzusok közötti intervallum csökkentése ugyanazt a hatást fogja elérni. Elvileg mindezen állapotok matematikailag modellezhetők a műtét előtt, de maga a bőr összetétele nem teszi lehetővé a számított adatok teljes körű felhasználását. Az a tény, hogy az epidermisz bazális rétegében melanociták és egyedi kratinociták vannak, amelyek melanint tartalmaznak. Mivel ez a pigment intenzíven nyeli el a fényt a spektrum látható, valamint közeli ultraibolya és infravörös tartományában (a melanin „optikai ablaka” az 500-1100 nm tartományban van), minden lézersugárzás ebben a tartományban elnyelődik. melanin által. Ez termikus károsodáshoz és az érintett sejtek halálához vezethet. Ezen túlmenően a spektrum látható részén lévő sugárzást a melanintartalmú sejtek citokrómai és flavin enzimei (flavoproteinek) is elnyelik, valamint az epidermisz és irha minden más típusú sejtje. Ebből következik, hogy a bőr felszíne alatti célpont lézeres besugárzásakor elkerülhetetlenné válik az epidermális sejtek bizonyos károsodása. Ezért az igazi klinikai probléma az olyan lézeres besugárzási módok kompromisszumos keresésében rejlik, amelyekben maximális célkárosodás érhető el az epidermisz minimális károsodása mellett (a későbbi regeneráció elvárása mellett, főleg a szomszédos, nem besugárzott területek miatt a bőr).

Mindezen feltételeknek való megfelelés egy adott céllal kapcsolatban annak maximális károsodásához (felhevüléshez vagy széteséshez) vezet, minimális túlmelegedéssel vagy a szomszédos szerkezetek mechanikai sérülésével.

Így a portói borfestés (PWS) kóros ereinek besugárzásához a legracionálisabb a hemoglobin fényelnyelési csúcsainak megfelelő leghosszabb hullámhosszú lézer használata (l = 540, 577, 585 és 595 nm). , ezredmásodperc nagyságrendű impulzusidővel, mivel ebben az esetben a sugárzás melanin elnyelése jelentéktelen lesz (a szelektív fototermolízis elméletének 1. tétele). A viszonylag hosszú hullámhossz hatékonyan biztosítja a szövet mély melegítését (2. pozíció), a viszonylag hosszú impulzus pedig nagyon nagy célméreteknek felel meg (vörösvértestekkel rendelkező erek; 3. pozíció).

Ha az eljárás célja a tetoválási részecskék eltávolítása, akkor ezen részecskék színének megfelelő sugárzási hullámhossz kiválasztása mellett szükséges lesz az impulzus időtartamának beállítása is, amely lényegesen rövidebb, mint a portói bor esetében. foltok, annak érdekében, hogy a részecskék mechanikai roncsolását érjük el más szerkezetek minimális hőkárosodásával (4. pozíció).

Mindezen feltételek betartása természetesen nem nyújt abszolút védelmet az epidermisznek, de megelőzi annak túl súlyos károsodását, amely a túlzott hegesedés miatt később maradandó esztétikai hibához vezetne.

Lézeres besugárzásra adott szöveti reakciók

Amikor a lézerfény kölcsönhatásba lép a szövettel, a következő reakciók lépnek fel.

Fotostimuláció. Az alacsony intenzitású terápiás lézereket fotostimulációra használják. Az energetikai paramétereket tekintve a terápiás lézer olyan hatást fejt ki, amely nem károsítja a biorendszert, ugyanakkor ez az energia elegendő a szervezet létfontosságú folyamatainak aktiválásához, például a sebgyógyulás felgyorsításához.

Fotodinamikus válasz. Az elv egy bizonyos hullámhosszú fény fényérzékenyítőre (természetes vagy mesterségesen bevitt) hatásán alapul, amely citotoxikus hatást fejt ki a kóros szövetre. A bőrgyógyászatban a fotodinamikus expozíciót acne vulgaris, pikkelysömör, lichen planus, vitiligo, urticaria pigmentosa stb. kezelésére használják.

Fototermolízis és fotomechanikai reakciók - Amikor a sugárzás elnyelődik, a lézersugár energiája hővé alakul a kromofort tartalmazó bőrterületen. Elegendő lézersugár-teljesítmény esetén ez a céltárgy termikus pusztulásához vezet . Szelektív fototermolízissel eltávolítható a felszíni erek fejlődési rendellenességei, a bőr, a haj egyes pigmentfoltjai, valamint a tetoválások.

Irodalom

1. Lézer és fényterápia. Dover J.S.Moszkva. Reed Elsiver 2010.P.5-7
2. Nevorotin A.I. Bevezetés a lézeres műtétbe. Tanulmányi útmutató. - Szentpétervár: SpetsLit, 2000.
3. Nevorotin A.I. Lézeres seb elméleti és alkalmazott szempontok szerint. // Lézerbiológia és lézergyógyászat: gyakorlat. Mat. jelentés rep. szemináriumi iskola. 2. rész - Tartu-Pyhäjärve: Az ESSR Tartui Egyetem Kiadója, 1991, p. 3-12.
4. Anderson R. R., Parish J. A. Az emberi bőr optikája. J Invest Dermatol 1981; 77:13-19.
5. Anderson R. R., Parrish J. A. Szelektív fototermolízis: precíz mikrosebészet a pulzáló sugárzás szelektív abszorpciójával. Tudomány 1983; 220:524-527.
6. Goldman L., Blaney D. J., Kindel D. J. et al. A lézersugár hatása a bőrre: előzetes jelentés. J Invest Dermatol 1963; 40:121-122.
7. Kaminer M.S., Arndt K.A., Dover J.S. et al. A kozmetikai sebészet atlasza. 2. kiadás - Saunders-Elsevier 2009.
8. Margolis R. J., Dover J. S., Polla L. L. et al. Látható hatásspektrum a melanin-specifikus szelektív fototermolízishez. Lasers Surg Med 1989; 9:389-397.

A lézer spektrális tartományának bővítése. A lézeres eszközöket fejlesztő szakemberek egyik fő feladata olyan koherens sugárzási források létrehozása, amelyek hullámhossza a távoli infravörös tartománytól az ultraibolya és még rövidebb hullámhosszú sugárzásig a teljes spektrális tartományban hangolható.

A festéklézer megalkotása ebből a szempontból rendkívül fontos eseménynek bizonyult, hiszen sugárzásuk a spektrum látható tartományán túli hullámhossz-tartományban hangolható. A lézersugárzás spektrumában azonban jelentős hiányosságok vannak, vagyis olyan területek, ahol az ismert lézerátmenetek ritkák, frekvenciájuk hangolása csak szűk spektrális tartományokban lehetséges.

A hangolható festéklézer működésének alapját képező széles fluoreszcencia sávok nem észlelhetők a spektrum távoli infravörös tartományában, és a lézerekben használt festékek gyorsan tönkremennek az intenzív pumpás sugárzás hatására, amikor a festéket gerjesztik, ha szükséges. hogy lézert hozzanak létre a spektrum ultraibolya tartományában.

Nemlineáris optika.

E hézagok kitöltésének módjait keresve sok lézertudós kihasználta egyes optikai anyagok nemlineáris hatását. 1961-ben a Michigani Egyetem kutatói egy 694,3 nm hullámhosszú rubinlézer fényét kvarckristályba fókuszálták, és a kristályon áthaladó sugárzásban nemcsak magát a rubinlézerfényt, hanem a sugárzást is kimutatták. kettős frekvenciával, azaz 347,2 nm hullámhosszon. Bár ez a sugárzás sokkal gyengébb volt, mint a 694,3 nm-es hullámhosszon, ennek ellenére ez a rövidhullámú sugárzás a lézerfényre jellemző monokromatikussággal és térbeli koherenciával rendelkezett.

Az ilyen rövidhullámú sugárzás előállítási folyamatát frekvencia-duplázásnak vagy második harmonikus generálásnak nevezik. Az SHG egy példa számos nemlineáris optikai effektusra, amelyeket a lézersugárzás hangolható spektrális tartományának kiterjesztésére használtak. Az SHG-t gyakran használják arra, hogy a neodímium lézer 1,06 μm-es infravörös sugárzását és más vonalait a spektrum sárga-zöld tartományába eső sugárzássá alakítsák át, például 530 nm-en, amelyben csak kis számú intenzív lézervonal érhető el.

A harmonikus generálással az eredeti lézersugárzásnál háromszor nagyobb frekvenciájú sugárzás is előállítható. A rubídium és más alkálifémek nemlineáris jellemzőit például arra használják, hogy a neodímium lézer frekvenciáját megháromszorozzák egy 353 nm-es hullámhossznak megfelelő értékre, azaz a spektrum ultraibolya tartományába essen.

Elméletileg a harmadiknál ​​magasabb felharmonikusokat létrehozó eljárások is lehetségesek, de az ilyen átalakítás hatásfoka rendkívül alacsony, így gyakorlati szempontból nem érdekesek. Az új frekvenciákon koherens sugárzás létrehozásának lehetősége nem korlátozódik a harmonikus generálás folyamatára. Az egyik ilyen folyamat a parametrikus erősítés folyamata, amely a következő.

Legyen egy nemlineáris közegre három hullám hatással: egy erős fényhullám 1-es frekvenciájú, egy pumpahullám és két gyenge fényhullám alacsonyabb frekvenciájú 2-3. Erőteljes, 1-es frekvenciájú hullámot pumpálnak a 2-es és 3-as frekvenciájú hullámok energiájába. Ha egy nemlineáris kristályt helyezünk egy optikai üregbe, akkor egy lézerre nagyon emlékeztető eszközt kapunk, amelyet parametrikus oszcillátornak nevezünk.

Egy ilyen eljárás akkor is hasznos lenne, ha használata két létező frekvencia közötti különbségek megállapítására korlátozódna. lézeres források. Valójában a parametrikus oszcillátor egy koherens optikai sugárzás generálására alkalmas eszköz, amelynek frekvenciája szinte a teljes látható tartományban hangolható. Ennek az az oka, hogy nincs szükség további koherens sugárzási források alkalmazására a 2. és 3. frekvencián. Ezek az oszcillációk maguk is keletkezhetnek a kristályban a benne mindig jelen lévő hőzaj zajfotonjaiból.

Ezeknek a zajfotonoknak széles a frekvenciatartománya, túlnyomórészt a spektrum infravörös tartományában. A kristály bizonyos hőmérséklete és a szivattyúhullám irányához és a rezonátor tengelyéhez viszonyított orientációja esetén a hullámillesztés fent említett feltétele teljesül egy bizonyos 2. és 3. frekvenciapárra. A sugárzás beállításához frekvencia, meg kell változtatni a kristály hőmérsékletét vagy orientációját.

A működési frekvencia a két 2-es és 3-as frekvencia bármelyike ​​lehet, attól függően, hogy a készülék sugárzásának milyen frekvenciatartományra van szüksége. A kristály törésmutatóinak elektrooptikai változtatásával gyors frekvenciahangolás érhető el korlátozott spektrális tartományban. A lézerhez hasonlóan a szivattyú teljesítményének küszöbértéke is van, amelyet át kell lépni az állandósult rezgések eléréséhez. A legtöbb parametrikus oszcillátor látható lézereket, például argonlézert vagy a neodímium lézer második harmonikusát használ pumpás forrásként.

A készülék kimenete hangolható infravörös sugárzást állít elő. 2.

munka vége -

Ez a téma a következő részhez tartozik:

Festéklézer

A szilárdtestlézer emissziós paraméterei nagymértékben függenek az alkalmazott kristály optikai tulajdonságaitól. A kristályszerkezet inhomogenitása komolyan korlátozhatja.. Ugyanakkor a folyékony lézerek nem olyan terjedelmesek, mint a gázrendszerek, és könnyebben kezelhetők a számított típusok közül.

Ha további anyagra van szüksége ebben a témában, vagy nem találta meg, amit keresett, javasoljuk, hogy használja a munkaadatbázisunkban található keresést:

Mit csinálunk a kapott anyaggal:

Ha ez az anyag hasznos volt az Ön számára, elmentheti az oldalára a közösségi hálózatokon:

Lézer (az angol „light amplification by stimulated emission of radiation” szóból) " - "fényerősítés stimuláló sugárzással") vagy az optikai kvantumgenerátor egy speciális visszacsatolású sugárforrás, melynek kibocsátó teste fordítottan lakott közeg. A lézer működésének elvei a tulajdonságokon alapulnaklézersugárzás: monokromatikus és nagy koherencia (térbeli és időbeli). TA sugárzás jellemzői között gyakran szerepel az alacsony szögdivergencia is (néha találkozhatunk a „nagy irányítottságú sugárzás” kifejezéssel), ami viszont lehetővé teszi, hogy a lézersugárzás nagy intenzitásáról beszéljünk. Így a lézer működési elveinek megértéséhez beszélni kell a lézersugárzás jellemző tulajdonságairól és a fordítottan lakott közegről - a lézer három fő összetevőjének egyikéről.

A lézersugárzás spektruma. Egyszínű.

Bármely forrás sugárzásának egyik jellemzője a spektruma. A nap- és háztartási világítóeszközök széles sugárzási spektrummal rendelkeznek, amely különböző hullámhosszú komponenseket tartalmaz. Szemünk az ilyen sugárzást fehér fényként érzékeli, ha különböző összetevőinek intenzitása megközelítőleg azonos, vagy valamilyen árnyalatú fénynek (például Napunk fényében a zöld és a sárga komponensek dominálnak).

A lézersugárforrások ezzel szemben nagyon szűk spektrummal rendelkeznek. Némi közelítéssel azt mondhatjuk, hogy a lézersugárzás minden fotonja azonos (vagy hasonló) hullámhosszú. Így például a rubinlézer sugárzásának hullámhossza 694,3 nm, ami a vörös fénynek felel meg. Az első gázlézer, a hélium-neon szintén viszonylag közeli hullámhosszú (632,8 nm). Ezzel szemben az argonionos gázlézer hullámhossza 488,0 nm, amit a szemünk türkiz színként érzékel (köztes a zöld és a kék között). A titánionokkal adalékolt zafír alapú lézerek hullámhossza az infravörös tartományban van (általában 800 nm körüli), így sugárzásuk az ember számára láthatatlan. Egyes lézerek (például a kimenő tükörként forgó diffrakciós ráccsal rendelkező félvezető lézerek) be tudják hangolni sugárzásuk hullámhosszát. Ami azonban minden lézerben közös, az az, hogy sugárzási energiájuk nagy része egy szűk spektrális tartományban összpontosul. A lézersugárzásnak ezt a tulajdonságát monokromatikusságnak nevezik (a görög „egy színből”). ábrán. Ennek a tulajdonságnak a szemléltetésére az 1. ábrán a Nap sugárzási spektruma (a légkör külső rétegeinek szintjén és a tengerszinten) és a cég által gyártott félvezető lézer látható. Thorlabs.

Rizs. 1. A Nap és egy félvezető lézer sugárzási spektruma.

A lézersugárzás monokromatikusságának mértéke a lézervonal spektrális szélességével jellemezhető (a szélesség megadható hullámhosszként vagy a maximális intenzitástól eltérő frekvenciaként). A spektrális szélességet általában 1/2 ( FWHM ), 1/ e vagy a maximális intenzitás 1/10-e. Egyes modern lézerrendszerek több kHz-es emissziós csúcsszélességet értek el, ami a nanométer egymilliárd része alatti lézervonalszélességnek felel meg. A szakemberek számára megjegyezzük, hogy a lézervonal szélessége nagyságrendekkel szűkebb lehet, mint a spontán emissziós vonal szélessége, ami egyben a lézer egyik megkülönböztető jellemzője (például a lumineszcens és szuperlumineszcens forrásokhoz képest).

Lézeres koherencia

A monokromatikusság a lézersugárzás fontos, de nem egyetlen tulajdonsága. A lézersugárzás másik meghatározó tulajdonsága a koherencia. Általában térbeli és időbeli koherenciáról beszélnek.

Képzeljük el, hogy a lézersugarat egy áttetsző tükör kettéosztja: a sugárenergia fele áthaladt a tükörön, a másik fele visszaverődött és a vezetőtükrök rendszerébe került (2. ábra). Ezt követően a második gerenda ismét össze van hozva az elsővel, de némi késéssel. Azt a maximális késleltetési időt, amelynél a nyalábok interferálhatnak (azaz a sugárzás fázisát és nem csak az intenzitását figyelembe véve kölcsönhatásba léphetnek), a lézersugárzás koherenciaidejének, valamint a második sugár további útjának hosszának nevezzük. eltérése miatt átment a longitudinális koherencia hossza. A modern lézerek hosszirányú koherenciája meghaladhatja a kilométert, bár a legtöbb alkalmazáshoz (például ipari anyagfeldolgozó lézereknél) nincs szükség a lézersugár ilyen nagy térbeli koherenciájára.

A lézersugarat más módon is oszthatja: áttetsző tükör helyett tegyen egy teljesen tükröződő felületet, de ne a teljes sugarat, hanem csak egy részét blokkolja (2. ábra). Ekkor a sugár különböző részein terjedő sugárzás kölcsönhatása figyelhető meg. A sugár azon pontjai közötti maximális távolságot, ahol a sugárzás interferál, a lézersugár keresztirányú koherenciahosszának nevezzük. Természetesen sok lézer esetében a keresztirányú koherencia hossza egyszerűen megegyezik a lézersugár átmérőjével.

Rizs. 2. Az időbeli és térbeli koherencia fogalmának magyarázata felé

A lézersugárzás szögdivergencia. Paraméter M 2 .

Bármennyire is törekszünk arra, hogy a lézersugár párhuzamos legyen, mindig lesz nullától eltérő szögdivergencia. A lézersugárzás minimális lehetséges eltérési szögeα d ("diffrakciós határ") nagyságrendjét a következő kifejezés határozza meg:

α d~ λ /D, (1)

Ahol λ a lézersugárzás hullámhossza, és D a lézerből kilépő sugár szélessége. Könnyen kiszámolható, hogy 0,5 mikronos hullámhossz (zöld sugárzás) és 5 mm-es lézersugár szélesség mellett a divergencia szöge ~10 -4 rad, vagyis 1/200 fok lesz. Ennek a kis értéknek a ellenére a szögdivergencia kritikus lehet bizonyos alkalmazásoknál (például a lézerek harci műholdrendszerekben történő alkalmazásakor), mivel ez felső határt szab az elérhető lézerteljesítmény-sűrűségnek.

Általában a lézersugár minősége a paraméterrel állítható be M 2 . Legyen a Gauss-nyaláb fókuszálásakor az ideális lencse által létrehozott minimális szpotfelület egyenlő S . Majd ha ugyanaz a lencse egy adott lézer sugarát egy területfoltra fókuszálja S 1 > S , M 2 paraméter A lézersugárzás egyenlő:

M 2 = S 1 / S (2)

A legjobb minőségű lézerrendszereknél a paraméter M 2 közel van az egységhez (különösen a lézerek a paraméterrel M 2 , egyenlő 1,05). Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy ma már nem minden lézerosztály rendelkezik alacsony értékkel ennek a paraméternek, amit egy adott feladathoz a lézerosztály kiválasztásakor figyelembe kell venni.

Röviden összefoglaltuk a lézersugárzás főbb tulajdonságait. Most pedig írjuk le a lézer fő összetevőit: a populációs inverziós közeget, a lézerüreget, a lézerpumpát és a lézerszintező áramkört.

Környezet fordított népességgel. Lézeres szintek elrendezése. Kvantum kimenet.

A fő elem, amely egy külső forrás energiáját (elektromos, nem lézersugárzás energiája, egy további pumpás lézer energiája) fénnyé alakítja, az a közeg, amelyben egy szintpár inverz populációja létrejön. A „populációs inverzió” kifejezés azt jelenti, hogy a közeg szerkezeti részecskéinek (molekulák, atomok vagy ionok) egy bizonyos része gerjesztett állapotba kerül, és ezeknek a részecskéknek egy bizonyos energiaszintje (felső és alsó lézerszintje) ott van. több részecske van a felső energiaszinten, mint az alsón.

Fordított populációjú közegen áthaladva felerősödhet a sugárzás, amelynek kvantumainak energiája megegyezik két lézerszint energiájának különbségével, miközben az aktív centrumok egy részének (atomok/molekulák/) gerjesztését eltávolítják. ionok). Az erősítés az elektromágneses sugárzás új kvantumainak képződése miatt következik be, amelyek hullámhossza, terjedési iránya, fázisa és polarizációs állapota megegyezik az eredeti kvantummal. Így a lézer azonos (egyenlő energiájú, koherens és azonos irányba mozgó) fotonokból álló csomagokat generál (3. ábra), ami meghatározza a lézersugárzás alapvető tulajdonságait.

Rizs. 3. Koherens fotonok generálása stimulált emisszió során.

Lehetetlen azonban fordítottan lakott környezetet létrehozni egy olyan rendszerben, amely a klasszikus közelítésben csak két szintből áll. A modern lézerek általában három- vagy négyszintű szintrendszerrel rendelkeznek, amelyek részt vesznek a lézergenerálásban. Ebben az esetben a gerjesztés a közeg szerkezeti egységét a legmagasabb szintre viszi át, ahonnan a részecskék rövid időn belül ellazulnak egy alacsonyabb energiaértékre - a felső lézerszintre. A lézergenerálás magában foglalja az egyik mögöttes szintet is – az atom alapállapotát egy háromszintű sémában vagy a köztes állapotot egy négyszintű sémában (4. ábra). A négyszintű séma előnyösebbnek bizonyul, mivel a középső szintet általában sokkal kisebb számú részecske népesíti be, mint az alapállapot, ami inverz populációt hoz létre (a gerjesztett részecskék száma meghaladja a atomok az alsó lézerszinten) sokkal egyszerűbbnek bizonyul (a lézergenerálás elindításához kevesebb energiával kell tájékoztatni a környezetet).

Rizs. 4. Háromszintű és négyszintű szintű rendszerek.

Így a lézeres lézerezés során a munkaközegnek adott energia minimális értéke megegyezik a rendszer legmagasabb szintjének gerjesztési energiájával, és a lézerezés két mögöttes szint között történik. Ez határozza meg azt a tényt, hogy a lézer hatásfokát kezdetben a gerjesztési energia és a lézerátmeneti energia aránya korlátozza. Ezt az arányt a lézer kvantumhatékonyságának nevezik. Érdemes megjegyezni, hogy a hálózatról érkező lézer hatásfoka általában többszöröse (esetenként akár több tízszerese is) a kvantumteljesítményének.

A félvezető lézerek speciális energiaszint-struktúrával rendelkeznek. A félvezető lézerekben a sugárzás előállítása során a félvezető két zónájából származó elektronok vesznek részt, de a fényt kibocsátó szennyeződések miatt. p-n átmenet esetén ezeknek a zónáknak a határai a dióda különböző részein egymáshoz képest eltolódnak. Inverz népesség a régióban p-n átmenet az ilyen lézerekben az elektronok áramlása miatt jön létre az átmeneti tartományba a vezetési sávból n -hely és lyukak a vegyértéksávból p - telek. A félvezető lézerekről bővebben a szakirodalomban olvashat.

A modern lézerek különféle módszereket alkalmaznak a populációinverzió vagy a lézerpumpálás létrehozására.

Lézeres pumpálás. Szivattyúzási módszerek.

Ahhoz, hogy a lézer elkezdjen sugárzást generálni, energiával kell ellátni aktív közegét, hogy inverz populációt hozzon létre benne. Ezt a folyamatot lézeres pumpálásnak nevezik. Számos alapvető pumpálási módszer létezik, amelyek alkalmazhatósága egy adott lézerben az aktív közeg típusától függ. Így az impulzus üzemmódban működő excimer és egyes gázlézereknél (pl. CO2 - lézer) lehetőség van a lézerközeg molekuláinak elektromos kisüléssel történő gerjesztésére. A folyamatos gázlézereknél izzítókisülés használható a szivattyúzáshoz. A félvezető lézereket feszültség alkalmazásával szivattyúzzák p-n lézeres átmenet. Szilárdtestlézerekhez inkoherens sugárforrást (villanólámpa, vonal vagy fénykibocsátó diódasor) vagy más lézert használhat, amelynek hullámhossza megfelel a szennyezőatom alap- és gerjesztett állapota közötti energiakülönbségnek. (a szilárdtestlézerekben a lézerezés általában a mátrixrácsban oldott atomokon vagy ionszennyeződéseken történik - például egy rubinlézer esetében a krómionok az aktív szennyeződések).

Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy a lézeres szivattyúzási módszert annak típusa és a lézerközeg aktív centrumának jellemzői határozzák meg. Általános szabály, hogy minden egyes lézertípushoz létezik a leghatékonyabb szivattyúzási módszer, amely meghatározza az aktív közeg energiaellátására szolgáló rendszer típusát és kialakítását.

Lézeres rezonátor. Lézergenerációs állapot. Stabil és instabil rezonátorok.

Az aktív közeg és a rá energiát szállító rendszer még nem elegendő a lézergenerációhoz, bár ezekre már lehet építeni néhány eszközt (például erősítőt vagy szuperlumineszcens sugárforrást). A lézergenerálás, i.e. monokromatikus koherens fény kibocsátása csak visszacsatolás vagy lézerüreg jelenlétében történik.

A legegyszerűbb esetben a rezonátor egy tükörpár, amelyek közül az egyik (a lézerkimeneti tükör) félig átlátszó. Általános szabály, hogy egy 100%-hoz közeli lézeres hullámhosszú visszaverődési együtthatóval rendelkező reflektort („süket tükör”) szerelnek be másik tükörként, hogy elkerüljük a „mindkét irányban” lézeres lézerezést és a szükségtelen energiaveszteséget.

A lézerrezonátor biztosítja, hogy a sugárzás egy része visszatérjen az aktív közegbe. Ez a feltétel fontos a koherens és monokromatikus sugárzás kialakulásához, mivel a közegbe visszakerülő fotonok azonos frekvenciájú és fázisú fotonok kibocsátását okozzák. Ennek megfelelően az aktív közegben újonnan megjelenő sugárzási kvantumok koherensek lesznek azokkal, amelyek már elhagyták a rezonátort. Így a lézersugárzás jellemző tulajdonságait nagyrészt a lézerüreg kialakítása és minősége biztosítja.

A lézerrezonátor kimeneti áttetsző tükrének reflexióját úgy választjuk meg, hogy biztosítsa a maximális lézer kimeneti teljesítményt, vagy a gyártás technológiai egyszerűsége alapján. Így egyes szálas lézereknél a szál fényvezetőjének egyenletesen vágott vége használható kimeneti tükörként.

A stabil lézeres lézerezés nyilvánvaló feltétele a lézerüregben az optikai veszteségek (beleértve az üregtükrökön keresztüli sugárzási veszteségeket is) és az aktív közeg sugárzási nyereségének egyenlősége:

exp( a× 2L) = R 1 × R 2 × exp( g× 2L) × X,(3)

ahol L = az aktív közeg hossza,a- nyereség az aktív közegben, R1 és R2 - a rezonátor tükrök reflexiós együtthatói ésg- „szürke” veszteségek az aktív közegben (azaz a sűrűség-ingadozásokkal, a lézerközeg hibáival, a sugárzás szórásával kapcsolatos sugárzási veszteségek és egyéb olyan optikai veszteségek, amelyek a közegen való áthaladáskor a sugárzás gyengülését okozzák, kivéve a közvetlen abszorpciót sugárzási kvantumok a közeg atomjai szerint). Utolsó szorzó" X » a lézerben jelenlévő összes többi veszteséget jelöli (például speciális elnyelő elem helyezhető a lézerbe, hogy a lézer rövid időtartamú impulzusokat generáljon), ezek hiányában 1-gyel egyenlő. A fejlesztés feltételének eléréséhez A spontán kibocsátott fotonokból származó lézergeneráció esetében nyilvánvaló, hogy „>” jelre kell cserélni.

A (3) egyenlőségből a következő szabály következik a kimeneti lézertükör kiválasztásánál: ha az aktív közeg sugárzáserősítési tényezője, figyelembe véve a szürke veszteségeket (a- g) × L kicsi, a kimeneti tükör reflexiója R 1 nagyot kell választani, hogy a lézergeneráció ne csökkenjen az üregből kilépő sugárzás miatt. Ha az erősítés elég nagy, akkor általában érdemes alacsonyabb értéket választani. R 1 , mivel a nagy reflexió a rezonátoron belüli sugárzás intenzitásának növekedéséhez vezet, ami befolyásolhatja a lézer élettartamát.

A lézerüreget azonban be kell állítani. Tegyük fel, hogy a rezonátor két párhuzamos, de nem beállított tükörből áll (például, amelyek egymással szöget zárnak be). Egy ilyen rezonátorban az aktív közegen többször áthaladó sugárzás túlmegy a lézeren (5. ábra). Instabilnak nevezzük azokat a rezonátorokat, amelyekben a sugárzás véges idő alatt túllép a határain. Az ilyen rezonátorokat egyes rendszerekben (például nagy teljesítményű, speciális kialakítású impulzuslézerekben) alkalmazzák, azonban a gyakorlati alkalmazásokban általában igyekeznek elkerülni az üreg instabilitását.

Rizs. 5. Instabil rezonátor rosszul beállított tükrökkel; stabil rezonátor és

egy álló sugárnyaláb benne.

A rezonátor stabilitásának növelése érdekében ívelt visszaverő felületeket használnak tükörként. A tükröző felületek sugarának bizonyos értékeinél ez a rezonátor érzéketlen a kis beállítási hibákra, ami lehetővé teszi a lézerrel végzett munka jelentős egyszerűsítését.

Röviden ismertettük a lézer létrehozásához szükséges minimális elemkészletet és a lézersugárzás főbb jellemzőit.

1. A monokromatikus fény áthaladása átlátszó közegen.

2. Populációinverzió létrehozása. Szivattyúzási módszerek.

3. A lézeres működés elve. A lézerek típusai.

4. A lézersugárzás jellemzői.

5. Az orvostudományban alkalmazott lézersugárzás jellemzői.

6. A szövetek tulajdonságainak és hőmérsékletének változása folyamatos erős lézersugárzás hatására.

7. A lézersugárzás alkalmazása az orvostudományban.

8. Alapfogalmak és képletek.

9. Feladatok.

Tudjuk, hogy a fény külön részekben - fotonokban - bocsát ki, amelyek mindegyike egy atom, molekula vagy ion sugárzási átmenetének eredményeként jön létre. A természetes fény hatalmas számú ilyen foton gyűjteménye, változó frekvenciájú és fázisú, véletlenszerű időpontokban, véletlenszerű irányban. Erőteljes monokromatikus fénysugarak előállítása természetes forrásokból szinte lehetetlen feladat. Ugyanakkor az ilyen gerendák szükségességét mind a fizikusok, mind a számos alkalmazott tudomány szakemberei érezték. A lézer létrehozása lehetővé tette ennek a problémának a megoldását.

Lézer- olyan eszköz, amely koherens elektromágneses hullámokat generál a közeg mikrorészecskéinek stimulált kibocsátása miatt, amelyben az egyik energiaszint nagy fokú gerjesztése jön létre.

Lézer (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) – a fény erősítése stimulált sugárzással.

A lézersugárzás (LR) intenzitása sokszorosa a természetes fényforrások intenzitásának, és a lézersugár divergenciája kevesebb, mint egy ívperc (10 -4 rad).

31.1. Monokróm fény áteresztése átlátszó közegen

A 27. előadásban megtudtuk, hogy a fény anyagon való áthaladását a következők kísérik: foton gerjesztés részecskéi és cselekményei stimulált emisszió. Nézzük meg ezeknek a folyamatoknak a dinamikáját. Hagyja, hogy terjedjen a környezetben egyszínű fény, amelynek frekvenciája (ν) e közeg részecskéinek a talajszintről (E 1) a gerjesztett szintre (E 2) való átmenetének felel meg:

Az alapállapotú részecskéket megütő fotonok felszívódniés maguk a részecskék E 2 gerjesztett állapotba kerülnek (lásd 27.4. ábra). A gerjesztett részecskéket ütő fotonok stimulált emissziót indítanak el (lásd 27.5. ábra). Ebben az esetben a fotonok megduplázódnak.

Termikus egyensúlyi állapotban a gerjesztett (N 2) és a nem gerjesztett (N 1) részecskék számának aránya megfelel a Boltzmann-eloszlásnak:

ahol k a Boltzmann-állandó, T az abszolút hőmérséklet.

Ebben az esetben az N 1 >N 2 és az abszorpció dominál a duplázódásnál. Következésképpen a kijövő I fény intenzitása kisebb lesz, mint a beeső fény I 0 intenzitása (31.1. ábra).

Rizs. 31.1. Olyan közegen áthaladó fény csillapítása, amelyben a gerjesztés mértéke 50%-nál kisebb (N 1 > N 2)

Ahogy a fény elnyelődik, a gerjesztés mértéke nő. Amikor eléri az 50%-ot (N 1 = N 2), között abszorpcióÉs megkétszerezése Az egyensúly létrejön, mivel a fotonok valószínűsége a gerjesztett és nem gerjesztett részecskéket érinti azonos lesz. Ha a közeg megvilágítása megszűnik, akkor egy idő után a közeg visszatér a Boltzmann-eloszlásnak megfelelő kiindulási állapotba (N 1 > N 2). Vegyünk egy előzetes következtetést:

A környezet monokromatikus fénnyel történő megvilágításakor (31.1) lehetetlen elérni a környezet olyan állapota, amelyben a gerjesztés mértéke meghaladja az 50%-ot. Mégis, nézzük meg a fény áthaladásának kérdését egy olyan közegen, amelyben az N 2 > N 1 állapotot valamilyen módon elértük. Ezt az állapotot állapotnak nevezzük inverz populáció(a lat. inverzió- esztergálás).

A népesség inverziója- a környezet olyan állapota, amelyben a részecskék száma az egyik felső szinten nagyobb, mint az alsó szinten.

Fordított populációjú közegben nagyobb annak a valószínűsége, hogy egy foton eltalál egy gerjesztett részecskét, mint egy gerjesztetlen részecskéé. Ezért a megkettőzési folyamat dominál az abszorpciós folyamat felett, és van nyereség fény (31.2. ábra).

Ahogy a fény áthalad a populáció fordított közegen, a gerjesztés mértéke csökken. Amikor eléri az 50%-ot

Rizs. 31.2. Fordított populációjú közegen áthaladó fény erősítése (N 2 > N 1)

(N 1 = N 2), között abszorpcióÉs megkétszerezése Az egyensúly létrejön, és a fényerősítő hatás megszűnik. Ha a közeg megvilágítása megszűnik, akkor egy idő után a közeg visszatér a Boltzmann-eloszlásnak megfelelő állapotba (N 1 > N 2).

Ha mindez az energia sugárzási átmenetekben szabadul fel, akkor hatalmas erejű fényimpulzust kapunk. Igaz, még nem lesz meg a szükséges koherenciája és irányultsága, de erősen monokromatikus lesz (hv = E 2 - E 1). Ez még nem lézer, de már valami közeli.

31.2. Populációinverzió létrehozása. Szivattyúzási módszerek

El lehet tehát érni a népességinverziót? Kiderül, hogy megteheti, ha használja három energiaszinteket a következő konfigurációval (31.3. ábra).

Hagyja, hogy a környezet erős fényvillanással világítson meg. A kibocsátási spektrum egy része az E 1 fő szintről a széles E 3 szintre való átmenet során nyelődik el. Emlékezzünk erre széles egy energiaszint rövid relaxációs idővel. Ezért az E 3 gerjesztési szintre belépő részecskék többsége nem sugárzóan átmegy a szűk metastabil E 2 szintre, ahol felhalmozódnak. Ennek a szintnek a szűksége miatt a villanófotonoknak csak egy kis része

Rizs. 31.3. Populációinverzió létrehozása metastabil szinten

képes kényszerű átmenetet előidézni E 2 → E 1. Ez biztosítja a feltételeket egy inverz sokaság létrehozásához.

A populációinverzió létrehozásának folyamatát ún felpumpálva. A modern lézerek különböző típusú szivattyúzást használnak.

Az átlátszó aktív közegek optikai pumpálása külső forrásból származó fényimpulzusokat használ.

A gáznemű aktív közeg elektromos kisülésű szivattyúzása elektromos kisülést használ.

A félvezető aktív közeg befecskendezéses szivattyúzása elektromos áramot használ.

Az aktív közeg gázkeverékből történő kémiai szivattyúzása a keverék összetevői közötti kémiai reakció energiáját használja fel.

31.3. A lézeres működés elve. A lézerek típusai

A lézer működési diagramja az ábrán látható. 31.4. A munkaközeg (aktív közeg) egy hosszú, keskeny henger, melynek végeit két tükör fedi. Az egyik tükör (1) áttetsző. Az ilyen rendszert optikai rezonátornak nevezzük.

A szivattyúrendszer a részecskéket az E 1 talajszintről az E 3 abszorpciós szintre viszi át, ahonnan azok nem sugárzással jutnak át a metastabil E 2 szintre, létrehozva annak populációinverzióját. Ezt követően az E 2 → E 1 spontán sugárzási átmenetek monokromatikus fotonok kibocsátásával kezdődnek:

Rizs. 31.4. Sematikus lézerkészülék

A spontán emissziós fotonok, amelyek az üreg tengelyéhez képest szöget zárnak be, az oldalfelületen keresztül távoznak, és nem vesznek részt a generálási folyamatban. Áramlásuk gyorsan kiszárad.

A fotonok, amelyek spontán emisszió után a rezonátor tengelye mentén mozognak, ismételten áthaladnak a munkafolyadékon, és visszaverődnek a tükrökről. Ugyanakkor kölcsönhatásba lépnek a gerjesztett részecskékkel, stimulált emissziót indítva el. Emiatt az azonos irányba mozgó indukált fotonok „lavinaszerű” növekedése következik be. A többszörösen felerősített fotonáram egy áttetsző tükörön keresztül lép ki, és szinte párhuzamos koherens sugarak erőteljes sugarát hozza létre. Valójában lézersugárzás keletkezik első egy spontán foton, amely a rezonátor tengelye mentén mozog. Ez biztosítja a sugárzás koherenciáját.

Így a lézer a szivattyúforrás energiáját monokromatikus koherens fény energiájává alakítja. Az ilyen átalakítás hatékonysága, i.e. A hatásfok a lézer típusától függ, és az egy százalék töredékétől a több tíz százalékig terjed. A legtöbb lézer hatásfoka 0,1-1%.

A lézerek típusai

Az első lézer (1960) a rubint használta munkafolyadékként és optikai pumpáló rendszerként. A rubin egy kristályos alumínium-oxid A1 2 O 3, amely körülbelül 0,05% krómatomot tartalmaz (ez a króm adja a rubin rózsaszín színét). A kristályrácsba ágyazott króm atomok az aktív közeg

ábrán látható energiaszint-konfigurációval. 31.3. A rubin lézersugárzás hullámhossza a λ = 694,3 nm. Ezután megjelentek a más aktív médiát használó lézerek.

A munkaközeg típusától függően a lézereket gázra, szilárdtestre, folyékonyra és félvezetőre osztják. A szilárdtestlézerekben az aktív elem általában henger formájában készül, amelynek hossza jóval nagyobb, mint az átmérője. A gázt és a folyékony aktív közeget egy hengeres küvettába helyezzük.

A szivattyúzási módszertől függően folyamatos és impulzusos lézersugárzás generálható. Folyamatos szivattyús rendszernél a populációinverzió külső energiaforrás hatására hosszú ideig fennmarad. Például folyamatos gerjesztés elektromos kisüléssel gáznemű környezetben. Impulzusos szivattyúrendszerrel a populáció inverziója impulzus üzemmódban jön létre. Impulzusismétlési frekvencia 10-3

Hz-ig 10 3 Hz-ig.

31.4. A lézersugárzás jellemzői

A lézersugárzás tulajdonságaiban jelentősen eltér a hagyományos fényforrások sugárzásától. Vegyük észre jellemző tulajdonságait.

1. Koherencia. A sugárzás az nagyon koherens, ami a stimulált emisszió tulajdonságainak köszönhető. Ilyenkor nemcsak időbeli, hanem térbeli koherencia is létrejön: a fáziskülönbség a sík terjedési irányára merőleges két pontjában állandó marad (31.5. ábra, a).

2. Kollimáció. A lézersugárzás az kollimált, azok. a nyalábban lévő összes sugár csaknem párhuzamos egymással (31.5. ábra, b). Nagy távolságban a lézersugár átmérője csak kis mértékben nő. Mivel a divergencia szög φ kicsi, akkor a lézersugár intenzitása kissé csökken a távolsággal. Ez lehetővé teszi a jelek nagy távolságokra történő továbbítását, intenzitásuk csillapításával.

3. Egyszínű. A lézersugárzás az erősen monokromatikus, azok. közel azonos frekvenciájú hullámokat tartalmaz (a spektrumvonal szélessége Δλ ≈0,01 nm). On

A 31.5c ábra egy lézersugár és egy közönséges fénysugár vonalszélességének sematikus összehasonlítását mutatja.

Rizs. 31.5. A lézersugárzás koherenciája (a), kollimációja (b), monokromatikussága (c).

A lézerek megjelenése előtt bizonyos fokú monokromatikus sugárzást lehetett elérni olyan eszközökkel - monokromátorokkal, amelyek megkülönböztetik a szűk spektrális intervallumokat (szűk hullámhosszúságú sávokat) a folytonos spektrumtól, de az ilyen sávokban a fényerő alacsony.

4. Nagy teljesítmény. Lézerrel nagyon magas monokromatikus sugárzási teljesítmény biztosítható - akár 10 5 W folyamatos üzemmódban. Az impulzuslézerek teljesítménye több nagyságrenddel nagyobb. Így egy neodímium lézer E = 75 J energiájú impulzust hoz létre, melynek időtartama t = 3x10 -12 s. Az impulzusban lévő teljesítmény P = E/t = 2,5x10 13 W (összehasonlításképpen: egy vízerőmű teljesítménye P ~ 10 9 W).

5. Magas intenzitás. Az impulzuslézerekben a lézersugárzás intenzitása igen nagy, és elérheti az I = 10 14 -10 16 W/cm 2 értéket (vö. a napfény intenzitása a földfelszín közelében I = 0,1 W/cm 2).

6. Magas fényerő. A látható tartományban működő lézereknél fényesség lézersugárzás (fényintenzitás egységnyi felületre) nagyon magas. A leggyengébb lézerek fényereje is 10 15 cd/m 2 (összehasonlításképpen: a Nap fényereje L ~ 10 9 cd/m 2).

7. Nyomás. Amikor egy lézersugár egy test felületére esik, létrehoz nyomás(D).

8. A felületre merőlegesen beeső lézersugárzás teljes elnyelésével D = I/c nyomás jön létre, ahol I a sugárzás intenzitása, c a fény sebessége vákuumban. Teljes visszaverődés esetén a nyomás kétszer akkora. I. intenzitás esetén = 10 14 W/cm 2 = 10 18 W/m 2 ; D = 3,3x10 9 Pa = 33 000 atm. Polarizáció. A lézersugárzás teljesen

polarizált.

31.5. Az orvostudományban alkalmazott lézersugárzás jellemzői

Sugárzás hullámhossza

Az orvosi lézerek sugárzási hullámhossza (λ) a 0,2-10 µm tartományba esik, azaz. az ultraibolya tartománytól a távoli infravörös tartományig.

Sugárzási teljesítmény

Az orvosi lézerek sugárzási teljesítménye (P) széles határok között változik, az alkalmazás céljaitól függően. Folyamatos szivattyúzású lézereknél P = 0,01-100 W. Az impulzuslézereket a P impulzusteljesítmény és az impulzus időtartama τ és

Sebészeti lézereknél P és = 10 3 -10 8 W, és az impulzus időtartama t és = 10 -9 -10 -3 s.

Energia egy sugárzási impulzusban

Egy lézersugárzás impulzusának energiáját (E és) az E és = P és -t összefüggés határozza meg, ahol t és a sugárzási impulzus időtartama (általában t és = 10 -9 -10 -3 s) . Sebészeti lézereknél E és = 0,1-10 J.

Impulzus ismétlési gyakorisága

Az impulzuslézerek jellemzője (f) a lézer által 1 s alatt generált sugárzási impulzusok számát mutatja. Terápiás lézereknél f = 10-3000 Hz, sebészeti lézereknél f = 1-100 Hz.

Átlagos sugárzási teljesítmény

Az impulzus-periodikus lézerek jellemzője (P avg) megmutatja, hogy a lézer mennyi energiát bocsát ki 1 s alatt, és a következő összefüggés határozza meg:

Intenzitás (teljesítménysűrűség) Ezt a karakterisztikát (I) a lézersugárzás teljesítményének a sugár keresztmetszetéhez viszonyított arányaként határozzuk meg. Folyamatos lézereknél I = P/S. Az impulzuslézerek esetében vannak impulzus intenzitása

I és = P és /S és átlagos intenzitás I av = P av /S.

folyamatos lézereknél I ~ 10 3 W/cm 2, D = 0,033 Pa;

impulzuslézereknél I és ~ 10 5 -10 11 W/cm 2, D = 3,3 - 3,3x10 6 Pa.

Impulzus energiasűrűsége

Ez az érték (W) a besugárzott felület egységnyi területére eső energiát jellemzi impulzusonként, és a W = E és /S összefüggés határozza meg, ahol S (cm 2) a fényfolt területe (azaz, a lézersugár keresztmetszete) a felszíni biológiai szöveteken. A sebészetben használt lézereknél W ≈ 100 J/cm 2.

A W paraméter az 1 impulzusonkénti D sugárzási dózisnak tekinthető.

31.6. A szövetek tulajdonságainak és hőmérsékletének változása folyamatos erős lézersugárzás hatására

A hőmérséklet és a szövet tulajdonságainak változásai

folyamatos lézersugárzás hatására

A nagy teljesítményű lézersugárzás biológiai szövetek általi elnyelését hőkibocsátás kíséri. A felszabaduló hő kiszámításához speciális értéket használnak - térfogati hősűrűség(q).

A hő felszabadulása a hőmérséklet emelkedésével jár, és a következő folyamatok mennek végbe a szövetekben:

40-60°C-on enzimaktiválódás, ödémaképződés, változások és a hatásidőtől függően sejtpusztulás, fehérjedenaturáció, véralvadás és nekrózis megindulása következik be;

60-80 ° C-on - a kollagén denaturációja, membránhibák; 100 ° C-on - kiszáradás, a szövetvíz elpárologtatása; 150°C felett - elszenesedés;

300°C felett - a szövet párolgása, gázképződés. Ezeknek a folyamatoknak a dinamikáját az ábra mutatja. 31.6.

Rizs. 31.6. A szöveti hőmérséklet változásának dinamikája folyamatos lézersugárzás hatására

1 fázis. Először is, a szövet hőmérséklete 37-ről 100 °C-ra emelkedik. Ebben a hőmérséklet-tartományban a szövet termodinamikai tulajdonságai gyakorlatilag változatlanok maradnak, és a hőmérséklet idővel lineárisan növekszik (α = const és I = const).

2 fázis. 100 °C hőmérsékleten megindul a szövetvíz elpárolgása, és ennek a folyamatnak a végéig a hőmérséklet állandó marad.

3 fázis. A víz elpárolgása után a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, de lassabban, mint az 1. szakaszban, mivel a kiszáradt szövet a normálisnál kevesebb energiát vesz fel.

4 fázis. A T ≈ 150 °C hőmérséklet elérésekor megkezdődik a biológiai szövet elszenesedési folyamata, és ennek következtében „feketedése”. Ebben az esetben az α abszorpciós együttható növekszik. Ezért a hőmérséklet nemlineáris, idővel gyorsuló növekedése figyelhető meg.

5 fázis. A T ≈ 300 °C hőmérséklet elérésekor megkezdődik a dehidratált, elszenesedett biológiai szövet párolgási folyamata, és a hőmérséklet-emelkedés ismét leáll. Ebben a pillanatban a lézersugár vágja (eltávolítja) a szövetet, azaz. szikévé válik.

A hőmérséklet-emelkedés mértéke a szövet mélységétől függ (31.7. ábra).

Rizs. 31.7. A besugárzott szövetekben különböző mélységekben előforduló folyamatok: A- a felületi rétegben a szövet több száz fokra felmelegszik és elpárolog; b- a felső réteg által gyengített sugárzási teljesítmény nem elegendő a szövet elpárologtatásához. Megtörténik a szövetek koagulációja (néha elszenesedéssel együtt - vastag fekete vonal); V- a szövet felmelegedése a zónából történő hőátadás miatt következik be b)

Az egyes zónák kiterjedését mind a lézersugárzás jellemzői, mind magának a szövetnek a tulajdonságai (elsősorban az abszorpciós és hővezetési együttható) határozzák meg.

Az erőteljes fókuszált lézersugárzásnak való kitettség lökéshullámok megjelenésével jár együtt, amelyek mechanikai károsodást okozhatnak a szomszédos szövetekben.

A szövetek ablációja erőteljes pulzáló lézersugárzás hatására

Ha a szövetet nagy energiasűrűségű lézersugárzás rövid impulzusainak teszik ki, a biológiai szövetek szétválasztásának és eltávolításának egy másik mechanizmusa valósul meg. Ebben az esetben a szövetfolyadék nagyon gyorsan felmelegszik T > T forráspontig. Ebben az esetben a szövetfolyadék metastabil túlmelegedett állapotba kerül. Ezután a szövetfolyadék „robbanékony” felforrása következik be, ami a szövet elszenesedés nélküli eltávolításával jár együtt. Ezt a jelenséget az ún abláció. Az ablációt mechanikai lökéshullámok generálják, amelyek mechanikai károsodást okozhatnak a lézeres besugárzási zóna közelében lévő szövetekben. Ezt a tényt figyelembe kell venni a pulzáló lézersugárzás paramétereinek kiválasztásakor, például bőrcsiszoláskor, fogfúráskor vagy a látásélesség lézeres korrekciója során.

31.7. A lézersugárzás alkalmazása az orvostudományban

A lézersugárzás (LR) biológiai objektumokkal való kölcsönhatását jellemző folyamatok 3 csoportra oszthatók:

nem zavaró hatás(nincs észrevehető hatással a biológiai objektumra);

fotokémiai hatás(a lézerrel gerjesztett részecske vagy maga vesz részt a megfelelő kémiai reakciókban, vagy átadja gerjesztését egy kémiai reakcióban részt vevő másik részecskére);

fotodestrukció(hő- vagy lökéshullámok felszabadulása miatt).

Lézeres diagnosztika

A lézerdiagnosztika egy nem zavaró hatás egy biológiai tárgyra koherenciát lézersugárzás. Soroljuk fel a főbb diagnosztikai módszereket.

Interferometria. Amikor a lézersugárzás visszaverődik egy durva felületről, másodlagos hullámok keletkeznek, amelyek zavarják egymást. Ennek eredményeként sötét és világos foltok (foltok) képe keletkezik, amelyek elhelyezkedése információt ad a biológiai objektum felszínéről (speckle interferometry módszer).

Holográfia. Lézersugárzás segítségével 3 dimenziós képet kapunk egy tárgyról. Az orvostudományban ez a módszer lehetővé teszi háromdimenziós képek készítését a gyomor belső üregeiről, a szemekről stb.

A fény szórása. Amikor egy erősen irányított lézersugár áthalad egy átlátszó tárgyon, a fény szétszóródik. A szórt fény intenzitásának szögfüggésének regisztrálása (nefelometriai módszer) lehetővé teszi a közeg részecskéinek méretének (0,02-300 μm) és deformációjuk mértékének meghatározását.

Szórva a fény polarizációja megváltozhat, amit a diagnosztikában is alkalmaznak (polarizációs nefelometriai módszer).

Doppler hatás. Ez a módszer az LR Doppler-frekvencia-eltolódásának mérésén alapul, amely akkor következik be, amikor a fény még lassan mozgó részecskékről is visszaverődik (anenometriai módszer). Ily módon mérik a véráramlás sebességét az erekben, a baktériumok mobilitását stb.

Kvázielasztikus szórás. Ilyen szórással a szondázó LR hullámhossza kismértékben megváltozik. Ennek oka a szórási tulajdonságok (a részecskék konfigurációja, konformációja) változása a mérési folyamat során. A szórási felület paramétereinek átmeneti változása a szórási spektrum változásában nyilvánul meg a betáplált sugárzás spektrumához képest (a szórási spektrum vagy kiszélesedik, vagy további maximumok jelennek meg benne). Ezzel a módszerrel információt szerezhet a szóródók változó jellemzőiről: diffúziós együttható, irányított szállítás sebessége, méret. Így diagnosztizálják a fehérje makromolekulákat.

Lézeres tömegspektroszkópia. Ezt a módszert egy objektum kémiai összetételének tanulmányozására használják. Erőteljes lézersugarak párologtatják el az anyagot egy biológiai tárgy felületéről. A gőzöket tömegspektrum-analízisnek vetik alá, melynek eredményei meghatározzák az anyag összetételét.

Lézeres vérvizsgálat. Egy keskeny kvarckapillárison átvezetett lézersugár, amelyen keresztül speciálisan kezelt vért pumpálnak, sejtjei fluoreszkálnak. A fluoreszkáló fényt ezután egy érzékeny érzékelő érzékeli. Ez a ragyogás a lézersugár keresztmetszetén áthaladó minden egyes cellatípusra jellemző. Kiszámítják az adott vértérfogatban lévő sejtek teljes számát. Minden sejttípusra meghatározzák a pontos mennyiségi mutatókat.

Fotodestrukciós módszer. A felület tanulmányozására szolgál összetétel objektum. Az erős LR-sugarak lehetővé teszik a biológiai tárgyak felszínéről mikrominták vételét az anyag elpárologtatásával, majd ennek a gőznek a tömegspektrum elemzésével.

A lézersugárzás alkalmazása a terápiában

A terápiában alacsony intenzitású lézereket alkalmaznak (intenzitás 0,1-10 W/cm2).

Az alacsony intenzitású sugárzás közvetlenül a besugárzás során nem okoz észrevehető roncsoló hatást a szövetekre. A spektrum látható és ultraibolya tartományában a besugárzási hatásokat fotokémiai reakciók okozzák, és nem különböznek a hagyományos inkoherens forrásokból származó monokromatikus fény hatásától. Ezekben az esetekben a lézerek egyszerűen kényelmes monokromatikus fényforrások, amelyek biztosítják Rizs. 31.8.

Lézerforrás használatának sémája a vér intravaszkuláris besugárzására

az expozíció pontos lokalizációját és adagolását biztosítva. Példaként az ábrán. A 31.8. ábra egy lézersugárforrás szívelégtelenségben szenvedő betegek vér intravaszkuláris besugárzására való alkalmazásának diagramját mutatja.

Az alábbiakban felsoroljuk a leggyakoribb lézerterápiás módszereket. Vörös fény terápia.

A 632,8 nm hullámhosszú He-Ne lézersugárzást gyulladáscsökkentő célokra használják sebek, fekélyek és szívkoszorúér-betegségek kezelésére. A terápiás hatás az ilyen hullámhosszú fénynek a sejt proliferációs aktivitására gyakorolt ​​hatásával függ össze. A fény a sejtanyagcsere szabályozójaként működik. Kék fényterápia.

A látható fény kék tartományába eső hullámhosszú lézersugárzást például újszülöttek sárgaságának kezelésére használják. Ez a betegség a bilirubin koncentrációjának meredek növekedésének következménye a szervezetben, amely a kék régióban maximálisan felszívódik. Ha a gyermekeket ilyen tartományú lézersugárzással sugározzák be, a bilirubin lebomlik, és vízben oldódó termékek keletkeznek. a lézersugárzás alkalmazása különféle elektrofizioterápiás módszerekkel kombinálva. Egyes lézerek mágneses rögzítéssel rendelkeznek a lézersugárzás és a mágneses mező együttes hatásához - mágneses lézerterápia. Ezek közé tartozik a Milta mágneses-infravörös lézerterápiás készülék.

A lézerterápia hatékonysága növekszik, ha a besugárzott területre korábban alkalmazott gyógyszerekkel kombinálják (lézerforézis).

A daganatok fotodinamikus terápiája. A fotodinamikus terápiát (PDT) a fény számára hozzáférhető daganatok eltávolítására használják. A PDT a daganatokban lokalizált fényérzékenyítő szerek használatán alapul, amelyek növelik a szövetek érzékenységét a daganatokban.

ezt követő besugárzás látható fénnyel. A daganatok PDT során történő elpusztítása három hatáson alapul: 1) a tumorsejtek közvetlen fotokémiai pusztulása; 2) a daganat véredényeinek károsodása, amely ischaemiához és daganathalálhoz vezet; 3) gyulladásos reakció fellépése, amely mobilizálja a testszövetek daganatellenes immunvédelmét.

A fényérzékenyítőket tartalmazó daganatok besugárzására 600-850 nm hullámhosszú lézersugárzást alkalmaznak. A spektrum ezen tartományában a fény biológiai szövetekbe való behatolási mélysége maximális.

A fotodinamikus terápiát a bőr és a belső szervek (tüdő, nyelőcső) daganatainak kezelésében alkalmazzák (fényvezetők segítségével lézersugárzást juttatnak a belső szervekbe).

A lézersugárzás alkalmazása a sebészetben

A sebészetben nagy intenzitású lézereket használnak szövetek vágására, kóros területek eltávolítására, vérzés leállítására és biológiai szövetek hegesztésére. A sugárzás hullámhosszának, intenzitásának és az expozíció időtartamának megfelelő megválasztásával különféle műtéti hatások érhetők el. Így a biológiai szövetek vágásához egy folytonos CO 2 lézer fókuszált sugarát használjuk, amelynek hullámhossza λ = 10,6 μm és teljesítménye 2x10 3 W/cm 2.

A lézersugár sebészeti alkalmazása szelektív és szabályozott expozíciót biztosít. A lézeres műtétnek számos előnye van:

Érintkezésmentes, abszolút sterilitást biztosít;

Szelektivitás, amely lehetővé teszi a sugárzás hullámhosszának megválasztását a kóros szövetek dózisokban történő elpusztításához anélkül, hogy a környező egészséges szöveteket érintené;

vértelenség (a fehérje koagulációja miatt);

Mikrosebészeti beavatkozások lehetősége a nagyfokú sugárfókuszálás miatt.

Jelöljük meg a lézerek sebészeti alkalmazásának néhány területét.

Szövetek lézeres hegesztése. A kimetszett szövetek összekapcsolása számos műtét szükséges lépése.

A 31.9. ábra azt mutatja be, hogyan történik egy nagy ideg egyik törzsének hegesztése kontakt üzemmódban forrasztással, amely Rizs. 31.9.

Ideghegesztés lézersugárral

pipettából cseppeket kell felvinni a lézerezés helyére. A pigmentált területek elpusztítása. Az impulzuslézereket a pigmentált területek elpusztítására használják. Ez a módszer(fototermolízis)

angiomák, tetoválások, erekben lévő szklerotikus plakkok stb. kezelésére használják. Lézeres endoszkópia.

Az endoszkópia bevezetése forradalmasította a sebészeti gyógyászatot. A nagy nyitott műtétek elkerülése érdekében lézersugárzást juttatnak a kezelés helyére száloptikai fényvezetők segítségével, amelyek lehetővé teszik a lézersugárzás eljuttatását a belső üreges szervek biológiai szöveteibe. Ez jelentősen csökkenti a fertőzések és a posztoperatív szövődmények kockázatát. Lézeres lebontás.

A rövid impulzusú lézereket fényvezetőkkel kombinálva a plakk eltávolítására használják az erekben, az epekövekben és a vesekövekben. Lézerek a szemészetben.

A lézerek alkalmazása a szemészetben lehetővé teszi a vér nélküli sebészeti beavatkozások elvégzését a szemgolyó épségének veszélyeztetése nélkül. Ezek az üvegtesten végzett műveletek; a levált retina hegesztése; glaukóma kezelése lyukak (50÷100 µm átmérőjű) „szúrásával” lézersugárral az intraokuláris folyadék kiáramlására. A szaruhártya szövetének rétegenkénti ablációját látásjavításra használják.

31.8. Alapfogalmak és képletek

A táblázat vége

1. 31.9. Feladatok

Egy fenilalanin molekulában az energiakülönbség alap- és gerjesztett állapotban ΔE = 0,1 eV. Keresse meg az összefüggést ezen szintek populációi között T = 300 K mellett. Válasz: