Excimerový laser. Kontraindikace postupu korekce vidění excimerovým svazkem

(laserová korekce vidění) a výroba polovodičů.

Laserová emise z molekuly excimeru nastává díky skutečnosti, že má „atraktivní“ (asociativní) excitovaný stav a „odpudivý“ (neasociativní) základní stav – to znamená, že molekuly v základním stavu neexistují. Je to proto, že vzácné plyny jako xenon nebo krypton jsou vysoce inertní a obvykle netvoří chemické sloučeniny. Při excitaci (způsobené elektrickým výbojem) mohou tvořit molekuly mezi sebou (dimery) nebo s halogeny, jako je fluor nebo chlor. Proto výskyt molekul v excitovaném vázaném stavu automaticky vytváří populační inverzi mezi dvěma energetickými hladinami. Taková molekula v excitovaném stavu může odevzdat svou energii ve formě spontánní nebo stimulované emise, v důsledku čehož molekula přejde do základního stavu a poté se velmi rychle (během pikosekund) rozpadne na své základní atomy.

I když termín dimer označuje pouze spojování identických atomů a většina excimerových laserů používá směsi vzácných plynů s halogeny, název se uchytil a používá se pro všechny lasery podobné konstrukce.

Vlnová délka excimerového laseru závisí na složení použitého plynu a obvykle leží v ultrafialové oblasti:

Excimerové lasery obvykle pracují v pulzním režimu s frekvencí opakování pulzů od 1 Hz do několika stovek Hz, u některých modelů může frekvence dosáhnout 2 kHz; generování jednotlivých pulzů je také možné. Impulzy záření mají obvykle trvání od 10 do 30 ns a energii od jednotek do stovek mJ. Výkonné ultrafialové záření takových laserů umožňuje jejich široké využití v chirurgii (zejména oční chirurgii), ve fotolitografických procesech při výrobě polovodičů, při mikrozpracování materiálů, při výrobě LCD panelů a také v dermatologii. Dnes jsou tato zařízení značně objemná, což je nevýhoda pro rozšířené lékařské použití (viz LASIK), ale jejich velikost se díky modernímu vývoji neustále zmenšuje.

viz také

Napište recenzi na článek "Excimerový laser"

Odkazy

• EXCIMER LASER - Fyzikální encyklopedie. V 5 svazcích. - M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988.
• Excimerové lasery, ed. C. Rhodes, přel. z angličtiny, M., 1981

Výňatek popisující excimerový laser

Balašev si uctivě dovolil nesouhlasit s názorem francouzského císaře.
"Každá země má své vlastní zvyky," řekl.
"Ale nikde v Evropě nic takového není," řekl Napoleon.
"Omlouvám se Vašemu Veličenstvu," řekl Balašev, "kromě Ruska je tu také Španělsko, kde je také mnoho kostelů a klášterů."
Tato Balaševova odpověď, která naznačovala nedávnou porážku Francouzů ve Španělsku, byla později, podle Balaševových příběhů, na dvoře císaře Alexandra vysoce ceněna a nyní, při Napoleonově večeři, byla velmi málo oceněna a zůstala bez povšimnutí.
Z lhostejných a zmatených tváří maršálů bylo jasné, že jsou zmateni, co je to za vtip, což naznačovala Balaševova intonace. "Pokud nějaká byla, pak jsme jí nerozuměli nebo není vůbec vtipná," řekly výrazy ve tvářích maršálů. Tato odpověď byla tak málo doceněna, že si jí Napoleon ani nevšiml a naivně se Balaševa zeptal, z jakých měst odtud vede přímá cesta do Moskvy. Balashev, který byl celou dobu během večeře ve střehu, odpověděl, že comme tout chemin mene a Rome, tout chemin mene a Moscow, [tak jako každá cesta podle přísloví vede do Říma, tak všechny cesty vedou do Moskvy, ] že existuje mnoho cest a že mezi těmito různými cestami je i cesta do Poltavy, kterou si vybral Karel XII., řekl Balašev a mimovolně se zarděl radostí nad úspěchem této odpovědi. Než stačil Balašev dokončit poslední slova: „Poltawa“, začal Caulaincourt mluvit o nepříjemnostech na cestě z Petrohradu do Moskvy a o svých petrohradských vzpomínkách.
Po obědě jsme šli na kávu do Napoleonovy kanceláře, která byla ještě před čtyřmi dny kanceláří císaře Alexandra. Napoleon se posadil, dotkl se kávy v šálku Sevres a ukázal na Balaševovo křeslo.
V člověku je určitá nálada po večeři, která, silnější než jakýkoli rozumný důvod, způsobuje, že je člověk spokojený sám se sebou a považuje každého za své přátele. Napoleon byl v této pozici. Zdálo se mu, že je obklopený lidmi, kteří ho zbožňují. Byl přesvědčen, že Balashev byl po večeři jeho přítelem a obdivovatelem. Napoleon se k němu otočil s příjemným a lehce posměšným úsměvem.
– Jak mi bylo řečeno, je to stejný pokoj, ve kterém žil císař Alexandr. Zvláštní, že, generále? - řekl, očividně bez pochyb, že tato adresa nemůže být pro jeho partnera příjemná, protože dokazuje nadřazenost jeho, Napoleona, nad Alexandrem.
Balashev na to nedokázal odpovědět a tiše sklonil hlavu.
"Ano, v této místnosti se před čtyřmi dny radil Wintzingerode a Stein," pokračoval Napoleon se stejným posměšným, sebevědomým úsměvem. "Co nechápu," řekl, "je to, že císař Alexandr k sobě přivedl všechny mé osobní nepřátele." Tomu nerozumím. Nemyslel si, že bych mohl udělat totéž? zeptal se Balasheva s otázkou a tato vzpomínka ho očividně znovu postrčila do té stopy ranního hněvu, která v něm byla stále čerstvá.
"A dejte mu vědět, že to udělám," řekl Napoleon, vstal a rukou odstrčil pohár. - Vyženu všechny jeho příbuzné z Německa, Wirtembergu, Bádenska, Výmaru... ano, vyženu je. Ať jim připraví útočiště v Rusku!
Balašev sklonil hlavu a dal svým zjevem najevo, že by se rád rozloučil, a poslouchá jen proto, že nemůže neposlouchat, co se mu říká. Napoleon si tohoto výrazu nevšiml; oslovil Balaševa ne jako vyslance svého nepřítele, ale jako člověka, který mu byl nyní zcela oddán a měl by se radovat z ponížení svého bývalého pána.

MSTU im. N.E. Bauman

Vzdělávací a metodická příručka

Excimerové lasery

N.V. Lisitsyn

Moskva 2006

Úvod

1. Teoretické základy

1.1 Aktivní médium

1.1.2 Lasery s oxidem inertního plynu

1.1.3 Lasery na bázi excimerových molekul čistých vzácných plynů

1.1.4 Diatomické halogenové lasery

1.1.5 Lasery na bázi kovových par

1.1.6 Chlazení, větrání a čištění pracovního plynu

1.2 Čerpání

1.2.1 Čerpání elektronovým paprskem

1.2.2 Elektrické výtlačné čerpání

1.2.2.1 Vybíjecí obvody

1.2.2.2 Čerpání rychlým příčným elektrickým výbojem

2.2.3 Čerpání elektrickým výbojem s předionizací elektronovým paprskem

1.2.2.4 Dvojité elektrické výbojové čerpání

1.3 Parametry výstupního záření

2. Komerční modely excimerových laserů

2.1 Laser LPXPro 305 od LAMBDA PHYSIK (Německo)

2.2 Laser eX5 BY gam lasers, Inc (USA)

3. Aplikace

3.1 Fotolytická excitace laserových médií

3.2 Generování krátkovlnného záření

3.2.1 Fotolitografie

3.2.2 Laserová chirurgie. Příklad přepočtu parametrů laserového záření

Literatura

Úvod

Excimerové lasery jsou jedním z nejzajímavějších typů laserů. Emise zdrojů tohoto typu ve spektrální oblasti zaujímá rozsah od 126 nm do 558 nm. Díky takto krátké vlnové délce lze záření excimerového laseru zaostřit do velmi malého bodu. Výkon těchto zdrojů dosahuje jednotek kW. Excimerové lasery jsou pulzní zdroje. Opakovací frekvence pulzu může dosáhnout až 500 Hz. Tento typ laseru má velmi vysokou kvantovou výtěžnost a v důsledku toho i docela vysokou účinnost (až 2 - 4 %).

Díky těmto neobvyklým vlastnostem se excimerové laserové záření používá v mnoha oblastech a aplikacích. Používají se na klinikách při operacích (na duhovce a dalších), kde je nutné spalování tkání. Na základě těchto laserů byly vytvořeny mikrofotolitografické instalace pro jemné leptání materiálů při vytváření elektronických desek plošných spojů. Excimerové lasery našly široké využití v experimentálním vědeckém výzkumu.

Všechny tyto pozoruhodné vlastnosti excimerových laserů však s sebou nesou určité potíže při jejich výrobě a vytváření instalací na nich založených. Například při takto vysokém výkonu záření je nutné zabránit vzniku oblouku v aktivní směsi plynů. K tomu je nutné zkomplikovat čerpací mechanismus, aby se zkrátila doba jeho pulzu. Krátkovlnné záření z excimerových laserů vyžaduje použití speciálních materiálů a povlaků ve strukturách rezonátorů, stejně jako v optických systémech pro přeměnu jejich záření. Proto je jednou z nevýhod tohoto typu zdroje jeho vysoká cena ve srovnání s jinými typy laserů.

1. Teoretické základy

1.1 Aktivní médium

Aktivním prostředím excimerového laseru jsou molekuly plynu. Ale na rozdíl od CO, CO 2 nebo N 2 laserů ke generování v excimerových laserech nedochází při přechodech mezi různými vibračně-rotačními stavy, ale mezi různými elektronovými stavy molekul. Existují látky, které v základním stavu nemohou tvořit molekuly (jejich částice v neexcitovaném stavu existují pouze v monomerní formě). K tomu dochází, pokud základní stav látky odpovídá vzájemnému odpuzování atomů, je slabě vázán nebo je vázán, ale za přítomnosti velkých mezijaderných vzdáleností (obr. 1).

Obrázek 1: a - ostře odpudivá křivka; b - plochá křivka; c - křivka vázaného stavu na velkých mezijaderných vzdálenostech

Molekuly pracovní látky excimerových laserů lze zhruba rozdělit na dva typy: ty tvořené částicemi téže látky a částicemi dvou různých látek. V souladu s tím mohou být samotná aktivní média nazývána „excimery“ (excimer, excitovaný dimer) a „exciplexy“ (exciplex, excitovaný komplex).

Je vhodné zvážit proces získání laserového záření v excimerovém laseru pomocí obrázku 2, který ukazuje křivky potenciální energie pro základní a excitované stavy dvouatomové molekuly A2.

Obrázek 2. Energetické hladiny excimerového laseru.

Protože křivka potenciální energie excitovaného stavu má minimum, molekula A2* může existovat. Tato molekula je excimer. V procesu relaxace excitovaného prostředí se ustavuje určitá trajektorie toku energie, která obsahuje skok, který lze překonat pouze emisí záření. Pokud je v určitém objemu nahromaděno poměrně velké množství takových molekul, pak na přechodu mezi horní (vázanou) a dolní (volnou) hladinou je možné získat generaci (stimulovanou emisi) - přechod bez vazby.

Tento přechod se vyznačuje následujícími důležitými vlastnostmi:

Když molekula v důsledku generace přejde do základního stavu, okamžitě se disociuje;

Neexistují žádné jasně definované rotačně-vibrační přechody a přechod je relativně širokopásmový.

Pokud není dosaženo inverze populace, je pozorována fluorescence.

Pokud je spodní skupenství slabě vázáno, pak molekula v tomto stavu podléhá rychlé disociaci buď sama (predisociace), nebo v důsledku první srážky s jinou molekulou plynné směsi.

V současné době bylo laserového generování dosaženo na řadě excimerových komplexů – kvazi-molekul vzácných plynů, jejich oxidů a halogenidů a také párů sloučenin kovů. Generační vlnové délky těchto aktivních médií jsou uvedeny v tabulce 1.

stůl 1

Excimerové komplexy	Kvasimolekuly vzácných plynů			Oxidy vzácných plynů			Dvojice kovových spojů
Aktivní kvazimolekula	Xe 2*	2 kr*	Ar 2*	ArO*	krO*	XeO*	CdHg*
λ gen, nm	172	145,7	126	558	558	540	470
∆λ, nm	20	13,8	8	25
R imp, MW (R avg, W)	75	50
τ, ns	10	10	4-15
Aktivní kvazimolekula	XeBr*	XeF*	ArF*	ArCl*	XeCl*	krCl*	krF*
λ gen, nm	282	351	193	175	308	220	248
∆λ, nm	1	1,5	1,5	2	2,5	5	4
R imp, MW (R avg, W)	(100)	3	1000	(0,02)	(7)	5(0,05)	1000
τ, ns	20	20	55	10	5	30	55

K získání kvazimolekul vzácných plynů se používají čisté plyny pod tlakem desítek atmosfér; získat oxidy vzácných plynů - směs zdrojových plynů s molekulárním kyslíkem nebo sloučeninami obsahujícími kyslík v poměru 10 000 : 1 za stejného tlaku; získat halogenidy vzácných plynů - jejich směs s halogeny v poměru 10 000 : 1 (pro argon a xenon) nebo 10: 1 (pro xenon nebo krypton) při celkovém tlaku 0,1 - 1 MPa.

1.1.1 Halogenidové lasery se vzácnými plyny

Podívejme se na nejzajímavější třídu excimerových laserů, ve kterých se atom inertního plynu v excitovaném stavu spojuje s atomem halogenu, což vede k vytvoření exciplexu halogenidů inertního plynu. Specifické příklady zahrnují ArF (A = 193 nm), KrF (A = 248 nm), XeCl (A = 309 nm), XeF (A = 351 nm), které všechny generují v UV oblasti. Proč se halogenidy vzácných plynů snadno tvoří v excitovaném stavu, je jasné, když uvážíme, že v excitovaném stavu se atomy vzácných plynů chemicky podobají atomům alkalických kovů, které snadno reagují s halogeny. Tato analogie také ukazuje, že v excitovaném stavu je vazba iontové povahy: během tvorby vazby přechází excitovaný elektron z atomu inertního plynu na atom halogenu. Proto se takový vázaný stav nazývá také stav přenosu náboje.

U halogenidových laserů s inertním plynem mají fotoabsorpční procesy významný vliv na stav plazmatu. Patří mezi ně fotodisociace původního halogenu, ze kterého vzniká halogenid inertního plynu F 2 + hν → 2F; fotorozpad negativního iontu vzniklého v plazmě F - + hν → F + e - ; fotoionizace excitovaných atomů a molekul inertního plynu Ar * + hν → Ar + + e - ; fotodisociace dimerů iontů inertního plynu Ar 2 + + hν → Ar + + Ar. Stejně jako absorpce samotných molekul halogenidu inertního plynu.

Fotoabsorpci v aktivním prostředí halogenidových laserů s inertním plynem lze rozdělit na liniovou a širokopásmovou. K absorpci čáry dochází na vázaných přechodech přítomných v laserové směsi nečistot atomárních a molekulárních plynů, jakož i volných atomů a radikálů vzniklých působením výboje buď při rozkladu molekul nečistot nebo v důsledku elektronové eroze. Ukázalo se, že čárová absorpce může v některých případech poměrně výrazně zkreslit emisní spektrum, ale zpravidla nevede k znatelnému poklesu jeho energie. Širokopásmová absorpce je způsobena především přechody bez vazby, ke kterým dochází v procesech, jako je fotodisociace, fotodetachment a fotoionizace.

Halogenidové excimerové lasery se vzácnými plyny jsou typicky čerpány elektrickým výbojem.

Efektivní čerpání excimerových laserů, tzn. vytvoření výboje, který je optimální z hlediska energetického příspěvku k aktivnímu médiu, ještě nezaručuje vysoké laserové charakteristiky laseru. Stejně důležité je organizovat extrakci světelné energie v něm uložené z aktivního média.

V tomto článku se podíváme na výhody excimerových laserů. Dnes má medicína širokou škálu všech druhů laserových zařízení pro léčbu složitých onemocnění v těžko dostupných oblastech lidského těla. napomáhají k dosažení efektu minimální invazivity a bezbolestnosti, což má obrovskou výhodu oproti těm chirurgickým zákrokům, které se provádějí ručně při operacích břicha, které jsou velmi traumatické, plné vysokých krevních ztrát, ale i dlouhodobá rehabilitace po nich.

Co je to laser?

Laser je speciální kvantový generátor, který vysílá úzký paprsek světla. Laserová zařízení otevírají neuvěřitelné možnosti přenosu energie na různé vzdálenosti vysokou rychlostí. Obyčejné světlo, které lze vnímat lidským zrakem, se skládá z malých paprsků světla, které se šíří různými směry. Pokud se tyto paprsky koncentrují pomocí čočky nebo zrcadla, získá se velký paprsek světelných částic, ale ani to se nedá srovnávat s laserovým paprskem, který se skládá z kvantových částic, čehož lze dosáhnout pouze aktivací atomů prostředí. která je základem laserového záření.

Odrůdy

S pomocí kolosálního vývoje vědců z celého světa jsou dnes excimerové lasery široce používány v mnoha oblastech lidské činnosti a mají následující odrůdy:

Původ

Tento typ je ultrafialový, který je široce používán v oblasti oční chirurgie. Lékaři pomocí tohoto zařízení provádějí laserovou korekci zraku.

Termín "excimer" znamená "excitovaný dimer" a charakterizuje typ materiálu, který se používá jako jeho pracovní tekutina. Poprvé v SSSR takové zařízení představili v roce 1971 vědci V. A. Danilichev, N. Basov a Yu M. Popov v Moskvě. Pracovní tekutinou takového laseru byl xenonový dimer, který byl excitován svazkem elektronů za účelem produkce záření o určité vlnové délce. Po nějaké době se k tomu začaly používat vzácné plyny s halogeny, a to v roce 1975 v jedné z amerických výzkumných laboratoří vědci J. Hart a S. Searles.

Lidé se často ptají, proč se ke korekci zraku používají excimerové lasery.

Jeho jedinečnost

Bylo zjištěno, že molekula excimeru produkuje tím, že je v excitovaném "atraktivním" stavu stejně jako v "odpudivém" stavu. Tento efekt lze vysvětlit tím, že xenon nebo krypton (vzácné plyny) jsou vysoce inertní a zpravidla nikdy netvoří chemické sloučeniny. Elektrický výboj způsobuje jejich excitaci, takže mohou tvořit molekuly buď mezi sebou, nebo s halogeny, jako je chlor nebo fluor. Objevení se molekul v excitovaném stavu vytváří zpravidla tzv. populační inverzi a taková molekula odevzdává svou energii, která je stimulována nebo spontánně emitována. Poté se molekula vrátí do svého základního stavu a rozpadne se na atomy. Excimerové laserové zařízení je unikátní.

Termín „dimer“ se obvykle používá, když jsou navzájem spojeny stejné atomy, ale většina moderních excimerových laserů používá sloučeniny vzácných plynů a halogenů. Přesto se těmto sloučeninám, které se používají pro všechny lasery podobné konstrukce, říká také dimery. Jak funguje excimerový laser? Na to se nyní podíváme.

Princip činnosti excimerového laseru

Tento laser je hlavním hráčem v PRK a LASIK. Jeho pracovní tekutinou je inertní a halogenový plyn. Když se do směsi těchto plynů zavede vysoké napětí, jeden atom halogenu a jeden atom inertního plynu se spojí a vytvoří dvouatomovou molekulu. Je v extrémně excitovaném stavu a po tisícině sekundy se rozpadne na atomy, což vede ke vzniku světelné vlny v UV oblasti.

Tento princip činnosti excimerového laseru našel široké uplatnění v medicíně, protože ultrafialové záření působí na organické tkáně, například rohovku, a to tak, že dochází k oddělení vazeb mezi molekulami, což vede k přenosu tkání z pevné látky do plynné skupenství. Tento proces se nazývá „fotoablace“.

Rozsah vln

Všechny existující modely tohoto typu pracují ve stejném rozsahu vlnových délek a liší se pouze šířkou světelného paprsku a také složením pracovní tekutiny. Excimerový laser je nejběžněji používaným laserem pro korekci zraku. Existují ale i další oblasti jeho použití.

První měl průměr světelného paprsku, který se rovnal průměru povrchu, na kterém došlo k odpařování. Široký rozsah paprsku a jeho heterogenita způsobily stejnou heterogenitu v horních vrstvách rohovky a také zvýšení teploty na jejím povrchu. Tento proces byl doprovázen poškozením a popáleninami. Tuto situaci napravilo vytvoření excimerového laseru. Mikrochirurgie oka MNTK jej používá již velmi dlouho.

Lasery nové generace prošly dlouhým procesem modernizace, při kterém se zmenšil průměr světelného paprsku a vznikl speciální rotační skenovací systém pro dodávání laserového záření do oka. Podívejme se, jak excimerové lasery používají lékaři.

Aplikace v lékařství

V příčném řezu vypadá takový laserový paprsek jako bod pohybující se v kruhu, který odstraňuje horní vrstvy rohovky a také jí dává jiný poloměr zakřivení. V ablační zóně teplota nestoupá, protože účinek je krátkodobý. V důsledku operace je pozorován hladký a čistý povrch rohovky. Excimerový laser je v oftalmologii nepostradatelný.

Chirurg provádějící operaci předem určí, jakou část energie bude rohovce dodávat, a také do jaké hloubky bude excimerový laser aplikován. Odtud může odborník předem naplánovat průběh procesu a předpokládat, jaký výsledek bude výsledkem operace.

Laserová korekce zraku

Jak funguje excimerový laser v oftalmologii? Dnes populární metoda je založena na tzv. počítačovém přepracování rohovky, která je hlavní optickou čočkou lidského oka. Excimerový laser, který je na ní použit, vyhlazuje povrch rohovky, odstraňuje svrchní vrstvy a tím odstraňuje všechny defekty na ní přítomné. Zároveň se objeví normální podmínky pro to, aby oko mohlo přijímat správné obrazy a vytvářet správný lom světla. Lidé, kteří podstoupili tento postup, vidí jako všichni ostatní, kteří mají zpočátku dobrý zrak.

Postup pro přeměnu rohovky nezpůsobuje vysoké teploty na jejím povrchu, které mohou být škodlivé pro živou tkáň. A podle většiny lidí nedochází k takzvanému spálení horních vrstev rohovky.

Nejdůležitější výhodou excimerových laserů je, že jejich použití pro korekci zraku umožňuje získat ideální výsledek a korigovat téměř všechny existující anomálie rohovky. Tato zařízení jsou tak přesná, že umožňují „fotochemickou ablaci“ horních vrstev.

Například, pokud se tento proces provádí na centrální zóně rohovky, pak se její tvar stává téměř plochým, což pomáhá korigovat krátkozrakost. Pokud se při korekci zraku odpaří vrstvy rohovky v periferní zóně, pak se její tvar zakulatí, a to zase koriguje dalekozrakost. Astigmatismus se koriguje dávkovým odstraněním horních vrstev rohovky v jejích různých částech. Moderní excimerové lasery, které jsou široce používány v refrakční mikrochirurgii oka, zaručují vysoce kvalitní povrchy, které procházejí fotoablací.

Vlastnosti použití v medicíně

Excimerové lasery v dnešní podobě se objevily poměrně nedávno, ale již nyní pomáhají lidem na celém světě zbavit se problémů se zrakem, jako je krátkozrakost, dalekozrakost a astigmatismus. Toto řešení problému, poprvé po mnoha letech vytváření takového zařízení, splňuje všechny požadavky na bezbolestnost, maximální bezpečnost a efektivitu.

Oční onemocnění, která lze léčit pomocí

Obor oční chirurgie, který se zabývá odstraňováním těchto anomálií lidského oka, se nazývá refrakční chirurgie a takové poruchy se nazývají ametropické a refrakční vady.

Podle odborníků existují dva typy lomu:

Ametropia zase zahrnuje několik podtypů:

• myopie (krátkozrakost);
• astigmatismus - oko dostává zkreslený obraz, když má rohovka nepravidelné zakřivení a tok světelných paprsků je na různých částech jejího povrchu nerovnoměrný;
• hypermetropie (dalekozrakost).

Existují dva typy astigmatismu – hypermetropický, který se blíží dalekozrakosti, krátkozraký, podobný krátkozrakosti, a smíšený.

Abychom si správně představili podstatu refrakčních manipulací, je nutné mít minimální znalosti z anatomie lidského oka. Optický systém oka se skládá ze tří hlavních prvků - rohovky, čočky, což jsou části lámající světlo, a sítnice, která je částí přijímající světlo. Aby byl výsledný obraz jasný a ostrý, je sítnice v ohnisku koule. Pokud je však před ohniskem, což se stává při dalekozrakosti, nebo za ním, což se stává u krátkozrakosti, výsledný obraz se stává nejasným a výrazně rozmazaným.

Optika oka se u člověka může v průběhu života měnit, zejména od okamžiku narození do 16-20 let, mění se v důsledku růstu a zvětšení velikosti oční bulvy a také vlivem určité faktory, které mohou vést ke vzniku určitých anomálií. Pacienti očního refrakčního chirurga se tak nejčastěji stávají dospělými.

Kontraindikace postupu korekce vidění excimerovým svazkem

Korekce zraku excimerovým laserem není indikována pro všechny osoby se zrakovým postižením. Použití tohoto postupu je zakázáno:

Možné komplikace po použití

Všechny dnes existující metody ošetření excimerovým laserem jsou vysoce bezpečné a zvláště účinné. Existuje však řada komplikací, které mohou nastat po operaci pomocí takových technik. Tyto zahrnují:

1. Částečný nebo nesprávný růst části rohovky, po kterém není možné tuto část znovu narůst.
2. Takzvaný syndrom suchého oka, kdy pacient pociťuje zarudnutí a bolest oka. Tato komplikace může nastat v případech, kdy během procesu korekce zraku došlo k poškození nervových zakončení, která jsou zodpovědná za tvorbu slz.
3. Různé poruchy vidění, například dvojité vidění nebo zhoršené vidění ve tmě, zhoršené vnímání barev nebo výskyt světelného halo.
4. Oslabení nebo změkčení rohovky, ke kterému může dojít buď několik měsíců po operaci nebo několik let později.

Excimerový laser v dermatologii

Účinek nízkofrekvenčního laseru na kůži je mimořádně pozitivní. To se děje v důsledku následujících účinků:

• protizánětlivé;
• antioxidant;
• lék proti bolesti;
• imunomodulační.

To znamená, že existuje určitý biostimulační mechanismus působení laserového záření s malým výkonem.

Úspěšně podstupuje léčbu vitiliga excimerovým laserem. Pigmentové skvrny na pokožce se velmi rychle vyhlazují.

Excimerový laser je hlavním protagonistou PRK a LASIK. Svůj název získalo spojením dvou slov: vzrušený – vzrušený, dimer – dvojitý. Aktivní tělo takových laserů se skládá ze směsi dvou plynů – inertního a halogenu. Když je na směs plynů aplikováno vysoké napětí, atom inertního plynu a atom halogenu tvoří dvouatomovou molekulu plynu. Tato molekula je ve vzrušeném a extrémně nestabilním stavu. Po chvíli, v řádu tisícin sekundy, se molekula rozpadne. Rozpad molekuly vede k emisi světelné vlny v ultrafialové oblasti (obvykle 193 nm).

Principem působení ultrafialového záření na organickou sloučeninu, zejména na tkáň rohovky, je oddělení mezimolekulárních vazeb a v důsledku toho převedení části tkáně z pevného do plynného skupenství (fotoablace). První lasery měly průměr paprsku stejný jako průměr odpařeného povrchu a vyznačovaly se výrazným škodlivým účinkem na rohovku. Široký profil paprsku, jeho heterogenita, způsobila heterogenitu v zakřivení povrchu rohovky, poměrně vysoké zahřívání rohovkové tkáně (o 15-20˚), což mělo za následek popáleniny a opacity rohovky.

Lasery nové generace byly modernizovány. Zmenšil se průměr paprsku a vznikl rotační skenovací systém pro přívod laserového záření do oka pro ošetření celého potřebného povrchu rohovky. Ve skutečnosti byl tento systém vytvořen na konci 50. let a dodnes se úspěšně používá při skenování naváděcích hlavic raket. Všechny excimerové lasery pracují ve stejném rozsahu vlnových délek, v pulzním režimu a liší se pouze modulací laserového paprsku a složením aktivního tělesa. Laserový paprsek, což je štěrbina nebo bod v příčném řezu, se pohybuje po kruhu, postupně odstraňuje vrstvy rohovky a dává jí nový poloměr zakřivení. Teplota v ablační zóně se vlivem krátkodobé expozice prakticky nezvyšuje. Hladký povrch rohovky získaný v důsledku operace umožňuje získat přesný a odolný výsledek lomu.

Vzhledem k tomu, že chirurg předem ví, jaká část světelné energie je do objektu (rohovky) dodávána, může si spočítat, do jaké hloubky bude ablace provedena. A jakého výsledku dosáhne v procesu refrakční chirurgie. A konečně na prahu třetího tisíciletí se objevila nová metoda, která tento problém řeší – korekce excimerovým laserem, která zbavuje lidi krátkozrakosti, astigmatismu a dalekozrakosti. Laserová korekce poprvé splňuje všechny požadavky osoby se „špatným“ zrakem. Vědecká validita, bezbolestnost, maximální bezpečnost, stabilita výsledků – to jsou bezpodmínečné faktory, které ji charakterizují. Obor oční chirurgie, který se korekcí těchto anomálií zabývá, se nazývá refrakční chirurgie a ony samotné se nazývají refrakční vady nebo ametropie.

Odborníci rozlišují dva typy lomu:
- Emmetropie- normální vidění;
- Ametropie- abnormální vidění, včetně několika typů: myopie - myopie; hypermetropie - dalekozrakost, astigmatismus - zkreslení obrazu, kdy je zakřivení rohovky nepravidelné a dráha světelných paprsků v různých jejích částech není stejná. Astigmatismus může být myopický (krátkozraký), hypermetropický (dalekozraký) a smíšený. Pro pochopení podstaty refrakčních zásahů si velmi stručně a schematicky připomeňme anatomickou fyziku oka. Optický systém oka se skládá ze dvou struktur: část lámající světlo - rohovka a čočka a část přijímající světlo - sítnice, umístěná v určité (ohniskové) vzdálenosti. Aby byl obraz ostrý a jasný, musí být sítnice v ohnisku optické mohutnosti koule. Pokud je sítnice před ohniskem, což se stává při dalekozrakosti, nebo za ohniskem s krátkozrakostí, bude obraz objektů rozmazaný a nejasný. Navíc od okamžiku narození až do 18-20 let se optika oka mění v důsledku fyziologického růstu oční bulvy a pod vlivem faktorů, které často vedou ke vzniku určitých refrakčních vad. Proto je pacientem refrakčního chirurga často osoba, která dosáhla 18-20 let.

Korekce vidění excimerovým laserem je založena na programu „počítačového přepracování“ povrchu hlavní optické čočky lidského oka – rohovky. Podle individuálního korekčního programu studený paprsek rohovku „vyhladí“ a odstraní všechny existující defekty. To vytváří normální podmínky pro optimální lom světla a získání nezkresleného obrazu v oku, jako u lidí s dobrým zrakem. Proces „přeměny“ není doprovázen destruktivním zvýšením teploty rohovkové tkáně, a jak se mnozí mylně domnívají, nedochází k „vyhoření“. A co je nejdůležitější, excimerové laserové technologie umožňují získat tak „ideálně nový specifikovaný profil“ rohovky, že umožňuje korigovat téměř všechny typy a stupně refrakční vady. Z vědeckého hlediska jsou excimerové lasery vysoce přesné systémy, které zajišťují nezbytnou „fotochemickou ablaci“ (odpařování) vrstev rohovky. Pokud je tkáň odstraněna v centrální zóně, rohovka se zplošťuje, což koriguje krátkozrakost. Pokud odpaříte periferní část rohovky, její střed se stane strmější, což umožňuje korigovat dalekozrakost. Dávkované odstranění v různých meridiánech rohovky umožňuje korigovat astigmatismus. Moderní lasery používané v refrakční chirurgii spolehlivě zaručují vysokou kvalitu „ablatovaného“ povrchu.

Práce na elektronových přechodech molekul excimeru (molekuly, které existují pouze v elektronicky excitovaných stavech). Potenciální závislost Interakční energie atomů molekuly excimeru, která je v základním elektronovém stavu, z mezijaderné vzdálenosti je monotónně klesající funkce, což odpovídá odpuzování jader. Pro excitovaný elektronový stav, což je nejvyšší úroveň laserového přechodu, má tato závislost minimum, které určuje možnost existence samotné molekuly excimeru (obr.). Životnost excitované molekuly excimeru je omezená

Závislost energie molekuly esimeru na vzdálenosti R mezi jejími základními atomy X a Y; Horní křivka je pro horní hladinu laseru, spodní křivka je pro spodní hladinu laseru. Hodnoty odpovídají středu linie zisku aktivního média, jeho červeným a fialovým hranicím. čas jeho záření. rozklad. Vzhledem k tomu, že nižší stav laserového přechodu v elektronovém svazku. je devastován v důsledku rozptylu atomů molekuly excimeru, jehož charakteristická doba (10 -13 - 10 -12 s) je výrazně kratší než doba záření. devastace top, stavy laserového přechodu, plyn obsahující molekuly excimeru je aktivní médium se zesílením na přechodech mezi excitovanou vazbou a hlavními expanzními členy molekuly excimeru.

Základem aktivního média E.l. Obvykle jsou složeny z dvouatomových molekul excimeru - sloučenin s krátkou životností atomů inertního plynu mezi sebou, s halogeny nebo s kyslíkem. Vlnová délka záření E.l. leží ve viditelné nebo blízké UV oblasti spektra. Zisk šířky laserového přechodu E.l. je anomálně velký, což souvisí s rozšiřující se povahou spodního přechodového členu. Charakteristické hodnoty parametrů laserových přechodů pro nejběžnější elektronové paprsky. jsou uvedeny v tabulce.

Parametry excimerového laseru

Optimální parametry aktivního média E.l. odpovídají optimálním podmínkám pro tvorbu molekul excimeru. Nejpříznivější podmínky pro tvorbu dimerů inertních plynů odpovídají tlakovému rozsahu 10-30 atm, kdy k intenzivní tvorbě takových molekul dochází při trojitých srážkách excitovaných atomů:

Při takto vysokých tlacích nejúčinnější. Metoda zavádění čerpací energie do aktivního prostředí laseru spočívá v průchodu paprsku rychlých elektronů plynem, které většinou ztrácejí energii. k ionizaci atomů plynu. Přeměna atomárních iontů na molekulární ionty a následná disociativní rekombinace molekulárních iontů doprovázené tvorbou excitovaných atomů inertního plynu, poskytují možnost eff. přeměna energie svazku rychlých elektronů na energii molekul excimeru Lasery na bázi dimerů inertních plynů se vyznačují účinností ~1%. Základní Nevýhodou laserů tohoto typu je extrémně vysoká tepová hodnota. příkon prahové energie, který je spojen s krátkou vlnovou délkou laserového přechodu a tedy šířkou ziskové čáry. To klade vysoké nároky na charakteristiky elektronového paprsku používaného jako zdroj laserového čerpání a omezuje výstupní energii laserového záření na úroveň zlomků joulů (na puls) při frekvenci opakování pulsů ne vyšší než několik. Hz Další zvýšení výstupních charakteristik laserů na bázi dimerů vzácných plynů závisí na rozvoji technologie urychlovačů elektronů s dobou trvání pulsu elektronového svazku v řádu desítek nanosekund a energií svazku ~kJ.

E. l. mají výrazně vyšší výstupní charakteristiky. na monohalogenidech inertních plynů RX*, kde X je atom halogenu. Molekuly tohoto typu se efektivně tvoří během párových srážek, například nebo

Tyto procesy probíhají s dostatečnou intenzitou i při tlacích řádově atmosférického tlaku, takže problém zavádění energie do aktivního prostředí takových laserů se ukazuje jako technicky mnohem méně složitý než v případě laserů na bázi dimerů inertního plynu. Aktivní médium E.l. na monohalogenidech inertních plynů sestává z jednoho nebo několika. inertní plyny při tlaku řádu atmosférického a určitého počtu (~10 -2 atm) molekul obsahujících halogen. K buzení laseru se používá buď paprsek rychlých elektronů, nebo pulzní elektrický paprsek. vybít. Při použití svazku rychlých elektronů dosahuje výstupní energie laserového záření hodnot ~ 10 3 J s účinností několika. procent a frekvenci opakování pulzu hluboko pod 1 Hz. V případě použití el výboje, výstupní energie laserového záření v pulsu nepřesahuje zlomek joulu, což je způsobeno obtížností vytvoření výboje, který má jednotný objem, což znamená objem v atm. tlak po dobu ~ 10 ns. Při použití el výbojem, je dosaženo vysoké opakovací frekvence pulsů (až několik kHz), což otevírá možnost široké škály praktických aplikací. použití laserů tohoto typu. Naíb. rozšířený mezi E. l. obdržel XeCl laser, což je způsobeno relativní jednoduchostí provozu v režimu vysoké frekvence opakování pulsů. Cp. Výstupní výkon tohoto laseru dosahuje úrovně 1 kW.

Spolu s vysokou energií. charakteristika důležitý atraktivní rys E. l. je extrémně vysoká hodnota šířky čáry zesílení aktivního přechodu (tabulky). To otevírá možnost vytvářet vysoce výkonné lasery v UV a viditelné oblasti s plynulým laděním vlnové délky v poměrně širokém rozsahu spektra. Tento problém je řešen pomocí injekčního laserového budícího obvodu, který obsahuje nízkovýkonový generátor laserového záření s vlnovou délkou laditelnou v rámci šířky zesilovací čáry aktivního prostředí elektronového paprsku a širokopásmový zesilovač. Toto schéma umožňuje získat laserové záření o šířce čáry ~ 10 -3 HM, laditelné podél vlnové délky v rozsahu šířky ~ 10 HM a více.

E. l. jsou široce používány kvůli jejich vysoké energii. charakteristika, krátká vlnová délka a možnost jejího plynulého ladění v dosti širokém rozsahu. Výkonné jednopulzní elektronové paprsky buzené elektronovými paprsky se používají v instalacích pro studium laserového ohřevu terčů za účelem provádění termonukleárních reakcí (například KrF laser s HM, výstupní energie na puls až 100 kJ, doba trvání pulsu ~ 1 ns). V technice se používají lasery s vysokou opakovací frekvencí pulzů, buzené pulzním výbojem plynu. účely při zpracování produktů mikroelektroniky, v medicíně, při experimentech na laserové separaci izotopů, při snímání atmosféry za účelem kontroly jejího znečištění, ve fotochemii a při experimentech. fyzika jako intenzivní monochromatický zdroj. UV nebo viditelné záření.

lit.: Excimerové lasery, ed. C. Rhodes, přel. z angličtiny, M., 1981; EletskyA. V.. Smirnov B. M., Fyzikální procesy v plynových laserech, M.. 1985. A. V. Eletsky.