(laserowa korekcja wzroku) i produkcja półprzewodników.
Emisja lasera z cząsteczki ekscymeru wynika z faktu, że ma ona „atrakcyjny” (asocjacyjny) stan wzbudzony i „odpychający” (nieasocjacyjny) stan podstawowy - to znaczy cząsteczki nie istnieją w stanie podstawowym. Dzieje się tak dlatego, że gazy szlachetne, takie jak ksenon czy krypton, są wysoce obojętne i zwykle nie tworzą związków chemicznych. Po wzbudzeniu (w wyniku wyładowania elektrycznego) mogą tworzyć cząsteczki między sobą (dimery) lub z halogenami, takimi jak fluor lub chlor. Dlatego pojawienie się cząsteczek w wzbudzonym stanie związanym automatycznie powoduje inwersję obsadzeń między dwoma poziomami energii. Cząsteczka taka w stanie wzbudzonym może oddawać swoją energię w postaci emisji spontanicznej lub wymuszonej, w wyniku czego cząsteczka przechodzi do stanu podstawowego, a następnie bardzo szybko (w ciągu pikosekund) rozpada się na atomy składowe.
Chociaż termin dimer odnosi się jedynie do łączenia identycznych atomów, a większość laserów ekscymerowych wykorzystuje mieszaniny gazów szlachetnych z halogenami, nazwa przylgnęła i jest używana dla wszystkich laserów o podobnej konstrukcji.
Długość fali lasera ekscymerowego zależy od składu użytego gazu i zwykle mieści się w zakresie ultrafioletu:
Lasery ekscymerowe działają zwykle w trybie pulsacyjnym z częstotliwością powtarzania impulsów od 1 Hz do kilkuset Hz, w niektórych modelach częstotliwość może sięgać 2 kHz; możliwe jest także generowanie pojedynczych impulsów. Impulsy promieniowania mają zwykle czas trwania od 10 do 30 ns i energię od jednostek do setek mJ. Silne promieniowanie ultrafioletowe takich laserów pozwala na ich szerokie zastosowanie w chirurgii (zwłaszcza w chirurgii oka), w procesach fotolitografii przy produkcji półprzewodników, w mikroobróbce materiałów, w produkcji paneli LCD, a także w dermatologii. Obecnie urządzenia te są dość nieporęczne, co jest wadą w powszechnym zastosowaniu medycznym (patrz LASIK), ale ich rozmiary stale się zmniejszają ze względu na nowoczesny rozwój.
Zobacz też
Napisz recenzję o artykule "Laser ekscymerowy"
Spinki do mankietów
- LASER EXCIMEROWY - Encyklopedia fizyczna. W 5 tomach. - M .: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. 1988.
- Lasery ekscymerowe, wyd. C. Rhodes, przeł. z języka angielskiego, M., 1981
Fragment opisujący laser ekscymerowy
Balashev z szacunkiem pozwolił sobie nie zgodzić się z opinią cesarza francuskiego.„Każdy kraj ma swoje własne zwyczaje” – powiedział.
„Ale nigdzie w Europie nie ma czegoś takiego” – powiedział Napoleon.
„Przepraszam Waszą Wysokość” – powiedział Balashev – „oprócz Rosji jest też Hiszpania, gdzie jest też wiele kościołów i klasztorów”.
Ta odpowiedź Balasheva, która napomykała o niedawnej klęsce Francuzów w Hiszpanii, została później, według opowiadań Balasheva, bardzo doceniona na dworze cesarza Aleksandra, a teraz, na obiedzie Napoleona, została doceniona bardzo mało i przeszła niezauważona.
Po obojętnych i zakłopotanych twarzach panów marszałków widać było, że są zakłopotani, o co chodzi w tym dowcipie, na co wskazywała intonacja Bałaszewa. „Jeśli była, to jej nie zrozumieliśmy albo wcale nie jest dowcipna” – mówił wyraz twarzy marszałków. Odpowiedź ta została tak mało doceniona, że Napoleon nawet jej nie zauważył i naiwnie zapytał Bałaszewa, z jakich miast prowadzi stąd bezpośrednia droga do Moskwy. Balashev, który podczas obiadu był cały czas w pogotowiu, odpowiedział, że comme tout chemin mene a Rome, tout chemin mene a Moskwa, [tak jak każda droga, według przysłowia, prowadzi do Rzymu, tak wszystkie drogi prowadzą do Moskwy, ], że dróg jest wiele i że wśród tych różnych ścieżek jest droga do Połtawy, którą wybrał Karol XII – powiedział Balashev, mimowolnie rumieniąc się z radości z powodzenia tej odpowiedzi. Zanim Balashev zdążył dokończyć ostatnie słowa: „Połtawa”, Caulaincourt zaczął opowiadać o niedogodnościach w drodze z Petersburga do Moskwy i o swoich petersburskich wspomnieniach.
Po obiedzie poszliśmy na kawę do gabinetu Napoleona, który cztery dni temu był gabinetem cesarza Aleksandra. Napoleon usiadł, dotknął kawy w filiżance Sevresa i wskazał na krzesło Balasheva.
Istnieje w człowieku pewien nastrój po obiedzie, który bardziej niż jakikolwiek rozsądny powód sprawia, że jest on z siebie zadowolony i uważa wszystkich za swoich przyjaciół. Napoleon był w takiej sytuacji. Wydawało mu się, że otaczają go ludzie, którzy go uwielbiają. Był przekonany, że Balashev po obiedzie był jego przyjacielem i wielbicielem. Napoleon zwrócił się do niego z miłym i nieco drwiącym uśmiechem.
– To jest ten sam pokój, jak mi powiedziano, w którym mieszkał cesarz Aleksander. Dziwne, prawda, generale? - powiedział, oczywiście nie wątpiąc, że adres ten nie mógł nie być przyjemny dla jego rozmówcy, gdyż dowodził wyższości jego, Napoleona, nad Aleksandrem.
Balashev nie mógł na to odpowiedzieć i w milczeniu pochylił głowę.
„Tak, w tym pokoju cztery dni temu Wintzingerode i Stein naradzali się” – kontynuował Napoleon z tym samym drwiącym, pewnym siebie uśmiechem. „Nie mogę zrozumieć” – powiedział – „że cesarz Aleksander zbliżył do siebie wszystkich moich osobistych wrogów”. Nie rozumiem tego. Czy nie pomyślał, że ja mogę zrobić to samo? - zapytał Bałaszewa pytaniem i najwyraźniej to wspomnienie wepchnęło go ponownie w ten ślad porannej złości, który był w nim wciąż świeży.
„I daj mu znać, że to zrobię” – powiedział Napoleon, wstając i odpychając ręką filiżankę. - Wypędzę wszystkich jego bliskich z Niemiec, Wirtembergii, Badenii, Weimaru... tak, wypędzę ich. Niech przygotuje dla nich schronienie w Rosji!
Balashev pochylił głowę, pokazując swoim wyglądem, że chce się pożegnać, i słucha tylko dlatego, że nie może nie słuchać tego, co się do niego mówi. Napoleon nie zauważył tego wyrażenia; zwracał się do Balasheva nie jak do ambasadora swego wroga, ale jak do człowieka, który był mu już całkowicie oddany i powinien cieszyć się z upokorzenia swego byłego pana.
MSTU im. NE Baumana
Podręcznik edukacyjno-metodyczny
Lasery ekscymerowe
N.V. Lisicyna
Moskwa 2006
Wstęp
1. Podstawy teoretyczne
1.1 Medium aktywne
1.1.2 Lasery tlenkowe na gazie obojętnym
1.1.3 Lasery bazujące na cząsteczkach ekscymerowych czystych gazów szlachetnych
1.1.4 Dwuatomowe lasery halogenowe
1.1.5 Lasery na opary metali
1.1.6 Chłodzenie, wentylacja i oczyszczanie gazu roboczego
1.2 Pompowanie
1.2.1 Pompowanie wiązką elektronów
1.2.2 Pompowanie elektryczne
1.2.2.1 Obwody rozładowania
1.2.2.2 Pompowanie poprzez szybkie poprzeczne wyładowanie elektryczne
2.2.3 Pompowanie poprzez wyładowanie elektryczne z prejonizacją wiązką elektronów
1.2.2.4 Pompowanie z podwójnym wyładowaniem elektrycznym
1.3 Parametry promieniowania wyjściowego
2. Komercyjne modele laserów ekscymerowych
2.1 Laser LPXPro 305 firmy LAMBDA PHYSIK (Niemcy)
2.2 Laser eX5 BY lasery gam, Inc (USA)
3. Aplikacje
3.1 Wzbudzenie fotolizy ośrodków laserowych
3.2 Generacja promieniowania krótkofalowego
3.2.1 Fotolitografia
3.2.2 Chirurgia laserowa. Przykład przeliczenia parametrów promieniowania laserowego
Literatura
Wstęp
Lasery ekscymerowe to jeden z najciekawszych rodzajów laserów. Emisja źródeł tego typu w zakresie widmowym mieści się w przedziale od 126 nm do 558 nm. Dzięki tak krótkiej długości fali promieniowanie lasera ekscymerowego można skupić w bardzo małej plamce. Moc tych źródeł sięga jednostek kW. Lasery ekscymerowe są źródłami impulsowymi. Częstotliwość powtarzania impulsów może sięgać nawet 500 Hz. Laser tego typu charakteryzuje się bardzo dużą wydajnością kwantową, a co za tym idzie, dość dużą wydajnością (do 2 – 4%).
Ze względu na tak niezwykłe właściwości, promieniowanie lasera ekscymerowego znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach i zastosowaniach. Stosowane są w klinikach podczas operacji (na tęczówce i innych), gdzie konieczne jest wypalenie tkanek. W oparciu o te lasery stworzono instalacje mikrofotolitograficzne służące do dokładnego trawienia materiałów przy tworzeniu elektronicznych płytek drukowanych. Lasery ekscymerowe znalazły szerokie zastosowanie w eksperymentalnych badaniach naukowych.
Jednak wszystkie te niezwykłe cechy laserów ekscymerowych pociągają za sobą pewne trudności w ich wytwarzaniu i tworzeniu opartych na nich instalacji. Przykładowo przy tak dużej mocy promieniowania konieczne jest niedopuszczenie do powstania łuku w aktywnej mieszaninie gazów. Aby to zrobić, konieczne jest skomplikowanie mechanizmu pompującego, aby skrócić czas trwania jego impulsu. Promieniowanie krótkofalowe laserów ekscymerowych wymaga zastosowania specjalnych materiałów i powłok w strukturach rezonatorów, a także w układach optycznych do konwersji ich promieniowania. Dlatego jedną z wad tego typu źródła jest jego wysoki koszt w porównaniu do innych typów laserów.
1. Podstawy teoretyczne
1.1 Medium aktywne
Ośrodkiem aktywnym lasera ekscymerowego są cząsteczki gazu. Jednak w przeciwieństwie do laserów CO, CO 2 czy N 2 generowanie w laserach ekscymerowych nie zachodzi na przejściach pomiędzy różnymi stanami wibracyjno-rotacyjnymi, ale pomiędzy różnymi stanami elektronowymi cząsteczek. Istnieją substancje, które w stanie podstawowym nie mogą tworzyć cząsteczek (ich cząstki w stanie niewzbudnym istnieją tylko w postaci monomeru). Dzieje się tak, jeśli stan podstawowy substancji odpowiada wzajemnemu odpychaniu się atomów, jest słabo związany lub jest związany, ale w obecności dużych odległości międzyjądrowych (ryc. 1).
Rysunek 1: a - krzywa ostro odpychająca; b - płaska krzywa; c - krzywa stanu związanego przy dużych odległościach międzyjądrowych
Cząsteczki substancji roboczej laserów ekscymerowych można z grubsza podzielić na dwa typy: utworzone przez cząsteczki tej samej substancji i cząstki dwóch różnych substancji. Zgodnie z tym same ośrodki aktywne można nazwać „ekscymerami” (ekscymer, wzbudzony dimer) i „eksypleksami” (ekscypleks, wzbudzony kompleks).
Wygodnie jest rozważyć proces uzyskiwania lasera w laserze ekscymerowym, korzystając z rysunku 2, który pokazuje krzywe energii potencjalnej dla stanu podstawowego i wzbudzonego dwuatomowej cząsteczki A2.
Rysunek 2. Poziomy energii lasera ekscymerowego.
Ponieważ krzywa energii potencjalnej stanu wzbudzonego ma minimum, cząsteczka A 2 * może istnieć. Ta cząsteczka jest ekscymerem. W procesie relaksacji wzbudzonego ośrodka ustala się pewna trajektoria przepływu energii, która zawiera skok, który można pokonać jedynie poprzez emisję promieniowania. Jeśli w określonej objętości zgromadzi się dość duża liczba takich cząsteczek, wówczas na przejściu między poziomem górnym (związanym) i dolnym (wolnym) można uzyskać generację (emisję wymuszoną) - przejście wolne od związanych.
Przejście to charakteryzuje się następującymi ważnymi właściwościami:
Kiedy cząsteczka przechodzi do stanu podstawowego w wyniku generacji, natychmiast ulega dysocjacji;
Nie ma jasno określonych przejść rotacyjno-wibracyjnych, a przejście to jest stosunkowo szerokopasmowe.
Jeśli nie zostanie osiągnięta inwersja populacji, obserwuje się fluorescencję.
Jeżeli stan dolny jest słabo związany, to cząsteczka w tym stanie ulega szybkiej dysocjacji albo sama (predysocjacja), albo w wyniku pierwszego zderzenia z inną cząsteczką mieszaniny gazowej.
Obecnie generację lasera osiągnięto na szeregu kompleksów ekscymerowych - quasi-cząsteczkach gazów szlachetnych, ich tlenkach i halogenkach, a także parach związków metali. Długości fal generowane przez te ośrodki aktywne podano w tabeli 1.
Tabela 1
| Kompleksy ekscymerowe | Kwasimolekuły gazów szlachetnych | Tlenki gazów szlachetnych | Pary metalowych połączeń | ||||
| Aktywna kwazicząsteczka | Xe 2* | Kr 2* | Ar 2* | ArO* | KrO* | XeO* | CdHg* |
| gen λ, nm | 172 | 145,7 | 126 | 558 | 558 | 540 | 470 |
| ∆λ, nm | 20 | 13,8 | 8 | 25 | |||
| R imp, MW (R średnio, W) | 75 | 50 | |||||
| τ, ns | 10 | 10 | 4-15 | ||||
| Aktywna kwazicząsteczka | XeBr* | XeF* | ArF* | ArCl* | XeCl* | KrCl* | KrF* |
| gen λ, nm | 282 | 351 | 193 | 175 | 308 | 220 | 248 |
| ∆λ, nm | 1 | 1,5 | 1,5 | 2 | 2,5 | 5 | 4 |
| R imp, MW (R średnio, W) | (100) | 3 | 1000 | (0,02) | (7) | 5(0,05) | 1000 |
| τ, ns | 20 | 20 | 55 | 10 | 5 | 30 | 55 |
Aby otrzymać quasi-cząsteczki gazów szlachetnych, stosuje się czyste gazy pod ciśnieniem kilkudziesięciu atmosfer; w celu otrzymania tlenków gazów szlachetnych - mieszanina gazów źródłowych z tlenem cząsteczkowym lub związkami zawierającymi tlen w stosunku 10 000: 1 pod tym samym ciśnieniem; w celu otrzymania halogenków gazów szlachetnych - ich mieszaniny z halogenami w stosunku 10 000: 1 (dla argonu i ksenonu) lub 10: 1 (dla ksenonu lub kryptonu) przy całkowitym ciśnieniu 0,1 - 1 MPa.
1.1.1 Rzadkie lasery gazohalogenkowe
Rozważmy najciekawszą klasę laserów ekscymerowych, w których atom gazu obojętnego w stanie wzbudzonym łączy się z atomem halogenu, co prowadzi do powstania ekskompleksu halogenków gazu obojętnego. Konkretne przykłady obejmują ArF (λ = 193 nm), KrF (λ = 248 nm), XeCl (λ = 309 nm), XeF (λ = 351 nm), wszystkie generują w zakresie UV. Dlaczego halogenki gazów szlachetnych łatwo tworzą się w stanie wzbudzonym, staje się jasne, gdy weźmiemy pod uwagę, że w stanie wzbudzonym atomy gazu szlachetnego stają się chemicznie podobne do atomów metali alkalicznych, które łatwo reagują z halogenami. Analogia ta wskazuje również, że w stanie wzbudzonym wiązanie ma charakter jonowy: podczas tworzenia wiązania wzbudzony elektron przechodzi z atomu gazu obojętnego do atomu halogenu. Dlatego taki stan związany nazywany jest również stanem przeniesienia ładunku.
W laserach halogenkowych na gazie obojętnym istotny wpływ na stan plazmy mają procesy fotoabsorpcji. Należą do nich fotodysocjacja pierwotnego halogenu, z której powstaje obojętny halogenek gazu F 2 + hν → 2F; fotorozpad jonu ujemnego powstającego w plazmie F - + hν → F + e - ; fotojonizacja wzbudzonych atomów i cząsteczek gazu obojętnego Ar * + hν → Ar + + e - ; fotodysocjacja dimerów jonów gazu obojętnego Ar 2 + + hν → Ar + + Ar. Jak również absorpcja samych cząsteczek halogenku gazu obojętnego.
Fotoabsorpcję w ośrodku aktywnym laserów halogenkowych na gazie obojętnym można podzielić na liniową i szerokopasmową. Absorpcja liniowa zachodzi w przejściach związanych związanych, występujących w laserowej mieszaninie zanieczyszczeń gazów atomowych i molekularnych, a także wolnych atomów i rodników powstających pod wpływem wyładowania albo podczas rozkładu cząsteczek zanieczyszczeń, albo w wyniku erozji elektronowej. Wykazano, że absorpcja liniowa w niektórych przypadkach może dość znacząco zniekształcić widmo emisyjne, jednak z reguły nie prowadzi do zauważalnego spadku jego energii. Absorpcja szerokopasmowa wynika głównie z przejść wolnych od wiązań zachodzących w procesach takich jak fotodysocjacja, fotoodrywanie i fotojonizacja.
Rzadkie lasery ekscymerowe gazohalogenkowe są zazwyczaj pompowane za pomocą wyładowania elektrycznego.
Efektywne pompowanie laserów ekscymerowych, tj. wytworzenie wyładowania optymalnego z punktu widzenia udziału energii w ośrodku aktywnym nie gwarantuje jeszcze wysokich właściwości laserowych lasera. Równie ważne jest zorganizowanie ekstrakcji zgromadzonej w nim energii świetlnej z ośrodka aktywnego.
W tym artykule przyjrzymy się zaletom laserów ekscymerowych. Dziś medycyna dysponuje szeroką gamą wszelkiego rodzaju urządzeń laserowych do leczenia skomplikowanych schorzeń w trudno dostępnych obszarach ludzkiego ciała. pomagają osiągnąć efekt minimalnie inwazyjnej i bezbolesnej, co ma ogromną przewagę nad interwencjami chirurgicznymi wykonywanymi ręcznie podczas operacji jamy brzusznej, które są bardzo traumatyczne, obarczone dużą utratą krwi, a także długotrwałą rehabilitacją po nich.
Co to jest laser?
Laser to specjalny generator kwantowy, który emituje wąską wiązkę światła. Urządzenia laserowe otwierają niesamowite możliwości przesyłania energii na różne odległości z dużą prędkością. Zwykłe światło, które może dostrzec ludzki wzrok, składa się z małych wiązek światła rozprzestrzeniających się w różnych kierunkach. Jeśli wiązki te skoncentrujemy za pomocą soczewki lub lustra, otrzymamy dużą wiązkę cząstek światła, ale nawet to nie da się porównać z wiązką lasera, która składa się z cząstek kwantowych, co można osiągnąć jedynie poprzez aktywację atomów ośrodka leżącego u podstaw promieniowania laserowego.
Odmiany
Dzięki kolosalnym osiągnięciom naukowców na całym świecie lasery ekscymerowe są dziś szeroko stosowane w wielu obszarach działalności człowieka i mają następujące odmiany:
Pochodzenie
Ten typ to ultrafiolet, który jest szeroko stosowany w chirurgii oka. Lekarze używają tego urządzenia do wykonywania laserowej korekcji wzroku.
Termin „ekscymer” oznacza „wzbudzony dimer” i charakteryzuje rodzaj materiału stosowanego jako płyn roboczy. Po raz pierwszy w ZSRR takie urządzenie zaprezentowali w Moskwie w 1971 roku naukowcy V. A. Danilichev, N. Basov i Yu M. Popov. Płynem roboczym takiego lasera był dimer ksenonu, który był wzbudzany wiązką elektronów w celu wytworzenia promieniowania o określonej długości fali. Po pewnym czasie zaczęto do tego wykorzystywać gazy szlachetne z halogenami, czego dokonali w 1975 roku w jednym z amerykańskich laboratoriów badawczych naukowcy J. Hart i S. Searles.
Ludzie często pytają, dlaczego do korekcji wzroku wykorzystuje się lasery ekscymerowe.
Jego wyjątkowość
Stwierdzono, że cząsteczka ekscymeru wytwarza się będąc w wzbudzonym stanie „atrakcyjnym” i „odpychającym”. Efekt ten można wytłumaczyć faktem, że ksenon lub krypton (gazy szlachetne) są wysoce obojętne i z reguły nigdy nie tworzą związków chemicznych. Wyładowanie elektryczne powoduje ich wzbudzenie, w wyniku czego mogą tworzyć cząsteczki między sobą lub z halogenami, takimi jak chlor lub fluor. Pojawienie się cząsteczek w stanie wzbudzonym powoduje z reguły tzw. inwersję obsadzeń i taka cząsteczka oddaje swoją energię, która ulega wymuszonej lub spontanicznej emisji. Następnie cząsteczka powraca do stanu podstawowego i rozpada się na atomy. Urządzenie z laserem ekscymerowym jest wyjątkowe.
Termin „dimer” jest zwykle używany, gdy identyczne atomy są ze sobą połączone, ale większość nowoczesnych laserów ekscymerowych wykorzystuje związki gazów szlachetnych i halogenów. Niemniej jednak związki te, które są stosowane we wszystkich laserach o podobnej konstrukcji, nazywane są również dimerami. Jak działa laser ekscymerowy? Przyjrzymy się temu teraz.
Zasada działania lasera ekscymerowego
Laser ten jest głównym graczem w PRK i LASIK. Jego płynem roboczym jest gaz obojętny i halogenowy. Kiedy do mieszaniny tych gazów wprowadza się wysokie napięcie, jeden atom halogenu i jeden atom gazu obojętnego łączą się, tworząc cząsteczkę dwuatomową. Znajduje się w stanie skrajnie wzbudzonym i po jednej tysięcznej sekundy rozpada się na atomy, co prowadzi do pojawienia się fali świetlnej w zakresie UV.
Ta zasada działania lasera ekscymerowego znalazła szerokie zastosowanie w medycynie, gdyż promieniowanie ultrafioletowe oddziałuje na tkanki organiczne, na przykład rogówkę, w taki sposób, że następuje rozdzielenie wiązań między cząsteczkami, co prowadzi do przeniesienia tkanek ze stanu stałego do stan gazowy. Proces ten nazywany jest „fotoablacją”.
Zasięg fal
Wszystkie istniejące modele tego typu działają w tym samym zakresie długości fal i różnią się jedynie szerokością wiązki światła, a także składem cieczy roboczej. Laser ekscymerowy jest najczęściej stosowanym laserem do korekcji wzroku. Ale są też inne obszary jego zastosowania.
Pierwsza miała średnicę wiązki światła równą średnicy powierzchni, na której nastąpiło parowanie. Szeroki zasięg wiązki i jej niejednorodność spowodowały jednakową niejednorodność w górnych warstwach rogówki, a także wzrost temperatury na jej powierzchni. Procesowi temu towarzyszyły uszkodzenia i oparzenia. Sytuację tę skorygowano poprzez stworzenie lasera ekscymerowego. Mikrochirurgia Oka MNTK stosuje go już od bardzo długiego czasu.
Lasery nowej generacji przeszły długi proces modernizacji, podczas którego zmniejszono średnicę wiązki światła i stworzono specjalny rotacyjny system skanujący dostarczający do oka promieniowanie laserowe. Przyjrzyjmy się, jak lekarze wykorzystują lasery ekscymerowe.
Zastosowanie w medycynie
W przekroju taka wiązka lasera wygląda jak plamka poruszająca się po okręgu, usuwająca górne warstwy rogówki, a także nadająca jej inny promień krzywizny. W strefie ablacji temperatura nie wzrasta, ponieważ efekt jest krótkotrwały. W wyniku operacji obserwuje się gładką i przejrzystą powierzchnię rogówki. Laser ekscymerowy jest niezastąpiony w okulistyce.
Chirurg wykonujący zabieg z góry określa, jaka część energii zostanie dostarczona do rogówki, a także na jaką głębokość zostanie przyłożony laser ekscymerowy. Stąd specjalista może z wyprzedzeniem zaplanować przebieg procesu i założyć, jaki wynik uzyska w wyniku operacji.
Laserowa korekcja wzroku
Jak działa laser ekscymerowy w okulistyce? Popularna dziś metoda polega na tzw. komputerowym przebudowie rogówki, która jest główną soczewką optyczną ludzkiego oka. Zastosowany na nim laser ekscymerowy wygładza powierzchnię rogówki, usuwając górne warstwy i tym samym eliminując wszelkie obecne na niej defekty. Jednocześnie pojawiają się normalne warunki, w których oko otrzymuje prawidłowe obrazy, tworząc prawidłowe załamanie światła. Osoby, które przeszły tę procedurę, widzą jak wszyscy inni, którzy początkowo mają dobry wzrok.
Zabieg zmiany przeznaczenia rogówki nie powoduje powstania na jej powierzchni wysokich temperatur, które mogą być szkodliwe dla żywej tkanki. Według większości ludzi tak zwane pieczenie górnych warstw rogówki nie występuje.
Najważniejszą zaletą laserów ekscymerowych jest to, że ich zastosowanie do korekcji wzroku pozwala uzyskać idealny efekt i skorygować niemal wszystkie istniejące anomalie rogówki. Urządzenia te są na tyle precyzyjne, że umożliwiają „ablację fotochemiczną” górnych warstw.
Na przykład, jeśli proces ten zostanie przeprowadzony w środkowej strefie rogówki, wówczas jej kształt stanie się prawie płaski, co pomaga skorygować krótkowzroczność. Jeśli podczas korekcji wzroku odparują warstwy rogówki w strefie obwodowej, wówczas jej kształt stanie się bardziej zaokrąglony, a to z kolei koryguje dalekowzroczność. Astygmatyzm koryguje się poprzez dozowane usuwanie górnych warstw rogówki w różnych jej częściach. Nowoczesne lasery ekscymerowe, które znajdują szerokie zastosowanie w mikrochirurgii refrakcyjnej oka, gwarantują wysoką jakość powierzchni poddawanych fotoablacji.
Cechy zastosowania w medycynie
Lasery ekscymerowe w dzisiejszej formie pojawiły się całkiem niedawno, ale już pomagają ludziom na całym świecie pozbyć się problemów ze wzrokiem, takich jak krótkowzroczność, dalekowzroczność czy astygmatyzm. Takie rozwiązanie problemu, po raz pierwszy od wielu lat tworzenia tego typu sprzętu, spełnia wszelkie wymogi bezbolesności, maksymalnego bezpieczeństwa i wydajności.
Choroby oczu, które można leczyć za pomocą
Dziedzina chirurgii okulistycznej, która zajmuje się eliminacją tych anomalii ludzkiego oka, nazywa się chirurgią refrakcyjną, a zaburzenia takie nazywane są błędami ametropowymi i błędami refrakcji.
Według ekspertów istnieją dwa rodzaje refrakcji:
Z kolei ametropia obejmuje kilka podtypów:
- krótkowzroczność (krótkowzroczność);
- astygmatyzm – oko otrzymuje zniekształcony obraz, gdy rogówka ma nieregularną krzywiznę, a przepływ promieni świetlnych staje się nierówny na różnych częściach jej powierzchni;
- hipermetropia (dalekowzroczność).
Istnieją dwa rodzaje astygmatyzmu - hipermetropowy, który jest bliski dalekowzroczności, krótkowzroczny, podobny do krótkowzroczności i mieszany.
Aby poprawnie wyobrazić sobie istotę manipulacji refrakcyjnych, konieczna jest minimalna wiedza na temat anatomii ludzkiego oka. Układ optyczny oka składa się z trzech głównych elementów - rogówki, soczewki, które są częściami załamującymi światło, i siatkówki, która jest częścią odbierającą światło. Aby powstały obraz stał się wyraźny i ostry, siatkówka znajduje się w centrum kuli. Jeśli jednak znajdzie się przed ogniskiem, co ma miejsce w przypadku dalekowzroczności, lub za nim, co ma miejsce w przypadku krótkowzroczności, powstały obraz staje się niewyraźny i znacznie zamazany.
U człowieka optyka oka może zmieniać się przez całe życie, w szczególności od momentu urodzenia do 16-20 roku życia, zmienia się ona w wyniku wzrostu i zwiększania wielkości gałki ocznej, a także pod wpływem pewne czynniki, które mogą prowadzić do powstania pewnych anomalii. Dlatego też pacjentami chirurga refrakcyjnego oka najczęściej stają się osoby dorosłe.
Przeciwwskazania do zabiegu korekcji wzroku wiązką ekscymerową
Korekcja wzroku laserem ekscymerowym nie jest wskazana u wszystkich osób z wadą wzroku. Stosowanie tej procedury jest zabronione:
Możliwe powikłania po użyciu
Wszystkie istniejące obecnie metody leczenia laserem ekscymerowym są wysoce bezpieczne i szczególnie skuteczne. Istnieje jednak szereg powikłań, które mogą wystąpić po operacji z użyciem takich technik. Obejmują one:
- Częściowy lub nieprawidłowy wzrost części rogówki, po którym nie jest już możliwy ponowny wzrost tej części.
- Tak zwany zespół suchego oka, gdy pacjent odczuwa zaczerwienienie i ból oka. Powikłanie to może wystąpić w przypadkach, gdy w procesie korekcji wzroku uszkodzone zostały zakończenia nerwowe odpowiedzialne za wytwarzanie łez.
- Różne zaburzenia widzenia, na przykład podwójne widzenie lub pogorszenie widzenia w ciemności, zaburzenia postrzegania kolorów lub pojawienie się jasnej aureoli.
- Osłabienie lub zmiękczenie rogówki, które może wystąpić kilka miesięcy po zabiegu lub kilka lat później.
Laser ekscymerowy w dermatologii
Wpływ lasera niskiej częstotliwości na skórę jest niezwykle pozytywny. Dzieje się tak z powodu następujących efektów:
- przeciwzapalny;
- przeciwutleniacz;
- uśmierzacz bólu;
- immunomodulujące.
Oznacza to, że istnieje pewien biostymulujący mechanizm działania promieniowania laserowego o małej mocy.
Pomyślnie poddaje się leczeniu bielactwa nabytego za pomocą lasera ekscymerowego. Przebarwienia na skórze ulegają bardzo szybkiemu wygładzeniu.
Głównym bohaterem PRK i LASIK jest laser ekscymerowy. Swoją nazwę wzięła od połączenia dwóch słów: podekscytowany – podekscytowany, dimer – podwójny. Ciało aktywne takich laserów składa się z mieszaniny dwóch gazów - obojętnego i halogenowego. Po przyłożeniu wysokiego napięcia do mieszaniny gazów atom gazu obojętnego i atom halogenu tworzą dwuatomową cząsteczkę gazu. Cząsteczka ta jest w stanie wzbudzonym i wyjątkowo niestabilnym. Po chwili, rzędu tysięcznych sekundy, cząsteczka ulega rozpadowi. Rozpad cząsteczki prowadzi do emisji fali świetlnej w zakresie ultrafioletu (zwykle 193 nm).
Zasadą działania promieniowania ultrafioletowego na związek organiczny, w szczególności na tkankę rogówki, jest rozdzielenie wiązań międzycząsteczkowych i w efekcie przejście części tkanki ze stanu stałego do gazowego (fotoablacja). Pierwsze lasery miały średnicę wiązki równą średnicy odparowanej powierzchni i charakteryzowały się znacznym działaniem uszkadzającym rogówkę. Szeroki profil wiązki, jej niejednorodność powodowała niejednorodność krzywizny powierzchni rogówki, dość duże nagrzewanie tkanki rogówki (o 15-20˚), co powodowało oparzenia i zmętnienia rogówki.
Ponieważ chirurg wie z góry, jaka część energii świetlnej zostanie dostarczona do obiektu (rogówki), może obliczyć, na jaką głębokość zostanie przeprowadzona ablacja. I jaki wynik osiągnie w procesie chirurgii refrakcyjnej. I wreszcie, u progu trzeciego tysiąclecia, pojawiła się nowa metoda rozwiązania tego problemu - korekcja laserem ekscymerowym, która uwalnia osoby od krótkowzroczności, astygmatyzmu i dalekowzroczności. Po raz pierwszy korekcja laserowa spełnia wszystkie wymagania osoby ze „słabym” wzrokiem. Ważność naukowa, bezbolesność, maksymalne bezpieczeństwo, stabilność wyników – to bezwarunkowe czynniki, które ją charakteryzują. Dziedzina chirurgii okulistycznej zajmująca się korekcją tych anomalii nazywa się chirurgią refrakcyjną, a one same nazywane są błędami refrakcji lub ametropią.
Eksperci wyróżniają dwa rodzaje refrakcji:
- Emmetropia- normalne widzenie;
- Ametropia- nieprawidłowe widzenie, w tym kilka typów: krótkowzroczność - krótkowzroczność; nadwzroczność - dalekowzroczność, astygmatyzm - zniekształcenie obrazu, gdy krzywizna rogówki jest nieregularna i droga promieni świetlnych w różnych jej częściach nie jest taka sama. Astygmatyzm może być krótkowzroczny (krótkowzroczny), hipermetryczny (dalekowzroczny) i mieszany. Aby zrozumieć istotę interwencji refrakcyjnych, przypomnijmy bardzo krótko i schematycznie fizykę anatomiczną oka. Układ optyczny oka składa się z dwóch struktur: części załamującej światło - rogówki i soczewki oraz części odbierającej światło - siatkówki, znajdującej się w określonej (ogniskowej) odległości. Aby obraz był ostry i wyraźny, siatkówka musi znajdować się w ognisku mocy optycznej kuli. Jeśli siatkówka znajduje się przed ogniskiem, co ma miejsce w przypadku dalekowzroczności, lub za ogniskiem w przypadku krótkowzroczności, obraz obiektów będzie zamazany i niewyraźny. Ponadto od momentu urodzenia do 18-20 roku życia optyka oka ulega zmianom w wyniku fizjologicznego wzrostu gałki ocznej i pod wpływem czynników, które często prowadzą do powstania pewnych wad refrakcji. Dlatego pacjentem chirurga refrakcyjnego jest często osoba, która ukończyła 18-20 rok życia.
Korekcja wzroku za pomocą lasera ekscymerowego opiera się na programie „komputerowego ponownego przeznaczenia” powierzchni głównej soczewki optycznej ludzkiego oka – rogówki. Według indywidualnego programu korekcji zimna wiązka „wygładza” rogówkę, eliminując wszelkie istniejące defekty. Stwarza to normalne warunki dla optymalnego załamania światła i uzyskania niezniekształconego obrazu w oku, jak u osób dobrze widzących. Procesowi „zmiany przeznaczenia” nie towarzyszy destrukcyjny wzrost temperatury tkanki rogówki i, jak wielu błędnie uważa, nie następuje „wypalenie”. A co najważniejsze, technologie laserów ekscymerowych umożliwiają uzyskanie tak „idealnego, nowego, określonego profilu” rogówki, że umożliwia korekcję prawie wszystkich typów i stopni wady refrakcji. Z naukowego punktu widzenia lasery ekscymerowe to systemy o wysokiej precyzji, które zapewniają niezbędną „ablację fotochemiczną” (odparowanie) warstw rogówki. Jeśli tkanka zostanie usunięta w strefie centralnej, rogówka staje się bardziej płaska, co koryguje krótkowzroczność. Jeśli odparujesz obwodową część rogówki, jej środek stanie się bardziej stromy, co pozwala skorygować dalekowzroczność. Dozowane usuwanie w różnych meridianach rogówki pozwala skorygować astygmatyzm. Nowoczesne lasery stosowane w chirurgii refrakcyjnej niezawodnie gwarantują wysoką jakość „ablowanej” powierzchni.
Praca nad przejściami elektronowymi cząsteczek ekscymerowych (cząsteczek występujących wyłącznie w stanach wzbudzonych elektronicznie). Potencjalna zależność Energia oddziaływania atomów cząsteczki ekscymeru, znajdującej się w podstawowym stanie elektronowym, z odległości międzyjądrowej jest funkcją monotonicznie malejącą, co odpowiada odpychaniu jąder. Dla wzbudzonego stanu elektronowego, który jest najwyższym poziomem przejścia lasera, zależność ta ma minimum, które decyduje o możliwości istnienia samej cząsteczki ekscymera (rys.). Żywotność wzbudzonej cząsteczki ekscymeru jest ograniczona
Zależność energii cząsteczki ezymeru od odległości R pomiędzy atomami składowymi X i Y; Górna krzywa dotyczy górnego poziomu lasera, dolna krzywa dotyczy dolnego poziomu lasera. Wartości odpowiadają środkowi linii wzmocnienia ośrodka aktywnego, jego czerwonym i fioletowym granicom. czas jego promieniowania. rozkład. Od dolnego stan przejścia lasera w wiązce elektronów. ulega dewastacji w wyniku rozproszenia atomów cząsteczki ekscymeru, której czas charakterystyczny (10 -13 - 10 -12 s) jest znacznie krótszy niż czas promieniowania. szczyt dewastacji, stany przejścia lasera, gaz zawierający cząsteczki ekscymeru środek aktywny ze wzmocnieniem na przejściach między wzbudzonym wiązaniem a głównymi składnikami ekspansji cząsteczki ekscymeru.
Podstawa aktywnego ośrodka E. l. Zwykle składają się z dwuatomowych cząsteczek ekscymerów – krótkotrwałych związków atomów gazu obojętnego ze sobą, z halogenami lub z tlenem. Długość fali promieniowania E. l. leży w zakresie widzialnym lub bliskim UV widma. Zyskaj szerokość linii przejścia lasera E. l. jest nienormalnie duży, co jest związane z rozszerzającym się charakterem dolnego składnika przejściowego. Charakterystyczne wartości parametrów przejść laserowych dla najpopularniejszych wiązek elektronów. przedstawiono w tabeli.
Parametry lasera ekscymerowego
Optymalne parametry ośrodka aktywnego E. l. odpowiadają optymalnym warunkom tworzenia cząsteczek ekscymeru. Najkorzystniejsze warunki powstawania dimerów gazów obojętnych odpowiadają zakresowi ciśnień 10-30 atm, kiedy intensywne tworzenie się takich cząsteczek zachodzi w potrójnych zderzeniach wzbudzonych atomów:
Przy tak wysokich ciśnieniach najskuteczniejszy. Metoda wprowadzania energii pompy do ośrodka aktywnego lasera polega na przepuszczeniu przez gaz wiązki szybkich elektronów, które w większości tracą energię. do jonizacji atomów gazu. Przekształcenie jonów atomowych w jony molekularne i późniejsza rekombinacja dysocjacyjna jonów molekularnych 
któremu towarzyszy tworzenie wzbudzonych atomów gazu obojętnego, dają możliwość eff. zamiana energii wiązki szybkich elektronów na energię cząsteczek ekscymerowych Lasery oparte na dimerach gazów obojętnych charakteryzują się wydajnością ~1%. Podstawowy Wadą laserów tego typu jest wyjątkowo duża wartość uderzenia. próg wejściowy energii, który jest powiązany z krótką długością fali przejścia lasera, a co za tym idzie, z szerokością linii wzmocnienia. Nakłada to wysokie wymagania na charakterystykę wiązki elektronów wykorzystywanej jako laserowe źródło pompujące i ogranicza energię wyjściową promieniowania laserowego do poziomu ułamków dżula (na impuls) przy częstotliwości powtarzania impulsów nie większej niż kilka. Hz Dalszy wzrost charakterystyk wyjściowych laserów bazujących na dimerach gazów szlachetnych uzależniony jest od rozwoju technologii akceleratorów elektronów o czasie trwania impulsu wiązki elektronów rzędu kilkudziesięciu nanosekund i energii wiązki ~kJ.
E. l. mają znacznie wyższą charakterystykę wyjściową. na monohalogenkach gazów obojętnych RX*, gdzie X oznacza atom halogenu. Cząsteczki tego typu skutecznie powstają podczas zderzeń parami, np
Procesy te zachodzą z wystarczającą intensywnością nawet przy ciśnieniach rzędu ciśnienia atmosferycznego, zatem problem wprowadzenia energii do ośrodka aktywnego takich laserów okazuje się technicznie znacznie mniej skomplikowany niż w przypadku laserów bazujących na dimerach gazu obojętnego. Medium aktywne E. l. na monohalogenkach gazów obojętnych składa się z jednego lub kilku. gazy obojętne pod ciśnieniem rzędu atmosferycznego i pewną liczbą (~10 -2 atm) cząsteczek zawierających halogen. Do wzbudzenia lasera wykorzystuje się wiązkę szybkich elektronów lub pulsacyjną wiązkę elektryczną. wypisać. Przy zastosowaniu wiązki szybkich elektronów energia wyjściowa promieniowania laserowego osiąga wartości ~10 3 J przy wydajności kilku. procent i częstotliwość powtarzania impulsów znacznie poniżej 1 Hz. W przypadku korzystania z prądu wyładowania energia wyjściowa promieniowania laserowego w impulsie nie przekracza ułamka dżula, co wynika z trudności w utworzeniu wyładowania o jednolitej objętości, czyli objętości w atm. ciśnienie przez czas ~10 ns. Jednak w przypadku korzystania z prądu wyładowania uzyskuje się wysoką częstotliwość powtarzania impulsów (do kilku kHz), co otwiera możliwości szerokiego zakresu zastosowań praktycznych. stosowania tego typu laserów. Naib. szeroko rozpowszechniony wśród E. l. otrzymał laser XeCl, co wynika ze względnej prostoty pracy w trybie dużej częstotliwości powtarzania impulsów. Kp. Moc wyjściowa tego lasera sięga poziomu 1 kW.
Wraz z dużą energią. cechy ważna atrakcyjna cecha E. l. jest niezwykle wysoką wartością szerokości linii wzmocnienia aktywnego przejścia (tabela). Otwiera to możliwość tworzenia laserów dużej mocy w zakresie UV i widzialnym z płynnym dostrojeniem długości fali w dość szerokim zakresie widma. Problem ten rozwiązano za pomocą układu wzbudzenia lasera wtryskowego, w skład którego wchodzi generator promieniowania laserowego małej mocy o długości fali przestrajalnej w zakresie szerokości linii wzmacniającej ośrodka aktywnego wiązki elektronów oraz wzmacniacz szerokopasmowy. Schemat ten umożliwia uzyskanie promieniowania laserowego o szerokości linii ~ 10 -3 HM, przestrajalnej wzdłuż długości fali w zakresie szerokości ~ 10 HM i więcej.
E. l. Są szeroko stosowane ze względu na wysoką energię. charakterystyka, krótka długość fali i możliwość jej płynnego strojenia w dość szerokim zakresie. Silne jednoimpulsowe wiązki elektronów wzbudzane wiązkami elektronów stosuje się w instalacjach do badania laserowego nagrzewania celów w celu przeprowadzenia reakcji termojądrowych (na przykład laser KrF z HM, energia wyjściowa na impuls do 100 kJ, czas trwania impulsu ~ 1 ns). W technologii wykorzystuje się lasery o dużej częstotliwości powtarzania impulsów, wzbudzane impulsowym wyładowaniem gazowym. w przetwarzaniu produktów mikroelektroniki, w medycynie, w eksperymentach z laserową separacją izotopów, w wykrywaniu atmosfery w celu kontroli jej zanieczyszczenia, w fotochemii i w eksperymentach. fizyka jako intensywne źródło monochromatyczne. Promieniowanie UV lub widzialne.
Oświetlony.: Lasery ekscymerowe, wyd. C. Rhodes, przeł. z języka angielskiego, M., 1981; EletskyA. V.. Smirnov B. M., Procesy fizyczne w laserach gazowych, M.. 1985. A. V. Eletsky.
