(лазерна корекція зору) та напівпровідниковому виробництві.
Лазерне випромінювання ексимерної молекули відбувається внаслідок того, що вона має «притягуючий» (асоціативний) збуджений стан і «відштовхуючий» (не асоціативний) основний - тобто молекул в основному стані не існує. Це тим, що благородні гази, такі як ксенон чи криптон високоінертні і зазвичай утворюють хімічних сполук . У збудженому стані (викликаному електричним розрядом) вони можуть утворювати молекули один з одним (димери) або з галогенами, такими як фтор або хлор. Тому поява молекул у збудженому зв'язаному стані автоматично створює інверсію населення між двома енергетичними рівнями. Така молекула, що знаходиться у збудженому стані, може віддати свою енергію у вигляді спонтанного або вимушеного випромінювання, внаслідок чого молекула переходить в основний стан, а потім дуже швидко (протягом пікосекунд) розпадається на атоми, що складають.
Незважаючи на те, що термін димервідноситься тільки до з'єднання однакових атомів, а в більшості ексімерних лазерів використовуються суміші шляхетних газів з галогенами, назва прижилася і використовується для всіх лазерів аналогічної конструкції.
Довжина хвилі ексімерного лазера залежить від складу використовуваного газу, і зазвичай лежить в ультрафіолетовій області:
Ексимерні лазери зазвичай працюють в імпульсному режимі з частотою проходження імпульсів від 1 Гц до декількох сотень Гц, у деяких моделей частота може досягати 2 кГц; також можлива генерація поодиноких імпульсів. Імпульси випромінювання зазвичай мають тривалість від 10 до 30 нс та енергію від одиниць до сотень мДж. Потужне ультрафіолетове випромінювання таких лазерів дозволяє їх широко застосовувати у хірургії (особливо очній), у процесах фотолітографії у напівпровідниковому виробництві, при мікрообробці матеріалів, у виробництві РК панелей, а також у дерматології. Сьогодні ці пристрої є досить громіздкими, що є недоліком при широкому медичному застосуванні (див. LASIK), проте їх розміри постійно зменшуються завдяки сучасним розробкам.
Див. також
Напишіть відгук про статтю "Ексимерний лазер"
Посилання
- ЕКСІМЕРНИЙ ЛАЗЕР - Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1988.
- Ексимерні лазери, за ред. Ч. Роудза, пров. з англ., M., 1981
Уривок, що характеризує Ексімерний лазер
Балашев шанобливо дозволив собі погодитися з думкою французького імператора.— Кожна країна має свої звичаї, — сказав він.
- Але вже ніде в Європі немає нічого подібного, - сказав Наполеон.
— Прошу вибачення у вашої величності, — сказав Балашев, — окрім Росії є ще Іспанія, де також багато церков і монастирів.
Ця відповідь Балашева, що натякав на недавню поразку французів в Іспанії, була високо оцінена згодом, за розповідями Балашева, при дворі імператора Олександра і дуже мало була оцінена тепер, за обідом Наполеона, і пройшла непомітно.
По байдужим і здивованим особам панів маршалів видно було, що вони дивувалися, у чому тут полягала гострота, яку натякала інтонація Балашева. "Якщо і була вона, то ми не зрозуміли її або вона зовсім не дотепна", - говорили вирази обличчя маршалів. Так мало була оцінена ця відповідь, що Наполеон навіть рішуче не помітив її і наївно запитав Балашева про те, на які міста йде звідси пряма дорога до Москви. Балашев, що був весь час обіду насторожі, відповідав, що comme tout chemin mene a Rome, tout chemin mene a Moscou, [як всяка дорога, за прислів'ям, веде до Риму, так і всі дороги ведуть до Москви,] що є багато доріг, і що серед цих різних шляхів є дорога на Полтаву, яку обрав Карл XII, сказав Балашев, мимоволі спалахнувши від задоволення в удачі цієї відповіді. Не встиг Балашев довести останніх слів: «Poltawa», як уже Коленкур заговорив про незручності дороги з Петербурга до Москви і своїх петербурзьких спогадах.
Після обіду перейшли пити каву до кабінету Наполеона, який чотири дні тому був кабінетом імператора Олександра. Наполеон сів, торкаючись кави в севрській чашці, і вказав на стілець підло себе Балашеву.
Є в людині відоме післяобіднє настрій, яке сильніше за будь-які розумні причини змушує людину бути задоволеною собою і вважати всіх своїми друзями. Наполеон перебував у цьому положенні. Йому здавалося, що він оточений людьми, які обожнюють його. Він був переконаний, що і Балашев після його обіду був його другом та любителем. Наполеон звернувся до нього з приємною і трохи насмішкуватою усмішкою.
– Це та сама кімната, як мені казали, в якій жив імператор Олександр. Дивно, чи не так, генерал? - сказав він, очевидно, не сумніваючись у тому, що це звернення не могло не бути приємним його співрозмовнику, оскільки воно доводило перевагу його, Наполеона, над Олександром.
Балашев нічого не міг відповідати на це і мовчки нахилив голову.
- Так, у цій кімнаті, чотири дні тому, радилися Вінцінгероді і Штейн, - з тією ж насмішливою, впевненою усмішкою продовжував Наполеон. - Чого я не можу зрозуміти, - сказав він, - це те, що імператор Олександр наблизив до себе всіх моїх особистих ворогів. Я цього не розумію. Він не подумав про те, що я можу зробити те саме? — з запитанням звернувся він до Балашева, і, очевидно, цей спогад вштовхнув його знову в той ранковий гнів, який ще був свіжий у ньому.
- І нехай він знає, що я це зроблю, - сказав Наполеон, підводячись і відштовхуючи рукою свою чашку. – Я вижену з Німеччини всіх його рідних, Віртемберзьких, Баденських, Веймарських… так, я вижену їх. Нехай він готує для них притулок у Росії!
Балашев нахилив голову, своїм виглядом показуючи, що він хотів би відкланятися і слухає тільки тому, що він не може не слухати того, що йому говорять. Наполеон не помічав цього виразу; він звертався до Балашева не як до посла свого ворога, а як до людини, яка тепер цілком віддана йому і має радіти приниженню свого колишнього пана.
МДТУ ім. н.е. Баумана
Навчально-методичний посібник
Ексимерні лазери
Н.В. Лісіцина
Москва 2006
Вступ
1. Теоретичні основи
1.1 Активне середовище
1.1.2 Лазери на окислах інертних газів
1.1.3 Лазери на ексимерних молекулах чистих інертних газів
1.1.4 Лазери на двоатомних галогенах
1.1.5 Лазери на парах металів
1.1.6 Охолодження, вентиляція та очищення робочого газу
1.2 Накачування
1.2.1 Накачування електронним пучком
1.2.2 Накачування електричним розрядом
1.2.2.1 Розрядні ланцюги
1.2.2.2 Накачування швидким поперечним електричним розрядом
2.2.3 Накачування електричним розрядом з передіонізацією електронним пучком
1.2.2.4 Накачування подвійним електричним розрядом
1.3 Параметри вихідного випромінювання
2. Комерційні моделі ексімерних лазерів
2.1 Лазер LPXPro 305 фірми LAMBDA PHYSIK (Німеччина)
2.2 Лазер eX5 ФІРМИ gam lasers, inc (США)
3. Застосування
3.1 Фотолізне збудження лазерних середовищ
3.2 Генерація короткохвильового випромінювання
3.2.1 Фотолітографія
3.2.2. Лазерна хірургія. Приклад перерахунку параметрів лазерного випромінювання
Література
Вступ
Ексімерні лазери - один із найцікавіших видів лазерів. Випромінювання джерел, що належать до цього виду, спектральному діапазоні займає проміжок від 126 нм до 558 нм. Завдяки такій малій довжині хвилі випромінювання ексімерних лазерів може бути сфокусоване на пляму дуже маленького розміру. Потужність цих джерел сягає одиниць кВт. Ексимерні лазери відносяться до імпульсних джерел. Частота повторення імпульсів може сягати 500 Гц. Цей вид лазерів має дуже високий квантовий вихід і, як наслідок, досить високий ККД (до 2 – 4%).
Завдяки таким незвичайним характеристикам, випромінювання ексімерних лазерів знаходить застосування у багатьох областях та додатках. Вони використовуються в клініках при проведенні операцій (на райдужній оболонці ока та інших), де необхідне випалювання тканин. На основі цих лазерів створено мікрофотолітографічні установки для тонкого травлення матеріалів під час створення електронних друкованих плат. Широке застосування виявили ексимерні лазери в експериментальних наукових дослідженнях.
Однак, всі ці чудові характеристики ексимерних лазерів спричиняють деякі труднощі при їх виготовленні та створенні установок на їх основі. Наприклад, при такій високій потужності випромінювання необхідно перешкоджати утворенню дуги в активній газовій суміші. Для цього необхідно ускладнити механізм накачування з метою скорочення тривалості імпульсу. Короткохвильове випромінювання ексімерних лазерів вимагає використання спеціальних матеріалів та покриттів у конструкціях резонаторів, а також в оптичних системах для перетворення їхнього випромінювання. Тому одним із недоліків джерел цього виду є висока, в порівнянні з іншими видами лазерів, вартість.
1. Теоретичні основи
1.1 Активне середовище
Активним середовищем ексімерного лазера є молекули газу. Але, на відміну від лазерів на CO, CO 2 або N 2 , генерація в ексімерних лазерах відбувається не на переходах між різними коливально-обертальними станами, а між різними електронними станами молекул. Існують речовини, які в основному стані не можуть утворювати молекули (їх частки у незбудженому стані існують лише у мономерній формі). Це відбувається, якщо основний стан речовини відповідає взаємному відштовхуванню атомів, є слабозв'язаним або пов'язаним, але за наявності великих між'ядерних відстанях (рис.1).
Малюнок 1: а – різко відштовхувальна крива; б – плоска крива; в - крива пов'язаного стану на великих міжядерних відстанях
Молекули робочої речовини ексімерних лазерів грубо можна розділити на два види: утворені частинками однієї й тієї ж речовини та частинками двох різних речовин. Відповідно до цього самі активні середовища можна назвати "ексимерами" (excimer, exciteddimer - збуджений димер) і "ексиплекси" (exciplex, excitedcomplex - збуджений комплекс).
Процес отримання генерації в ексимерному лазері зручно розглянути за допомогою малюнка 2, на якому представлені потенційні криві енергії для основного і збудженого станів двоатомної молекули А 2 .
2. Енергетичні рівні ексимерного лазера.
Оскільки крива потенційної енергії збудженого стану має мінімум, молекула А2 може існувати. Ця молекула є ексімером. У процесі релаксації збудженого середовища встановлюється певна траєкторія потоку енергії, що містить стрибок, що долається тільки випромінюванням. Якщо в певному обсязі накопичити досить велику кількість таких молекул, то на переході між верхнім (пов'язаним) та нижнім (вільним) рівнями можна отримати генерацію (вимушене випромінювання) – пов'язано-вільний перехід.
Цей перехід характеризується такими важливими властивостями:
При переході молекули до основного стану в результаті генерації вона негайно дисоціює;
Не існує чітко виражених обертально-коливальних переходів, і перехід є відносно широкосмуговим.
Якщо інверсія населення не досягається, то спостерігається флюоресценція.
Якщо нижній стан є слабко пов'язаним, то молекула в цьому стані зазнає швидку дисоціацію або сама (предисоціація), або внаслідок першого ж зіткнення з іншою молекулою газової суміші.
В даний час отримано лазерну генерацію на ряді ексімерних комплексів - квазімозолулах благородних газів, їх окислах і галогенідах, а також парах металевих сполук. Довжини хвиль генерації цих активних середовищ наведено у таблиці 1.
Таблиця 1
| Ексимерні комплекси | Квазимолекули благородних газів | Окислишляхетних газів | Пари металевих з'єднань | ||||
| Активна квазімолекула | Xe 2* | Kr 2 * | Ar 2 * | ArO* | KrO* | XeO* | CdHg* |
| λ ген, нм | 172 | 145,7 | 126 | 558 | 558 | 540 | 470 |
| ∆λ, нм | 20 | 13,8 | 8 | 25 | |||
| Р імп, МВт (Р порівн, Вт) | 75 | 50 | |||||
| τ, нс | 10 | 10 | 4-15 | ||||
| Активна квазімолекула | XeBr* | XeF* | ArF* | ArCl* | XeCl* | KrCl* | KrF* |
| λ ген, нм | 282 | 351 | 193 | 175 | 308 | 220 | 248 |
| ∆λ, нм | 1 | 1,5 | 1,5 | 2 | 2,5 | 5 | 4 |
| Р імп, МВт (Р порівн, Вт) | (100) | 3 | 1000 | (0,02) | (7) | 5(0,05) | 1000 |
| τ, нс | 20 | 20 | 55 | 10 | 5 | 30 | 55 |
Для отримання квазімолекул благородних газів використовуються чисті гази, що знаходяться під тиском у десятки атмосфер; для одержання оксидів благородних газів - суміш вихідних газів з молекулярним киснем або сполуками, що містять кисень, у співвідношенні 10000: 1 під таким самим тиском; для одержання галогенідів благородних газів - їх суміші з галогенами у співвідношенні 10000: 1 (для аргону та ксенону) або 10: 1 (для ксенону або криптону) при загальному тиску 0,1 - 1 МПа.
1.1.1 Лазери на галогенідах інертних газів
Розглянемо найцікавіший клас ексімерних лазерів, у яких атом інертного газу у збудженому стані з'єднується з атомом галогену, що призводить до утворення ексиплексу галогенідів інертних газів. Як конкретні приклади можна вказати ArF (λ = 193 нм), KrF (λ = 248 нм), XeCl (λ = 309 нм), XeF (λ = 351 нм), які генерують все в УФ діапазоні. Те, чому галогеніди інертних газів легко утворюються у збудженому стані, стає зрозумілим, якщо врахувати, що у збудженому стані атоми інертних газів стають хімічно подібними до атомів лужних металів, які легко вступають у реакцію з галогенами. Ця аналогія вказує також на те, що у збудженому стані зв'язок має іонний характер: у процесі утворення зв'язку збуджений електрон переходить від інертного атома газу до атома галогену. Тому такий зв'язаний стан також називають станом з перенесенням заряду.
У лазерах на галогенідах інертних газів істотно впливають стан плазми надають процеси фотопоглинання. До них відноситься фотодисоціація вихідного галогену, з якого утворюється галогенід інертного газу F 2 + hν → 2F; фоторозпад утвореного в плазмі негативного іона F - + hν → F + e -; фотоіонізація збуджених атомів та молекул інертного газу Ar * + hν → Ar + + e -; фотодисоціація димерів іонів інертного газу Ar 2 + + hν → Ar + + Ar. А також поглинання самими молекулами галогенідів інертних газів.
Фотопоглинання в активному середовищі лазерів на галогенідах інертних газів можна розділити на лінійне та широкосмугове. Лінійчасте поглинання виникає на зв'язано-пов'язаних переходах, присутніх в лазерній суміші домішок атомарних і молекулярних газів, а також вільних атомів і радикалів, що утворюються під дією розряду або при розкладанні домішкових молекул або за рахунок ерозії електронів. Показано, що лінійне поглинання в деяких випадках може досить суттєво спотворювати спектр генерації, проте, як правило, не призводить до помітного зниження енергії. Широкосмугове поглинання зумовлено, головним чином, зв'язано-вільними переходами, що відбуваються в процесах типу фотодисоціації, фотовідлипання та фотоіонізації.
Ексимерні лазери на галогенідах інертних газів зазвичай накачуються електричним розрядом.
Ефективне накачування ексимерних лазерів, тобто. створення оптимального розряду з точки зору вкладу енергії в активне середовище, ще не гарантує отримання високих генераційних характеристик лазера. Не менш важливо організувати вилучення з активного середовища запасеної в ній світлової енергії.
У цій статті розглянемо достоїнства ексімерних лазерів. На сьогоднішній день медицина має широкий спектр різноманітного лазерного обладнання для лікування складних захворювань у важкодоступних ділянках людського тіла. допомагають досягти ефекту малоінвазивності та безболісності, що має величезну перевагу перед тими хірургічними втручаннями, які проводяться вручну при порожнинних операціях, які дуже травматичні, загрожують високими крововтратами, а також тривалою реабілітацією після них.
Що таке лазер?
Лазер - це спеціальний квантовий генератор, що випромінює тонкий світловий пучок. Лазерні пристрої відкривають неймовірні можливості передач енергій на різні відстані з високою швидкістю. Звичайне ж світло, яке здатне сприйматися людським зором, є невеликими пучками світла, які поширюються в різні боки. Якщо ці пучки сконцентрувати за допомогою лінзи або дзеркала, вийде великий пучок світлових частинок, але навіть він не може зрівнятися з лазерним променем, який складається з квантових частинок, що може бути досягнуто тільки шляхом активації атомів середовища, що лежить в основі лазерного випромінювання.
Різновиди
За допомогою колосальних розробок учених усього світу ексимерні лазери сьогодні широко використовуються в багатьох сферах людської діяльності та мають такі різновиди:
Походження
Цей різновид є ультрафіолетовим, який широко застосовується в області очної хірургії. За допомогою цього пристрою лікарі здійснюють лазерну корекцію зору.
Термін «ексимер» означає «збуджений димер» і характеризує тип матеріалу, який використовується як його робоче тіло. Вперше в СРСР подібний пристрій був представлений у 1971 році вченими В. А. Даниличевим, Н. Басовим та Ю. М. Поповим у Москві. Як робоче тіло такого лазера використовувався димер ксенону, який збуджувався пучком електронів з метою отримати випромінювання з певною довжиною хвиль. Через деякий час для цього стали застосовувати благородні гази з галогенами, і це було зроблено в 1975 році в одній із дослідних лабораторій США вченими Дж. Хартом та С. Сірлесом.
Люди часто запитують, чому корекції зору використовується ексимерний лазер.
Його унікальність
Було встановлено, що ексимерна молекула виробляє за рахунок того, що вона знаходиться в збудженому стані, що «притягує», а також в «відштовхувальному». Цю дію можна пояснити тим, що ксенон або криптон (шляхетні гази) мають високу інертність і, як правило, ніколи не утворюють хімічних сполук. Електричний розряд приводить їх у збуджений стан, внаслідок чого вони можуть утворити молекули або між собою або з галогенами, наприклад, хлором або фтором. Поява молекул, що у збудженому стані, створює, зазвичай, так звану інверсію населеностей, і така молекула віддає свою енергію, що є вимушене чи спонтанне випромінювання. Після цього молекула повертається в основний стан і розпадається на атоми. Пристрій ексімерного лазера є унікальним.
Термін «димер» зазвичай вживається тоді, коли між собою з'єднуються однакові атоми, однак у більшості ексімерних лазерів сучасності використовуються сполуки шляхетних газів та галогенів. Тим не менш, димерами називають і ці сполуки, що застосовуються для всіх лазерів подібної конструкції. Як працює ексімерний лазер? Це ми зараз розглянемо.
Принцип дії ексимерного лазера
Даний лазер є основною дійовою особою PRK та LASIK. Робоче тіло його представляють інертний та галогеновий газ. Коли суміш цих газів проникає висока напруга, один атом галогену і одна атом інертного газу з'єднуються, утворюючи двоатомну молекулу. Вона знаходиться в украй збудженому стані і через тисячну частку секунди розпадається на атоми, що призводить до появи світлової хвилі в УФ-діапазоні.
Цей принцип дії ексимерного лазера знайшов широке застосування в медицині, оскільки ультрафіолетове випромінювання впливає на органічні тканини, наприклад, на рогівку, таким чином, що роз'єднуються зв'язки між молекулами, що призводять до переведення тканин із твердого газоподібного стану. Цей процес називається "фотоабляцією".
Діапазон хвиль
Всі існуючі моделі цього виду функціонують в одному діапазоні довжин хвиль і відрізняються виключно за шириною світлового пучка, а також за складом робочого тіла. Ексимерний лазер для корекції зору застосовується найчастіше. Але є й інші сфери його використання.
Перші мали діаметр світлового пучка, який дорівнював діаметру поверхні, на якій вироблялося випаровування. Широкий діапазон променя та його неоднорідність викликали таку ж неоднорідність верхніх шарів рогівки, а також підвищення температури її поверхні. Цей процес супроводжувався пошкодженнями та опіками. Цю ситуацію виправило створення ексімерного лазера. У МНТК "Мікрохірургія ока" використовують його дуже давно.
Лазери нового покоління пройшли тривалий процес модернізації, в процесі якої було зменшено діаметр світлового пучка, також було створено спеціальну ротаційно-скануючу систему постачання до ока лазерного випромінювання. Розглянемо, як ексімерні лазери використовують лікарі.
Застосування у медицині
У поперечному розрізі такий лазерний промінь виглядає як пляма, що переміщається по колу, знімаючи верхні шари рогівки, а також надаючи їй інший радіус кривизни. У зоні абляції температура не піднімається, оскільки дія є короткочасною. В результаті операції спостерігається рівна та чітка поверхня рогівки. Ексімерний лазер в офтальмології незамінний.
Хірург, який здійснює оперативне втручання, заздалегідь визначає, яка порція енергії, яка подаватиметься на рогівку, а також на яку глибину впливатиме ексимерний лазер. Звідси фахівець може заздалегідь планувати перебіг процесу та припускати, який результат буде отримано за підсумками проведення операції.
Лазерна корекція зору
Як працює ексімерний лазер в офтальмології? В основі популярної сьогодні методики лежить так зване комп'ютерне перепрофілювання рогівки, що є головною оптичною лінзою людського ока. Ексимерний лазер, яким впливають на неї, згладжує поверхню рогівки, прибираючи верхні шари і, таким чином, усуваючи дефекти, що є на ній. У цьому з'являються нормальні умови отримання оком правильних образів, створюючи правильність заломлення світла. Люди, яким було проведено таку процедуру, бачать як усі, хто має спочатку гарний зір.
Процедура перепрофілювання рогівки не викликає виникнення на її поверхні високих температур, що може виявитися згубним для живих тканин. І, як вважають більшість людей, немає так званого випалювання верхніх верств рогівки.
Найголовніша перевага ексімерних лазерів полягає в тому, що їх використання для корекції зору дозволяє отримати ідеальний результат і виправляти всі практичні аномалії рогівки. Ці пристрої є настільки високоточними, що дозволяють забезпечити фотохімічну абляцію верхніх шарів.
Наприклад, якщо цей процес здійснюється на центральній зоні рогівки, то її форма стає майже плоскою, а це допомагає виправити короткозорість. Якщо в процесі корекції зору випаровують шари рогівки в зоні периферії, то її форма стає округлішою, а це, у свою чергу, коригує далекозорість. Астигматизм виправляється за допомогою дозованого видалення верхніх шарів рогівки у різних її частинах. Сучасні ексимерні лазери, які широко використовуються у рефракційній мікрохірургії ока, гарантують високу якість поверхні, що піддається фотоабляції.
Особливості використання у медицині
Ексимерні лазери в тому вигляді, який вони мають сьогодні, з'явилися зовсім недавно, але вже зараз вони допомагають людям усього світу позбутися таких проблем із зором, як короткозорість, далекозорість, астигматизм. Подібне вирішення проблеми, вперше за довгі роки створення такого обладнання, відповідає всім вимогам безболісності, максимальної безпеки та ефективності.
Захворювання ока, які лікуються шляхом застосування
Область офтальмохірургії, яка займається усуненням даних аномалій людського ока, називається рефракційною хірургією, а подібні порушення – аномаліями аметропії та рефракції.
На думку фахівців, виділяється два різновиди рефракції:
Аметропія, у свою чергу, включає кілька підвидів:
- міопія (близорукість);
- астигматизм - отримання оком спотвореного зображення, коли рогівка має неправильну кривизну, і потік світлових променів стає неоднаковим різних ділянках її поверхні;
- гіперметропія (дальнозоркість).
Астигматизм буває двох видів - гіперметропічним, який близький до далекозорості, міопічним, подібним до короткозорості і змішаним.
Щоб правильно уявити суть рефракційних маніпуляцій, необхідно мінімально знати анатомію людського ока. Система оптики ока складається з трьох основних елементів - рогівки, кришталика, що є світлозаломлюючими частинами, а також сітківки, яка є частиною, що сприймає світло. Для того, щоб одержуване зображення ставало чітким і різким, сітківка знаходиться у фокусі кулі. Однак якщо вона знаходиться попереду фокусу, а таке буває при далекозорості, або позаду нього, що буває при короткозорості, зображення стає нечітким і значно розмитим.
У людини оптика ока може змінюватися протягом життя, зокрема з моменту народження і до 16-20 років вона змінюється у зв'язку із зростанням та збільшенням у розмірах очного яблука, а також під впливом деяких факторів, які можуть призвести до утворення тих чи інших аномалій . Таким чином, пацієнтами хірурга, який займається рефракцією ока, найчастіше стають люди дорослого віку.
Протипоказання до процедури корекції зору ексімерним променем
Корекція зору ексимерним лазером показана не всім людям, які страждають на порушення зору. Забороною застосування цієї процедури є:
Можливі ускладнення після застосування
Усі існуючі методики лікування ексимерним лазером на сьогоднішній день відрізняються високою безпекою та особливою ефективністю. Тим не менш, існує ряд ускладнень, які можуть виникнути після хірургічного втручання з використанням подібних методик. До них відносяться:
- Часткове або неправильне приростання частини рогівки, після чого збільшити цю частину знову неможливо.
- Так званий синдром сухого ока, коли у пацієнта виникає почервоніння та болючі відчуття в оці. Дане ускладнення може виникати у випадках, якщо в процесі корекції зору було пошкоджено нервові закінчення, які відповідають за вироблення сльози.
- Різноманітні розлади зору, наприклад, двоїння чи зниження зору темряві, порушення сприйняття кольорів чи поява світлового ореолу.
- Ослаблення чи розм'якшення рогівки, що може статися як за кілька місяців після оперативного втручання, і через кілька років.
Ексимерний лазер у дерматології
Вплив низькочастотного лазера на шкіру вкрай позитивний. Це відбувається завдяки таким ефектам:
- протизапальному;
- антиоксидантний;
- знеболювальному;
- імуномодулюючому.
Тобто є певний біостимулюючий механізм дії лазерного випромінювання з невеликою потужністю.
Успішно проходить лікування ексімерним лазером вітіліго. Пігментні плями на шкірі дуже швидко згладжуються.
Ексімерний лазер – основна дійова особа ФРК та ЛАСІКу. Свою назву він отримав від комбінації двох слів: excited – збуджений, dimer – подвійний. Активне тіло таких лазерів складається із суміші двох газів – інертного та галогенового. При подачі високої напруги суміш газів, атом інертного газу і атом галогену формують молекулу двоатомного газу. Ця молекула знаходиться у збудженому та вкрай нестабільному стані. За мить, близько тисячних часток секунди, молекула розпадається. Розпад молекули призводить до випромінювання світлової хвилі в ультрафіолетовому діапазоні (частіше 193 нм).
Принцип впливу випромінювання ультрафіолетового діапазону на органічну сполуку, зокрема на рогівкову тканину, полягає у роз'єднанні міжмолекулярних зв'язків і, як результат, переведення частини тканини з твердого стану в газоподібний (фотоабляція). Перші лазери мали діаметр пучка рівний діаметру поверхні, що випаровується, і відрізнялися значною ушкоджувальною дією на рогівку. Широкий профіль променя, його неоднорідність, викликали неоднорідність кривизни поверхні рогівки, досить високий нагрівання тканини рогівки (на 15-20˚), що тягло за собою опіки і помутніння рогівки.
Оскільки хірургу заздалегідь відомо, яка порція світлової енергії, що подається на об'єкт (рогівку), він може розрахувати, на яку глибину буде проведена абляція. І якого результату він досягне в процесі проведення рефракційної операції. І ось, нарешті - на порозі третього тисячоліття з'явився новий метод, що дозволяє вирішити цю проблему - це ексимер-лазерна корекція, яка позбавляє людей короткозорості, астигматизму і далекозорості. Лазерна корекція вперше відповідає всім вимогам людини із "поганим" зором. Наукова обґрунтованість, безболісність, максимальна безпека, стабільність результатів – це ті беззастережні чинники, що її характеризують. Область офтальмохірургії, що займається корекціями цих аномалій, називається рефракційна хірургія, а самі вони - аномалії рефракції або аметропії.
Фахівці виділяють два типи рефракції:
- Емметропія- Нормальний зір;
- Аметропія- аномальний зір, що включає кілька видів: міопія – короткозорість; гіперметропія – далекозорість, астигматизм – спотворення зображення, коли кривизна рогівки неправильна та перебіг світлових променів на різних її ділянках неоднаковий. Астигматизм буває міопічним (близоруким), гіперметропічним (далекозорим) та змішаним. Щоб зрозуміти суть рефракційних втручань, дуже коротко і схематично згадаємо анатомічну – фізику ока. Оптична система ока складається з двох структур: світлозаломлююча частина - рогівка і кришталик і світлосприймаюча частина - сітківка, розташована на певній (фокусній) відстані. Для того, щоб зображення було різким і чітким, сітківка повинна перебувати у фокусі оптичної сили кулі. У випадку, якщо сітківка буде перед фокусом, що буває при далекозорості або позаду фокусу при короткозорості, зображення предметів буде розмитим і нечітким. При цьому з моменту народження і до 18-20 років оптика ока змінюється через фізіологічне зростання очного яблука і під дією факторів, що нерідко призводять до формування тих чи інших аномалій рефракції. Тому пацієнтом рефракційного хірурга частіше стає людина, яка досягла 18-20 років.
В основі ексимерно-лазерної корекції зору лежить програма "комп'ютерного перепрофілювання" поверхні основної оптичної лінзи ока людини - рогівки. За індивідуальною програмою корекції холодний промінь "вигладжує" рогівку, усуваючи всі наявні дефекти. При цьому формуються нормальні умови для оптимального спотворення світла та отримання неспотвореного образу в оці, як у людей з гарним зором. Процес "перепрофілювання" не супроводжується згубним підвищенням температури тканин рогівки, і як багато хто помилково вважає ні якого "випалювання" не відбувається. І найголовніше, ексимер-лазерні технології дозволяють отримати настільки "ідеальний новий заданий профіль" рогівки, що дало можливість виправляти ними практично всі види та ступеня аномалій рефракції. Говорячи науковою мовою, ексимерні лазери - високоточні системи, що забезпечують необхідну "фотохімічну абляцію" (випаровування) шарів рогівки. Якщо тканина видаляється в центральній зоні, то рогівка стає більш плоскою, що виправляє короткозорість. Якщо ж випарувати периферичну частину рогівки, то її центр стане "крутішим", що дозволяє коригувати далекозорість. Дозоване видалення в різних меридіанах рогівки дозволяє виправляти астигматизм. Сучасні лазери, що використовуються в рефракційній хірургії, надійно гарантують високу якість поверхні.
Працює на електронних переходах ексимерних молекул (молекул, що існують лише в електронно-збуджених станах). Залежність потенц. енергії взаємодії атомів ексимерної молекули, що перебуває в основному електронному стані, від міжядерної відстані є монотонно спадаючою ф-цією, що відповідає відштовхуванню ядер. Для збудженого електронного стану, що є верх, рівнем лазерного переходу, така залежність має мінімум, що визначає можливість існування найексимернішої молекули (рис.). Час життя збудженої ексимерної молекули обмежений
Залежність енергії есимерної молекули від відстані Rміж її складовими атомами X і Y; верхня крива - для верхнього лазерного рівня, нижня крива - для нижнього лазерного рівня. Значення відповідають центру лінії посилення активного середовища, його червоної та фіолетової меж. часом її радіації. розпаду. Бо ниж. стан лазерного переходу в Е. л. спустошується в результаті розльоту атомів ексимерної молекули, характерний час якого (10 -13 - 10 -12 с) значно менше часу радіації. спустошення верх, стани лазерного переходу, газ, що містить ексімерні молекули, є активним середовищемз посиленням на переходах між збудженими зв'язаними та основним розлітним термами ексимерної молекули.
Основу активного середовища Е. л. складають зазвичай двоатомні ексимерні молекули - короткоживучі сполуки атомів інертних газів один з одним, з галогенами або з киснем. Довжина хвилі випромінювання Е. л. лежить у видимій чи ближній УФ-області спектру. Ширина лінії посилення лазерного переходу Е. л. аномально велика, що з розлітним характером нижнього терму переходу. Характерні значення параметрів лазерних переходів для найбільш поширених Е. л. представлені у таблиці.
Параметри ексимерних лазерів
Оптимальні параметри активного середовища Е. л. відповідають оптимальним умовам утворення ексімерних молекул. Як правило, сприятливі умови для утворення димерів інертних газів відповідають діапазону тисків 10-30 атм, коли відбувається інтенсивне утворення таких молекул при потрійних зіткненнях за участю збуджених атомів:
При таких високих тисках найбільше ефф. спосіб введення енергії накачування в активне середовище лазера пов'язаний з пропусканням через газ пучка швидких електронів, які втрачають енергію переважно. на іонізацію атомів газу. Конверсія атомних іонів у молекулярні та подальша дисоціативна рекомбінація молекулярних іонів 
що супроводжується утворенням збуджених атомів інертного газу, забезпечують можливість ефф. перетворення енергії пучка швидких електронів на енергію ексимерних молекул Лазери на димерах інертних газів характеризуються ккд ~1%. основ. Недоліком лазерів цього типу є надзвичайно високе значення уд. порогового енерговкладу, що пов'язано з малою довжиною хвилі лазерного переходу і, отже, шириною лінії посилення. Це накладає високі вимоги на характеристики електронного пучка, що використовується як джерело накачування лазера, і обмежує значення вихідної енергії лазерного випромінювання на рівні часток Дж (в імпульсі) при частоті повторення імпульсів не вище дек. Гц. Подальше збільшення вихідних характеристик лазерів на димерах інертних газів залежить від розвитку техніки електронних прискорювачів з тривалістю імпульсу електронного пучка порядку десятків і енергією пучка ~кДж.
Істотно вищими вихідними характеристиками відрізняються Е. л. на моногалогеніда інертних газів RX *, де X - атом галогену. Молекули цього ефективно утворюються при парних зіткненнях, напр.или
Зазначені процеси протікають з достатньою інтенсивністю вже при тисках атмосферного порядку, тому проблема введення енергії в активне середовище таких лазерів виявляється технічно значно менш складною, ніж у випадку лазерів на димерах інертних газів. Активне середовище Е. л. на моногалогеніда інертних газів складається з одного або дек. інертних газів при тиску порядку атмосферного і деякого кіл-ва (~10 -2 атм) га-логеносодержаших молекул. Для збудження лазера застосовується або пучок швидких електронів, або імпульсний електрич. розряд. При використанні пучка швидких електронів вихідна енергія лазерного випромінювання досягає значень ~ 10 3 Дж при ккд на рівні дек. відсотків та частоті повторення імпульсів значно нижче 1 Гц. У разі використання електрич. розряду вихідна енергія лазерного випромінювання в імпульсі вбирається у часткою Дж, що пов'язані з труднощами формування однорідного за обсягом розряду отже, обсязі при атм. тиску за час ~ 10 нс. Однак при застосуванні електрич. розряду досягається висока частота повторення імпульсів (до дек. кГц), що відкриває можливості широкого практич. використання лазерів цього типу. наиб. широке поширення серед Е. л. отримав лазер на XeCl, що пов'язано з відносною простотою реалізації роботи у режимі високої частоти повторення імпульсів. Cp. вихідна потужність цього лазера сягає рівня 1 кВт.
Поряд з високими енергетич. характеристиками важливою привабливою особливістю Е. л. є надзвичайно високим значенням ширини лінії посилення активного переходу (табл.). Це відкриває можливість створення потужних лазерів УФ і видимого діапазонів з плавною перебудовою довжини хвилі в досить широкій області спектру. Зазначене завдання вирішується за допомогою інжекційної схеми збудження лазера, що включає малопотужний генератор лазерного випромінювання з довжиною хвилі, що перебудовується в межах ширини лінії посилення активного середовища Е. л., і широкосмуговий підсилювач. Ця схема дозволяє отримати лазерне випромінювання з шириною лінії ~ 10 -3 HM, яке перебудовується по довжині хвилі в діапазоні шириною ~ 10 HM і більше.
е. л. широко використовуються завдяки своїм високим енергетич. характеристикам, малій довжині хвилі та можливості її плавної перебудови у досить широкому діапазоні. Потужні моноімпульсні Е. л., що збуджуються електронними пучками, застосовуються в установках дослідження лазерного нагріву мішеней з метою здійснення термоядерних реакцій (напр., KrF-лазер з HM, вихідною енергією в імпульсі до 100 кДж, тривалістю імпульсу ~ 1 не). Лазери з високою частотою повторення імпульсів, що збуджуються імпульсним газовим розрядом, використовуються в техно. цілях при обробці виробів мікроелектроніки, в медицині, в експериментах з лазерного поділу ізотопів, при зондуванні атмосфери з метою контролю її забруднення, фотохімії і в експеримент. фізики як інтенсивне джерело монохроматич. випромінювання УФ або видимого діапазону.
Літ.:Ексимерні лазери, за ред. Ч. Роудза, пров. з англ., M., 1981; ЄлецькийА. Ст Смірнов Би. M., Фізичні процеси в газових лазерах, M.. 1985. О. В. Єлецький.
