Свойства лазерного излучения

Слово лазер (laser) представляет собой акроним, т.е. искусственное слово, составленное из начальных букв слов, указывающих принцип его работы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света вынужденным излучением. При работе лазера происходит испускание фотонов и усиление этого испускания атомами и молекулами в специальной оптической среде. Первоначально слово «лазер» обозначало процесс лазерной генерации излучения, но затем оно стало применяться для обозначения самих устройств, генерирующих лазерное излучение.

Все лазерные устройства состоят из трех основных компонентов: источника энергии, активной среды и лазерного резонатора. Лазерное излучение генерируется активной лазерной средой, которая может быть твердым телом, жидкостью, газом или полупроводником. Перевод в возбужденное состояние активной среды, при котором подавляюще большинство атомов и молекул активной среды одновременно переходят в более высокое энергетическое состояние, обеспечивается источником энергии. В медицинских лазерных системах могут применяться различные источники энергии, наиболее часто в качестве источника энергии используются лампы-вспышки и электрический ток.

Лазерный пучок, получаемый при вынужденном излучении в результате многократного отражения света между зеркалами лазерного резонатора, обладает специфическими свойствами, обусловленными тем, что характеристики всех генерируемых фотонов совпадают с характеристиками каждого из инициирующих фотонов.

Лазерный пучок обладает следующими тремя свойствами:

- когерентностью – все волны лазерного пучка имеют одинаковую фазу;

 

- коллимированностью (направленностью) – очень малым расхождением лучей лазерного пучка даже на больших дистанциях, т.е. почти параллельные лучи;

 

- монохроматичностью – все волны имеют одинаковую длину и частоту (экстремально узкая спектральная полоса излучения). В медицинских системах и в большинстве клинических методах спектральная ширина полосы выходного пучка столь мала, что ею можно пренебречь, в связи с чем такие лазеры можно считать работающими на одной единственной длине волны, т.е. монохроматичными.

 

Лазерный пучок можно сфокусировать таким образом, что его площадь поперечного сечения будет очень малой. Таким образом можно получать очень высокие плотности энергии, которые будут достаточны даже для разрушения твердых тканей.

Вследствие этого мощное лазерное излучение, имеющее специфические характеристики, в настоящее время широко применяется в промышленности, науке, для военных целей, в медицине и других областях. Технический прогресс и усовершенствование методик применения лазерных систем привели к тому, что за последние десять лет были достигнуты впечатляющие результаты по созданию универсальных лазерных систем. Сказанное в первую очередь относится к сектору медицинских лазерных систем, которые сейчас уже стали стандартным медицинским оборудованием для большинства клинических дисциплин.

Имеющиеся лазерные установки отличаются по длине волны и характеристикам лазерного излучения. Что касается различных активных лазерных сред, то лишь немногие из них обладают свойствами и характеристиками, способствующими широкому применению и подходящими для использования в медицине.

В зависимости от используемого источника энергии для возбуждения и конфигурации лазерного резонатора выходной пучок лазерного излучения может быть импульсным или непрерывным (cw - непрерывное излучение). Лазеры непрерывного излучения обеспечивают передачу постоянной энергии в течение определенного времени работы или работают в импульсном режиме (с заданными прерываниями передаваемой энергии). Импульсные лазеры передают всю энергию, накопленную активной лазерной средой, в течение импульса излучения. В импульсных лазерах можно изменять в широком диапазоне длительность и энергию отдельных импульсов выходного излучения, а также частоту испускания импульсов. Импульсы могут выдаваться по одному, группами или непрерывно в широком диапазоне частот.

Существуют различные системы доставки лазерного излучения с лазерного устройства на биоткань. На практике используются только две системы доставки лазерного излучения. Шарнирные манипуляторы применяются в тех случаях, когда доставка лазерного излучения световодом невозможна из-за диапазона длин волн, например, в случае дальней части ультрафиолетового или средней части инфракрасного диапазонов, а также из-за слишком большой мощности передаваемого импульса, приводящего к разрушению световода.

В тех случаях, когда это возможно, применяются световоды. Предпочтение такой системе доставки лазерного излучения отдается по следующим причинам: световоды обладают высокой гибкостью и возможно применение световодов различного диаметра (от 200 до 1000 мкм).

Для доставки лазерного излучения на поверхность биоткани в качестве системы доставки могут использоваться шарнирные манипуляторы, фокусирующая насадка или оголенный световод. Для интерстициальных и эндоскопических вмешательств как правило требуется применение гибкого световода.

-

Search