В современной рефракционной хирургии используются 2 вида лазерных систем для лазерной коррекции зрения: это эксимерные и фемтосекундные установки, которые имеют ряд отличительных особенностей и применяются для решения различных задач.
Эксимерные лазеры
Эксимерный лазер относится к газовым лазерным устройствам. Рабочей средой в этом лазере является смесь, которая состоит из инертных и галогеновых газов. В результате особых реакция происходит образование эксимерных молекул.
Слово эксимер является аббревиатурой, которую можно дословно перевести, как возбужденный димер. Этим термином обозначают нестабильную молекулу, которая формируется при стимуляции электронами. При дальнейшем переходе молекул в прежнее состояние происходит выброс фотонов. При этом длина волны зависит от газа, который применяется в устройстве. В медицинской практике обычно используют эксимерные лазеры, которые излучают фотоны в области ультрафиолетового спектра (157-351 нм).
В медицинских целях используют импульсный световой поток высокой мощности, который приводит к абляции тканей в зоне воздействия. Так эксимерный лазер в некоторых случаях может заменить скальпель, так как вызывает фотохимическую деструкцию поверхностных тканей. При этом лазер не приводит к повышению температуры и последующему тепловому разрушению клеток, которое затрагивает глубжележащие ткани.
История эксимерных лазеров
В 1971 году впервые эксимерный лазер был представлен в Физическом институте имени Лебедева П.Н. в Москве несколькими учеными (Басов, Попов, Даниличев). В этом устройстве использовался биксенон, который возбуждался электронами. Лазер имел длину волны 172 нм. В дальнейшем в устройстве стали применять смеси различных газов (галогены и инертные газы). Именно в таком виде лазер был запатентован американцами Хартом и Сирлесом из лаборатории ВМС. Сначала этот лазер использовали для гравировки компьютерных чипов.
Только в 1981 году ученый Шривансон выявил свойство лазера производить сверхточные разрезы тканей, не вызывая при этом повреждения окружающих клеток высокими температурами. При облучении тканей лазером с длиной волны в ультрафиолетовом диапазоне происходит разрыв межмолекулярных связей, в результате чего ткани из твердых становятся газообразными, то есть происходит их испарение (фотоабляция).
В 1981 году лазеры начали внедрять в офтальмологическую практику. При этом лазер использовали для влияния на роговицу.
В 1985 году была проведена первая лазерная коррекция по методике ФРК с применением эксимерного лазера.
Все эксимерные лазеры, которые используют в современной клинической практике, работают в импульсном режиме (частота 100 или 200 Гц, длина импульса 10 или 30 нс) с одинаковым диапазоном длин волн. Эти устройства различаются формой лазерного пучка (летающее пятно или сканирующая щель) и составом инертного газа. В поперечном разрезе пучок лазера выглядит как пятно или щель, он перемещается по определенной траектории, удаляя заданные слои роговицы. В результате роговица приобретает новую форму, которая была запрограммирована с учетом индивидуальных параметров. В зоне фотоабляции нет существенного (более 6-5 градусов) повышения температуры, так как продолжительность лазерного облучения незначительная. При каждом импульсе лазерный пучок испаряет один слой роговицы, толщина которого составляет 0,25 мкм (примерно в пятьсот раз меньше, чем волос человека). Такая точность позволяет получить отменный результат при использовании эксимерного лазера для коррекции зрения.
Фемтосекундные лазеры
Офтальмология, как и многие другие области медицины, активно развивается в последние годы. Благодаря этому, совершенствуются методики проведения операций на глазах. Около половины успеха операции зависит от современного оборудования, которое используется во время диагностики и непосредственно при проведении вмешательства. Во время выполнения лазерной коррекции зрения используется луч, который контактирует с роговицей и с высокой точностью изменяет ее форму. Это позволяет сделать операцию бескровной и максимально безопасной. Именно в офтальмологии раньше, чем в других областях медицинской практики, стали использовать лазер для проведения оперативных вмешательств.
При лечении заболеваний глаз используют лазерные устройства особого типа, которые различаются источником изучения, длиной волны (криптоновые лазеры, имеющие красно-желтый диапазон свечения, аргоновые лазеры, гелий-неоновые установки, эксимерные лазеры и др.). В последнее время широкое распространение получили фемтосекундные лазеры, которые отличаются коротким импульсом свечения, составляющим всего несколько (иногда несколько сотен) фемтосекунд.
Преимущества фемтосекундных лазеров
Фемтосекундные лазеры имеют ряд преимуществ, которые делают их незаменимыми для использования в офтальмологии. Приборы эти отличаются высокой точностью, поэтому можно получить очень тонкий слой роговицы с заданными заранее параметрами лоскута.
Во время операции контактная линза установки соприкасается на мгновение с роговицей, в результате чего формируется лоскут из поверхностных слоев. Уникальные возможности фемтосекундного лазера помогают сформировать лоскут любой формы и толщины в зависимости от потребностей хирурга.
Областью применения фемтосекундного лазера в офтальмологии является коррекция аметропии (астигматизма, близорукости, гиперметропии), трансплантация роговицы и создание интрастромальных колец. Именно операции, в которых используется фемтосекундный лазер, позволяют получить стабильный и высокий результат. После проведения оперативного вмешательства лоскут помещают на прежнее место, поэтому раневая поверхность заживает очень быстро без наложения швов. Также при использовании фемтосекундного лазера снижается дискомфорт во время операции и болевые ощущения после нее.
7 фактов в пользу фемтосекундного лазера
- При хирургической операции не требуется использования скальпеля, а сама манипуляция проходит очень быстро. Для того, чтобы создать лоскут при помощи лазера требуется всего 20 секунд. Масштаб лазера идеально подходит для офтальмологических вмешательств. Во время и после процедуры пациент не испытывает болевых ощущений, потому что ткани практически не повреждаются (слои сетчатки расслаиваются под влиянием воздушных пузырьков).
Сразу же после отделения лоскута роговицы можно приступать к непосредственной коррекции зрения путем выпаривания стромального вещества. При этом вся операция занимает не более шести минут для одного глаза. Если же использовать другой лазер, то может понадобиться время для того, чтобы исчезли все воздушные пузырьки (около часа). - Операцию проводят под контролем Eye-tracking, который представляет собой систему слежения за смещением глазного яблока. Благодаря этому, все импульсы лазерного луча попадают именно в ту точку, в которую было запрограммировано. В результате зрение после операции восстанавливается до высоких значений.
- Острота зрения в темноте при проведении операции на фемтосекундном лазере также достигает высоких значений. Особенно хорошо восстанавливается темновое зрение после коррекции по методике ФемтоЛасик, при которой учитываются индивидуальные параметры роговицы и зрачка пациента.
- Быстрое восстановление. После лазерной коррекции зрения можно сразу же ехать домой, но специалисты рекомендуют задержаться в клинике хотя бы на день. Это позволит снизить риск заражения и травм роговицы по дороге. Зрительная функция восстанавливается максимально быстро. Ужа на следующее утро острота зрения достигает максимальных значений.
- Нетрудоспособность только сутки. Полное заживление роговицы продолжается около недели, но в большинстве случаев пациент может вернуться к работе уже на следующий день после операции с применением фемтосекундного лазера. В течение восстановительного периода следует закапывать специальные капли, а также исключить физическую активность и повышенные зрительные нагрузки.
- Техническое совершенство при выполнении ФемтоЛасик становится возможным, благодаря богатому опыту проведения подобных операций. Фемтосекундный лазер используют еще с 1980 года, и за это время были исправлены все ошибки и неточности методики.
- Предсказуемость результатов при этом типе лазерной коррекции зрения достигает 99%. Крайне редко в силу индивидуальных особенностей пациента после операции отмечается недокоррекция, которая требует повторного вмешательства или очковой коррекции.
ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР
ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР
- газовый лазер ,
работающий на электронных переходах эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно-возбуждённых состояниях). Зависимость потенц. энергии взаимодействия атомов эксимерной , находящейся в основном электронном состоянии, от межъядерного расстояния является монотонно спадающей ф-цией, что отвечает отталкиванию ядер. Для возбуждённого электронного , являющегося верх, уровнем лазерного перехода, такая зависимость имеет минимум, определяющий возможность существования самой эксимерной (рис.). Время жизни возбуждённой эксимерной молекулы ограничено
Зависимость энергии эсимерной молекулы от расстояния R
между составляющими её атомами X и Y; верхняя кривая - для верхнего лазерного уровня, нижняя кривая-для нижнего лазерного уровня. Значения соответствуют центру линии усиления активной среды, её красной и фиолетовой границам. временем её радиац. распада. Поскольку ниж. состояние лазерного перехода в Э. л. опустошается в результате разлёта атомов эксимерной молекулы, характерное к-рого (10 -13 - 10 -12 с) значительно меньше времени радиац.
опустошения верх, состояния лазерного перехода, содержащий эксимерные молекулы, является активной средой
с усилением на переходах между возбуждёнными связанными и основным разлётным термами эксимерной молекулы.
Основу активной среды Э. л. составляют обычно двухатомные эксимерные молекулы - короткоживущие соединения атомов инертных газов друг с другом, с галогенами или с кислородом. Длина излучения Э. л. лежит в видимой или ближней УФ-области спектра. Ширина линии усиления лазерного перехода Э. л. аномально велика, что связано с разлётным характером нижнего терма перехода. Характерные значения параметров лазерных переходов для наиб, распространённых Э. л. представлены в таблице.
Параметры эксимерных лазеров
Оптимальные параметры активной среды Э. л. соответствуют оптимальным условиям образования эксимерных молекул. Наиб, благоприятные условия для образования димеров инертных газов соответствуют диапазону давлений 10-30 атм, когда происходит интенсивное образование таких молекул при тройных столкновениях с участием возбуждённых атомов:
При столь высоких давлениях наиболее эфф. способ введения энергии накачки в активную среду лазера связан с пропусканием через газ пучка быстрых электронов, к-рые теряют энергию преим. на ионизацию атомов газа. Конверсия атомных ионов в молекулярные и последующая диссоциативная молекулярных ионов 
сопровождающаяся образованием возбуждённых атомов инертного газа, обеспечивают возможность эфф. преобразования энергии пучка быстрых электронов в энергию эксимерных молекул Лазеры на димерах инертных газов характеризуются ~1%. Осн. недостатком лазеров данного типа является чрезвычайно высокое значение уд. порогового энерговклада, что связано с малой длиной волны лазерного перехода и значит, шириной линии усиления. Это накладывает высокие требования на характеристики электронного пучка, используемого в качестве источника накачки лазера, и ограничивает значения выходной энергии лазерного излучения на уровне долей Дж (в импульсе) при частоте повторения импульсов не выше неск. Гц. Дальнейшее увеличение выходных характеристик лазеров на димерах инертных газов зависит от развития техники электронных ускорителей с длительностью импульса электронного пучка порядка десятков не и энергией пучка ~кДж.
Существенно более высокими выходными характеристиками отличаются Э. л. на моногалогенидах инертных газов RX*, где X - галогена. Молекулы этого типа эффективно образуются при парных соударениях, напр.или
Указанные протекают с достаточной интенсивностью уже при давлениях порядка атмосферного, поэтому проблема введения энергии в активную среду таких лазеров оказывается технически значительно менее сложной, чем в случае лазеров на димерах инертных газов. Активная среда Э. л. на моногалогенидах инертных газов состоит из одного или неск. инертных газов при давлении порядка атмосферного и нек-рого кол-ва (~10 -2 атм) га-логеносодержаших молекул. Для возбуждения лазера применяется либо пучок быстрых электронов, либо импульсный электрич. разряд. При использовании пучка быстрых электронов выходная лазерного излучения достигает значений ~ 10 3 Дж при кпд на уровне неск. процентов и частоте повторения импульсов значительно ниже 1 Гц. В случае использования электрич. разряда выходная энергия лазерного излучения в импульсе не превышает долей Дж, что связано с трудностью формирования однородного по объёму разряда в значит, объёме при атм. давлении за время ~ 10 нс. Однако при применении электрич. разряда достигается высокая частота повторения импульсов (до неск. кГц), что открывает возможности широкого практич. использования лазеров данного типа. Наиб. широкое распространение среди Э. л. получил на XeCl, что связано с относительной простотой реализации работы в режиме высокой частоты повторения импульсов. Cp. выходная этого лазера достигает уровня 1 кВт.
Наряду с высокими энергетич. характеристиками важной привлекательной особенностью Э. л. является чрезвычайно высокое значение ширины линии усиления активного перехода (табл.). Это открывает возможность создания мощных лазеров УФ- и видимого диапазонов с плавной перестройкой длины волны в достаточно широкой области спектра. Указанная задача решается с помощью инжекционной схемы возбуждения лазера, включающей в себя маломощный генератор лазерного излучения с длиной волны, перестраиваемой в пределах ширины линии усиления активной среды Э. л., и широкополосный усилитель. Эта схема позволяет получить лазерное с шириной линии ~ 10 -3 HM, перестраиваемое по длине волны в диапазоне шириной ~ 10 HM и более.
Э. л. широко используются благодаря своим высоким энергетич. характеристикам, малой длине волны и возможности её плавной перестройки в довольно широком диапазоне. Мощные моноимпульсные Э. л., возбуждаемые электронными пучками, применяются в установках по исследованию лазерного нагрева мишеней с целью осуществления термоядерных реакций (напр., KrF-лазер с HM, выходной энергией в импульсе до 100 кДж, длительностью импульса ~ 1 не). Лазеры с высокой частотой повторения импульсов, возбуждаемые импульсным газовым разрядом, используются в технол. целях при обработке изделий микроэлектроники, в медицине, в экспериментах по лазерному разделению изотопов, при зондировании атмосферы в целях контроля её загрязнения, в фотохимии и в эксперим. физике в качестве интенсивного источника монохроматич. излучения УФ- или видимого диапазона.
Лит.:
Эксимерные лазеры, под ред. Ч. Роудза, пер. с англ., M., 1981; ЕлецкийА. В.. Смирнов Б. M., Физические процессы в газовых лазерах, M.. 1985. А. В. Елецкий.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Смотреть что такое "ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР" в других словарях:
Эксимерный лазер разновидность ультрафиолетового газового лазера, широко применяемая в глазной хирургии (лазерная коррекция зрения) и полупроводниковом производстве. Термин эксимер (англ. excited dimer) обозначает возбуждённый димер и… … Википедия
эксимерный лазер - Газовый лазер в котором лазерная активная среда в виде неустойчивого соединения ионов создается в газовом разряде при электрической накачке. [ГОСТ 15093 90] Тематики лазерное оборудование EN excimer laser … Справочник технического переводчика
эксимерный лазер - eksimerinis lazeris statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. excimer laser vok. Excimer Laser, m rus. эксимерный лазер, m pranc. laser à excimères, m … Radioelektronikos terminų žodynas
У этого термина существуют и другие значения, см. Лазер (значения). Лазер (лаборатория NASA) … Википедия
Лазер, применяющийся для удаления очень тонких слоев ткани с поверхности роговицы глаза. Данная операция может производиться с целью изменения кривизны поверхности роговицы, например, в процессе лечения миопии (фоторефракционная кератэктомия… … Медицинские термины
- (аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) прибор, позволяющий получить очень тонкий пучок света с высокой концентрацией энергии в нем. В хирургической практике лазер применяется для проведения операций,… … Медицинские термины
ЛАЗЕР - (laser) (аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) прибор, позволяющий получить очень тонкий пучок света с высокой концентрацией энергии в нем. В хирургической практике лазер применяется для проведения операций,… … Толковый словарь по медицине
ЛАЗЕР ЭКСИМЕРНЫЙ - (excimer laser) лазер, применяющийся для удаления очень тонких слоев ткани с поверхности роговицы глаза. Данная операция может производиться с целью изменения кривизны поверхности роговицы, например, в процессе лечения миопии (фоторефракционная… … Толковый словарь по медицине
Линия фотолитографии для производства кремниевых пластин Фотолитография метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике и в полиграфии. Один из … Википедия
Книги
- Генераторы высоковольтных импульсов на основе составных твердотельных коммутаторов , Хомич Владислав Юрьевич, Мошкунов Сергей Игоревич. Монография посвящена вопросам разработки и создания высоковольтных генераторов импульсов на полупроводниковой основе. Описаны основные принципы построения составных высоковольтных…
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Учебно-методическое пособие
Эксимерные лазеры
Н.В. Лисицына
Москва 2006
Введение
1. Теоретические основы
1.1 Активная среда
1.1.2 Лазеры на окислах инертных газов
1.1.3 Лазеры на эксимерных молекулах чистых инертных газов
1.1.4 Лазеры на двухатомных галогенах
1.1.5 Лазеры на парах металлов
1.1.6 Охлаждение, вентиляция и очистка рабочего газа
1.2 Накачка
1.2.1 Накачка электронным пучком
1.2.2 Накачка электрическим разрядом
1.2.2.1 Разрядные цепи
1.2.2.2 Накачка быстрым поперечным электрическим разрядом
2.2.3 Накачка электрическим разрядом с предионизацией электронным пучком
1.2.2.4 Накачка двойным электрическим разрядом
1.3 Параметры выходного излучения
2. Коммерческие модели эксимерных лазеров
2.1 Лазер LPXPro 305 фирмы LAMBDA PHYSIK (Германия)
2.2 Лазер eX5 ФИРМЫ gam lasers, inc (сша)
3. Применения
3.1 Фотолизное возбуждение лазерных сред
3.2 Генерация коротковолнового излучения
3.2.1 Фотолитография
3.2.2 Лазерная хирургия. Пример пересчета параметров лазерного излучения
Литература
Введение
Эксимерные лазеры - один из самых интересных видов лазеров. Излучение источников, относящихся к этому виду, в спектральном диапазоне занимает промежуток от 126 нм до 558 нм. Благодаря такой малой длине волны излучение эксимерных лазеров может быть сфокусировано в пятно очень маленького размера. Мощность этих источников достигает единиц кВт. Эксимерные лазеры относятся к импульсным источникам. Частота повторения импульсов может доходить до 500 Гц. Этот вид лазеров имеет очень высокий квантовый выход и, как следствие, достаточно высокий КПД (до 2 - 4%).
Благодаря таким необычным характеристикам, излучение эксимерных лазеров находит применение во многих областях и приложениях. Они используются в клиниках при проведении операций (на радужной оболочке глаза и других), где необходимо выжигание тканей. На основе этих лазеров созданы микрофотолитографические установки для тонкого травления материалов при создании электронных печатных плат. Широкое применение нашли эксимерные лазеры в экспериментальных научных исследованиях.
Однако, все эти замечательные характеристики эксимерных лазеров влекут за собой некоторые трудности при их изготовлении и создании установок на их основе. Например, при столь высокой мощности излучения необходимо препятствовать образованию дуги в активной газовой смеси. Для этого необходимо усложнить механизм накачки с целью сокращения длительности ее импульса. Коротковолновое излучение эксимерных лазеров требует использования специальных материалов и покрытий в конструкциях резонаторов, а также в оптических системах для преобразования их излучения. Поэтому одним из недостатков источников этого вида является высокая, по сравнению с другими видами лазеров, стоимость.
1. Теоретические основы
1.1 Активная среда
Активной средой эксимерного лазера являются молекулы газа. Но, в отличие от лазеров на CO, CO 2 или N 2 , генерация в эксимерных лазерах происходит не на переходах между различными колебательно-вращательными состояниями, а между различными электронными состояниями молекул. Существуют вещества, которые в основном состоянии не могут образовывать молекулы (их частицы в невозбужденном состоянии существуют лишь в мономерной форме). Это происходит, если основное состояние вещества соответствует взаимному отталкиванию атомов, является слабосвязанным, либо связанным, но при наличии больших межъядерных расстояниях (рис.1).
Рисунок 1: а - резко отталкивательная кривая; б - плоская кривая; в - кривая связанного состояния на больших межъядерных расстояниях
Молекулы рабочего вещества эксимерных лазеров грубо можно разделить на два вида: образованные частицами одного и того же вещества и частицами двух различных веществ. В соответствии с этим сами активные среды можно назвать "эксимеры" (excimer, exciteddimer - возбужденный димер) и "эксиплексы" (exciplex, excitedcomplex - возбужденный комплекс).
Процесс получения генерации в эксимерном лазере удобно рассмотреть с помощью рисунка 2, на котором представлены кривые потенциальной энергии для основного и возбужденного состояний двухатомной молекулы А 2 .
Рисунок 2. Энергетические уровни эксимерного лазера.
Поскольку кривая потенциальной энергии возбужденного состояния имеет минимум, молекула А 2 * может существовать. Данная молекула является эксимером. В процессе релаксации возбужденной среды устанавливается определенная траектория потока энергии, которая содержит скачок, преодолеваемый только испусканием излучения. Если в некотором объеме накопить довольно большое количество таких молекул, то на переходе между верхним (связанным) и нижним (свободным) уровнями можно получить генерацию (вынужденное излучение) - связанно-свободный переход.
Этот переход характеризуется следующими важными свойствами:
При переходе молекулы в основное состояние в результате генерации она немедленно диссоциирует;
Не существует четко выраженных вращательно-колебательных переходов, и переход является относительно широкополосным.
Если инверсия населенностей не достигается, то наблюдается флюоресценция.
Если нижнее состояние является слабосвязанным, то молекула в этом состоянии претерпевает быструю диссоциацию либо сама (предиссоциация), либо вследствие первого же столкновения с другой молекулой газовой смеси.
В настоящее время получена лазерная генерация на ряде эксимерных комплексов - квазимолекулах благородных газов, их окислах и галогенидах, а также парах металлических соединений. Длины волн генерации этих активных сред приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Эксимерные комплексы | Квазимолекулы благородных газов | Окислыблагородных газов | Пары металлических соединений | ||||
| Активная квазимолекула | 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 имп, МВт(Р ср, Вт) | 75 | 50 | |||||
| τ, нс | 10 | 10 | 4-15 | ||||
| Активная квазимолекула | 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 имп, МВт(Р ср, Вт) | (100) | 3 | 1000 | (0,02) | (7) | 5(0,05) | 1000 |
| τ, нс | 20 | 20 | 55 | 10 | 5 | 30 | 55 |
Для получения квазимолекул благородных газов используются чистые газы, находящиеся под давлением в десятки атмосфер; для получения окислов благородных газов - смесь исходных газов с молекулярным кислородом или соединениями, содержащими кислород, в соотношении 10000: 1 под таким же давлением; для получения галогенидов благородных газов - их смеси с галогенами в соотношении 10000: 1 (для аргона и ксенона) или 10: 1 (для ксенона или криптона) при общем давлении 0,1 - 1 МПа.
1.1.1 Лазеры на галогенидах инертных газов
Рассмотрим наиболее интересный класс эксимерных лазеров, в которых атом инертного газа в возбужденном состоянии соединяется с атомом галогена, что приводит к образованию эксиплекса галогенидов инертных газов. В качестве конкретных примеров можно указать ArF (λ = 193 нм), KrF (λ = 248 нм), XeCl (λ = 309 нм), XeF (λ = 351 нм), которые генерируют все в УФ диапазоне. То, почему галогениды инертных газов легко образуются в возбужденном состоянии, становится ясным, если учесть, что в возбужденном состоянии атомы инертных газов становятся химически сходными с атомами щелочных металлов, которые легко вступают в реакцию с галогенами. Эта аналогия указывает также на то, что в возбужденном состоянии связь имеет ионный характер: в процессе образования связи возбужденный электрон переходит от атома инертного газа к атому галогена. Поэтому подобное связанное состояние также называют состоянием с переносом заряда.
В лазерах на галогенидах инертных газов существенное влияние на состояние плазмы оказывают процессы фотопоглощения. К ним относится фотодиссоциация исходного галогена, из которого образуется галогенид инертного газа F 2 + hν → 2F; фотораспад образованного в плазме отрицательного иона F - + hν → F + e - ; фотоионизация возбужденных атомов и молекул инертного газа Ar * + hν → Ar + + e - ; фотодиссоциация димеров ионов инертного газа Ar 2 + + hν → Ar + + Ar. А также поглощение самими молекулами галогенидов инертных газов.
Фотопоглощение в активной среде лазеров на галогенидах инертных газов можно разделить на линейчатое и широкополосное. Линейчатое поглощение возникает на связанно-связанных переходах, присутствующих в лазерной смеси примесей атомарных и молекулярных газов, а также свободных атомов и радикалов, образующихся под действием разряда либо при разложении примесных молекул, либо за счет эрозии электронов. Показано, что линейчатое поглощение в некоторых случаях может довольно существенно искажать спектр генерации, однако, как правило, не приводит к заметному снижению ее энергии. Широкополосное поглощение обусловлено, главным образом, связанно-свободными переходами, происходящими в процессах типа фотодиссоциации, фотоотлипания и фотоионизации.
Эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов обычно накачиваются электрическим разрядом.
Эффективная накачка эксимерных лазеров, т.е. создание разряда оптимального с точки зрения вклада энергии в активную среду, еще не гарантирует получения высоких генерационных характеристик лазера. Не менее важно организовать извлечение из активной среды запасенной в ней световой энергии.
(лазерная коррекция зрения) и полупроводниковом производстве .
Лазерное излучение эксимерной молекулы происходит вследствие того, что она имеет «притягивающее» (ассоциативное) возбуждённое состояние и «отталкивающее» (не ассоциативное) основное - то есть молекул в основном состоянии не существует. Это объясняется тем, что благородные газы, такие как ксенон или криптон высокоинертны и обычно не образуют химических соединений . В возбуждённом состоянии (вызванном электрическим разрядом), они могут образовывать молекулы друг с другом (димеры) или с галогенами, такими как фтор или хлор . Поэтому появление молекул в возбуждённом связанном состоянии автоматически создаёт инверсию населённостей между двумя энергетическими уровнями. Такая молекула, находящаяся в возбуждённом состоянии, может отдать свою энергию в виде спонтанного или вынужденного излучения , в результате чего молекула переходит в основное состояние, а затем очень быстро (в течение пикосекунд) распадается на составляющие атомы.
Несмотря на то, что термин димер относится только к соединению одинаковых атомов, а в большинстве эксимерных лазеров используются смеси благородных газов с галогенами, название прижилось и используется для всех лазеров аналогичной конструкции.
Длина волны эксимерного лазера зависит от состава используемого газа, и обычно лежит в ультрафиолетовой области:
Эксимерные лазеры обычно работают в импульсном режиме с частотой следования импульсов от 1 Гц до нескольких сотен Гц, у некоторых моделей частота может достигать 2 кГц; также возможна генерация единичных импульсов. Импульсы излучения обычно имеют длительность от 10 до 30 нс и энергию от единиц до сотен мДж. Мощное ультрафиолетовое излучение таких лазеров позволяет их широко применять в хирургии (особенно глазной), в процессах фотолитографии в полупроводниковом производстве, при микрообработке материалов, в производстве ЖК панелей, а также в дерматологии . Сегодня эти устройства довольно громоздки, что является недостатком при широком медицинском применении (см. LASIK), однако их размеры постоянно уменьшаются благодаря современным разработкам.
См. также
Напишите отзыв о статье "Эксимерный лазер"
Ссылки
- ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР - Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
- Эксимерные лазеры, под ред. Ч. Роудза, пер. с англ., M., 1981
Отрывок, характеризующий Эксимерный лазер
Балашев почтительно позволил себе не согласиться с мнением французского императора.– У каждой страны свои нравы, – сказал он.
– Но уже нигде в Европе нет ничего подобного, – сказал Наполеон.
– Прошу извинения у вашего величества, – сказал Балашев, – кроме России, есть еще Испания, где также много церквей и монастырей.
Этот ответ Балашева, намекавший на недавнее поражение французов в Испании, был высоко оценен впоследствии, по рассказам Балашева, при дворе императора Александра и очень мало был оценен теперь, за обедом Наполеона, и прошел незаметно.
По равнодушным и недоумевающим лицам господ маршалов видно было, что они недоумевали, в чем тут состояла острота, на которую намекала интонация Балашева. «Ежели и была она, то мы не поняли ее или она вовсе не остроумна», – говорили выражения лиц маршалов. Так мало был оценен этот ответ, что Наполеон даже решительно не заметил его и наивно спросил Балашева о том, на какие города идет отсюда прямая дорога к Москве. Балашев, бывший все время обеда настороже, отвечал, что comme tout chemin mene a Rome, tout chemin mene a Moscou, [как всякая дорога, по пословице, ведет в Рим, так и все дороги ведут в Москву,] что есть много дорог, и что в числе этих разных путей есть дорога на Полтаву, которую избрал Карл XII, сказал Балашев, невольно вспыхнув от удовольствия в удаче этого ответа. Не успел Балашев досказать последних слов: «Poltawa», как уже Коленкур заговорил о неудобствах дороги из Петербурга в Москву и о своих петербургских воспоминаниях.
После обеда перешли пить кофе в кабинет Наполеона, четыре дня тому назад бывший кабинетом императора Александра. Наполеон сел, потрогивая кофе в севрской чашке, и указал на стул подло себя Балашеву.
Есть в человеке известное послеобеденное расположение духа, которое сильнее всяких разумных причин заставляет человека быть довольным собой и считать всех своими друзьями. Наполеон находился в этом расположении. Ему казалось, что он окружен людьми, обожающими его. Он был убежден, что и Балашев после его обеда был его другом и обожателем. Наполеон обратился к нему с приятной и слегка насмешливой улыбкой.
– Это та же комната, как мне говорили, в которой жил император Александр. Странно, не правда ли, генерал? – сказал он, очевидно, не сомневаясь в том, что это обращение не могло не быть приятно его собеседнику, так как оно доказывало превосходство его, Наполеона, над Александром.
Балашев ничего не мог отвечать на это и молча наклонил голову.
– Да, в этой комнате, четыре дня тому назад, совещались Винцингероде и Штейн, – с той же насмешливой, уверенной улыбкой продолжал Наполеон. – Чего я не могу понять, – сказал он, – это того, что император Александр приблизил к себе всех личных моих неприятелей. Я этого не… понимаю. Он не подумал о том, что я могу сделать то же? – с вопросом обратился он к Балашеву, и, очевидно, это воспоминание втолкнуло его опять в тот след утреннего гнева, который еще был свеж в нем.
– И пусть он знает, что я это сделаю, – сказал Наполеон, вставая и отталкивая рукой свою чашку. – Я выгоню из Германии всех его родных, Виртембергских, Баденских, Веймарских… да, я выгоню их. Пусть он готовит для них убежище в России!
Балашев наклонил голову, видом своим показывая, что он желал бы откланяться и слушает только потому, что он не может не слушать того, что ему говорят. Наполеон не замечал этого выражения; он обращался к Балашеву не как к послу своего врага, а как к человеку, который теперь вполне предан ему и должен радоваться унижению своего бывшего господина.
Эксимерный лазер – основное действующее лицо ФРК и ЛАСИКа. Свое название он получил от комбинации двух слов: excited – возбужденный, dimer – двойной. Активное тело таких лазеров состоит из смеси двух газов – инертного и галогенового. При подаче высокого напряжения в смесь газов, атом инертного газа и атом галогена формируют молекулу двухатомного газа. Эта молекула находится в возбужденном и крайне нестабильном состоянии. Через мгновение, порядка тысячных долей секунды, молекула распадается. Распад молекулы приводит к излучению световой волны в ультрафиолетовом диапазоне (чаще 193 нм.).
Принцип воздействия излучения ультрафиолетового диапазона на органическое соединение, в частности на роговичную ткань, заключается в разъединении межмолекулярных связей и, как результат, перевод части ткани из твердого состояния в газообразное (фотоабляция). Первые лазеры имели диаметр пучка равный диаметру испаряемой поверхности, и отличались значительным повреждающим действием на роговицу. Широкий профиль луча, его неоднородность, вызывали неоднородность кривизны поверхности роговицы, достаточно высокий нагрев роговичной ткани (на 15-20˚), что влекло за собой ожоги и помутнения роговицы.
Поскольку хирургу заранее известно, какова порция световой энергии подаваемой на объект (роговицу) он может рассчитать, на какую глубину будет проведена абляция. И какого результата он добьется в процессе проведения рефракционной операции. И вот, наконец - то, на пороге третьего тысячелетия появился новый метод, позволяющий решить эту проблему - это эксимер-лазерная коррекция, которая избавляет людей от близорукости, астигматизма и дальнозоркости. Лазерная коррекция впервые отвечает всем требованиям человека с "плохим" зрением. Научная обоснованность, безболезненность, максимальная безопасность, стабильность результатов - это те безоговорочные факторы, которые ее характеризуют. Область офтальмохирургии, занимающаяся коррекций этих аномалий, называется рефракционная хирургия, а сами они - аномалии рефракции или аметропии.
Специалисты выделяют два типа рефракции:
- Эмметропия
- нормальное зрение;
- Аметропия
- аномальное зрение, включающее несколько видов: миопия - близорукость; гиперметропия - дальнозоркость, астигматизм - искажение изображения, когда кривизна роговицы неправильная и ход световых лучей на разных ее участках неодинаков. Астигматизм бывает миопическим (близоруким), гиперметропическим (дальнозорким) и смешанным.
Чтобы понять суть рефракционных вмешательств, очень кратко и схематично вспомним анатомическую - физику глаза. Оптическая система глаза состоит из двух структур: светопреломляющая часть - роговица и хрусталик и световоспринимающая часть - сетчатка, расположенная на определенном (фокусном) расстоянии. Для того, чтобы изображение было резким и четким, сетчатка должна находится в фокусе оптической силы шара. В случае, если сетчатка будет находится впереди фокуса, что бывает при дальнозоркости или позади фокуса при близорукости, изображение предметов будет размытым и нечетким. При этом с момента рождения и до 18-20 лет оптика глаза меняется ввиду физиологического роста глазного яблока и под действием факторов, нередко приводящих к формированию тех или иных аномалий рефракции. Поэтому пациентом рефракционного хирурга чаще становится человек, достигший 18-20 лет.
В основе эксимер-лазерной коррекции зрения лежит программа "компьютерного перепрофилирования" поверхности основной оптической линзы глаза человека - роговицы. По индивидуальной программе коррекции холодный луч "выглаживает" роговицу, устраняя все имеющиеся дефекты. При этом формируются нормальные условия для оптимального преломления света и получения неискаженного образа в глазу, как у людей с хорошим зрением. Процесс "перепрофилирования" не сопровождается губительным повышением температуры тканей роговицы, и как многие ошибочно считают ни какого "выжигания" не происходит. И самое главное, эксимер-лазерные технологии позволяют получить настолько "идеальный новый заданный профиль" роговицы, что дало возможность исправлять ими практически все виды и степени аномалий рефракции. Говоря научным языком, эксимерные лазеры - высокоточные системы, обеспечивающие необходимую "фотохимическую абляцию" (испарение) слоев роговицы. Если ткань удаляется в центральной зоне, то роговица становится более плоской, что исправляет близорукость. Если же испарить периферическую часть роговицы, то ее центр станет более "крутым", что позволяет корригировать дальнозоркость. Дозированное удаление в разных меридианах роговицы позволяет исправлять астигматизм. Современные лазеры, используемые в рефракционной хирургии, надежно гарантируют высокое качество "аблируемой" поверхности.
