Вопрос 30. Источники когерентного излучения. Индуциро­ванное излучение. Устройство и принцип действия рубинового лазера. Использование лазерного излучения в медицине.

Переход электрона с основного уровня энергии на возбужденный уровень энергии происходит в результате поглощения атомом энергии, равной разнице энергии этих уровней.

Переход электрона из возбужденного состояния в основное происходит разными путями:

а) самопроизвольный переход (спонтанный переход);

Происходит по истечению времени 10^-8 с. При этом излучается квант энергии, например: h= Е₁- Ео .

б) безизлучательный переход. При этом изменяется внутренняя энергия молекулы за счет развития колебательных и вращательных движений в молекуле;

в) вынужденный переход. Если вблизи возбужденного электрона пролетает квант энергии, равный, например, h= Е₁- Ео, то под влиянием этого кванта электрон возв­ращается в основное состояние независимо от того, какой промежуток времени он находился в этом состоянии, и излучая при этом квант энергии, когерентный кванту, вызвавшему данный переход. Это излучение часто называют индуцированным или вынужден­ным. Важно то, что индуцированное излучение совпадает с вынуж­дающим по направлению, фазе, частоте, поляризации.

Основой строения рубинового лазера является рубиновый стер­жень (длина 5 см, диаметр 1 см.). Торцовые грани стержня посеребре­ны. Стержень окружён спиральной импульсной газосветной лампой (ксеноновой). Рубин - твердое кристаллическое вещество А1₂0₃ с примесью атомов хрома. Свойства хрома таковы, что переходы S₃ So и S₂ So совершаются редко. Переходы S₃S₂S₁SoT - безизлучательные; Т - триплетный уровень. Электрон может находиться там >10^-3 сек.

В результате излучения импульсной лампы и последующих про­цессов безизлучательных переходов уровень Т заполняется электро­нами. Самопроизвольное появление одного красного кванта с длиной волны 690 им вызывает индуцированное излучение. Поток квантов нарастает. Лавина фотонов, достигая торцового зеркала, отражается и, продолжая нарастать, распространяется в обратную сторону. После многократных отражений мощный поток когерентного света выходит наружу через полупрозрачное зеркало. При этом можно получить плотность потока энергии в тысячи раз превосходящего солнечное из­лучение.

Лазер находит в настоящее время широкое применение не только в технике, но и в медицине. Это применение основано на свойстве ла­зерного излучения разрушать биологические ткани, что совместно с коагуляцией белка позволяет производить некоторые бескровные рас­сечения в хирургии, безоперационное лечение отслойки сетчатки (офтальмокоагулятор); лечение глаукомы посредством создания лазе­ром отверстий размером 50-100 мкм для оттока внутриглазной жид­кости; разрушение дентина при лечении зубов; уничтожение раковых клеток и многое другое.

Литература: Ремизов А.Н.,Медбиофизика,-1987,с. стр.534-538. Губанов Н.И..Медбиофизика,-1978,с.236-241. Лекции.

Вопрос 31. Основные режимы работы лазера. Импульсная мощность лазера. Механизм термического, ионизирующего к ударного действия лазерного излучения на организм.

Режимы работы лазера:

1) непрерывный режим, когда затвор постоянно открыт;

2) импульсный режим, когда затвор открывается на ко­роткий промежуток времени 10^-3-10^-6сек;

3) режим гигантских импульсов, когда затвор открывается на короткий промежуток времени 10^-7-10^-12сек. Импульсная мощность лазера - это энергия излучения за единицу времени: P = E / t.

Действие лазерного излучения на биологические ткани:

- в точке поглощения тканью лазерного луча наблюдается повыше­ние температуры (возможно до 100 000° С).

При этом биологическая ткань мгновенно испаряется. Особенно чувствительны к тем­пературным изменениям

ферменты. Они разрушаются, биохимиче­ские процессы затормаживаются, клетки гибнут. При t>60° С

наступа­ет денатурация белка;

- при взрывообразном тепловом расширении биологической ткани возни­кает ультразвуковая волна, которая

также разрушает ткань;

- в процессе воздействия лазерного излучения на биологическую ткань возникают свободные радикалы. Это

приводит к тому, что об­разуются неспецифические для данной ткани продукты (токсины, яды);

- особенностью действия лазерного излучения на биологические ткани является то, что даже «красный» лазер

оказывает ионизирую­щее и фотодиссоциирующее действие, хотя обычный «красный» свет не может вызвать

даже явление внешнего фотоэффекта. Это связано с высокой монохроматичностью и высокой плотностью

лазерного излу­чения, приводящей к возможности многократного поглощения одной и той же молекулой

нескольких квантов света. Именно это и приводит к тому, что «красный» лазер вызывает развитие

неспецифических фо­тобиологических процессов.

Литература: Ремизов А.Н.,Медбиофизика,-1987,с. 534-538, Губанов Н.И.,Медбиофизика,-1978,с.236-241. Лекции.