43. Особенности лазерного излучения.

Лазерное излучение по своим свойствам значительно отличается от излучения обычных источников света. Отметим его характерные особенности.

1. Когерентность. Излучение является высококогерентным, что обусловлено свойствами вынужденного излучения. При этом имеет место не только временная, но и пространственная когерентность: разность фаз в двух точках плоскости, перпендикулярной направлению распространения, сохраняется постоянной.

2. Коллимированность. Лазерное излучение является коллимированным, т.е. все лучи в пучке почти параллельны друг другу. На большом расстоянии лазерный пучок лишь незначительно увеличивается в диаметре. Так как угол расходимости мал, то интенсивность лазерного пучка слабо убывает с расстоянием. Это позволяет передавать сигналы на огромные расстояния при малом ослаблении их интенсивности.

3. Монохроматичность. Лазерное излучение является в высокой степени монохроматическим, т.е. содержит волны практически одинаковой частоты (ширина спектральной линии составляет Δλ ≈ 0,01 нм).

4. Высокая мощность. С помощью лазера можно обеспечить очень высокую мощность монохроматического излучения - до 10⁵ Вт в непрерывном режиме.

5. Высокая интенсивность. В импульсных лазерах интенсивность лазерного излучения очень высока и может достигать I = 10¹⁴-10¹⁶ Вт/см² (ср. интенсивность солнечного света вблизи земной поверхности I = 0,1 Вт/см²).

6. Высокая яркость. У лазеров, работающих в видимом диапазоне, яркость лазерного излучения (сила света с единицы поверхности) очень велика. Даже самые слабые лазеры имеют яркость 10¹⁵ кд/м² (для сравнения: яркость Солнца L ~ 10⁹ кд/м²).

7. Давление. При падении лазерного луча на поверхность тела создается давление (Д). При полном поглощении лазерного излучения, падающего перпендикулярно поверхности, создается давление Д = I/c, где I -интенсивность излучения, с - скорость света в вакууме. При полном отражении величина давления в два раза больше. Для интенсивности I = 10¹⁴ Вт/см² = 10¹⁸ Вт/м²; Д = 3,3х10⁹ Па = 33 000 атм.

8. Поляризованность. Лазерное излучение полностью поляризовано.

44. Первичные механизмы и биологическое действие лазерного излучения.

Под биологическим действием понимают совокупность структурных, функциональных, биофизических и биохимических изменений, которые возникают в организме под действием лазерных лучей.

На атомно-молекулярном уровне происходят: поглощение света; возникновение внутреннего фотоэффекта, электрическая диссоциация ионов, возбуждение атомов и молекул, миграция энергии возбуждения; появление первичных фотопродуктов.

На клеточном уровне: изменение активности клеточных мембран; активация ядерного аппарата клеток и систем ДНК-РНК-белок; активация окислительно-восстановительных реакций, процессов фотосинтеза и различных ферментативных систем, усиление образования макроэргов – АТФ, усиление митотической активности клеток и активация их пролиферации.

На тканевом (организменном) уровне: снижение рецепторной чувствительности, снижение длительности фаз воспалительного процесса, отека, и напряжения тканей; усиление поглощения тканями кислорода, увеличение скорости кровотока, увеличение числа функционирующих коллатералей, активация транспорта веществ через сосудистую стенку.

Биологическое действие зависит от поглощенной дозы лазерного излучения, которая, в свою очередь, зависит от: 1) условий применения (интенсивности, частоты, спектрального состава, режима - импульсного или непрерывного – импульсный режим чаще характеризуется механическим действием, а непрерывный - тепловым, когерентности, монохроматичности, поляризованности); 2) биофизических особенностей ткани (отражающей и поглощающей способности, теплоемкости, акустических и механических свойств). Чаще всего поглощается на глубине 2мм.

Действие любого излучения на организм в зависимости от поглощенной дозы можно представить следующим образом: 1. высокие дозы - разрушающее действие; 2. средние дозы – угнетающее действие; 3. малые дозы – стимулирующее действие, 4. Очень маленькие – отсутствие действия.