Что такое когерентный лазер

Что такое когерентный лазер

Изучение устройства и принципа работы He–Ne лазера

Содержание

Введение

Оптический квантовый генератор (лазер) — это источник света со свойствами, резко отличающимися от всех других источников (ламп накаливания, люминесцентных ламп, пламени, естественных светил и т. д.).

Название «ЛАЗЕР» — это аббревиатура английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) – усиление света посредством вынужденного излучения.

В настоящее время созданы лазеры, генерирующие излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн.

Важнейшими типами лазеров являются твёрдотельные, полупроводниковые, жидкостные и газовые. Более точная классификация ориентирована на способ накачки (оптический, тепловой, химический, электрический, газодинамический и т.д.) и режим работы(непрерывный или импульсный).

Принцип работы лазера

Когда среда поглощает энергию (доставленную любым способом, например, фотонами), то ее часть запасается (поглощается) в виде энергии возбужденных атомов или молекул (рис.1, а). Молекула, атом или ион из возбужденного состояния может перейти на более низкий энергетический уровень (рис.1, б) самопроизвольно (спонтанно) или под действием внешнего электромагнитного излучения (рис.1, в) с частотой ν (вынужденно). Эти переходы могут сопровождаться излучением, называемым соответственно спонтанным или вынужденным, причем частота излучения определяется соотношением:

где E_j и E_i — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход, сопровождающийся излучением кванта энергии, дополнительного к кванту внешнего электромагнитного излучения, его вызвавшему.

Если кванты спонтанного излучения испускаются в случайных направлениях, то квантвы нужденного излучения испускается в том же направлении, что и квант внешнего электромагнитного поля.Причем частота, фаза и поляризация вынужденного и внешнего излучений совпадают,то есть оба кванта полностью тождественны(рис. 1, в).

Под действием электромагнитного излучения могут происходить переходы не только с болеевысокогоэнергетического уровняна болеенизкий, но и в обратном направлении, что соответствует акту поглощения.

Для того чтобы преобладали переходы, при которых происходит излучение энергии, необходимо создать инверсную населенность возбужденного уровня Ej, то есть создать повышенную концентрацию атомов или молекул на этом уровне.

При термодинамическом равновесии распределение молекул по энергетическим состояниям определяется законом Больцмана:

где N – число молекул, находящихся при температуре Т в состоянии с энергией E; N₀ – число молекул в основном состоянии при той же температуре.

Если каким-либо способом создать населенность верхнего уровня больше, чем нижнего, то говорят, что данное вещество будет иметь инверсную населенность, то есть обратную той, которая следует из распределения Больцмана. При облучении вещества в этом случае будут преобладать переходы с верхнего уровня на нижний. Это приведет к усилению падающего на вещество света.

Состояние вещества, в котором создана инверсная населенность энергетических уровней, называется активным, а среда, состоящая из такого вещества — активной средой.

Сам процесс создания инверсной населенности уровней называется накачкой.

Методы накачки разнообразны и зависят от типа лазера: твердотельного, жидкостного, газового, полупроводникового и т.п. Основная задача процесса накачки может быть рассмотрена на примере трехуровневого лазера (рис. 2).

Оптический резонатор представляет собой систему двух зеркал, между которыми располагается активная среда (рис.3). Зеркала могут быть плоскими, выпуклыми или вогнутыми. Важнейшее их свойство — высокие значения коэффициента отражения. Используются зеркала с многослойным диэлектрическим покрытием, обладающие сильным отражением и почти не поглощающие света. Коэффициент отражения одного зеркала составляет обычно около 0,5 (то есть 50%), другого не менее 0,98 (то есть почти 100%). Оптические поверхности зеркал обрабатываются с точностью до сотых долей рабочей длины волны света и устанавливаются строго параллельно друг другу — непараллельность не должна превышать 5 угловых секунд.

Для выяснения роли системы зеркал вернемся к рис.2. Между зеркалами располагается активная среда, состоящая из огромного числа одинаковых молекул. С уровня II на уровень I могут происходить и спонтанные и вынужденные переходы. При спонтанном переходе одного из электронов испускается фотон, который вызывает вынужденные переходы электронов других молекул, тоже сопровождающиеся излучением фотонов. Эти фотоны вызывают вынужденный переход следующих встретившихся на их пути молекулах и т.д. Развивается лавинообразный процесс, причем каждый следующий фотон летит в том же направлении, что и фотон, его вызвавший. Теперь уже эти фотоны вызывают вынужденный переход встретившихся на их пути молекулах и т.д. Развивается лавинообразный процесс, причем каждый следующий фотон движется в том же направлении, что и фотон, его вызвавший.

Система зеркал (резонатор) позволяет выбрать преимущественное направлениедвижения фотонов — вдоль оси, или точнее, под очень малыми углами к ней. Эти фотоны отражаются от зеркал и опять возвращаются в активную среду, провоцируя другие атомы метастабильного уровня к вынужденному переходу в основное состояние. Следовательно, фотоны в этом направлении размножаются. Фотоны, летящие в других направлениях, покидают активную среду без образование каскадов фотонов.

Таким образом, оптический резонаторобеспечивает многократное происхождение световых волн, распространяющихсявдоль его осипо усиливающей среде, вследствие чего достигается высокая мощность излучения.

Для возникновения генерации лазерного излучения необходимо, чтобы на длине резонатора укладывалось целое число n полуволн, то есть

При достижении определённой мощности (она должна превышать потери при отражении от зеркал) излучение выходит через зеркала (в основном через полупрозрачное зеркало).

Из-за участия в развитии генерации только той части квантов, которые параллельны оси резонатора, к.п.д. лазеров обычно не превышает 1%. В некоторых случаях, жертвуя теми или иными характеристиками, к.п.д. можно довести до 30%.

Устройство He–Ne лазера

He–Ne лазеры относятся к классу газовых непрерывных лазеров. Они имеют невысокую мощность излучения (не более 100 мВт), но отличаются крайней простотой в эксплуатации, относительно дешевы, излучают в видимой области спектра и обладают достаточно высокой стабильностью излучения. Все это вместе взятое сделало He–Ne лазеры очень доступными и популярными. Разберемся подробнее с устройством He–Ne лазера.

Накачка в этом лазере, как и во многих других газовых, осуществляется с помощью электрического разряда и происходит в два этапа:

Электроны, образующиеся в результате электрического разряда, при столкновениях возбуждают атомы гелия, которые переходят с основного энергетического уровня 1 в возбужденное состояние на уровень 3 (рис. 4). При столкновениях возбужденных атомов гелия с атомами неона происходит их возбуждение и атомы неона забрасываются (переходят) на один из своих верхних метастабильных энергетических уровней, который расположенвблизи соответствующего уровня гелия. В результате на этом уровне создается инверсная населенность возбужденных атомов неона, а их последующий переход с метастабильного уровня 3 на один из нижних уровней 2 сопровождается испусканием кванта с длиной волны λ = 0.6328 мкм.

На практике описанное реализовано следующим образом. Активный элемент излучателя (рис. 5) представляет собой толстостенную стеклянную трубку, торцы которой закрыты плоскопараллельными окошками из оптического стекла. Стенки трубки делаются толстыми из-за высокой проникающей способности гелия. Торцевые окна ориентированы под углом Брюстера – α_Бк оси трубки.

Рис. 5. Устройство излучателя He–Ne лазера

Использование такой ориентации окон позволяет получить плоскополяризованное излучение с ориентацией светового вектора в плоскости рисунка, что немаловажно для многих случаев применения лазера. В трубку впаяны электроды, а сама она заполнена смесью He(р = 1 мм рт. ст.) и Ne(р = 2 мм рт. ст).

Активный элемент помещен в резонатор из плоского полупрозрачного зеркала и сферического вогнутого зеркала с коэффициентом отражения

0.98. Радиус кривизны сферического зеркала выбирается равным длине резонатора для увеличения к.п.д. и улучшения качества (монохроматичности, пространственной и временной когерентности) лазерного излучения.

При подаче высокого напряжения между анодом и катодом внутри активного элемента зажигается электрический разряд, которым производится накачка. В зависимости от способа возбуждения разряда активные элементы бывают с горячим и холодным катодом. При использовании схем с горячим катодом разряд зажигается коротким высоковольтным импульсом и поддерживается постоянным высоким (но более низким, чем при поджиге) напряжением. В схемах с холодным катодом применяется высокочастотный электрический разряд. Активные элементы с холодным катодом более долговечны (срок службы более 20000 часов) и обладают лучшими характеристиками излучения. Однако активные элементы с горячим катодом позволяют получить лазеры с большей выходной мощностью излучения.

He–Ne лазер был первым газовым лазером непрерывного действия. Он появился в 1961 году и стал родоначальником огромного семейства газовых лазеров. В разрядной трубке возникает сложное по спектральному составу излучение гелия и неона, которое распространяется по всем направлениям от трубки. Однако усиливается в лазере лишь свет строго определенной длины волны и распространяется он вдоль оси трубки (это направление совпадает с осью зеркального резонатора). Чтобы убедиться в этом, понаблюдайте цвет сечения разряда, видимого под небольшим углом к оси трубки, и сравните его с цветом свечения экрана, на который падает лазерный луч. Для определения длины волны λ излучения He–Ne лазера используется дифракционный монохроматор МУМ (рис.6). Поскольку лазерное излучение в высокой степени когерентно, то луч лазера будет дифрагировать на входной щели монохроматора. В результате после прохождения щелевых диафрагм Д₁ и Д₂ наблюдается дифракционная картина, подобная показанной на рис.2 лабораторной работы № 72. Поэтому, для повышения точности измерений и регистрации излучения в нулевом порядке дифракции, в работе используется фотоэлектрическая регистрирующая приставка.

Определение длины волны лазерного излучения

Рис. 6. Схема экспериментальной установки

Источник

Виды лазеров: 4 метода классификации

Лазер называют «самым быстрым ножом, самым ярким светом и самой точной линейкой»:

По сравнению с естественным светом лазер обладает такими характеристиками, как высокая интенсивность, хорошая монохроматичность, хорошая когерентность и хорошая направленность.

Частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации фотонов, испускаемых стимулированным излучением, и посторонних фотонов абсолютно одинаковы, поэтому лазер имеет характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности.

Схематическая диаграмма перехода на атомный энергетический уровень

Схематическая диаграмма процесса стимулированного излучения

Особенности лазеов:

История создания лазерного оборудования

История развития лазерных технологий

Два вида применения лазера:

Характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности определяют два сценария применения лазера:

Лазер обладает хорошей монохроматичностью и направленностью. Он подходит для передачи информации (оптическая связь) и измерения расстояния (оптическое измерение). По сравнению с традиционной электрической связью, оптическая связь имеет такие преимущества, как большая емкость, большое расстояние, хорошая конфиденциальность и легкий вес.

Оборудование для лазерной обработки

Лазерная обработка является представителем технологии точной обработки. Основной движущей силой роста является замещение традиционных методов обработки:

По сравнению с другими методами обработки, лазерная обработка имеет преимущества высокой эффективности, высокой точности, низкого потребления энергии, малой деформации материала и простоты управления.

Эти преимущества тесно связаны с двумя характеристиками бесконтактной обработки и высокой плотностью энергии лазерной обработки:

Работа лазера полностью завершается за счет тепла, выделяемого при взаимодействии лазера с материалом.

Во время всего процесса нет контакта между обрабатывающим инструментом и материалом, поэтому обрабатываемый материал не подвергается силовому воздействию, а остаточное напряжение относительно невелико.

Поскольку диаметр луча можно контролировать до очень малого, точность также высока;

Высокая плотность энергии:

Плотность мощности лазерной обработки может достигать более 107 Вт/см, в тысячи и даже десятки тысяч раз превышая плотность мощности пламени, дуги и других методов обработки.;

Более высокая плотность мощности означает, что лазер может обрабатывать очень маленькую область на объекте обработки, не затрагивая материалы вокруг микрообласти, поэтому точность обработки и эффективность обработки выше.

Лазер: основной блок лазерного оборудования

Основная структурная схема лазера

Типы лазеров

Существует множество методов классификации лазеров, среди которых наиболее часто используются четыре наиболее часто используемые:

По рабочему веществу:

По рабочему веществу лазеры можно разделить на газовые, твердотельные, жидкостные (на красителях), полупроводниковые, эксимерные и т.д;

Ионы металлов, способные производить стимулированное излучение, легируются в кристалл и используются в качестве рабочих материалов. Обычно используемые кристаллы включают рубин, корунд, алюминиевый гранат (широко известный как YAG), тунгстат кальция, фторид кальция, алюминат иттрия и бериллат лантана, среди которых YAG является наиболее распространенным кристаллом в настоящее время.

Лазер на красителях:

В качестве рабочего вещества используется раствор, образующийся при растворении некоторых органических красителей в жидкостях, таких как этанол, метанол или вода.

Также известны как лазерные диоды, в качестве рабочего вещества используются полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CDS), фосфид индия (INP), сульфид цинка (ZnS) и т.д.

Оптоволоконный лазер:

Волоконный лазер имеет отличные характеристики и известен как лазер третьего поколения:

Форма выходного сигнала энергии (рабочий режим):

По форме выходного сигнала лазеры можно разделить на непрерывный, импульсный и квазинепрерывный. Импульсный лазер можно дополнительно разделить на миллисекундный лазер, микросекундный лазер, наносекундный механизм, пикосекундный лазер, фемтосекундный лазер, аттосекундный лазер и т.д.;

Непрерывно выдают стабильную форму волны энергии в течение рабочего времени, с высокой мощностью, и могут обрабатывать материалы с большим объемом и высокой температурой плавления, такие как металлические пластины;

По ширине импульса импульсные лазеры могут быть далее разделены на миллисекундные лазеры, микросекундные лазеры, наносекундные механизмы, пикосекундные лазеры, фемтосекундные лазеры и аттосекундные лазеры;

Фемтосекундные и аттосекундные лазеры называются сверхбыстрыми лазерами.

Мощность импульсного лазера намного ниже, чем у непрерывного лазера, но точность обработки выше, чем у непрерывного лазера. Как правило, чем меньше ширина импульса, тем выше точность обработки;

Помимо непрерывного лазера и импульсного лазера, высокоэнергетический лазер может быть выведен многократно в течение определенного периода.

Выходная длина волны (цвет):

По длине выходной волны лазеры можно разделить на рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные, видимые и т.д;

Мощность:

Можно разделить на лазеры низкой мощности 100 Вт, лазеры средней мощности 100-1500 Вт и лазеры высокой мощности больше 1500 Вт.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Источник

Основные сведения о лазерах: принцип работы и характеристики лазерного излучения

Принципы работы и механизм излучения

Лазеры – источники высококогерентного и интенсивного монохроматического излучения. Излучение генерируется за счет возбуждения активной среды (обычно газ или полупроводниковый элемент), заключенной в резонаторе. Лазерный резонатор представляет собой полое тело цилиндрической формы, изнутри покрытое отражающим слоем. Один из торцов резонатора закрыт частично отражающим зеркалом, противоположный – полностью отражающим. При накачке световые волны перемещаются внутри резонатора до тех пор, пока не станут достаточно интенсивными, чтобы пройти через частично прозрачное зеркало.

Лазерное излучение относится к вынужденному, также его называют стимулированным. Сфера применения лазеров широка и постоянно растет, на сегодняшний день лазерные источники применяются в медицине, машинном зрении, в лазерной сварке, маркировке изделий и т. д.

Основные параметры и характеристики лазерного излучения

Диаметр пучка. За диаметр пучка принимается диаметр сечения пучка лазерного излучения на выходном торце резонатора. Способов измерения диаметра пучка достаточно много, от способа зависят и единицы измерения. Если пучок принимается за Гауссов, диаметр будет измеряться по уровню интенсивности 1/e 2 : это расстояние между такими двумя точками одномерного распределения интенсивности излучения, значение интенсивности которых в 0.135 раз меньше пика интенсивности.

Отклонение пучка. Несмотря на то, что лазерные пучки принимаются за параллельные, некоторый угол расходимости все же присутствует. Эта характеристика показывает, на какую величину отклоняется пучок от оптической апертуры по ходу распространения и измеряется в угловых единицах (радианах). В лазерных диодах угол расходимости определяется сразу двумя значениями – так проявляется астигматизм. В этом случае направление угла расходимости нужно проверять и уточнять в зависимости от конкретной схемы. На рис. 1 показана общая конфигурация лазерного диода и проявление расходимости лазерного пучка по ходу удаления экрана от источника излучения.

Рисунок 1. Общая структура полупроводникового слоя диода: профиль пучков, излучаемых такими диодами, чаще всего эллиптический

Угол веерного пучка. Обычно за веерный угол принимается угол отклонения пучка в определенной плоскости от нормали направления распространения. На рис. 2 показан вид веерного пучка лазерного диода и приведен его расчет.

Рисунок 2. Веерный угол пучка излучения лазерного диода

Выходная мощность. Выходная мощность определяется как максимальная зарегистрированная мощность, которую имеет лазерный пучок сразу после выхода из резонатора, до прохождения через какую-либо направляющую или фильтрующую оптику. Погрешность составляет порядка 10%, поэтому в паспорте приборов указываются доверительные интервалы. Профиль распределения интенсивности выходного излучения в основном характеризуется функцией Гаусса, максимум которой приходится на центр кривой, совпадающей с максимумом выходной мощности.

Класс. Диапазон мощностей лазерных источников невероятно широк. По этой причине была разработана классификация источников по силе воздействия на человека. В таблице приведена классификация лазерных источников, предложенная Центром по контролю приборов и радиационной безопасности (CDRH).

Источник

Применение лазера в дерматологии и косметологии

Поиск новых средств и методов лечения дерматозов обусловлен непереносимостью многих лекарственных препаратов, развитием аллергических реакций различной степени тяжести, побочным действием препаратов, низкой терапевтической эффективностью общепринятых с

Поиск новых средств и методов лечения дерматозов обусловлен непереносимостью многих лекарственных препаратов, развитием аллергических реакций различной степени тяжести, побочным действием препаратов, низкой терапевтической эффективностью общепринятых способов лечения, необходимостью совершенствовать и оптимизировать существующие методики. В связи с этим изучение возможностей различных физических факторов — ультразвука, криотерапии, фототерапии, магнитного и лазерного излучения — является важной практической задачей современной дерматологии. В данной статье описаны основные физические и терапевтические свойства лазерного излучения, а также спектр его применения в дерматологии и косметологии.

Термин «лазер» представляет собой аббревиатуру от английского Light Amplification by Simulated Emission of Radiation — усиление света с помощью индуцированного излучения.

Лазер (или оптический квантовый генератор) — это техническое устройство, продуцирующее электромагнитное излучение в виде направленного сфокусированного высококогерентного монохроматического пучка.

Физические свойства лазерного излучения

Когерентность излучения лазеров определяет постоянство фазы и частоты (длины волны) на протяжении работы лазера, т. е. это свойство, обусловливающее исключительную способность к концентрации световой энергии по разным параметрам: в спектре — очень узкая спектральная линия излучения; во времени — возможность получения сверхкоротких импульсов света; в пространстве и по направлению — возможность получения направленного пучка с минимальной расходимостью и фокусированием всего излучения в малой области с размерами порядка длины волны. Все эти параметры позволяют осуществлять локальные воздействия, вплоть до клеточного уровня, а также эффективно передавать излучение по волоконным световодам для дистанционного воздействия.

Расходимость лазерного излучения — это плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности излучения в дальней зоне по заданному уровню распределения энергии или мощности лазерного излучения, определяемому по отношению к его максимальному значению.

Монохроматичность — спектральная ширина излучения и характерная длина волны для каждого источника излучения.

Поляризация — проявление поперечности электромагнитной волны, т. е. сохранение постоянного ортогонального положения взаимно перпендикулярных векторов напряженности электрического и магнитного полей по отношению к скорости распространения волнового фронта.

К энергетическим параметрам лазеров относятся: мощность излучения, измеряется в ваттах (Вт); энергия излучения, измеряется в джоулях (Дж); длина волны, измеряется в микрометрах (мкм); доза излучения (или плотность энергии) — Дж/смІ.

Лазерное излучение по своим свойствам отличается от других видов электромагнитного излучения (рентгеновское и высокочастотное γ-излучение), используемых в медицине. БСльшая часть лазерных источников излучает в ультрафиолетовом или инфракрасном диапазонах электромагнитных волн, при этом основное отличие лазерного излучения от света обычных тепловых источников заключается в его пространственной и временнСй когерентности. Благодаря этому энергию лазерного излучения относительно легко передавать на значительное расстояние и концентрировать в малых объемах или в небольших временны′х интервалах.

Лазерное излучение, воздействующее на биологический объект с лечебной целью, является внешним физическим фактором. При поглощении энергии лазерного излучения биообъектом все процессы, происходящие при этом, подчиняются физическим законам (отражение, поглощение, рассеивание). Степень отражения, рассеивания и поглощения зависит от состояния кожных покровов: влажности, пигментации, кровенаполнения и отечности кожи и подлежащих тканей.

Глубина проникновения лазерного излучения зависит от длины волны, уменьшаясь от длинноволнового к коротковолновому излучению. Таким образом, инфракрасное (0,76–1,5 мкм) и видимое излучения обладают наибольшей проникающей способностью (3–5–7 см), а ультрафиолетовое и другие длинноволновые излучения сильно поглощаются эпидермисом и поэтому проникают в ткани на небольшую глубину (1–1,5 см).

Применение лазера в медицине:

Применение лазеров в дерматологии

В дерматологии используется лазерное излучение двух типов: низкоинтенсивное — в качестве лазерной терапии и высокоинтенсивное — в лазерной хирургии.

По типу активной среды лазеры делятся:

По типу излучения существуют ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лазеры. При этом и полупроводниковые лазеры, и лазеры на парах металлов могут быть как низкоинтенсивными (для терапии), так и высокоинтенсивными (для хирургии).

Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) используется для лазерной терапии кожных заболеваний. Действие НИЛИ заключается в активации ферментов мембран клеток, увеличении электрического заряда белков и фосфолипидов, стабилизации мембранных и свободных липидов, увеличении оксигемоглобина в организме, активации процессов тканевого дыхания, повышении синтеза цАМФ, стабилизации окислительного фосфорилирования липидов (снижении свободно-радикальных комплексов).

При воздействии НИЛИ на биоткань наблюдаются следующие основные эффекты:

Выраженный терапевтический эффект при лечении различных по этиологии и патогенезу заболеваний человека предполагает существование биостимулирующего механизма действия лазерного излучения небольшой мощности. Исследователи считают реакцию иммунной системы на лазерное излучение одним из важнейших факторов в механизме лазерной терапии, что, по их мнению, является пусковым моментом в реакции всего организма.

Противовоспалительный эффект

При воздействии НИЛИ на кожу наблюдается противовоспалительный эффект: активизируется микроциркуляция в тканях, расширяются сосуды, увеличивается число функционирующих капилляров и формируются коллатерали, повышается кровоток в тканях, нормализуется проницаемость клеточных мембран и осмотическое давление в клетках, повышается синтез цАМФ. Все эти процессы приводят к уменьшению интерстициального отека, гиперемии, шелушения, зуда, наблюдается отграниченность патологического процесса (очага), стихание острых воспалительных проявлений в течение 2–3 дней. Воздействие НИЛИ на область воспаления в коже, помимо противовоспалительного эффекта, обеспечивает антибактериальное и фунгицидное действие. По литературным данным, количество бактерий и грибковой флоры снижается на 50% в течение 3–5 мин лазерного облучения патологической зоны.

С учетом противовоспалительного и антибактериального эффекта НИЛИ при местном воздействии на кожу лазеры применяются в лечении таких заболеваний, как пиодермии (фолликулиты, фурункулы, импетиго, угревая болезнь, стрептостафилодермии, шанкриформная пиодермия), трофические язвы, аллергодерматозы (истинная экзема, микробная экзема, атопический дерматит, крапивница). Также НИЛИ используется при дерматитах, ожогах, псориазе, красном плоском лишае, склеродермии, витилиго, заболеваниях слизистой оболочки полости рта и красной каймы губ (буллезный пемфигоид, многоформная экссудативная эритема, хейлиты, стоматиты и т. д.).

Антиоксидантный эффект

При воздействии НИЛИ наблюдается антиоксидантный эффект, который обеспечивается за счет снижения выработки свободнорадикальных комплексов, когда происходит предохранение клеточных и субклеточных компонентов от повреждения, а также обеспечение целостности органелл. Данный эффект связан с патогенезом значительного количества кожных болезней и механизмом старения кожи. Как показали исследования Г. Е. Брилль и соавторов, НИЛИ активизирует ферментативное звено антиоксидантной защиты в эритроцитах и несколько ослабляет стимулирующее влияние стресса на перекисное окисление липидов в эритроцитах.

Антиоксидантный эффект НИЛИ используется при лечении аллергодерматозов, хронических заболеваний кожи и при проведении омолаживающих процедур.

Обезболивающий эффект

Обезболивающий эффект при воздействии НИЛИ осуществляется за счет блокады болевой чувствительности по нервным волокнам. Одновременно наблюдается легкий седативный эффект. Также обезболивающий эффект обеспечивается за счет снижения чувствительности рецепторного аппарата кожи, повышения порога болевой чувствительности, стимуляции деятельности опиатных рецепторов.

Совокупность обезболивающего и легкого седативного эффектов играет важную роль, так как при различных кожных заболеваниях зуд (как извращенное проявление боли) является основным симптомом, нарушающим качество жизни больного. Эти эффекты позволяют применять НИЛИ при аллергодерматозах, зудящих дерматозах, красном плоском лишае.

Иммуномодулирующий эффект

В последнее время доказано, что при различных кожных заболеваниях наблюдается дисбаланс иммунной системы. Как при местном облучении кожи, так и при внутривенном облучении крови НИЛИ оказывает иммуномодулирующий эффект — устраняется дисглобулинемия, повышается активность фагоцитоза, происходит нормализация апоптоза и активация нейроэндокринной системы.

Некоторые методики с использованием НИЛИ

Аллергодерматозы (атопический дерматит, хроническая экзема, рецидивирующая крапивница). Проводят облучение НИЛИ венозной крови инвазивным или неинвазивным методом, а также локальную лазеротерапию.

Инвазивный метод заключается в венопункции (венесекции) в области лучевой вены, заборе крови в количестве 500–750 мл, которая пропускается через лазерный луч, после чего следует реинфузия облученной крови. Процедура проводится однократно, 1 раз в полгода с экспозицией 30 мин.

Неинвазивный метод заключается в подведении лазерного луча в проекцию лучевой вены. В это время больной сжимает и разжимает кулак. В результате в течение 30 мин облучается 70% крови. Метод безболезненный, не требует специальных условий, предполагает использование как непрерывного, так и импульсного лазерного излучения — от 5 до 10 000 Гц. Установлено, что колебания в 10 000 Гц соотносятся с колебаниями на поверхности мембран клеток.

Облучение крови производится только гелий-неоновым лазером, длиной волны 633 нм, мощностью 60,0 мВт и полупроводниковыми лазерами с длиной волны 0,63 мкм.

С. Р. Утц и соавторы для лечения тяжелых форм атопического дерматита у детей, применив неинвазивный метод, использовали лазерные головки с отражающей поверхностью; на кожу в месте облучения наносили иммерсионное масло, а головкой создавали компрессию. Зоной облучения служила большая подкожная вена на уровне медиальной лодыжки.

Перечисленные методы дополняют локальной лазеротерапией. Рекомендуемые максимальные размеры площадей для проведения лазерной терапии в течение одного сеанса: для кожи лица и слизистых оболочек полости носа, рта и губ — 10 смІ, для остальных участков кожи — 20 смІ. При симметричных поражениях целесообразно в течение одного сеанса последовательно работать на двух контралатеральных зонах с равным разделением рекомендуемой площади.

При работе на коже лица категорически запрещается направлять луч на глаза и веки. Отсюда следует, что излучение гелий-неонового лазера не следует применять для лечения заболеваний кожи век.

Излучение гелий-неонового лазера применяют преимущественно в дистанционном режиме. Для лечения заболеваний кожи с площадью поражения свыше 1–2 смІ пятно лазерного луча перемещают со скоростью 1 см/с по всей выбранной для сеанса площади так, чтобы она вся была равномерно подвергнута облучению. Целесообразен спиральный вектор сканирования — от центра к периферии.

При атопическом дерматите облучение проводят по полям с захватом всей пораженной поверхности кожи по конфигурации патологического участка от периферии к центру, с облучением здоровых тканей в пределах 1–1,5 см или сканированием лазерным лучом со скоростью 1 см/с. Доза облучения на сеанс составляет 1–30 Дж/смІ, длительность сеанса — до 25 мин, курс из 5–15 сеансов. Лечение можно проводить на фоне антиоксидантной терапии и витаминотерапии.

При облучении венозной крови с помощью НИЛИ у больных с аллергодерматозами мы добиваемся всех вышеупомянутых эффектов лазерного излучения, что способствует быстрейшему выздоровлению и снижению случаев рецидивов.

Псориаз. При псориазе используется облучение крови, применяется лазерная индуктотермия надпочечников, а также локальное воздействие на бляшки. Проводится обычно инфракрасным (0,89 нм, 3–5 Вт) или гелий-неоновым лазерами (633 нм, 60 мВт).

Лазерная индуктотермия надпочечников проводится контактно на кожу в проекции надпочечников, от 2 до 5 мин, в зависимости от веса больного, курс — 15–25 сеансов. Лазерное облучение проводят в стационарной и регрессирующей стадиях псориаза, обеспечивая выработку эндогенного кортизола организмом больного, что приводит к разрешению псориатических элементов и позволяет добиться выраженного противовоспалительного эффекта.

Показана эффективность лазерной терапии при псориатическом артрите. В ходе лечения облучают пораженные суставы, иногда местную терапию сочетают с облучением надпочечников. После двух сеансов отмечается обострение, которое становится менее интенсивным к 5-му сеансу, к 7–10-му сеансам состояние стабилизируется. Курс лазеротерапии состоит из 14–15 сеансов.

Принципиально новым направлением в терапии псориаза и витилиго является разработка и клиническое применение эксимерного лазера на основе хлорида ксенона, который представляет собой источник узкополосного ультрафиолетового (UVB) излучения длиной 308 нм. Поскольку энергия направляется только на область бляшки и здоровая кожа не подвергается воздействию, очаги поражения можно облучать с помощью излучения с высокой плотностью энергии (от 100 мДж/смІ и выше), что усиливает антипсориатическое действие. Избежать вапоризации и термических поражений позволяют короткие импульсы до 30 нс. Узкий монохроматический спектр излучения с длиной 308 нм действует только на один хромофор, вызывая гибель мутагенных ядер кератиноцитов и активируя Т-клеточный апоптоз. Ограничивают внедрение в широкую клиническую практику эксимерных лазерных систем их высокая стоимость, отсутствие методического обеспечения, недостаточная изученность отдаленных результатов, сложности, связанные с расчетом глубины воздействия по мере истончения бляшек в ходе терапии.

Красный плоский лишай (КПЛ). При КПЛ обычно используется методика местного облучения высыпаний контактным способом, скользящими движениями от периферии к центру. Экспозиция — от 2 до 5 мин, в зависимости от площади поражения. Суммарная доза не должна превышать 60 Дж/смІ. Такие процедуры обеспечивают противовоспалительный и противозудный эффект. Для рассасывания бляшек экспозицию увеличивают до 15 мин.

При локализации КПЛ на волосистой части головы лазерное облучение проводится с экспозицией до 5 мин. Кроме вышеупомянутых эффектов, достигается стимуляция роста волос в зоне облучения.

При применении данных методов используется инфракрасное, гелий-неоновое и на парах меди лазерное излучение. При КПЛ также может проводиться облучение венозной крови.

Пиодермии. При гнойничковых заболеваниях кожи также применяется методика облучения НИЛИ венозной крови и методика местного облучения контактным способом, скользящими движениями с экспозицией до 5 мин.

Данные методики позволяют достичь противовоспалительного, антибактериального (бактериостатического и бактериоцидного) эффектов, а также стимуляции репаративных процессов.

При рожистом воспалении применяют НИЛИ контактно, дистанционно и внутривенно. При использовании лазерной терапии на 2–4 дня раньше нормализуется температура тела, на 4–7 сут быстрее наступает регрессия локальных проявлений, на 2–5 сут быстрее происходят очищение и все процессы репарации. Выявлено повышение фибринолитической активности, содержания Т- и В-лимфоцитов и их функциональной активности, улучшение микроциркуляции. Рецидивы при традиционном лечении составляют 43%, при применении НИЛИ — 2,7%.

Васкулиты. Для лечения васкулитов кожи В. В. Кулага и соавторы предлагают инвазивный метод НИЛИ. Из вены больного берут 3–5 мл крови, помещают ее в кювету и подвергают облучению гелий-неоновым лазером, мощностью 25 мВт, в течение 2–3 мин, после чего 1–2 мл облученной крови вводят в очаги поражения. За один сеанс делают 2–4 инъекции, в течение недели — 2–3 сеанса, курс лечения состоит из 10–12 сеансов. Другие авторы рекомендуют внутрисосудистое облучение крови энергией гелий-неонового лазера мощностью 1–2 мВт длительностью 10–30 мин, сеансы проводят ежедневно или через день, курс состоит из 10–30 сеансов.

Склеродермия. Ж. Ж. Рапопорт и соавторы предлагают проводить сеансы лазерной терапии с помощью гелий-неонового лазера через световод, введенный по игле на границе здоровой и пораженной кожи. Сеанс длится 10 мин, доза — 4 Дж/смІ. Другая методика заключается в наружном облучении очагов поражения излучением мощностью 3–4 мВт/смІ с экспозицией 5–10 мин, курс — 30 сеансов.

Вирусные дерматозы. Достаточно успешно лазерная терапия применяется при опоясывающем лишае. А. А. Каламкарян и соавторы предложили дистанционное посегментарное облучение очагов гелий-неоновым лазером мощностью 20–25 мВт, при котором луч лазера перемещается по ходу нервных стволов и на места высыпаний. Сеансы проводятся ежедневно, длятся от 3 до 20 дней.

Витилиго. Для лечения витилиго применяют излучение гелий-неонового лазера и наружные фотосенсибилизаторы, например анилиновые красители. Непосредственно перед процедурой на очаги наносят раствор красителя (бриллиантовый зеленый, метиленовый синий, фукорцин), после чего проводят локальное облучение расфокусированным лазерным лучом мощностью 1–1,5 мВт/смІ. Продолжительность сеанса оставляет 3–5 мин, ежедневно, курс 15–20 сеансов, повторные курсы возможны через 3–4 нед.

Облысение. Применение лазера на парах меди в эксперименте, проводившемся на коже, по данным электронной микроскопии, выявило выраженное усиление пролиферативной и метаболической активности в эпидермоцитах, в том числе в волосяных фолликулах. Отмечено расширение микрососудов сосочкового слоя дермы. В соединительной ткани, в частности в фибробластах, обнаружено относительное нарастание объема внутриклеточных структур, связанных с синтезом коллагена. Зарегистрировано возрастание активности в нейтрофилах, эозинофилах, макрофагах и тучных клетках. Перечисленные изменения лежат в основе лечения облысения. Уже после 4–5-го сеанса лазерной терапии отмечается рост пушковых волос на голове.

Описанная выше техника лечения витилиго применяется также для лечения очагового облысения.

Рубцы. С помощью световой и электронной микроскопии изучались изменения, которые происходят в кожных рубцах в результате применения лазерного излучения у человека. Так, применение ультрафиолетового и гелий-неонового НИЛИ не вызывало существенных изменений вследствие неглубокого проникновения лазерной энергии. После использования излучения инфракрасного лазера растет число резорбирующих коллаген фибробластов, при этом коллагеновые волокна истончаются, несколько снижается число тучных клеток и выделение секреторных гранул. В некоторой степени увеличивается относительная объемная доля микрососудов.

При использовании НИЛИ для профилактики грубого рубцевания кожных хирургических ран выявлено снижение содержания активных фибробластов и, следовательно, коллагена.

Использование высокоинтенсивного лазерного излучения (ВИЛИ)

ВИЛИ получают с помощью СО₂, Er:YAG-лазера и аргонового лазера. СО₂-лазер в основном используется для лазерного удаления (деструкции) папиллом, бородавок, кондилом, рубцов и дермабразии; Er:YAG-лазер — для лазерного омолаживания кожи. Существуют также комбинированные СО₂-, Er:YAG-лазерные системы.

Лазерная деструкция. ВИЛИ применяется в дерматологии и косметологии для деструкции новообразований, удаления ногтевых пластинок, а также для лазерной вапоризации папиллом, кондилом, невусов и бородавок. При этом мощность излучения может составлять от 1,0 до 10,0 Вт.

В клинической практике применяют неодимовый и СО₂-лазеры. При применении СО₂-лазера меньше повреждаются окружающие ткани, а неодимовый лазер обладает лучшим гемостатическим эффектом. Помимо того, что лазер физически удаляет поражения, исследования показали токсическое действие лазерного излучения на вирус папилломы человека (ВПЧ). Путем изменения мощности лазера, размера пятна и времени экспозиции можно контролировать глубину коагуляции. Для выполнения процедур необходим хорошо обученный персонал. При использовании лазеров требуется обезболивание, однако местной или локальной анестезии оказывается достаточно, что позволяет проводить процедуры в амбулаторных условиях. Однако 85% больных все равно отмечают легкую болезненность. Метод имеет примерно такую же эффективность, как электрокоагуляция, но менее болезнен, вызывает меньше послеоперационных побочных эффектов, включая менее выраженное рубцевание, дает хороший косметический эффект. Эффективность метода достигает 80–90% при терапии остроконечных кондилом.

Лазеротерапию можно успешно применять для лечения распространенных, устойчивых к другой терапии бородавок. При этом проводится несколько курсов лечения, что позволяет повысить процент излечения с 55 (после 1 курса) до 85%. Однако в особых случаях при многолетнем неэффективном лечении различными методами эффективность лазеротерапии оказывается не столь высока. Даже после многократных курсов лечения она позволяет прекратить рецидивирование примерно лишь у 40% больных. Тщательные исследования показали, что столь невысокий показатель связан с тем, что СО2-лазер неэффективен для устранения генома вируса из поражений, устойчивых к лечению (по данным ПЦР молекулярно-биологическое излечение наступает у 26% больных).

Лазерную терапию можно применять для лечения генитальных бородавок у подростков. Показана высокая эффективность и безопасность метода при лечении данного контингента пациентов, в большинстве случаев для излечения достаточно 1 процедуры.

Для уменьшения количества рецидивов остроконечных кондилом (частота рецидивов от 4 до 30%) рекомендуют применять после процедуры удаления лазерное «очищение» окружающей слизистой. При использовании методики «очищения» часто наблюдаются дискомфорт и болезненность. При наличии больших кондилом перед лазеротерапией рекомендуется их предварительное разрушение, в частности электрокаутером. Это, в свою очередь, позволяет избежать побочных эффектов, связанных с электрорезекцией. Возможной причиной рецидивов является сохранение генома ВПЧ в коже рядом с участками обработки, что было выявлено как после применения лазера, так и после электрохирургического иссечения.

Наиболее тяжелыми побочными эффектами лазерной деструкции являются: изъязвления, кровотечение, вторичное инфицирование раны. После лазерного иссечения бородавок осложнения развиваются у 12% больных.

Как и при использовании электрохирургических методов, происходит выделение ДНК ВПЧ с дымом, что требует соответствующих мер предосторожности во избежание заражения носоглотки врача. В то же время в некоторых исследованиях показано отсутствие различий в частоте выявления бородавок у хирургов, занимающихся лазеротерапией, в сравнении с другими группами населения. Не обнаружено существенных различий в частоте появления бородавок и между группами врачей, применявших и не применявших защитные средства и эвакуаторы дыма. Тем не менее, поскольку типы ВПЧ, вызывающие генитальные бородавки, способны инфицировать слизистую верхних дыхательных путей, лазерный дым, содержащий эти вирусы, опасен для хирургов, производящих вапоризацию.

Широкому распространению методов лазерной деструкции препятствует высокая стоимость качественного оборудования и необходимость подготовки опытного персонала.

Лазерная эпиляция. В основе лазерной эпиляции (термолазерной эпиляции) лежит принцип селективного фототермолиза. Световая волна со специально подобранными характеристиками проходит через кожу и, не повреждая ее, избирательно поглощается меланином, содержащимся в больших количествах в волосяных луковицах. Это вызывает нагрев волосяных луковиц (фолликулов) с последующей их коагуляцией и разрушением. Для разрушения фолликулов требуется, чтобы к корню волоса было подведено необходимое количество световой энергии. Для эпиляции используется излучение мощностью от 10,0 до 60,0 Вт. Так как волосы находятся в разных стадиях роста, то для полной эпиляции требуется несколько процедур. Они проводятся на любом участке тела, бесконтактно, не менее 3 раз с интервалом 1–3 мес.

Основными преимуществами лазерной эпиляции являются комфортность и безболезненность процедур, достижение стойкого и долговременного результата, безопасность, высокая скорость обработки (одним импульсом одновременно удаляются сотни фолликулов), неинвазивность, бесконтактность. Таким образом, этот метод на сегодня представляет собой самый эффективный и наиболее экономически выгодный способ эпиляции. Существенно снижает эффективность процедур длительное пребывание на солнце и загар (естественный или искусственный).

Лазерная дермабразия. Дермабразия — это снятие верхних слоев эпидермиса. После воздействия остается достаточно мягкий и безболезненный лазерный струп. В течение 1 мес после процедуры под струпом формируется новая молодая кожа. Применяется лазерная дермабразия для омолаживания кожи лица и шеи, сведения татуировок, шлифовки рубцов, а также в качестве лечения постакне у больных тяжелыми формами угревой болезни.

Лазерное омоложение кожи. С помощью лазера проводится точная и поверхностная абляция с минимальным тепловым повреждением и без кровотечений, что приводит к быстрому заживлению и исчезновению эритемы. Для этого используют в основном Er:YAG-лазеры, которые хороши для поверхностного омоложения кожи (в том числе у темнокожих пациентов). Аппараты позволяют проводить быстрое и равномерное сканирование кожи, а также выравнивать цветовые границы после обработки CO₂-лазером.

Противопоказания к применению лазерной терапии

Лазерную терапию применяют с осторожностью у больных с онкологическими заболеваниями, сахарным диабетом, гипертонической болезнью и тиреотоксикозом в стадии декомпенсации, тяжелыми нарушениями сердечного ритма, стенокардией напряжения 3–4-го функциональных классов и недостаточностью кровообращения 2–3-й стадии, заболеваниями крови, угрозой кровотечения, активной формой туберкулеза, психическими болезнями, а также при индивидуальной непереносимости.

Таким образом, лазерное излучение является мощным вспомогательным средством в лечении больных различными дерматологическими заболеваниями и методом выбора в хирургической дерматологии и косметологии.

Литература

А. М. Соловьев, кандидат медицинских наук, доцент
К. Б. Ольховская, кандидат медицинских наук

Источник