Ексімер обладнання. Що таке ексімерний лазер

У сучасній рефракційній хірургії використовуються 2 види лазерних систем для лазерної корекції зору: це ексимерні та фемтосекундні установки, які мають ряд відмінних рис і застосовуються для вирішення різних завдань.

Ексімерні лазери

Ексімерний лазер відноситься до газових лазерних пристроїв. Робочим середовищем у цьому лазері є суміш, що складається з інертних та галогенових газів. В результаті особливих реакцій відбувається утворення ексимерних молекул.

Слово ексімер є абревіатурою, яку можна дослівно перекласти як збуджений димер. Цим терміном позначають нестабільну молекулу, що формується за стимуляції електронами. При подальшому переході молекул у колишній стан відбувається викид фотонів. При цьому довжина хвилі залежить від газу, що застосовується у пристрої. У медичній практиці зазвичай використовують ексимерні лазери, які випромінюють фотони у сфері ультрафіолетового спектра (157-351 нм).

У медичних цілях використовують імпульсний світловий потік високої потужності, що призводить до абляції тканин у зоні впливу. Так, ексимерний лазер у деяких випадках може замінити скальпель, оскільки викликає фотохімічну деструкцію поверхневих тканин. При цьому лазер не призводить до підвищення температури і подальшого теплового руйнування клітин, яке торкається глибинних тканин.

Історія ексімерних лазерів

У 1971 році вперше ексимерний лазер було представлено у Фізичному інституті імені Лебедєва П.М. у Москві декількома вченими (Басов, Попов, Даниличев). У цьому пристрої використовувався біксенон, який збуджувався електронами. Лазер мав довжину хвилі 172 нм. Надалі у пристрої стали застосовувати суміші різних газів (галогени та інертні гази). Саме в такому вигляді лазер був запатентований американцями Хартом та Сірлесом із лабораторії ВМС. Спочатку цей лазер використовували для гравіювання комп'ютерних чипів.

Тільки в 1981 році вчений Шрівансон виявив властивість лазера виробляти надточні розрізи тканин, не викликаючи ушкодження навколишніх клітин високими температурами. При опроміненні тканин лазером із довжиною хвилі в ультрафіолетовому діапазоні відбувається розрив міжмолекулярних зв'язків, внаслідок чого тканини із твердих стають газоподібними, тобто відбувається їх випаровування (фотоабляція).

В 1981 лазери почали впроваджувати в офтальмологічну практику. При цьому лазер використовували для впливу на рогівку.

У 1985 році була проведена перша лазерна корекція за методикою ФРК із застосуванням ексімерного лазера.

Усі ексимерні лазери, які використовують у сучасній клінічній практиці, працюють у імпульсному режимі (частота 100 або 200 Гц, довжина імпульсу 10 або 30 нс) з однаковим діапазоном довжин хвиль. Ці пристрої розрізняються формою лазерного пучка (літаюча пляма або скануюча щілина) та складом інертного газу. У поперечному розрізі пучок лазера виглядає як пляма або щілина, він переміщається певною траєкторією, видаляючи задані шари рогівки. В результаті рогівка набуває нової форми, яка була запрограмована з урахуванням індивідуальних параметрів. У зоні фотоабляції немає суттєвого (більше 6-5 градусів) підвищення температури, оскільки тривалість лазерного опромінення незначна. При кожному імпульсі лазерний пучок випаровує один шар рогівки, товщина якого становить 0,25 мкм (приблизно в 500 разів менше, ніж волосся людини). Така точність дозволяє отримати відмінний результат при використанні ексимерного лазера для корекції зору.

Фемтосекундні лазери

Офтальмологія, як і багато інших галузей медицини, активно розвивається останніми роками. Завдяки цьому удосконалюються методики проведення операцій на очах. Близько половини успіху операції залежить від сучасного обладнання, яке використовується під час діагностики та безпосередньо під час проведення втручання. Під час виконання лазерної корекції зору використовується промінь, який контактує з рогівкою та з високою точністю змінює її форму. Це дозволяє зробити операцію безкровною та максимально безпечною. Саме в офтальмології раніше, ніж в інших галузях медичної практики стали використовувати лазер для проведення оперативних втручань.

При лікуванні захворювань очей використовують лазерні пристрої особливого типу, що відрізняються джерелом вивчення, довжиною хвилі (криптонові лазери, що мають червоно-жовтий діапазон світіння, аргонові лазери, гелій-неонові установки, ексімерні лазери та ін.). Останнім часом широкого поширення набули фемтосекундні лазери, які відрізняються коротким імпульсом світіння, що становить лише кілька (іноді кілька сотень) фемтосекунд.

Переваги фемтосекундних лазерів

Фемтосекундні лазери мають ряд переваг, які роблять їх незамінними для використання в офтальмології. Прилади ці відрізняються високою точністю, тому можна отримати дуже тонкий шар рогівки із заздалегідь заданими параметрами клаптя.

Під час операції контактна лінза установки стикається на мить з рогівкою, внаслідок чого формується клапоть із поверхневих шарів. Унікальні можливості фемтосекундного лазера допомагають сформувати клапоть будь-якої форми та товщини залежно від потреб хірурга.

Сферою застосування фемтосекундного лазера в офтальмології є корекція аметропії (астигматизму, короткозорості, гіперметропії), трансплантація рогівки та створення інтрастромальних кілець. Саме операції, у яких використовується фемтосекундний лазер, дозволяють отримати стабільний та високий результат. Після проведення оперативного втручання клапоть поміщають на колишнє місце, тому ранова поверхня гоїться дуже швидко без накладання швів. Також при використанні фемтосекундного лазера знижується дискомфорт під час операції та болючі відчуття після неї.

7 фактів на користь фемтосекундного лазера

При хірургічній операції не потрібне використання скальпеля, а сама маніпуляція проходить дуже швидко. Для того, щоб створити клапоть за допомогою лазера, потрібно всього 20 секунд. Масштаб лазера ідеально підходить для офтальмологічних втручань. Під час та після процедури пацієнт не відчуває больових відчуттів, тому що тканини практично не ушкоджуються (шари сітківки розшаровуються під впливом повітряних бульбашок).
Відразу після відділення клаптя рогівки можна приступати до безпосередньої корекції зору шляхом випарювання стромальної речовини. При цьому вся операція триває не більше шести хвилин для одного ока. Якщо використовувати інший лазер, то може знадобитися час для того, щоб зникли всі повітряні бульбашки (близько години).
Операцію проводять під контролем Eye-tracking, який є системою стеження за зміщенням очного яблука. Завдяки цьому всі імпульси лазерного променя потрапляють саме в ту точку, в яку було запрограмовано. Внаслідок цього зір після операції відновлюється до високих значень.
Гострота зору у темряві під час проведення операції на фемтосекундному лазері також досягає високих значень. Особливо добре відновлюється темновий зір після корекції за методикою ФемтоЛасік, за якої враховуються індивідуальні параметри рогівки та зіниці пацієнта.
Швидке відновлення. Після лазерної корекції зору можна одразу ж їхати додому, але фахівці рекомендують затриматись у клініці хоча б на день. Це дозволить знизити ризик зараження та травм рогівки дорогою. Зорова функція відновлюється якнайшвидше. Вже наступного ранку гострота зору досягає максимальних значень.
Непрацездатність лише добу. Повне загоєння рогівки триває близько тижня, але в більшості випадків пацієнт може повернутися до роботи вже наступного дня після операції із застосуванням фемтосекундного лазера. Протягом відновлювального періоду слід закопувати спеціальні краплі, а також виключити фізичну активність та підвищені зорові навантаження.
Технічна досконалість при виконанні ФемтоЛасік стає можливим завдяки багатому досвіду проведення подібних операцій. Фемтосекундний лазер використовують ще з 1980 року, і за цей час було виправлено всі помилки та неточності методики.
Передбачуваність результатів у цьому типі лазерної корекції зору сягає 99%. Вкрай рідко через індивідуальні особливості пацієнта після операції відзначається недокорекція, яка потребує повторного втручання або очкової корекції.

(лазерна корекція зору) та напівпровідниковому виробництві.

Лазерне випромінювання ексимерної молекули відбувається внаслідок того, що вона має «притягуючий» (асоціативний) збуджений стан і «відштовхуючий» (не асоціативний) основний - тобто молекул в основному стані не існує. Це пояснюється тим, що благородні гази, такі як ксенон або криптон є високоінертні і зазвичай не утворюють хімічних сполук . У збудженому стані (викликаному електричним розрядом) вони можуть утворювати молекули один з одним (димери) або з галогенами, такими як фтор або хлор. Тому поява молекул у збудженому зв'язаному стані автоматично створює інверсію населення між двома енергетичними рівнями. Така молекула, що знаходиться у збудженому стані, може віддати свою енергію у вигляді спонтанного або вимушеного випромінювання, внаслідок чого молекула переходить в основний стан, а потім дуже швидко (протягом пікосекунд) розпадається на атоми, що складають.

Незважаючи на те, що термін димервідноситься тільки до з'єднання однакових атомів, а в більшості ексімерних лазерів використовуються суміші благородних газів з галогенами, назва прижилася і використовується для всіх лазерів аналогічної конструкції.

Довжина хвилі ексимерного лазера залежить від складу використовуваного газу, і зазвичай лежить в ультрафіолетовій області:

Ексімерні лазери зазвичай працюють в імпульсному режимі з частотою проходження імпульсів від 1 Гц до декількох сотень Гц, у деяких моделей частота може досягати 2 кГц; також можлива генерація поодиноких імпульсів. Імпульси випромінювання зазвичай мають тривалість від 10 до 30 нс та енергію від одиниць до сотень мДж. Потужне ультрафіолетове випромінювання таких лазерів дозволяє їх широко застосовувати у хірургії (особливо очній), у процесах фотолітографії у напівпровідниковому виробництві, при мікрообробці матеріалів, у виробництві РК панелей, а також у дерматології. Сьогодні ці пристрої є досить громіздкими, що є недоліком при широкому медичному застосуванні (див. LASIK), проте їх розміри постійно зменшуються завдяки сучасним розробкам.

Див. також

Напишіть відгук про статтю "Ексимерний лазер"

Посилання

ЕКСИМЕРНИЙ ЛАЗЕР – Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор О. М. Прохоров. 1988.
Ексимерні лазери, за ред. Ч. Роудза, пров. з англ., M., 1981

Уривок, що характеризує Ексімерний лазер

Балашев шанобливо дозволив собі погодитися з думкою французького імператора.
— Кожна країна має свої звичаї, — сказав він.
– Але вже ніде в Європі немає нічого подібного, – сказав Наполеон.
— Прошу вибачення у вашої величності, — сказав Балашев, — крім Росії є ще Іспанія, де також багато церков і монастирів.
Ця відповідь Балашева, що натякав на недавню поразку французів в Іспанії, був високо оцінений згодом, за розповідями Балашева, при дворі імператора Олександра і дуже мало оцінили тепер, за обідом Наполеона, і пройшов непомітно.
По байдужим і здивованим особам панів маршалів видно було, що вони дивувалися, у чому тут полягала гострота, яку натякала інтонація Балашева. "Якщо і була вона, то ми не зрозуміли її або вона зовсім не дотепна", - говорили вирази обличчя маршалів. Так мало була оцінена ця відповідь, що Наполеон навіть рішуче не помітив її і наївно запитав Балашева про те, на які міста йде звідси пряма дорога до Москви. Балашев, що був весь час обіду насторожі, відповідав, що comme tout chemin mene a Rome, tout chemin mene a Moscou, [як усяка дорога, за прислів'ям, веде до Риму, так і всі дороги ведуть до Москви,] що є багато доріг, і що серед цих різних шляхів є дорога на Полтаву, яку вибрав Карл XII, сказав Балашев, мимоволі спалахнувши від задоволення в удачі цієї відповіді. Не встиг Балашев довести останніх слів: «Poltawa», як уже Коленкур заговорив про незручності дороги з Петербурга до Москви і своїх петербурзьких спогадах.
Після обіду перейшли пити каву до кабінету Наполеона, який чотири дні тому був кабінетом імператора Олександра. Наполеон сів, торкаючись кави в севрській чашці, і вказав на стілець підло себе Балашеву.
Є в людині відомий післяобідній настрій, який сильніший за будь-які розумні причини змушує людину бути задоволеною собою і вважати всіх своїми друзями. Наполеон перебував у цьому положенні. Йому здавалося, що він оточений людьми, які обожнюють його. Він був переконаний, що Балашев після його обіду був його другом і любителем. Наполеон звернувся до нього з приємною і трохи насмішкуватою усмішкою.
– Це та сама кімната, як мені казали, в якій жив імператор Олександр. Дивно, чи не так, генерале? - сказав він, очевидно, не сумніваючись у тому, що це звернення не могло не бути приємним його співрозмовнику, оскільки воно доводило перевагу його, Наполеона, над Олександром.
Балашев нічого не міг відповідати на це і мовчки нахилив голову.
- Так, у цій кімнаті, чотири дні тому, радилися Вінцінгероде та Штейн, - з тією ж насміхливою, впевненою усмішкою продовжував Наполеон. - Чого я не можу зрозуміти, - сказав він, - це те, що імператор Олександр наблизив до себе всіх особистих моїх ворогів. Я цього не розумію. Він не подумав про те, що я можу зробити те саме? — з запитанням звернувся він до Балашева, і, очевидно, цей спогад вштовхнув його знову в той ранковий гнів, який ще був свіжий у ньому.
- І нехай він знає, що я це зроблю, - сказав Наполеон, підводячись і відштовхуючи рукою свою чашку. – Я вижену з Німеччини всіх його рідних, Віртемберзьких, Баденських, Веймарських… так, я вижену їх. Нехай він готує для них притулок у Росії!
Балашев нахилив голову, показуючи своїм виглядом, що він хотів би відкланятися і слухає тільки тому, що він не може не слухати того, що йому говорять. Наполеон не помічав цього виразу; він звертався до Балашева не як до посла свого ворога, а як до людини, яка тепер цілком віддана йому і має радіти приниженню свого колишнього пана.

У статті розглянемо плюси ексимерних лазерів. На сьогоднішній день медицина має широкий спектр різноманітного лазерного обладнання для лікування складних захворювань у важкодоступних ділянках людського тіла. допомагають досягти ефекту малоінвазивності та безболісності, що має величезну перевагу перед тими хірургічними втручаннями, які виробляються вручну при порожнинних операціях, які дуже травматичні, чреваті високими крововтратами, а також тривалою реабілітацією після них.

Що таке лазер?

Лазер - це спеціальний квантовий генератор, що випромінює тонкий світловий пучок. Лазерні пристрої відкривають неймовірні можливості передач енергій на різні відстані з високою швидкістю. Звичайне ж світло, яке здатне сприйматися людським зором, є невеликими пучками світла, які поширюються в різні боки. Якщо ці пучки сконцентрувати за допомогою лінзи або дзеркала, вийде великий пучок світлових частинок, але навіть він не може зрівнятися з лазерним променем, який складається з квантових частинок, що може бути досягнуто тільки шляхом активації атомів того середовища, що лежить в основі лазерного випромінювання.

Різновиди

За допомогою колосальних розробок учених усього світу ексимерні лазери сьогодні широко використовуються в багатьох сферах людської діяльності та мають такі різновиди:

Походження

Цей різновид є ультрафіолетовим, який широко застосовується в області очної хірургії. За допомогою цього пристрою лікарі здійснюють лазерну корекцію зору.

Термін «ексимер» означає «збуджений димер» і характеризує тип матеріалу, що використовується як його робоче тіло. Вперше в СРСР подібний пристрій був представлений у 1971 році вченими В. А. Данилічовим, Н. Басовим та Ю. М. Поповим у Москві. Як робоче тіло такого лазера використовувався димер ксенону, який порушувався пучком електронів з метою отримати випромінювання з певною довжиною хвиль. Через деякий час для цього стали застосовувати шляхетні гази з галогенами, і це було зроблено в 1975 в одній з дослідницьких лабораторій США вченими Дж. Хартом і С. Сірлесом.

Люди часто запитують, чому корекції зору використовується ексимерний лазер.

Його унікальність

Було встановлено, що ексимерна молекула виробляє за рахунок того, що вона знаходиться в збудженому стані, що «притягує», а також в «відштовхувальному». Це можна пояснити тим, що ксенон або криптон (шляхетні гази) мають високу інертність і, як правило, ніколи не утворюють хімічних сполук. Електричний розряд приводить їх у збуджений стан, внаслідок чого вони можуть утворити молекули або між собою або з галогенами, наприклад, хлором або фтором. Поява молекул, що у збудженому стані, створює, зазвичай, так звану інверсію населеностей, і така молекула віддає свою енергію, що є вимушене чи спонтанне випромінювання. Після цього молекула повертається в основний стан і розпадається на атоми. Пристрій ексімерного лазера є унікальним.

Термін «димер» зазвичай вживається тоді, коли між собою з'єднуються однакові атоми, однак у більшості ексімерних лазерів сучасності використовуються сполуки благородних газів та галогенів. Проте димерами називають і ці сполуки, що застосовуються всім лазерів подібної конструкції. Як працює ексімерний лазер? Це ми зараз розглянемо.

Принцип дії ексімерного лазера

Даний лазер є основною дійовою особою PRK та LASIK. Робоче тіло його представляють інертний та галогеновий газ. Коли суміш цих газів проникає висока напруга, один атом галогену і одна атом інертного газу з'єднуються, утворюючи двоатомну молекулу. Вона знаходиться в украй збудженому стані і через тисячну частку секунди розпадається на атоми, що призводить до появи світлової хвилі в УФ-діапазоні.

Цей принцип дії ексимерного лазера знайшов широке застосування в медицині, оскільки ультрафіолетове випромінювання впливає на органічні тканини, наприклад, на рогівку, таким чином, що роз'єднуються зв'язки між молекулами, що призводять до переведення тканин із твердого газоподібного стану. Цей процес називається "фотоабляцією".

Діапазон хвиль

Всі існуючі моделі даного виду функціонують в одному діапазоні довжин хвиль і розрізняються виключно шириною світлового пучка, а також за складом робочого тіла. Ексимерний лазер для корекції зору застосовується найчастіше. Але є й інші сфери його використання.

Перші мали діаметр світлового пучка, який дорівнював діаметру поверхні, на якій вироблялося випаровування. Широкий діапазон променя та його неоднорідність викликали таку ж неоднорідність верхніх шарів рогівки, а також підвищення температури на її поверхні. Цей процес супроводжувався пошкодженнями та опіками. Цю ситуацію виправило створення ексімерного лазера. У МНТК "Мікрохірургія ока" використовують його дуже давно.

Лазери нового покоління пройшли тривалий процес модернізації, у процесі якої було зменшено діаметр світлового пучка, також було створено спеціальну ротаційно-скануючу систему постачання до ока лазерного випромінювання. Розглянемо як ексимерні лазери використовують лікарі.

Застосування у медицині

У поперечному розрізі такий лазерний промінь виглядає як пляма, що переміщається по колу, знімаючи верхні шари рогівки, а також надаючи інший радіус кривизни. У зоні абляції температура не піднімається, оскільки дія є короткочасною. В результаті операції спостерігається рівна та чітка поверхня рогівки. Ексімерний лазер в офтальмології незамінний.

Хірург, який здійснює оперативне втручання, заздалегідь визначає, яка порція енергії, яка подаватиметься на рогівку, а також на яку глибину впливатиме ексимерний лазер. Звідси фахівець може заздалегідь планувати перебіг процесу та припускати, який результат буде отримано за підсумками проведення операції.

Лазерна корекція зору

Як працює ексімерний лазер в офтальмології? В основі популярної сьогодні методики лежить так зване комп'ютерне перепрофілювання рогівки, що є головною оптичною лінзою людського ока. Ексимерний лазер, яким впливають на неї, згладжує поверхню рогівки, прибираючи верхні шари і, таким чином, усуваючи дефекти, що є на ній. У цьому з'являються нормальні умови отримання оком правильних образів, створюючи правильність заломлення світла. Люди, яким була проведена така процедура, бачать як усі, хто має гарний зір.

Процедура перепрофілювання рогівки не викликає виникнення на її поверхні високих температур, що може бути згубним для живих тканин. І, як вважає більшість людей, не відбувається так званого випалювання верхніх шарів рогівки.

Найголовніша перевага ексимерних лазерів полягає в тому, що їх використання для корекції зору дозволяє отримати ідеальний результат і виправляти всі практичні аномалії рогівки. Ці пристрої є настільки високоточними, що дозволяють забезпечити фотохімічну абляцію верхніх шарів.

Наприклад, якщо цей процес здійснюється на центральній зоні рогівки, то її форма стає майже плоскою, а це допомагає виправити короткозорість. Якщо в процесі корекції зору випаровують шари рогівки в зоні периферії, то її форма стає округлішою, а це, у свою чергу, коригує далекозорість. Астигматизм виправляється за допомогою дозованого видалення верхніх шарів рогівки у різних її частинах. Сучасні ексимерні лазери, які широко використовуються у рефракційній мікрохірургії ока, гарантують високу якість поверхні, що піддається фотоабляції.

Особливості використання у медицині

Ексимерні лазери в тому вигляді, який вони мають сьогодні, з'явилися зовсім недавно, але вже зараз вони допомагають людям усього світу позбутися таких проблем із зором, як короткозорість, далекозорість, астигматизм. Подібне вирішення проблеми, вперше за довгі роки створення такого обладнання, відповідає всім вимогам безболісності, максимальної безпеки та ефективності.

Захворювання ока, які лікуються шляхом застосування

Область офтальмохірургії, що займається усуненням даних аномалій людського ока, називається рефракційною хірургією, а подібні порушення – аномаліями аметропії та рефракції.

На думку фахівців, виділяється два різновиди рефракції:

Аметропія, у свою чергу, включає кілька підвидів:

міопія (близорукість);
астигматизм - отримання оком спотвореного зображення, коли рогівка має неправильну кривизну, і потік світлових променів стає різним на різних ділянках поверхні;
гіперметропія (далекозорість).

Астигматизм буває двох видів - гіперметропічним, який близький до далекозорості, міопічним, подібним до короткозорості і змішаним.

Щоб правильно уявити суть рефракційних маніпуляцій, необхідно мінімально знати анатомію людського ока. Система оптики ока складається з трьох основних елементів - рогівки, кришталика, що є світлозаломлюючими частинами, а також сітківки, яка є частиною, що сприймає світло. Для того, щоб одержуване зображення ставало чітким і різким, сітківка знаходиться у фокусі кулі. Однак якщо вона знаходиться попереду фокусу, а таке буває при далекозорості, або позаду нього, що буває при короткозорості, зображення стає нечітким і значно розмитим.

У людини оптика ока може змінюватися протягом життя, зокрема з моменту народження і до 16-20 років вона змінюється у зв'язку зі зростанням та збільшенням у розмірах очного яблука, а також під впливом деяких факторів, які можуть призвести до утворення тих чи інших аномалій . Таким чином, пацієнтами хірурга, який займається рефракцією ока, найчастіше стають люди дорослого віку.

Протипоказання до процедури корекції зору ексімерним променем

Корекція зору ексимерним лазером показана не всім людям, які страждають на порушення зору. Забороною застосування цієї процедури є:

Можливі ускладнення після застосування

Усі існуючі методики лікування ексимерним лазером на сьогоднішній день відрізняються високою безпекою та особливою ефективністю. Тим не менш, існує ряд ускладнень, які можуть виникнути після хірургічного втручання з використанням подібних методик. До них відносяться:

Часткове або неправильне приростання частини рогівки, після чого збільшити цю частину знову неможливо.
Так званий синдром сухого ока, коли у пацієнта виникає почервоніння та болючі відчуття в оці. Дане ускладнення може виникати у випадках, якщо в процесі корекції зору пошкоджено нервові закінчення, які відповідають за вироблення сльози.
Різноманітні розлади зору, наприклад, двоїння чи зниження зору темряві, порушення сприйняття кольорів чи поява світлового ореолу.
Послаблення чи розм'якшення рогівки, що може статися як за кілька місяців після оперативного втручання, і через кілька років.

Ексімерний лазер у дерматології

Вплив низькочастотного лазера на шкіру дуже позитивний. Це відбувається завдяки таким ефектам:

протизапальному;
антиоксидантний;
знеболювальному;
імуномодулюючому.

Тобто є певний біостимулюючий механізм дії лазерного випромінювання з невеликою потужністю.

Успішно проходить лікування ексімерним лазером вітіліго. Пігментні плями на шкірі швидко згладжуються.

Ексімерний лазер – основна дійова особа ФРК та ЛАСІКу. Свою назву він отримав від комбінації двох слів: excited – збуджений, dimer – подвійний. Активне тіло таких лазерів складається із суміші двох газів – інертного та галогенового. При подачі високої напруги суміш газів, атом інертного газу і атом галогену формують молекулу двоатомного газу. Ця молекула знаходиться у збудженому та вкрай нестабільному стані. За мить, близько тисячних часток секунди, молекула розпадається. Розпад молекули призводить до випромінювання світлової хвилі в ультрафіолетовому діапазоні (частіше 193 нм).

Принцип впливу випромінювання ультрафіолетового діапазону на органічну сполуку, зокрема на рогівкову тканину, полягає у роз'єднанні міжмолекулярних зв'язків і, як результат, переведення частини тканини з твердого стану в газоподібний (фотоабляція). Перші лазери мали діаметр пучка рівний діаметру поверхні, що випаровується, і відрізнялися значною ушкоджувальною дією на рогівку. Широкий профіль променя, його неоднорідність, викликали неоднорідність кривизни поверхні рогівки, досить високий нагрівання тканини рогівки (на 15-20˚), що тягло за собою опіки і помутніння рогівки.

Лазери нового покоління модернізували. Було зменшено діаметр пучка, а обробки всієї необхідної поверхні рогівки було створено ротаційно-сканирующая система подачі лазерного випромінювання до ока. Насправді ця система була створена наприкінці 50-х років, і досі успішно застосовується в скануючих головках самонаведення ракет. Всі ексимерні лазери працюють в одному діапазоні довжин хвиль, в імпульсному режимі, і відрізняються лише модуляцією лазерного пучка та складом активного тіла. Лазерний пучок, у поперечному розрізі є прорізом або плямою, переміщається по колу поступово знімаючи шари рогівки і надаючи їй новий радіус кривизни. Температура у зоні абляції мало підвищується внаслідок короткочасного впливу. Рівна поверхня рогівки отримана в результаті операції дозволяє отримати точний і стійкий рефракційний результат.

Оскільки хірургу заздалегідь відомо, яка порція світлової енергії, що подається на об'єкт (рогівку), він може розрахувати, на яку глибину буде проведена абляція. І якого результату він досягне у процесі проведення рефракційної операції. І ось, нарешті - на порозі третього тисячоліття з'явився новий метод, що дозволяє вирішити цю проблему - це ексимер-лазерна корекція, яка позбавляє людей від короткозорості, астигматизму і далекозорості. Лазерна корекція вперше відповідає всім вимогам людини із "поганим" зором. Наукова обґрунтованість, безболісність, максимальна безпека, стабільність результатів – це ті беззастережні фактори, що її характеризують. Область офтальмохірургії, що займається корекціями цих аномалій, називається рефракційна хірургія, а самі вони - аномалії рефракції або аметропії.

Фахівці виділяють два типи рефракції:
- Емметропія- нормальний зір;
- Аметропія- аномальний зір, що включає кілька видів: міопія – короткозорість; гіперметропія – далекозорість, астигматизм – спотворення зображення, коли кривизна рогівки неправильна та перебіг світлових променів на різних її ділянках неоднаковий. Астигматизм буває міопічним (близоруким), гіперметропічним (далекозорим) та змішаним. Щоб зрозуміти суть рефракційних втручань, дуже коротко і схематично згадаємо анатомічну – фізику ока. Оптична система ока складається з двох структур: світлозаломлююча частина - рогівка і кришталик і світлосприймаюча частина - сітківка, розташована на певній (фокусній) відстані. Для того, щоб зображення було різким і чітким, сітківка повинна знаходитись у фокусі оптичної сили кулі. У випадку, якщо сітківка буде перед фокусом, що буває при далекозорості або позаду фокуса при короткозорості, зображення предметів буде розмитим і нечітким. При цьому з моменту народження і до 18-20 років оптика ока змінюється через фізіологічне зростання очного яблука і під дією факторів, що нерідко призводять до формування тих чи інших аномалій рефракції. Тому пацієнтом рефракційного хірурга частіше стає людина, яка досягла 18-20 років.

В основі ексимерно-лазерної корекції зору лежить програма "комп'ютерного перепрофілювання" поверхні основної оптичної лінзи ока людини - рогівки. За індивідуальною програмою корекції холодний промінь "вигладжує" рогівку, усуваючи всі наявні дефекти. При цьому формуються нормальні умови для оптимального заломлення світла та отримання неспотвореного образу в оці, як у людей із добрим зором. Процес "перепрофілювання" не супроводжується згубним підвищенням температури тканин рогівки, і як багато помилково вважають жодного "випалювання" не відбувається. І найголовніше, ексимер-лазерні технології дозволяють отримати настільки "ідеальний новий заданий профіль" рогівки, що дало змогу виправляти ними практично всі види та ступеня аномалій рефракції. Говорячи науковою мовою, ексимерні лазери - високоточні системи, що забезпечують необхідну "фотохімічну абляцію" (випаровування) шарів рогівки. Якщо тканина видаляється в центральній зоні, то рогівка стає більш плоскою, що виправляє короткозорість. Якщо ж випарувати периферичну частину рогівки, то її центр стане "крутішим", що дозволяє коригувати далекозорість. Дозоване видалення в різних меридіанах рогівки дозволяє виправляти астигматизм. Сучасні лазери, що використовуються в рефракційній хірургії, надійно гарантують високу якість поверхні.

Ексімерні лазери є цікавим і важливим класом молекулярних лазерів на переходах між різними електронними станами. Розглянемо двоатомну

молекулу криві потенційної енергії для основного та збудженого станів якої наведено на рис. 6.25. Оскільки основний стан відповідає взаємному відштовхуванню атомів, у цьому стані молекула не існує (тобто в основному стані частинки існують лише у мономерній формі А). Однак, оскільки крива потенційної енергії збудженого стану має мінімум, молекула може існувати у збудженому стані (тобто у збудженому стані частинки існують у димерній формі. Така молекула А називається ексімером (абревіатура англ. слів – збуджений димер). Припустимо тепер, що в певному обсязі створено велику кількість ексімерів, тоді генерація може бути отримана на переході між верхнім (зв'язаним) і нижнім (вільним) станами (зв'язано-вільний перехід). завдяки тому, що основний стан відповідає взаємному відштовхуванню атомів 1) Як тільки в результаті генерації молекула перейде в основний стан, вона негайно дисоціює. Це означає, що нижній лазерний рівень завжди буде порожнім. 2) Не існує чітко виражених обертально- коливальних переходів, і перехід є відносно широкосмуговим Однак слід зазначити, що в деяких ексімерних лазерах крива потенційної енергії основного стану не відповідає чистому взаємному відштовхуванню, а має неглибокий мінімум. У цьому випадку перехід відбувається між верхнім зв'язаним станом і нижнім (слабко) пов'язаним станом (пов'язано-пов'язаний перехід). Однак, оскільки основний стан є лише слабозв'язаним, молекула в цьому стані зазнає швидку дисоціацію або сама (предиссоціація), або внаслідок першого ж зіткнення з іншою молекулою газової суміші.

Рис. 6.25. Енергетичні рівні ексимерного лазера.

Розглянемо тепер найцікавіший клас ексімерних лазерів, у яких атом інертного газу (наприклад, ) у збудженому стані з'єднується з атомом галогену, що призводить до утворення ексімера галогенідів інертних газів. Як конкретні приклади вкажемо , які генерують все в УФ-діапазоні. Те, чому галогеніди інертних газів легко утворюються у збудженому стані, стає зрозумілим, якщо врахувати, що у збудженому стані атоми інертних газів стають хімічно подібними до атомів лужних металів, які, як відомо, легко вступають у реакцію з галогенами. Ця аналогія вказує на те, що у збудженому стані зв'язок має іонний характер; у процесі утворення зв'язку збуджений електрон переходить від інертного атома газу до атома галогену. Тому такий зв'язаний стан також називають станом з переносом заряду, Розглянемо тепер докладніше -лазер, так як він є одним з найважливіших лазерів даної категорії. На рис, 6.26 наведена діаграма потенційної енергії молекули Верхній лазерний рівень є станом з переносом заряду та іонним зв'язком, який відповідає стану позитивного іона і стану 5 негативного іона відстані крива енергії підпорядковується закону Кулона. Таким чином, потенціал взаємодії між двома іонами простягається на набагато більшу відстань ніж у випадку, коли переважає ковалентна взаємодія (пор., наприклад, з рис, 6.24), Нижній стан має ковалентний зв'язок і відповідає стану атома криптону і стану атома фтору. Таким чином, в основному стані атомні стани інертного газу та галогену змінюються місцями. В результаті взаємодії відповідних орбіталей верхній і нижній стани при малих між'ядерних відстанях розщеплюються на стани і генерація відбувається на переході оскільки він має найбільший переріз, зауважимо, що при переході випромінюючий електрон передається від іона іону

Звертаючись до механізмів збудження, зауважимо, що електричне збудження призводить в основному до утворення збуджених атомів та іонів. Обидві частки відразу призводять до утворення збуджених молекул. Справді, збуджений атом може реагувати з молекулою відповідно до наступної реакції:

Використовуючи розглянуту вище аналогію між збудженими атомами інертного газу та атомами лужних металів, можна відразу ж припустити, що швидкість реакції (6.12) буде порівняна зі швидкістю реакції між атомом лужного металу, відповідний і молекулою

Рис. 6.26. Криві потенційної енергії, що відбивають молекулярну структуру

Іон навпаки, реагує з іонами, які утворюються в реакції приєднання електрона з дисоціацією:

Зауважимо, що для одночасного виконання законів збереження енергії та імпульсу рекомбінація двох іонів має протікати за допомогою тричасткового зіткнення:

де М - атом буферного газу (у разі це, зазвичай, гелій). З-за великої відстані взаємодії двох іонів дана реакція також йде з дуже великою швидкістю, якщо тиск буферного газу досить великий (газова суміш зазвичай складається з тиску близько 120 мбар, при тиску 6 мбар і Не при тиску 2400 мбар).

Ексимерні лазери на галогенідах інертних газів зазвичай накачуються електричним розрядом відповідно до загальної схеми, представленої на рис. 6,21.

Рис. 6.27, Енергія в імпульсі, що випромінюється ТЕА-лазером з УФ-передіонізацією електричного розряду. У кожному із зазначених лазерів використовувалася та сама лазерна трубка, що і на рис. 621, але заповнена відповідним газом.

Передіонізація зазвичай досягається, як і на рис. 6,21, що випромінюють в УФ-діапазоні іскровими розрядами. Оскільки глибина проникнення УФ-випромінювання газову суміш обмежена, для великих установок (поперечні розміри розряду більше 2-3 см) іноді застосовують передіонізацію рентгенівським випромінюванням. Для лабораторних пристроїв і найбільших установок іноді використовують також накачування зовнішнім електронним пучком, У всіх випадках посилення виявляється дуже великим, так що в лазерному резонаторі зазвичай на одному з кінців як дзеркала встановлюють непросвітлений еталон, а на іншому кінці використовують дзеркало зі 100% - ним відбивачем (наприклад, заднє дзеркало на рис. 6.21), оскільки час життя верхнього рівня порівняно невеликий, а також щоб уникнути утворення дуги, необхідно забезпечити швидке накачування (тривалість імпульсу накачування 10-20 не). У випадку, представленому на рис, 6.21, це досягається, як і в азотному лазері, тим, що зменшують наскільки можна індуктивність контуру і використовують

безіндукційні конденсатори, приєднані до розрядних електродів короткими провідниками. Насправді той самий лазер типу зображеного на рис. 6,21 можна використовувати як TEA лазер, азотний лазер або ексимерний лазер просто заміною газової суміші, На рис. 627 показані отримані таким способом вихідні енергії одиночного імпульсу для різних лазерів. Є ексимерні лазери з частотою повторення приблизно до 500 Гц та середньою вихідною потужністю аж до 100 Вт. В даний час створюються також більші установки з середньою потужністю більше 1 кВт, завдяки великому квантовому виходу (див. рис, 6,26) та високій ефективності процесів накачування ККД цих лазерів зазвичай досить високий (2-4%).

Ексімерні лазери використовуються для точного травлення різних матеріалів у додатках, пов'язаних з електронними друкованими схемами, а також для випалювання тканин в біології та медицині (наприклад, радіальна кератомія райдужної оболонки ока). Ексімерні лазери також широко використовуються в наукових дослідженнях і, мабуть, знайдуть численні застосування там, де потрібне джерело потужного УФ-випромінювання з високим ККД (наприклад, фотохімії).