ЛАЗЕР - лікар Дамієн Гатінель
Слово LASER є абревіатурою від "посилення світла за рахунок стимульованого випромінювання випромінювання", що перекладається французькою мовою як "посилення світла за рахунок стимульованого випромінювання".
Лазери займають важливе місце в офтальмології, зокрема в терапевтичному арсеналі офтальмолога, для проведення різних операцій на очах. Їх довжина хвилі, спосіб доставки та потужність різняться залежно від бажаного застосування. Якщо офтальмологія є широкою галуззю застосування лазерного випромінювання в терапевтичних цілях, рефракційна хірургія - це те поле, де ексимерні лазери та фемтосекундні лазери панують для хірургічної корекції дефектів зору.
Багато практичних застосувань, як правило, погіршують використання лазерного світла, що, тим не менше, є плодом подвійного подвигу: теоретичного та технологічного. Ідея спрямованого і когерентного монохроматичного випромінювання, випромінюваного стимульованим випромінюванням, була передбачена Ейнштейном ще в 1917 році; Лише через майже півстоліття, в 1960 році, в лабораторії Майман випромінив перше лазерне світло. З іншого боку, пройшло лише кілька років, щоб з’явилися різні промислові та медичні програми.
Таким чином, лазер був насамперед теоретичним передбаченням: його конкретна реалізація матеріалізує подвиги, здійснені інструментальною оптикою в 20 столітті, і майстерність, набута щодо взаємодій світла та речовини. Також чудово, що хвильові та корпускулярні аспекти світла є необхідними та важливими для розуміння роботи та проектування лазера: цей прилад є результатом досягнень квантової фізики та сучасної техніки.
Ця сторінка присвячена особливостям, що відрізняють лазерне світло від інших вогнів, а також основним та загальним аспектам, що регулюють його випромінювання: сторінки більш детально стосуються особливостей лазерного світла, механізмів, характерних для конструкції приладу. що випромінюють таке світло і які стосуються лазерного випромінювання та лазерного посилення. Вони навмисно написані мовою, доступною для нефізиків, але кілька необхідних спрощень не повинні змінювати саму суть предмета.
ЛАЗЕР: енергійне світло
Більшість із нас хоча б раз тримали в руках лазер у вигляді червоного лазерного «вказівника», який зазвичай використовують під час лекцій, ілюстрованих слайд-шоу.
Якщо розглядати корпускулярний аспект світла, цей вказівник можна порівняти з «фотонною гарматою». На відміну від променів електричного факела, ці фотони, здається, мають особливі властивості: вони йдуть "випрямленіше" і "далі" і обмежуються певним діапазоном кольорового випромінювання (червоним, або зеленим тощо).
Енергія, яку несе лазерний промінь, - це сума енергії кожного з випромінюваних фотонів.
Однак енергія, що транспортується фотоном, квантована і дорівнює: E = h ν, де h - постійна Планка (6,626068 × 10-34 м2 кг/с), а ν - частота хвилі, пов'язаної з фотоном (в Герц) Ця частота відповідає кількості коливань, здійснених електричним полем за одну секунду. Ця формула пов'язує корпускулярний аспект (енергію фотона) з хвильовим аспектом світла.
Одиницею енергії є Джоуль (один Джоуль = 0,2389 калорій). Фізики часто підмінюють електрон-вольт для опису енергії, пов'язаної з фотоном: 1 еВ = 1,602 х 10 -19: це енергія, набута електроном, прискореним різницею потенціалів 1 В: це також енергія, пов'язана з інфрачервоний фотон, довжина хвилі якого становить 1,24 мкм. Потужність - це кількість енергії, що доставляється за певний час: один ват відповідає подачі одного Джоуля протягом однієї секунди. Потужність, яку подає лазерний вказівник, зазвичай становить 3 мілі-джоулі (мДж) на секунду або 3 мілі-ват (3 мВт). Якщо енергія кожного з фотонів, випромінюваних покажчиком, дорівнює 3 х 10 -19 джоулів, щосекунди вказівник випромінює 10 000 мільйонів фотонів. Якщо ця енергія зосереджена на 1 мм2, локальне освітлення перевищує поріг, що представляє небезпеку для ока (цей поріг небезпеки становить 2 мВт/мм2). Ось чому випадкове потрапляння сітківки ока на лазерні вказівники є потенційно небезпечним.
Енергія фотонів пропорційна їх частоті (обернено пропорційна довжині хвилі). Випромінювання, випромінюване ексимерним лазером, розташоване в ультрафіолетовому (з більшою частотою, ніж видиме світло). Доставлені фотони мають енергію 6,4 ев для довжини хвилі, яка зазвичай подається ексимерним лазером (193 нанометра). Ця енергія є достатньою для розриву міжатомних зв'язків і дозволить явища "фотоабляції", що застосовуються в рефракційній хірургії рогівки (PKR-LASIK).
Особлива енергія лазерного світла полягає в тому, що воно може концентруватися в просторі та часі
Лампа потужністю 100 Вт має коефіцієнт корисної дії близько 5%: вона виробляє близько 5 Вт світлової енергії, яка розподіляється у всіх напрямках навколишнього простору. На відстані одного метра освітленість становить 0,04 мВт/см 2 - або 0, 0004 мВт/см2. Лазер, що випромінює подібну потужність (5 Вт), але який фокусує його на площі 1 мм 2, забезпечує місцеве освітлення в 10 000 разів інтенсивніше, порядку 5 Вт/мм2. Лазер дозволяє концентрувати світло на невеликій площі; це властивість саме по собі корисно для цілеспрямованих дій. Як мінімум, діаметр фокусуючої плями лазера може досягати діаметра довжини хвилі!
Енергія доставлених фотонів також може бути зосереджена в часі. Ультракороткі імпульси дають дуже “потужні” удари, незважаючи на низьку загальну енергію на удар. Наприклад, імпульс в 100 мікро-джоулів, поданий за 20 фемто-секунд (20 х 10-15 секунд), відповідає піковій потужності (енергія імпульсу, поділена на тривалість імпульсу) 5 Гігават! Імпульси, подані фемтосекундними лазерами, що використовуються в хірургії рогівки, тривають кілька сотень фемтосекунд і мають потужність порядку мікроджоуля. Інтенсивність електричного поля, створеного у фокусній точці, дозволяє подолати силу, яка з'єднує електрони з атомними ядрами, що створює іонізацію без випромінювання тепла (тривалість імпульсу занадто мала для передачі енергії, що подається в тепловій формі) . Співставляючи ряд ударів всередині рогівки, ми можемо локально створювати розриви тканин, що зіставляються, дозволяючи різати тканину рогівки без нагрівання.