1. Что обозначает термин "лазер"?
Термин "лазер" — аббревиатура от английского "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" — усиление света с помощью индуцированного излучения.

2. Что означает индуцированное излучение?
Чтобы понять физический принцип действия лазера, нужно рассмотреть некоторые основные положения квантовой механики. Ядра всех атомов окружены электронами, вращающимися по определенным орбитам. Орбиты эти достаточно постоянны, и электроны редко перескакивают на другой уровень. Исключение составляют наиболее удаленные от ядра электроны, которые могут перемещаться между орбитами при передаче или при испускании определенного количества энергии. Эта энергия обычно представлена фотоном.
Индуцированное поглощение происходит, когда отдельный фотон достигает атома и сообщает отдельному электрону энергию для перехода на более высокую орбиту. Новое состояние электрона на новой орбите нестабильно, он стремится вернуться на более низкий, устойчивый энергетический уровень. Спонтанное излучение возникает при переходе электрона без всякого внешнего воздействия из возбужденного состояния в основное с испусканием фотона. Энергия фотона равна разнице энергий электронных орбит.
Хотя обе эти идеи выглядят простыми, базовая концепция лазерного излучения может быть сложна для восприятия. При переходе электронов из метастабильного состояния в основное под воздействием электромагнитного излучения соответствующей частоты возникает вынужденное излучение. Это состояние характеризуется тем, что количество атомов с возбужденными электронами преобладает над количеством атомов с электронами, находящимися в спокойном состоянии. Сложность разработки лазерной системы заключается в создании среды, в которой многие электроны находятся в состоянии возбуждения, но в целом еще сохраняют устойчивость. При вынужденном излучении фотон света достигает атома с возбужденным электроном, и этот электрон переходит на более низкую орбиту, а два одинаковых фотона покидают систему. Эти два фотона в последующем способны достигать двух других атомов с возбужденными электронами, приводя к быстрому умножению числа фотонов по типу цепной реакции. Все генерируемые фотоны идентичны. При достаточно интенсивном возбуждении можно одновременно перевести в такое состояние большую часть атомов. Так происходит накопление энергии. На этом основан принцип процесса, который известен под акронимом ЛАЗЕР.

3. Как происходит усиление света в лазерной системе?
В лазерной системе используется оптический резонатор для усиления и направления света. Это цилиндрическая камера, включающая лазерный проводник с параллельными зеркалами на каждом конце и поглощающим покрытием. Фотоны отражаются между зеркалами, и все лучи, не являющиеся строго параллельными, поглощаются покрытием. Параллельные пучки излучения продолжают участвовать в процессе вынужденной эмиссии, отражаются зеркалами, образуя стоячие волны. При образовании стоячей волны происходит усиление света. Один из концов оптического резонатора снабжен механизмом периодического высвобождения света из камеры.

4. Какие типы проводников используются в Лазерных системах?
Способность атома быть использованным в лазерной системе является сложной функцией квантовой механики и физических характеристик пространственной решетки, используемой в ней.
Основное свойство любой среды — поддержание инверсии для обеспечения вынужденной эмиссии. Твердые вещества
Рубиновые кристаллы, состоящие из окиси алюминия [А1₃О₂] с вкраплениями атомов хрома [Сг] в кристаллической решетке.
Неодимовый; ИАГ лазер (Nd:YAG) неодим:иттрий-алюминий-гранатовый кристалл Газы
Углекислый газ (СО₂)
Аргон (Аг)
Пары меди (Си) Краски
Флюоресцирующая жидкая среда (часто родамин)

5. В чем состоят особенности лазерного излучения?
Лазерное излучение уникально благодаря трем только ему присущим свойствам:
1. Когерентность. В физике существует 2 типа когерентности — пространственная и временная. Пространственная когерентность выражается в однотипности волнового фронта, т. е. пики и спады волн располагаются параллельно, когда свет выходит из лазера. Это обеспечивает синхронизацию фаз и фокусировку на очень маленькие участки.
2. Монохромность (временная когерентность). Это означает, что световые волны имеют одинаковую длину. Некоторые лазеры испускают лучи разной длины волны. Но явление это предсказуемо, и лазеры излучают свет только той длины, которая предусмотрена используемой в лазере средой.
3. Коллимация. Это означает, что все лучи, испускаемые лазером, параллельны и не рассеиваются с расстоянием.

6. Чем важна для нас монохромность лазерного излучения?
Действие многих лазеров нацелено на специфические хромофоры, которые являются биологическими структурами, обладающими строго определенным спектром поглощения. Это может быть относительно большая структура, такая, например, как кровеносный сосуд, или гемоглобин внутри эритроцита, или специфическая органелла клетки, такая как меланосома. Спектр поглощения определяется количеством света, способного поглощаться при разных длинах волн. Важно, чтобы длина волны лазерного излучения совпала с длиной волны в пике поглотительной способности. Хорошим примером является нацеливание лазера на гемоглобин как на основную поглощающую структуру в крови при воздействии на телеангиэктазии или капиллярные гемангиомы. Оксигемоглобин характеризуется большими пиками поглощения, приходящимися на волну в 488 и 517 нм и высокими пиками поглощения, приходящимися на волны в 550 и 585 нм.
Логично было бы предположить, что воздействие должно проводиться с помощью более коротких волн в 488 и 517 нм, но повышенной способностью к поглощению этих волн обладает и меланин. Поэтому при воздействии на кровь и сосудистые образования более эффективны волны длиной 585 нм, не создающие "конкуренции" в поглощении.

7. Что означает тип волны у лазера?
Имеются лазеры импульсного и непрерывного генерирования излучения. Импульсный свет генерируется в виде пучков волн, прерываемых на определенный период времени. Этот период длится от 1 не до 300 икс. Другие лазеры генерируют непрерывный свет, и специальное устройство разделяет этот свет на короткие сегменты. Как правило, лазеры непрерывного генерированного излучения имеют свойство нежелательного выделения тепла в месте воздействия, которое может привести к рубцовым изменениям и повреждению тканей, окружающих место воздействия.

8. Что такое модуляция добротности?
Модуляция добротности — способ получения коротких сильных импульсов лазерного излучения. Она характеризуется коэффициентом качества оптического резонатора. Резонатор, имеющий высокий коэффициент качества, характеризуется меньшей потерей энергии, в то время как резонатор с низким коэффициентом качества приводит к значительной потере энергии. Использование модулятора добротности связано с энергией резонатора. Чтобы представить, к каким изменениям в лазерных системах это может привести, подумайте о больших потерях энергии при накачке ее в лазерную среду. Включение лазера запрещается даже при наличии мощного источника энергии, поскольку энергия "пропадает". Если при наличии мощного источника уменьшается потеря энергии, внутри резонатора быстро увеличивается напряженность. Генерируется короткий мощный импульс. Он может длиться 10~⁷-10~⁸ с. Гораздо быстрее произвести изменение "потери" в системе, чем изменение в подводимой энергии. Существует достаточное число методов модуляции добротности с использованием зеркал, электрооптических выключателей или поглощающих устройств.

9. Как классифицируются типы лазеров, используемых в дерматологии?
Классификация лазеров согласно их применению наиболее удобна и легка для запоминания. Многоцелевые
Лазеры на углекислом газе Для лечения сосудистых образований
Желтый криптоновый лазер
Желтый лазер на парах меди
Неодимовый:ИАГ-лазер
Аргоновый лазер
Импульсный с лампой-вспышкой лазер на красках Для лечения пигментных образований
Импульсный лазер с лампой-вспышкой на красках
Зеленый лазер на парах меди
Зеленый криптоновый лазер
Ш:ИАГ-лазер с удвоением частоты и модуляцией добротности Для выведения татуировок
Рубиновый лазер с модуляцией добротности
Лазер на александрите с модуляцией добротности
Ш:ИАГ-лазер с модуляцией добротности

10. Опишите основные свойства и работу лазера на углекислом газе.
Лазер на углекислом газе часто относят к специальным дерматологическим лазерам из-за его низкой стоимости, кабинетного размещения и широкого применения в дерматологии. Лазер на углекислом газе испускает излучение в далекой инфракрасной области длиной 10 600 нм. Вся жидкость, находящаяся в тканях, поглощает световые волны этой длины; причем поглощение не зависит от собственного поглощения какой-либо из биологических структур. По мере поглощения энергии водой температура быстро растет и происходит испарение ткани. Выраженность повреждения ткани зависит от энергии установки и времени воздействия лазера на выбранный участок. Стандартная система для использования лазера на углекислом газе представляет собой шарнирное плечо, смонтированное из твердых трубок с сочленениями, оборудованными зеркалами, и способное поворачиваться во все стороны. Излучение, испускаемое лазером, неразличимо глазом, поэтому применяется дополнительный гелиево-неоновый лазер, создающий луч для наведения. Лазер на углекислом газе работает при мощности в пределах от 1 до 30 Ватт. Длительность импульсов — от 0,01 до 0,1 с, однако он может работать и в непрерывном режиме. Лазеры на углекислом газе используются как с фокусировкой, так и без нее. В первом случае они применяются в целях интенсивного воздействия (например, для иссечения), во втором — для деструкции тканей с помощью менее интенсивного воздействия.

11. Перечислите, при каких поражениях кожи используется лазер на углекислом газе.

В расфокусированном режиме лазером могут удаляться разнообразные доброкачественные образования кожи. Визитной карточкой использования лазера на углекислом газе стало лечение бородавок. Эффективно лечатся с помощью такого лазера большие подошвенные или околоноггевые бородавки, но показатель излеченности не превышает такового при более привычных агрессивных вмешательствах. Основное преимущество при лечении больших бородавок лазером —возможность уменьшить кровотечение при их устранении и незначительное снижение вероятности образования рубцов. Применение сфокусированного луча, обладающего высокой энергией, дает отличный эффект при хирургическом иссечении, особенно у пациентов, получающих антикоагулянты или страдающих заболеваниями, характеризующимися кровоточивостью. В быстром импульсном режиме лазер на углекислом газе в настоящее время используется для избавления кожи лица от морщин и рубцов.

12. Нужно ли чего-нибудь опасаться при использовании лазера на углекислом газе?
При использовании лазера на СО₂ необходимо обратить особое внимание на удаление дыма, образующегося в большом количестве во время процедуры, ибо он может содержать вирусы. Недавние исследования показали относительное увеличение частоты образования бородавок на слизистой носоглотки у хирургов, работающих с СО₂-лазе-ром, которые, по-видимому, заразились при вдыхании производимого лазером дыма. Обязательным условием работы с этим лазером является ношение маски и применение специальных вакуумных очистителей воздуха.
Кроме того, лазер на СО₂ сжигает любую одежду или бумагу, с которой вступает в контакт, поэтому следует предпринять меры противопожарной безопасности. Очки с линзами из стекла или прозрачного пластика надежно предохраняют глаза от действия световых лучей той длины волны, которая генерируется.

13. Каков главный недостаток аргонового лазера?
Аргоновый лазер — один из первых лазеров, опробованных на подбор длины волны в соответствии с тканью, на которую оказывается воздействие. Аргоновый лазер испускает свет 7-ми различных длин волн, однако более 80 % из них находятся в диапазонах 488 нм (голубой) и 514,5 нм (зеленый). Эти длины волн соответствуют высокому пику поглощения для оксигемоглобина, однако меланин также обладает высокой поглотительной способностью в этом диапазоне. При использовании аргонового лазера меланин в эпидермисе часто нагревается, что сопровождается повреждением эпидермиса при лечении дермального сосудистого образования. Использование энергии, необходимой для разрушения более глубокого объекта, может привести к образованию рубца в верхних слоях. Это значительно уменьшило возможность применения аргонового лазера, и он был заменен на более новые и более избирательно действующие лазеры.

14. Какие лазеры используются для лечения сосудистых образований?