Физические основы лазерной терапии

Физические основы лазерной терапии

Слово ЛАЗЕР (LASER) - это аббревиатура, составленная из начальных букв английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radia­tion, что в переводе означает - «усиление света в результате вынужденного излучения». В самом названии раскрыт принцип его работы. Если в обычном веществе свет поглощается с преобразованием энергии в тепло, переизлуча­ется или рассеивается, то в рабочем теле лазера свет усиливается за счет пос­тупления энергии извне, так же, как и у других источников света. Отличие же лазера, например, от лампы дневного света, заключается в том, что «вы­нужденное» излучение фотонов света инициируется самими же фотонами, за счет чего и происходит усиление света. При этом каждый вновь созданный фотон похож на «родивший» его как две капли воды. Этим обстоятельством и обусловлены уникальные свойства лазерного излучения: когерентность, поляризованность и монохроматичность.

Немного об истории появления самих лазеров - основе всех лазерных ме­дицинских аппаратов. В 1916 г. А. Эйнштейн в своих фундаментальных рабо­тах «Испускание и поглощение излучения по квантовой теории» и «К кван­товой теории излучения» рассмотрел процессы спонтанного поглощения и испускания излучения, а также заложил теоретические основы квантовой электроники. Более детально и последовательно квантовую теорию развил английский физик-теоретик П. Дирак. Советский физик В.А. Фабрикант в 1939 г. указал на возможность усиления света посредством стимулированно­го усиления и сформулировал необходимые для этого условия, а в 1951 г. с сотрудниками подал заявку на изобретение способа усиления излучения при помощи вынужденного испускания.

В 1952 г. одновременно Н.Г. Басов, A.M. Прохоров в СССР, Ч. Таунс, Дж. Тордон, X. Цайгер в США и Дж. Вебер в Канаде независимо друг от друга предложили способ практической реализации генерации и усиления сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний (СВЧ), и в этом же году были созданы первые квантовые усилители и генераторы в СВЧ-диапазоне (мазеры). Н.Г. Басов, A.M. Прохоров и Ч. Таунс в 1964 г. получили за свою работу Нобелевскую премию в области физики. И только в 2000 г. наш соотечественник Ж.И. Алферов  получил также Нобелевскую премию за фундаментальные исследования в области полупроводников, бла­годаря которым были созданы в начале 60-х годов прошлого века инжекци- онные полупроводниковые (диодные) лазеры.

В 1960 г. ученый из США Т. Мейман  впервые сконструировал собственно лазер на ос­нове рубинового стержня (синтетический корунд, активированный ионами Crv), генерирующий излучение в импульсном режиме в видимой об­ласти спектра (длина волны 0,694 мкм). В 1961 г. заработал первый непрерывный гелий-неоновый лазер (длина волны 0,6328 мкм). В 1962-1963 гг. одновременно в СССР и США были изготовле­ны первые полупроводниковые лазеры. В 1966 г. К. Пател (США) первый создал лазер на смеси углекислого газа и азота (CO.-N) с длиной волны излучения 10,6 мкм, обладавший высокой выход­ной мощностью и работавший в непрерывном режиме. В дальнейшем происходил настоящий бум в развитии лазерной техники. Была получе­на генерация на сотнях веществ в очень широком спектральном диапазоне. Однако только несколь­ко десятков типов лазеров стали выпускаться се­рийно, совершенствоваться технически и нашли самое широкое применение в различных облас­тях науки и техники, в том числе и в медицине. Необходимо особо отметить, что именно в кос­метологии были получены первые практические результаты клинического использования лазеров.

Для правильного, осознанного, а значит и эффективного применения лазеров на практике, особенно в биологии и медицине (косметоло­гии), понимания происходящих процессов при взаимодействии лазерного излучения с биотканями, а также для грамотного использования лазерной аппаратуры неизбежно приходится сталкиваться с физическими терминами, ссылаться на некоторые физические явления и законы. Попытаемся в сжатой форме изложить физический смысл основных терминов и определений, имеющих отношение к нашей теме.