Эксимерный лазер – газовый лазер, работающий на электронных переходах эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно-возбуждённых состояниях).

Эксимерный лазер:

• Эксимерный лазер – газовый лазер, в котором лазерная активная среда в виде неустойчивого соединения ионов создается в газовом разряде при электрической накачке.
• Эксимерный лазер – газовый лазер, работающий на электронных переходах эксимерных молекул (молекул, существующих только в электронно-возбуждённых состояниях).
• Первый в мире эксимерный лазер был изобретен в 1970 г.

Молекулы рабочего вещества активной среды эксимерных лазеров можно разделить на два вида: образованные частицами одного и того же вещества и частицами двух различных веществ.

Активная среда, образованная частицами одного и того же вещества, называется «эксимером». Активная среда, образованная частицами двух различных веществ, называется «эксиплексом».

Термин эксимер (англ. excimer, excited dimer) обозначает возбуждённый димер и обозначает тип материала, используемого в качестве рабочего тела лазера.

Эксимер – это  короткоживущая димерная или гетеродимерная молекула, сформированная из двух видов атомов, по крайней мере один из которых находится в электронном возбуждённом состоянии.

Эксимеры формируются между двумя атомами или молекулами, которые не образовывали бы химическую связь, если оба были бы в основном, стабильном, невозбужденном состоянии. Время жизни эксимеров очень мало и обычно составляет считанные наносекунды.

Термин эксиплекс (англ. exciplex, excitedcomplex) обозначает возбужденные молекулярные комплексы из двух или нескольких молекул.

В качестве рабочего вещества эксимерных лазеров используются благородные газы (аргон, криптон, ксенон), которые в силу своей инертности не образуют молекул, а также их соединения с галогенами (бромом, фтором, хлором).

Лазерное излучение эксимерной молекулы происходит вследствие того, что она имеет «притягивающее» (ассоциативное) возбуждённое состояние и «отталкивающее» (не ассоциативное) основное. То есть эксимерных молекул в основном, стабильном состоянии не существует.

Это объясняется тем, что благородные газы, такие как аргон, ксенон или криптон высокоинертны и обычно не образуют химических соединений.

В возбуждённом состоянии (вызванном электрическим разрядом или высокоэнергетическими электронными пучками) они могут образовывать временно связанные молекулы сами с собой (эксимеры) или с галогенами (эксиплексы), такими как бром, фтор или хлор, виде бромида ксенона, хлорида криптона, фторида криптона и т.д.

Появление таких молекул в возбуждённом связанном состоянии автоматически создаёт инверсию населённостей между двумя энергетическими уровнями молекулы. Эксимеры или эксиплексы быстро распадаются на составляющие атомы (в течение пикосекунд), в результате чего молекула переходит из возбужденного в основное, стабильное состояние атомов, испуская при этом квант электромагнитного излучения (фотон).

Длина волны эксимерного лазера зависит от состава используемого газа, и обычно лежит в ультрафиолетовой области:

Эксимер (эксиплекс)	Длина волны, нм
Ar2*	126
Kr2*	146
F2*	157
Xe2*	172, 175
ArF*	193
ArCl*	308
KrCl*	222
KrF*	248
NeF*	108
XeBr*	282
XeCl*	308
XeF*	351

Эксимерные лазеры обычно работают в импульсном режиме с частотой следования импульсов от 1 Гц до нескольких сотен Гц, у некоторых моделей частота может достигать 2 кГц; также возможна генерация единичных импульсов. Импульсы излучения обычно имеют длительность от 10 до 30 нс и энергию от единиц до сотен мДж.

Устройство эксимерного лазера аналогично устройству любого иного газового лазера. Эксимерный лазер состоит из заполненной газом – активной средой газоразрядной трубки.

Газоразрядная трубка закрыта с одной стороны полностью отражающим зеркалом, а с другой стороны – на выходе – полупрозрачным зеркалом.

В качестве источника накачки выступает электрический разряд или пучок высокоэнергетических электронов.

Эксимерный лазер широко применяется в глазной хирургии (лазерная коррекция зрения), в дерматологии, при микрообработке материалов, в производстве ЖК панелей и полупроводниковом производстве.

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Эксимерный_лазер

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Эксимерлазерная коррекция зрения — что это такое?

Эксимерлазерная коррекция зрения практически не имеет противопоказаний. После проведения операции, при соблюдении человеком всех правил реабилитационного периода и предписаний врача, не возникают осложнения как после других видов операции.

Суть оперативного вмешательства – воздействие на роговицу. Высокоточный лазерный луч позволяет моделировать такую форму прозрачной наружной оболочки, при которой лучи, преломляются и фиксируются.

Лазерный способ коррекции уже широко известен и популярен. Но, несмотря на это методика имеет свои противопоказания.

Что представляет собой коррекция, ее плюсы и минусы

Оперативное вмешательство проводится с помощью специализированного оборудования. Эксимер лазером называется аппарат, применяемый для лечения глазных заболеваний. Применяется он не только в офтальмологии.

Воздействие на ткани больного глаза происходит газовым ультрафиолетовым излучателем. Благодаря мощнейшему ультрафиолетовому излучению хирурги получают отличные результаты после выполнения операции.

При воздействии определенная часть роговицы попросту испаряется. Именно по этим причинам не нужно длительное время для проведения коррекции. Точное воздействие луча предупреждает не только проникновение инфекции в больной глаз, но и существенно уменьшает длительность реабилитации.

Смесь газов, нахождение молекул в состоянии возбуждения и воздействие на все это электрических импульсов способствует образованию мощного светового луча. Говоря простыми словами – это и есть «скальпель», обладающий специфическими свойствами.

К слову, по статистике по завершении стандартных полостных операций при помощи скальпеля, осложнения развиваются у 56% пациентов. По завершении коррекционной процедуры зрения, используя эксимер лазер, — только у 0,05% людей.

Преимущественные стороны коррекции эксимер лазером

Перечень плюсов коррекции:

• Безопасная методика. Такое оперативное вмешательство имеет минимум противопоказаний. Коррекция проводится компьютеризированной техникой, при этом обрабатываются индивидуальные данные человека. Это позволяет исключить врачебные ошибки и осложнения.

• Безболезненная процедура. Применяются для анестезии только препараты местного воздействия. Отсутствует необходимость использовать противопоказанные многим обезболивающие инъекции.
• Быстрота выполнения коррекции. Операция не занимает по времени более 20 мин, вне зависимости от сложности заболевания.
• Высокий результат. С помощью эксимерлазера возможно избавиться сразу от нескольких проблем с глазами.
• Быстрая реабилитация. Лазерные лучи не травмируют окружающие ткани. Поэтому период восстановления существенно укорачивается. Благодаря минимальному повреждению тканей, отсутствуют осложнения. После проведения коррекции у пациента отсутствуют ограничения в дальнейшей жизни.

Существуют ли недостатки

Наверное, нет методик, у которых бы отсутствовали отрицательные стороны. И коррекция эксимер лазером – не исключение.

К минусам такой терапии можно отнести возрастные ограничения. То есть, не проводится коррекция зрения, молодым людям, не достигшим совершеннолетия. Это никак не связано именно с воздействием лазера.

Не выполняется операция потому, так как орган зрения не считается достаточно развитым для коррекции.

Не часто назначается малоинвазивная терапия пожилым людям. Но и в этом случае могут быть исключения. Известны случаи, когда операция была проведена пациентам в возрасте 50-60 лет. При этом наблюдались отличные результаты.

Правила предоперационного и послеоперационного периода

За 14 дней до проведения коррекции пациенту будет предложено отказаться от ношения очков либо контактных лиц. Данный период самый лучший для восстановления естественной формы роговицы (под воздействием линзы она меняется).

В ходе исследования врачи детально изучают состояние зрительного аппарата – определяют толщину роговицы, обследуют глазное дно.

По итогам полученных результатов и визуального осмотра специалист ставит диагноз, определяется категория сложности восстановительной манипуляции.

Врачи рекомендуют перед коррекционной процедурой воспользоваться периферической профилактической лазеркоагуляцей сетчатки. Этот способ помогает сетчатке укрепиться, что увеличивает вероятность высоких результатов коррекции.

По завершении полного обследования, врачи назначают дату коррекции.

Подготовительные процедуры

Во время  подготовки к оперативному вмешательству нужно придерживаться таких правил:

• на протяжении 14 суток до оперативного вмешательства не использовать контактные линзы и очки;
• за двое суток нельзя принимать спиртные напитки;
• за сутки перестать использовать косметические средства и парфюмерию, особенно содержащие спирт (нужно создать естественный микроклимат для проведения коррекции – чувствительная аппаратура при резких запахах может сработать неправильно);
• за месяц до операции сдаются в обязательном порядке анализы крови (гепатит, RW);
• при себе в день процедуры следует иметь солнцезащитные очки, сменную одежду;
• с утра, перед оперативным вмешательством, следует позавтракать легкой пищей;
• не нужно надевать шерстяную одежду с узкими воротниками;
• утром перед коррекцией необходимо вымыть лицо с мылом, лучше пользоваться детским мылом, без добавок.

Для проведения эксимерлазерной коррекции понадобится всего 15 — 20 минут. Предварительно врач закапывает обезболивающие капли. Затем человеку устанавливают специальные инструменты на область оперируемого глаза, чтобы веки были открыты. Ощущения, которые будет испытывать человек можно сравнить с прохождением ультразвукового обследования. То есть ни боли, ни дискомфорта ощущаться не будет.

Методика совершенно безболезненна и безопасна. Единственное требование для пациента – сохранять в неподвижном состоянии голову и смотреть на маятник аппаратуры.

После того как будет проведена эксимерлазерная коррекция, у людей существенно снижается острота зрения. Но переживать по этому поводу абсолютно не нужно. Данный период называется адаптацией. То есть глазу после процедуры нужно просто привыкнуть к новым возможностям.

Окончательное восстановление зрительных функций произойдет через несколько дней. Еще один момент – через час-полтора по завершении операции наблюдается слезотечение. Это тоже считается нормальной реакцией. Спустя 6 часов данный процесс уже не будет беспокоить человека.

Рекомендации после оперативного вмешательства

Как вести себя после коррекции:

• нельзя спать несколько суток на спине;
• выходя на улицу обязательно защищать глаза от попадания прямого света;

• на протяжении первых двух суток не трогать глаза руками, промокать слезы можно только на щеках чистым платком или стерильными салфетками, руки при этом должны быть чистыми;
• прекратить в первые двое суток чтение книг, использование компьютера, вождение автомобиля или просмотр телевизора;
• четыре дня следить за тем, чтобы проточная вода не попала в глаза, где совершена эксимерлазерная коррекция зрения;
• пользоваться каплями, которые назначил врач;
• капать капли следует в конъюнктивальный мешок, оттянув чуть нижнее веко;
• исключить использование косметики и парфюмерии на протяжении 2 суток;
• нет необходимости покрывать глаз повязкой, другими фиксирующими средствами;
• не принимать алкогольные напитки на протяжении одного месяца;
• исключить чрезмерное физическое напряжение и иные виды деятельности, при которых может произойти травматизация глазного яблока;
• исключить на протяжении месяца посещение бассейна и купание в открытых водоемах;
• Посещение сауны и бани запрещено на протяжении одного месяца;
• обязательное соблюдение всех рекомендаций офтальмолога, исключается пропуск назначенных осмотров;
• при появлении резких болевых ощущений в глазу, ухудшения остроты зрения, травматизации, попадания инородных тел нужно обратиться к офтальмологу.

При соблюдении всех рекомендаций доктора, пациент может быть уверен, что никаких осложнений или непредвиденных ситуаций не возникнет.

Показания, противопоказания

Использование эксимер лазера обеспечило настоящий прорыв и не только в офтальмологии. На сегодняшний день щадящие операции по корректировке зрения проводятся во всех городах России, хотя совсем недавно такие методики были подвластны только зарубежным специалистам.

Показания к проведению эксимерной корректировке:

• близорукость;
• дальнозоркость;
• астигматизм;
• проблемы с ношением очков, линз.

К противопоказаниям относятся:

• молодые люди, младше 18 лет;
• пациенты после 45 лет (в некоторых случаях врачи делают исключение);
• недостаточная толщина роговицы;
• хронические заболевания роговицы, аутоиммунные болезни;
• катаракта;
• глаукома;
• сахарный диабет;

• туберкулез;
• злокачественные новообразования;
• период вынашивания плода и кормления грудью;
• установленные кардиостимуляторы.

Даже в том случае, если присутствуют какие-либо противопоказания для проведения лазерной коррекции, не нужно отчаиваться и опускать руки. Следует посетить офтальмолога, который после детального обследования назначит коррекцию или примет решение использовать альтернативные способы лечения.

Не нужно бояться назначенной операции. Многие, наслушавшись «страшилок» о том, что во время процедуры может выключиться свет или лазер может «промахнуться», отказываются от проведения процедуры. Все эти «страшилки» просто мифы, не более.

Даже в том случае если происходит отключение электропитания, лазер работает от бесперебойных блоков. «Промахнуться», как говорят многие, лазерное оборудование никак не может, потому как оно является высокоточным.

И только благодаря ему можно сделать зрение прежним.

Наиболее часто задаваемые вопросы

Перечень вопросов:

• Ухудшается ли острота зрения после корректировки? Результаты эксимерлазерной корректировки зрения со временем не изменятся. Это может произойти вследствие возрастных изменений после 40 лет (пресбиопия).

• Сколько времени нужно провести в стационаре? Находиться длительное время в стационарных условиях не нужно. Процедура проводится без госпитализации. Предоперационная подготовка, сама процедура и послеоперационное обследование не займут более двух часов. После этого человек будет отправлен домой. На следующий день нужно будет посетить офтальмолога для осмотра.
• Можно ли делать эксимерлазерную коррекцию сразу на двух глазах? Коррекционная терапия может выполняться на обоих глазах. Интервал корректировки составляет всего несколько минут.
• Когда можно возобновить спортивные тренировки? Человек может вести привычный образ жизни, без существенных ограничений, которых нужно придерживаться лишь месяц после процедуры. Спустя это время тренировки можно возобновить. Такой вид коррекции является единственным способом восстановления зрения для летчиков, спортсменов, альпинистов, каскадеров.
• Когда можно пользоваться компьютером, смотреть телевизор, водить машину? Через двое суток.
• Может ли развиться слепота после операции? По статистике, утраты зрения после проведенной эксимерлазерной операции зафиксировано не было.
• Нужно ли проводить повторную коррекцию? Только если случай особо тяжелый, но зачастую нужды в этом нет.

Эксимерный лазер

Одной из современных разработок в сфере медицины, считается эксимерный лазер. Он используется для лечения глаз. Лазер оказывает мягкое воздействие на органы зрения, не повреждая их.

При лечении эксимерным лазером уменьшается вероятность возникновения побочных эффектов.

К использованию данного устройства есть показания и противопоказания, потому перед его назначением требуется полностью проверить свой организм.

Эксимерный лазер

Конструкция эксимерного лазера

Эксимерный лазер 308 нм включает в себя несколько элементов:

• Полость. Сделана из керамики, потому не пропускает газ и излучение наружу. В полости газ подвергается воздействию электроразряда. Благодаря этому формируется излучение.
• Баллон с газом. Газ попадает в лазерную полость, чтобы преобразоваться в излучение.
• Оптический путь. Представляет собой трубки с особым покрытием, по которым излучение идет до глазной роговицы. В трубках есть напыление, способствующее прохождению излучения, препятствующее их попаданию в окружающую среду.
• Электронный блок. Отвечает за полную регулировку мощности излучения и направление его к глазным яблокам.
• Система лазерной подачи. Зависимо от сферы использования, пучок излучения эксимерного лазера Wavelight Ex500 может иметь разный диапазон и ширину. К примеру, на роговицу должен воздействовать как можно более узкий луч. В противном случае ткани могут оказаться повреждены.

Эксимерный лазер Бауш энд Ломб устроен довольно сложно. По этой причине он обладает высокой ценой. Следовательно, лечение с его применением стоит недешево.

Как работает оборудование?

Эксимерный лазер в офтальмологии используется, чтобы корректировать остроту зрения. Лечение с его использованием называется методом Ласика. Применяется инертный газ, а также галогены. Сочетаясь друг с другом, они формируют газовую смесь, в которую подается напряжение. Каждый атом отдельного газа объединяется с другим, в результате чего формируются двухатомные молекулы.

Происходит быстрый распад атомов на мелкие частички, из-за чего образуется ультрафиолетовый диапазон. Волны ультрафиолета применяются в медицинской сфере. Они действуют на человеческие ткани, приводят к разъединению молекул.

Подобный процесс врачи называют фотоабляцией. Ткани переходят в газообразное состояние, соответственно, врачу не требуется использовать скальпель. Лазер дает возможность делать разрезы минимальной толщины.

Соответственно, операция идет именно так, как нужно хирургу.

Эксимерный лазер

Показания к применению оборудования

Основное, для чего может потребоваться эксимерный лазер в офтальмологии – разрезание роговицы для изменения ее кривизны. Форма глазного яблока изменяется, поэтому световой луч нормально проецируется на сетчатке. После применения эксимерного лазера при витилиго, человек приобретает идеальное зрение.

Сегодня в медицинской сфере зрение восстанавливается посредством фемтолазера. Врач производит не только корректировку функции зрения посредством лазера, но и разрезание роговицы. Раньше подобная процедура могла повлечь за собой массу отрицательных последствий, однако сегодня такого практически не случается.

Если купить эксимерный лазер, то можно нормализовать зрение при следующих заболеваниях:

• Миопия – ухудшение зрения, при котором пациент хорошо видит близко расположенные объекты, но плохо те, что находятся далеко. Обусловлено это тем, что луч света проецируется перед сетчаткой.
• Гиперметропия – пациент хорошо видит далеко расположенные объекты, но плохо те, что находятся поблизости. При данном заболевании лучи света проецируются за сетчаткой.
• Астигматизм – неправильно устроенные глазные яблоки. Из-за неправильного строения нарушается восприятие формы объектов. Заболевание может сопровождаться ухудшением функции зрения. Также астигматизм может сочетаться с предыдущими двумя заболеваниями. Посредством лазера восстанавливается нормальная форма глазного яблока, что приводит к нормализации функции зрения.

Противопоказания к применению оборудования

Учитывая, какой у эксимерного лазера принцип работы, можно выделить следующие противопоказания к его применению:

• Острые вирусные заболевания либо какие-то инфекции;
• Воспаления органов зрения или кожи, которая окружает их;
• Болезни, при которых уменьшается скорость заживления тканей, в результате чего начинаются осложнения (красная волчанка, артрит, диабет);
• Гепатит C, СПИД;
• Полное отсутствие зрения на одном глазу;
• Беременность либо период лактации;
• Возраст менее 18 лет;
• Уменьшение остроты зрения на этапе прогрессии;
• Спазм цилиарной мышцы;
• Слишком сильное уменьшение толщины роговицы (если использовать эксимерный лазер, роговица может повредиться).

У лечения эксимерным лазером немало противопоказаний. Следовательно, перед его использованием необходимо провести полную диагностику всего организма. Так можно будет избежать возникновения осложнений после операции.

На эксимерный лазер цена зависит от характеристик устройства, а также производителя. Сегодня есть много компаний, занимающихся производством и поставкой лазерного оборудования для лиц, связанных с медицинской сферой. Уточнить стоимость этого устройства можно в интернет-магазине. Там же можно оформить заказ оборудования.

 врач-офтальмолог Курьянова Ирина Валентиновна

31.10.2019 13:23

Эксимерный лазер — Excimer laser

Эксимерный лазер , иногда более правильно называть эксиплекс лазером , является формой ультрафиолетового лазера , который обычно используется в производстве микроэлектронных устройств, полупроводниковые на основе интегральных схем или «чипы», глазной хирургии , и микрообработки .

Терминология и история

Термин эксимер является сокращением от «возбужденного димера », а эксиплекс — от «возбужденного комплекса ». Большинство эксимерных лазеров относятся к типу галогенидов благородных газов, для которых термин « эксимер» , строго говоря, неверен. (Хотя его используют реже, правильным термином для такого обозначения является эксиплексный лазер .)

Эксимерный лазер был изобретен в 1970 году Николаем Басовым , В.А. Данилычевым и Ю. М. Попов из Физического института им. П. Н. Лебедева в Москве , используя димер ксенона (Xe 2 ), возбуждаемый электронным пучком, для получения стимулированного излучения на длине волны 172 нм .

Позднее усовершенствование, разработанное многими группами в 1975 году, заключалось в использовании галогенидов благородных газов (первоначально Xe Br ).

Эти группы включают исследовательскую лабораторию Avco Everett, Sandia Laboratories, Центр исследований и технологий Northrop , Военно-морскую исследовательскую лабораторию правительства США, которые также разработали лазер XeCl, который возбуждался с помощью микроволнового разряда. и Лос-Аламосская национальная лаборатория.

Строительство и эксплуатация

В эксимерном лазере обычно используется комбинация благородного газа ( аргона , криптона или ксенона ) и химически активного газа ( фтора или хлора ).

При соответствующих условиях электростимуляции и высокого давления создается псевдомолекула , называемая эксимером (или, в случае галогенидов благородных газов, эксиплекс ), которая может существовать только в возбужденном состоянии и может вызывать лазерный свет в ультрафиолетовый диапазон.

Лазерное воздействие на эксимерную молекулу происходит потому, что она имеет связанное (ассоциативное) возбужденное состояние , но основное отталкивающее (диссоциативное) состояние .

Благородные газы, такие как ксенон и криптон , очень инертны и обычно не образуют химических соединений .

Однако в возбужденном состоянии (вызванном электрическим разрядом или пучками электронов высокой энергии) они могут образовывать временно связанные молекулы сами с собой (эксимер) или с галогенами (эксиплекс), такими как фтор и хлор .

Возбужденное соединение может высвобождать свою избыточную энергию, подвергаясь спонтанному или стимулированному излучению, что приводит к сильно отталкивающей молекуле в основном состоянии, которая очень быстро (порядка пикосекунды ) диссоциирует обратно на два несвязанных атома. Это формирует инверсию населения .

Определение длины волны

Длина волны эксимерного лазера зависит от используемых молекул и обычно находится в ультрафиолетовом диапазоне:

Ar 2 *	126 нм
Кр 2 *	146 нм
F 2 *	157 нм
Xe 2 *	172 и 175 нм
ArF	193 нм	60
KrCl	222 нм	25
KrF	248 нм	100
XeBr	282 нм
XeCl	308 нм	50
XeF	351 нм	45

Эксимерные лазеры, такие как XeF и KrF, также можно сделать слегка настраиваемыми, используя различные конструкции призм и решеток внутри резонатора.

Частота повторения импульсов

В то время как эксимерные лазеры с накачкой электронным пучком могут генерировать импульсы высокой единичной энергии, они обычно разделены длительными периодами времени (многие минуты). Исключением была система Electra, разработанная для исследований инерционного термоядерного синтеза, которая могла производить серию из 10 импульсов мощностью 500 Дж каждый в течение 10 с.

Напротив, эксимерные лазеры с разрядной накачкой, также впервые продемонстрированные в Лаборатории военно-морских исследований, способны выдавать устойчивый поток импульсов. Их значительно более высокая частота следования импульсов (порядка 100 Гц) и меньшая занимаемая площадь сделали возможным большинство приложений, перечисленных в следующем разделе.

В период с 1980 по 1988 год на предприятии XMR, Inc в Санта-Кларе, штат Калифорния, была разработана серия промышленных лазеров. Большинство произведенных лазеров были XeCl, и стандартным показателем была устойчивая энергия 1 Дж на импульс при частоте следования 300 импульсов в секунду.

В этом лазере использовался тиратрон высокой мощности и магнитное переключение с предварительной ионизацией коронным разрядом, и он был рассчитан на 100 миллионов импульсов без капитального обслуживания. Рабочий газ представлял собой смесь ксенона, HCl и неона при давлении примерно 5 атмосфер.

Широко использовалась нержавеющая сталь, никелированные и твердые никелевые электроды, чтобы уменьшить коррозию, вызываемую газом HCl. Одной из основных проблем, с которыми пришлось столкнуться, была деградация оптических окон из-за скопления углерода на поверхности окна из CaF.

Это произошло из-за гидрохлороуглерода, образовавшегося из небольшого количества углерода в уплотнительных кольцах, реагирующего с газообразным HCl. Гидрохлороуглероды со временем будут медленно увеличиваться и поглощать лазерный свет, вызывая медленное снижение энергии лазера.

Вдобавок эти соединения разлагаются под интенсивным лазерным лучом и собираются на окне, вызывая дальнейшее снижение энергии. Периодическая замена лазерного газа и окон требовала значительных затрат.

Это было значительно улучшено за счет использования системы очистки газа, состоящей из холодной ловушки, работающей немного выше температуры жидкого азота, и насоса с металлическими сильфонами для рециркуляции лазерного газа через холодную ловушку.

Холодная ловушка состояла из резервуара с жидким азотом и нагревателя для небольшого повышения температуры, поскольку при 77 К (точка кипения жидкого азота) давление паров ксенона было ниже необходимого рабочего давления в лазерной газовой смеси. HCl вымораживали в холодной ловушке и добавляли дополнительное количество HCl для поддержания надлежащего газового соотношения. Интересным побочным эффектом этого было медленное увеличение энергии лазера с течением времени, связанное с увеличением парциального давления водорода в газовой смеси, вызванным медленной реакцией хлора с различными металлами. Когда хлор вступил в реакцию, выделялся водород, увеличивая парциальное давление. Конечный результат был таким же, как и при добавлении водорода к смеси для повышения эффективности лазера, как сообщили TJ McKee et al.

Основные приложения

Фотолитография

Эксимерные лазеры широко используются в машинах для фотолитографии с высоким разрешением , что является одной из важнейших технологий, необходимых для производства микроэлектронных микросхем.

Современные инструменты литографии используют свет глубокого ультрафиолета (DUV) от эксимерных лазеров KrF и ArF с длинами волн 248 и 193 нанометров (доминирующая технология литографии сегодня также называется «литография эксимерного лазера»), которая имеет позволил уменьшить размеры элемента транзистора до 7 нанометров (см. ниже).

Таким образом, эксимерная лазерная литография сыграла решающую роль в продолжающемся продвижении так называемого закона Мура в течение последних 25 лет.

Наиболее распространенным промышленным применением эксимерных лазеров была фотолитография в глубоком ультрафиолетовом диапазоне , критическая технология, используемая при производстве микроэлектронных устройств (например, полупроводниковых интегральных схем или «чипов»).

Исторически с начала 1960-х до середины 1980-х ртутно-ксеноновые лампы использовались в литографии для определения их спектральных линий на длинах волн 436, 405 и 365 нм.

Однако из-за того, что полупроводниковой промышленности требовалось как более высокое разрешение (для производства более плотных и быстрых чипов), так и более высокая пропускная способность (для более низких затрат), инструменты для литографии на основе ламп больше не могли соответствовать требованиям отрасли.

Эта проблема была преодолена, когда в 1982 году в качестве новаторской разработки была предложена эксимерная лазерная литография в глубоком УФ-диапазоне, которая была продемонстрирована в IBM Канти Джайном .

Благодаря феноменальному прогрессу, достигнутому в технологии оборудования за последние два десятилетия, и сегодня микроэлектронные устройства, производимые с использованием эксимер-лазерной литографии, годовой объем производства которых составляет 400 миллиардов долларов, полупроводниковая промышленность считает, что эксимер-лазерная литография является решающим фактором в постоянном продвижении технологии Мура. закон, позволяющий уменьшить минимальные размеры элементов при производстве чипов с 800 нанометров в 1990 году до 7 нанометров в 2018 году. С еще более широкой научной и технологической точки зрения, с момента изобретения лазера в 1960 году развитие эксимерной лазерной литографии было выделено как одна из важнейших вех в 50-летней истории лазера.

Медицинское использование

Ультрафиолетовый свет эксимерного лазера хорошо поглощается биологическими веществами и органическими соединениями .

Вместо того, чтобы сжигать или разрезать материал, эксимерный лазер добавляет достаточно энергии, чтобы разорвать молекулярные связи поверхностной ткани, которая эффективно распадается в воздухе строго контролируемым образом посредством абляции, а не горения.

Таким образом, эксимерные лазеры обладают тем полезным свойством, что они могут удалять исключительно тонкие слои поверхностного материала почти без нагрева или изменения остальной части материала, который остается нетронутым.

Эти свойства делают эксимерные лазеры хорошо подходящими для точной микрообработки органических материалов (включая определенные полимеры и пластмассы) или для сложных операций, таких как глазная хирургия LASIK .

В 1980-1983, Рангасвами Srinivasan , Сэмюэл Блюм и Джеймс Дж Винн в IBM «s TJ Watson Research Center наблюдали эффект ультрафиолетового эксимерного лазера на биологические материалы. Заинтригованные, они продолжили расследование и обнаружили, что лазер делает чистые и точные разрезы, которые идеально подходят для деликатных операций.

В результате был получен фундаментальный патент, и Сринивасан, Блюм и Винн были избраны в Национальный зал славы изобретателей в 2002 году. В 2012 году члены команды были награждены Национальной медалью за технологии и инновации от президента США Барака Обамы за их работы, связанные с эксимерным лазером. Последующая работа представила эксимерный лазер для использования в ангиопластике . Эксимерные лазеры на хлориде ксенона (308 нм) также могут лечить различные дерматологические состояния, включая псориаз, витилиго, атопический дерматит, гнездную алопецию и лейкодерму.

В качестве источников света эксимерные лазеры, как правило, имеют большие размеры, что является недостатком для их медицинских применений, хотя их размеры быстро уменьшаются с продолжающейся разработкой.

Проводятся исследования для сравнения различий в результатах безопасности и эффективности между традиционной эксимер-лазерной рефракционной хирургией и рефракционной хирургией с направлением или оптимизацией волнового фронта, поскольку методы волнового фронта могут лучше корректировать аберрации более высокого порядка .

Научное исследование

Эксимерные лазеры также широко используются во многих областях научных исследований как первичные источники и, в частности, XeCl-лазер, как источники накачки для перестраиваемых лазеров на красителях , в основном для возбуждения лазерных красителей, излучающих в сине-зеленой области спектра. Эти лазеры также обычно используются в системах импульсного лазерного осаждения , где их большая плотность энергии, короткая длина волны и свойства прерывистого луча делают их идеальными для абляции широкого спектра материалов.

Смотрите также

Ссылки

Эксимерные лазеры: устройство и принцип работы

Эксимерный лазер — это ультрафиолетовый газовый лазер, с помощью которого выполняют коррекцию зрения. С появлением эксимерных лазеров хирургия глаза перешла на качественно новый уровень. Операции с применением такой технологии безболезненны и малоинвазивны.

Устройство

В основе эксимерного лазера лежит рабочее вещество — благородный газ, чаще всего аргон, ксенон или криптон. Под воздействием электричества этот газ образует крайне неустойчивые соединения с галогенами — фтором или хлором. В результате распада образовавшихся молекул появляется направленный пучок УФ-излучения.

Эксимерный лазер состоит из следующих элементов:

• Баллон с газом — одна ёмкость с готовой газовой смесью или из две ёмкости с газами, которые смешиваются.
• Компьютер — контролирует параметры системы, позволяет проводить гибкую настройку луча.
• Лазерная полость — в ней из инертного газа под воздействием электричества формируется луч. Эта конструкция сделана из керамики.
• Оптический путь — система линз, зеркал и призм, с помощью которых добиваются однородности луча.
• Система подачи — формирует форму и размер луча.

Принцип работы

В результате воздействия УФ-излучения от эксимерного лазера на ткани организма происходит так называемая фотоабляция. Суть этого процесса заключается в удалении живой ткани путём расщепления в ней молекулярных связей. Фотоабляция строго дозирована, имеет идеально ровные края. В результате кратковременного действия лазерного луча температура окружающих тканей не повышается.

Ключевыми параметрами фотоабляции при лазерной коррекции является диаметр транзиторной зоны, диаметр оптической зоны, профиль переходной зоны и глубина абляции. Лазер, как правило, удаляет 5-15% от глубины стромы роговицы глаза. В ходе процесса удаляется нужное количество ткани.

При коррекции близорукости удаляется центральная часть стромы и таким образом корректируется кривизна роговицы. При коррекции дальнозоркости удаляется периферическая часть стромы. При коррекции астигматизма луч лазера выправляет неправильную поверхность роговицы путём удаления ткани.

В ходе операции создаётся идеально ровная поверхность роговицы. Офтальмохирург может задавать силу и глубину лазерного луча. В зависимости от этих параметров можно достигать разных результатов. Обработанная лазером роговица правильно преломляет свет — так же, как и у здорового человека. Восстановление и регенерация эпителия после операции выполняется в течение нескольких дней.

Противопоказания

Коррекция зрения эксимерным лазером показана не всем. Сюда относят несколько категорий пациентов:

• Дети до 18 лет.
• Беременные и кормящие грудью.
• Пациенты с глаукомой, катарактой, деформацией сетчатки, спазмом аккомодации, монокулярностью, прогрессирующими изменениями рефракции.
• Пациенты с заболеваниями сердца и сосудистой системы, артритом, сахарным диабетом, аутоимунными заболеваниями, воспалительными процессами.

Осложнения

После операции с применением эксимерного лазера у пациента может развиться синдром сухого глаза, когда орган зрения краснеет и болит. Может отмечаться двоение изображения, ухудшение зрения в темноте, появление светлого ореола, нарушение цветовосприятия.

Эксимерные лазеры сделали хирургию глаза безболезненной и малоинвазивной. Операция по коррекции зрения длится всего несколько минут, для её проведения используется местная капельная анестезия. Технология продолжает совершенствоваться, но уже сейчас её применение позволяет устранять большинство проблем с рефракцией зрения.