В отличие от обычных источников света лазеры имеют следующие физические характеристики:
Из-за ограничения резонансной полости на направление световых колебаний лазер может усиливать только вынужденные колебания излучения вдоль оси полости, поэтому лазер имеет высокую направленность. Поэтому лазер может распространять луч параллельно на большое расстояние и при этом обеспечивать достаточную интенсивность.
Диапазон длин волн видимого света, который вызывает визуальный цвет, то есть ширина спектральной линии, является мерой монохроматичности источника света. Чем уже ширина спектральной линии, тем лучше монохроматичность. Естественный свет имеет широкий диапазон длин волн. Например, после того, как солнечный свет разделяется призмой, можно увидеть спектральные полосы, состоящие из нескольких цветов. Лазер создается путем стимулированного излучения атомов и имеет чрезвычайно узкие спектральные линии, поэтому он имеет высокую монохроматичность.
Когерентность делится на временную когерентность и пространственную когерентность. Временная когерентность описывает фазовое соотношение каждой точки в направлении распространения светового луча и связана с монохроматичностью источника света. Ширина спектральной линии лазера очень узкая, а монохроматичность высокая, поэтому он имеет высокую временную когерентность. Пространственная когерентность описывает фазовое соотношение между точками на поверхности волны, перпендикулярной направлению распространения луча. Она относится к когерентности различных пространственных точек в световом поле в одно и то же время и тесно связана с его направленностью. Высокая направленность лазера определяет его высокую пространственную когерентность. Лазер является разновидностью когерентного света. Частота движения, фаза, состояние поляризации и направление распространения каждого фотона одинаковы. Одномодовый лазер может быть полностью когерентным.
Монохроматическая яркость источника света относится к оптической мощности, излучаемой источником света в пределах единичной площади, единичной полосы пропускания частот и единичного телесного угла. Такие характеристики лазера, как высокая направленность и монохроматичность, позволяют лучше фокусировать его энергию в пространстве и времени, поэтому он имеет чрезвычайно высокую монохроматическую направленную яркость.
Когда лазер воздействует на биологическую ткань, он производит тепло, давление, актиничные и электромагнитные поля и т. д., что называется биологическим эффектом лазера. Такие факторы, как длина волны и интенсивность лазера, а также характеристики отражения, поглощения и теплопроводности лазера в облучаемой части биологической ткани, оказывают влияние на его биологические эффекты. В настоящее время считается, что биологические эффекты лазера в основном отражаются в следующих аспектах: тепловой эффект, световой эффект, эффект электромагнитного поля, эффект давления и ударной волны.
1. Тепловой эффект: Суть лазера — электромагнитная волна. Если частота ее распространения равна или близка к частоте колебаний молекул ткани, ее колебания будут усиливаться. Эта молекулярная вибрация является механизмом, который генерирует тепло, поэтому ее также называют тепловой вибрацией. При определенных условиях энергия лазера, действующая на ткань, в основном преобразуется в тепловую энергию, поэтому тепловой эффект является важным фактором воздействия лазера на ткань.
Длина волны молекулярного теплового движения в основном показана вблизи инфракрасного диапазона. Поэтому инфракрасный лазерный выход лазера на углекислом газе оказывает сильное тепловое воздействие на ткань. Когда определенный тип и мощность лазера облучает биологическую ткань, он может производить 200~1000 ℃ и выше за несколько миллисекунд. Высокая температура, это происходит потому, что лазер, особенно сфокусированный лазер, может концентрировать большую энергию в крошечном луче. Например, рубиновый лазер в десятки джоулей фокусируется на микрообласти ткани и может генерировать высокую температуру в сотни градусов Цельсия в этой области в течение нескольких миллисекунд, разрушая белки в этой области и вызывая ожоги или испарение. Обычный свет в десятки джоулей является фундаментальным. Он не имеет такого эффекта. Кроме того, было также обнаружено, что при прекращении облучения повышение температуры, вызванное лазером, уменьшается медленнее, чем повышение температуры, вызванное любым методом. Например, для того, чтобы температура, вызванная рубиновым лазером, снизилась до исходной нормальной температуры, требуются десятки десятков джоулей. минута.
2. Световой эффект Биологические ткани имеют определенную степень окраски и могут избирательно поглощать спектр 300~1000 нм. Пигменты в живых организмах включают меланин, меланоидин, гемоглобин, каротин, железо и т. д. Среди них меланин имеет наибольшее поглощение лазерной энергии. Восстановленный гемоглобин имеет четкие полосы поглощения при 556 нм, оксигемоглобин имеет четкие полосы поглощения при 415 нм, 542 нм и 575 нм. Каротин имеет полосу поглощения при 480 нм. Меланин и меланоидин имеют самое сильное поглощение в диапазоне 400~450 нм. Будь то нормальная клетка или опухолевая клетка, в цитоплазме и между клетками находится много гранул меланина. Они поглощают лазерную энергию, так что энергия накапливается на гранулах пигмента и становится источником тепла. Энергия проводится и рассеивается в окружающую среду, вызывая повреждение клеток окружающих тканей.
Прозрачность компонентов клеток тканей для лазера относительна. Например, Лаундес и др. доказали, что восстановленная никотинамидадениновая нуклеиновая кислота прозрачна для рубинового лазера с длиной волны 694,3 нм, но может поглощать ультрафиолетовый свет с длиной волны 330~350 нм. Поглощение происходит, когда луч рубинового лазера воздействует на концентрированный раствор прототипической никотинамидадениновой нуклеиновой кислоты. Биологические макромолекулы имеют широкие и сильные полосы поглощения в видимом спектре, поэтому существует определенная вероятность многофотонного поглощения при взаимодействии сильного лазерного излучения с биологическими веществами. Биомолекулы могут возбуждаться после поглощения фотонов, и энергия либо преобразуется в тепло, либо частично повторно излучается в виде фосфоресценции или флуоресценции, либо энергия используется для ускорения химических реакций.
Помимо различных свойств самого лазера, степень окраски ткани или тип фоторецептора (пигмента) играет важную роль в световом воздействии лазера на живую ткань. Наиболее очевидный эффект оказывают дополнительные цвета или почти дополнительные цвета. Кожа разного цвета, органы или тканевые структуры разного цвета могут иметь существенно различное поглощение лазерного света. Чем больше пропускание и поглощение тканью лазерного света разной длины волны, тем более очевидными будут ее соответствующие световые эффекты. После того, как ткань поглотит кванты лазера, она может производить фотохимические реакции, фотоэлектрические эффекты, электронные переходы, стимулировать излучение других длин волн (например, флуоресценцию), тепловую энергию, свободные радикалы и ультрамикролюминесценцию клеток, что может вызвать разложение и ионизацию ткани, в конечном итоге влияя на структуру и функцию облученной ткани, и даже вызывать повреждение.
3. Влияние электромагнитного поля При воздействии лазера с нормальной интенсивностью влияние электромагнитного поля не очевидно; только когда интенсивность лазера чрезвычайно высока, влияние электромагнитного поля более очевидно. После фокусировки лазера, когда плотность световой энергии в фокусе достигает 106 Вт/см2, это эквивалентно напряженности электрического поля 105 В/см'. Влияние электромагнитного поля может вызывать или изменять квантованное движение молекул и атомов в биологических тканях. Оно может заставлять атомы, молекулы и молекулярные группы в организме производить возбуждение, колебания, тепловые эффекты и ионизацию. Оно может катализировать биохимические реакции, генерировать свободные радикалы и разрушать клетки. Изменять электрохимические свойства тканей и т. д.
Какая реакция или реакции возникают после лазерного облучения, имеет важное отношение к его частоте и дозе. Например, свободные радикалы могут образовываться только при напряженности электрического поля выше 1010 В/см?. Лазерный свет можно измерить с помощью электронного спинового резонанса
Свободные радикалы, образующиеся при облучении пучком тканей, таких как черная кожа и меланома. Благодаря особым свойствам лазеров лазерная технология используется во многих аспектах биологических исследований и медицинских приложений. Например, импульсный фотолиз и Рамановская спектроскопия используются для изучения быстрого процесса биологической реакции и структуры сложных молекул, а лазерный нож используется для разрезания тканей и коагуляции мелких кровеносных сосудов и нервов во время хирургических операций.
4. Давление и эффект ударной волны Давление света обычного света пренебрежимо мало. Однако, когда плотность энергии в фокусе сфокусированного лазерного луча достигает 10 МВт/см2, давление составит около 4 кПа, что вызовет значительное первичное давление на биологические ткани. Когда лазерный луч фокусируется в световое пятно размером менее 0,2 мм, давление может достигать 20 кПа; когда гигантский импульсный рубиновый лазер мощностью 107 Вт используется для облучения образцов кожи человека или животного, фактическое создаваемое давление составляет 17,58 МПа.
При облучении лазерным лучом живой ткани, из-за большого давления на единицу площади, давление на поверхности живой ткани передается внутрь ткани, то есть часть лазерной энергии, излучаемой на ткань, становится механической волной сжатия, и возникает градиент давления. Если давление лазерного луча достаточно велико, чтобы испарить частицы на поверхности облученной ткани, то частицы живой ткани будут выбрасываться, вызывая механическую импульсную волну (обратный удар) в направлении, противоположном движению выброшенных частиц - ударную волну. Эта ударная волна может заставить живую ткань выбрасывать разное количество частиц слой за слоем, и в конечном итоге образовать коническую "кратерообразную" полость.
Помимо вышеупомянутых ударных волн, образованных ответным давлением, вызванным сильным радиационным давлением, тепловое расширение ткани также может генерировать ударные волны. Поскольку температура резко повышается за короткий промежуток времени (миллисекунды или меньше), мгновенно выделяющееся тепло не успевает рассеиваться, что приводит к ускоренному тепловому расширению тела. Например, при облучении брюшной стенки мыши 60%-ным рубиновым лазером за несколько миллисекунд образуется полусформированная брюшная стенка. Круглый выступ, представляющий собой взрывное тепловое расширение тела в облученной подкожной ткани. Давление и отдача, образующиеся в ткани из-за теплового расширения тела, могут создавать упругие волны, которые распространяются в другие части. Они первоначально образуют ультразвуковые волны, постепенно превращаются в звуковые волны из-за замедления, а затем превращаются в механические волны в виде дозвуковых волн и, наконец, прекращают распространяться. В жидком слое микрополости ткани может возникнуть кавитация во время распространения ультразвуковых волн. Накопление кавитаций может вызвать очевидный коллапс ткани, а иногда может возникнуть большая ударная волна сжатия. Эта серия реакций может вызвать повреждение. Масштаб термического воздействия лазера очень ограничен, и повреждение ткани, вызванное эффектом давления, может распространяться на части, удаленные от освещенной области. Например, когда рубиновый лазер использовался для облучения головы мыши, было обнаружено, что скальп был слегка поврежден, череп и твердая мозговая оболочка мозга не были повреждены, но сам мозг пострадал от масштабного кровотечения и даже смерти. Электрострикционное явление ткани в чрезвычайно сильном электрическом поле, вызванном сильным лазерным лучом, также может генерировать ударные волны и другие упругие волны.
Ciellulu Laser - Поставщик машин для ухода за лицом