Как это работает: вездесущий гиперболоид

История изобретения

Каноническая версия истории изобретения лазера проста и изящна. Выглядит она так: в 1916 г. Альберт Эйнштейн создал теорию взаимодействия излучения с веществом, из которой вытекала принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.

В первой половине 50-х годов появился предшественник лазера — аммиачный мазер, квантовый генератор микроволнового излучения, практически одновременно изобретенный и построенный в Нью-Йорке и Москве. В США эту работу выполнили профессор Колумбийского университета Чарльз Таунс с ассистентами Джеймсом Гордоном и Гербертом Цайгером, в СССР — научные сотрудники ФИАН Александр Прохоров и Николай Басов. В 1958 г. 

Таунс вместе с канадцем Артуром Шавловым и независимо от них Прохоров дали теоретическое обоснование конструкции квантового генератора светового излучения, который тогда назывался не лазером, а оптическим мазером. В мае 1960 г. сотрудник исследовательского центра фирмы Hughes Теодор Мейман запустил первый в мире лазер на искусственном рубине. Спустя полгода в лабораториях корпорации IBM заработал инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана, построенный Питером Сорокиным и Миреком Стивенсоном (этот прибор действовал лишь при температуре жидкого водорода и практического значения не приобрел).

Наконец, в декабре того же года исследователи из Bell Laboratories Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни. После этого физики и инженеры всего мира включились в гонку по созданию всевозможных лазеров, которая идет и по сей день.

Три компонента

Для работы лазера необходимы три основных компонента: оптическая среда, способная пропускать и излучать фотоны; физический механизм, приводящий ее в состояние инверсии (этот процесс называется накачкой); наконец, устройство для селекции и усиления идентичных фотонов (так называемый оптический резонатор). Мы не станем вдаваться в физические особенности работы источников когерентного излучения — желающие разобраться в тонкостях, без сомнения, найдут массу литературы по указанной теме. Сосредоточимся на практическом применении лазеров, а особо отметим такую прикладную область, как медицина.

Свет, который лечит

Новое — это хорошо забытое старое. История лечения светом еще раз убедительно подтверждает этот известный афоризм. Светотерапия существует столько, сколько само человеческое общество. Светом лечились полководец Александр Македонский, поэт Гомер, писатель Эдгар По, промышленники Демидовы. У царствующих особ всех домов и родов были разработаны целые этикеты приема солнечных ванн. Даже простые люди знают, что естественный небесный свет обладает лечебными свойствами, которые позволяют с успехом лечить многие хронические болезни.

Тщательные исследования показали, что дозируемый свет обладает свойствами подавлять аллергические реакции, восстанавливать систему защиты (иммунитет), активизировать нервную систему, улучшать кровообращение, восстанавливать обмен веществ, освобождать организм от солей и шлаков, оказывает мощное обезболивающее и противовоспалительное действия.

Цвет излучения играет существенную роль в лазерной хирургии. Например, кровь пропускает красный свет, а поглощает синий и зелёный. Поэтому рубиновый или гелиево-неоновый лазер для «заваривания» сосудов не годится. Зато синий луч аргонового лазера мгновенно вызовет свёртывание крови, и её сгусток «запечатает» сосуд. Но красный луч можно пропустить сквозь сеть капилляров, сфокусировать на опухоли и разрушить её. Кровеносные сосуды останутся неповреждёнными.

Посему, используя лазеры с различной длиной волны (а длина волны, как известно из курса физики, и определяет цвет излучения) врачи могут решать различные задачи. Порой такие, которые не могли быть реализованы методами традиционной медицины. Например, широкое применение лазеры нашли в микрохирургии, офтальмологии, косметической медицине et cetera.

Основными преимуществами, стимулирующими применение лазеров в медицине, являются радикальность лечения, снижение сроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшение условий стерильности и т. д. Медико-биологическое использование лазера можно условно разделить на исследовательское направление (диагностика) и практическое воздействие.

Практическое применение тоже весьма условно делится на три типа. К первому типу отнесено воздействие на ткани патологического очага импульсным или непрерывным лазерным излучением при плотности мощности, недостаточной для глубокого обезвоживания, испарения тканей и возникновения в них дефекта. Этому типу воздействия соответствует применение лазеров в дерматологии и онкологии для облучения патологических тканевых образований, которое приводит к их коагуляции.

Второй тип — рассечение тканей, когда под влиянием излучения лазера непрерывного или частотно-периодического действия часть ткани испаряется и в ней возникает дефект. В этом случае плотность мощности излучения может превосходить используемую при коагуляции на два порядка и более. Этому типу воздействия соответствует хирургическое применение лазеров. К третьему типу можно отнести влияние на ткани и органы низкоэнергетического излучения, обычно не вызывающего явных морфологических изменений, но приводящего к определенным биохимическим и физиологическим сдвигам в организме, т. е. воздействие типа физиотерапевтического.

Алексей Васильев, врач-дерматолог, «Кабинет эстетической медицины»:

 — Желтый лазер имеет узкую косметологическую направленность. Он разработан с целью склерозирования, удаления мелких подкожных капилляров и сосудистых доброкачественных новообразований.

Луч желтого лазера проникает в подкожные капилляры, не задевая кожу. Вся энергия луча аккумулируется на красном пигменте крови. Сосуд нагревается, склеивается и исчезает. При этом кожа, пропускающая через себя луч, не получает ожогов или иных повреждений.

Появление мелких подкожных капилляров, или телеангиэктазия, — явление распространенное. Оно отражает врожденную склонность организма к расширенным сосудам на щеках, крыльях носа, на ногах. Заболевания ряда внутренних органов, например печени, также могут быть виновниками их возникновения. И, кроме того, есть целая группа внешних факторов.

Это обморожение, злоупотребление сауной и солнцем, злоупотребление алкоголем. При удалении подкожных капилляров на каждый сантиметр сосуда надо сделать 3 — 4 точки воздействия тончайшим лазерным лучом. Время излучения, казалось бы, небольшое: чтобы удалить сосуд длиной один сантиметр, надо затратить полсекунды. Но ведь сосудов бывает много. При процедуре, несмотря на ее длительность, пациент испытывает незначительные неприятные ощущения — ожогов кожи не происходит, а глаза больных надежно защищены специальными очками с фильтром.

Лазером можно удалить и сосудистое новообразование, поскольку оно представляет собой целую совокупность мелких сосудов. Количество сосудов на один квадратный сантиметр подобного скопления на несколько порядков больше, чем при сосудистой сеточке. Потому-то они и выглядят в виде красного пятна.

Разница процедур заключается в том, что при такой концентрации надо сделать не менее 5 — 6 сеансов, а для удаления капилляров достаточно двух-трех. Статистика полного исчезновения сосудистых доброкачественных новообразований составляет около 70%, у остальных пациентов они существенно светлеют. Это связано с более глубоким залеганием сосудов под кожей. Увеличивать же количество сеансов нельзя, так как может возникнуть рубец, а это очередные проблемы.

После склерозирования сосудов наступает временное покраснение кожи, бывают и незначительные отеки, но затем в течение суток все проходит. Мы предлагаем специальные кремы, снимающие эти покраснения. В качестве профилактики расширения сосудов следует избегать внешних факторов воздействия — холода, сауны, чрезмерного употребления алкоголя. А уже удаленные сосуды никогда вас больше не потревожат.

С помощью лазера мы теперь проводим и фотоомоложение стареющей кожи, так как его волны способствуют образованию в клетках нового каллогена, отвечающего за состояние эпидермиса. «Гусиные лапки» вокруг губ и глаз исчезают за три недели.«Кабинет эстетической медицины»Тольятти, ул. К. Маркса, 82,.40—15-14; ул. Революционная, 14, тел. 674—675