Какие специфические свойства лазерного излучения используют на практике

Каковы основные свойства лазерного излучения?

Основные свойства лазерного излучения
Понятие монохроматичности характеризует ширину спектра излучения. Чем ширина спектра меньше, тем выше монохроматичность излучения. Для используемых в полиграфии лазеров характерны следующие значения ширины спектра (дрейфа частот):
· для газовых — 10-3-10-4 нм;
· для твердотельных — 10-1-10-2 нм;
· для полупроводниковых — 1-10 нм.
Когерентность
Понятие когерентности излучения характеризует меру согласования между фазами волн, образующими данное излучение. Два пучка называются когерентными, если разность фаз между волнами остается постоянной за время наблюдения.
Свойство временной когерентности излучения лазеров используется в оптоэлектронных приборах для приема и передачи информации. Чем короче волна, тем больший объем информации может быть передан.

Направленность
Направленным является излучение, которое распространяется в пределах небольшого телесного угла. Высокая направленность обеспечивает максимальную плотность энергии на выходе прибора. Для различных типов лазеров характерны следующие значения направленности:
· газовые лазеры — единицы угловых минут;
· твердотельные лазеры — до нескольких десятков угловых минут;
· полупроводниковые лазеры — до десятков градусов.
С целью снижения расходимости лазерного луча используются оптические коллиматоры.
Интенсивность
Понятие интенсивности характеризует такие фотометрические величины, как сила излучения, яркость и т.д. Чем больше значения этих величин, тем выше интенсивность излучения.

3. СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Основными свойствами лазерных пучков являются: 1) спектральная ширина (модовая структура);, 2) монохроматичность; 3) когерентность (пространственная и временная); 4) расходимость; 5) яркость (выходная мощность).

3.1. Спектральная ширина (модовая структура) лазерного излучения

Спектральные линии уровней энергии в реальности никогда не соответствуют строго определенным значениям, а переходы между ними – строго определенным разностям энергии, описанным в подразд. 1.7. Это означает, что и частота в формуле (1.4) также не имеет строго определенного значения [9].

В действительности каждый уровень энергии характеризуется некоторым интервалом ∆ E i энергий – шириной уровня, и соответственно каждый переход – некоторым интервалом ∆ E ij – разностей энергии – шириной линии. Ширина линии ∆ E ij равна сумме ширин комбинирующих уровней

∆ E ij = ∆ E i + ∆ E j .

Рис. 3.1. Ширина уровней энергии и спектральной линии

Ширину уровней и ширину линий для покоящейся атомной системы называют естественной шириной. Величина ширины линий и уровней связаны с вероятностями спонтанного и вынужденного переходов, следовательно, и с распределением интенсивности внутри линии. Оценка величины спектральной ширины линии может быть произведена на основе квантомеханического соотношения неопределенности для времени и энергии:

Величина ∆ E и представляет ширину уровня, для которого время жизни τ = ∆ t . Уровень будет бесконечно узким только в том случае, если продолжительность существования данной системы в соответствующем состоянии будет бесконечно большой, это будет иметь место для основного уровня системы, для которого время жизни бесконечно. Напротив, ширина возбужденного уровня с малым временем жизни будет значительной. Для обычных времен жизни возбужденных состояний τ = 10 –8 с, что для спектральной ширины ∆ν ≈ 1/2π·10 -8 ≈ 10 7 Гц. Отношение ∆ν/ν для видимого диапазона спектра (ν – 10 15 Гц) – чрезвычайно малая величина и составляет порядка 10 –8 . На практике спектральная ширина лазерного излучения уширяется за счет влияния столкновительного, теплового (доплеровское уширение), изотопического, вращательного и т. п. эффектов.

Согласно квантовой теории ширина спектральной линии представляется в виде:

Основные свойства лазерного излучения и их применение

Когда ученые узнали, каковы свойства лазерного излучения, общественность получила широкие возможности интерферометрии. В настоящее время научное сообщество имеет достаточно точные методы определения количественных оценок перемещений, длин. Первое время интерферометры применялись довольно ограниченно, так как источники световой волны не были в необходимой степени когерентными, яркими, поэтому картина, доступная человеку, была корректной лишь в случае, когда измерительное плечо составляло 50 см и менее. Многое изменилось, когда появилась возможность применения более высокоточного лазерного излучения.

Гемостатика

Этим термином принято обозначать кратко свойство лазерного излучения, выраженное через запаивание, сварку. Обусловлен процесс некрозом, связанным с обработкой температурой. Коагуляционный контролируемый некроз, спровоцированный изменением уровня нагрева, сопровождается формированием краевой пленки из элементов клеток, тканей. Это соединяет между собой несколько слоев органа единым уровнем.

Работа с лазером – это всегда взаимодействие с очень высокими температурами. За счет такой особенности жидкость, находящаяся в норме внутри клеток и между тканями, практически мгновенно испаряется, а сухие компоненты сгорают. Дистрофия определяется тем, какой именно тип лазерного излучения (свойства немного отличаются) применен в конкретной установке. Многое также зависит и от вида обрабатываемых органических тканей, от продолжительности контакта. Если лазер перемещать, это провоцирует испарение, по итогам которого получается линейный разрез.

Важные качества

Рассматривая, какими свойствами обладает лазерное излучение, важно упомянуть монохроматический спектр, высокий уровень когерентности, низкую расходимость, повышенную плотность спектра. Суммарно это позволяет сконструировать на базе лазера высокоточные приборы, надежные и применимые в самых разных условиях климата, геологических, гидрологических факторов.

В последние годы конструируются высокоточные приборы с лазерами для геодезистов. Они основаны на уже известных человечеству свойствах лазерного излучения. Использование лазеров в подобных установках широко распространено не только в нашей стране, но и за границей. Как видно из практики, для укладчиков труб, машин землеройного класса лазерные системы незаменимы как метод определения направления движения. Важны они и при создании дорог (ж/д, авто), многих других работах.

Это важно

Применение лазер нашел себе при формировании траншей. При помощи специальной установки создается лазерный луч, определяющий трассу. Ориентируясь на него, управляющий экскаватором человек может стабильно трудиться. Эксплуатация подобных современных приборов – гарант качественного исполнения всех этапов работ и создания траншей точно такими, какие заданы проектной документацией.

Лазер незаменим!

Если в школьном или университетском курсе в тестовой работе обучающемуся дают задание «Назовите характерные для лазерного излучения свойства», первыми в голову приходят когерентность, яркость. Если сравнить лазер и плазму, первый превышает по параметрам яркости в разы, применим для создания серийных вспышек, причем частота может достигать 1010 Гц. Один импульс может длиться (в пикосекундах) несколько десятков. При этом расходимость низкая, можно регулировать частоту. Указанные качества оказались применимы в установках, позволяющих изучать протекающие с очень высокой скоростью процессы.

В силу описанных особенностей лазеры стали незаменимыми в аналитике с применением технологии термооптической спектроскопии.

Тонкие структуры

Выявленные учеными (перечисленные выше) основные свойства лазерного излучения позволили применять эту технологию при разработке современного оружия и конструировании машин для нарезки различных материалов. Но только лишь этим спектр возможностей не ограничен. Применяя особенно точные и технологичные методы построения рабочей конструкции, на базе лазерного излучения можно создать систему изучения молекул, их структуры, свойств. Получая новейшую информацию таким образом, ученые формируют фундамент для создания новых типов лазеров. Как видно из наиболее оптимистичных прогнозов, уже в ближайшем будущем именно посредством лазерного излучения удастся раскрыть природу фотосинтеза, а значит, научные сотрудники получат все ключи к познанию сути жизни на планете и механизмов ее формирования.

Познание мира: тайны и открытия

Считается, что все основные свойства лазерного излучения в настоящее время уже исследованы. Ученые знают базовые принципы стимулированного излучения и сумели применить их на практике. Особенно важными считаются монохроматический спектр излучения, его интенсивность, импульсная длина, четкое направление. За счет таких особенностей луч лазера вступает в нетипичное взаимодействие с веществом.

Как дополнительно обращают внимание физики, указанные свойства лазерного излучения нельзя назвать независимыми характеристиками, описывающими все без исключения разновидности упомянутого явления. Между ними есть определенные связи. В частности, когерентность определяется направленностью излучения, а импульсная длина напрямую связана с монохроматическим спектром луча. Длительность, направление определяют интенсивность излучения.

Эффект Рамана

Это явление – одно из важных для оценки и понимания, применения свойств лазерного излучения. Термином принято обозначать такое состояние, для инициации которого необходима установка большой мощности. Под ее влиянием происходит рассеивание, когда наблюдается частотное смещение излучения. При выявлении специфики спектрального состава, оценке мощности можно заметить, что частотность корректируется в соответствии с довольно сложной закономерностью. Если стимулировать эффект Рамана искусственным путем, можно создать метод корректирования для оптики когерентных сигналов.

Это любопытно

Как показали исследования свойств лазерного излучения и процессов, которые оно инициирует в веществе, картина во многом сходна с наблюдаемой в структуре ферромагнетиков, сверхпроводников. Если добиться повышенного уровня накачки, используя резонатор низкой степени, лучи, испускаемые лазером, становятся хаотичными. При этом сам хаос – это такое световое состояние, которое совершенно не похоже на хаос, создаваемый излучающими тепло объектами.

Область использования расширяется

Так как лазерное излучение обладает следующими свойствами: монохроматический спектр, строго определенная направленность, следовательно, его можно применять в качестве светового источника. В настоящее время активно ведутся разработки в сфере эксплуатации этой технологии для передачи сигналов. Известно, что свет и вещество могут взаимодействовать таким образом, что процесс применим на практике в различных установках, но корректные подходы еще только предстоит разработать. Есть и иные, высокотехнологичные, сложные, наукоемкие актуальные задачи, для решения которых рано или поздно удастся применить высокомощное лазерное излучение.

Свойства описываемого явления позволяют конструировать спектральные приборы. Это в некоторой степени объясняется и низкой расходимостью луча, сопровождающейся повышенной плотностью спектра.

Возможностей много

Как удалось выяснить ученым, для создания максимально эффективных и широко применяемых установок разумно применять такие лазеры, для которых частоту можно настраивать в процессе работы. Они актуальны в первую очередь для спектральных приборов с повышенными показателями разрешения. В таких установках можно добиться корректного результата исследования, не прибегая к диспергирующему элементу.

Системы, основанные на лазере, частота которого корректируется во время работы, в настоящее время нашли себе применение в разных областях и сферах научной деятельности, медицины, промышленности. Во многом предназначение конкретного прибора определяется спецификой лазерного излучения, реализованного в нем. Линия генерации определяет спектральное разрешение, полуширину функциональности аппарата. Форма зависит от заданного интенсивного спектрального распределения.

Технические особенности

Обычно лазер конструируется как резонатор, где создается специфическая среда. Ее ключевая особенность – негативное по знаку поглощение электромагнитной энергии. Такой резонатор позволяет уменьшить потери радиации в специализированной среде. Обусловлено это созданием цикла для электромагнитной энергии. При этом частоты берутся лишь узкой полосы. Такой подход позволяет восполнять энергетические потери, спровоцированные тем фактом, что излучение вынужденное.

Чтобы генерировать электромагнитную энергию, имеющую характерные особенности лазера, не нужно использовать резонатор. Результат все равно будет когерентным, отличающимся высокой коллимацией и узким спектром.

О голографии

Чтобы реализовать подобные процессы, следует иметь в своем распоряжении источник, генерирующий излучение с высоким уровнем когерентности. В настоящее время это именно лазеры. Как только удалось впервые открыть такое излучение, практически сразу физики поняли, что свойства его можно применять для реализации голографии. Это стало толчком для широкого практического применения перспективной технологии.

О применении

Едва только лазеры были изобретены, как научное сообщество, а следом и весь мир, оценили их как уникальное решение любой проблемы. Это обусловлено свойствами излучения. В настоящее время лазеры эксплуатируются в технике, науке, при решении многочисленных бытовых задач: от воспроизведения музыки до считывания кодов при продаже товара. Промышленность применяет такие системы для спайки, нарезки, сварки. Благодаря возможности достижения очень высокой температуры можно сваривать такие материалы, которые не поддаются классическим методикам соединения. Это сделало возможным, к примеру, создавать цельные объекты из керамических, металлических частей.

Лазерный луч при использовании современной технологии можно сфокусировать так, что диаметр полученной точки будет оцениваться в микрон. Это позволяет применять технологию в микроскопических электронных приборах. В настоящее время такая возможность известна под термином «скрайбирование».

А где еще?

Довольно активно лазеры, благодаря своим уникальным качествам, используются в промышленности для создания покрытий. Это помогает повысить стойкость к износу разнообразных изделий, материалов. Не менее актуальна и лазерная маркировка, гравировка – при помощи современной установки таким образом можно обработать практически любую поверхность. Во многом это связано с отсутствием механического прямого влияния, то есть рабочий процесс провоцирует меньшие деформации, нежели при любом другом распространенном методе. Современный уровень развития техники и науки таков, что можно полностью автоматизировать все этапы работы с лазером, сохраняя при этом высокий производительный уровень и повышенную точность исполнения задач.

Технологии и техника

В последнее время довольно широко применяются лазерные установки с красителями. Они производят монохроматическое излучение с разными длинами волн, импульсы оцениваются в 10-16 с. Мощность таких установок очень большая, а генерируемые импульсы оцениваются как гигантские. Такая возможность особенно значима для спектроскопии и исследований в оптике относительно не обладающих линейностью эффектов.

Применение лазера стало базовой технологией для точной оценки расстояния между нашей планетой и ближайшим небесным телом – Луной. Точность измерения – до сантиметров. Локация с применением лазера позволяет увеличивать астрономические знания, уточнять навигацию в космосе, увеличивать базу данных об особенностях атмосферы и о том, из чего состоят планеты нашей системы.

Химия не осталась в стороне

Современные лазерные технологии используются для инициации химических реакций и исследования того, как они протекают. При применении подобных возможностей можно выявить предельно точно локализацию, дозу, стерильность, обеспечить необходимые энергетические показатели на моменте старта системы.

Ученые активно работают над формированием систем лазерного охлаждения и разрабатывают возможности применения такого излучения для контроля термоядерных реакций.

Свойства лазерного излучения

— квантовый усилитель или генератор когерентного электромагнит­ного излучения оптического диапазона (света).

Лазерное излучение — электромагнитное излучение оптического диапазо­на, обладающее такими свойствами, как когерентность, монохроматичность, поляризованность, направленность, что позволяет создать большую локаль­ную концентрацию энергии.

Когерентность (от латинского cohaerens — находящийся в связи, связан­ный) — согласованное протекание во времени нескольких колебательных волновых процессов одной частоты и поляризации, свойство двух или более колебательных волновых процессов, определяющее их способность при сло­жении взаимно усиливать или ослаблять друг друга. Тогда при их сложении в пространстве возникает интерференционная картина. Различают пространс­твенную и временную когерентности.

Другими словами, когерентность — это распространение фотонов в од­ном направлении, имеющих одну частоту колебаний, т. е. энергию. Излуче­ние, состоящее из таких фотонов, называют когерентным.

Пространственная когерентность относится к волновым полям, изме­ряемым в один и тот же момент времени в двух разных точках пространства. Если за время наблюдения, равное двум периодам колебаний, фаза изменится не более чем на п, то поля называют когерентными. Расстояние, на котором сохраняется когерентность, называют длиной когерентности, т. е. на этом расстоянии наблюдаются интерференционные эффекты.

Временная когерентность описывает поведение волн в течение времени, относится к одной точке поля, но в различные моменты времени и тесно свя­зана с понятием монохроматичности. Характеризуется таким параметром, как время когерентности.

Пространственная когерентность определяется геометрическими разме­рами источника излучения, временная — спектральным составом излучения, т. е. зависимостью энергии излучения от длины волны (спектра).

Большинство лазеров, применяемых в современной лазерной терапии — диодные и имеют чрезвычайно малую длину когерентности. Для импуль­сных полупроводниковых лазеров /. составляет доли миллиметра. Другими словами, на небольшом расстоянии от биологического объекта излучаемое поле ведет себя как некогерентный источник (подразумевается пространс­твенная когерентность).

Интерференция света — явление, возникающее при наложении двух или нескольких когерентных световых волн, линейно поляризованных в одной плоскости, состоящее в устойчивом во времени усилении или ослаблении интенсивности результирующей световой волны в зависимости от соотноше­ния между фазами этих волн.

Монохроматичность (дословно — одноцветность) — излучение одной определенной частоты или длины волны. Более корректно — излучение с достаточно малой шириной спектра. Условно за монохроматичное можно принимать излучение с шириной спектра менее 5 нм. Именно такую ши­рину спектральной линии имеют импульсные полупроводниковые лазеры. У одномодовых непрерывных лазеров ширина спектра излучения не более 0,3 нм.

Поляризация — симметрия (или нарушение симметрии) в распределении ориентации вектора напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне относительно направления ее распространения. Если две взаимно перпендикулярные составляющие вектора напряженности электрического поля (Е) совершают колебания с постоянной во времени раз­ностью фаз, то волна называется поляризованной. Если изменения происхо­дят хаотично (при распространении электромагнитных волн в анизотропных средах, отражении, преломлении, рассеянии и др.), то волна является неполяризованной.

Постараемся проще сформулировать понятие поляризации. Если мы пос­мотрим вдоль оси распространения на убегающую от нас волну (рис. 25), то тогда увидим несколько вариантов ее движения или колебаний (волна все- таки). В первом случае (рис. 26, а) волна будет совершать колебания стро­го вдоль плоскости распространения, и мы ее просто не увидим, как лист бумаги, который повернули к нам параллельно поверхности. Такую волну называют линейно поляризованной. Во втором случае волне задан начальный импульс, отклоняющий ее колебания от заданного направления, и мы видим, что она как бы вращается вдоль оси распространения, «ввинчивается» в про­странство. Тогда говорят о круговой поляризации. В общем случае в излучении (волновом поле) можно найти все типы волн, и такой, самый распространенный вариант называют эллиптической (частичной) поляриза­цией(рис. 26, в).

Состояние поляризации описывают параметром, называемым степенью поляризации (Сп), равным отношению разности интенсивности двух выде­ленных ортогональных составляющих к сумме их интенсивностей:

где ТЕ — интенсивность в плоскости распространения электрической составляющей электромагнитной волны; ТМ-интенсивность в плоскости рас­пространения магнитной составляющей электромагнитной волны.

На практике чаще используют коэффициент поляризации Кп- Сп- 100%.

Направленность — следствие когерентности лазерного излучения, когда фотоны обладают одним направлением распространения. У полупроводни­ковых инжекционных лазеров излучение расходящееся (и достаточно силь­но!), что, однако, не мешает называть их лазерами. Параллельный световой луч называют коллимированным.

Мощность излучения — энергетическая характеристика электромагнитно­го излучения. Единица измерения в СИ — ватт [Вт].

Энергия (доза) — мощность электромагнитной волны, излучаемая в едини­цу времени. Единица измерения в СИ — джоуль [Дж], или [Вт • с]. Использу­емый на практике термин «доза» — мера действующей на организм энергии. Физический смысл и размерность совпадают.

Плотность мощности — отношение мощности излучения к площади по­верхности, перпендикулярной к направлению распространения излучения. Единица измерения в СИ — ватт/м2 [Вт/м2].

Плотность дозы — энергия излучения, распределенная по площади по­верхности воздействия (когда слово «плотность» исчезает и остается толь­ко «доза», это не совсем корректно). Единица измерения в СИ — джоуль/м2 [Дж/м2]. На практике более удобным представляется использование единицы Дж/см2, так как площади, на которые реально происходит воздействие ла­зерным излучением, исчисляются несколькими квадратными сантиметрами. Этот параметр определяющий, можно даже сказать основной, в биологиче­ских эффектах низкоинтенсивного лазерного излучения.

Плотность дозы вычисляется по формуле:

где D — доза лазерного воздействия; РСр — средняя мощность излучения; Т — время воздействия; S- площадь воздействия

Очень важно понимать, что для достижения наилучшего результата (или эффекта вообще) необходимо задать оптимальную плотность дозы.

Другими словами, нельзя меньше или больше — нужно обеспечить именно и только оптимальное значение. Все три параметра — средняя мощность из­лучения, время воздействия и площадь воздействия — взаимозависимы, т. е. подбор оптимальной дозы может быть изменен вариацией одного из пара­метров. Мы можем увеличить мощность или время для увеличения плотнос­ти дозы, а также уменьшить площадь воздействия.

В литературе практически всегда упоминается не «плотность дозы», а только термин «доза». Это связано с тем, что площадь чаще всего автоматически зада­ется методикой воздействия. Например, при использовании зеркальной насадки площадь принимается равной 1 см2 и не меняется в процессе проведения проце­дуры. То есть происходит нормирование параметров воздействия для облегче­ния работы. К сожалению, не всегда удается применять контактно-зеркальный метод, когда табличное значение нормированной дозы используется без всяких корректировок. В реальной жизни необходимо учитывать и площадь воздейс­твия. В табл. 3-5 представлены приблизительные значения площадей облучения в наиболее распространенных случаях при дистантной методике воздействия в зависимости от диаметра светового пятна или расстояния до объекта.

В табл. 7 представлены относительные (нормированные на площадь, рав­ную 1 см2) значения доз излучения для наиболее распространенных значе­ний мощности и времени воздействия непрерывного лазерного излучения. Мощность дана в мВт (1 (Р Вт), что более удобно. Необходимо внимательно следить за размерностью всех величин, используемых в расчетах.

Модуляция излучения — процесс изменения во времени мощности излу­чения (амплитудная), частоты (частотная), фазы <фазовая).На практике в лазерной терапии используется только амплитудная модуляция, которая описывается следующими параметрами (рис. 28): длительность импульса (гм) — время, когда происходит излучение (определяют на уровне половины максимальной амплитуды); темновой период (Ттемн) — время отсутствия излучения; период и частота (см. выше); а также скважность (Q) — отноше­ние периода к длительности импульса излучения.

Различают три основных режи­ма излучения:

— непрерывный (немодулиро- ванный) — когда мощность не меняется во все время воз­действия и средняя мощность равна максимальной;

— модулированный — когда ме­няется амплитуда излучения (мощность) по некоторому закону, при этом средняя мощ­ность (РСр) в Q раз меньше максимальной (Рмакс.) или Рср. = Рмакс J Q

— импульсный — когда излуче­ние происходит за очень ко­роткий промежуток времени в виде редко повторяющихся импульсов.

Мощность излучения

В отношении режимов излучения необходимо сделать несколько заме­чаний:

1. Излучение непрерывных лазеров можно модулировать в пределах мощ­ности, которую они обеспечивают в непрерывном режиме (или с незначи­тельным превышением).

2. Модуляция может иметь различную форму (прямоугольник, треуголь­ник и др.) и быть многочастотной — как это делается при помощи блока «Матрикс-БИО».

3. Непрерывные лазеры могут иметь среднюю мощность в десятки ватт и при соответствующей модуляции обеспечивать импульсный режим, но им­пульсные лазеры не могут работать в непрерывном режиме Сам механизм работы импульсных лазеров предполагает накопление энергии в течение относительно длительного промежутка времени, чтобы «выплеснуть» ее в одно мгновенье.

4. Условно импульсным можно считать такое модулированное излучение, длительность импульса которого не превышает 1 мкс при скважности бо­лее 100. Именно эти граничные условия различают импульсные и непрерыв­ные лазеры (как переходные — квазинепрерывные). У импульсных лазерных диодов превышение этих границ приводит к их резкой деградации за счет теплового разрушения.

При модулированном режиме работы непрерывных лазеров средняя мощность уменьшается в 2 раза, так как чаще всего излучение модулирует­ся прямоугольными импульсами со скважностью Q, равной 2. Измерители мощности при этом автоматически показывают реальное значение средней мощности, которое и принимается в расчетах.

Для импульсных лазеров расчет дозы усложняется промежуточным оп­ределением средней мощности (РСр ), так как измерители в этих аппаратах показывают импульсную мощность:

где Ри — импульсная мощность излучения по показанию измерителя, Вт; и — длительность импульса излучения, с; Fu — частота повторения импуль­сов, Гц.

Обратите внимание на то, что для импульсных лазеров дозу можно ре­гулировать изменением частоты!

В табл. 8 даны расчетные величины средней мощности излучения для различных значений импульсной мощности и частоты повторения импуль­сов. С целью упрощения длительность импульсов принимали неизменной и равной 100 не (Ю-7 с) — типичное значение для наиболее распространенных лазеров. Длительность импульсов — величина постоянная, задается генерато­ром накачки лазера.

Часто в методических рекомендациях и литературе приводится непос­редственно доза воздействия без указания других характеристик (частота, время воздействия, мощность). Табл. 9 помогает решить для таких случаев как бы обратную задачу: для данной дозы (D) и времени (7) воздействия оп­ределить плотность мощности излучения (Е) по формуле: Pcp.=ExS и среднюю мощность для известной площади воздействия (S) по формуле:

Обращает на себя внимание широкая вариабельность исходных пара­метров при неизменной дозе: можно большой мощностью воздействовать на короткий промежуток времени и, наоборот, длительное время облучать малой мощностью. Выбор, как всегда, остается за специалистом. Исходя из возможностей аппаратуры, остроты заболевания, состояния пациента, дан­ных литературы, собственного опыта и т. д. принимается решение в пользу конкретных характеристик пространственно-временных параметров воздействия.

При расчете дозы необходимо учитывать, что при дистантном мето­де воздействия приблизительно 50% энергии отразится от поверхности кожи. Коэффициент отражения кожей электромагнитных волн оптическо­го диапазона достигает 43-55% и зависит от различных причин: охлаж­дение участка воздействия снижает значение коэффициента отражения на 10-15%; у женщин он на 5-7% выше, чем у мужчин; у лиц старше 60 лет ниже, чем у молодых; увеличение угла падения луча ведет к возрастанию коэффициента отражения во много раз. Существенное влияние на коэф­фициент отражения оказывает цвет кожных покровов: чем темнее кожа, тем этот параметр ниже. Так, для пигментированных участков он меньше на 6-8%. При внутриполостной и контактно-зеркальной методиках прак­тически вся подводимая мощность поглощается в объеме ткани в зоне воздействия.

Различна и глубина поглощения (чаще говорят глубина проникновения) ла­зерного излучения, которая зависит как от длины волны падающего света, так и от состава ткани (рис. 30). Экспериментальными исследованиями ус­тановлено, что проникающая способность излучения от ультрафиолетового до оранжевого диапазона постепенно увеличивается от 20 мкм до 2,5 мм с резким увеличением глубины проникновения в красном диапазоне (до 20- 30 мм), с пиком проникающей способности в ближнем инфракрасном (при X = 0,95 мкм — до 50 мм) и резким снижением до долей миллиметра далее. Максимум пропускания кожей электромагнитного излучения находится в диапазоне длин волн от 0,8 до 1,2 мкм.

Строго говоря, термин «глубина проникновения» с позиций лазерной те­рапии не совсем корректен и не имеет количественной оценки, так как под этим понимают проникновение некоторого количества фотонов, достаточно­го для измерения, а не об энергии, необходимой для «включения» вызванных лазерным излучением процессов. Другими словами, мы не знаем, сколько фотонов «пошли на пользу», вызвав фотобиологический отклик, а какая их часть поглотилась без эффекта.