Ексимерен лазер
Ексимерният лазер, наричан също по-коректно ексиплексен (на английски: excimer laser, exciplex laser), е разновидност на ултравиолетовите лазери, често намиращ приложение при фини процедури в очната хирургия и производството на полупроводници. Треминът „excimer“ е съкращение от „excited dimer“, докато „exciplex“ - от „excited complex“. За да работи, ексимерният лазер обикновено използва комбинация от инертен газ (аргон, криптон или ксенон) и реактивен газ (флуор или хлор). При подходящи условия на средата и след електрическа стимулация се получава нестабилна псевдомолекула (димер). Тя е натоварена с много енергия, това я прави нестабилна и тя бързо се разгражда, като при това се освобождава ултравиолетова светлина.[1]
UV светлина се поглъща добре от органичните съединения и биологичните тъкани. Ексимерният лазер предизвиква изпаряване на прицелната тъкан, а не нейното изгаряне или изрязване. Това се дължи на фотохимичния ефект върху междумолекулните връзки, които ексимерният лазер ефективно разделя. Това определя и ценното практическо свойство на ексимерния лазер да отстранява фини слоеве без никакъв термичен ефект в дълбочина или на странични тъкани (повърхностна фотоаблация). Тези особености правят ексимерния лазер подходящ за прецизни машинни технологии на рязане (полимери, метали, пластмаси) или очната рефрактивна хирургия (LASIK).
Ексимерни лазери
редактиранеПървият ексимерен лазер е създаден през 1970 г. от Н. Г. Басов, В. А. Даниличьов, И. Попов и Д.Д. Ходкевич: „Журнал Експерта Физики и Техники“, Ред. 12, 473(1970), в Московския Институт по Физика Лебедев. Научният екип използва ксенонов димер (Xe2), приведен във възбудено състояние от поток от електрони, за да предизвика стимулирана емисия с дължина на вълната 172 nm. След последвалите проучвания и разработки през 1975 г. се предлага употребата на благородни газове - халогени (в началото Xe Br). Научни групи, разработващи този проблем, са американската правителствена Военноморска Лаборатория[2], Центърът за проучвания и технологии Нортроп и др.
Лазерният ефект от псевдомолекулата настъпва от разграждането на високоенергийните връзки в нея. Инертните газове, използвани за образуване на димера, са с ниска химична активност и химичните им връзки са слаби и нетрайни. Така създаденият нестабилен комплекс се разпада и излъчва енергията си. Технологията се основава на това, а нестабилната молекула се ресинтезира за нов цикъл.
Дължината на излъчената светлинно-енергийна вълна зависи от атомния номер на използваните за димера съставки, но най-често радиацията е ултравиолетова:
| Ексимер | Дължина на вълната | Относителна мощност |
|---|---|---|
| Ar2* | 126 nm | |
| Kr2* | 146 nm | |
| F2 | 157 nm | 10 |
| Xe2* | 172 & 175 nm | |
| ArF | 193 nm | 60 |
| KrF | 248 nm | 100 |
| XeBr | 282 nm | |
| XeCl | 308 nm | 50 |
| XeF | 351 nm | 45 |
| CaF2 | 193 nm | |
| KrCl | 222 nm | 25 |
| Cl2 | 259 nm | |
| N2 | 337 nm | 5 |
Ексимерните лазери обикновено работят с импулсна честота от около 100 Hz и продължителност от ~10 ns. Има и изключения – машини, работещи на 8 kHz и 200 ns (фемтолазери).
Приложения
редактиранеВисокоенергийното ултравиолетово излъчване на ексимерния лазер намира приложение в очната хирургия, съдовата хирургия, модерната стоматология, дерматологията, фотолитографията, производството на полупроводници. Ултравиолетовата светлина има малка дължина на вълната, което обяснява високия показател на пречупване в среда, различна от въздуха. Това означава висока степен на поглъщане и слабо проникване в дълбочина на средата и в резултат ефектът на лазера е само повърхностен. Освен това лазерните технологии са прецизирани до такава степен, че могат да фокусират лъч с дебелина 0.25 микрометра върху 1/100 част от дебелината на човешки косъм.
Неудобство на ексимерните лазери е големият им размер, но технологията се развива и в направление на комфорта на работа.