Лазерная эпиляция

ЭПИЛЯЦИЯ (epilatio; э- + лат. pilus волос) удаление волос вместе с волосяной луковицей (в результате чего они не вырастают вновь в течение долгого времени), производимое с лечебной или косметической целью; термин употребляют также при обозначении некоторых методов удаления волос по типу депиляции, напр. Эпиляция препаратами таллия или эпилином, рентгеновская Эпиляция.

МЕДИЦИНСКИЕ ОСНОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЦЕДУРЫ

Волосы (pili) есть на всей коже, кроме ладоней, подошв, медиальных и боковых поверхностей пальцев, тыльной поверхности дистальных фаланг у основания ногтей, красной каймы губ, крайней плоти, головки полового члена. Длина и толщина волос сильно варьирует. У человека различают пять различных видов волос:

1) эмбриональный пушок (lanugo) –длинные тонкие волосы плода, выпадающие к моменту рождения;

2) пушковые волосы у взрослых, которые покрывают все тело (на задних поверхностях конечностей, на пояснице они могут быть толще и длиннее);

3) длинные волосы волосистой части головы;

4) щетинистые волосы, не связанные с функцией половых желез (ресницы, брови, волосы носовых ходов, слухового прохода);

5) щетинистые волосы, связанные с половым созреванием (подкрыльцовые, лобковые, бороды, усов, области грудины и средней линии живота).

Типы волос многообразны, но строение волоса человека всегда неизменно:

- 78% белка;

- 15% воды;

- 6% липидов;

- 1% пигмента

В каждом волосе различают стержень (scapus pili) и луковицу (bulbus pili). Волос состоит из кутикулы, коркового и мозгового вещества. Кутикула образована полигональными ороговевшими клетками, которые перекрываю тдруг друга, как черепица; их свободный край обращен кверху. Они слабо скреплены и при мытье удаляются. Располагаются клетки перпендикулярно оси волоса, в них видны вакуоли, заполненные воздухом, отчего мозговое вещество кажется белым. Внутреннее эпителиальное влагалище не поднимается выше выводного протока сальной железы. Оно слагается из трех слоев (изнутри кнаружи): кутикулы (из таких же клеток, что икутикула волоса), слоя Гексли (из многих слоев неправильных кубических клеток с крыловидными отростками) и слоя Генле (из более плоских клеток, на поверхности которых лежит пластинка кератина). Все три слоя внутреннего корневого влагалища образуются за счет дифференцировки самых периферических клеток волосяной луковицы. Процесс дифференцировки клеток всех трех слоев принципиально одинаков, но различается ее скоростью: раньше всего она начинается в слое Генле, позже всего—в кутикуле. Клетки этих слое в подвергаются ороговению, в процессе которого в цитоплазме накапливается трихогиалин, биохимически сходный с кератогиалином. Самые мелкие гранулы трихогиалина обнаруживаются в кутикуле, самые крупные-в слое Гексли. В последующем трихогиалин во всех слоях превращается в мягкий кератин. В средних и верхних отделах корня все три слоя сливаются, а на уровне протока сальной железы внутреннее корневое влагалище исчезает. Наружное эпителиальное влагалище–тонкая, слабо кератинизированная эпидермальная оболочка–располагается над местом впадения выводного протока сальной железы и является продолжением воронки волоса. Наружное корневое влагалище состоит из клеток, не подвергающихся ороговению. Оно представляет собой какбы дубликат уруэпидермиса с повернутым наружу ростковым слоем, который в верхних отделах корня переходит в ростковый слой эпидермиса. Только здесь клетки приобретают способность к ороговению. Наружное волосяное влагалище построено из 1—5 слоев клеток, в которых содержатся гликоген, тонофибриллы, кератогиалиникератиносомы. Количество слоев минимально(1—2) в самых нижних отделах корня, где влагалище сливается с луковицей. По мере приближения к корню волоса наружное эпителиальное влагалище постепенно истончается и характеризуется постоянным ростом за счет деления клеток волосяной луковицы, лишается сначала рогового слоя, затем кератогиалинового, шиповатого, в конечном итоге остается только основной слой, исчезающий в ростковой зоне.

Анатомически волос делится на две части. Часть волоса, выступающая над поверхностью кожи, называется стержнем, а внутридермальный отдел - корнем. В области контакта волос с эпидермисом формируется углубление - воронка. Стержень и корень длинных и щетинистых волос состоят из трех слоев: коркового, мозгового вещества и кутикулы. Кутикула - наружная оболочка волоса, образованная ороговевшими, лишенными пигмента клетками, дифференцирующимися из камбиальных клеток волосяной луковицы. По мере дифференцировки и продвижения вверх первоначально кубические клетки кутикулы резко уплощаются и черепицеобразно накладываются друг на друга. В них образуется твердый кератин, и клетки превращаются в роговые чешуйки. Кутикула обеспечивает эластичность волоса, защищает его от вредных воздействий внешней среды, препятствует разрушению и ломкости стержня.

Корковое вещество - основное вещество волоса. Оно состоит из нескольких слоев клеток, дифференцирующихся из камбиальных клеток луковицы, расположенных медиальнее камбия для кутикулы. В области луковицы оно образовано кубическими клетками с ядром, тонофибриллами и гранулами меланина, между клетками лежат меланоциты. При ороговении клетки в верхних отделах корня превращаются в роговые чешуйки, содержащие твердый кератин, отличающийся от мягкого кератина эпидермиса и других слоев волоса большим содержанием аминокислоты цистина и большей прочностью. Процесс образования твердого кератина происходит без промежуточных стадий, т. е. без накопления гранул трихогиалина.

Мозговое вещество занимает центр волоса в его корне, постепенно исчезая к волосяной воронке. Образуется из самых центральных клеток волосяной луковицы. В самой нижней части корня волоса, непосредственно над волосяным сосочком, мозговое вещество построено из полиморфных малодифференцированных клеток, в которых имеются тонофибриллы и скопления гликогена. По мере роста волоса эти клетки продвигаются вверх и подвергаются дифференцировке.

В них постепенно накапливаются трихогиалиновые гранулы, окрашивающиеся, в отличие от кератогиалина, не базофильно, а оксифильно. На уровне протоков сальных желез клетки замещаются мягким кератином (в отличие от твердого кератина коркового вещества). Клетки полностью теряют воду и превращаются в клеточные тени - роговые чешуйки. В них и между ними содержится воздух и небольшое количество гранул меланина. В пушковых волосах мозговое вещество отсутствует.

Луковица (матрица) волоса. Волос растет за счет размножения клеток луковицы - терминальной части корня волоса. Луковица в виде шапочки окружает волосяной сосочек. Находящиеся непосредственно над волосяным сосочком клетки луковицы являются камбием для волоса и внутреннего волосяного влагалища. Ее расположенные центрально клетки являются камбием для мозгового вещества волоса, кнаружи от них последовательно лежат камбиальные клетки для коркового вещества, кутикулы волоса, трех слоев внутреннего корневого влагалища. Так же как и припухлость наружного корневого влагалища, волосяная луковица лишена клеток Лангерганса и антигенов главного комплекса гистосовместимости. При гнездной алопеции эти качества луковицы теряются, что ведет к аутоиммунной атаке луковицы и облысению. Наружное корневое влагалище и луковица участвуют в посттравматической регенерации кожи и в эпителизации раневой поверхности. Волосяной сосочек образован рыхлой волокнистой неоформленной соединительной тканью (РВНСТ) с кровеносными сосудами, питающими волос. У генетически предрасположенных к облысению мужчин кровеносные капилляры волосяного сосочка чувствительны к повышению в крови содержания андрогенов и отвечают на него стойким спазмом. У таких мужчин при половом созревании начинается выпадение волос (андрогенетическая алопеция).

Волос построен из ороговевшего белкового вещества кератина, состоящего из частиц аминокислот, объединенных в полипептидные цепи, образующиеся в результате полимеризации. Кератиновые волокна состоят из белка. Основной аминокислотой, входящей в состав кератина, является цистин, составляющий 10-15% кератинового вещества. Отдельные кератиновые волокна состоят из фибрилл, образованных полипептидными цепями, расположенными в виде спиралей, соединенных тремя видами связей: цистиновые мостики; ионные мостики (соединения типа солей); водородные мостики. Цистиновые мостики очень прочны и отличаются высокой энергией связи (60- 120 ккал/моль). Они расположены между различными цепями кератина, поэтому иногда их называют главными, ковалентными либо валентными связями. Цистиновые связи разрушаются при химической завивке, под воздействием препаратов восстанавливаются в искаженном виде, меняя при этом сечение волоса и его форму. Ионные мостики находятся между щелочными группами остатков аминокислот в одной из основных полипептидных цепей и кислотными группами остатков аминокислот в другой цепи. Энергия такой связи составляет 50 - 100 ккал/моль. Водородные мостики отличаются достаточно низкой энергией связи (2,5-10 ккал/моль), однако оказывают значительное воздействие на внутреннюю стабилизацию структуры полипептидных цепей в кератиновых волокнах. Способ соединения полипептидных цепей оказывает решающее влияние на формирование многих свойств волоса, например его прочности и устойчивости, по отношению к различным воздействиям.

Волосяной фолликул богато снабжен нервными волокнами: они сопровождают волосяной фолликул на всем его протяжении - от луковицы до эпидермиса. Общее количество сальных желез у человека достигает 200 000, а за сутки суммарное количество вырабатываемого кожного сала достигает 50 гр. Активность сальных желез зависит от пола, возраста, от стадии менструального цикла, от состояния нервной и эндокринных систем, а также от структуры питания. Основная функция сальной железы - смазка волоса секретом и образование на поверхности кожи эмульсионной пленки (водно-липидная пленка, водно-липидная мантия), выполняющей защитную функцию. Эмульсионная пленка имеет слабокислую среду (в пределах рН 4,5-6,5), эмульсионная пленка состоит из отмерших клеток эпидермиса (самого наружного слоя кожи), секрета сальных и потовых желез. По сути, водно-липидная пленка является границей между внешней и внутренней средой. Благодаря тому, что эмульсионная пленка имеет слабокислую среду, это препятствует размножению микроорганизмов на поверхности кожи. Водно-липидная пленка также препятствует размоканию кожи, т.к. обладает водоотталкивающим (гидрофобным) действием и одновременно предотвращает чрезмерное высыхание эпидермиса.

Физиология волос

Мы постоянно теряем волосы, потому что волосяной фолликул не всю жизнь находится в состоянии активной работы. Работает он циклами. Когда на фабрике идет отлаженная работа - то волос растет. По научному - это фаза анагена, ее длительность генетически запрограммирована и длится для волос на голове несколько лет. Чем дольше ее продолжительность, тем соответственно длиннее отрастает волос. Скорость роста волос в среднем 1-1.5 см в месяц. В норме в анагене находится 90% всех фолликулов. В среднем волосяной фолликул проходит эту фазу 20-30 раз в жизни. Но вот фабрика устала, ее работники состарились, и нужно отправлять их на заслуженный отдых. Это переходная фаза катагена, длящаяся около двух недель. Луковица постепенно отделяется от волосяного сосочка, теряет связь с питанием, ороговевает и превращается в колбу. Волос в этой короткой фазе не много, около 1%.

И вот уже ни чем не связанная колба старого волоса, постепенно покидает волосяную фабрику и смещается вверх к поверхности кожи. Идет фаза телогена. Вы, вероятно, сами удалите этот волос при мытье или расчесывании (посмотрите их на свет, и вы увидите белесоватую капельку - это и есть колба). Такие вот выпадающие волосы составляют до 10% от общего количества.

Но фабрика не бездельничает долго, и не успел еще старый волос выпасть, а в глубине фолликула уже начинается плетение нового волокна. Соотношение работающих (анаген) и отдыхающих (телоген) фолликулов должно быть постоянным 90/10. Важно отметить, что механическое удаление волос, находящихся в стадии телогена, всегда влечет за собой наступление анагеновой стадии, т.е. волос начинает расти вновь. Отсюда становится понятным, почему иногда эпиляция не дает быстрых и видимых результатов.

Что является причиной такого жизненного цикла волос (катаген -> телоген -> анаген -> катаген), пока остается неясным для исследователей. Однако очевидно, что именно в этой области будут лежать наиболее важные открытия, которые, возможно, еще сделают революцию в трихологии. Волосяные фолликулы функционируют в мозаичном порядке, переходя в фазы асинхронно, независимо друг от друга, поэтому смена волос происходит для нас незаметно, в норме сколько волос выпадает столько и вырастает. Обычно у здоровых людей примерно 80-90% волос находятся в стадии анагена, чуть меньше 1-2% - в стадии катагена, и около 10-15% - в стадии телогена. Исследования показывают, что обильному выпадению волос соответствует изменение вышеприведенного соотношения: уменьшение процента волос, находящихся в анагене и катагене, и увеличение процента волос, находящихся в стадии телогена. У людей, не склонных к облысению, каждый новый волос своему качеству не отличается от предыдущих; в то же время у лысеющих каждое новое поколение волос растет все более и более худосочным, а волосяные фолликулы постепенно сморщиваются. В конце концов крепкие здоровые волосы перерождаются в тонкий короткий пушок.

На голове волосы вырастают на 0,2-0,5 мм в сутки; длительность их жизни - от шести месяцев до четырех лет и более; за день выпадает от 30 до 100 волос. В среднем волос вырастает на 1 см в месяц, а за год волосы на голове отрастают в на 12,7 сантиметра. Средняя продолжительность жизни волоса с того момента, когда он начал расти, - 18месяцев. Одни волосы на голове могут прожить только 4 месяца, другие - 4 года. До сих пор остается загадкой, почему продолжительность их жизни настолько различна. На голове взрослого человека растет примерно 100 000 волос. У блондинов больше волос, чем у людей с темными волосами. Ресницы сменяются через пять месяцев. От времени смерти волоса до момента его выпадения в среднем проходит около 75 дней. На длительность существования волос стрижка никакого влияния не оказывает.

Толщина волос зависит от возраста человека, цвета волос, и от принадлежности к той или иной расе. Известно, например, что у "отца народов", тов. Сталина, волосы на голове были толщиной с конский волос. Обычно, самые толстые и жесткие волосы у представителей монголоидной расы; у негроидов волосы редко бывают толстыми. У новорожденных волосы примерно в 2-3 раза тоньше, чем у взрослых. В старости волосы также истончаются. Так, у младенцев толщина волос составляет 20-40 мк (микрон), у взрослого человека - 70-100 мк, у пожилых - 50-70 мк. Самые толстые волосы у рыжих (до 100 мк), более тонкие у брюнетов (75), еще тоньше у шатенов и самые тонкие у блондинов (50).

Волосы также характеризуются такими параметрами, как эластичность и пористость. Здоровый волос эластичен настолько, что может вытянуться на 30% от своей собственной длины и вернуться в исходное состояние. Пористость волоса характеризуется тем, что здоровый волос может удерживать влаги в количестве до 50% от собственного веса и при этом увеличиваться в диаметре на 20%.

Волосы бровей у мужчин толще, чем у женщин. Ресницы загнутые, у мужчин они тоньше, чем у женщин. Волосы бороды бывают разного цвета в зависимости от возраста и расы. В подкрыльцовых ямках волосы светлее, чем на голове, они вьются, часто рыжеватые. Волосы на лобке на поперечном срезе эллиптические; на мошонке они тоньше, а поперечник их веретенообразный.

Вирилизация и гирсутизм

Чрезмерный рост волос проявляется у 10% девушек-подростков и такого же числа женщин в период беременности. Волосы вырастают на лице и на груди, на спине и на ягодицах, а также на животе, в области между пупком и лобком - в общем, повсюду. Гирсутизмом называют состояние, при котором на теле появляется избыточное количество волос. Но не существует стандартного медицинского определения избыточности. Гирсутизм разительно отличается от вирилизации. Вирилизацией называют состояние, при котором происходит увеличение количества волос на теле, понижается голос, растет мышечная масса, появляется волосяная линия, типичная для мужского лба, происходит стимуляция секреции и быстрое увеличение сальных желез, что часто ведет к возникновению прыщей, наблюдается гипертрофия клитора, олигоменорея или аменорея. И гирсутизм и вирилизация является следствием избыточного количества тестостерона. Обычно эти изменения заложены генетически, но иногда на их возникновение влияет болезнь или что-то другое. Чаще всего это поликистоз яичников. Существует прямая связь между степенью гирсутизма и уровнем тестостерона в плазме женщин. Считается, что чем больше мужского гормона, тем выше степень вирилизации.

Типы кожи в зависимости от чувствительности к солнечному свету

Классификации типов кожи, основанные на предложенной в 1975 году шкале Фицпатрика, являются самыми распространенными классификацией типов кожи. Обычно выделяется шесть различных типов кожи, в зависимости от того, как кожа реагирует на солнечное излучение. Знание своего типа кожи имеет большое значение для принятия решений о продолжительности пребывания на солнце, выборе крема или лосьона от загара, а также для того, чтобы получить представление о риске кожных заболеваний, связанных с воздействием ультрафиолетового излучения.

Тип I — цвет кожи бледно-белый, люди с такой кожей очень легко обгорают на солнце, очень редко могут немного загореть. Как правило, они имеют светлые или рыжие волосы и веснушки. Представители этого фототипа наиболее склонны к развитию фотосенсибилизации или розацеа. это кельтский тип.
Тип II — цвет кожи от белого до светло-бежевого. Для данного типа кожи характерным является постоянное обгорание на солнце, однако возможно постепенное появление загара. У людей со II типом кожи обычно светлые волосы (хотя не исключены и темные), голубые или карие глаза. нордический, арийский.
Тип III — цвет кожи бежевый. Люди с III типом кожи обгорают после длительного пребывания на солнце, и обычно легко покрываются загаром. Цвет волос, в основном, темный, глаза — карие или зеленые. (темный европейский).
Тип IV — светло-коричневая кожа. У обладателей такого типа кожи обгорание происходит только после очень продолжительного пребывания на солнце, а загар появляется довольно быстро и во всех случаях. Цвет волос обычно темный, глаза карие. (Средиземноморский или южно-европейский).
Тип V — естественный цвет кожи коричневый, глаза карие, волосы темные. Люди с V типом кожи могут обгореть только при очень длительном регулярном пребывании на солнце, потемнение кожи от загара происходит очень легко. (Индонезийский или средне-восточный).
Тип VI — черная кожа, темно-карие глаза и черные волосы. Обгорание на солнце может произойти только в исключительных случаях, при постоянном воздействии ультрафиолетового света высокой интенсивности. Загар возникает очень легко. Такой тип кожи встречается у жителей Африки.

ЛАЗЕРНАЯ ЭПИЛЯЦИЯ

Описание технологий
Лазерная эпиляция — самый безопасный, эффективный и быстрый метод удаления волос на продолжительный срок.

Принцип действия лазерного удаления волос основан на воздействии на волосяной фолликул узконаправленного пучка световых волн специально подобранной длины. Проникая на глубину 2-3 мм от поверхности кожи, эти волны оказывают влияние только на луковицу (корень волоса) и никак не отражаются на остальных клетках эпидермиса.

В процессе лазерной эпиляции меланин,содержащийся в волосах, поглощает направленный на него свет (вспышки лазера), что приводит к нагреванию волоса изнутри и последующему разрушению волосяного фолликула и питающего его сосуда.

Подвергнувшись такому воздействию, волос вскоре выпадает вместе с корнем, безболезненно и на несколько лет до момента естественного восстановления фолликула. Все волосы в фазе активного роста (видимые на поверхности кожи) выпадают в течение 2-х недель после первой процедуры. Остальные же волоски, которые в момент проведения сеанса пребывали в неактивной фазе или в процессе подготовки к росту, удаляются во время повторных процедур (всего 6-10 сеансов) – когда станут видны на поверхности кожи и тем самым доступны для воздействия лазерного излучения.

Алгоритм работы лазеров:

Источник энергии накачивает напряжение в активную среду;
Фотоны в активной среде начинают двигаться всё быстрее;
Они ударяются об оптические резонаторы и плотность вынужденного излучения увеличивается;
Мощная лавина фотонов проходит через одно из зеркал, которое пропускает 50% света;
Испущенные фотоны — это и есть лазерный луч.

Название активной среды диктует название лазера. Например, первый лазером был рубиновый. Его активной средой был рубин. Рубин — это кристалл корунда, с примесями ионов хрома. Благодаря примеси хрома рубин имеет красный цвет.
Активная среда александритового лазера — минерал александрит. Александрит — разновидность хризоберилла с примесью хрома. Меняет цвет в зависимости от освещения. Для лазеров минерал выращивают искусственно.

В диодных лазерах нет минералов. Их рабочее тело состоит из двух слоёв полупроводникового материала, сложенных вместе. Активное вещество — арсенид галлия.

Какой бы тип лазера не использовался, маловероятно 100% избавление от нежелательных волос. В целом пациенты могут ожидать масштабного уменьшения количества толстых темных волос, однако (см мед.часть) новые луковицы будут просыпаться в течение многих лет, поэтому процедуры лазерной эпиляции необходимо повторять даже, когда курс закончен.

В диодных лазерах нет минералов. Их рабочее тело состоит из двух слоёв полупроводникового материала, сложенных вместе. Активное вещество — арсенид галлия.

Какой бы тип лазера не использовался, маловероятно 100% избавление от нежелательных волос. В целом пациенты могут ожидать масштабного уменьшения количества толстых темных волос, однако (см мед.часть) новые луковицы будут просыпаться в течение многих лет, поэтому процедуры лазерной эпиляции необходимо повторять даже, когда курс закончен.

Виды лазеров

Первые лазеры, используемые для операций кожи, были лазеры с непрерывным излучением, такие как лазер на диоксиде углерода и аргоновый лазер. Они широко использовались для лечения родимых пятен, таких как гемангиома. Хотя родимые пятна и удалялись, побочный эффект образования рубцов был неприемлемо высоким в этих лазерах. Новые лазеры, которые были созданы в течение последних двух десятилетий, сравнительно безопасны и гораздо более эффективны по сравнению со старыми версиями.

Лазеры классифицируются в зависимости от используемой активной среды. Характеристики длины волны, длительности импульсов и поглощения различных хромофоров кожи определяют возможность клинического применения различных типов лазеров в дерматологии.

Лазеры, использующиеся в дерматологи:

CO2 лазеры: Лазерные лучи от этих лазеров поглощаются водой, содержащейся в кожном покрове, следовательно, используются для омоложения кожи, удаления доброкачественных опухолей кожи, таких как бородавки, ксантелазмы, слизистые кисты, вишня ангиомы, лейкоплакии и используются для хирургического резки.
Nd: YAG лазеры: Активная среда представляет собой неодим в иттрий-алюминиевом гранате, длина волны 1064 нм. Nd:YAG лазеры имеют небольшое поглощение в меланине и гемоглобине и используются для лазерной эпиляции, лазерного лечения вен, лазерного фотоомоложения, лазерного лечения акне и используют в лазерной хирургии кожи.
Q Switched Nd:YAG Лазеры имеют сильное поглощение в темных чернильных пигментах, следовательно, используются в лазерном удалении татуировок.
Er: YAG лазеры имеют длину волны 2940 нм их рабочей средой является эрбий в иттрий-алюминиевом гранате. Он поглощается водой в коже и используется для шлифовки кожи, лазерного фотоомоложения и для удаления образований кожи.
Рубиновые лазеры имеют длину волны 694 нм и в качестве рабочей среды содержат ионы хрома в оксиде алюминия. Рубиновый лазерный свет имеет очень сильное поглощение в меланине и черно-синих чернильных пигментах. Это особенно полезно для удаления татуировки. Лазерная эпиляция и удаление пигментных (темных) поражений кожи.
Калий-титанил-фосфатный (KTP)-лазер: Nd:YAG лазер на второй гармонике излучения и длиной волны 532 нм, лазер с поглощением в гемоглобине и меланине, используется для удаления сосудистых и пигментных поражений кожи.
Александритовые лазеры: длина волны 755 нм, импульсный лазер, используемый для удаления синих, черных и зеленых татуировок, эпидермиса и дермы пигментаций, таких как при меланодермии.
Диодные лазеры: с различными длинами волн. Поглощающими хромофорами являются меланин и гемоглобин в коже. Диодные лазеры используются для лазерной эпиляции, лечения варикозной болезни и лазерного фотоомоложения.
Лазеры на красителях в качестве активной среды содержат органические соединения в растворе (часто родамина) и имеют действующую длину волны между 400 - 800 нм. Поглощающими хромофорами являются гемоглобин и пигмент меланина. Лазеры на красителях полезны в лечении сосудистых поражений и неаблятивного омоложения кожи.
Эксимерные лазеры содержат соединения ксенона, криптона и аргона их целью являются молекулы белка и воды, имеют длины волн между 190-350 нм. Эксимерные лазеры полезны при лечении псориаза и витилиго.
Фракционные лазеры являются последними лазерами, которые производят микроскопические зоны воздействия и влияют на конкретную глубину в коже. Это особенно полезно для лечения угревой сыпи, морщин, поврежденной солнцем кожи, меланоза кожи и т.д. Длина волны находится в диапазоне 1550 нм, а поглощающими хромофорами является вода в ткани.

Принципы работы лазерных аппаратов

Лазерное излучение – это электромагнитное излучение в основном оптическом диапазоне длин волн, создаваемое лазером. От излучения других источников света отличается высокой степенью когерентности, малой угловой расходимостью пучка, высокими спектральной яркостью и монохроматичностью.

Чтобы понять принцип работы лазера, нужно более внимательно изучить процессы поглощения и излучения атомами квантов света. Атом может находиться в различных энергетических состояниях с энергиями E₁, E₂ и т. д. В теории Бора эти состояния называются стабильными. На самом деле стабильным состоянием, в котором атом в отсутствие внешних возмущений может находиться бесконечно долго, является только состояние с наименьшей энергией. Это состояние называют основным. Все другие состояния нестабильны. Возбужденный атом может пребывать в этих состояниях лишь очень короткое время, порядка 10^–8 с, после этого он самопроизвольно переходит в одно из низших состояний, испуская квант света, частоту которого можно определить из второго постулата Бора. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным. На некоторых энергетических уровнях атом может пребывать значительно большее время, порядка 10^–3 с. Такие уровни называются метастабильными.

Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий атома в конечном и начальном состояниях.

Переходы между энергетическими уровнями атома не обязательно связаны с поглощением или испусканием фотонов. Атом может приобрести или отдать часть своей энергии и перейти в другое квантовое состояние в результате взаимодействия с другими атомами или столкновений с электронами. Такие переходы называются безизлучательными.

Теперь самое главное. В 1916 году А. Эйнштейн предсказал, что переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным. Вынужденное излучение обладает удивительным свойством. Оно резко отличается от спонтанного излучения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца.

Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.

На рисунке схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта света.

Процесс испускания кванта.gif

Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут находиться в состояниях с энергиями E₁ и E₂ > E₁. Пусть в этом слое распространяется излучение резонансной частоты перехода ν = ΔE / h. Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем энергетическом состоянии. Некоторая часть атомов будет находиться и в верхнем энергетическом состоянии, получая необходимую энергию при столкновениях с другими атомами. Обозначим населенности нижнего и верхнего уровней соответственно через n₁ и n₂ < n₁. Эйнштейн показал, что процесс (a) поглощения фотона невозбужденным атомом и процесс (c) индуцированного испускания кванта возбужденным атомом имеют одинаковые вероятности. Так как n₂ < n₁ поглощение фотонов будет происходить чаще, чем индуцированное испускание. В результате прошедшее через слой вещества излучение будет ослабляться. Это напоминает появление темных фраунгоферовских линий в спектре солнечного излучения. Излучение, возникающее в результате спонтанных переходов, некогерентно, распространяется во всевозможных направлениях и не дает вклада в проходящую волну.

Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n₂ > n₁, т. е. создать инверсную населенность уровней. Такая среда является термодинамически неравновесной. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны λ = 1,27 см. За разработку нового принципа усиления и генерации радиоволн в 1964 году все трое были удостоены Нобелевской премии.

Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной. Она может служить резонансным усилителем светового сигнала. Для того, чтобы возникала генерация света, необходимо использовать обратную связь. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад так, чтобы он многократно прошел через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Этот процесс в лазерной физике принято называть накачкой.

Начало лавинообразному процессу в такой системе при определенных условиях может положить случайный спонтанный акт, при котором возникает излучение, направленное вдоль оси системы. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации. Это и есть лазер. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. На рис. 6.4.2 схематически представлено развитие лавинообразного процесса в лазере.