Эксимерные лазеры – 40. Никогда не выглядели лучше

Что такое лазер?

Лазер – это особый квантовый генератор, излучающий узкий световой пучок. Лазерные приспособления открывают невероятные возможности передач энергий на разные расстояния с высокой скоростью. Обычный же свет, который способен восприниматься человеческим зрением, представляет собой небольшие пучки света, которые распространяются в разные стороны.

Если эти пучки сконцентрировать при помощи линзы либо зеркала, получится большой пучок световых частиц, но даже он не может сравниться с лазерным лучом, который состоит из квантовых частиц, что может быть достигнуто только путем активации атомов той среды, которая лежит в основе лазерного излучения.

Заболевания глаза, которые лечатся путем применения

Область офтальмохирургии, которая занимается устранением данных аномалий человеческого глаза, называется рефракционной хирургией, а подобные нарушения – аномалиями аметропии и рефракции.

По мнению специалистов, выделяется две разновидности рефракции:

  • эмметропия, которая характеризует нормальное зрение;
  • аметропия, заключающаяся в аномальном зрении.устройство эксимерного лазера

Аметропия, в свою очередь, включает в себя несколько подвидов:

  • миопия (близорукость);
  • астигматизм – получение глазом искаженного изображения, когда роговица имеет неправильную кривизну, и поток световых лучей становится неодинаковым на разных участках ее поверхности;
  • гиперметропия (дальнозоркость).

Астигматизм бывает двух видов – гиперметропическим, который близок к дальнозоркости, миопическим, сходным с близорукостью и смешанным.

Для того чтобы правильно представить суть рефракционных манипуляций, необходимо минимально знать анатомию человеческого глаза. Система оптики глаза состоит из трех основных элементов – роговицы, хрусталика, являющихся светопреломляющими частями, а также сетчатки, которая является световоспринимающей частью.

Для того чтобы получаемое изображение становилось четким и резким, сетчатка находится в фокусе шара. Однако если она находится впереди фокуса, а такое бывает при дальнозоркости, либо сзади него, что бывает при близорукости, получаемое изображение становится нечетким и значительно размытым.

У человека оптика глаза может изменяться в течение жизни, в частности с момента рождения и до 16-20 лет она меняется в связи с ростом и увеличение в размерах глазного яблока, а также под воздействием некоторых факторов, которые могут привести к образованию тех или иных аномалий.

Применение в медицине

В поперечном разрезе такой лазерный луч выглядит как пятно, перемещающееся по кругу, снимая верхние слои роговицы, а также придавая ей другой радиус кривизны. В зоне абляции температура не поднимается, поскольку воздействие является кратковременным.

Хирург, осуществляющий оперативное вмешательство, заранее определяет, какова порция энергии, которая будет подаваться на роговицу, а также на какую глубину будет производиться воздействие эксимерным лазером.

Предлагаем ознакомиться:  Операция на косоглазие лазером

Все существующие методики лечения эксимерным лазером на сегодняшний день отличаются высокой безопасностью и особой эффективностью. Тем не менее существует ряд осложнений, которые могут возникнуть после хирургического вмешательства с использованием подобных методик. К ним относятся:

  1. Частичное либо неправильное прирастание части роговицы, после чего прирастить эту часть снова не представляется возможности.
  2. Так называемый синдром сухого глаза, когда у пациента возникает покраснение и болезненные ощущения в глазу. Данное осложнение может возникать в случаях, если в процессе коррекции зрения были повреждены нервные окончания, которые отвечают за выработку слезы.
  3. Разнообразные расстройства зрения, к примеру, двоение либо снижение зрения в темноте, нарушение восприятия цветов либо появление светового ореола.
  4. Ослабление либо размягчение роговицы, которое может произойти как через несколько месяцев после оперативного вмешательства, так и через несколько лет.

РИСУНОК 1. Первым коммерческим эксимерным лазером был Lambda Physik EMG 500, который генерировал энергию импульса 220 мДж при 248 нм с частотой повторения до 20 Гц.

Каждый год более миллиона человек во всем мире проходят операцию LASIK для достижения идеального видения, значительно улучшая качество жизни для бесчисленных людей (см. Рис. 2).

Представленный в 1989 году, LASIK был первым крупным ненаучным приложением для эксимерных лазеров и по-прежнему остается самым большим одиночным эксимерным лазерным приложением в объемах количества установок.

То, что началось с грубых экспериментов на глазах свиней, теперь превратилось в более чем 10 000 высокоточных, компактных настольных лазеров, развернутых по всему миру в глазных клиниках и центрах LASIK.

В процедуре LASIK импульсы эксимерных лазеров на длине волны 193 нм используются для удаления материала из роговицы человека, чтобы изменить форму поверхности, тем самым изменяя ее преломляющую способность и позволяя коррекцию для близорукости  или дальнозоркости и астигматизма.

Для выполнения LASIK тонкая, откидная створка хирургически поднимается (фемтосекундным лазером или микрокератомом) с внешней поверхности роговицы. Эксимерный лазерный луч формируется и проецируется с использованием быстро сканирующих зеркал, удаляя абляцией  роговичный материал с помощью точного контурного распределенного узора, что необходимо для коррекции зрения отдельного пациента. створка затем заменяют, герметизируют и защищают переднюю часть глаза.

РИСУНОК 2. Процедура LASIK повышает качество жизни более миллиона человек каждый год.

Точность процесса абляции эксимерного лазера на основе аргонового фтора (ArF) 193 нм имеет важное значение для предсказуемости и безопасности процедуры LASIK. Кроме того, короткая (наносекундная) длина импульса и короткая длина волны удаляют роговичный материал в относительно холодном процессе, называемом фотоабляцией.

Эксимерные лазеры также необходимы для изготовления сверхминиатюрных  интегральных схем (ИС). И, в свою очередь, доступность все меньших, более мощных и экономичных микропроцессоров, в свою очередь, оказала глубокое влияние на современное общество.

Предлагаем ознакомиться:  Катаракта народные методы лечения Методы лечения ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗРЕНИЯ

Сама ИС состоит из множества электронных компонентов, построенных на единой монолитной полупроводниковой пластине. Детальная структура этих устройств строится поэтапно слой за слоем в процессе, называемом фотолитографией, причем первым шагом является покрытие полупроводниковой пластины светочувствительным фоторезистом.

Сетка (маска), содержащая желаемый шаблон схемы, освещена ультрафиолетовым лазерным лучом, и образец маски проецируется на поверхность пластины, после чего проявляется экспонированный резист, и пластина подвергается химическому вытравливанию для физического удаления материала из открытых областей для получения требуемых структур. Затем этот процесс повторяется целых 30 или 40 раз для создания всей структуры схемы.

Исходными источниками фотолитографии были ртутные лампы, но необходимость создавать более мелкие детали приводила производителей к более коротковолновым источникам (опять же из-за дифракции), особенно эксимерным лазерам.

Для фотолитографии используются как 248, так и 193 нм лазеры. В частности, эксимерные лазеры на 193 нм позволяют использовать размер  деталей схемы вплоть до 10 нм, что намного ниже предела дифракции.

Достижение этого потребовало разработки узкоспециализированных эксимеров с сужением линии, управляемой покрытием, чтобы минимизировать хроматические аберрации в оптической обработке изображений. Для получения еще более тонких функций используются различные другие методы, в том числе иммерсионные изображения, двойные или четырехкратные экспозиции и ряд умных методов оптической визуализации.

За последние 25 лет компании, в том числе Cymer (Сан-Диего, Калифорния), компания ASML и Gigaphoton (Ояма-ши, Япония), добились значительных успехов в эксимерных технологиях, разработанных для литографии, чтобы идти в ногу с неустанными требованиями отрасли чипов.

Широко используются активное спектральное сужение (значительно меньше, чем  1 пикометр) и уменьшенная доза энергии и ширина линии. И хотя другие технологии, такие как ультрафиолетовая (EUV) литография на 13 нм, будут дополнять эксимерный лазер для наиболее критических слоев с длиной волны 10 нм, будущее эксимерного лазера все еще выглядит ярким для приложений фотолитографии.

РИСУНОК 3. На диаграмме показаны основные элементы процесса эксимерного лазерного отжига (ELA) для заготовок дисплеев.

Двумя наиболее распространенными типами плоских дисплеев для смартфонов и других устройств являются жидкокристаллические дисплеи с активной матрицей (AMLCD) и дисплеи с активной матрицей на базе органических светодиодов (AMOLED).

Оба они используют объединительную плату, состоящую из стеклянной подложки, на которой большое количество тонкопленочных транзисторов (thin-film transistors , TFT) сформированы, чтобы образовать фактическую пиксельную схему.

Предлагаем ознакомиться:  Причины возникновения мушек перед глазами способы лечения

Для создания слоя аморфного кремния (a-Si) используется крупномасштабное химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Преобразование этого аморфного слоя в поликристаллический кремний (поли-Si) улучшает подвижность электронов, что позволяет использовать небольшие TFT с отличными электрическими характеристиками, которые блокируют меньшую подсветку, что приводит к более ярким дисплеям, которые потребляют меньше энергии, что особенно критично для небольших дисплеев с высоким разрешением.

Слой а-Si превращается в поли-Si при нагревании его эксимерным лазером в процессе, называемом эксимер-лазерным отжигом (ELA, см. Рис.3). В частности, пучок импульсного эксимерного лазерного луча сканирует поверх пленки a-Si, которая эффективно поглощает излучение  эксимерного лазера  308 нм.

Это высокое поглощение в сочетании с высокой энергией импульса эксимерного лазера позволяет получить почти полный расплав тонкого слоя кремния с каждым импульсом. Высокое поглощение кремния также предотвращает проникновение ультрафиолетового излучения в подложку, что позволяет избежать термического напряжения и позволяет использовать экономичные стеклянные материалы для подложки.

РИСУНОК 4. В новой системе Coherent LineBeam 1000 / TwinVYPER выход из четырех отдельных лазеров объединяется внутри системы для создания одиночного линейного луча.

Обработка происходит на больших стеклянных панелях, таких как Gen 6 (1,5 × 1,8 м), которые затем разделяются на многочисленные меньшие дисплеи. В ELA-системе прямоугольный выход эксимерного лазера гомогенизируется и преобразуется в длинную тонкую линию, обычно имеющую длину, равную ширине (или половине ширины) панели.

В течение 20 лет Coherent (и, до этого, Lambda Physik) был пионером ELA. Успех этого применения основан на значительных достижениях в мощных эксимерных лазерных технологиях и УФ-оптической системе, которая обеспечивает однородность линейного луча, требуемую для равномерного отжига больших панелей (см. Рисунок 4).

Возможности обработки эксимерных лазеров вместе с постоянными улучшениями в их производительности, надежности и стоимости владения продолжают превращать их в критически важные для технологии во многих других промышленных, медицинских и научных процессах.

Например, процессы эксимерного лазерного отделения от стеклянной подложки (laser lift-off process) являются ключом к новому поколению гибких дисплеев, а брэгговские решетки, получаемые  эксимерным лазерным излучением (fiber Bragg gratings , FBG) имеют жизненно важное значение для телекоммуникаций, зондирования и многих проектов волоконных лазеров

Людольф Хербст (Ludolf Herbst) — руководитель линейки продуктов Coherent LaserSystems, Гёттинген, Германия

Противопоказания к процедуре коррекции зрения эксимерным лучом

Коррекция зрения эксимерным лазером показана не всем людям, страдающим нарушениями зрения. Запретом на применение данной процедуры являются:

  • офтальмологические заболевания (глаукома, катаракта, деформация сетчатки);
  • заболевания, которые препятствуют нормальному заживлению ран (артрит, сахарный диабет, аутоиммунные заболевания и т.д.);
  • болезни сердца и сосудистой системы;
  • монокулярность;
  • отслойка сетчатки глаза;
  • возрастная пресбиопсия;
  • беременность и грудное вскармливание;
  • детский возраст до 18 лет;
  • спазм аккомодации;
  • прогрессирующие изменения рефракции глаза;
  • воспалительные процессы в организме, в том числе касающиеся непосредственно глаз.

Разновидности

При помощи колоссальных разработок ученых всего мира эксимерные лазеры сегодня широко используются во многих сферах человеческой деятельности и имеют следующие разновидности:

  • твердотелые;
  • лазеры на красителях;
  • газовые;
  • эксимерные;
  • полупроводниковые;
  • лазеры на парах металла;
  • химические;
  • волоконные;
  • лазеры на свободных электронах.
Загрузка ...
Adblock detector