Principles-and-Choice-of-Laser-Treatment-in-Dermatology-Chuong-1-CAC-NGUYEN-LY-CUA-LASER-Bs.-Truong-Tan-Minh-Vu

c Nếu electron đ‹ được k’ch th’ch hấp thụ th•m một photon kh‡c, d khi electron trở về trạng th‡i nghỉ, n— sẽ ph‡t ra hai photon c— c•ng năng lượng, hướng vˆ tần số ph‡t xạ k’ch th’ch.. C

CHƯƠNG 1: CçC NGUYæN LÝ CỦA LASER

Bi•n dịch: Bs Trương Tấn Minh Vũ

1.1! Sự tạo ra tia laser

Thế giới bao gồm ‡nh s‡ng vˆ vật chất

Khi ‡nh s‡ng vˆ vật chất gặp nhau, chœng

tương t‡c với nhau vˆ tạo ra những biến đổi

vật lý vˆ h—a học kh‡c nhau V’ dụ, nếu bạn

đứng dưới bầu trời m•a thu trong xanh, bạn

c— thể cảm thấy cơ thể n—ng l•n ngay cả

trong thời tiết m‡t mẻ (H“nh 1.1) Hiện tượng

nˆy xảy ra khi ‡nh s‡ng được chuyển h—a

thˆnh nhiệt trong da Ngược lại, ‡nh s‡ng c—

thể được tạo ra bằng c‡ch cung cấp năng

lượng vˆo vật chất Hiện tượng nˆy được sử

dụng khi tạo ra tia laser

1.1.1! Bức xạ điện từ

çnh s‡ng được n—i đến chủ yếu ở phạm

vi khả kiến- nh“n thấy được (400-760 nm)

Nhưng ‡nh s‡ng khả kiến chỉ lˆ ‡nh s‡ng

theo nghĩa hẹp, trong khi ‡nh s‡ng theo

nghĩa rộng đề cập đến bức xạ điện từ

(electromagnetic radiation, EMR) S—ng

điện từ lˆ tất cả năng lượng truyền trong

kh™ng gian dưới dạng s—ng của điện trường

vˆ từ trường [2] S—ng điện từ bao gồm từ

bước s—ng khả kiến đến bước s—ng ngắn của

tia g vˆ tia X đến bước s—ng dˆi của s—ng vi

ba vˆ s—ng v™ tuyến (H“nh 1.2) S—ng điện từ

vừa c— t’nh chất của s—ng vừa c— t’nh chất

của hạt mang năng lượng (photon), được gọi

lˆ lưỡng t’nh s—ng-hạt [3] Trong thế giới vĩ

m™, thường c— thể nh“n thấy được, n— thể

hiện c‡c t’nh chất của s—ng, nhưng trong thế

giới vi m™, chỉ c— thể nh“n thấy dưới k’nh

hiển vi, n— thể hiện c‡c t’nh chất của hạt

H“nh 1.1 çnh s‡ng vˆ vật chất

Mỗi s—ng điện từ c— bước s—ng vˆ tần số ri•ng [4] Tia laser được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực da liễu thường lˆ s—ng điện từ nanomet (nm), một đơn vị của s—ng Phổ điện từ được sử dụng trong lĩnh vực da liễu bao gồm tia cực t’m (UV), ‡nh s‡ng khả kiến, hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại trung b“nh (MIR) vˆ hồng ngoại xa (FIR)

H“nh 1.2 Quang phổ điện từ

1.1.2! Nguy•n lý tạo ra tia laser

Đơn vị cơ bản nhất của ‡nh s‡ng lˆ

photon vˆ đơn vị cơ bản nhất của vật chất lˆ

nguy•n tử Nguy•n tử được cấu tạo bởi một

hạt nh‰n, chứa c‡c proton mang điện t’ch

dương vˆ neutron kh™ng mang điện t’ch, vˆ

c‡c electron mang điện t’ch ‰m quay quanh

hạt nh‰n (H“nh 1.3) Quỹ đạo electron ở

trạng th‡i nghỉ ổn định (trạng th‡i cơ bản), lˆ

trạng th‡i c— năng lượng thấp nhất Khi năng

lượng từ b•n ngoˆi đi vˆo (gọi lˆ bơm), c‡c

electron ở trạng th‡i cơ bản sẽ nhảy l•n mức

năng lượng cao hơn ở vị tr’ xa hạt nh‰n hơn

vˆ sau đ— sẽ ở trạng th‡i k’ch th’ch Nhưng

v“ trạng th‡i k’ch th’ch lˆ một trạng th‡i rất

kh™ng ổn định n•n electron sẽ cố gắng trở về

trạng th‡i cơ bản ổn định Khi c‡c electron

bị k’ch th’ch trở về trạng th‡i nghỉ ổn định,

chœng giải ph—ng năng lượng dưới dạng c‡c

photon với sự ch•nh lệch năng lượng c‡c

quỹ đạo Љy được gọi lˆ sự ph‡t xạ tự ph‡t

[2]

Giải th’ch trực quan về sự ph‡t xạ tự ph‡t (Tiến sĩ Vật lý Jong Gook Lee) [5, 6]

Để giải th’ch một c‡ch trực quan nguy•n

lý của tia laser như sự ph‡t xạ tự ph‡t vˆ k’ch th’ch, trước ti•n cần phải hiểu sự tương t‡c của c‡c nguy•n tử vˆ ‡nh s‡ng

Đầu ti•n, h‹y nghĩ về ‡nh s‡ng như một hạt (photon) chứ kh™ng phải lˆ s—ng C‡c hạt c— thể đếm được (một, haiÉ) Nguy•n tử c— thể bị k’ch th’ch hoặc kh™ng bị k’ch th’ch khi chœng nhận năng lượng Nguy•n tử được cấu tạo bởi một hạt nh‰n vˆ c‡c electron çnh s‡ng tương t‡c với c‡c electron Khi electron hấp thụ ‡nh s‡ng, n— trở n•n bị k’ch th’ch vˆ năng lượng của electron tăng l•n, vˆ khi electron ph‡t ra ‡nh s‡ng th“ năng lượng của electron giảm xuống B‰y giờ, giả sử rằng nguy•n tử lˆ một cầu thang mˆ tr•n đ— c‡c electron đi l•n vˆ đi xuống Trạng th‡i k’ch th’ch của nguy•n tử c— nghĩa lˆ c‡c electron

đi l•n cầu thang (Nguy•n tử vˆ electron sẽ được ph‰n biệt trong nội dung sau đ‰y C‡c electron c— thể được coi lˆ c‡c hạt đi l•n cầu thang.)

Khi chœng ta chơi oẳn t• t“ trong thời thơ

ấu, chœng ta đi l•n một cầu thang nếu thắng

vˆ đi xuống một cầu thang nếu thua Tương

tự, khi electron nhận được một photon, n— sẽ

đi l•n cầu thang vˆ bị k’ch th’ch Dưới ch‰n

H“nh 1.3 Ph‡t xạ tự ph‡t vˆ k’ch th’ch Electron

thường nằm ở quỹ đạo năng lượng thấp (trạng

th‡i nghỉ)

(a) Nếu một electron hấp thụ năng lượng, n— sẽ

chuyển sang trạng th‡i k’ch th’ch (b) Khi

electron ở trạng th‡i kh™ng ổn định vˆ bị k’ch

th’ch trở về trạng th‡i năng lượng thấp (trạng

th‡i nghỉ), n— ph‡t ra photon (ph‡t xạ tự ph‡t) (c) Nếu electron đ‹ được k’ch th’ch hấp thụ th•m một photon kh‡c, (d) khi electron trở về trạng th‡i nghỉ, n— sẽ ph‡t ra hai photon c— c•ng năng lượng, hướng vˆ tần số (ph‡t xạ k’ch th’ch)

cầu thang lˆ trạng th‡i năng lượng thấp nhất,

lˆ trạng th‡i nghỉ C‡c bậc thang (nguy•n tử)

mˆ c‡c electron đi l•n vˆ đi xuống đ‹ được

x‡c định H‹y nghĩ về một nguy•n tử mˆ cầu

thang chỉ gồm trạng th‡i nghỉ vˆ trạng th‡i

k’ch th’ch

çnh s‡ng đưa vˆo (H“nh 1.4) được coi lˆ

một hạt (photon) theo quan điểm của nguy•n

tử çnh s‡ng đi vˆo dưới dạng s—ng nhưng

lˆ hạt từ quan điểm của nguy•n tử Kh‡i

niệm nˆy được gọi lˆ lưỡng t’nh s—ng-hạt

Electron ở trạng th‡i nghỉ hấp thụ photon vˆ

đi l•n cầu thang vˆ trở n•n k’ch th’ch Chiều

cao của cầu thang thay đổi theo từng nguy•n

tử, điều nˆy thể hiện năng lượng của photon

c— thể được hấp thụ bởi c‡c electron Nếu

một photon c— năng lượng cao hơn hoặc thấp

hơn độ cao của bậc thang t‡c động vˆo

electron th“ electron sẽ kh™ng thể hấp thụ

photon Electron c— t’nh kŽn hấp thụ C‡c electron chỉ c— thể ở trạng th‡i k’ch th’ch trong một khoảng thời gian ngắn vˆ khi c‡c điện tử bị k’ch th’ch trở lại trạng th‡i nghỉ, chœng phải ph‡t xạ c•ng một số photon đ‹ được hấp thụ trước đ— Photon ph‡t xạ c— năng lượng tương ứng với độ cao của cầu thang Kết luận, c‡c electron giải ph—ng

năng lượng đ‹ hấp thụ trước đ— (H“nh 1.5)

Độ cao của cầu thang cˆng lớn, năng lượng electron trả lại cˆng nhiều Nếu độ cao của cầu thang rất cao, năng lượng sẽ trở thˆnh tia

X vˆ tia γ Nếu độ cao của cầu thang rất thấp, năng lượng sẽ trở thˆnh ‡nh s‡ng hồng ngoại (Năng lượng tỷ lệ nghịch với bước s—ng.)

H“nh 1.4 Electron (packman) ở trạng th‡i nghỉ

trở n•n k’ch th’ch khi n— hấp thụ ‡nh s‡ng

(photon)

H“nh 1.5 Electron bị k’ch th’ch (packman) ph‡t

ra ‡nh s‡ng (photon) khi trở về trạng th‡i nghỉ

E: năng lượng của bức xạ, h: hằng số

Planck (6,6 × 10−34Js), v: tần số, c: vận tốc

‡nh s‡ng (299,790 km/s), λ: bước s—ng

Một điều cần lưu ý nữa lˆ c‡c electron bị

k’ch th’ch kh™ng phải lu™n lu™n trở về trạng

th‡i nghỉ Tuy nhi•n, c— xu hướng lˆ c‡c

electron trở lại trạng th‡i nghỉ Ngoˆi ra, c‡c

electron ở trạng th‡i nghỉ kh™ng phải lu™n

lu™n hấp thụ photon nhưng c— x‡c suất cao

hấp thụ photon Do đ—, mọi thứ trong thế

giới nguy•n tử được biểu diễn bằng x‡c

suất

T—m tắt

1 çnh s‡ng mang t’nh hạt trong thế giới vi

m™ như nguy•n tử, nhưng mang t’nh s—ng

trong thế giới vĩ m™

2 Mỗi nguy•n tử c— bậc thang năng lượng

ri•ng

3 Electron ở trạng th‡i cơ bản đi l•n trạng

th‡i k’ch th’ch, hay từ trạng th‡i k’ch

th’ch đi xuống trạng th‡i cơ bản do x‡c

suất quyết định

4 C‡c electron trả lại c•ng một mức năng

lượng đ‹ hấp thụ trước đ—

5 Electron chỉ hấp thụ c‡c photon c— năng

lượng bằng độ cao của bậc thang

C‡c photon ph‡t xạ tạo ra ‡nh s‡ng c— bước s—ng nhất định t•y thuộc vˆo c‡c nguy•n tử Trong tự nhi•n, nhiều ‡nh s‡ng kh‡c nhau được tạo ra bởi c‡c nguy•n tử kh‡c nhau được trộn lẫn trong tự nhi•n V’

dụ, ‡nh s‡ng từ que di•m thường c— mˆu đỏ, trong khi ‡nh s‡ng từ bếp l˜ chủ yếu c— mˆu xanh lam C— thể dễ hiểu nếu c‡c xem c‡c nguy•n tử như l˜ xo, một số l˜ xo mạnh trong khi những l˜ xo kh‡c lại yếu Kh™ng phụ thuộc vˆo lực t‡c động, thời gian l˜ xo

bị kŽo d‹n vˆ co lại theo sức bền của n— lˆ kh™ng đổi Tương tự, c‡c nguy•n tử c— tần

số (hoặc bước s—ng) ri•ng của chœng, được gọi lˆ tần số tự nhi•n của nguy•n tử Nguy•n

tử ph‡t ra ‡nh s‡ng nhiều như n— dao động

vˆ bước s—ng của ‡nh s‡ng ph‡t ra tỉ lệ nghịch với tần số tự nhi•n của nguy•n tử V“ vậy, nếu được tạo thˆnh từ c‡c nguy•n tử đồng nhất, chỉ một bước s—ng ‡nh s‡ng được tạo ra Љy lˆ nguy•n lý đơn sắc, một đặc t’nh của laser [4]

Trong một số trường hợp, c‡c photon ph‡t ra tự nhi•n c— thể gặp c‡c electron của nguy•n tử ở trạng th‡i k’ch th’ch Một hiện tượng thœ vị xảy ra vˆo thời điểm nˆy Khi c‡c electron trở về trạng th‡i nghỉ, chœng ph‡t ra hai photon Hiện tượng nˆy được gọi

lˆ ph‡t xạ k’ch th’ch [2] Hai photon ph‡t ra

do được k’ch th’ch c— c•ng năng lượng, c•ng h“nh dạng về thời gian vˆ kh™ng gian, giống như anh em sinh đ™i Љy lˆ nguy•n lý nhất qu‡n, một đặc t’nh của laser [2] Nếu hai photon song sinh nˆy gặp hai electron, th“ bốn photon song sinh được ph‡t ra Bốn photon lại ph‡t ra 8, 16 vˆ 32 photon, tức lˆ chœng tăng l•n theo cấp số nh‰n Љy lˆ nguy•n lý của cường độ cao, một đặc t’nh của laser

Năm 1917, Einstein c™ng bố lý thuyết về

sự ph‡t xạ k’ch th’ch, đ‰y lˆ nguy•n lý tạo ra tia laser [4]

1.1.3! Sự tạo thˆnh tia laser

Sự chuyển đổi của c‡c electron sang trạng th‡i k’ch th’ch được gọi lˆ Òsự nghịch đảo quần thểÓ [2], vˆ ở trạng th‡i nˆy, c‡c photon được tạo ra theo cấp số nh‰n với 1020 photon

khi xảy ra ph‡t xạ k’ch th’ch [4] Bởi v“ ‡nh

s‡ng truyền đi, nếu m™i trường đủ dˆi, n— c—

thể tạo ra nhiều photon Nhưng do hạn chế

về kh™ng gian, hai tấm gương được đặt ở

Giải th’ch trực quan về sự ph‡t xạ k’ch

th’ch (Tiến sĩ Vật lý Jong Kook Lee)

Trong c‡ch giải th’ch ở tr•n về sự ph‡t xạ

tự ph‡t, chỉ xem xŽt sự chiếu xạ ‡nh s‡ng

tới c‡c nguy•n tử ở trạng th‡i nghỉ B‰y

giờ chœng ta h‹y nghĩ điều g“ sẽ xảy ra khi

‡nh s‡ng được chiếu vˆo một nguy•n tử bị

k’ch th’ch Cần chiếu xạ ‡nh s‡ng c— năng

lượng bằng chiều cao của bậc thang; sẽ

kh™ng c— g“ xảy ra nếu năng lượng lớn hơn

hoặc nhỏ hơn Như đ‹ giải th’ch trước đ‰y,

tất cả đều do x‡c suất quyết định trong thế

giới nguy•n tử H‹y nghĩ về electron tr•n

đỉnh cầu thang như một người tr•n đỉnh

nœi Nếu gi— thổi nhẹ, rất ’t khả năng người

đ— bị rơi từ tr•n cao xuống nhưng nếu c—

b‹o thổi qua th“ cơ hội lớn hơn Tương tự

như vậy, nếu một photon được bắn vˆo

một electron bị k’ch th’ch, khả năng

electron đ— rơi xuống đất sẽ tăng l•n rất

nhiều Việc bắn c‡c photon vˆo c‡c

electron bị k’ch th’ch vˆ lˆm cho chœng trở

về trạng th‡i nghỉ được gọi lˆ sự ph‡t xạ

k’ch th’ch çnh s‡ng k’ch th’ch kh™ng bị

hấp thụ bởi c‡c electron, mˆ lˆ c‡c photon

lˆm rung c‡c electron, giống như gi— lˆm

rung người Tuy nhi•n, electron rơi xuống

mặt đất phải ph‡t ra c‡c photon, v“ vậy hai

photon ph‡t ra (H“nh 1.6)

Hai photon c— nghĩa lˆ ‡nh s‡ng c—

năng lượng gấp đ™i ph‡t ra N—i c‡ch kh‡c,

‡nh s‡ng đi ra s‡ng gấp đ™i ‡nh s‡ng đầu

vˆo Vật chất bao gồm nhiều nguy•n tử

Điều g“ sẽ xảy ra nếu tất cả c‡c nguy•n tử

đều bị k’ch th’ch vˆ tất cả chœng đều nhận

được một photon? Bởi v“ electron nhận

một photon trả lại hai photon vˆ c‡c

electron nhận c‡c photon nˆy cũng trả lại

mỗi hai photon n•n cuối c•ng, rất nhiều

Một trong hai gương phản xạ 100% ‡nh s‡ng, gương c˜n lại cho ‡nh s‡ng đi qua một phần để một số photon được k’ch th’ch đi ra khỏi hai gương, qua thiết bị ph‰n phối vˆ được gom về một chỗ bằng thấu k’nh Cuối c•ng th“ c‡c photon được chuyển đến da

(H“nh 1.9)

Nếu bạn nh“n vˆo b•n trong m‡y laser, chœng bao gồm ba phần: hệ thống bơm, m™i trường tạo laser vˆ khoang quang học với hai tấm gương [2] C‡c thiết bị bổ sung lˆ thiết

bị lˆm m‡t vˆ hệ thống ph‰n phối Nguồn năng lượng b•n ngoˆi d•ng để cung cấp năng lượng (bơm) vˆ m™i trường laser k’ch th’ch c‡c electron bằng năng lượng nhận được từ b•n ngoˆi Điện hoặc đ•n flash được sử dụng như một nguồn năng lượng từ b•n ngoˆi Loại laser điển h“nh sử dụng điện lˆm nguồn năng lượng b•n ngoˆi lˆ laser CO2 vˆ laser điển h“nh sử dụng đ•n flash lˆm nguồn năng lượng b•n ngoˆi lˆ laser Q-switched

Trong m™i trường laser, c— chất kh’ (CO2

vˆ argon), chất lỏng (thuốc nhuộm), vˆ chất rắn (ruby, alexandrite, Nd: YAG, vˆ diode) Bước s—ng của laser được x‡c định bởi m™i trường laser [2] V’ dụ, CO2 tạo ra bước s—ng 10.600 nm, ruby- bước s—ng 694 nm vˆ

H“nh 1.7 Hai photon

gặp 4 electron bị k’ch

th’ch vˆ tạo ra 4

photon Bằng c‡ch

nˆy, photon được

khuếch đại để tạo ra

‡nh s‡ng mạnh

H“nh 1.8 Nguy•n lý

của laser

Bảng 1.2 M™i trường laser vˆ bước s—ng

Loại laser M™i trường Bước s—ng (nm)

V“ vậy, khi n—i về loại laser, v’ dụ như laser

ruby th“ chœng ta biết rằng bước s—ng của

laser lˆ 694 nm, vˆ ngược lại Do đ—, chœng

ta phải biết bước s—ng tương ứng với m™i trường laser

Tuy nhi•n, laser Nd: YAG c— thể tạo ra

1064, 1320 nm, v.v., vˆ laser diode c— thể tạo

ra 808, 810, 1450 nm, v.v N—i c‡ch kh‡c, một số laser c— thể tạo ra nhiều bước s—ng với một m™i trường Љy lˆ lý do tại sao khi m™ tả một tia laser, bước s—ng vˆ m™i trường phải được m™ tả c•ng nhau V’ dụ: Òlaser ruby 694 nmÓ Ngoˆi ra, v“ m‡y laser cũng kh‡c nhau t•y thuộc vˆo thời gian chiếu xạ, thời gian chiếu xạ cũng cần được m™ tả

H“nh 1.9 Hệ thống laser Laser bao gồm m™i trường laser, hệ thống bơm, khoang quang học vˆ hệ

thống ph‰n phối

Tuy nhi•n, người ta thường n—i đơn giản lˆ

ÒQ694Ó hoặc ÒLong1064Ó trong cuộc tr˜

chuyện hoặc bˆi giảng v“ t•n dˆi

IPL (‡nh s‡ng xung cường độ cao) kh‡c

với laser ở chỗ n— kh™ng c— m™i trường laser

vˆ khoang quang học N— chỉ c— đ•n flash

lˆm nguồn năng lượng b•n ngoˆi [4] Đ•n

flash kh‡c với tia laser bước s—ng đơn v“

chœng ph‡t ra nhiều loại ‡nh s‡ng Đ•n flash

được bao quanh bởi nước để bước s—ng tr•n

1000 nm với hệ số hấp thụ nước cao bị nước

hấp thụ vˆ biến mất, do đ— chỉ ph‡t ra ‡nh

s‡ng dưới 1000 nm Nếu bước s—ng UV bị

cắt bởi bộ lọc quang học, th“ chỉ c— ‡nh s‡ng

với bước s—ng 500Ð1000 nm được ph‡t ra

C— thể lựa chọn nhiều dải bước s—ng kh‡c

nhau t•y thuộc vˆo bộ lọc quang học V’ dụ,

bộ lọc 640 nm ph‡t ra ‡nh s‡ng trong dải

bước s—ng 640Ð1000 nm

1.1.4 Laser ba cấp vˆ bốn cấp

Đối với ph‡t xạ k’ch th’ch, electron ở

trạng th‡i nghỉ cần chuyển sang trạng th‡i

k’ch th’ch Nhưng trạng th‡i k’ch th’ch

kh™ng ổn định do đ— c‡c electron chuyển về

trạng th‡i nghỉ trước khi ph‡t xạ k’ch th’ch

Do đ—, kh™ng c— laser hai cấp mˆ chỉ tồn tại

trạng th‡i nghỉ vˆ trạng th‡i k’ch th’ch Để

ngăn cản việc quay trở lại trạng th‡i nghỉ,

m™i trường c— trạng th‡i giả ổn định - lˆ

trạng th‡i giữa trạng th‡i nghỉ vˆ trạng th‡i

k’ch th’ch - được sử dụng trong laser thực tế [8]

Do đ—, laser c— trạng th‡i nghỉ ổn định, k’ch th’ch vˆ giả ổn định được gọi lˆ laser ba cấp vˆ laser c— hai trạng th‡i giả ổn định được gọi lˆ laser bốn cấp C‡c laser ba vˆ bốn cấp điển h“nh lˆ laser ruby vˆ laser Nd:

YAG (H“nh 1.11 vˆ 1.12) [3]

Trong laser ba cấp, mức laser thấp hơn lˆ trạng th‡i cơ bản v“ vậy c— nhiều electron ở mức năng lượng thấp Do đ—, cần năng lượng cao để đảo ngược quần thể vˆ sử dụng đ•n flash c— c™ng suất cao Do đ— laser ba cấp thường lˆ laser c— s—ng dạng xung Bởi v“ laser ba cấp cần đầu ra c™ng suất cao, điều nˆy lˆm cho chœng đắt tiền nhưng c— thể tạo

ra năng lượng rất cao (năng lượng xung 20J) Mặt kh‡c, laser bốn cấp cần năng lượng thấp

để nghịch đảo quần thể v“ vậy c— thể sử dụng đ•n flash c™ng suất thấp Do đ—, hầu hết c‡c laser s—ng li•n tục đều sử dụng laser bốn cấp

H“nh 1.10 Khi c‡c electron ở trạng th‡i cơ bản

chuyển sang trạng th‡i k’ch th’ch kh™ng ổn định, n— sẽ rơi trở lại trạng th‡i giả ổn định

Giải th’ch bổ sung về nguy•n lý laser

(Tiến sĩ vật lý Jong Kook Lee)

Nguy•n lý của laser kh™ng thể được hiểu

một c‡ch hoˆn hảo nếu chỉ với kh‡i niệm về

ph‡t xạ k’ch th’ch được m™ tả trước đ— Lý

do cho điều nˆy lˆ v“ c‡c nguy•n tử ở trạng

th‡i k’ch th’ch c— thể kh™ng chỉ ph‡t xạ do

k’ch th’ch mˆ c˜n c— thể ph‡t xạ một c‡ch

tự ph‡t Ngay cả khi cố gắng đưa c‡c

electron vˆo trạng th‡i k’ch th’ch, vˆ cố

gắng tạo ra sự ph‡t xạ k’ch th’ch bằng c‡ch

chiếu xạ ‡nh s‡ng, th“ cũng chẳng ’ch g“ nếu

c‡c electron đ‹ ph‡t xạ tự ph‡t Vˆ c‡c

electron rơi ngẫu nhi•n ở bất kỳ trạng th‡i

nˆo trong qu‡ tr“nh ph‡t xạ tự ph‡t (trong

c‡c h“nh trước, trạng th‡i cơ bản được biểu

thị chỉ c— một, nhưng tr•n thực tế, c— một số

trạng th‡i cơ bản) do đ— c‡c loại ‡nh s‡ng

kh‡c nhau được ph‡t ra vˆ một số ‡nh s‡ng

bị hấp thụ lại bởi c‡c electron Kết quả lˆ,

‡nh s‡ng c— ’t năng lượng hơn đầu vˆo được

ph‡t ra Do đ—, cần phải c— một cơ chế ngăn

chặn ph‡t xạ tự ph‡t vˆ chỉ xảy ra ph‡t xạ

k’ch th’ch (H“nh 1.10)

Trong H“nh 1.10, kh‡i niệm về trạng th‡i

giả ổn định được giới thiệu Một số vật liệu

đặc biệt c— thể được sử dụng để tạo ra trạng

th‡i giả ổn định Quy tắc thay đổi trạng th‡i

của electron như sau:

rơi về trạng th‡i cơ bản N— chỉ c— thể rơi

vˆo trạng th‡i giả ổn định

C‡c electron bị k’ch th’ch t’ch luỹ ở trạng

th‡i giả ổn định theo thời gian Khi nhiều

electron t’ch tụ ở trạng th‡i giả ổn định vˆ

‡nh s‡ng được chiếu xạ, ‡nh s‡ng mạnh sẽ

được ph‡t ra vˆ tia laser chœng ta muốn c—

thể được tạo ra

1.2!Đặc t’nh của Laser

Laser được đặt t•n lˆ LASER theo chữ

c‡i đầu ti•n của cụm từ ÒLight Amplication

H“nh 1.11 Đối với hệ thống laser ba cấp, c— thể

đạt được quần thể cấp 2 lớn hơn so với trạng th‡i

cơ bản, bằng c‡ch bơm rất mạnh từ cấp 1 đến cấp 2 (Sao chŽp từ [9])

H“nh 1.12 Đối với hệ thống laser bốn cấp, c— thể

đạt được, ngay cả khi bơm yếu vˆo cấp 2 tồn tại l‰u, một sự nghịch đảo quần thể so với mức tồn tại ngắn ở cấp 2', do tồn tại ngắn, cấp 2 trống ngay lập tức

by Stimulated Emission of RadiationÓ (khuếch đại ‡nh s‡ng bằng bức xạ k’ch th’ch) [2] Hiện nay, tia laser được tạo ra c— bước s—ng từ 100 nm đến 3 mm Trong da liễu, từ

laser excimer với 308 nm đến laser CO2 với

10.600 nm được sử dụng Laser c— thể được

chia thˆnh s—ng li•n tục vˆ s—ng xung khi

chiếu xạ; thời gian chiếu xạ từ gi‰y đến

femto gi‰y (10−15 s) Ngoˆi ra, c— thể tạo ra

tia laser với mật độ đầu ra cao l•n đến 1010

W/cm2 [4]

Tia laze c— bốn đặc t’nh kh‡c với ‡nh

s‡ng (H“nh 1.13) Thứ nhất, c‡c photon c—

một bước s—ng được ph‡t ra phụ thuộc vˆo

m™i trường laser (t’nh đơn sắc) Thứ hai, hai

photon được ph‡t do k’ch th’ch song sinh c—

h“nh dạng giống nhau theo thời gian vˆ

kh™ng gian (t’nh nhất qu‡n) Thứ ba, tia laser

đi thẳng mˆ kh™ng ph‰n t‡n theo hướng kh‡c

(t’nh chuẩn trực) Vˆ cuối c•ng, c‡c photon

được tăng l•n theo cấp số nh‰n l•n đến 1020

(t’nh cường độ cao) Trong bốn đặc t’nh, t’nh

nhất qu‡n lˆ quan trọng trong qu‡ tr“nh tạo

ra laser Do t’nh nhất qu‡n, c‡c bước s—ng

của c‡c photon được chồng l•n nhau v“ vậy

năng lượng của c‡c photon kh™ng thể bị triệt

ti•u vˆ c— thể tạo ra tia laser c— cường độ cao

Do đ—, laser c˜n c— thể được gọi lˆ m‡y

khuếch đại ‡nh s‡ng đầu ra thấp vˆ chuyển

đổi thˆnh ‡nh s‡ng cường độ cao Tuy nhi•n,

theo quan điểm của b‡c sĩ sử dụng laser, t’nh

đơn sắc quan trọng hơn v“ laser n•n được

chọn theo nh—m m™ đ’ch T’nh đơn sắc sẽ

được thảo luận ở phần sau

Chuyển đổi đơn vị của gi‰y cần được

hiểu r› (Bảng 1.3) V’ dụ, trong hầu hết

c‡c tˆi liệu laser, n— kh™ng được viết dưới

dạng 10−3 s, mˆ được viết bằng mili gi‰y,

hoặc đơn giản lˆ viết tắt ms B‡c sĩ mới

lˆm quen với laser c— thể bị nhầm lẫn bởi

đơn vị gi‰y chưa quen thuộc Điều tối

thiểu cần biết lˆ đơn vị nˆo lớn hơn hoặc

nhỏ hơn Ngoˆi ra, v“ tất cả c‡c đơn vị đều

ngắn hơn 1 gi‰y, nhưng phải nhớ rằng c—

sự kh‡c biệt hơn 1000 lần giữa c‡c đơn vị

1.2.1! C‡c th™ng số

Laser c— c‡c th™ng số năng lượng kh‡c

nhau (Bảng 1.4) Năng lượng lˆ số lượng

photon được ph‡t ra trong một xung đơn lẻ

Bởi v“ laser chất lượng cao ph‡t ra rất nhiều

photon trong một xung đơn lẻ, năng lượng

được sử dụng để biểu hiện sức mạnh của laser ph‡t s—ng dạng xung trong thời gian chiếu xạ kh™ng đổi Mặt kh‡c, c™ng suất lˆ

số lượng photon được ph‡t ra trong đơn vị thời gian Kh‡i niệm thời gian được bao gồm trong so s‡nh c™ng suất với năng lượng Bởi v“ c™ng suất lˆ số lượng photon Òmỗi giờÓ trong kh‡i niệm kỹ thuật, kh‡i niệm nˆy lˆ kết quả đầu ra, c™ng suất (sức mạnh) của một

cỗ m‡y Bởi v“ "năng lượng = c™ng suất × thời gian", năng lượng c— nghĩa lˆ "tổng lực t‡c dụng" hoặc "khối lượng c™ng việc mˆ một m‡y đ‹ thực hiện." C™ng suất chủ yếu được sử dụng để biểu hiện kết quả đầu ra của laser s—ng li•n tục [10]

Do đ—, năng lượng vˆ c™ng suất đều được

sử dụng để biểu thị kết quả đầu ra của tia laser Tuy nhi•n, đối với c‡c b‡c sĩ d•ng laser, số lượng c‡c photon được chiếu xạ tr•n

da lˆ rất quan trọng, đ— lˆ lý do tại sao kh‡i niệm về đơn vị diện t’ch lˆ cần thiết Do đ—, c‡c th™ng số về mật độ năng lượng vˆ mật

độ c™ng suất được sử dụng Mật độ năng lượng lˆ số lượng c‡c photon được chiếu xạ trong một xung đơn t’nh tr•n một đơn vị diện t’ch da N— thường được gọi lˆ lưu lượng (fluence) Mật độ c™ng suất lˆ số lượng photon được chiếu xạ tr•n da, tr•n một đơn

vị thời gian vˆ đơn vị diện t’ch

Bảng 1.3 Đơn vị chuyển đổi của 1 gi‰y

J/cm2 Energy density =

energy/cm2

Mật độ c™ng suất

H“nh 1.13 Bốn đặc

t’nh của laser

Vậy th™ng số nˆo quan trọng hơn? Mật

độ năng lượng hoặc mật độ c™ng suất? Khi

tia laser tiếp xœc với da, nhiệt độ sẽ tăng l•n

N—i c‡ch kh‡c, năng lượng ‡nh s‡ng được

chuyển thˆnh nhiệt năng Số lượng photon

cˆng nhiều th“ nhiệt độ sẽ cˆng cao Bởi v“

số lượng photon được bao gồm trong cả mật

độ c™ng suất vˆ mật độ năng lượng, mật độ

năng lượng hoặc c™ng suất cˆng cao, nhiệt

độ sẽ cˆng cao Nhưng nếu số lượng photon

như nhau th“ nhiệt độ nˆo cao hơn? Mười

photon trong da tr•n 1 gi‰y hay 10 photon

trong 10 gi‰y? Tất nhi•n, trong trường hợp

trước, nhiệt độ sẽ cao hơn V’ dụ, trong cả

loại trước vˆ sau, mật độ năng lượng lˆ 10

J/cm2 Nhưng mật độ c™ng suất lˆ 10 W/cm2

trong trường hợp trước vˆ 1 W/cm2 trong

trường hợp sau Điều đ— cho thấy, mật độ

c™ng suất quan trọng hơn lưu lượng đối với

chœng t™i Tuy nhi•n, bạn c— thể nghĩ rằng

mật độ năng lượng quan trọng hơn bởi v“ chỉ

mật độ năng lượng mới xuất hiện trong bảng

điều khiển của laser Q-switched thường

được sử dụng vˆ chỉ c— thể điều chỉnh th™ng

số mật độ năng lượng trong laser

Q-switched Thậm ch’ trong laser CO2, đơn vị

c™ng suất kh™ng phải lˆ W/cm2 mˆ lˆ Watt

Do đ—, c‡c b‡c sĩ dung laser n•n ghi nhớ mật

độ c™ng suất ngay cả khi mật độ c™ng suất kh™ng được thể hiện trong bảng điều khiển laser

Bảng 1.5 cho thấy mật độ năng lượng vˆ thời gian xung (độ dˆi xung), thường được

sử dụng trong l‰m sˆng cho mỗi loại tia laser Mật độ c™ng suất tương ứng cũng được t’nh to‡n Bảng cho thấy một số hiện tượng thœ vị Đường thẳng đứng của độ dˆi xung cho thấy mật độ c™ng suất tăng nhanh khi độ dˆi xung giảm [4] Ngay cả khi mật độ năng lượng giảm, mật độ c™ng suất vẫn tăng mạnh Như đ‹ đề cập trước đ‰y, c— sự kh‡c biệt lớn về (1) lưu lượng được hiển thị vˆ (2) mật độ c™ng suất thực

C— một điều kh‡c cần lưu ý trong Bảng 1.5 Mật độ c™ng suất phần nˆo li•n quan đến c™ng suất của tia laser v“ kh‡i niệm c™ng suất được bao gồm trong mật độ c™ng suất C™ng suất quyết định gi‡ trị của m‡y laser Hiện tại, Q-switched laser rẻ hơn rất nhiều vˆ c— một số IPL cũng đắt, nhưng trước đ‰y, Q-switched laser đắt hơn IPL rất nhiều Ngoˆi

ra, theo lý thuyết quang nhiệt chọn lọc, c‡c mục ti•u nhỏ hơn c— thể được xử lý bằng độ dˆi xung ngắn hơn N—i c‡ch kh‡c, laser đắt tiền điều trị nhiều mục ti•u hơn v“ độ dˆi xung ngắn hơn, trong khi laser rẻ hơn kh™ng

Bảng 1.5 Th™ng số cho một số loại laser

Bức xạ Mật độ

năng lượng (J/cm2= W/cm2*s)

Độ dˆi xung (ms)

Mật độ c™ng suất (W/cm2) Frequency

laser Nd: YAG nh‰n đ™i tần số c— nghĩa lˆ 532

nm, bằng một nửa bước s—ng của Nd: YAG,

C‡c th™ng số kh‡c được sử dụng cho laser được tr“nh bˆy trong Bảng 1.6

1.2.2! Cấu h“nh theo kh™ng gian của tia

Dạng tia lˆ một thuật ngữ m™ tả cấu h“nh kh™ng gian của ch•m tia laser vˆ biểu thị sự ph‰n bố cường độ tia laser trong kh™ng gian C‡c cấu h“nh ch•m tia điển h“nh lˆ cấu h“nh Gaussian vˆ cấu h“nh đỉnh phẳng (top-hat) (H“nh 1.14 vˆ 1.15) C— nhiều dạng tia kh‡c nhau; mỗi dạng tia được biểu thị bằng số b•n cạnh chữ TEM (transverse electromagnetic mode) V’ dụ, cấu h“nh Gaussian lˆ cấu h“nh

cơ bản, được gọi lˆ TEM00 vˆ TEM10, TEM20

lˆ cấu h“nh dạng b‡nh r‡n vˆ dạng h“nh bia [3]

Dạng tia được quyết định bởi h“nh dạng của gương trong khoang quang học [3] Ngoˆi ra, dạng tia được quyết định bởi hệ thống ph‰n phối vˆ, ở dạng đỉnh phẳng, 80Ð90% ở trung t‰m của mặt cắt ngang c— ph‰n

bố đồng đều v“ v™ số phản xạ xảy ra trong hệ thống ph‰n phối dạng sợi dẻo của sợi thủy tinh [12]

H“nh 1.14 Cấu h“nh Gaussian Dạng 3D ch•m tia của laser C3 (bước s—ng 1064 nm, k’ch thước điểm

4 mm, năng lượng mỗi xung 450 mJ/cm2, độ dˆi xung 8Ð10 ns, tần số xung 10 Hz) được tạo bởi phần mềm DataRay v.500 M4 Љy lˆ cấu h“nh "Gaussian" điển h“nh

H“nh 1.15 Cấu h“nh đỉnh phẳng Dạng 3D ch•m tia của laser C6 (bước s—ng 1064 nm, k’ch thước

điểm 4 mm, năng lượng mỗi xung 1000 mJ/cm2, độ dˆi xung 8Ð10 ns, tần số xung 10 Hz) được tạo bởi phần mềm DataRay v.500 M4 Sự ph‰n bố mật độ năng lượng đồng nhất hơn so với C3 Ch•m tia C6 c— đỉnh phẳng vˆ phần lớn diện t’ch bằng trung b“nh cộng của năng lượng t‡c dụng

Trong cấu h“nh Gaussian, cường độ laser

giống như ph‰n bố chuẩn Gaussian trong đ—

t‰m điểm c— cường độ cao nhất vˆ giảm dần

về ph’a r“a Trong cấu h“nh Gaussian, điểm

mˆ cường độ của tia laser giảm xuống 86%

được x‡c định lˆ đường k’nh ch•m tia (H“nh

1.16) [2]

Cấu h“nh Gaussian c— thể kh™ng phải lˆ

dạng tia mˆ chœng ta muốn V’ dụ, khi điều

trị c‡c đốm n‰u, v•ng t‰m của ch•m tia c—

thể rất mạnh v“ vậy xảy ra PIH, phần giữa

của ch•m tia c— thể loại bỏ c‡c đốm n‰u mˆ

kh™ng c— t‡c dụng phụ, trong khi phần r“a

của ch•m tia c— thể kh™ng loại bỏ được c‡c

đốm n‰u do năng lượng rất yếu Mặc d• cần

c— sự chồng chŽo ở một mức độ nˆo đ— để

tạo ra sự ph‰n bố đồng đều, nhưng về mặt kỹ

thuật lˆ rất kh— trừ khi một m‡y quŽt được

gắn vˆ khớp cơ học một c‡ch ch’nh x‡c V“

vậy, cấu h“nh đỉnh phẳng lˆ một dạng tia ph•

hợp để loại bỏ đốm n‰u Nhưng kh™ng đœng

khi đơn giản n—i rằng cấu h“nh đỉnh phẳng lˆ

tốt vˆ Gaussian lˆ kh™ng tốt N— c— thể kh‡c

nhau t•y thuộc vˆo mục ti•u điều trị mˆ cấu

h“nh n•n được chọn V’ dụ, cấu h“nh

Gaussian th’ch hợp hơn cấu h“nh đỉnh phẳng

trong điều trị nevi tế bˆo hắc tố

H“nh 1.16 Ph‰n bố ch•m tia đầu ra Gaussian;

2w cho biết đường k’nh k’ch thước đốm được đo tại một gi‡ trị mˆ cường độ giảm xuống 1 / e2 của gi‡ trị lớn nhất

Laser CO2 chỉ c— thể sử dụng hệ thống ph‰n phối dạng khớp v“ tia laser được hấp thụ vˆ biến mất trong hệ thống ph‰n phối bằng sợi quang Do đ—, cấu h“nh Gaussian được tạo ra trong khoang quang học được mặc định trong laser CO2 Cũng vậy, trong laser Q-switched, chỉ c— thể sử dụng hệ thống ph‰n phối dạng khớp v“ hệ thống ph‰n

phối dạng sợi quang c— thể bị hỏng do c™ng

suất lớn Do đ—, mặc d• cấu h“nh Gaussian

lˆ mặc định trong laser Q-switch, hầu hết c‡c

laser Q-switch được sản xuất gần đ‰y đều cˆi

đặt cấu h“nh đỉnh phẳng bằng c‡ch ph‰n phối

đồng nhất về mặt quang học của ch•m tia

laser trong tay cầm

1.2.3 Cấu h“nh theo thời gian của tia

Cấu h“nh theo thời gian của ch•m tia laser

được ph‰n loại theo s—ng li•n tục, s—ng b‡n

li•n tục vˆ s—ng dạng xung (H“nh 1.17)

S—ng li•n tục được sử dụng trong laser CO2,

trong đ— qu‡ tr“nh chiếu xạ lˆ li•n tục Trong

s—ng b‡n li•n tục, bức xạ bị tắt cưỡng bức

bằng c‡ch sử dụng cửa chớp như c‡nh quạt

ở giữa c‡c lần chiếu xạ li•n tục [2] V’ dụ

như laser hơi đồng/bromua

S—ng li•n tục được tạo ra bằng c‡ch cung

cấp li•n tục năng lượng từ nguồn năng lượng

b•n ngoˆi vˆo m™i trường laser vˆ li•n tục

tạo ra sự nghịch đảo quần thể S—ng dạng

xung được tạo ra bằng c‡ch cung cấp năng

lượng từng lần, giống như đ•n flash tr•n m‡y

ảnh

Bởi v“ s—ng b‡n li•n tục dựa tr•n s—ng li•n

tục, c™ng suất của s—ng b‡n li•n tục cũng

giống như s—ng li•n tục Do đ—, s—ng b‡n li•n

tục kh™ng c— khả năng tạo ra c™ng suất cao

vˆ độ dˆi xung thường từ 1 ms đến 1 s, dˆi hơn micro gi‰y hoặc nano gi‰y Mặt kh‡c, v“ s—ng dạng xung t’ch trữ c‡c photon vˆ ph‡t

ra tất cả chœng c•ng một lœc trong một thời gian rất ngắn, n•n c™ng suất cao hơn nhiều

so với s—ng li•n tục hoặc b‡n li•n tục (H“nh

1.18)

H“nh 1.18 C™ng suất của laser dạng xung

Lˆm thế nˆo laser dạng xung c— thể t’ch trữ c‡c photon vˆ ph‡t ra tất cả chœng c•ng một lœc? Chœng ta h‹y xem xŽt laser Q-switch, một v’ dụ về laser dạng xung

H“nh 1.17 Cấu h“nh theo thời gian của ch•m tia lasẻ (a) s—ng li•n tục, (b) s—ng b‡n li•n tục vˆ (c)

1.2.4! Laser Q-Switched

Ở phần trước, khoang quang học được

m™ tả lˆ c— hai gương ở mỗi b•n, một với

gương phản xạ 100% vˆ gương c˜n lại cho

‡nh s‡ng truyền qua một phần, theo đ— tia

laser được ph‡t ra qua một số gương truyền

Mặt kh‡c, cả hai gương trong laser

Q-switched đều phản xạ 100%, do đ— c‡c

photon di chuyển qua lại giữa c‡c gương

tăng l•n theo cấp số nh‰n Khi một số lượng

photon nhất định được t’ch trữ, một gương

mở vˆ đ—ng (chuyển mạch) chỉ trong một

thời gian rất ngắn, ph‡t ra photon [4] Laser

Q-switched lˆ loại laser lˆm tăng năng lượng

t’ch luỹ (hệ số Q) vˆ ph‡t ra một lượng lớn

c‡c photon (c™ng suất cao) khi gương được

mở trong thời gian rất ngắn (chuyển mạch)

Hệ số Q (Quality factor)

Hệ số Q (hệ số chất lượng) lˆ thuật ngữ

được sử dụng trong vật lý vˆ kỹ thuật điện

tử Thuật ngữ nˆy đề cập đến tỷ lệ giữa

năng lượng t’ch trữ vˆ năng lượng thất

tho‡t trong bộ cộng hưởng hoặc bộ dao

động Do đ—, hệ số Q cao c— nghĩa lˆ năng

lượng dự trữ cao hơn năng lượng thất tho‡t

[15]

Để tham khảo, trong c‡c tˆi liệu về laser,

laser Q-switched thường đề cập đến laser c—

thời gian xung nano gi‰y, vˆ laser xung dˆi

thường đề cập đến laser c— thời gian xung

mili gi‰y (Bảng 1.7)

Bảng 1.7 Độ dˆi xung xung của laser

Q-switched vˆ laser xung dˆi

Laser Q-switched Nano gi‰y

Laser xung dˆi Mili gi‰y

1.3! Quang học da

Bốn hiện tượng xảy ra khi tia laser tiếp

xœc với da Đ— lˆ phản xạ, dẫn truyền, t‡n xạ

vˆ hấp thụ (H“nh 1.19) [2] Để tăng khả năng

hấp thụ, mục ti•u của chœng ta, trước ti•n

chœng ta phải giảm phản xạ vˆ khœc xạ vˆ chœng ta phải hiểu về sự t‡n xạ

Mặt kh‡c, sự dẫn truyền chắc chắn xảy ra phụ thuộc vˆo bước s—ng, trong đ— c‡c photon kh™ng được hấp thụ sẽ đi qua da vˆ đến c‡c m™ s‰u như m™ mỡ dưới da Bước s—ng dˆi hơn tiếp cận c‡c m™ s‰u hơn vˆ kết quả dẫn truyền nhiều hơn Bước s—ng ngắn 300Ð400 nm hầu như bị t‡n xạ trong da n•n

’t xảy ra hiện tượng dẫn truyền Sự dẫn truyền bị bỏ qua trong c‡c tˆi liệu laser v“ n— c— rất ’t ảnh hưởng đến sự tương t‡c giữa laser vˆ m™ Tuy nhi•n, khi chiếu tia IPL hoặc laser vˆo tr‡n, xương g˜ m‡ hoặc xương hˆm, nơi c— ’t mỡ hơn m‡, phản ứng của m™ mạnh hơn vˆ dễ xảy ra t‡c dụng phụ hơn T™i nghĩ rằng hiện tượng nˆy c— thể lˆ

do c‡c photon xuy•n qua da gặp xương thay v“ mỡ vˆ bị phản xạ lại để n— x‰m nhập vˆo

da một lần nữa, lˆm tăng khả năng hấp thụ của chœng, dẫn đến phản ứng m™ mạnh hơn

1.3.1 Phản xạ vˆ khœc xạ

Để giảm phản xạ, tia laser n•n được chiếu vu™ng g—c 90¡ với da Tuy nhi•n, ngay cả khi tia laser được chiếu vu™ng g—c 90¡ với

da, 4Ð6% bị phản xạ từ da [2] Phản xạ xảy

ra chủ yếu ở lớp sừng vˆ kh™ng ảnh hưởng đến da Tuy nhi•n, tia laser phản xạ c— thể được chiếu xạ vˆo mắt của người điều khiển

vˆ thậm ch’ cả mắt của bệnh nh‰n Do đ—, người sử dụng laser phải đeo k’nh bảo hộ vˆ c‡c vật thể phản xạ kh™ng được đặt trong ph˜ng laser vˆ mắt của bệnh nh‰n phải được che bằng k’nh bảo hộ

C‡c lý thuyết ‡p dụng cho sự khœc xạ lˆ Định luật Snellius vˆ Phương tr“nh Fresnel Định luật Snelliusis như sau: g—c tới (θ) vˆ g—c khœc xạ (θ ″) c— li•n quan đến tỷ số chiết

suất (n) của hai chất (H“nh 1.20) Chœng ta

cần giảm thiểu tỷ số khœc xạ để tăng khả năng hấp thụ ở mục ti•u mong muốn của chœng ta.V“ vậy, để giảm thiểu tỉ số khœc xạ th“ tỉ số chiết suất của hai m™i trường phải nhỏ

tia laser được chiếu xạ đến mục ti•u mong

muốn V“ lý do tương tự, gel si•u ‰m được

b™i trong qu‡ tr“nh sử dụng IPL

Cũng c— thể giảm tỷ số khœc xạ bằng c‡ch

cho tia laser trực tiếp đến lớp sừng (n = 1,55)

qua lớp k’nh (n = 1,5) hoặc lớp sapphire (n

= 1,7) mˆ kh™ng truyền qua kh™ng kh’ Điều

nˆy được gọi lˆ ghŽp nối quang học hoặc

giảm chấn quang học [18]

1.3.2 Độ xuy•n s‰u quang học

Độ xuy•n s‰u quang học (Optical penetration depth, OPD) đề cập đến độ s‰u trong đ— số lượng photon trong ch•m tia

chuẩn trực giảm c˜n e -1 (37%) [18] N—i c‡ch kh‡c, khi mười photon được bắn vˆo da, số lượng photon sẽ giảm khi chœng bị t‡n xạ vˆ hấp thụ Độ s‰u mˆ tại đ— c‡c photon giảm xuống c˜n 4 lˆ độ xuy•n s‰u quang học Số

e của Euler đến từ đ‰u? Những thay đổi

trong thế giới tự nhi•n giảm theo hˆm số mũ

tự nhi•n

Khi tia laser tiếp xœc với da, nhiệt độ sẽ tăng l•n Những thay đổi tr•n da chỉ xảy ra khi nhiệt độ tăng l•n tr•n một ngưỡng nhất định Nhiệt độ tỷ lệ với mật độ c™ng suất êt nhất bốn trong số mười photon phải tiếp xœc với da để thay đổi da Độ s‰u mˆ những thay đổi nˆy xảy ra lˆ OPD Tuy nhi•n, như đ‹ m™ tả ở tr•n, c‡c nhˆ vật lý x‡c định OPD của laser khi tỉ lệ giảm của ‡nh s‡ng lˆ (I/I0)

= e −1 Do đ—, photon cuối c•ng c˜n lại thực

sự th‰m nhập s‰u hơn OPD

Giải th’ch bổ sung cho hˆm mũ tự nhi•n

vˆ logarit vˆ độ xuy•n s‰u quang học

(OPD) (Tiến sĩ vật lý Jong Kook Lee) [19,

20]

C‡c quy tắc x‡c định độ xuy•n s‰u quang

học tu‰n theo định luật Beer Ð Lambert

Theo định luật Beer Ð Lambert, khi ‡nh s‡ng

chiếu vˆo một vật thể c— bề dˆy L, cường độ

‡nh s‡ng ph‡t ra từ vật thể (năng lượng ‡nh

s‡ng tr•n một đơn vị diện t’ch, số photon tr•n

một đơn vị diện t’ch) giảm nhanh khi chiều

dˆy tăng (H“nh 1.21) N—i c‡ch kh‡c, cường

độ của ‡nh s‡ng ph‡t ra giảm theo cấp số

s‡ng được quyết định bởi x‡c suất Giả sử c—

10% khả năng của một electron hấp thụ s‡ng

s‡ng, nếu vật liệu được cắt l‡t mỏng vˆ c‡c

l‡t cắt c— độ dˆy giống nhau, lượng ‡nh s‡ng

bị hấp thụ tỷ lệ với số lượng electron, vˆ số

lượng electron hấp thụ tỷ lệ với thể t’ch (diện

t’ch nh‰n với độ dˆy) Khi 100 photon được

truyền qua, gi‡ trị tỷ lệ với 10 nh‰n với thể

t’ch của vật liệu, số lượng vˆ đặc t’nh của vật

liệu Kết luận, số được hấp thụ bằng (hằng

số) × 0,1 Để đơn giản, nếu hằng số lˆ 1, 10

được hấp thụ vˆ 90 xuy•n qua C— nghĩa lˆ,

90% những g“ đi vˆo sẽ xuy•n qua trong mỗi

bước Nếu qua bốn bước, kết quả như sau

1 Bởi v“ vật chất được cấu tạo bởi c‡c nguy•n tử, vˆ sự tương t‡c giữa c‡c electron

vˆ ‡nh s‡ng, c‡c electron vˆ năng lượng được biểu diễn dưới dạng x‡c suất Vˆ số lượng c‡c nguy•n tử, bao gồm c‡c electron,

lˆ rất lớn, vˆ số nguy•n tử (ch’nh x‡c lˆ ph‰n

tử mˆ c‡c nguy•n tử li•n kết với nhau) trong

1 L lˆ 6 × 1023 Nếu mỗi nguy•n tử nˆy hoạt động theo x‡c suất, th“ một ph‰n phối chuẩn

sẽ được sử dụng, được biểu diễn dưới dạng một hˆm số mũ Ph‰n phối chuẩn được sử dụng khi c— một số lượng lớn chẳng hạn như một cuộc thăm d˜ ý kiến

2 Trong tự nhi•n, sự ph‰n bố k’ch thước của c•ng vật thể được biểu diễn bằng một hˆm số mũ trong nhiều trường hợp V’ dụ, trong trường hợp c‡c từ tiếng Anh, từ ba ký

tự được sử dụng thường xuy•n hơn từ bốn

ký tự vˆ việc sử dụng từ năm ký tự được giảm đ‡ng kể (định luật Zipf) Ở Amazon, số lượng s‡ch gi‡ rẻ b‡n rất lớn, nhưng nếu số tiền tăng l•n, số lượng s‡ch b‡n tr•n 50 đ™ la hoặc s‡ch tr•n 100 đ™ la sẽ giảm mạnh V“ vậy, b‡n nhiều s‡ch gi‡ rẻ c— thể sẽ l‹i lớn Љy được gọi lˆ định luật Pareto, một định luật kinh tế ph‡t biểu rằng, đối với nhiều sự kiện, khoảng 80% hiệu quả đến từ 20% nguy•n nh‰n

Trong H“nh 1.22, 0.9, 0.8 vˆ 0.6 biểu hiện khả năng hấp thụ ‡nh s‡ng của vật liệu, được x‡c định bởi thuộc t’nh của vật liệu N—i c‡ch kh‡c, rất kh— để giải th’ch c‡c đồ thị do đồ thị thay đổi t•y thuộc vˆo bản chất của vật liệu Chuẩn h—a h“nh dạng của đồ thị lˆ cần thiết Nếu x‡c suất bị hấp thụ lˆ 0,9 nhưng chœng ta thay đổi hˆm số mũ thˆnh 0,1

(I0: cường độ đầu vˆo ban đầu, I: cường độ

khi đi qua độ dˆy L)