6.3. Abláció, fotodiszrupció

	6.1. ábra   Szaruhártyába ablált gödör elektronmikroszkópos képe.

Az abláció

Nagyteljesítményű impulzuslézert alkalmazva megfigyelték, hogy nyalábját a mintára, a mi esetünkben például egy szövetre fókuszálva, a besugárzás hatására a felületre merőlegesen plazmaállapotú anyagfelhő lép ki. Ezt a jelenséget ablációnak nevezzük, s bizonyos mértékig keveréke az előző két hatásfajtának, mivel benne megtalálhatók termális és fotokémiai reakciók is. A mikroszkópos megfigyelések azt mutatták, hogy az így kapott maratási gödör tiszta, meredek falú, éles peremű. A mellékelt ábrán egy szaruhártyába ablált gödör elektronmikroszkópos képe látható.

Az abláció tehát egy meglehetősen komplex folyamat, mely egyaránt függ az alkalmazott lézer paramétereitől (hullámhossz, energiasűrűség, impulzushossz) és a céltárgy optikai, termikus és morfológiai tulajdonságaitól. A folyamat jellemezhető egy F_k küszöb-energiasűrűséggel, amely alatt az abláció nem következik be az első impulzus hatására. Ez a küszöb-energiasűrűség legfőképpen a mintának az alkalmazott lézer hullámhosszán mért abszorpciós együtthatójától függ. A különböző vizsgálatok azt mutatták, hogy az ablációs maratási sebességre (l:=maratási mélység/impulzusszám) közelítőleg teljesül a követező összefüggés:

ahol F az alkalmazott energiasűrűség. Hamar kiderült azonban, hogy ez a viszony nem áll fenn nagyobb (néhány J/cm²) energiasűrűség értékek esetén, eltér a logaritmikustól, sőt sok esetben lineárissá válik, l~(F-F_o), ahol F_o egy jellemző érték, többnyire nem azonos F_k-val. Néhány anyag esetében a maratási sebesség állandóvá válik elegendően nagy energiasűrűségek alkalmazása esetén.

Az abláció felfedezése óta eltelt években számos, egymásnak gyakran ellentmondó elmélet született a folyamat leírására. Ezek közül az első jelentősebb az ún. fotokémiai modell. Eszerint egy UV foton beesve a minta felületére, nagy energiájának egy része révén képes kémiai kötés felszakítására az abszorbeáló molekulában, míg energiájának másik részével a szétszakított részek kinetikai energiáját növeli meg, ami az anyag gyors fotodekompozíciójához vezet. Azonban a részletesebb vizsgálatok bebizonyították, hogy abláció nemcsak UV lézerekkel érhető el, hanem látható, sőt infravörös lézerekkel is. Mindezen tényeket a fenti modellel nem lehetett értelmezni. Szükségessé vált tehát egy komplexebb ablációs elmélet kidolgozása. Ezt nevezik fototermális modellnek. Eszerint különösen hosszabb hullámhosszúságú besugárzó lézerek esetén az anyag fotonabszorpció okozta gerjesztése közvetlenül nem okoz kémiai kötés felszakítást, hanem gyors felmelegedést eredményez, melynek következtében a besugárzott terület robbanásszerűen elpárolog. Ezt a két modellt együttesen alkalmazva, lehet megfelelőképpen leírni az ablációs mechanizmust.

Az ablációs anyagfelhő atomok, molekulák, ionok, mikron méretű szilárd törmelékek és olvadt cseppek egyvelege, mely a belsejében uralkodó magas nyomás következtében nagy sebességgel terjed ki, erős, a felületre merőleges irányítottságot mutatva. Amennyiben az abláció nem vákuumban megy végbe, a hirtelen kitáguló anyagfelhő lökéshullámot hoz létre. A tömegspektroszkópiai mérések bebizonyították, hogy az ablációs maratásnak számos molekuláris terméke van, melyek összetétele, száma függ a minta anyagától, kémiai összetételétől, a besugárzó lézer hullámhosszától és az energiasűrűségtől. Pl. polimetil-metakrilát (PMMA) ArF-os ablációja során többségében MMA monomereket figyeltek meg, míg KrF abláló lézer alkalmazása esetén ezek száma jóval kevesebb volt a nagyobb polimer fragmentumokhoz képest. Biológiai minták maratásakor még kisebb (néhány atomos) molekulák keletkeznek, mint például H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₄.

Az ablációnak elsősorban a későbbiekben tárgyalandó lézersebészetben lesz fontos szerepe, különösen a refrakciós szemészeti és az érsebészeti beavatkozásokban.

A fotodiszrupció

A nagyintenzitású lézeres besugárzás által keltett gyors folyamatok (abláció, vaporizáció, hőtágulás) a besugárzott térfogatban, valamint annak közvetlen környezetében mechanikai hatásokat (pl. lökéshullám) kelthetnek. Ezen mechanikai hatások a szövetek fragmentálódásához vezethetnek.  A fotodiszrupció főleg lágyszövet esetén alkalmazott elnevezés, de gyakran ide értik a testfolyadék és szilárd anyagokban (pl. vesekő) bekövetkező lézerindukált mechanikai roncsolást is.