Офтальмология — одна из первых отраслей медицины, где был применен лазер. LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — это генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн. Его действие основано на индуцированном, т.е. вызванном полем световой волны, излучении квантовых систем. К таким системам относятся атомы, ионы и молекулы, находящиеся в отличном от термодинамического равновесия состоянии. Когерентность — это согласованное протекание в пространстве и во времени нескольких колебательных процессов, при котором разность их фаз остается постоянной. Поскольку лучи лазера почти параллельны, то с расстоянием световой пучок лишь незначительно увеличивается в диаметре. Монохроматичность и параллельность света лазера позволяет с его помощью избирательно и локально воздействовать на биологические ткани [81].
История создания лазера начинается с 1900 г. В этом году немецкий ученый Макс Планк открыл элементарную порцию энергии — квант и описал связь его энергии с частотой электромагнитного излучения, которая вызывает появление кванта [82].
В 1917 г. Альбертом Эйнштейном была сформулирована теория «вынужденного излучения». В ней ученый описал условия, при которых электроны одновременно могут излучать свет одной длины волны. Другими словами, он предположил возможность создания управляемого электромагнитного излучателя, т.е. лазера.
Советский физик В.А. Фабрикант в 1939 г. указал на возможность использования вынужденного испускания с целью усилить электромагнитное излучение при его прохождении через вещество. Прохождение света сквозь среду с инверсной заселенностью приводит к увеличению его интенсивности. Принцип усиления распространялся на инфракрасный, ультрафиолетовый и радиодиапазон [82].
В мае 1952 г. советские физики Н.Г. Басов и А.М. Прохоров на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии сделали доклад о возможности создания усилителя излучения в сверхвысоких частот диапазоне. Они назвали его «молекулярный генератор». Примерно в это же время американский физик Ч. Таунс высказал предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн в Колумбийском университете.
В 1954 г. Чарльз Таунс со своими единомышленниками Гербертом Цайгером и Джеймсом Гордоном на практике реализовал свой замысел, представив первый в мире мазер (квантовый генератор). Прибор генерировал на частоте 100 Гц очень тонкий луч света мощностью 10 нВт [82].
В 1955 г. советские ученые Александр Прохоров и Николай Басов из Института физики имени П.Н. Лебедева Академии наук CCCP изменили метод накачки электронов в мазере. За данное открытие им была присуждена Нобелевская премия в 1964 г. [86].
Предельная точность микроволновых молекулярных стандартов частоты определяется шириной молекулярной линии поглощения. А.М. Прохоров и Н.Г. Басов предложили использовать эффект резкого сужения линии в молекулярных пучках. Однако при этом резко снижалась интенсивность линии лазера. В связи с этим ученые изменили плотность на различных молекулярных уровнях квантов. В пучке была создана сверхнизкая температура. Но для создания лазерного луча требовалась колебательная система с положительной обратной связью, мощное вспомогательное излучение и усилитель. Ученые пришли к выводу, что в качестве усилителя подходит кристалл твердого вещества [86].
16 мая 1960 г. Т. Мейман продемонстрировал работу первого лазера. В качестве активной среды был использован кристалл искусственного рубина (оксид алюминия Al2O3 с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объемного резонатора — резонатор Фабри–Перо из серебряных зеркальных покрытий, нанесенных на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны 694,3 нм. Через полгода был создан гелий-неоновый лазер (Джаван А., Беннет У., Хэрриот Д.). Изначально он работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света с длиной волны 632,8 нм. В этом же году Н.Г. Басов теоретически обосновал полупроводниковый лазер [85].
Позже были определены основные типы лазерных материалов — кристаллы рубина, флюорита, граната, алюмината иттрия, неодимовых стекол.
В 1966 г. A.M. Прохоров создал газодинамический лазер. В нем осуществляется прямое преобразование тепловой энергии в когерентное излучение, а высокая мощность достигается за счет большого расхода нагретой массы активной среды. Ученый также начал разрабатывать молекулярные лазеры инфракрасного диапазона и методы их применения в физических исследованиях, медицине, технологии и прикладных областях. Американские физики А. Джаван, В. Беннет, Э. Эрриот получили генерацию оптического излучения в электрическом разряде в смеси гелия и неона. Так появился первый газовый лазер, фактически открытый экспериментальными исследованиями В.А. Фабриканта и Ф.А. Бутаевой в 1957 г. [82].
Первые попытки использовать световую энергию для операций на радужке и структурах угла передней камеры были сделаны G. Veyer-Schwickerath (1956), а позднее H. Zweng и M. Flocks (1961). В этом же году Leon Goldman продемонстрировал, что рубиновый лазер можно использовать для удаления меланомы с кожного покрова. Этот же автор сыграл важную роль в развитии лазерных медицинских технологий, основав Американское общество по лазерам в медицине и хирургии, за что был назван «отцом» использования лазерного излучения в медицине США. В том же году Charles J. Campbel из Колумбийского медцентра в Нью-Йорке с помощью рубинового лазера «приварил» отслоившуюся сетчатку [81].
В СССР первые рубиновые лазеры были созданы в 1961 г., а в 1963 г. в возглавляемом А.Э. Нудельманом Московской областной клинической больнице №16 был создан экспериментальный лазерный офтальмоскоп-коагулятор «Стрекоза» (Тверской Ю.Л., Рыбальский В.И. и Нудельман А.Э.). После исследований воздействия лазерного излучения на ткани глаз животного в Одесском НИИ им. В.П. Филатова в июне 1964 г. была выполнена первая в СССР операция на человеке: «приварка» сетчатки глаза излучением рубинового лазера. Оперировал доктор Л.А. Линник при участии Ю.Л. Тверского и В.Л. Резникова. В дальнейшем на основе экспериментального аппарата был создан первый в СССР лазерный коагулятор ОК-1, который в 1965 г. был запущен в серийное производство на Загорском оптико-механическом заводе. В 1973 г. на смену ОК-1 пришел коагулятор ОК-2 [82].
Благодаря внедрению лазеров возможности коагуляционного лечения расширились, стало возможным использовать те или иные свойства длин волн и получать чрезвычайно малые диаметры пятен лазеркоагуляции. С конца 80-х гг. все более прочные позиции в офтальмологии завоевывают диодные (полупроводниковые) офтальмокоагуляторы (λ = 0,81 мкм). Первые отечественные диодные коагуляторы были созданы в Санкт-Петербурге и начали прочно занимать место в арсенале офтальмологических лазеров. Основы применения импульсных твердотельных лазеров (YAG-лазеров) в офтальмологии заложены М.М. Красновым в начале 70-х гг. после того, как вместе с Прохоровым они создали первый отечественный лазер для лечения глаукомы. Сегодня во всем мире распространены ниодимовые YAG-лазеры, излучающим элементом которых является стекло, обогащенное ниодимом, и алюмоиттриевый гранат. Однако в то время таких материалов еще не было, и М.М. Краснов на базе щелевой лампы ЩЛ-56 сделал лазер на рубине, снабженный специальным затвором, который мог генерировать импульсы в наносекундном интервале, работал он в режиме модулированной добротности и назывался «Ятаган» [82].