Optischer Durchbruch

Durch die Fokussierung der Laserstrahlung werden die Intensitäten im Laserfokus so groß, daß es zu einem laser-induzierten optischen Durchbruch  (laser induced breakdown - LIB) kommt. Aufgrund nichtlinearer Absorption werden die Atome schlagartig ionisiert, es entsteht ein Mikroplasma mit Elektronendichten von bis zu 10²² cm^-3.  Innerhalb einiger 100 ps relaxieren die Elektronen thermisch und geben die Energie an die schweren Ionen ab. Durch die plötzlich ansteigende Temperatur kommt es zu einer explosiven Ausdehnung, am Ort des Fokus entsteht eine Schockwelle mit Amplituden bis zu einigen GPa. Jedoch bereits nach wenigen µm Weg durch das Gewebe wird diese zu einer akustischen Druckwelle gedämpft. Aufgrund der Trägheit des Materials folgt das Gewebe der explosiven Ausdehnung und zereißt am Ort des Fokus. Im Falle von wässrigen Medien entsteht eine Kaviationsblase. Diese Blase kollabiert nicht vollständig und es bleibt eine gasgefüllte Blase zurück. Durch Aneinandersetzen solcher Blasenketten im Gewebe kann man so einen Schnitt im Gewebe erreichen. Die Durchmesser dieser Blasen liegen bei geringen Energien bei wenigen µm, wodurch ein äußerst exaktes Schneiden von Gewebe ermöglicht wird. Durch die extrem präzise Energiedeponierung und die sehr kurzen Pulse, verglichen mit den Zeitskalen in denen der Energieaustausch zwischen Elektronen und Ionen abläuft, kommt es zu so gut wie keiner thermsichen Schädigung des umliegenden Gewebes.