1、第十八章,激光及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用,1、激光的基本原理 2、激光的特性 3、激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用,教學(xué)基本要求,掌握激光的基本原理與特性。 理解激光的生物作用。 了解激光在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究與臨床中的應(yīng)用、醫(yī)用激光器、激光的危害與防護(hù)等方面的知識。,引 言,Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),“鐳射”、“萊塞”,激光（錢學(xué)森建議得名）,全名“受激輻射的光放大”。,1960年美國物理學(xué)家梅曼（Maiman）在實驗室中做成了世界上第一臺紅寶石激光器。,我國于1961年在長春光學(xué)精密機(jī)械研究所研制出第一臺激光器,（1）能級: 構(gòu)

2、成物質(zhì)的粒子（分子、原子、離子等）的能量狀態(tài)。,（2）基態(tài)與激發(fā)態(tài)：最低的能級稱為基態(tài)，其他的能級稱為激發(fā)態(tài)。,1. 粒子的能級與平均壽命,第一節(jié) 激光的基本原理,一、粒子的能級與輻射躍遷,（3） 平均壽命與亞穩(wěn)態(tài)：大量粒子在某激發(fā)態(tài)停留時間平均值稱為該激發(fā)態(tài)的平均壽命。平均壽命較長的激發(fā)態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。,2. 粒子間的能級躍遷,（1）躍遷：粒子的能級變化。,（3）輻射躍遷：以光能形式吸收或釋放的躍遷。,（2）無輻射躍遷：以非光能形式吸收或釋放的躍遷。,*受激吸收,*自發(fā)輻射,自發(fā)輻射發(fā)出的光子的傳播方向、振動方向、初相位彼此無關(guān)。,普通光源發(fā)光的機(jī)制,*受激輻射,受激輻射發(fā)出的光子的頻率、傳播

3、方向、振動方向、初相位、偏振態(tài)等與“誘發(fā)”光子完全相同。,光被放大,激光光源發(fā)光的機(jī)制,2、 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布.高能級上的粒子數(shù)多于低能級。,1、粒子數(shù)正常分布:熱平衡時高能級的粒子數(shù)少。,*吸收躍遷占優(yōu)勢。 *自發(fā)輻射產(chǎn)生的幾率遠(yuǎn)大于受激輻射產(chǎn)生的幾率。,二、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,有外界供給能量（泵浦、激勵、抽運(yùn)）。,3、實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件,有適當(dāng)能級結(jié)構(gòu)，亞穩(wěn)態(tài)的激活介質(zhì)。,激光輸出,三、光學(xué)諧振腔,1. 光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu),沿光軸方向運(yùn)動的光子，反復(fù)多次反射產(chǎn)生雪崩式放大，從部分反射鏡射出形成激光。,2、損耗因素 內(nèi)損耗：介質(zhì)對光的折射、散射、吸收等造成的損耗；鏡損耗：反射鏡產(chǎn)生的吸收、散射、衍射

4、、透射(包括輸出的激光)等。,3、品質(zhì)因數(shù)Q描述諧振腔質(zhì)量的一個物理量,v ：諧振腔內(nèi)電磁波振蕩頻率， E：諧振腔內(nèi)儲存的能量，P：單位時間損耗的能量。,4. 激光的模式（電磁場在腔內(nèi)的振蕩方式）,（1）縱向模式（縱模）： 電磁場沿諧振腔軸向（z軸方向）的振蕩方式。,（2）橫模：電磁場沿諧振腔徑向（x、y軸方向）的穩(wěn)定分布，即激光束在其橫截面上的光強(qiáng)或光斑分布。,激光橫模示意圖,維持光振蕩, 起到光放大作用; 對輸出激光束的方向給予限定； 有選頻作用； 調(diào)整激光的模式； 通過調(diào)Q、鎖模等技術(shù)以改善激光的輸出波形。,5 光學(xué)諧振腔的主要作用,四、激光器的基本結(jié)構(gòu),2. 各部份作用,工作物質(zhì):實現(xiàn)

5、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。,激勵裝置:使原子被激發(fā)。,工作物質(zhì) 激勵裝置 光學(xué)諧振腔,1、激光器的組成,光學(xué)諧振腔:實現(xiàn)光放大。,三能級結(jié)構(gòu)(紅寶石激光器),“四能級” 系統(tǒng),四能級系統(tǒng)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)圖,一、方向性好,三、單色性好,激光譜線寬度窄。,激光能量在時間和空間上高度集中。加工、激光手術(shù)、激光武器等。,全息照相、全息存儲等。,四、相干性好,第二節(jié) 激光的特性,二、亮度高、強(qiáng)度大,發(fā)散角很小(10-4 10-2弧度)。定位、導(dǎo)向、測距等。,五、偏振性好,一、激光的生物作用,強(qiáng)激光與弱激光 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光對被其照射之生物組織，直接造成不可逆性損傷的激光為強(qiáng)激光；不直接造成不可逆性損傷為弱激光。,第三節(jié) 激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用（自學(xué)）,二、激光在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用,1. 激光對生物分子、細(xì)胞組織的作用與效應(yīng),2.用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的激光技術(shù),三、激光的臨床應(yīng)用,(1)激光診斷方法 (2)激光治療方法 1） 激光手術(shù)治療； 2） 弱激光治療； 3） 激光光動力學(xué)療法（激光PDT）； 4） 激光內(nèi)鏡術(shù)治療。,按工作物質(zhì)分類：固體、氣體、液體、半導(dǎo)體。 按發(fā)光粒子分類：原子、分子、離子