激光光子基础知识.ppt

激光光子基激光光子基础知知识现在学习的是第1页，共23页单色性单色性MONOCHROMATICMONOCHROMATIC 激光是受激辐射的产物，光子的跃迁往往发生在固定的两个能级之间，激光是受激辐射的产物，光子的跃迁往往发生在固定的两个能级之间，其频率发布非常窄，因而具有非常好的单色性，即色度很纯，这是自然光其频率发布非常窄，因而具有非常好的单色性，即色度很纯，这是自然光无法达到的。无法达到的。普通光普通光 激光激光现在学习的是第2页，共23页准直性准直性COLLIMATIONCOLLIMATION 激光光束在传播过程中很少发生弥散，即使在传激光光束在传播过程中很少发生弥散，即使在传播很长距离后光束仍保持平行而不发生弥散。激光发射后发散角非常小，播很长距离后光束仍保持平行而不发生弥散。激光发射后发散角非常小，激光射出激光射出20公里，光斑直径只有公里，光斑直径只有2030厘米，激光射到厘米，激光射到38万公里的万公里的月球上，其光斑直径还不到月球上，其光斑直径还不到2公里。公里。现在学习的是第3页，共23页高能量高能量 在谐振腔的选择作用下，激光光束的发散角很小，光束能量高度在谐振腔的选择作用下，激光光束的发散角很小，光束能量高度集中，因而方向性极强，激光光源表面亮度很高，被照射面上光强度集中，因而方向性极强，激光光源表面亮度很高，被照射面上光强度很大。据研究，电灯的亮度约为很大。据研究，电灯的亮度约为5x106cd(坎德拉）坎德拉）/m2，太阳的发光，太阳的发光亮度约为亮度约为1.65x109cd（坎德拉）（坎德拉）/m2.,而激光的亮度为而激光的亮度为4x1013cd（坎德拉）（坎德拉）/m2现在学习的是第4页，共23页相干性相干性COHERENCECOHERENCE 激光是一种相干光，具有极强的空间相干性及时间相干性，空间相激光是一种相干光，具有极强的空间相干性及时间相干性，空间相干性是指从激光光源不同空间位点发出的光位相差不变，方向与波长也一干性是指从激光光源不同空间位点发出的光位相差不变，方向与波长也一致；时间相干性是指激光光源同一空间位点不同时间发射出的光也有固定致；时间相干性是指激光光源同一空间位点不同时间发射出的光也有固定的位相差。与激光相对应强脉冲光则是一种非相干光。的位相差。与激光相对应强脉冲光则是一种非相干光。现在学习的是第5页，共23页光子与激光的对比光子与激光的对比光子光子宽光谱宽光谱大光斑大光斑方向性差方向性差能量柔和能量柔和激光激光单光谱单光谱小光斑小光斑方向性好方向性好能量集中能量集中现在学习的是第6页，共23页光子产生的基本原理光子产生的基本原理ReflectorReflector反光片反光片Linear XenonLinear XenonFlashlampFlashlamp线性氙闪光灯线性氙闪光灯Fluorescence Fluorescence Filter CoatingFilter Coating荧光滤光片荧光滤光片Light GuideLight Guide导光晶体导光晶体现在学习的是第7页，共23页激光产生的基本原理激光产生的基本原理激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成,具有光的粒具有光的粒子性，另一方面，其本身也是一种电磁波。一般而言子性，另一方面，其本身也是一种电磁波。一般而言，激光的产生需要，激光的产生需要3个条件个条件：工作工作物质物质 激励源激励源 谐振腔谐振腔部分反射部分反射镜 激励源激励源 全反射全反射镜 激光激光输出出 工作物工作物质 光学光学谐振腔振腔 L工作物质在激励源的作用下发生粒子数反转，通过谐振腔内的振荡和放大，产生正反馈式工作物质在激励源的作用下发生粒子数反转，通过谐振腔内的振荡和放大，产生正反馈式的连锁反应，从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光激光的连锁反应，从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光激光现在学习的是第8页，共23页激光器的分类激光器的分类固体激光固体激光：Nd:YAGNd:YAG激光（激光（10641064），红宝石激光（），红宝石激光（694694），翠绿宝石激光），翠绿宝石激光（755755）,铒激光（铒激光（29402940）,气体激光气体激光：COCO2 2激光（激光（1060010600），准分子激光（），准分子激光（193/308193/308），氩激光（），氩激光（532)532)液体激光液体激光：染料激光（：染料激光（585/595585/595）化学激光化学激光半导体激光半导体激光 砷化镓砷化镓(GaAs)810(GaAs)810 现在学习的是第9页，共23页 激光类型激光类型激光类型激光类型 波长波长波长波长 颜色颜色颜色颜色 临床应用临床应用临床应用临床应用CO2CO2CO2CO210.6 10.6 10.6 10.6 微米微米微米微米红外红外红外红外皮肤磨削皮肤磨削皮肤磨削皮肤磨削ErbiumErbiumErbiumErbium 2.9 2.9 2.9 2.9 微米微米微米微米 红外红外红外红外皮肤磨削皮肤磨削皮肤磨削皮肤磨削 Nd:YAG Nd:YAG Nd:YAG Nd:YAG1.06 1.06 1.06 1.06 微米微米微米微米 红外红外红外红外纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病 Alexandrite Alexandrite Alexandrite Alexandrite0.755 0.755 0.755 0.755 微米微米微米微米 深红深红深红深红 纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病 毛发去除毛发去除毛发去除毛发去除 Ruby Ruby Ruby Ruby0.694 0.694 0.694 0.694 微米微米微米微米 红红红红 纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病纹身，色素类皮肤病 毛发去除毛发去除毛发去除毛发去除 Pulsed dye laser Pulsed dye laser Pulsed dye laser Pulsed dye laser0.585 0.585 0.585 0.585 微米微米微米微米 黄黄黄黄血管类皮肤病血管类皮肤病血管类皮肤病血管类皮肤病 Freq.doubled Nd:YAG 0.532 Freq.doubled Nd:YAG 0.532 Freq.doubled Nd:YAG 0.532 Freq.doubled Nd:YAG 0.532 微米微米微米微米 绿绿绿绿血管及色素类皮肤病血管及色素类皮肤病血管及色素类皮肤病血管及色素类皮肤病激光的种类和波长激光的种类和波长现在学习的是第10页，共23页激光的种类激光的种类x-rayscosmic raysMicrowavesTV and radiowavesExcimer准分子准分子Argon氩激光氩激光KTP倍频倍频Dye染料激光染料激光Ruby红宝石激光红宝石激光翠绿宝石翠绿宝石AlexandriteNd:YAG掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石Er:YAG掺铒钇铝石榴石掺铒钇铝石榴石二氧化碳二氧化碳CO2190-390488-514532577-6307556941064294010600UVVISIBLEINFRARED400 nm700 nmHolmium钬激光钬激光2100现在学习的是第11页，共23页激光光子常用指标及其临床意义激光光子常用指标及其临床意义波长波长：nmnm，决定激光光子与组织相互作用的性质；，决定激光光子与组织相互作用的性质；能量密度能量密度：J/cmJ/cm2 2,mj/p,mj/p，单位面积上的能量大小；，单位面积上的能量大小；脉宽脉宽：ns ns(10ns ns(10-9-9)/ms(10)/ms(10-3-3),),脉冲光作用到皮肤上的时间；脉冲光作用到皮肤上的时间；脉冲延迟脉冲延迟：ms,ms,两个相邻子脉冲之间的时间间隔；两个相邻子脉冲之间的时间间隔；光斑大小光斑大小：cmcm2 2，激光光子在正常聚焦状态下的照射范围；，激光光子在正常聚焦状态下的照射范围；功率功率：W W，激光光子在单位时间内输出的能量，激光光子在单位时间内输出的能量，1W=1J/S1W=1J/S；色基色基：组织中能吸收一定波长光的生物分子，皮肤中最重要的色基为：组织中能吸收一定波长光的生物分子，皮肤中最重要的色基为血红蛋白、黑色素、水血红蛋白、黑色素、水;热弛豫时间热弛豫时间 （TRT）：指色基吸收激光能量后，温度下降：指色基吸收激光能量后，温度下降5050所需要的所需要的时间，一般而言，色基体积或直径越大，热弛豫时间越长时间，一般而言，色基体积或直径越大，热弛豫时间越长;重复频率重复频率：脉冲激光光子单位时间内的脉冲数目。：脉冲激光光子单位时间内的脉冲数目。现在学习的是第12页，共23页穿透深度的要素穿透深度的要素波长波长现在学习的是第13页，共23页穿透深度的要素穿透深度的要素光斑光斑在同样的波长和频率下，光斑越大，穿透越深在同样的波长和频率下，光斑越大，穿透越深现在学习的是第14页，共23页激光发射的形式激光发射的形式连续式激光连续式激光：能量的输出是连续的，这类激光对靶色基的选择性不强，二氧能量的输出是连续的，这类激光对靶色基的选择性不强，二氧化碳激光、氩离子激光、氦氖激光等；化碳激光、氩离子激光、氦氖激光等；脉冲式激光脉冲式激光：能量以脉冲方式输出，脉宽较短，一般在纳秒（能量以脉冲方式输出，脉宽较短，一般在纳秒（nsns）与毫）与毫秒级（秒级（msms）级，这类激光以选择性光热作用理论为基础，对靶色基具）级，这类激光以选择性光热作用理论为基础，对靶色基具有高度选择性，脉冲光子的作用机制与该激光相近。有高度选择性，脉冲光子的作用机制与该激光相近。连续式脉冲式现在学习的是第15页，共23页 光束直径光束直径光束直径光束直径激光束激光束激光束激光束吸收长度吸收长度吸收长度吸收长度组织组织组织组织 吸收特性吸收特性 穿透特性穿透特性激光光子在人体皮肤组织上的效应激光光子在人体皮肤组织上的效应激光与皮肤组织相互作用，可以产生一系列生物学效应，从而发挥治激光与皮肤组织相互作用，可以产生一系列生物学效应，从而发挥治疗作用，这是一个比较复杂的生物学过程，与激光的波长、能量以及疗作用，这是一个比较复杂的生物学过程，与激光的波长、能量以及皮肤组织本身的特性都有密切关系。皮肤组织本身的特性都有密切关系。方式：反射、散射、透射、吸收方式：反射、散射、透射、吸收现在学习的是第16页，共23页激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应-热效应热效应一般而言，激光的热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切的联系，组织在一般而言，激光的热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切的联系，组织在数毫秒内温度骤升数毫秒内温度骤升20020010001000，当皮肤温度达到，当皮肤温度达到434345 45 时，皮肤会出现潮红；时，皮肤会出现潮红；45 45 时皮肤出现痛觉；时皮肤出现痛觉；474748 48 时可能出现水泡；时可能出现水泡；555565 65 出现凝固性坏死；出现凝固性坏死；100 100 出现组织气化；出现组织气化；300300400 400 组织发生炭化，进而燃烧、气化。组织发生炭化，进而燃烧、气化。现在学习的是第17页，共23页激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应-其他效应其他效应光机械作用光机械作用：调调Q Q 激光对黑素小体及黑素细胞的破坏作用主要依靠光机械作激光对黑素小体及黑素细胞的破坏作用主要依靠光机械作用用 （当高能量密度的激光束照射于皮肤表面后，迅速产生大量热能，温度骤（当高能量密度的激光束照射于皮肤表面后，迅速产生大量热能，温度骤然升高，导致产生达到数十到数百个大气压的冲击波这种冲击波可以起到破然升高，导致产生达到数十到数百个大气压的冲击波这种冲击波可以起到破坏黑素小体所在的黑素细胞的作用）坏黑素小体所在的黑素细胞的作用）；光化学效应光化学效应：光动力学疗法；：光动力学疗法；电磁场效应电磁场效应生物刺激作用生物刺激作用：低功率激光照射；等离子体。低功率激光照射；等离子体。现在学习的是第18页，共23页激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应-热效应热效应是指激光被吸收后转化为热能，使皮肤组织温度升高，这是激光对皮肤最重是指激光被吸收后转化为热能，使皮肤组织温度升高，这是激光对皮肤最重要的生物学效应，很多激光都是透过热效应来达到临床疗效的。要的生物学效应，很多激光都是透过热效应来达到临床疗效的。热产生的方式：主要是通过碰撞生热和吸收生热两种方式来实现的。这两种热产生的方式：主要是通过碰撞生热和吸收生热两种方式来实现的。这两种方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。现在学习的是第19页，共23页Rox Anderson Rox Anderson 博士博士 哈佛医学院皮肤系教授哈佛医学院皮肤系教授 马萨诸塞特州总医院皮肤科主任马萨诸塞特州总医院皮肤科主任马萨诸塞特州总医院皮肤科主任马萨诸塞特州总医院皮肤科主任 威尔曼光学医学实验室主任威尔曼光学医学实验室主任威尔曼光学医学实验室主任威尔曼光学医学实验室主任 选择性光热作用原理的创立人选择性光热作用原理的创立人现在学习的是第20页，共23页选择性光热作用包括以下要素选择性光热作用包括以下要素合适的波长合适的波长 一个理想的激光波长要符合以下要求：一个理想的激光波长要符合以下要求：与靶色基的吸收峰尽可能匹配；与靶色基的吸收峰尽可能匹配；来自其他色基的竞争性吸收尽可能少；来自其他色基的竞争性吸收尽可能少；有足够的穿透深度。有足够的穿透深度。合适的脉宽合适的脉宽 脉冲激光能量释放的持续时间是通过脉宽（脉冲持续时间）反脉冲激光能量释放的持续时间是通过脉宽（脉冲持续时间）反映出来的，根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的热弛豫时间，映出来的，根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的热弛豫时间，这可使激光产生的热能主要局限于靶色基，而很少弥散到周围正常组织，这可使激光产生的热能主要局限于靶色基，而很少弥散到周围正常组织，以免造成损伤。以免造成损伤。足够的能量足够的能量 脉冲激光必须需要足够的能量去脉冲激光必须需要足够的能量去“摧毁摧毁”靶色基。靶色基。现在学习的是第21页，共23页皮肤中黑色素、血红蛋白及水对不同波长光的吸收特性皮肤中黑色素、血红蛋白及水对不同波长光的吸收特性Depth现在学习的是第22页，共23页穿透深度穿透深度激光激光在同在同样的样的光斑光斑和能和能量密量密度下，度下，波长波长越长，越长，穿透穿透越深越深现在学习的是第23页，共23页