医用物理学-19-激光1.ppt

激光 激光及其医学应用Laser and its medical applications 一、激光发生原理 二、激光的物理特性和生物效应 三、激光在医学中的应用 一、激光发生原理The basic principle of laser-produced 1、激光的本质 2、自发辐射、受激辐射和受激吸收 3、激光产生的基本原理 4、激光器 1、激光的本质The nature of laser 激光：laser （light amplification by stimulated emission of radiation） 激光的本质是受激辐射光的放大。 2、自发辐射、受激辐射和受激吸收Spontaneous emission, stimulated emission and stimulated absorption 根据量子理论，各电子运动轨道代表电子的不同运动状态； 通常把电子具有最低能量的状态称为基态，其余称为激发态。 频率 传播方向、振动方向、初相位都彼此不相关 产生自然光 诱发光子频率 发射光子传播方向、振动方向、初相位都和诱发光子相同 光束强度增强。 受激吸收：处于低能级E1上的原子，在频率为（E2- E1）/h的外界光信号作用下，吸收h?21能量后跃迁到激发态E2上，这种过程称为受激吸收。 3、激光产生的基本原理 The basic principle of laser-produced 当光束通过原子（或分子、离子）系统时，同时存在自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程。受激吸收使入射光束强度减弱，受激辐射使入射光束强度增强。 激光器就是利用受激辐射使光放大而获得激光的。 激光产生的基本条件The basic conditions for laser-produced （1）工作物质粒子数反转分布 （2）谐振腔 两个能级能实现粒子数反转分布的物质就叫做激活介质，即通常所说的工作物质，它可以是气体、固体或液体。 在外界激励的作用下，粒子从低能级跃迁到高能级，从而实现粒子数反转分布的过程称为抽运。抽运的方法主要有两种：光激励和电激励。 谐振腔是由相互平行而又同时垂直于工作物质轴线的两块反射镜组成 谐振腔使受激辐射的光在腔中往返反射，每经过一次工作物质就得到一次放大。当光被放大到等于或超过光损耗时，就产生激光振荡，并在部分反射镜一端产生激光输出。 激光器的组成Composition of laser 产生激光的装置称为激光器。激光器主要由三部分组成：激光工作物质、谐振腔和激励源。 激光器的种类Types of lasers 按工作物质 固体激光器（如红宝石激光器） 气体激光器（如氦氖激光器） 液体激光器（如染料激光器） 半导体激光器（如砷化镓激光器） 自由电子激光器 化学激光器（如氟化氢激光器）… 激光器的种类Types of lasers 按运转方式 连续激光器 脉冲激光器 按工作波段 红外和远红外激光器 可见光激光器 紫外和真空紫外激光器 X射线激光器… 激光器的种类Types of lasers 固体激光器Solid-state laser： 以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃为工作物质。最常采用的是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石等三种。 特点：输出能量大（可达数万焦耳），峰值功率高（连续功率可达数千瓦），结构紧凑牢固耐用。 激光器的种类Types of lasers 气体激光器Gas laser： 以气体或蒸汽为工作物质。由于气体激光器是利用气体原子、分子或离子的分离能级进行工作的，所以它的跃迁谱线及相应的激光波长范围较宽，目前已观测到激光谱线不下万余条，遍及从紫外到远红外整个光谱区。 特点：输出光束的质量好（单色性、相干性、光束方向性和稳定性等）。 激光器的种类Types of lasers 燃料激光器Fuel laser： 1966年，人们第一次利用巨脉冲红宝石激光器泵浦氯化铝酞化菁和花菁类燃料，获得了受激辐射。此后，染料激光器得到了迅速的发展。 特点：输出激光波长可调谐，某些染料波长的可调节宽度达上百纳米；激光脉冲的宽度可以很窄（可达10-15秒量级）；输出功率大，可与固体激光器比拟，并且价格便宜。 激光器的种类Types of lasers 半导体激光器Semiconductor lasers： 以半导体材料为工作物质。 特点：具有超小型、高效率、结构简单、价格便宜，以及可以高速工作等一系列优点。20世纪80年代以来发展极为迅速，是目前光通讯系统的最重要光源，并且在媒体播放机、光盘驱动器、激光打印机、全息照相、激光测距及医疗等许多方面得到了重要应用。 红宝石激光器Ruby laser 二、激光的物理特性和生物效