医用物理学：第八章 光的辐射 激光.pptx

2025/2/131医用物理学MedicalPhysics

TheradiationoflightChaptereight第八章光的辐射

2025/2/133第五节激光

2025/2/134激光灯管激光前言

2025/2/135前言

2025/2/136激光（LASER）是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明，是科学技术发展史上的“奇葩”。被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度约为太阳光的100亿倍。受激辐射的原理是爱因斯坦1917年提出的。世界上第一台激光器—红宝石激光器是美国休斯实验室的梅曼博士在1960年研制成功的，随后各种激光器应运而生，并迅速应用于各个领域中。1961年美国利用红宝石激光器对剥离的视网膜进行了焊接，从而拉开了激光用于生物学和医学的序幕。二十世纪80年代则形成了一门新兴交叉学科—激光医学。前言

2025/2/137（1）粒子的能级与平均寿命基态(groundstate)：是指粒子处在最低的能态或能级。激发态(excitedstate)：基态以外的所有能态或能级。平均寿命(meanlifetime)：大量粒子在某激发态停留时间的平均值。一般在亚稳态（metastablestate):某些平均寿命较长，在在在的激发态，是一种特殊激发态。1.粒子的能级与辐射跃迁一、激光的产生机制

2025/2/138（2）粒子能级之间的跃迁光辐射或辐射跃迁（radiationtransition)；非光辐射或无辐射跃迁(radiationlesstransition)。与激光发射有关的辐射跃迁包括三种基本过程:受激吸收、自发辐射与受激辐射。一、激光的产生机制

2025/2/139吸收后。.吸收前.受激吸收.发光前.。发光后自发辐射普通光源发光的产生机制。一、激光的产生机制

2025/2/1310..。发光前发光后受激辐射光放大受激辐射光子与外来“诱发”光子的频率、偏振方向、相位及传播方向均相同---光被放大了。一、激光的产生机制受激辐射

2025/2/1311(1)玻尔兹曼分布:系统处于热平衡态时，处在越高能级的粒子数越少。2.玻耳兹曼分布和粒子数的反转分布一、激光的产生机制

2025/2/1312粒子数的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子数反转分布...............。。。。。存在亚稳态能级的物质能实现粒子数反转，这种物质称为工作物质。亚稳态基态激发态(10-8S)(10-3S）(2)粒子数反转分布(PopulationInversion)一、激光的产生机制

2025/2/1313（1）要求介质有适当的能级结构，即有两个以上与反转分布有关且有亚稳态的能级结构，这种能实现粒子数反转分布的介质称为激活介质（activemedium)。实现粒子数反转分布需要两个条件：（2）要求有外界能源供给能量，使正常分布下处于低能态的大量粒子尽快被激发或抽运到较高能态上去。一、激光的产生机制

2025/2/1314.....激光光束全反射镜部分透光反射镜3.光学谐振腔(opticalresonantcavity)实现了粒子数反转分布的激活介质尽管能对光进行放大，但还不能得到激光。使受激辐射在有限体积的激活介质中能持续进行，光可被反复放大形成稳定振荡的装置称为光学谐振腔。经光学谐振腔输出的光才是激光。一、激光的产生机制

2025/2/1315产生激光的条件：（1）实现激活介质的粒子数反转分布是产生激光的必要条件。（2）具备满足阈值条件的光学谐振腔是产生激光的充分条件。激光器:产生激光的装置。4.激光器的组成一、激光的产生机制

2025/2/1316激光器的组成：工作物质、激励装置与光学谐振腔。(1)工作物质包括激活介质与一些辅助物质。激活介质内激活粒子的能级中参与受激辐射，即与出现反转分布有关的能级称为工作能级。一般以工作能级的多少将激活介质分为“三能级”与“四能级”系统。一、激光的产生机制

2025/2/1317一、激光的产生机制

2025/2/1318一、激光的产生机制

2025/2/1319E1(基)E2(亚)10-3sE3(10-8s)三能级系统四能级系统E1(基)E3(亚)10-3sE4(10-8s)E2(10-8s)激励激励自发自发自发受激h?h?受激一、激光的产生机制

2025/2/1320由于受激辐射下能级是基态，实现反转分布很