13光譜的物理基礎(chǔ)

1、第十三章第十三章 光譜的物理基礎(chǔ)光譜的物理基礎(chǔ) 掌握：原子、分子光譜的類(lèi)型和特點(diǎn)、掌握：原子、分子光譜的類(lèi)型和特點(diǎn)、x射線強(qiáng)度和硬度的射線強(qiáng)度和硬度的概念、概念、x射線譜及射線譜及x射線產(chǎn)生的微觀機(jī)制、短波極限公式的應(yīng)用、射線產(chǎn)生的微觀機(jī)制、短波極限公式的應(yīng)用、x射線的吸收規(guī)律、光輻射的三種基本形式和激光特性。射線的吸收規(guī)律、光輻射的三種基本形式和激光特性。熟悉：光譜分析原理、熟悉：光譜分析原理、x射線的基本性質(zhì)、射線的基本性質(zhì)、x-ct成像原理、成像原理、激光的發(fā)射原理和激光的生物效應(yīng)。激光的發(fā)射原理和激光的生物效應(yīng)。 了解：了解：x射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用、激光器的基本結(jié)構(gòu)和激光在射線在醫(yī)學(xué)上的

2、應(yīng)用、激光器的基本結(jié)構(gòu)和激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。高能量能高能量能使一些物質(zhì)的原子和分子電離使一些物質(zhì)的原子和分子電離。還可以誘發(fā)有機(jī)體。還可以誘發(fā)有機(jī)體的各種生物效應(yīng)的各種生物效應(yīng),合理利用可用于治療。合理利用可用于治療。能量比較大的光子，照射到某些物質(zhì)時(shí)，能使其原子處于激發(fā)能量比較大的光子，照射到某些物質(zhì)時(shí)，能使其原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光。態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)發(fā)出熒光。e = hv熒光強(qiáng)弱與熒光強(qiáng)弱與x射線的強(qiáng)度有關(guān)。射線的強(qiáng)度有關(guān)。x射線能使一些物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。射線能使一些物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。照相底片感光照相底片感光拍攝拍攝x光片的原理光片的原理原發(fā)機(jī)制是原發(fā)

3、機(jī)制是x射線在生物體內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)和電離，使組織細(xì)胞射線在生物體內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)和電離，使組織細(xì)胞產(chǎn)生損害、抑制，甚至壞死。產(chǎn)生損害、抑制，甚至壞死。是放射治療的基礎(chǔ)，也是是放射治療的基礎(chǔ)，也是x射線工作者應(yīng)當(dāng)注意防護(hù)的原因。射線工作者應(yīng)當(dāng)注意防護(hù)的原因。高速度運(yùn)動(dòng)的電子流；可以供電子流轟擊的靶高速度運(yùn)動(dòng)的電子流；可以供電子流轟擊的靶(或阻礙電子或阻礙電子運(yùn)動(dòng)的障礙物，把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)的障礙物，把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為x射線的能量。射線的能量。 x射線管，低壓電源，高壓電源。射線管，低壓電源，高壓電源。陽(yáng)極陽(yáng)極cu陰極陰極低壓低壓電源電源毫安表毫安表千伏表千伏表高壓電源高壓電源毫安表毫安表陽(yáng)極陽(yáng)極cu陰

4、極陰極低壓低壓電源電源千伏表千伏表高壓電源高壓電源2zx 毫安表毫安表陽(yáng)極陽(yáng)極cu陰極陰極低壓低壓電源電源千伏表千伏表高壓電源高壓電源單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的輻射能量為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的輻射能量為。用。用 i 表示。表示。 i表示表示x射線光子的頻率，射線光子的頻率，ni為頻率為為頻率為vi的的x射線的光子數(shù)，射線的光子數(shù)，h為普朗克常量。為普朗克常量。x射線硬度是指射線硬度是指x射線對(duì)物質(zhì)的貫穿本領(lǐng)：射線對(duì)物質(zhì)的貫穿本領(lǐng)： e = hv當(dāng)當(dāng)x射線管內(nèi)的高速電子流撞擊在陽(yáng)極靶上時(shí)，由于靶是原子射線管內(nèi)的高速電子流撞擊在陽(yáng)極靶上時(shí)，由于靶是原子序數(shù)較高的物質(zhì)

5、制成的，所以電子受到靶原子核強(qiáng)電場(chǎng)的作用序數(shù)較高的物質(zhì)制成的，所以電子受到靶原子核強(qiáng)電場(chǎng)的作用而減速，電子失去的一部分動(dòng)能而減速，電子失去的一部分動(dòng)能 就轉(zhuǎn)化為一個(gè)就轉(zhuǎn)化為一個(gè)x光子的能光子的能量而輻射出來(lái)量而輻射出來(lái),即即 ek=h ，這種輻射稱(chēng)為，這種輻射稱(chēng)為。圖15-2 x射線譜示意圖與強(qiáng)度為零相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是連續(xù)光譜中最短波長(zhǎng)，與強(qiáng)度為零相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是連續(xù)光譜中最短波長(zhǎng)，或稱(chēng)為或稱(chēng)為短波極限。短波極限。圖15-3 鎢靶的連續(xù)x射線譜設(shè)管電壓為設(shè)管電壓為u，電子電荷量為，電子電荷量為e，則電子在加速電場(chǎng)內(nèi)獲得的動(dòng)，則電子在加速電場(chǎng)內(nèi)獲得的動(dòng)能等于電場(chǎng)對(duì)它做的功能等于電場(chǎng)對(duì)它做的功eu，可以

6、求得，可以求得x光子的最大能量光子的最大能量( max 是是與短波極限與短波極限 min對(duì)應(yīng)的最高頻率，光速為對(duì)應(yīng)的最高頻率，光速為c ) ，有，有euchhvminmax代入數(shù)據(jù)，同時(shí)代入數(shù)據(jù)，同時(shí)u用用kv作為單位，可得：作為單位，可得：高速電子進(jìn)入靶內(nèi)，與原子的內(nèi)層電子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，高速電子進(jìn)入靶內(nèi)，與原子的內(nèi)層電子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使其脫出，原子核內(nèi)層出現(xiàn)空缺。使其脫出，原子核內(nèi)層出現(xiàn)空缺。外層電子會(huì)發(fā)生躍遷以填補(bǔ)內(nèi)層的空缺，躍遷過(guò)程中發(fā)出一外層電子會(huì)發(fā)生躍遷以填補(bǔ)內(nèi)層的空缺，躍遷過(guò)程中發(fā)出一個(gè)個(gè)x光子，其能量光子，其能量hv就是兩個(gè)能級(jí)的能量差。就是兩個(gè)能級(jí)的能量差。這種譜線

7、的波長(zhǎng)決定于陽(yáng)極靶的材料，不同元素制成的靶具這種譜線的波長(zhǎng)決定于陽(yáng)極靶的材料，不同元素制成的靶具有不同的線狀有不同的線狀x射線譜。射線譜。下頁(yè)中的圖繪出了鎢在較高電壓下的下頁(yè)中的圖繪出了鎢在較高電壓下的x射線譜，當(dāng)管電壓增加射線譜，當(dāng)管電壓增加到到70kv以上時(shí)，連續(xù)以上時(shí)，連續(xù)x射線譜在射線譜在0.02nm附近疊加了四條譜線，附近疊加了四條譜線，在曲線上出現(xiàn)了四個(gè)高峰。在曲線上出現(xiàn)了四個(gè)高峰。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，連續(xù)當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，連續(xù)x射線譜的強(qiáng)度和短波極限發(fā)生很大射線譜的強(qiáng)度和短波極限發(fā)生很大變化，但變化，但，即它們的波長(zhǎng)，即它們的波長(zhǎng)不變。這些譜線的波長(zhǎng)決定于陽(yáng)極靶的材料。不同元素制成

8、的不變。這些譜線的波長(zhǎng)決定于陽(yáng)極靶的材料。不同元素制成的靶具有不同的線狀光譜，它們可以作為這種元素的標(biāo)識(shí)，因此靶具有不同的線狀光譜，它們可以作為這種元素的標(biāo)識(shí)，因此稱(chēng)這些線狀稱(chēng)這些線狀x射線譜為射線譜為。klmnkkkllm鎢靶在較高電壓下的鎢靶在較高電壓下的x射線譜射線譜標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)x射線發(fā)生機(jī)理射線發(fā)生機(jī)理實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明,單色平行單色平行x射線通過(guò)均勻物質(zhì)時(shí)的吸收規(guī)律與光的吸射線通過(guò)均勻物質(zhì)時(shí)的吸收規(guī)律與光的吸收規(guī)律一樣可以用下式表示收規(guī)律一樣可以用下式表示:式中式中i0是入射的是入射的x射線強(qiáng)度，射線強(qiáng)度，i是通過(guò)厚度為是通過(guò)厚度為x(cm)的物質(zhì)層后的物質(zhì)層后的的x射線強(qiáng)度，射線強(qiáng)度，是

9、物質(zhì)的線性吸收系數(shù)，單位是物質(zhì)的線性吸收系數(shù)，單位cm-1。xii物質(zhì)的線性吸收系數(shù)物質(zhì)的線性吸收系數(shù)和其密度和其密度的比值稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù)的比值稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù),記記作作m，即，即xm= x，稱(chēng)為，稱(chēng)為,它等于單位面積中，厚度為它等于單位面積中，厚度為x的吸收層的吸收層的質(zhì)量。的質(zhì)量。 xm的常用的常用為為g/cm2。半價(jià)層就是使半價(jià)層就是使x射線強(qiáng)度減弱一半時(shí)所需要的吸收體厚度射線強(qiáng)度減弱一半時(shí)所需要的吸收體厚度(或或質(zhì)量厚度質(zhì)量厚度)。1 2ln 20.693x1/2ln 20.693mmmx式中式中x1/2為吸收體厚度的半價(jià)層，為吸收體厚度的半價(jià)層，xm1/2為吸收物質(zhì)厚度半價(jià)層。為吸

10、收物質(zhì)厚度半價(jià)層。式中式中 k是常數(shù)，是常數(shù)，a=3-4， z是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)，是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)， 是射線是射線x的波長(zhǎng)。的波長(zhǎng)。若空氣中各組分的質(zhì)量百分比為氮若空氣中各組分的質(zhì)量百分比為氮75.5%，氧，氧23.2%，氬，氬1.3%，試計(jì)算在能量為，試計(jì)算在能量為20kv光子作用下，空氣的質(zhì)量衰減系數(shù)。光子作用下，空氣的質(zhì)量衰減系數(shù)。已知氮，氧，氬的質(zhì)量衰減系數(shù)分別為已知氮，氧，氬的質(zhì)量衰減系數(shù)分別為0.36,0.587和和8.31(m2kg-1)。人體中肌肉的質(zhì)量吸收系數(shù)和水非常接近，求在相同人體中肌肉的質(zhì)量吸收系數(shù)和水非常接近，求在相同x射射線照射下，肌肉和骨骼的質(zhì)量吸收系數(shù)之比

11、？已知骨骼分子式為線照射下，肌肉和骨骼的質(zhì)量吸收系數(shù)之比？已知骨骼分子式為ca3(po4)2由于人體內(nèi)各種不同的，強(qiáng)度均勻的由于人體內(nèi)各種不同的，強(qiáng)度均勻的x 射線透過(guò)身體不同部位射線透過(guò)身體不同部位后的強(qiáng)度是不同的。將這些強(qiáng)度不同的后的強(qiáng)度是不同的。將這些強(qiáng)度不同的x射線投影到熒光屏上，射線投影到熒光屏上，就可以顯示出明暗不同的熒光像就可以顯示出明暗不同的熒光像,稱(chēng)為稱(chēng)為x射線透視術(shù)。如果讓透射線透視術(shù)。如果讓透過(guò)人體的過(guò)人體的x射線投射到照相底片上，顯影后就可以觀察到各處明射線投射到照相底片上，顯影后就可以觀察到各處明暗不同的像，稱(chēng)為暗不同的像，稱(chēng)為。當(dāng)強(qiáng)度為當(dāng)強(qiáng)度為i0的單色的單色x射線

12、通過(guò)厚度為射線通過(guò)厚度為x的均勻介質(zhì)后，其強(qiáng)度的均勻介質(zhì)后，其強(qiáng)度i=i0ex。如果。如果i0 、i和和x為已知，則吸收系數(shù)為已知，則吸收系數(shù) 的值為：的值為：123n1nx因此，可將介質(zhì)吸收系數(shù)的總和表示為：因此，可將介質(zhì)吸收系數(shù)的總和表示為：當(dāng)當(dāng)i和和i0都測(cè)出之后，就可得出沿都測(cè)出之后，就可得出沿x射線貫穿方向的各體素的吸射線貫穿方向的各體素的吸收系數(shù)的總和。我們稱(chēng)這個(gè)吸收系數(shù)的總和為收系數(shù)的總和。我們稱(chēng)這個(gè)吸收系數(shù)的總和為。i i22矩陣反投影法求解矩陣反投影法求解 7 4 5 3經(jīng)過(guò)掃描和圖像重建所得到的經(jīng)過(guò)掃描和圖像重建所得到的x-ct圖像是一定數(shù)量由黑到白不圖像是一定數(shù)量由黑到白

13、不同長(zhǎng)度的小方塊按矩陣排列方式組成的，這些小放塊叫做同長(zhǎng)度的小方塊按矩陣排列方式組成的，這些小放塊叫做像素像素。1112n12122n2nn2n1n由于人體通常不采用由于人體通常不采用 的絕對(duì)值的絕對(duì)值,而是取它的相對(duì)值，并稱(chēng)為而是取它的相對(duì)值，并稱(chēng)為，它的定義為，它的定義為式中式中 為待測(cè)組織的吸收系數(shù)，為待測(cè)組織的吸收系數(shù)， 水水為水的吸收系數(shù)。為水的吸收系數(shù)。所謂灰度是指黑白或明暗的程度，它是表示圖像像素黑白或所謂灰度是指黑白或明暗的程度，它是表示圖像像素黑白或明暗程度的量，從全黑到全白有無(wú)數(shù)個(gè)不同的灰度。明暗程度的量，從全黑到全白有無(wú)數(shù)個(gè)不同的灰度。為了獲得為了獲得ct圖像，必須圖像，

14、必須，得到圖像畫(huà)面的灰度分布，此灰度分布就是得到圖像畫(huà)面的灰度分布，此灰度分布就是x-ct像。像?？梢?jiàn)一個(gè)可見(jiàn)一個(gè)ct值對(duì)應(yīng)一個(gè)灰度。如果值對(duì)應(yīng)一個(gè)灰度。如果ct機(jī)的機(jī)的ct值按值按2000個(gè)個(gè)（ 10000h+1000h）計(jì)算，則對(duì)應(yīng)的灰度也為）計(jì)算，則對(duì)應(yīng)的灰度也為2000個(gè)等級(jí)，個(gè)等級(jí)，即即窗口窗口(window)技術(shù)也叫灰度放大技術(shù)，是指技術(shù)也叫灰度放大技術(shù)，是指ct機(jī)放大或增強(qiáng)某機(jī)放大或增強(qiáng)某段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)。先把人體中欲觀測(cè)組織的段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)。先把人體中欲觀測(cè)組織的ct范圍確定為范圍確定為放大或增強(qiáng)的灰度范圍，把確定放大或增強(qiáng)的灰度范圍，把確定，這樣就放大，這樣就放大或增強(qiáng)

15、了確定灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白對(duì)比的程度或增強(qiáng)了確定灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白對(duì)比的程度 。這個(gè)。這個(gè)被確定為放大或增強(qiáng)的灰度范圍叫做被確定為放大或增強(qiáng)的灰度范圍叫做，放大的灰度范圍上，放大的灰度范圍上下限之差叫窗寬下限之差叫窗寬(window width，ww)，放大灰度范圍的中心灰，放大灰度范圍的中心灰度值叫窗位度值叫窗位(window level，wl)。 minmaxctct窗寬2ctctminmax窗位x-ct主要用來(lái)診斷腦部疾病。主要用來(lái)診斷腦部疾病。全身全身ct檢查對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)檢查、婦科檢查對(duì)血液循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)檢查、婦科病和心臟病等的診斷上不如其他方

16、法。病和心臟病等的診斷上不如其他方法。激光（激光（laser，light amplification by stimulated emission radiation ）是）是受激輻射光放大受激輻射光放大的簡(jiǎn)稱(chēng)，的簡(jiǎn)稱(chēng)，1964年經(jīng)錢(qián)學(xué)森教授建年經(jīng)錢(qián)學(xué)森教授建議而得此名。議而得此名。粒子總是處于一定的能態(tài)或能級(jí)，其中最低的能量狀態(tài)稱(chēng)為基粒子總是處于一定的能態(tài)或能級(jí)，其中最低的能量狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)其余稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。當(dāng)原子接受外界能量后，原子可以由基態(tài)態(tài)其余稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。當(dāng)原子接受外界能量后，原子可以由基態(tài)（低能級(jí)）躍遷到較高的能量狀態(tài)（高能級(jí)），轉(zhuǎn)入激發(fā)態(tài)。（低能級(jí)）躍遷到較高的能量狀態(tài)（高能級(jí)），轉(zhuǎn)入

17、激發(fā)態(tài)。粒子處于基態(tài)最穩(wěn)定，而處于激發(fā)態(tài)則不穩(wěn)定，壽命較短，大粒子處于基態(tài)最穩(wěn)定，而處于激發(fā)態(tài)則不穩(wěn)定，壽命較短，大約為約為10 11s 10 3s。若激發(fā)態(tài)的壽命較長(zhǎng)，大于。若激發(fā)態(tài)的壽命較長(zhǎng)，大于10 3s或更長(zhǎng)，這或更長(zhǎng)，這種激發(fā)態(tài)稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)（種激發(fā)態(tài)稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)（metastable state）。）。n是處于能量為是處于能量為e的能級(jí)上的粒子數(shù)，的能級(jí)上的粒子數(shù)，n0為系統(tǒng)的總粒子數(shù)，為系統(tǒng)的總粒子數(shù)，t為為熱平衡時(shí)的絕對(duì)溫度，熱平衡時(shí)的絕對(duì)溫度， k 為玻爾茲曼常數(shù)。為玻爾茲曼常數(shù)。原子總是處于一種能量狀態(tài)中，當(dāng)其從一個(gè)能態(tài)（級(jí)）向另一原子總是處于一種能量狀態(tài)中，當(dāng)其從一個(gè)能態(tài)（級(jí)）

18、向另一個(gè)能態(tài)（級(jí)）躍遷時(shí)，將會(huì)與外界發(fā)生能量交換。若能量交換個(gè)能態(tài)（級(jí)）躍遷時(shí)，將會(huì)與外界發(fā)生能量交換。若能量交換以光能的形式吸收或釋放，叫做光輻射或躍遷幅射，（否則非以光能的形式吸收或釋放，叫做光輻射或躍遷幅射，（否則非光輻射或無(wú)輻射躍遷）。光輻射或無(wú)輻射躍遷）。e2e1hv處于高能級(jí)的原子在不受外界處于高能級(jí)的原子在不受外界影響的情況下完全自發(fā)地產(chǎn)生影響的情況下完全自發(fā)地產(chǎn)生躍遷同時(shí)釋放光子的過(guò)程。躍遷同時(shí)釋放光子的過(guò)程。各個(gè)原子獨(dú)立發(fā)射，諸光子的頻率、振動(dòng)方向、相位都不相各個(gè)原子獨(dú)立發(fā)射，諸光子的頻率、振動(dòng)方向、相位都不相同，是非相干光。同，是非相干光。在單位體積中單位時(shí)間內(nèi)，在單位體積

19、中單位時(shí)間內(nèi)， 從從e2 e1自發(fā)輻射自發(fā)輻射 的原子數(shù)與的原子數(shù)與高能級(jí)上的原子數(shù)成正比。高能級(jí)上的原子數(shù)成正比。普通光源發(fā)光均屬這種情況。普通光源發(fā)光均屬這種情況。e2e1n2n1hv一個(gè)原子吸收一個(gè)光子而實(shí)現(xiàn)從低能級(jí)到高能級(jí)躍遷的過(guò)一個(gè)原子吸收一個(gè)光子而實(shí)現(xiàn)從低能級(jí)到高能級(jí)躍遷的過(guò)程稱(chēng)為受激吸收。程稱(chēng)為受激吸收。光子能量必須滿足光子能量必須滿足 hv = e2 - e1處于高能級(jí)處于高能級(jí)e2的原子在受到一個(gè)能量的原子在受到一個(gè)能量為為h = e2 - e1 的光子的的光子的“誘發(fā)誘發(fā)”后，后，可釋放出一個(gè)與誘發(fā)光子特征完全相可釋放出一個(gè)與誘發(fā)光子特征完全相同的光子而躍遷到低能級(jí)同的光子

20、而躍遷到低能級(jí)e1的過(guò)程稱(chēng)的過(guò)程稱(chēng)為受激輻射。為受激輻射。e2e1n2n11）受激輻射多于受激吸收；）受激輻射多于受激吸收；2）實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；）實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；3）具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)；）具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)； 4）光學(xué)諧振腔；）光學(xué)諧振腔； 5）增益大于損耗。）增益大于損耗。1) 粒子數(shù)按能級(jí)分布規(guī)律：熱平衡態(tài)下，滿足玻爾分布。即處粒子數(shù)按能級(jí)分布規(guī)律：熱平衡態(tài)下，滿足玻爾分布。即處于高能態(tài)的粒子數(shù)少于處于低能態(tài)的粒子數(shù)，自發(fā)輻射占優(yōu)勢(shì)。于高能態(tài)的粒子數(shù)少于處于低能態(tài)的粒子數(shù)，自發(fā)輻射占優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)光放大，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射占優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)光放大，必須實(shí)現(xiàn)

21、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射占優(yōu)勢(shì)。2) 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)滿足條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)滿足條件：要求介質(zhì)有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)，即有兩個(gè)以上與反轉(zhuǎn)有關(guān)且有亞要求介質(zhì)有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)，即有兩個(gè)以上與反轉(zhuǎn)有關(guān)且有亞穩(wěn)態(tài)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。（激活介質(zhì)）穩(wěn)態(tài)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。（激活介質(zhì)）要求有外界能源提供能量，使正常分布下處于低能級(jí)的大量粒要求有外界能源提供能量，使正常分布下處于低能級(jí)的大量粒子盡快被激發(fā)或抽運(yùn)到較高能態(tài)。子盡快被激發(fā)或抽運(yùn)到較高能態(tài)。3)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，雖然為輻射激光儲(chǔ)存了足夠的能量，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，雖然為輻射激光儲(chǔ)存了足夠的能量，但因?yàn)樘幱诟吣芗?jí)上的粒子數(shù)可以通過(guò)受激輻射發(fā)出光子，但因?yàn)樘幱诟吣芗?jí)上的粒子數(shù)可以通過(guò)受

22、激輻射發(fā)出光子，也可以通過(guò)自發(fā)輻射發(fā)出光子，只有讓受激輻射成為工作物也可以通過(guò)自發(fā)輻射發(fā)出光子，只有讓受激輻射成為工作物質(zhì)的主要發(fā)光過(guò)程，才能形成激光。但在常溫下，系統(tǒng)中自質(zhì)的主要發(fā)光過(guò)程，才能形成激光。但在常溫下，系統(tǒng)中自發(fā)輻射幾率是受激輻射幾率的發(fā)輻射幾率是受激輻射幾率的1035倍，受激輻射發(fā)光仍湮滅倍，受激輻射發(fā)光仍湮滅在自發(fā)輻射中。所以，要產(chǎn)生激光還必須使受激輻射壓倒自在自發(fā)輻射中。所以，要產(chǎn)生激光還必須使受激輻射壓倒自發(fā)輻射。通常采用光學(xué)諧振腔發(fā)輻射。通常采用光學(xué)諧振腔(optical resonant cavity)裝置，裝置，讓頻率為的光子保持足夠高的密度，使受激輻射發(fā)光抑制自讓

23、頻率為的光子保持足夠高的密度，使受激輻射發(fā)光抑制自發(fā)輻射，克服受激輻射的隨機(jī)性，確保激光的定向性、單色發(fā)輻射，克服受激輻射的隨機(jī)性，確保激光的定向性、單色性和相干性。性和相干性。激光器有兩個(gè)反射鏡，它們構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振腔。激光器有兩個(gè)反射鏡，它們構(gòu)成一個(gè)光學(xué)諧振腔。激勵(lì)能源激勵(lì)能源 全反射鏡全反射鏡部分反射鏡部分反射鏡工作物質(zhì)：工作物質(zhì)：激活介質(zhì)與一些輔助物質(zhì)，產(chǎn)生激活的工作能級(jí)。激活介質(zhì)與一些輔助物質(zhì)，產(chǎn)生激活的工作能級(jí)。激勵(lì)裝置：激勵(lì)裝置：向工作物質(zhì)提供能量，實(shí)現(xiàn)抽運(yùn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）向工作物質(zhì)提供能量，實(shí)現(xiàn)抽運(yùn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）光學(xué)諧振腔：光學(xué)諧振腔：使激光具有極好的方向性（沿軸線）使激光具有極

24、好的方向性（沿軸線）;增強(qiáng)光放大增強(qiáng)光放大作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）;使激光具有極好的單色性（選頻）。使激光具有極好的單色性（選頻）。使受激輻射在有限體積的激活介質(zhì)中能持續(xù)進(jìn)行，光可被反復(fù)使受激輻射在有限體積的激活介質(zhì)中能持續(xù)進(jìn)行，光可被反復(fù)放大形成穩(wěn)定振蕩的裝置。放大形成穩(wěn)定振蕩的裝置。激光的散射角非常小，通常以毫弧計(jì)算。激光幾乎是平等準(zhǔn)直激光的散射角非常小，通常以毫弧計(jì)算。激光幾乎是平等準(zhǔn)直的光束，在其傳播的進(jìn)程中有高度的定向性。手電筒照明時(shí)，的光束，在其傳播的進(jìn)程中有高度的定向性。手電筒照明時(shí)，由于光的散射角大，遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十米后，光散開(kāi)并形成大而暗淡的由于光的散射角大，遠(yuǎn)達(dá)

25、數(shù)十米后，光散開(kāi)并形成大而暗淡的光盤(pán)。光盤(pán)。1962年，將激光發(fā)射向月球，經(jīng)過(guò)年，將激光發(fā)射向月球，經(jīng)過(guò)40多萬(wàn)公里的進(jìn)程后，多萬(wàn)公里的進(jìn)程后，其散開(kāi)的光斑的直徑也不過(guò)只有兩公里多。利用激光的準(zhǔn)直性其散開(kāi)的光斑的直徑也不過(guò)只有兩公里多。利用激光的準(zhǔn)直性進(jìn)行測(cè)距，從地球到月球之間的誤差不超過(guò)進(jìn)行測(cè)距，從地球到月球之間的誤差不超過(guò)1.5m。 激光熒光檢查術(shù)、激光光譜分析法、激光全息攝影術(shù)等。激光熒光檢查術(shù)、激光光譜分析法、激光全息攝影術(shù)等。 激光切割、燒灼、汽化、直接照射等激光切割、燒灼、汽化、直接照射等 激光的生物刺激和調(diào)節(jié)作用：激光的生物刺激和調(diào)節(jié)作用：小功率的氦氖激光照射的治療作小功率的氦氖

26、激光照射的治療作用基礎(chǔ)不是溫?zé)嵝?yīng)，而是光的生物化學(xué)反應(yīng)。用基礎(chǔ)不是溫?zé)嵝?yīng)，而是光的生物化學(xué)反應(yīng)。激光手術(shù)：激光手術(shù)：激光手術(shù)是用一束細(xì)而準(zhǔn)直的大能量激光束，經(jīng)聚激光手術(shù)是用一束細(xì)而準(zhǔn)直的大能量激光束，經(jīng)聚焦后，利用焦點(diǎn)的高能、高溫、高壓的電磁場(chǎng)作用和燒灼作用，焦后，利用焦點(diǎn)的高能、高溫、高壓的電磁場(chǎng)作用和燒灼作用，對(duì)病變組織進(jìn)行切割、粘合、氣化。對(duì)病變組織進(jìn)行切割、粘合、氣化。激光治療腫瘤：激光治療腫瘤：激光治癌主要是基于其生物物理學(xué)方面的特殊激光治癌主要是基于其生物物理學(xué)方面的特殊作用，即激光的高熱作用可使被照射部位的溫度升至作用，即激光的高熱作用可使被照射部位的溫度升至500，當(dāng)，當(dāng)溫

27、度升至溫度升至300時(shí)，腫瘤即被破壞，激光照射后的時(shí)，腫瘤即被破壞，激光照射后的1分鐘內(nèi)可保分鐘內(nèi)可保持持4550的溫度，繼續(xù)對(duì)腫瘤起作用；激光的強(qiáng)光壓作用（機(jī)的溫度，繼續(xù)對(duì)腫瘤起作用；激光的強(qiáng)光壓作用（機(jī)械能作用）可使腫瘤表面組織揮發(fā)，使腫瘤組織腫脹、撕裂、械能作用）可使腫瘤表面組織揮發(fā)，使腫瘤組織腫脹、撕裂、萎縮，并可產(chǎn)生二次壓力作用。萎縮，并可產(chǎn)生二次壓力作用。激光在心血管疾病方面的應(yīng)用：激光在心血管疾病方面的應(yīng)用：由于某些激光可以通過(guò)光導(dǎo)纖由于某些激光可以通過(guò)光導(dǎo)纖維傳輸，激光的能量可以通過(guò)各種內(nèi)窺鏡，包括血管鏡或?qū)Ч苓M(jìn)維傳輸，激光的能量可以通過(guò)各種內(nèi)窺鏡，包括血管鏡或?qū)Ч苓M(jìn)入血管內(nèi)治

28、療各種疾病。在心臟及血管方面，激光治療周?chē)?、入血管?nèi)治療各種疾病。在心臟及血管方面，激光治療周?chē)?、冠狀?dòng)脈，以至頸動(dòng)脈等的血栓，動(dòng)脈粥樣斑塊等此外治療糖尿冠狀動(dòng)脈，以至頸動(dòng)脈等的血栓，動(dòng)脈粥樣斑塊等此外治療糖尿病、心肌炎、肺炎及急性胰腺炎等均有報(bào)道。病、心肌炎、肺炎及急性胰腺炎等均有報(bào)道。眼科：眼科：封閉視網(wǎng)膜裂孔、焊接視網(wǎng)膜脫落、治本虹膜囊腫及眼封閉視網(wǎng)膜裂孔、焊接視網(wǎng)膜脫落、治本虹膜囊腫及眼底血管瘤、虹膜切除和打孔等。底血管瘤、虹膜切除和打孔等。激光在口腔科方面的應(yīng)用：激光在口腔科方面的應(yīng)用：例如用準(zhǔn)分子激光作硬組織（如牙例如用準(zhǔn)分子激光作硬組織（如牙釉質(zhì)）的消融、牙髓、根管的治療