激光專業(yè)知識課件

1、激光專業(yè)知識課件激光專業(yè)知識課件第一節(jié) 前言 激光素有神奇光之稱。如今，你只要稍加留意，就會發(fā)現(xiàn)激光就在我們身邊：激光唱機的動聽樂曲不斷回蕩在樓宇之間；激光影碟機悄然走進(jìn)了千家萬戶；商場里商品貼的是激光防偽標(biāo)志；激光照排則包攬了所有的報刊雜志。 我們遠(yuǎn)隔千里就可以同親人朋友通話，也是激光的功勞，因為光纖傳送的正是激光。 而近年來興起的激光美容更給越來越多的愛美人士帶來了更多便捷的美容手段。第一章 激光的概述2激光/許本芳第一節(jié) 前言第一章 激光的概述4激光/許本芳第二節(jié) 激光簡介 激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后，人類的又一個重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“鐳捷”激光燈管、“最

2、準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。 1960年7月8日，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，為世界第一臺激光器。目前激光應(yīng)用的領(lǐng)域，主要有工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事六個領(lǐng)域。 第一章 激光的概述3激光/許本芳第二節(jié) 激光簡介 激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史受激輻射理論基礎(chǔ) 愛因斯坦的光子學(xué)說（1905）。 波粒二象性（1909）。 輻射理論（1917）： 提出了受激輻射的概念，預(yù)測到光可以 產(chǎn)生受激輻射被放大。Einstein愛因斯坦第一章 激光的概述4激光/許本芳第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史受激輻射理論基礎(chǔ)Einstein第第一章 激光的概述理論基礎(chǔ)： R.C.T

3、olman（托爾曼）指出： 具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的介質(zhì)具有光學(xué)增益（產(chǎn) 生激光的基本條件之一）（1924）。Tolman托爾曼第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史粒子數(shù)反轉(zhuǎn)5激光/許本芳第一章 激光的概述理論基礎(chǔ)：Tolman第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史微波受激輻射放大器第一章 激光的概述實驗基礎(chǔ)： Prokhorov（普羅霍羅夫） 和H.Townes（湯斯）分別 獨立報導(dǎo)了第一個微波受激 輻射放大器(Maser)（1953）。Townes湯斯Prokhorov普羅霍羅夫6激光/許本芳第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史微波受激輻射放大器第一章 激光的概第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史開放式光諧振腔第一章 激光的概述195

4、8年Townes（湯斯）和Schawlow（肖洛）拋棄了尺度必須和波長可比擬的封閉式諧振腔的老 思路，提出利用尺度遠(yuǎn)大于波長的開放式光諧振腔實現(xiàn)Laser（激光）的新想。Schawlow肖洛Townes湯斯7激光/許本芳第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史開放式光諧振腔第一章 激光的概述1第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史紅寶石固態(tài)激光器第一章 激光的概述美國休斯公司實驗室一位從事紅寶石熒光研究的年輕人梅曼在1960.5.16利用紅寶石棒首次觀察到激光。梅曼在7月7日正式演示了世界第一臺紅寶石固態(tài)激光器。他在Nature(8月16日)發(fā)表了一個簡短的通知。Maiman梅曼Maiman的第一臺激光器8激光/許本芳第三節(jié)

5、激光技術(shù)發(fā)展史紅寶石固態(tài)激光器第一章 激光的概述第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史技術(shù)開發(fā)第一章 激光的概述各種激光器的開發(fā)： 工作物質(zhì)：固體、氣體、染料、化學(xué)、離子、原子、半導(dǎo)體、X射線。 輸出功率：大功率、低功率。 工作方式：短脈沖、脈沖、超短脈沖、連續(xù)。 輸出穩(wěn)定性：穩(wěn)頻率、穩(wěn)功率、穩(wěn)方向。氣體激光器固體激光器染料激光器化學(xué)激光器離子激光器原子激光器半導(dǎo)體激光器X射線激光器9激光/許本芳第三節(jié) 激光技術(shù)發(fā)展史技術(shù)開發(fā)第一章 激光的概述各種激光第四節(jié) 我國激光器研究情況第一章 激光的概述10激光/許本芳第四節(jié) 我國激光器研究情況第一章 激光的概述12激光/許本芳第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用第一章 激光的概述

6、激光技術(shù)方面的應(yīng)用：光通訊、光儲存、光放大、光計算、光隔離器。檢測技術(shù)方面的應(yīng)用：測長、測距、測速、測角、測三維形狀。激光加工：焊接、打孔、切割、熱處理、快速成型。醫(yī)學(xué)應(yīng)用：外科手術(shù)、激光輻照（皮膚科、婦產(chǎn)科）、眼科手術(shù)、激光血照儀、 視光學(xué)測量。科學(xué)研究方面的應(yīng)用：激光核聚變、重力場測量、激光光譜、激光對生物組織的 作用、激光制冷、激光誘導(dǎo)化學(xué)過程等等。11激光/許本芳第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用第一章 激光的概述激光技術(shù)方面的應(yīng)用：第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用光盤第一章 激光的概述光盤存儲器原理激光刻蝕與讀出12激光/許本芳第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用光盤第一章 激光的概述光盤存儲器原第一章 激光的概述激光

7、全息防偽人民幣（建國50周年紀(jì)念幣）第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用人民幣13激光/許本芳第一章 激光的概述激光全息防偽人民幣（建國50周年紀(jì)念幣）第第一章 激光的概述激光控制核聚變第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用核聚變14激光/許本芳第一章 激光的概述激光控制核聚變第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用核第一章 激光的概述第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用激光導(dǎo)航星天文臺（激光導(dǎo)航星）15激光/許本芳第一章 激光的概述第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用激光導(dǎo)航星天文臺第一章 激光的概述第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用測距與激光雷達(dá)激光測距與激光雷達(dá)16激光/許本芳第一章 激光的概述第五節(jié) 激光技術(shù)的應(yīng)用測距與激光雷達(dá)激第一節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第二章 激

8、光的認(rèn)識部分反射鏡 激勵源 全反射鏡 激光輸出 工作物質(zhì) 光學(xué)諧振腔 L 激光17激光/許本芳第一節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第二章 激光的認(rèn)識部分反第一節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖詳解第二章 激光的認(rèn)識18激光/許本芳第一節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖詳解第二章 激光的認(rèn)識2第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能工作物質(zhì) 激光作為光學(xué)家族的一員，具有波粒二相性，一方面激光是由無數(shù)光子組成，具有光的粒子性；另一方面，其本身也是一種電磁波。 一般而言，激光的產(chǎn)生需要3個條件： 工作物質(zhì)：激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。 關(guān)鍵是能在這種介質(zhì)中實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，就被稱為激活介質(zhì)(ac

9、tive medium) 或工作物質(zhì)。第二章 激光的認(rèn)識19激光/許本芳第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能工作物質(zhì) 激光作為光學(xué)第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能激勵源 激勵源：為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處 于上能級的粒子數(shù)增加。如：電激勵、光激勵、熱激勵、化學(xué)激勵等各種激勵 方式被形象化地稱為泵浦或抽運；只有不斷泵浦才能維持上能級粒子數(shù)多于下 能級，不斷獲得激光輸出。第二章 激光的認(rèn)識20激光/許本芳第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能激勵源 激勵源：為了使工作介質(zhì)中第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能光學(xué)諧振腔第二章 激光的認(rèn)識光學(xué)諧振腔： 最簡單的諧振腔由兩塊平面反射鏡組成，其中一塊為全 反

10、射鏡，另一塊為部分反射鏡，它們互相平行，并且與 工作物質(zhì)的軸線嚴(yán)格垂直。 此外，諧振腔還可由平面鏡與凹面鏡或由兩塊凹面鏡組成。這種結(jié)構(gòu)使得只有與工作 物質(zhì)軸線完全一致的光才能得到放大，并由半反射鏡透過；而遇到全反射鏡的光子則 被全部反射進(jìn)入諧振腔繼續(xù)振蕩，并再次得到放大。 由此可見，光學(xué)諧振腔的作用在于為激光器的振蕩提供必要的正反饋，導(dǎo)致光放大， 同時限制激光的頻率和方向，保證激光的單色性和方向性。 光子在諧振腔內(nèi)振蕩時也會有一定損耗，腔內(nèi)損耗常用品質(zhì)因素Q值表示，其數(shù)值越 大，表示損耗越小。 21激光/許本芳第二節(jié) 激光器的結(jié)構(gòu)功能光學(xué)諧振腔第二章 激光的認(rèn)識光學(xué)第三節(jié) 激光產(chǎn)生的原理術(shù)語詳

11、解能級：原子核外電子運動軌道的一種理論。因為物質(zhì)是由 原子組成，而原子又是由原子核及電子構(gòu)成；電子 圍繞著原子核只能在特定的、分立的軌道上運動， 各個 軌道上的電子具有分立的能量，這些能量值即為能級。 躍遷：電子可以通過吸收或釋放能量，在不同的軌道間發(fā)生躍遷（從低能級躍遷到高 能級或者從高能級躍遷到低能級）從而輻射出光子。由于光子能量決定了光的 波長，因此，吸收或釋放的光具有固定的顏色?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)：當(dāng)原子內(nèi)所有電子處于可能的最低能級時，整個原子的能量最低，我 們稱原子處于基態(tài)；當(dāng)一個或多個原子電子處于較高的能級時，我們 稱原子處于激發(fā)態(tài)。第二章 激光的認(rèn)識22激光/許本芳第三節(jié) 激光產(chǎn)生的原

12、理術(shù)語詳解能級：原子核外電子運動軌道第四節(jié) 激光產(chǎn)生的原理受激吸收/自發(fā)輻射受激吸收：原子吸收入射光子（h=Eh-El），從低能態(tài)（El）躍遷到高能態(tài)（Eh）。第二章 激光的認(rèn)識hElEh自發(fā)輻射：在一個體系中，熱平衡時低能級（El）的粒子數(shù)總比高能級（Eh）的粒子 數(shù)目多，高能級（Eh）的粒子總是向低能級（El）躍遷而趨于穩(wěn)定，多余 能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子(h=Eh-El)向外輻射。 hEhEl圖一圖二23激光/許本芳第四節(jié) 激光產(chǎn)生的原理受激吸收/自發(fā)輻射受激吸收：原子吸受激輻射：處于高能態(tài)(Eh)的原子，受入射光子(h=Eh-El)的誘導(dǎo)作用，躍遷到低能 態(tài)(El)， 并輻射出一個與入射光子

13、的頻率、相位、振動方向和傳播方向都 完全相同的光子。第二章 激光的認(rèn)識第四節(jié) 激光產(chǎn)生的原理受激輻射hEhElhh圖三24激光/許本芳受激輻射：處于高能態(tài)(Eh)的原子，受入射光子(h=Eh-光放大：若有一批原子處于高能態(tài)(Eh)，則 在一個入射光子(h=Eh-El)的作用下， 會通過一系列受激輻射產(chǎn)生不斷倍增的完全相同的光子。第二章 激光的認(rèn)識第五節(jié) 激光產(chǎn)生的原理光放大圖四25激光/許本芳光放大：若有一批原子處于高能態(tài)(Eh)，則 在一個入射光子(第四節(jié) 激光產(chǎn)生的原理 工作物質(zhì)在激勵源的作用下發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，通過諧振腔內(nèi)的振蕩和放大，產(chǎn)生正反饋式的連鎖反應(yīng)，從而發(fā)射出頻率、方向、偏振狀態(tài)

14、、相位一致的光激光。第二章 激光的認(rèn)識圖一：受激輻射圖三：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)圖二：光子反射圖四：光能躍遷圖五：光能放大、透射Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationLASER/激光26激光/許本芳第四節(jié) 激光產(chǎn)生的原理 工作物質(zhì)在激勵源的作用下發(fā)第五節(jié) 激光的特性單色性 第二章 激光的認(rèn)識普通光激光 光的顏色由光的波長（或頻率）決定。激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色極純。 以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布范圍可以窄到210-9納米，是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。 激光的單色性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何一種單色光源。

15、27激光/許本芳第五節(jié) 激光的特性單色性 第二章 激光的認(rèn)識普 激光光束在傳播過程中很少發(fā)生彌散，即使在傳播很長距離后光束仍保持平行而不發(fā)生彌散。 用于定位、導(dǎo)向、測距等。醫(yī)學(xué)上用作普通手術(shù)刀和微手術(shù)刀（直接對DNA等生物大分子進(jìn)行切割或?qū)樱?激光 普通光第二章 激光的認(rèn)識第五節(jié) 激光的特性平行性（定向性）28激光/許本芳 激光光束在傳播過程中很少發(fā)生彌散，即使在傳播很長29 相干性是所有波的共性，但由于各種光波的品質(zhì)不同，導(dǎo)致它們的相干性也有高低之分；激光不同于普通光源，它是受激輻射光，具有極強的相干性。具體分為兩種： 時間相干性：從激光器輸出口不同空間發(fā)出的光位相差恒定、方向一致、波長

16、相同、 此種相干性稱時間相干性（即從光源不同點發(fā)出的光有相干性稱時間 相干性）。 空間相干性：從光源同一點在不同時間發(fā)出的光如有恒定的位相關(guān)系、方向和波長 也相同，此種相干性稱空間相干性。 激光的相干性用于全息照相、激光衍射 。第二章 激光的認(rèn)識第五節(jié) 激光的特性相干性29激光/許本芳31 相干性是所有波的共性，但由于各種光波的品質(zhì)30密集性： 能量在空間和時間上高度集中。如激光武器、激光切割金屬、炭化和氣化組織。第二章 激光的認(rèn)識第五節(jié) 激光的特性能量高度集中（密集性）30激光/許本芳32密集性： 第二章 激光的認(rèn)識第五節(jié) 激光的特性能量高31亮度高： 由于激光的發(fā)射能力強和能量的高度集中，

17、所以亮度很高，它比普通光源高億萬 倍，比太陽表面的亮度高幾百億倍。 亮度是衡量一個光源質(zhì)量的重要指標(biāo)，若將中等強度的激光束經(jīng)過會聚，可在焦 點出產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫。第二章 激光的認(rèn)識第六節(jié) 激光的特性高亮度31激光/許本芳33亮度高： 第二章 激光的認(rèn)識第六節(jié) 激光的特性高亮度第一節(jié) 激光學(xué)的中心理論選擇性光熱理論 1983年，AndersonRR和ParrishJA提出了選擇性光熱作用理論即“光熱分離”理論，其含意為根據(jù)不同組織的生物學(xué)特性，選擇合適的波長、能量、脈沖持續(xù)時間等，以保證對病變組織進(jìn)行有效治療之同時，盡量避免對周圍的正常組織造成損傷。該理論實現(xiàn)了激光的有效性和安全性的完美統(tǒng)

18、一，是激光醫(yī)學(xué)特別是激光美容醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的里程碑。 短脈沖激光及之后的強脈沖光（IPL）都是建立在該作用理論基礎(chǔ)之上，正是這些激光的應(yīng)用，使色素性疾病和血管性疾病及皮膚無創(chuàng)治療得以實現(xiàn)。第三章 選擇性光熱理論（原理）32激光/許本芳第一節(jié) 激光學(xué)的中心理論選擇性光熱理論 1第二節(jié) 選擇性光熱原理的中心思想（三要素）選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL和脈寬小于目標(biāo)組織的熱弛豫時間就會使目標(biāo)組織受到選擇性的損害。 Anderson RR & Parish JA, Science 1983 適當(dāng)?shù)牟ㄩL 適當(dāng)?shù)拿}寬 適當(dāng)?shù)哪芰縍ox Anderson 博士Parish JA博士第三章 選擇性光熱理論（原理）33激光/許本

19、芳第二節(jié) 選擇性光熱原理的中心思想（三要素）選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL和脈波長： 波長決定了激光的顏色，不同波長的激光表現(xiàn)為不同顏色的光；為了獲取不同波 長的光，需要不同的激光介質(zhì)；而且激光波長越長，穿透組織的深度越深，所以應(yīng)選 擇能被耙組織強烈吸收的激光波長。 如：氧合血紅蛋白吸收峰值：418nm、542nm、577nm。 黑色素吸收峰值在280nm一1200nm中，并隨波長增加而吸收減少。 第三章 選擇性光熱理論（原理）第二節(jié) 選擇性光熱原理的中心思想（三要素）詳解34激光/許本芳波長： 第三章 選擇性光熱理論（原理）第二節(jié) 選擇性光熱原理能量： 選擇能夠在耙組織上產(chǎn)生足夠的溫度使之破壞的合適的激光能

20、量。 避免能量過高造成周圍組織熱損傷。 脈沖持續(xù)時間： 脈沖持續(xù)時間也就是脈寬，必須小于治療耙的熱弛豫時間，以免引起周圍組織的損 傷。 熱弛豫時間(Thermal Relation Time) 是指作用于耙上的熱量向周圍組織彌散，當(dāng) 溫度降低50%所需的彌散時間。 如：皮膚組織為1ms，黑素小體為1us，血管為0.05ms一10ms。第三章 選擇性光熱理論（原理）第二節(jié) 選擇性光熱原理的中心思想（三要素）詳解35激光/許本芳能量： 第三章 選擇性光熱理論（原理）第二節(jié) 選擇性光熱原理第三節(jié) 脈沖寬度與熱弛豫時間的關(guān)系脈沖寬度靶組織熱馳豫時間：熱損害將被嚴(yán)格地限制在靶組織內(nèi)。脈沖寬度靶組織熱馳豫

21、時間：熱將從靶組織內(nèi)傳導(dǎo)出來，但靶組織損傷不足而 周圍組織的損傷明顯加強。結(jié)論：脈沖寬度應(yīng)該靶組織熱馳豫時間。治療原則：科學(xué)選擇光源并將熱量限制在靶組織。第三章 選擇性光熱理論（原理）36激光/許本芳第三節(jié) 脈沖寬度與熱弛豫時間的關(guān)系脈沖寬度靶組織熱馳豫時間第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng) 激光與皮膚組織相互作用，可以產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)，從而發(fā)揮治療作用，這是一個比較復(fù)雜的生物學(xué)過程，與激光的波長、能量、輸出方式以及皮膚組織本身的特性都有密切關(guān)系。反射散射透射吸收37激光/許本芳第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng) 由于一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)在界面上折射系

22、數(shù)的改變而引起的。如空氣和皮膚的折射系數(shù)不同，垂直的入射光5%-7%在角質(zhì)層就被反射了，在可見光中這個表面反射系數(shù)相對不變。 研究表明，皮膚對激光的反射與波長有關(guān)，在400700nm的可見光范圍內(nèi)，波長越長，反射越多。在激光的防護(hù)中具有重要意義。第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng)反射38激光/許本芳 由于一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)在界面上折射系數(shù)的改 激光進(jìn)入皮膚組織后，由于分子、粒子、細(xì)胞而導(dǎo)致光的方向發(fā)生改變，散射可以發(fā)生在各個方向，是影響穿透的重要因素。第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng)散射39激光/許本芳 激光進(jìn)入皮膚組織后，由于分子、粒子、細(xì)胞而導(dǎo) 激

23、光在傳播過程中如果遇到一種便于可穿透的物質(zhì)，其電子的激活的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于或者低于光子的能量需求，這樣該物體不能吸收任何光子，光就可以毫不受影響地穿過它了，這就是光的透射原理。第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng)透射（傳導(dǎo)）40激光/許本芳 激光在傳播過程中如果遇到一種便于可穿透的物質(zhì)激光的能量進(jìn)入皮膚組織并被轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能、化學(xué)能等。只有當(dāng)激光被吸收時才能產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，才有治療作用。皮膚中主要的色基是黑色素、血紅蛋白和水。激光主要被皮膚中的靶組織所吸收。第四章 激光的效應(yīng)第一節(jié) 激光在人體皮膚組織上的效應(yīng)吸收41激光/許本芳激光的能量進(jìn)入皮膚組織并被轉(zhuǎn)化為其他形式

24、的能量，如熱能、化學(xué)第二節(jié) 黑色素、血紅蛋白、水對激光能量的吸收曲線圖波長（微米）1.00.21020100,00010,0001,000100101.00.10.010.0010.0001水黑色素血色素氧合血紅素吸收系數(shù)(每厘米)CO2鉺:YAG3.0第四章 激光的效應(yīng)42激光/許本芳第二節(jié) 黑色素、血紅蛋白、水對激光能量的吸收曲線圖波長（微米皮膚色團(tuán)光譜： 血紅蛋白(Hb)，氧合血紅蛋白 (HbO2), 正鐵血紅蛋白(Met- Hb)都在585nm波長處有吸 收峰。 水(Water)在此波長的吸收小 很多量級。 色素(Melanin)是唯一的干擾 因素。第三節(jié) 皮膚色團(tuán)光譜圖第四章 激光的

25、效應(yīng)43激光/許本芳皮膚色團(tuán)光譜：第三節(jié) 皮膚色團(tuán)光譜圖第四章 激光的效應(yīng)45激第四章 激光的效應(yīng)第四節(jié) 皮膚各層次的吸收度（A）和透射度（T）：44激光/許本芳第四章 激光的效應(yīng)第四節(jié) 皮膚各層次的吸收度（A）和透射度（指激光被吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，使皮膚組織溫度升高，這是激光對皮膚 最重要的生物學(xué)效應(yīng)，很多激光都是透過熱效應(yīng)來達(dá)到臨床療效的。熱產(chǎn)生的方式，主要是通過碰撞生熱和吸收生熱兩種方式來實現(xiàn)的。 這兩種方式均可導(dǎo)致皮膚組織溫度升高，熱效應(yīng)產(chǎn)生。 碰撞生熱：當(dāng)可見光、紫外線與生物分子相互作用時，光子被吸收，生物分子被激 活，被激活的生物分子可通過與周圍分子的多次碰撞逐漸失去它所獲得 的光能

26、，周圍分子則獲得平移能（振動能和移動能），生物組織溫度上 升變熱。 吸收生熱：當(dāng)紅外線光子被偶極分子（如水分子）吸收時，光能轉(zhuǎn)變?yōu)樵摲肿拥恼?動能和轉(zhuǎn)動能，使溫度升高。皮膚組織含有75%的水分，因而皮膚對紅 外光的吸收升溫與水分子有關(guān)。第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)熱效應(yīng)（一）45激光/許本芳指激光被吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，使皮膚組織溫度升高，這是激光對皮膚 一般而言，激光的熱效應(yīng)與組織達(dá)到的溫度和照射時間均有密切的聯(lián)系，組織在數(shù)毫秒內(nèi)溫度驟升2001000。第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)熱效應(yīng)（二）46激光/許本芳 一般而言，激光的熱效應(yīng)與組織達(dá)到的溫度

27、和照射時間指皮膚組織在光的作用下產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)。生命物質(zhì)之所以能夠活動、生長、復(fù)制、發(fā)育、修補、繁殖，生化作用起著決定性 作用；光的作用是使某些生物化學(xué)反應(yīng)在生物溫度下以相當(dāng)?shù)乃俾蔬M(jìn)行。光化反應(yīng)的全過程大致可分為兩個階段：原初光化反應(yīng)和繼發(fā)光化反應(yīng)。 原初光化反應(yīng)：當(dāng)一個處于基態(tài)但又不返回其原來分子能量狀態(tài)的弛豫過程中， 多出來的能量消耗在它自身的化學(xué)鍵斷裂或形成新建上，發(fā)生了 一個化學(xué)反應(yīng)，即為原初光化反應(yīng)。 繼發(fā)光化反應(yīng)：在原初光化反應(yīng)過程中形成的產(chǎn)物中，大多數(shù)是具有高度化學(xué)活 性的中間產(chǎn)物，如自由基、離子、或其他不穩(wěn)定的產(chǎn)物。這些不 穩(wěn)定的產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，直至形成穩(wěn)定的產(chǎn)物，這

28、種光化 反應(yīng)稱為繼發(fā)光化反應(yīng)。光化反應(yīng)的實例有光合作用、光敏化作用、視覺作用等。 第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)光化效應(yīng)47激光/許本芳指皮膚組織在光的作用下產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)。第四章 激光的效應(yīng)指當(dāng)生物組織吸收激光能量時，如果能量密度超過某一確定閥值時，就會產(chǎn)生氣化 并伴有機械波，若能量密度低于該閥值，就只會產(chǎn)生機械波。光不僅具有波動性，還具有離子性，即光子有質(zhì)量有動量，因而光子撞擊物體時必 然會給受照處施以壓力，即光壓。激光是高強度光源，它對生物體可產(chǎn)生一次壓力和二次壓力，輻射壓強為一次壓力， 熱膨脹壓強、聲波和蒸發(fā)壓強、電致伸縮壓強為二次壓力。 第四章 激光的效應(yīng)第

29、五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)生物機械性效應(yīng)48激光/許本芳指當(dāng)生物組織吸收激光能量時，如果能量密度超過某一確定閥值時，激光是電磁波，而生物體作為介質(zhì)具有電導(dǎo)和電容，在激光電場作用下會發(fā)生一些變化，如電致伸縮、受激布里淵散射、受激拉曼散射等。激光作用于生物體組織引發(fā)生物組織變化稱之為激光生物電磁場效應(yīng)。 第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)生物電磁場效應(yīng)49激光/許本芳激光是電磁波，而生物體作為介質(zhì)具有電導(dǎo)和電容，在激光電場作用當(dāng)激光照射生物組織時，不是對生物組織直接造成不可逆性的損傷，而只是產(chǎn)生某 種與超聲波、針刺、針灸和熱的物理因子所獲得的與生物刺激作用相類似的效應(yīng)， 成

30、為激光生物刺激效應(yīng)。這種生物效應(yīng)是低功率激光作用的結(jié)果，無法用前述的作 用來解釋。我們把產(chǎn)生生物刺激效應(yīng)的激光也叫做“弱激光”。當(dāng)用弱激光照射生物體時，激 光是一種刺激源。生物體對這種刺激的應(yīng)答反應(yīng)可能是興奮，也可能是抑制。 第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)生物刺激效應(yīng)（一）50激光/許本芳當(dāng)激光照射生物組織時，不是對生物組織直接造成不可逆性的損傷，激光的生物效應(yīng)可作用于生物體不同層次： 超短脈沖激光：作用于蛋白質(zhì)可引發(fā)光生化反應(yīng)，改變酶的活性、定向催化而不 損傷活細(xì)胞。 氬離子激光：可損傷染色體，紅寶石激光會抑制DNA表達(dá)；前蘇聯(lián)學(xué)者. 提出弱激光可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成。 激光

31、可引起膠凝，破壞細(xì)胞核，損傷線粒體；而前蘇聯(lián)學(xué)者.提 出，氦氖激光被膜受體吸收后可使細(xì)胞光致敏化，產(chǎn)生活化效應(yīng)，提高蛋白質(zhì)合 成系統(tǒng)活性，增加有絲分裂。 氦氖激光和脈沖紅寶石激光對某些細(xì)菌生長有影響：能量小時有促進(jìn)作用，能量 大時有抑制作用。 紅寶石激光弱強度照射可提高白細(xì)胞噬菌功能，CO2激光輻照腰間穴位使細(xì)胞數(shù) 增加等。激光的生物效應(yīng)及其機理有待研究。目前已應(yīng)用醫(yī)學(xué)的有激光治療腫瘤、治療眼疾 病、治療動脈血栓、血管成形、激光吻合術(shù)、激光外科整形等。 第四章 激光的效應(yīng)第五節(jié) 激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)生物刺激效應(yīng)（二）51激光/許本芳激光的生物效應(yīng)可作用于生物體不同層次：第四章 激光的效應(yīng)

32、第五第一節(jié) 激光器分類第五章 常見激光器工作物質(zhì)： 氣體激光介質(zhì)是氣體，如：CO2, He-Ne（氦氖）, Argon（氬）。 液體激光介質(zhì)是液體，如染料激光。 固體激光介質(zhì)是固體，如：釹：釔鋁石榴石、紅寶石、紫 翠石、 鉺、鈥。 半導(dǎo)體激光器等如：GaAs砷化鎵。激勵方式： 電激勵、光激勵、熱激勵、化學(xué)激勵激光器等。工作方式： 連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)波、脈沖、鎖膜、調(diào)激光器等。激光波長： 紅外、紫外、可見光、射線激光器等。52激光/許本芳第一節(jié) 激光器分類第五章 常見激光器工作物質(zhì)：54激光/許本第二節(jié) 激光器類型總匯圖x-rayscosmic rays電視和收音機策波準(zhǔn)分子氬倍頻染料紅寶石翠綠寶石

33、Nd:YAG鉺:YAGCO2190 - 390488 - 514532577-6307556941064294010600紫外的可見的紅外線400 nm700 nm鈥2100第五章 常見激光器53激光/許本芳第二節(jié) 激光器類型總匯圖x-rays電視和收準(zhǔn)分子氬倍頻染料第三節(jié) 常見激光器及其特性第五章 常見激光器54激光/許本芳第三節(jié) 常見激光器及其特性第五章 常見激光器56激光/許本芳第五章 常見激光器第四節(jié) 常見激光器及其特性55激光/許本芳第五章 常見激光器第四節(jié) 常見激光器及其特性57激光/許本芳第一節(jié) 激光醫(yī)學(xué)美容史1963年，Goldman L開始將紅寶石激光應(yīng)用于良性皮膚損害和紋身

34、治療并取得成功，開創(chuàng)了激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用的先河。20世紀(jì)80年代，相續(xù)出現(xiàn)了鉺激光、準(zhǔn)分子激光以及不斷完美的CO2激光和脈沖染料激光新技術(shù)已經(jīng)比較成熟地用于研究，診治疾病和皮膚美容治療。20世紀(jì)90年代中、后期，美國、以色列、英國、德國的先進(jìn)成套的激光美容儀迅速涌進(jìn)國內(nèi)。第六章 激光設(shè)備與美容56激光/許本芳第一節(jié) 激光醫(yī)學(xué)美容史1963年，Goldman L開始將紅第二節(jié) 激光美容分類激光去除面部皮膚各種色素，如黑色素(痣與紋身)、 紅色素(血管瘤)。激光去除痣、疣、丘疹、贅生物良性瘤等皮膚瑕疵。激光永久脫除多余體毛。激光去除面部皺紋。用激光刀替代手術(shù)刀開展精細(xì)、微創(chuàng)、無血的整形手。第六章 激光設(shè)

35、備與美容57激光/許本芳第二節(jié) 激光美容分類激光去除面部皮膚各種色素，如黑色素(痣與第三節(jié) 光斑大小與治療深度（一）治療深度受光斑大小的影響，散射是主要要考慮的因素第六章 激光設(shè)備與美容大光斑： 由于散射光子被“聚合”在一起 治療深度提高 治療速度增快小光斑： 由于散射光子大量“丟失” 治療深度淺58激光/許本芳第三節(jié) 光斑大小與治療深度（一）治療深度受光斑大小的影響，散第三節(jié) 光斑大小與治療深度（二）第六章 激光設(shè)備與美容59激光/許本芳第三節(jié) 光斑大小與治療深度（二）第六章 激光設(shè)備與美容61激第四節(jié) 光束散射效果和治療深度3mm光斑10mm光斑皮膚深度第六章 激光設(shè)備與美容60激光/許本

36、芳第四節(jié) 光束散射效果和治療深度3mm光斑10mm光斑皮膚深第五節(jié) 能量大小與治療深度51020第六章 激光設(shè)備與美容61激光/許本芳第五節(jié) 能量大小與治療深度51020第六章 激光設(shè)備與美容6第六節(jié) 激光波長與穿透深度第六章 激光設(shè)備與美容62激光/許本芳第六節(jié) 激光波長與穿透深度第六章 激光設(shè)備與美容64激光/許第七節(jié) 激光波長對應(yīng)不同的目標(biāo)靶基第六章 激光設(shè)備與美容63激光/許本芳第七節(jié) 激光波長對應(yīng)不同的目標(biāo)靶基第六章 激光設(shè)備與美容65第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療弱激光激光治療分為弱激光治療、強激光治療、光動力學(xué)治療三種。弱激光治療：通常利用弱激光的生物刺激用于理療和針灸治

37、療。 激光治療：激光理療的生理作用可因激光波長不同而不同。 * 紅外線波長：如散焦CO2激光和Nd-YAG激光、砷化鎵激光的主要作用是溫度效應(yīng)，用于改 善局部血液循環(huán)及組織營養(yǎng)、促進(jìn)炎癥吸收及肉芽和上皮生長；如慢性潰瘍、 凍瘡、寒冷性多形紅斑等。 * 可見光波長：如He-Ne激光、He-Cd激光及Ar激光有提高機體免疫功能及白細(xì)胞吞噬功能、 鎮(zhèn)痛及促進(jìn)傷口愈合等作用，用于治療帶狀皰疹、單純皰疹、斑禿、白癜風(fēng)等。 * 紫外線波長（短于400nm）：小劑量時可增強RNA和DNA活性，促進(jìn)創(chuàng)口愈合； 中等劑量則抑制其活性，故用于治療增殖性皮膚??； 大劑量可使RNA和DNA失活甚至細(xì)胞死亡，故用于清創(chuàng)

38、殺菌。 激光理療通常應(yīng)遵循小劑量和短療程原則。 激光針灸：用He-Ne激光或N2激光、Ar+激光束作光針，用散焦CO2激光或砷化鎵激光、 Nd:YAG激光作光灸照射穴位治療多種疾病，具有無痛、無菌、安全等特點；選穴 原則、療程及適應(yīng)癥與傳統(tǒng)針灸相同。64激光/許本芳第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療弱激光激光治療分為第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光一 強激光治療的主要生物效應(yīng)為熱效應(yīng)，在一定溫度和時間的聯(lián)合作用下，激光熱能可以導(dǎo)致組織細(xì)胞變性、凝固和汽化，因而治療大體上分為凝固和汽化兩類。凝固時組織吸收的能量密度較低，溫度超過60可以使蛋白質(zhì)凝固變性、組織喪失生 理功能，止血及

39、融合（血管、神經(jīng)、輸卵管吻合）亦是凝固的結(jié)果，只是破壞程度較 輕。汽化時組織吸收的能量密度較高，溫度達(dá)200以上時，組織中的水分被瞬間汽 化而發(fā)生爆炸變成氣體，切割時汽化作用的應(yīng)用。凝華（放熱）升華（吸熱）65激光/許本芳第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光一 第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光二通常臨床上將強激光分為連續(xù)、半（準(zhǔn)）連續(xù)波激光和脈沖激光。 連續(xù)、半（準(zhǔn)）連續(xù)波激光： 大多數(shù)普通制式連續(xù)、半連續(xù)波激光如CO2激光、Nd:YAG激光、氬激光、銅蒸汽 激光和溴化銅激光等，其熱效應(yīng)是非特異性的、無選擇的，尤其是激光與組織作用 的時間沒有得到有效控制，使病變組織吸收的熱

40、能有足夠時間擴散至周圍正常組織 中，造成不必要的熱損傷；因此連續(xù)、半連續(xù)波激光治療時較難避免術(shù)后瘢痕形成。連續(xù)激光準(zhǔn)脈沖激光Power功率Time時間66激光/許本芳第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光二通常臨床上第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光三 脈沖激光：脈沖激光的治療原理是利用組織中的靶色基如血管中的氧合血紅蛋白、黑素小體、染 料顆粒等優(yōu)先吸收某一波長激光能量而導(dǎo)致熱損傷，同時通過調(diào)Q鎖膜技術(shù)及頻率轉(zhuǎn) 換技術(shù)，大大縮短激光與組織的作用時間，有效避免激光熱能彌散對正常組織造成熱 損傷，這種原理稱選擇性光熱分解。 * 脈沖激光根據(jù)脈寬時間分為長脈沖激光和短脈沖激光。 長脈

41、沖激光：脈寬時間為毫秒級，如翠綠寶石激光、半導(dǎo)體激光、染料激光、超脈沖CO2激 光、鉺激光等，可選擇性治療多毛、血管增生性病變和磨皮術(shù)。 短脈沖激光：亦稱Q開關(guān)激光，其脈寬時間為納秒級，如Q開關(guān)紅寶石激光、Q開關(guān)Nd:YAG 激光、Q開關(guān)翠綠寶石激光，可選擇性治療色素性疾病。 目前這類激光已廣泛用于臨床，尤其對太田痣、雀斑、某些咖啡斑等色素增生病變、各種紋刺的清除和脫毛治愈率很高，但對血管增生性病變?nèi)珲r紅斑痣、血管瘤、血管擴張治愈率相對較低。脈沖激光Power功率Time/時間67激光/許本芳第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光三 第六章 激光設(shè)備與美容第八節(jié) 激光治療強激光二激光光動力學(xué)治療：激光光動力學(xué)療法是光敏治療的一種，有分子氧參與的光敏反 應(yīng)稱為動力學(xué)治療（FDT），用激光作為光動力學(xué)療法的光源 稱激光FDT。 臨床常用的光敏劑主要有血卟啉衍生物HpD、5-氨基酮戊（wu勿）酸（5-ALA）、苯卟啉衍生物（BPB）、間四羥（qiang搶）基苯二氫卟吩和酞菁類。光敏劑易滯留于腫瘤組織內(nèi)，被注射后，用620-640nm波長的激光照射腫瘤組織激活光敏劑，處于激發(fā)態(tài)的光敏劑可將能量共振轉(zhuǎn)移給周圍環(huán)境中存在的分子氧，使之變成活性很強的單態(tài)氧，而單態(tài)氧可與組