激光及其在生物医学中的运用讲稿.ppt

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1、关于激光及其在生物医学中的运用第一页，讲稿共五十七页哦 重点掌握激光形成的原理;确切理解激光关键参数的物理意义;了解典型的激光生物效应和在医学检查、治疗中的典型应用.第二页，讲稿共五十七页哦第三页，讲稿共五十七页哦第四页，讲稿共五十七页哦 物质由原子(或分子、离子)组成,原子具有一系列分立的运动状态,相应地有一系列分立的不连续的能量值,称为,其中最低能级状态称为.光与物质相互作用有三个不同的基本过程,即自发辐射、受激辐射及受激吸收（简称为吸收）.第五页，讲稿共五十七页哦2E1E前后h 若处于E2能级的原子密度为N2,则自发辐射过程可表示为tNANdd2212第六页，讲稿共五十七页哦由此可得 t

2、tAeNeNtN0022221式中A21是自发辐射系数第七页，讲稿共五十七页哦 tNBNdd1211式中B12是吸收系数2E1E第八页，讲稿共五十七页哦 tNBNdd2212式中B21是受激辐射系数2E1E第九页，讲稿共五十七页哦2112BB2133218BchA第十页，讲稿共五十七页哦 物质系统在一个入射光子作用下,引起大量处于高能级的粒子产生受激发射,产生出大量特征完全相同光子的现象称为.第十一页，讲稿共五十七页哦 单位时间内吸收的光能量为 由于受激发射产生的光能量为 所以产生的净光能量是hNB112hNB221hNNB12（这里B=B12=B21）第十二页，讲稿共五十七页哦 取物质横截面

3、积为S,通过dz厚度后,在单位体积和单位时间产生的净光能量表示为hBNNtZSE12dddzOI0dzII+dI第十三页，讲稿共五十七页哦利用光强与光能量的关系cZStEZtSEIdddddd因而上式写成BhcNNZI1dd12带入,得到2212128ddAcINNZI第十四页，讲稿共五十七页哦若令2212128AcINN积分得到ZeII0称为物质的增益系数kTEeN11kTEeN22k是玻耳兹曼常数;T是热力学温度.第十五页，讲稿共五十七页哦 由上式看到,在通常情况下N2N1的粒子数分布叫.所以,只有在粒子反转的特定条件下,才能实现光放大.将实现粒子数反转的物质叫做.第十七页，讲稿共五十七页

4、哦 能够稳定实现来回光反馈的装置称为.M1M2第十八页，讲稿共五十七页哦 要产生激光振荡,必须满足一定条件,称之为.有如下阈值条件211lnrrL 式中L为谐振腔的长度,r1、r2是两反射镜的光强反射率.第十九页，讲稿共五十七页哦O z L第二十页，讲稿共五十七页哦腔内允许存在的波长和频率为nLNcNnLNN22 通常将由整数N所表征的腔内纵向场分布称为.第二十一页，讲稿共五十七页哦nLc2 普通Ne放电管中光波的中心频率0=4.741014Hz,线宽 ,在谐振腔中实际存在频率的范围为Hz105.19D145145101075.074.42101075.074.4nLNc相邻两个纵模之间的频率

5、间隔为第二十二页，讲稿共五十七页哦 激光束在横截面上光强的分布常成一系列有规则的图样,这种稳定分布的图样,称为.TEM00称为基横模,TEM10,TEM11称为.一种稳定的横向光场分布对应一个横模.第二十三页，讲稿共五十七页哦 激励装置也称泵浦源,是指向工作物质供给能量的能源.电子注入光学泵浦气体放电泵浦离子束泵浦化学泵浦第二十四页，讲稿共五十七页哦第二十五页，讲稿共五十七页哦ZeII0代表增益系数分贝(dB)频率为 的光强 随z变化的规律,可用下式表示.)(I第二十六页，讲稿共五十七页哦 在受激辐射产生后,要经历各种损耗,如工作物质的内部吸收、衍射、散射,以及腔壁、腔面的各种损耗,此外还要向

6、外输出激光.激光器的总损耗等于上述各项损耗之和.第二十七页，讲稿共五十七页哦 在刚好进入振荡状态时,即增益等于总损耗时的激光器状态,称为阈值状态.这时泵浦源提供给激光材料的能量、功率、电流,就称为阈值能量、阈值功率、阈值电流.第二十八页，讲稿共五十七页哦在方形脉冲的情况下P平均=P峰值脉冲宽度重复第二十九页，讲稿共五十七页哦光-光效率,这是指在光学泵浦时,输出的激光与工作物质所接收到的光能之比;电-光效率,通常是指输出激光功率与输给泵浦源的总电功率之比;量子效率,是指工作物质所产生的激光光子能量与泵浦的光子能量之比;斜率效率,是指在阈值之后,输出激光功率增量与泵浦源功率增量之比.第三十页，讲稿

7、共五十七页哦 激光模式或称激光波型.从光的波动观点看,模式是指电磁波的某种型式,实际上就是能够存在于激光腔中的各种形式的驻波;从光的粒子观点看,模式代表了可以相互区分的光子态.第三十一页，讲稿共五十七页哦 一个光源发射的光所包含的波长范围越窄,那么它的颜色就越单纯,即光源的单色性好.激光是世界上发光颜色最单纯的光源.第三十二页，讲稿共五十七页哦 高亮度是激光器最突出的优点.光源单色亮度L2SPLP为光功率,为光辐射的频谱宽度,为光束发散角.第三十三页，讲稿共五十七页哦 激光的谱宽比普通光源小得多,因此激光的相干性要比普通光源高得多.激光器能在极短的时间(如10-12,10-15s)内,可以产生

8、极高的峰值功率.第三十四页，讲稿共五十七页哦第三十五页，讲稿共五十七页哦 一般讲,固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特点.第三十六页，讲稿共五十七页哦 气体激光器具有结构简单、造价低、操作方便;工作介质均匀,光束质量好;以及能长时间较稳定地连续工作的优点.第三十七页，讲稿共五十七页哦 常用的是染料激光器,采用有机染料作为工作介质.第三十八页，讲稿共五十七页哦第三十九页，讲稿共五十七页哦 生物组织因受激光照射而出现的各种应答性反应、效果或变化称之为激光的生物效应.第四十页，讲稿共五十七页哦 生物组织在激光照射下吸收光能转化为热能,温度升高,这即是光热作用.第四十一页，讲稿共五十七

9、页哦 激光照射生物组织,可直接或间接产生对组织的压强称为,也称为.第四十二页，讲稿共五十七页哦 生物大分子吸收激光光子的能量,因激活而引起生物组织内一系列的化学作用.第四十三页，讲稿共五十七页哦只有被分子吸收了的光子才能引起光化反应.在光化反应中,每个分子只吸收一个单色光的光子而成为光化激活分子.第四十四页，讲稿共五十七页哦 激光是一种高能量的电磁波,伴随着激光的出现必然产生一个电磁场.激光对生物组织的作用就是电磁场对生物组织的作用,一般认为这一作用主要是电场所致.第四十五页，讲稿共五十七页哦 光致激活作用主要通过弱激光实现.弱激光对生物过程、对神经、通过体液或神经-体液而对全身、对机体免疫功

10、能等都有刺激作用.第四十六页，讲稿共五十七页哦 在利用激光进行医疗时,要特别注意影响激光与生物组织相互作用的两方面因素:要明确所采用的激光器的性能参数生物组织的性质第四十七页，讲稿共五十七页哦设激光的发散角为,光斑的直径为d,透镜的焦距为f,则2tan2,2tan2fdfd因为很小,所以fd 22dff第四十八页，讲稿共五十七页哦假定输出激光的功率为P,那么光斑的功率密度为2244fPdPSPE第四十九页，讲稿共五十七页哦例如,P=103W,f=20mm,=10-3rad,光斑的面积和功率密度为26223cm104.3cm1024S28263cmW103cmW104.310E这时光斑的直径约为20um.第五十页，讲稿共五十七页哦激光莱曼光谱技术激光荧光光谱技术激光原子吸收光谱技术激光微区光谱技术第五十一页，讲稿共五十七页哦第五十二页，讲稿共五十七页哦第五十三页，讲稿共五十七页哦第五十四页，讲稿共五十七页哦热凝激光切除激光打空热致膨胀激光剥离第五十五页，讲稿共五十七页哦第五十六页，讲稿共五十七页哦感谢大家观看第五十七页，讲稿共五十七页哦