光的輻射最后稿

2023/3/151

Nicetomeetyou

againTheradiationoflightChaptereight光的輻射2023/3/153

第五節(jié)激光2023/3/154激光燈管激光前言2023/3/155前言2023/3/156

激光（LASER

）是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后人類的又一重大發(fā)明，是科學技術(shù)發(fā)展史上的“奇葩”。被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的亮度約為太陽光的100億倍。受激輻射的原理是愛因斯坦1917年提出的。世界上第一臺激光器—紅寶石激光器是美國休斯實驗室的梅曼博士在1960年研制成功的，隨后各種激光器應(yīng)運而生，并迅速應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。1961年美國利用紅寶石激光器對剝離的視網(wǎng)膜進行了焊接，從而拉開了激光用于生物學和醫(yī)學的序幕。二十世紀80年代則形成了一門新興交叉學科—激光醫(yī)學。前言2023/3/157（1）粒子的能級與平均壽命

基態(tài)(groundstate)：是指粒子處在最低的能態(tài)或能級。激發(fā)態(tài)(excitedstate)

：基態(tài)以外的所有能態(tài)或能級。平均壽命(meanlifetime)：大量粒子在某激發(fā)態(tài)停留時間的平均值。一般在亞穩(wěn)態(tài)（metastablestate):某些平均壽命較長，在在在的激發(fā)態(tài)，是一種特殊激發(fā)態(tài)。1.粒子的能級與輻射躍遷一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/158（2）粒子能級之間的躍遷

光輻射或輻射躍遷（radiationtransition)；非光輻射或無輻射躍遷(radiationlesstransition)。與激光發(fā)射有關(guān)的輻射躍遷包括三種基本過程:受激吸收、自發(fā)輻射與受激輻射。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/159吸收后。.吸收前.受激吸收.發(fā)光前.。發(fā)光后自發(fā)輻射普通光源發(fā)光的產(chǎn)生機制。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1510

..。發(fā)光前

發(fā)光后

受激輻射光放大受激輻射光子與外來“誘發(fā)”光子的頻率、偏振方向、相位及傳播方向均相同---光被放大了。一、激光的產(chǎn)生機制受激輻射2023/3/1511(1)玻爾茲曼分布:系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)時，處在越高能級的粒子數(shù)越少。2.玻耳茲曼分布和粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1512粒子數(shù)的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布...............。。。。。存在亞穩(wěn)態(tài)能級的物質(zhì)能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這種物質(zhì)稱為工作物質(zhì)。亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)(10-8S)(10-3S）(2)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布(PopulationInversion)一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1513（1）要求介質(zhì)有適當?shù)哪芗壗Y(jié)構(gòu)，即有兩個以上與反轉(zhuǎn)分布有關(guān)且有亞穩(wěn)態(tài)的能級結(jié)構(gòu)，這種能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)稱為激活介質(zhì)（activemedium)。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布需要兩個條件：（2）要求有外界能源供給能量，使正常分布下處于低能態(tài)的大量粒子盡快被激發(fā)或抽運到較高能態(tài)上去。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1514.....激光光束全反射鏡部分透光反射鏡3.光學諧振腔(opticalresonantcavity)

實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)盡管能對光進行放大，但還不能得到激光。使受激輻射在有限體積的激活介質(zhì)中能持續(xù)進行，光可被反復(fù)放大形成穩(wěn)定振蕩的裝置稱為光學諧振腔。經(jīng)光學諧振腔輸出的光才是激光。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1515產(chǎn)生激光的條件：（1）實現(xiàn)激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生激光的必

要條件。（2）具備滿足閾值條件的光學諧振腔是產(chǎn)生激光的充

分條件。激光器:產(chǎn)生激光的裝置。4.激光器的組成一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1516激光器的組成：工作物質(zhì)、激勵裝置與光學諧振腔。(1)工作物質(zhì)包括激活介質(zhì)與一些輔助物質(zhì)。激活介質(zhì)內(nèi)激活粒子的能級中參與受激輻射，即與出現(xiàn)反轉(zhuǎn)分布有關(guān)的能級稱為工作能級。一般以工作能級的多少將激活介質(zhì)分為“三能級”與“四能級”系統(tǒng)。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1517一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1518一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1519E1(基)E2(亞)10-3sE3(10-8s)三能級系統(tǒng)四能級系統(tǒng)E1(基)E3(亞)10-3sE4(10-8s)E2(10-8s)激勵激勵自發(fā)自發(fā)自發(fā)受激hh受激一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1520由于受激輻射下能級是基態(tài)，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)分布很難,為此激勵能源必須很強，轉(zhuǎn)換效率也很低。這是三能級系統(tǒng)的顯著缺點，不宜做連續(xù)輸出。

Nd:YAG、He-Ne和

等激光器的激活介質(zhì)均屬此類。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1521一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/1522(2)激勵裝置（泵浦源）激勵裝置的作用就是向工作物質(zhì)提供能量，使激活介質(zhì)中的粒子被抽運到高能態(tài)上以便實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。(3)光學諧振腔

產(chǎn)生和維持光振蕩、確定激光方向、選頻、選偏振。一、激光的產(chǎn)生機制2023/3/15231.方向性好2.亮度高、強度大3.單色性好4.相干性好5.偏振性好二、激光的特性2023/3/1524二、激光的特性2023/3/15251.熱作用2.機械作用3.光化作用4.電磁場作用5.生物刺激作用

臨床應(yīng)用上，強激光主要表現(xiàn)為機械作用、電磁場作用和光化作用；弱激光主要表現(xiàn)為生物刺激作用與光化作用。

三、激光的生物作用2023/3/1526(1)激光對生物分子的作用與效應(yīng)(2)激光對細胞的作用與效應(yīng)(3)激光對組織的作用與效應(yīng)1.激光對生物分子、細胞、組織的作用與效應(yīng)四、激光的醫(yī)學應(yīng)用2023/3/1527（2）激光流式細胞計（3）激光拉蔓光譜技術(shù)（4）激光多普勒技術(shù)（1）激光微光束技術(shù)（5）激光全息顯微技術(shù)（6）激光掃描共聚焦顯微鏡2.用于基礎(chǔ)醫(yī)學研究的激光技術(shù)四、激光的醫(yī)學應(yīng)用2023/3/1528（1）激光診斷方法

激光光譜分析法;激光干涉分析法;激光散射分析法;激光衍射分析法;激光透射分析法;激光偏振法;其他激光分析法。3.激光的臨床應(yīng)用四、激光的醫(yī)學應(yīng)用2023/3/1529（2）激光治療方法

激光手術(shù)治療弱激光治療激光光動力學療法激光內(nèi)鏡術(shù)治療四、激光的醫(yī)學應(yīng)用2023/3/1530按工作物質(zhì)分類：固體、氣體、液體、半導(dǎo)體和自由電子。按發(fā)光粒子分類：原子、分子、離子、準分子。按輸出方式分類：連續(xù)、脈沖。4.醫(yī)用激光器激光治療機：激光器、與之耦接的導(dǎo)光系統(tǒng)以及支架、排煙裝置等輔助設(shè)備構(gòu)成。四、激光的醫(yī)學應(yīng)用2023/3/1531（1）直接危害。即超閾值的激光照射將對眼睛、皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)以及內(nèi)臟造成損傷。（2）與激光器有關(guān)的危害。即電損傷、污染物、噪聲、軟x射線以及泵或管的爆裂等。

安全措施：（1）