激光醫(yī)學生工0921課件

第二章激光與生物組織相互作用機理(MechanismofLaserBiologicalAction)授課教師趙箭光（1020301）第一節(jié)激光基礎一、光的發(fā)射與吸收二、激光振蕩三、激光諧振腔四、激光模式與特性一、光的發(fā)射與吸收描述光波的物理量波長的單位常用表示可見光波長范圍：光的粒子性光子的能量原子的能級：分裂的原子的能量值原子的躍遷：原子從一個能級躍遷到另一個能級的過程原子的平均壽命：原子在某激發(fā)態(tài)停留時間的平均值一般為；——亞穩(wěn)態(tài)三種類型的躍遷：粒子能級之間的躍遷輻射躍遷無輻射躍遷1.自發(fā)輻射:處于較高能級的粒子，會自發(fā)地向低能級躍遷同時釋放出光子的過程2.受激吸收：方式：光照射、電子碰撞等必要條件：而實現(xiàn)由低能級向高能級躍遷的過程一粒子吸收一個能量為的光子二、激光振蕩(一)粒子數(shù)按能級的分布條件：熱平衡狀態(tài)下1.玻耳茲曼分布:單位體積內上能級E2的粒子數(shù)單位體積內下能級E1的粒子數(shù)常溫下(296K

)氫原子2.粒子數(shù)在能級上的反轉分布：條件：外界輸入能量（稱為激勵或泵浦），激活介質處于粒子數(shù)反轉狀態(tài)的物質使物質處于非熱平衡狀態(tài)下(三)振蕩閾值閾值：工作物質諧振腔三、激光諧振腔激光產生的條件激活介質光學諧振腔工作物質激勵裝置激光束諧振腔部分反射鏡全反射鏡激勵裝置：向工作物質提供能量，把粒子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)激勵方式光激勵：用強光照射，如氪燈、氙燈；或用激光照射氣體放電激勵：電流激勵：放電管中，高電壓作用使受激輻射光放大過程能在有限長度的工作物質中持續(xù)進行選頻作用，提高激光器的相干性對輸出激光的方向性給予限定光學諧振腔的主要作用Q值：光學諧振腔的品質因素。四、激光模式與特性光學諧振腔的模式：電磁場在腔中的振蕩方式；或者說，在腔內穩(wěn)定存在的光波場空間分布光波場空間分布可分解為沿腔軸方向的分布和在垂直于腔軸方向的橫截面內的分布諧振條件：縱模用正整數(shù)標志，表示在縱向光場通過零值的次數(shù)或表示在光腔長度L內包含的半波數(shù)激活介質所發(fā)射的譜線的線寬范圍激光器輸出的頻率個數(shù)N在⊿ν區(qū)間中，可以存在的縱模個數(shù)為要想減少輸出縱模的個數(shù)，可采取一些措施。例如，短腔法選縱模。利用縮短腔長L來加大縱模頻率間隔的方法L2a橫模的形成激光橫模變換演示儀在實際應用中，希望激光的橫向光強分布越均勻越好，而不希望出現(xiàn)高階模。選模的方法：例如，1.調節(jié)反射鏡；2.在腔內（或腔外）放一小孔，只讓TEM00模通過，抑制其他高階模的產生。

納米孔徑激光器出射光場分布光束的發(fā)散角：設光源向某方向發(fā)射一束光為圓錐形，則過圓錐軸線所在平面與圓錐面的兩條交線的夾角。以表示的單位：弧度(三)激光特性1.激光束比普通光束方向性好單橫模激光束的發(fā)散角最小，He-Ne氣體激光器，例：固體激光器的發(fā)散角在弧度量級半導體激光器的發(fā)散角在弧度量級對多橫模激光束，不同模式的光場是非相干的，發(fā)散角加大。光學諧振腔激光束方向性好的原因受激輻射激光束經(jīng)聚焦可形成微米級的微光束。影響激光束方向性的因素光腔類型和腔長工作物質的類型和均勻性激勵方式光腔的加工和調整誤差單色性激光比普通光單色性好氪燈氦氖激光器譜線寬度波長光源2.激光單色性好光學諧振腔激光束單色性好的原因受激輻射光的生物效應與光的波長密切相關影響激光束單色性的因素2.頻率穩(wěn)定性1.選模技術（單模）（溫度、振動、氣流等）3.激光比普通光的相干性好相干時間光的相干性光的時間相干性光的空間相干性相干長度激光的空間相干性與橫模有關單橫模具有最好的方向性氪燈單模穩(wěn)頻氦氖激光器相干長度光源激光的時間相干性與縱模有關太陽的發(fā)光亮度約為激光器相應的發(fā)光亮度約為4.激光比普通光源亮度高光輻射能量：表示光束做功本領的大小。光輻射功率：以E表示，單位：J單位時間內所發(fā)射或傳播的光輻射能以P表示單位：W、mW光的能量密度：光的功率密度：以D表示單位：以I表示單位：D激光的物理劑量立體角：的單位：球面度（sr）以表示球面被該角截取的面積A除以半徑r的平方整個球面對球心所張立體角光輻射亮度：以B表示光源在其單位表面積上向某個方向的單位立體角內所輻射的光功率。B的單位：沿該方向的立體角激光比普通光強度大強度：被光輻照處的光強度