激光光子基礎(chǔ)知識

激光光子基礎(chǔ)知識第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日單色性MONOCHROMATIC激光是受激輻射的產(chǎn)物，光子的躍遷往往發(fā)生在固定的兩個(gè)能級之間，其頻率發(fā)布非常窄，因而具有非常好的單色性，即色度很純，這是自然光無法達(dá)到的。普通光激光第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日準(zhǔn)直性COLLIMATION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。激光發(fā)射后發(fā)散角非常小，激光射出20公里，光斑直徑只有20——30厘米，激光射到38萬公里的月球上，其光斑直徑還不到2公里。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日高能量在諧振腔的選擇作用下，激光光束的發(fā)散角很小，光束能量高度集中，因而方向性極強(qiáng)，激光光源表面亮度很高，被照射面上光強(qiáng)度很大。據(jù)研究，電燈的亮度約為5x106cd(坎德拉）/m2，太陽的發(fā)光亮度約為1.65x109cd（坎德拉）/m2.,而激光的亮度為4x1013cd（坎德拉）/m2第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日相干性COHERENCE激光是一種相干光，具有極強(qiáng)的空間相干性及時(shí)間相干性，空間相干性是指從激光光源不同空間位點(diǎn)發(fā)出的光位相差不變，方向與波長也一致；時(shí)間相干性是指激光光源同一空間位點(diǎn)不同時(shí)間發(fā)射出的光也有固定的位相差。與激光相對應(yīng)強(qiáng)脈沖光則是一種非相干光。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日光子與激光的對比光子寬光譜大光斑方向性差能量柔和激光單光譜小光斑方向性好能量集中第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日光子產(chǎn)生的基本原理Reflector反光片LinearXenonFlashlamp線性氙閃光燈FluorescenceFilterCoating熒光濾光片LightGuide導(dǎo)光晶體第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光產(chǎn)生的基本原理激光作為光學(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(gè)條件：工作物質(zhì)

激勵(lì)源

諧振腔部分反射鏡激勵(lì)源

全反射鏡激光輸出工作物質(zhì)

光學(xué)諧振腔

L

工作物質(zhì)在激勵(lì)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)、相位一致的光－－激光第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光器的分類固體激光：Nd:YAG激光（1064），紅寶石激光（694），翠綠寶石激光（755）,鉺激光（2940）,氣體激光：CO2激光（10600），準(zhǔn)分子激光（193/308），氬激光（532)液體激光：染料激光（585/595）化學(xué)激光半導(dǎo)體激光砷化鎵(GaAs)810第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光類型 波長 顏色 臨床應(yīng)用 CO2 10.6微米 紅外 皮膚磨削 Erbium 2.9微米 紅外 皮膚磨削Nd:YAG 1.06微米 紅外 紋身，色素類皮膚病Alexandrite 0.755微米 深紅 紋身，色素類皮膚病

毛發(fā)去除Ruby 0.694微米 紅 紋身，色素類皮膚病

毛發(fā)去除Pulseddyelaser 0.585微米 黃 血管類皮膚病Freq.doubledNd:YAG0.532微米 綠 血管及色素類皮膚病激光的種類和波長第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光的種類x-rayscosmicraysMicrowavesTVandradiowavesExcimer準(zhǔn)分子Argon氬激光KTP倍頻Dye染料激光Ruby紅寶石激光翠綠寶石AlexandriteNd:YAG摻釹釔鋁石榴石Er:YAG摻鉺釔鋁石榴石二氧化碳CO2190-390488-514532577-6307556941064294010600UVVISIBLEINFRARED400nm700nmHolmium鈥激光2100第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光光子常用指標(biāo)及其臨床意義波長：nm，決定激光光子與組織相互作用的性質(zhì)；能量密度：J/cm2,mj/p，單位面積上的能量大小；脈寬：nsns(10-9)/ms(10-3),脈沖光作用到皮膚上的時(shí)間；脈沖延遲：ms,兩個(gè)相鄰子脈沖之間的時(shí)間間隔；光斑大?。篶m2，激光光子在正常聚焦?fàn)顟B(tài)下的照射范圍；功率：W，激光光子在單位時(shí)間內(nèi)輸出的能量，1W=1J/S；色基：組織中能吸收一定波長光的生物分子，皮膚中最重要的色基為血紅蛋白、黑色素、水;熱弛豫時(shí)間（TRT

）：指色基吸收激光能量后，溫度下降50％所需要的時(shí)間，一般而言，色基體積或直徑越大，熱弛豫時(shí)間越長;重復(fù)頻率：脈沖激光光子單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)目。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日穿透深度的要素—波長第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日穿透深度的要素—光斑在同樣的波長和頻率下，光斑越大，穿透越深第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光發(fā)射的形式連續(xù)式激光：能量的輸出是連續(xù)的，這類激光對靶色基的選擇性不強(qiáng)，二氧化碳激光、氬離子激光、氦氖激光等；脈沖式激光：能量以脈沖方式輸出，脈寬較短，一般在納秒（ns）與毫秒級（ms）級，這類激光以選擇性光熱作用理論為基礎(chǔ)，對靶色基具有高度選擇性，脈沖光子的作用機(jī)制與該激光相近。連續(xù)式脈沖式第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

光束直徑激光束吸收長度組織吸收特性穿透特性激光光子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(gè)比較復(fù)雜的生物學(xué)過程，與激光的波長、能量以及皮膚組織本身的特性都有密切關(guān)系。方式：反射、散射、透射、吸收第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)--熱效應(yīng)一般而言，激光的熱效應(yīng)與組織達(dá)到的溫度和照射時(shí)間均有密切的聯(lián)系，組織在數(shù)毫秒內(nèi)溫度驟升200－1000℃，當(dāng)皮膚溫度達(dá)到43－45℃時(shí)，皮膚會(huì)出現(xiàn)潮紅；45℃時(shí)皮膚出現(xiàn)痛覺；47－48℃時(shí)可能出現(xiàn)水泡；55－65℃出現(xiàn)凝固性壞死；100℃出現(xiàn)組織氣化；300－400℃組織發(fā)生炭化，進(jìn)而燃燒、氣化。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)--其他效應(yīng)光機(jī)械作用：調(diào)Q激光對黑素小體及黑素細(xì)胞的破壞作用主要依靠光機(jī)械作用（當(dāng)高能量密度的激光束照射于皮膚表面后，迅速產(chǎn)生大量熱能，溫度驟然升高，導(dǎo)致產(chǎn)生達(dá)到數(shù)十到數(shù)百個(gè)大氣壓的沖擊波這種沖擊波可以起到破壞黑素小體所在的黑素細(xì)胞的作用）；光化學(xué)效應(yīng)：光動(dòng)力學(xué)療法；電磁場效應(yīng)生物刺激作用：低功率激光照射；等離子體。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日激光對皮膚組織的生物學(xué)效應(yīng)--熱效應(yīng)是指激光被吸收后轉(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(shí)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。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日RoxAnderson博士

哈佛醫(yī)學(xué)院皮膚系教授

馬薩諸塞特州總醫(yī)院皮膚科主任

威爾曼光學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任

選擇性光熱作用原理的創(chuàng)立人第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日選擇性光熱作用包括以下要素合適的波長一個(gè)理想的激光波長要符合以下要求：①與靶色基的吸收峰盡可能匹配；②來自其他色基的競爭性吸收盡可能少；③有足夠的穿透深度。合適的脈寬脈沖激光能量釋放的持續(xù)時(shí)間是通過脈寬（脈沖持續(xù)時(shí)間）反映出來的，根據(jù)選擇性光熱作用原理，脈寬應(yīng)短于靶色基的熱弛豫時(shí)間，這可使激光產(chǎn)生的熱能主要局限于靶色基，而很少彌散到周