第二章 光生物物理-激光基本知识与应用.ppt

第二章光生物物理激光的基本知识与应用,授课教师：张旸联系方式：新逸夫教学楼226室电子邮件：summerzhang,本章的主要内容,第一节光学的基本知识要点：根据光学的各个不同发展时期讲述每个时期产生的光学知识与理论。第二节激光的基本知识与应用要点：主要讲述激光的发展史，激光的概念特点应用，重点讲述激光产生的原理。第三节激光的生物学效应及在生物学领域的应用要点：重点讲述激光的生物学效应，激光器的主要类型，举例介绍激光在农业、医学中的应用。,第一节光学的基本知识,光学的发展简史五大时期一、萌芽时期二、几何光学时期三、波动光学时期四、量子光学时期五、现代光学时期,光学发展简史-萌芽时期,对光的直线传播的认识早在春秋战国时墨经已记载了小孔成像的实验。对视觉和颜色的认识墨经中记载：“目以火见”。光的反射和镜的利用铜镜在公元前2000年夏初的齐家文化时期已经出现。对大气光学现象的探讨大气光学现象是中国古代光学最有成效的领域之一，早在周代由于占卜的需要，已建立了官方的观测机构，对晕、虹、海市蜃楼、北极光等大气光学现象进行了长期、系统而又深入细致的观测与记载。关于成影现象的认识日晷、中国古代历法器具,光学发展简史-几何光学时期,这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。,光的反射定律,光的折射定律,光学发展简史-波动光学时期,19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。,注：当波行进时，波前上的每一点都可视为新的点波源，以其为圆心或球心，各自发出圆形波或球面波。在某一时刻和这些圆形波或球面波相切的线或面形成新的波前，称为惠更斯原理。,光学发展简史-量子光学时期,19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制中。,1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。,1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。,光学发展简史-现代光学时期,从20世纪中叶起，随着新技术的出现，新的理论也不断发展，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科，光学的应用十分广泛。,利用光的干涉设计精密测量仪,衍射光栅则是重要的分光仪器,利用光谱认识物质的微观结构(如原子结构、分子结构等),激光在精密测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业的应用,原子能（核能）,二十世纪以来的重大发明,1946年2月14日世界第一台计算机诞生，由莫奇来和爱克特发明,1947年肖克利发明晶体管,激光,激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。,第二节激光的基本知识与应用,激光的概念激光的发展简史激光的特点激光产生的基本原理激光器的种类激光的使用方法和基本用途,普通光源,普通光源是光的自发辐射。特点：多波长、任意方向、不相干。普通光源向四面八方辐射,光线分散到4p球面度的立体角内.,激光,激光：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（Laser）。激光是光的受激辐射。激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高。基本沿某一条直线传播,通常发散角限制在10-6球面度量级的立体角内.,激光发展简史,1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。,1958年肖洛和汤斯提出“激光原理”，受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。,1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。,1960年，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。,1965年，第一台可产生大功率激光的器件二氧化碳激光器诞生。,1967年，第一台射线激光器研制成功。,1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。,中国第一台激光器（1961）,激光的特点,激光的高亮度光源的亮度，就是指光源在单位面积上，向某一个方向的单位立体角内所发出的光的功率。太阳的亮度电灯的亮度蜡烛的亮度激光器的输出亮度10亿倍太阳表面的亮度二氧化碳激光器60KW氟化氢化学激光器4500KW,激光的特点,激光的方向性单一（单向性）激光是世界上方向性最好的光，激光的方向性好，就是说激光光源的发散角小。因为激光是大量原子由于受激辐射所产生的发光行为。激光在传播中始终像一条笔直的细线，发散的角度极小。用途：定位、导向、测距等。用激光测定地球与月球的距离，精度已达到1.5m。,激光的单色性好发出的光占有的波段很窄。通常把波长范围小于几埃的一段辐射，称为单色光。单色性最好的激光是氦氖激光（波长为632810-8cm），谱线范围宽度在室温下为110-15cm。,太阳光经过三棱镜后，太阳光被分成红橙黄绿青蓝紫，各种不同的颜色。,激光经过三棱镜后，光源颜色不发生改变,激光的特点,激光,辐射跃迁：受激吸收；自发辐射；受激辐射,激光,粒子数反转,激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占主导地位而抑制自发辐射！,激光产生的原理,受激吸收处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。自发辐射粒子受到激发而进入的高能态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，既使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。,受激吸收,自发辐射,受激辐射、激光1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。,受激辐射,粒子数反转当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒子的统计分布规律。按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转。,下面以红宝石为例加以说明。红宝石是在人工制造的刚玉，即三氧化二铝（Al2O3），掺入少量的铬离子（Cr3+）而构成晶体。在红宝石中，起发光作用的是铬离子。当红宝石受到强光照射时，铬离子受到强光照射时，铬离子被激励，处于基态E1的大量铬离子吸收光能而跃迁到激发态E3，如图。被激发的铬离子在能级E3上停留时间很短，很快地以辐射跃迁的方式转移到亚稳态E2，这种跃迁放出的能量只使红宝石发热。铬离子在亚稳态E2上停留时间较长，因而不立即以自发辐射的方式返回基态，加上外界强光的不断激励，使亚稳态E2上的粒子数不断积累，这样就在亚稳态E2和基态E1之间形成了粒子数反转。,光学谐振腔示意图,光学谐振腔：在工作物质的两侧，放上两块反射镜，两块反射镜是相互平行的，其中一块是全反射镜，另一块是部分反射镜，这样就形成了最简单的光学谐振腔。,“粒子数反转分布”仅仅是实现光放大的条件，要获得激光输出，还必须把光的放大转化为光的振荡。利用反馈的概念，把放大了的光反馈一部分回来进一步放大，即可产生振荡。这就需要一个光学谐振腔(Opticalresonancecavity),激光产生：光在粒子数反转的工作物质中传播时，得到光放大，当光到达反射镜时，又反射回来穿过工作物质，近一步得到光放大，这样往返地传播，使谐振腔内的光子数不断增加。凡是不沿着谐振腔轴线传播的光子将很快地从腔体逸出而被淘汰，只有沿着谐振腔轴线传播的光不断加强，从而获得能量极大的光输出。但是光在工作物质中传播时还有损耗（包括光输出，工作物质对光的吸收等）。当光的放大作用克服了光的损耗作用时，就形成稳定的光振荡。此时，从部分反射镜端透射出很强的光，这就是输出的激光。,激光产生的示意图,（2）选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生受激辐射光束的方向、频率等加以选择并放大，从而产生单向性、单色性、强度等极高的激光束；（3）外部的工作环境必须满足一定的阈值条件，以促成激光的产生。这些阈值条件大体包括：减少损耗，加快抽运速度，促进（粒子数）反转等。像工作物质的混合比、气压、激发条件、激发电压等等。,产生激光的必要条件,（1）选择具有适当能级结构的工作物质，在工作物质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件；,激光：某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，而辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。,激光器的种类,由工作物质（产生激光的激活物质）、激发能源和光学谐振腔以一定的方式结合起来的装置。按激光器工作物质分类：固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。按工作波段分类：红外和远红外激光器、可见光激光器、紫外和真空紫外激光器、X射线激光器。按运转方式分类：连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激光器。,氦-氖激光器的构造,氩离子激光器的构造,气体激光器GasLaser工作物质是气体或金属蒸气。常用的氦-氖激光器，是通过气体放电使Ne原子产生粒子数反转，输出激光的波长为632.8nm（红光）。另一种典型代表是氩离子激光器Ar+(488nm,514.5nm)，另外还包括有N2(337.1nm,357.7nm,315.9nm)/CO2(10.6m)气体激光器具有结构简单、造价低、操作方便、光束质量好、激光输出波长范围较宽。能长时间较稳定连续工作的特点，是目前品种最多应用最广泛的激光器。,激光器的种类-按工作物质分类,二氧化碳激光器，发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。做实验时，一不小心就会把自己的衣服烧坏，裸露的皮肤碰到了也要烧伤，所以这种激光器上都贴着“危险”的标记，操作时要特别留神。能变色，只要转动一个激光器上的旋钮，就可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光。,“隐身”和“变色”激光器,分子激光器：以CO2激光器为代表，因红外波长激光的热效应高，故多用于激光刀，医疗，机械加工方面，还用于测距，通信。准分子激光器：特点发光都在紫外波段。用途多用于微细加工，光刻及医学。原理不是分子固有能级跃迁发光，而是当两种元素的原子被高能量的电脉冲激励时，两种元素的原子在瞬态结合成的准分子的能级间跃迁产生的受激发光。发光后，分子很快分解成原子。,X射线激光器,X射线是原子内部壳层的电子跃迁产生的光子，其光子能量非常高。目前，最短的X射线波长已达到4.483nm水窗范围（因为水是吸收X射线的，只有在4.483nm附近，水分子有个不吸收区，X射线可顺利通过，损耗很小，故称水窗），由于生物细胞活性组织内均含有很多水份，因此这种波长的X射线激光用于生物学，医学，生命科学的研究。已经用波长4.483nmX射线激光制成了X射线显微镜，并成功地得到了老鼠精子内核的图象,用于DNA在精子细胞内排列的研究。,固体激光器SolidState(DopedInsulator)Laser工作物质有红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石（YAG）等，在作为基质的材料的晶体或玻璃中均匀地掺入少量离子，称为激活离子。可作为激活离子的有过渡族金属离子如铬离子(Cr3+)、稀土金属离子如钕离子(Nd3+)Nd:YAG激光器，、锕系离子、钛蓝宝石（Ti:sapphire）660-1180nm等。一般来说固体激光器具有器件小而坚固，使用方便，输出功率大的特点。气体激光器与固体激光器的比较固体激光器：密度大，粒子多，功率大；结构紧凑；工作稳定气体激光器：较均匀，激光质量较好,激光器的种类-按工作物质分类,掺钕钇铝石榴石Nd:YAG1064nm,1047nm1064nm:激光加工，切割，打孔，焊接等1540nm2940nm:医学和通信，钇铝石榴石激光器或液体激光器中的染料激光器，对治疗白内障和青光眼十分有效。近年来，研制出掺钛(Ti)蓝宝石激光器670nm1100nm固体激光器常用于产生强激光，连续输出几千瓦,脉冲输出几万焦耳,在石英或玻璃光纤中掺入稀土离子，用半导体二极管或其他固体激光器作泵辅源也可产生可调谐激光。用掺铒光纤作成的光纤激光器，是光纤通信中不可缺少的部分。,掺铒光纤激光器,激光器的种类-按工作物质分类,液体激光器常用有机染料作工作物质，大多数情况是把有机染料溶于乙醇、丙酮、水等，也有以蒸汽状工作的。液体激光器的工作原理比较复杂，但输出的波长连续可调，且覆盖面宽。从红外到紫外范围调谐任意波长(几十到几百纳米）的输出光，谱线很窄，单色性好，适于光化学与光谱学方面的应用。,激光器的种类-按工作物质分类,半导体激光器SemiconductorLaser以半导体为工作物质，产生激光的方法有p-n结注入式、电子束激发、光激发、雪崩式击穿等。半导体激光器发展很快，在微型化方面进展迅速。整个器件只有50mx150mx250m，比普通的米粒还小。体积小（只有火柴盒大小）、重量轻、寿命长、结构简单，是一种微型激光器，输出波长为人眼看不见的红外线，在0.80.9微米之间。只要通以适当强度的电流就有激光射出，再加上输出波长在红外线光范围内，所以保密性特别强，很适合用在飞机、军舰、坦克、车辆和宇宙飞船上使用。用于：光通信，光盘，激光打印，光计算机，微量气体探测等方面。现在的光驱、VCD、DVD的激光头都是一个小型半导体激光发射器。其它还有光纤激光器、化学激光器、单原子激光器、X射线激光器等。,生物微腔激光器,将一含有被测细胞的液体放在半导体激光器的发光表面，上面覆盖镀有反射膜的玻璃片。细胞置于激光共振腔中，当激光在腔内往返数百次后，细胞中的信息充分被激光发射带出，通过这些信息的识别，由发射激光的脉冲形状，模式，空间分布以及收集到的荧光图象，就可知道细胞属于那一类。是正常细胞还是癌细胞等。这种生物微腔激光器一般用波长850纳米的半导体激光器来制作。,一种研究活体生物细胞的手段和方法,纳米激光器问世据2001年美国科学杂志报道，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在仅有头发丝千分之一的纳米导线上制造出世界上最小的激光器纳米激光器。研究人员希望用电流来激活纳米激光器，这样就可用于电路。最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息储存量。,主要激光系统的部分特征,注：Nd:YAG掺钕钇铝石榴石Nd:YLF掺钕氟锂钇,我国激光器研究情况,激光应用技术,信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算，光隔离器检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维形状激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型医学应用：外科手术，激光辐照（皮肤科、妇产科），眼科手术，激光血照仪，视光学测量科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过程等等,光盘存储器原理激光刻蚀与读出,偏振光显微镜,激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）,激光控制核聚变,天文台（激光导航星）,来自纳层的反射光（高度约100km),最大高度约35km,来自空气分子的Rayleigh光,激光测距与激光雷达,长度测量,激光在医学上的应用,激光诊断、手术和治疗,激光层析造影、激光荧光诊断、光动力学治疗（PDA）技术、激光心脏打孔、激光光纤内窥镜手术,激光穿心术,激光手术,生物和医学应用,激光在工业中的应用,激光切割,激光切割,激光在工业中的应用,激光焊接汽车,激光在工业中的应用,激光快速成型,激光技术涉及的学科,物理（光学）精密加工（光学谐振腔的制作）光学加工（光学镀膜、光学装调）电子技术（激光电源、控制电路）应用技术基础（数学方法、误差理论）,各种激光器及应用方面可参考有关书籍,姚建铨编著，奇异的光激光，清华大学、暨南大学出版社，2002年7月第2次印刷董克编，人类希望之光激光，上海交通大学出版社，2004年7月（TN24-49/D65深圳大学图书编号）阎吉祥编著，神奇之光无所不能的激光技术，科学出版社，1998年8月（TN24-49/Y17）,激光的效应,光效应热效应压力效应电磁场效应,光效应,和普通光一样，是植物通过叶绿素的光合作用以维持其正常生长的最基本条件。当植物有机体在吸收激光的同时，同样发生分解、电热以及产生荧光二生热等光化学反应过程，而使有机体引起某种性状上的变化。由于激光能量密度极高，可以导致有机体引起更大的突变效果。因此，对某一特定结构与化学组分的有机体来说，同样波长的激光与普通光所引起的光效应就不尽相同。,热效应,激光具有良好的相干性。这引起有机体的热效应要比普通光显著得多。在激光照射下，几毫秒的短时间内使有机体的局部温度升到2001000，而温度下降的速度要比普通光加温要慢得多，如4550的有机体局部温度能保持在1min左右。激温效应能使遗传基因的原子发生位置的改动而形成新的异构分子。因此，激温效应具有诱变突变的效果。,压力效应,光在照射表面形成的压强及其微弱，但激光能量高，形成的压强则不能忽视。例如，每平方厘米功率为10万千瓦的激光束，其表面压强每平方厘米可达40g。另外，因热效应引起的瞬间“激温”效应还会使有机体组织引起膨胀、变形甚至汽化，产生所谓的次生冲击波压力效应。这样，总的压力效应可能因此有机结构与化学组分的改变，从而发生性状上的变异。,电磁场效应,激光是一种电磁波，因此伴随着激光的存在就必然地产生电磁场。例如，每平方厘米功率为1000W的激光能量密度相当于每平方厘米10万V的电场强度。这种强电磁场由于量子与有机体原子或分子的直接作用下会产生离化、振动、热等效应，因此也能使有机体结构与化学组分发生改变，而引起性状上的变异。,弱激光的生物刺激作用,弱激光（lowlevellaser）：照射不会对生物组织直接造成不可逆损伤的激光称为弱激光。激光生物刺激作用具有如下特点：刺激或抑制：激光照射小剂量起刺激作用，而大剂量反而起抑制作用；大小剂量的划分则随生物的结构和机能的不同而不同。积累作用：小剂量He-Ne激光有积累作用，即以一次大剂量照射或将该剂量分成小剂量多次照射，所起的生物效应一样大。抛物线效应：即照射次数有阀值，效应不随次数正比增大，有一极大值，达极大值后，再增加照射次数，刺激作用反而减弱，甚至变成抑制作用。,弱激光生物效应,激光生物效应,光化学效应,热作用,光蚀除作用,等离子体诱导蚀除作用,光致破裂作用,生物大分子吸收光子的能量受激活，产生受激原子、分子和自由基，引起体内一系列化学反应。（如光化学治癌、皮肤鲜红癍痣的治疗等）,主要是利用激光的热量达到温热、凝结、汽化、碳化和熔融效应。,由紫外光产生的切除作用，它是高能量的紫外激光直接打断分子键的作用。（准分子激光治疗屈光不正）,高功率激光产生等离子蚀除的现象。,高功率激光器产生的机械分裂和切割作用。,激光医学中主要应用激光生物效应中的光和热作用。弱激光的刺激作用，有人认为是光化学作用，其作用时间和功率密度与化学作用差不多。,小功率的氦氖激光的生物学作用机理,小功率的氦氖激光照射皮肤时，在光生物化学反应的基础上，可影响细胞膜的通透性，影响组织中一些酶的活性，如激化过氧化氢酶，进而可调节或增强代谢，可加强组织细胞中核糖核酸的合成和活性，加强蛋白质的合成；可使被照射的部位中糖原含量缯加；可使肝细胞线粒体合成三嵯佘眨TP）的功能增强。小功率的氦氖激光照射具有消炎、镇痛、脱敏、止痒、收敛、消肿、促进肉芽生长、加速伤口、溃疡、烧伤的愈合等作用。,小功率的氦氖激光的生物学作用机理,小功率的氦氖激光照射可使成纤维细胞的数目增加，因而增加胶原的形成，可加快血管的新生和新生细胞的繁殖过程，基于其对代谢和组织修复过程的良好影响，可促进伤口愈合，加快再植皮瓣生长，促进断离神经再生，加速管状骨骨折愈合，促进毛发生长等。小功率的氦氖激光照射不能直接杀灭细菌，但可加强机体的细胞和体液免疫机能，如可加强白细胞的吞噬功能，可使淌细胞增加或增强巨噬细胞的活性，可使球蛋白及补体滴度增加；此外，微生物检查发现：激光照射可改变伤口部葡萄球菌对抗菌素的敏感性。,小功率的氦氖激光的生物学作用机理,小功率的氦氖激光照射可影响内分泌腺的功能，如加强甲状腺、肾上腺等的功能，因而可调节整个体内的代谢过程；此外，并可引起周围血液和凝血系列的改变，其基本规律是具有调节作用。小功率氦氖激光照射可改善全身状况，调节一些系统和器官的功能。用小功率的氦氖激光照射氏粘膜或皮肤溃疡面，神经节段部位，交感神经节、穴位等不同部位，与某些局部症状改善的同时，可出现全身症状的改善，如精神好转、全身乏力减轻、食欲增加、原血沉加快者于照后血沉减慢等。,激光在农业领域的应用,激光对促进作物生长、提高产量和品质的作用植物色素（叶绿素、花青素等）是一种能被特定波长激光活化的光接受体，它控制着植物的多种生长反应。植物在激光的适当照射刺激下能引起种子发芽期提前，叶枝加大或增长，花蕾增多，果实早熟等植物生长效果。,激光在农业领域的应用,激光对促进作物生长、提高产量和品质的作用种子播种前照射处理表现：提高种子发芽率和发芽势、促进作物生长、缩短成熟期、提高产量、减少农药使用量种子经一定量激光照射后，种皮和内部细胞的吸水性和透气性均相应提高，满足促进新陈代谢中各种酶的活性和加快各种水解酶合成所需的必要条件。通过激活酶类物质能使受损或失去活力的种子在此复活（陈种子）作物生长期照射处理加快植物叶绿素的光合作用、延长营养生长期，提高作物产量大田作物植株数目多且分散，处理难度较大。激光扫描仪,激光对促进作物生长、提高产量和品质的作用,美国，红宝石激光器，蚕豆、萝卜、紫花苜蓿、南瓜，7dvs9d。前苏联，氦氖激光器和红宝石激光器，西红柿、青瓜，发芽率提高1221，生长快，开花结果早且多，果实中几种维生素和胡萝卜素含量增加。澳大利亚，氦氖激光器，莴笋，1s无反应，10s显著提高，1min效果最佳，10min发芽率下降；第二年同一批，100s效果最佳，1000s明显抑制。,前苏联，红宝石脉冲激光器，青瓜、西红柿，花果增多。前苏联，激光照射，甜菜糖分增加。澳大利亚，激光照射，甘蔗营养生长期延长。日本牵牛、菊花，控制茎秆高矮。,激光在农业领域的应用,激光在诱发突变育种方面的应用激光能使染色体局部缺损或整体丧失，造成遗传信息缺失、也可能造成易位、倒位，即通过改变遗传密码的次序、结构，这些变异特征可能通过细胞分裂和减数分裂传到后代，从而达到改良植物品种的目的。激光能量密度高，引起植物性状突变的几率较高，但是由于其除光效应外，还伴随“激温”效应、压力效应、电磁效应以及多光子吸收的非线性效应，因此要实现理想的变异效果比一般辐射突变困难些。“定向突变”通过适量激光照射（种子、花粉、种芽），获得了一些作物品种的有益突变，根据育种目标获得相应的优良品种。高vs矮，大田作物and鲜切花,激光在农业领域的应用,激光与农业有关方面的应用激光除草利用激光照射植物，通过激光能量使杂草代谢过程中断致死；将除莠剂喷在植物上，在激光的作用下，通过光动力学反应，有选择性地灭杀某种有害植物，而作物本身能正常生长。激光用于防治害虫高能激光可以发育期中破坏害虫，即卵、幼、成虫可利用波长可调的有机染料激光器，激光波长可根据害虫表皮色素来选择配合使用：鼓风机、低浓度杀虫剂、天敌,激光在农业领域的应用,激光与农业有关方面的应用超微量分析技术分析植物有机体，可分析出单个细胞乃至细胞核内元素种类及精确含量激光作为激发物质对染料等定量、定性标记来获得实验数据微束激光照射技术激光聚焦，m以下水平，结合显微镜，对细胞或染色体动手术。显微切割、捕获,激光在医学领域的应用,生物体与光的各种相互作用的示意图,激光对于受照射的组织有四方面的作用热力作用(thermalaction)、机电作用(electro-mechanicalaction)、激光消融作用(photoablativeaction)光化学作用(photochemicalaction)。,各种不同波长的低功率密度的激光照射生物体时，对生物体的刺激作用和提高非特异性免疫功能，可使局部血管扩张，血液循环改变，改善组织的缺氧状态并减轻慢性炎症反应促使炎症吸收好转。,软组织中各种激光的穿透深度,软组织中各种激光波长的光渗透长度的大致数量。光渗透长度在近红外附近较大，在3m以上的红外域或300nm以下的紫外域中较小。组织的种类不同，光渗透长度对波长的依赖性也变化。,激光在