激光医学生工心得

第二章激光与生物组织相互作用机理(MechanismofLaserBiologicalAction)第一节激光基础一、光的发射与吸收二、激光振荡三、激光谐振腔四、激光模式与特性一、光的发射与吸收描述光波的物理量波长的单位常用表示可见光波长范围：光的粒子性光子的能量原子的能级：分裂的原子的能量值原子的跃迁：原子从一个能级跃迁到另一个能级的过程原子的平均寿命：原子在某激发态停留时间的平均值一般为；——亚稳态三种类型的跃迁：粒子能级之间的跃迁辐射跃迁无辐射跃迁1.自发辐射:处于较高能级的粒子，会自发地向低能级跃迁同时释放出光子的过程2.受激吸收：方式：光照射、电子碰撞等必要条件：而实现由低能级向高能级跃迁的过程一粒子吸收一个能量为的光子3.受激辐射：外来光子引发，相干光条件：自发辐射前，受到能量为的外来光子的刺激作用，而从高能级E2跃迁到低能级E1，同时释放出光子的过程处于高能态E2的粒子若在它发生特点：二、激光振荡(一)粒子数按能级的分布条件：热平衡状态下1.玻耳兹曼分布:单位体积内上能级E2的粒子数单位体积内下能级E1的粒子数常温下(296K

)氢原子2.粒子数在能级上的反转分布：条件：外界输入能量（称为激励或泵浦），激活介质处于粒子数反转状态的物质使物质处于非热平衡状态下(二)放大系数增益饱和效应：随z的增加而减小的现象。(三)振荡阈值阈值：工作物质谐振腔三、激光谐振腔激光产生的条件激活介质光学谐振腔工作物质激励装置激光束谐振腔部分反射镜全反射镜激励装置：向工作物质提供能量，把粒子从基态激发到激发态激励方式光激励：用强光照射，如氪灯、氙灯；或用激光照射气体放电激励：电流激励：放电管中，高电压作用光学谐振腔：使受激辐射在有限长度的激活介质中能持续进行，使光可反复放大形成稳定振荡的装置封闭式谐振腔分类开放式半开半闭式使受激辐射光放大过程能在有限长度的工作物质中持续进行选频作用，提高激光器的相干性对输出激光的方向性给予限定光学谐振腔的主要作用Q值：光学谐振腔的品质因素。四、激光模式与特性光学谐振腔的模式：电磁场在腔中的振荡方式；或者说，在腔内稳定存在的光波场空间分布光波场空间分布可分解为沿腔轴方向的分布和在垂直于腔轴方向的横截面内的分布纵模：光波模在腔轴方向上不同的驻波场分布(一)激光纵模123谐振条件：纵模用正整数标志，表示在纵向光场通过零值的次数或表示在光腔长度L

内包含的半波数激活介质所发射的谱线的线宽范围激光器输出的频率个数N在⊿ν区间中，可以存在的纵模个数为要想减少输出纵模的个数，可采取一些措施。例如，短腔法选纵模。利用缩短腔长L

来加大纵模频率间隔的方法(二)激光横模横模：分布。用符号TEMmn标志激光腔内与轴向垂直的横截面内的稳定光场形成的主要因素：谐振腔两端反射镜的衍射作用L2a横模的形成激光横模变换演示仪

轴对称

旋转对称(a)TEM00(b)TEM10(c)TEM13(d)TEM11(e)TEM00(f)TEM03(g)TEM10(a)轴对称横模图(b)旋转对称横模图激光的横模图形，按其对称性可分为轴对称横模图和旋转对称横模图在轴对称横模中m、n分别表示光束横截面内在x方向和y方向出现的暗区TEM00为基模、其它为高次模TEM10TEM20TEM03TEM31横模图形及其标记在旋转对称横模中m表示沿半径方向出现的暗环数n表示圆中出现的暗直径数在实际应用中，希望激光的横向光强分布越均匀越好，而不希望出现高阶模。选模的方法：例如，1.调节反射镜；

2.在腔内（或腔外）放一小孔，只让TEM00模通过，抑制其他高阶模的产生。

纳米孔径激光器出射光场分布光束的发散角：设光源向某方向发射一束光为圆锥形，则过圆锥轴线所在平面与圆锥面的两条交线的夹角。以表示的单位：弧度(三)激光特性1.激光束比普通光束方向性好单横模激光束的发散角最小，He-Ne气体激光器，例：固体激光器的发散角在弧度量级半导体激光器的发散角在弧度量级对多横模激光束，不同模式的光场是非相干的，发散角加大。光学谐振腔激光束方向性好的原因受激辐射激光束经聚焦可形成微米级的微光束。影响激光束方向性的因素光腔类型和腔长工作物质的类型和均匀性激励方式光腔的加工和调整误差单色性激光比普通光单色性好氪灯氦氖激光器谱线宽度波长光源2.激光单色性好光学谐振腔激光束单色性好的原因受激辐射光的生物效应与光的波长密切相关影响激光束单色性的因素2.频率稳定性1.选模技术（单模）（温度、振动、气流等）3.激光比普通光的相干性好相干时间光的相干性光的时间相干性光的空间相干性相干长度激光的空间相干性与横模有关单横模具有最好的方向性氪灯单模稳频氦氖激光器相干长度光源激光的时间相干性与纵模有关太阳的发光亮度约为激光器相应的发光亮度约为4.激光比普通光源亮度高光辐射能量：表示光束做功本领的大小。光辐射功率：以E表示，单位：J单位时间内所发射或传播的光辐射能以P表示单位：W、mW光的能量密度：光的功率密度：以D表示单位：以I表示单位：D激光的物理剂量立体角：的单位：球面度（sr）以表示球面被该角截取的面积A除以半径r的平方整个球面对球心所张立体角光辐射亮度：以B表示光源在其单位表面积上向某个方向的单位立体角内所辐射的光功率。B的单位：沿