激光光子基础知识

激光光子基础知识第1页，课件共23页，创作于2023年2月单色性MONOCHROMATIC激光是受激辐射的产物，光子的跃迁往往发生在固定的两个能级之间，其频率发布非常窄，因而具有非常好的单色性，即色度很纯，这是自然光无法达到的。普通光激光第2页，课件共23页，创作于2023年2月准直性COLLIMATION激光光束在传播过程中很少发生弥散，即使在传播很长距离后光束仍保持平行而不发生弥散。激光发射后发散角非常小，激光射出20公里，光斑直径只有20——30厘米，激光射到38万公里的月球上，其光斑直径还不到2公里。第3页，课件共23页，创作于2023年2月高能量在谐振腔的选择作用下，激光光束的发散角很小，光束能量高度集中，因而方向性极强，激光光源表面亮度很高，被照射面上光强度很大。据研究，电灯的亮度约为5x106cd(坎德拉）/m2，太阳的发光亮度约为1.65x109cd（坎德拉）/m2.,而激光的亮度为4x1013cd（坎德拉）/m2第4页，课件共23页，创作于2023年2月相干性COHERENCE激光是一种相干光，具有极强的空间相干性及时间相干性，空间相干性是指从激光光源不同空间位点发出的光位相差不变，方向与波长也一致；时间相干性是指激光光源同一空间位点不同时间发射出的光也有固定的位相差。与激光相对应强脉冲光则是一种非相干光。第5页，课件共23页，创作于2023年2月光子与激光的对比光子宽光谱大光斑方向性差能量柔和激光单光谱小光斑方向性好能量集中第6页，课件共23页，创作于2023年2月光子产生的基本原理Reflector反光片LinearXenonFlashlamp线性氙闪光灯FluorescenceFilterCoating荧光滤光片LightGuide导光晶体第7页，课件共23页，创作于2023年2月激光产生的基本原理激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成,具有光的粒子性，另一方面，其本身也是一种电磁波。一般而言，激光的产生需要3个条件：工作物质

激励源

谐振腔部分反射镜激励源

全反射镜激光输出工作物质

光学谐振腔

L

工作物质在激励源的作用下发生粒子数反转，通过谐振腔内的振荡和放大，产生正反馈式的连锁反应，从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光－－激光第8页，课件共23页，创作于2023年2月激光器的分类固体激光：Nd:YAG激光（1064），红宝石激光（694），翠绿宝石激光（755）,铒激光（2940）,气体激光：CO2激光（10600），准分子激光（193/308），氩激光（532)液体激光：染料激光（585/595）化学激光半导体激光砷化镓(GaAs)810第9页，课件共23页，创作于2023年2月激光类型 波长 颜色 临床应用 CO2 10.6微米 红外 皮肤磨削 Erbium 2.9微米 红外 皮肤磨削Nd:YAG 1.06微米 红外 纹身，色素类皮肤病Alexandrite 0.755微米 深红 纹身，色素类皮肤病

毛发去除Ruby 0.694微米 红 纹身，色素类皮肤病

毛发去除Pulseddyelaser 0.585微米 黄 血管类皮肤病Freq.doubledNd:YAG0.532微米 绿 血管及色素类皮肤病激光的种类和波长第10页，课件共23页，创作于2023年2月激光的种类x-rayscosmicraysMicrowavesTVandradiowavesExcimer准分子Argon氩激光KTP倍频Dye染料激光Ruby红宝石激光翠绿宝石AlexandriteNd:YAG掺钕钇铝石榴石Er:YAG掺铒钇铝石榴石二氧化碳CO2190-390488-514532577-6307556941064294010600UVVISIBLEINFRARED400nm700nmHolmium钬激光2100第11页，课件共23页，创作于2023年2月激光光子常用指标及其临床意义波长：nm，决定激光光子与组织相互作用的性质；能量密度：J/cm2,mj/p，单位面积上的能量大小；脉宽：nsns(10-9)/ms(10-3),脉冲光作用到皮肤上的时间；脉冲延迟：ms,两个相邻子脉冲之间的时间间隔；光斑大小：cm2，激光光子在正常聚焦状态下的照射范围；功率：W，激光光子在单位时间内输出的能量，1W=1J/S；色基：组织中能吸收一定波长光的生物分子，皮肤中最重要的色基为血红蛋白、黑色素、水;热弛豫时间（TRT

）：指色基吸收激光能量后，温度下降50％所需要的时间，一般而言，色基体积或直径越大，热弛豫时间越长;重复频率：脉冲激光光子单位时间内的脉冲数目。第12页，课件共23页，创作于2023年2月穿透深度的要素—波长第13页，课件共23页，创作于2023年2月穿透深度的要素—光斑在同样的波长和频率下，光斑越大，穿透越深第14页，课件共23页，创作于2023年2月激光发射的形式连续式激光：能量的输出是连续的，这类激光对靶色基的选择性不强，二氧化碳激光、氩离子激光、氦氖激光等；脉冲式激光：能量以脉冲方式输出，脉宽较短，一般在纳秒（ns）与毫秒级（ms）级，这类激光以选择性光热作用理论为基础，对靶色基具有高度选择性，脉冲光子的作用机制与该激光相近。连续式脉冲式第15页，课件共23页，创作于2023年2月

光束直径激光束吸收长度组织吸收特性穿透特性激光光子在人体皮肤组织上的效应激光与皮肤组织相互作用，可以产生一系列生物学效应，从而发挥治疗作用，这是一个比较复杂的生物学过程，与激光的波长、能量以及皮肤组织本身的特性都有密切关系。方式：反射、散射、透射、吸收第16页，课件共23页，创作于2023年2月激光对皮肤组织的生物学效应--热效应一般而言，激光的热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切的联系，组织在数毫秒内温度骤升200－1000℃，当皮肤温度达到43－45℃时，皮肤会出现潮红；45℃时皮肤出现痛觉；47－48℃时可能出现水泡；55－65℃出现凝固性坏死；100℃出现组织气化；300－400℃组织发生炭化，进而燃烧、气化。第17页，课件共23页，创作于2023年2月激光对皮肤组织的生物学效应--其他效应光机械作用：调Q激光对黑素小体及黑素细胞的破坏作用主要依靠光机械作用（当高能量密度的激光束照射于皮肤表面后，迅速产生大量热能，温度骤然升高，导致产生达到数十到数百个大气压的冲击波这种冲击波可以起到破坏黑素小体所在的黑素细胞的作用）；光化学效应：光动力学疗法；电磁场效应生物刺激作用：低功率激光照射；等离子体。第18页，课件共23页，创作于2023年2月激光对皮肤组织的生物学效应--热效应是指激光被吸收后转化为热能，使皮肤组织温度升高，这是激光对皮肤最重要的生物学效应，很多激光都是透过热效应来达到临床疗效的。热产生的方式：主要是通过碰撞生热和吸收生热两种方式来实现的。这两种方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。第19页，课件共23页，创作于2023年2月RoxAnderson博士

哈佛医学院皮肤系教授

马萨诸塞特州总医院皮肤科主任

威尔曼光学医学实验室主任

选择性光热作用原理的创立人第20页，课件共23页，创作于2023年2月选择性光热作用包括以下要素合适的波长一个理想的激光波长要符合以下要求：①与靶色基的吸收峰尽可能匹配；②来自其他色基的竞争性吸收尽可能少；③有足够的穿透深度。合适的脉宽脉冲激光能量释放的持续时间是通过脉宽（脉冲持续时间）反映出来的，根据选择性光热作用原理，脉宽应短于靶色基的热弛豫时间，这可使激光产生的热能主要局限于靶色基，而很少