光与激光的特性#严选内容

1、第一章光和激光的特性一、光的基本特性1、光在真空中的传播速度为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。其中n是介质的折射率(仅取决于介质的物质组成和光的颜色)。2、光具有波粒子二重性。光是剪切波。3、光被吸收时，其能量一般转换为热红外加热。有些物质根据紫外线的波长和荧光物质的化学成分在紫外线作用下发出荧光。4、光在所有物质的表面上多少会反射。反射：漫射(从粗糙表面向所有方向散射光线)；镜子反射。5、光通过介质时，介质具有光学上不均匀的结构(介质的各向异性；如果由于局部密度和平均密度的统计偏差而发生密度变化，则会发生方差。瑞利散射：散射光波

2、长与入射光波长相同的散射。拉曼散射：用散射波长和入射光波长不同的散射形成双散射谱线布里渊散射：散射波长不同于入射光波长的散射，形成双散射谱线二、激光的产生和特性1、常规光源发光特性1)在普通光源中，这里状态的原子数总是少于基态的原子数，这里原子的总量也是有限的，因此只发出低强度的光；2)自发发射光子的方向随机分布，因此发射光的方向差；(3)普通光源发出光，有可能从不同的高能级原子转移到不同的低能级，因此产生光子的频率变得多样化，发射的光成为光光谱。2、激光生成条件1)感应辐射形成：感应辐射发出的光子相当于入射光子的两倍，光子数量增加，能量增加。2)实现粒子数的反演：如果准稳定工作物质合适，并且

3、有强大的激发能量。激发能量将物质的低能量级粒子泵入高能量级，此处状态的粒子不稳定，但由于物质具有准稳定状态，粒子再次转移到准正常状态，准正常状态的寿命相对较长，因此在此物质中高能量级的粒子数大于低能量级的粒子数，可以实现粒子数反转。光激发，电激发(通过气体激光器、交流、直流等)3)光谐振腔：为了补充从物质中吸收的光能量，可以从电源中持续获取能量，扩大光。只有在特定方向传播的光才有放大效果。包括两个严格平行的光学镜(fabry-Perot设备)，一个是反射镜，反射率大于99%，部分反射镜，部分投影，大部分是反射光。原理：工作物质位于中心，沿镜子总法线方向来回的光线经过镜子反射后多次通过工作物质放

4、大和加强，光子数带来雪崩的增加。与轴不平行的光从侧面退出。因此，如果这个光波足够强大，可以承受谐振腔内的各种损失，那么就可以在谐振腔内形成持续的振动。这时，一些镜子中透射的振动光形成激光器。发射到最终端面的激光具有相同的相位、传播方向、偏振频率。摘要：工作物质、激发源、谐振腔是激光生成的最基本的三个条件。3、激光特性单色很好光谱宽度是测量光源单色好坏的标志。单色最好的是氪(Kr)灯。激光单色好的原因：激光是刺激辐射光的放大，仅在满足受荧光线宽度限制的特定能量准位转移的频率下放大；受激光频率选择的限制：由于所有频率在特定荧光线内不能振动，因此只有落在荧光线内的共振频率(即不同的纵波或驻波)才能振

5、动，每个共振频率的振动光谱宽度比荧光线宽度窄得多。脉冲宽度与激光线宽成反比。方向性很好激光的发光面积限制为0.2厘米2，仅在较小的发射角度发光。工业准直测量和指示；医用激光3)高亮度10 14-17w/(cm 2 * Sr)激光亮度高是因为方向性好激光亮度(每球面功率，W/sr)，光线强度通过可用镜头增加，但不增加亮度。使用聚焦透镜聚焦激光时，输出光束的强度大于输入光束的强度，但输出光束的发散度也大于输入光束的发散度，因此强度保持不变亮度是反映激光本身特性指标的参数。4)一致性(振动方向、相同频率、恒定相位差)良好分为空间(水平)一致性和时间(垂直)一致性空间一致性：相同时间内发光表面其他两点

6、辐射的一致性。一致区域越大，空间一致性越好。小时一致性：不同时间发射的光束的均匀发射元素之间的一致性。光源的单色越好，光谱线的宽度越窄，一致的时间越长。激光器的频谱宽度与在谐振腔中沿轴形成的各稳定驻波形式的光振荡方式(即纵向模式)相关，而对于多模振荡激光器，单色取决于纵向系数，因此激光器的时间一致性与纵模相关。单色好，发散角度小，时间空间一致性好小时一致性概括为单色。激光全息测量牙齿的材料特性和变形，骨骼的应力等。5)光的偏振性所有激光都是偏振光激光工作物质本身可以在任何一侧引导电矢量获得优先权。大多数固体工作物质在比阈值水平稍高的状态下工作，辐射几乎只能在一个平面上振动。许多气体激光器使用布

7、鲁斯特窗作为输出窗，以减少振动面的损耗。激光高度平面偏振。第二章激光类型和激光特性参数及测量一、激光分类1、发光粒子产生的分钟：原子、粒子、分子、自由电子2、根据工作物质区分：优点缺点工作物质气体激光器单色高，波长广，工作物质有原子、分子和离子低输出功率(由于气体密度低)、大尺寸、低能量转换率He-Ne，二氧化碳液体激光器波长可调节，在一定波长范围内连续变化缺乏一致性，染料溶液容易老化含稀土金属离子的有机染料溶液和无机化合物固体激光器高能量，大功率谱线分布窄，单色差能引起感应辐射作用的金属离子以一定比例人工混合在晶体或玻璃基中制成的晶棒玻璃棒半导体激光器体积小，重量轻，效率高，速度快，波长范围

8、大，结构简单相关性差准分子激光器波长，功率高，输出波长从真空紫外线到可见光区域毒性强，需要消耗很多气体激动的稀有气体原子和卤素原子相结合的准分子自由电子激光器波长输出高强度高功率激光器的大规模连续变化设备大，运行复杂高能自由电子束3、按工作方法分类：1)连续激光：连续刺激工作物质，产生长时间连续的激光辐射(2)脉冲激光：在短时间内应用强激励，使激光工作物质反转更多的粒子数，然后在万分之几秒到亿分之几秒内输出强激光脉冲。单脉冲激光，重复脉冲激光激光打孔，临床视网膜冷凝，虹膜切除术。(3)巨型脉冲激光：激光输出增加，从1亿分钟的数秒到10亿分之一秒内发射摘要：(1)首先使用he-ne激光(方向性、

9、单色性、一致性最好)，检测，止血，床上用品。糖尿病晚期角膜出血，小腿溃疡，用这个治疗。2)消除二氧化碳胎记3) Ar离子检测分析，拉曼4)氮光剪切三、激光参数和测量1、能量测量能量的方法按激光束对受体产生的物理效应分类：1)光热法：根据光的热效应来测定吸收体吸收光辐射热后发生的温度变化。吸收体热电转换元件(前两个是探针)显示吸收体：反射率低，对各种波长的光辐射具有广泛光谱吸收的材料，结构特别是激光能量的最大吸收优点：灵敏度高(0.1J)，测量范围大(1mW-5kW)，重复性好。缺点：两个测量之间需要将吸收体返回到环境温度，因此测量间隔很大(2)光电子方法：在光电子效应中，光能与物质产生的电流成

10、正比光电池，半导体光电器件具有对光的响应时间快(10-9s)、恢复速度快、波长有限制、量子效率不高的疲劳效果。3)光压法2、功率/光强度(光辐射通量密度)1)亮度是光波的波印矢量的平均值：例如：输出功率为1.0mW的he-ne激光的输出光束直径为2mm，光线的发射度可以忽略，它将查找光线的光能密度、光强度和光波场强。3、脉冲宽度和波形1)用示波器测量脉冲宽度，并提供输出波形2) Q开关激光脉宽测量采用光电倍增管或发光二极管作为转换元件，准确度为10-9s3)条纹相机，测量脉冲宽度为Ps(皮秒，10-12s)的钳制激光脉冲持续时间4、波长或光谱1)光谱比较法测量可见光波长2) fabri-per

11、ot标准，光学多通道分析器5、方向性1)目标方法、集孔方法、楔形方法、环方法6、激光输出模式1)纵模：输出波长的单色问题，光谱测量；横向模式：激光输出能量的空间分布2)直接观察：3)扫描方法，着色二氧化硅红外激光显示第三章：光与生物组织的相互作用一、光与生物组织和物质交互的方式(两种)1、吸收光(1)光照射生物组织时，光子的能量HV等于组织中原子或分子的转移能量准尉，光能被生物组织或材料吸收。(。大多数将转换为列(2)生物组织材料吸收不同波长(或频率)光波的能力不同。选择性吸收，用于识别特定生物组织材料的特定元素或化合物的存在。(3)光源为高强度脉冲激光时，发生一个分子吸收多个光子的非线性吸收

12、现象，被多个光子吸收。2，光散射(波长越短，散射越大)(1)照射物质的光远离该物质的吸收光谱时，物质的分子被光的电磁波极化，其电荷分布被光波的电场位移。引起光波旋转变化的电磁场在分子中引起正旋转振动。通过这个振动电荷，每个分子像小天线一样向入射光方向以外的方向发射能量，这就是散射现象。2)瑞利散射(分子散射)特性：A:散射光频率等于入射光频率B:散射强度随与r的平方减小C:散射强度与入射光波长的四阶正方形成反比D:散射光强度随散射角度变化通过测量散射光瑞利散射比，可以确定分子量、总轴半径和二维内部系数(3)布里渊散射：由于材料介质中有弹性热波，电磁波传播方向上的介质空间是由于密度随时间的变化而

13、引起的(4)拉曼散射：物质的分子振动引起的分子极化速度随时间变化(5)各种散射都是由散射体的光学不均匀性引起的。(6)如果物质的光均匀性结构大，两级对应光的波长，那么廷德尔的散射就会相当强，使物质看起来混浊二、光对组织的生物学机制(四)1、热作用1)定义：生物组织材料吸收光能后，其分子的振动能量和旋转能量，或者通过热松弛使周围分子获得转换能量(包括振动能量和旋转能量)，从而提高温度。(2)光的温热效果可以扩张毛细血管，增加血流量，结果加热部位可以改善血液供应和营养状况。(。3)温度变化和反应使人有温暖的感觉，对物理治疗进行相当的热敷，长时间暴露也不会产生热损伤。肿瘤细胞死亡，正常细胞没事热会引

14、起红斑，但温度恢复正常后，可以自行消退。几秒钟之内，热就会起泡，发烧和痛觉组织蛋白熔化热诱导凝固发生在大约10秒内发生热感应汽化由于热碳化现象，皮肤组织和细胞在热作用下立即发生干性坏死，迅速呈褐色热量引起燃烧，这时组织和细胞燃烧，看到灯光发热量气化如果皮肤温度瞬间超过这个温度，迅速上升，皮肤组织就会从固体变为气体2、光化学1)光直接引起化学反应的作用2)过程：电子激发态分子直接连接的原超光化学反应，原超光化学反应不稳定的产物生成后，在流光或雾环境下发生后续化学反应，直到产生稳定的最终产物。3)特性：A:光化作用具有波长选择性，只有适当量子能量的光子才会产生反应。350-700nm的近紫外线和可

15、见光光化学第一定律：只有被分子吸收的光子才能在系统中引起光化学反应。b:对于决定波长的光源，其光化学效果仅决定与光源的总能量总能量=强度*时间C:在高密度激光中具有非线性吸收效果(多光子吸收)4)光化学类型：A:光解吸收光能引起化学分解反应的过程b:光氧化在光的作用下反应物失去电子的过程c:光聚合利用光使受试者形成二聚体或三聚体等简单分子，或产生连锁反应，形成大分子d:光感光在光受体的帮助下，生物系统特有的化学反应。光动力疗法：血卟啉用于肿瘤识别和选择性治疗光敏剂的特点：精确的药理学定义，化学稳定性，水溶性，高选择性，短时间低光能量光敏，长吸收波长，快速皮肤感光弱化消除，具有良好的治疗效果e:

16、多光子红外反应f:激光分离同位素同位素在光谱中有微小的位移，并利用激光的高单色进行。3、机械作用1)机械作用包括：光辐射压力效应；电伸缩；受激布里渊散射；穿着电击；剥离效果；光学破坏引起的等离子冲击波4、激光生物刺激1)定义：用低功率激光照射生物组织时产生的可刺激蛋白质合成，产生促进生物细胞生长分裂、提高酶活性、促进伤口愈合、骨折再生、抗炎药物真盐等效果的比热作用。2)温度上升不超过0.5度，通常使用红外线波段激光3)特性：答：累积效果：多种低剂量辐射如果总剂量相同，会产生与一次性高剂量辐射几乎相同的生物效果。b:抛物线效果：有机体对激光照射的反应，一旦调查次数增加，就会逐渐增加到10-17次的最大值，接下来的反应逐渐减弱，超过一定值，就会从刺激作用转变为抑制效果。c:试分效应：根据不同的季节和期间，相同的剂量也有不同的效果。秋天和冬天很强。第四章生物组织的光学特性一、皮肤的光学特性1、反射1)是漫反射不是镜像反射