医学物理学 激光

1、第十六章第十六章 激光（激光（Laser）及其医学应用及其医学应用 激光是20世纪60年代初发展起来的，并制成了世界上第一台红宝石激光器。由于它具有方向性好、亮度高、单色性方向性好、亮度高、单色性好和相干性好好和相干性好等特性，还具有普通光不同的生物效应，因而在医学上得到了广泛的应用。第一节 激光的基本原理一、原子的能级与粒子数按能级的分布规律 (一)原子的能级1基态2激发态3亚稳态 (二)粒子数按能级的分布规律在热平衡状态下，粒子数按能级的分布遵从玻耳兹曼定律。在正常状态下，处于基态的粒子数总是最多的，能级越高，处于该能级的粒子数越少。 kTEEnn1212exp二、光与原子的相互作用 (一

2、)自发辐射 自发辐射过程示意图 (二)受激吸收 受激吸收过程示意图 (三)受激辐射 受激辐射过程示意图 受激辐射发出的光是相干光。激光产生的机理便是受激辐射，因此，激光是相干光。三、产生激光的基本思想(一)光的受激辐射放大1光放大的概念 2粒子数反转(集居数反转)产生激光的必要条件之一 (二)光的自激振荡 1自激振荡的概念 2光学谐振腔产生激光的必要条件之一 光学谐振腔的主要作用：(1)模式选择。保证激光器单模(或少数轴向模)振荡，从而提高激光的相干性。(2)提供轴向光波模的正反馈。 激光(Laser)就是光的受激辐射放大(Light Amplification by Stimulated E

3、mission of Radiation) 第二节 激光器一、激光器的构成1工作物质 2激励系统 3光学谐振腔 二、激光器举例三、医用激光器第三节 激光的特性一、方向性好 发散角是衡量光束方向性好坏的标志，方向性表明光能量在空间分布上的集中性。激光束的发散角一般在10-210-4 rad 。 二、亮度高、强度大 亮度是衡量光源发光强弱程度的标志，表明光源发射的光能量对时间与空间方向的分布特性。 三、单色性好 谱线宽度是衡量单色性好坏的标志，谱线宽度越窄，颜色越纯，则单色性越好。 激光由于受激辐射的光子频率(或波长)相同与谐振腔的选频作用而使其具有很好的单色性。 四、相干性好 由自发辐射产生的普

4、通光是非相干光，而受激辐射光子的特性使激光具有良好的相干性。 五、偏振性好 受激辐射的特点表明激光束中各个光子的偏振状态相同。利用谐振腔输出端的布鲁斯特窗在临界角时只允许与入射面平行的光振动通过，可输出偏振光，并可对其调整。因此，激光具有良好的偏振性。 第四节 激光的医学应用 一、激光的生物作用 (一)热作用(二)机械作用(三)光化作用 (四)电磁场作用(五)生物刺激作用 在临床应用上： 对强激光主要表现为机械作用、电磁场作用与光化作用； 对弱激光主要表现为生物刺激作用与光化作用； 而热作用则在各类激光对生物组织的作用中普遍存在。 (六)影响激光生物作用的因素 1. 激光本身的性能 2. 生物组织的性质 生物组织的物理性质 生物组织的生物性质 3. 激光与生物组织作用的时间和方式 二、激光在基础医学研究中的应用(一)激光照射生物组织的温升分布的分析与计算(二)激光对生物分子、细胞、组织的作用与效应 (三)用于医学基础研究的激光技术 三、激光的临床应用 (一)激光在诊断中的应用 激光光谱分析法激光干涉分析法 激光散射分析法