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1、第11章激光第1页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节一、能级跃迁、自发辐射过程、自发辐射过程处于高能级（激发态）的原子相对来说是不稳处于高能级（激发态）的原子相对来说是不稳定的，它们会自发地向低能级过渡，并释放出定的，它们会自发地向低能级过渡，并释放出一定的能量。设较高能级的能量为一定的能量。设较高能级的能量为2，较低，较低能级的能量为能级的能量为E1，原子由高能级过渡到低能级，原子由高能级过渡到低能级释放的能量为释放的能量为E=E21。释放能量的方式有。释放能量的方式有两种，一种是变为热运动的能量，叫做无辐射两种，一种是变为热运动的能量，叫做无辐射跃迁；另一种是以光的形式辐射出去，叫
2、自发跃迁；另一种是以光的形式辐射出去，叫自发辐射跃迁辐射跃迁 第2页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节一、能级跃迁自发辐射跃迁的特点是，每一个原自发辐射跃迁的特点是，每一个原子的跃迁都是自发地、独立地进行子的跃迁都是自发地、独立地进行的。辐射出的光发射方向是不一致的。辐射出的光发射方向是不一致的，位相、偏振性质等也各不相同。的，位相、偏振性质等也各不相同。普通光源的发光过程就是这样：在普通光源的发光过程就是这样：在外来作用激发下，光源中处于低能外来作用激发下，光源中处于低能级的原子过渡到各较高能级上，然级的原子过渡到各较高能级上，然后从各高能级以自发辐射方式跃迁后从各高能级以自发辐射方
3、式跃迁到较低能级，辐射出杂乱无章的光到较低能级，辐射出杂乱无章的光子来。子来。第3页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节一、能级跃迁、受激吸收过程、受激吸收过程如如果果原原子子处处在在较较低低的的能能级级E1，当当频频率率刚刚好好为为21的的外外来来光光子子作作用用它它时时，原原子子就就可可能能吸吸收收这这个个光光子，使本身的能量增加到子，使本身的能量增加到 E2=E1+h21于是原子被激发到较高的能级于是原子被激发到较高的能级E2上去了。这一上去了。这一过程不是自发产生的，而是在外来光子过程不是自发产生的，而是在外来光子“刺激刺激”下才发生的，所以叫做受激吸收过程下才发生的，所以叫做受
4、激吸收过程 第4页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节一、能级跃迁、受激辐射过程、受激辐射过程受激辐射是受激吸收相反的过程。如果原子处于较高能级受激辐射是受激吸收相反的过程。如果原子处于较高能级2上，一个频率为上，一个频率为21的外来光子作用于它时，这个原子在外来的外来光子作用于它时，这个原子在外来光子的光子的“刺激刺激”下，可以发射出一个同样的光子，而原子下，可以发射出一个同样的光子，而原子本身由于辐射了能量便从能级本身由于辐射了能量便从能级E2跃迁到较低的能级跃迁到较低的能级E1。这。这一过程也不是自发的，而是在外来光一过程也不是自发的，而是在外来光“刺激刺激”下才发生，所下才发生，
5、所以叫受激辐射过程。以叫受激辐射过程。这一过程的重要特点是，在这一过程中产这一过程的重要特点是，在这一过程中产生的光子与原来射入的那个光子是完全相同的，即同方向、同频生的光子与原来射入的那个光子是完全相同的，即同方向、同频率、同位相、同偏振。通过受激辐射，射出的光比射入的光能量率、同位相、同偏振。通过受激辐射，射出的光比射入的光能量增加了一倍，光被放大了增加了一倍，光被放大了.第5页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节一、能级跃迁受激辐射过程受激辐射过程 第6页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节二、激光的产生在某一确定温度下，原在某一确定温度下，原子数随能级按指数规律子数随能级按
6、指数规律衰减。低能级上的原子衰减。低能级上的原子数比高能级上的原子数数比高能级上的原子数多；多；能级越高，处在这能级越高，处在这个能级上的原子数目就个能级上的原子数目就越少。其分布曲线如图越少。其分布曲线如图 第7页，共18页，编辑于2022年，星期日第1节二、激光的产生 受激辐射过程中发射的光就是激光。受激辐射过程中发射的光就是激光。要使某一要使某一物体发射激光，必须使它的受激辐射占优势，物体发射激光，必须使它的受激辐射占优势，而这又只有在物体中处于某一或某些高能级的而这又只有在物体中处于某一或某些高能级的原子数目超过某一低能级的原子数目时才有可原子数目超过某一低能级的原子数目时才有可能。这
7、种状态与热平衡时原子能级的正常分布能。这种状态与热平衡时原子能级的正常分布相反，叫做相反，叫做“粒子数反转粒子数反转”。在某两个能级间在某两个能级间可以实现粒子数反转的物质，才能作为激光的可以实现粒子数反转的物质，才能作为激光的工作物质。工作物质。第8页，共18页，编辑于2022年，星期日第节激光的特性与生物效应 一、激光的特性一、激光的特性 二、激光的生物效应二、激光的生物效应 第9页，共18页，编辑于2022年，星期日第节一、激光的特性、方向性好、方向性好 2、强度高、强度高 3、单色性好、单色性好 4、相干性好、相干性好 第10页，共18页，编辑于2022年，星期日第节二、激光的生物效应
8、、热效应、热效应 2、压强效应、压强效应、光化效应、光化效应 电磁场效应电磁场效应、弱激光的刺激效应、弱激光的刺激效应 第11页，共18页，编辑于2022年，星期日第节 激光在医学上的应用 一、高功率激光在医学上的应用一、高功率激光在医学上的应用激光激光手术手术 二、低功率激光在医疗中的应用二、低功率激光在医疗中的应用激光激光理疗理疗 第12页，共18页，编辑于2022年，星期日第节一、激光手术、凝固凝固是激光热效应的结果。组织吸收的功是激光热效应的结果。组织吸收的功率密度较低，温度在率密度较低，温度在60度以上时，蛋白质凝固度以上时，蛋白质凝固变性，可以用于破坏肿瘤等病理组织，也可用变性，可
9、以用于破坏肿瘤等病理组织，也可用于破坏某些囊腔的内壁，使其丧失生理功能。于破坏某些囊腔的内壁，使其丧失生理功能。第13页，共18页，编辑于2022年，星期日第节一、激光手术2、止血止血 也是光凝的结果，具体机制有两种。也是光凝的结果，具体机制有两种。一种是一种是Ar+激光选择性地作用于血红蛋白，使之激光选择性地作用于血红蛋白，使之凝固，阻塞血管。另一种是凝固，阻塞血管。另一种是YAG激光的非选择激光的非选择性作用，因其聚集性差，它可以作用于血管壁。性作用，因其聚集性差，它可以作用于血管壁。对于动脉先使血管壁收缩，然后血管断端凝固。对于动脉先使血管壁收缩，然后血管断端凝固。对于静脉则先是血管断端
10、凝固，然后血管内血对于静脉则先是血管断端凝固，然后血管内血液凝固栓塞。液凝固栓塞。第14页，共18页，编辑于2022年，星期日第节一、激光手术3、融合融合 融合也是激光凝固作用的结果，不过融合也是激光凝固作用的结果，不过破坏程度甚轻，也可用于血管、神经、输卵管破坏程度甚轻，也可用于血管、神经、输卵管等的吻合。激光使端端对合的管壁对合面轻度等的吻合。激光使端端对合的管壁对合面轻度脱水变性，而后愈合。激光融合较常规针线缝脱水变性，而后愈合。激光融合较常规针线缝合出血少，组织反应轻，故疤痕组织较少，术合出血少，组织反应轻，故疤痕组织较少，术后狭窄的机率较低后狭窄的机率较低。第15页，共18页，编辑于
11、2022年，星期日第节一、激光手术4、气化气化 一般为激光的热效应的结果。当组一般为激光的热效应的结果。当组织吸收的功率密度高，温度达织吸收的功率密度高，温度达2000度以上度以上时，组织表面发生收缩、脱水和炭化。组时，组织表面发生收缩、脱水和炭化。组织内部则因水被瞬间气化而发生爆炸，形织内部则因水被瞬间气化而发生爆炸，形成一缕轻烟。烟雾在升腾过程中，穿过激成一缕轻烟。烟雾在升腾过程中，穿过激光束而被进一步气化光束而被进一步气化 第16页，共18页，编辑于2022年，星期日第节一、激光手术5、切割切割 也是气化作用的临床应用。是一种不也是气化作用的临床应用。是一种不接触的手术方法。切割的深度和
12、止血程度取决接触的手术方法。切割的深度和止血程度取决于激光的功率密度和光刀移动速度。牵张切线于激光的功率密度和光刀移动速度。牵张切线两边的组织可以加快切割的速度。两边的组织可以加快切割的速度。第17页，共18页，编辑于2022年，星期日第节二、激光理疗 利用低功率激光的这种生物刺激作用来治疗疾利用低功率激光的这种生物刺激作用来治疗疾病的方法，习惯上称为激光理疗。病的方法，习惯上称为激光理疗。低功率激光的应用范围主要有低功率激光的应用范围主要有：刺激上皮再生，刺激上皮再生，加速组织修复。如各种慢性的皮肤粘膜溃疡及加速组织修复。如各种慢性的皮肤粘膜溃疡及坏死，各种伤口、创面、骨折等；治疗各种炎坏死，各种伤口、创面、骨折等；治疗各种炎症性疾病如唇炎、鼻炎、扁桃腺等；治疗有关症性疾病如唇炎、鼻炎、扁桃腺等；治疗有关神经系统疾病如高血压、脑震荡后遗症等；治神经系统疾病如高血压、脑震荡后遗症等；治疗过敏性疾病如支气管哮喘、过敏性皮炎等等。疗过敏性疾病如支气管哮喘、过敏性皮炎等等。第18页，共18页，编辑于2022年，星期日