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1、激光医疗设备,回顾:激光产业一览,从1960年发明激光到20世纪70年代中期，激光产业尚未形成规模。这一阶段，人们主要在研究激光器的基础现论，主要是军事应用，那时的激光产业很小，1975年全球激光产业仅为0.617亿美元。20世纪70年代后期，各类激光器的性能在迅速提高，特别是固体激光器、CO2激光器、 He-Ne激光器、半导体激光器的寿命、模式、稳定性等性能大大改善，使它们不仅在军事领域，而且在其他领域获得了广泛应用。到1999年，全球激光器的销售额将达46亿美元。现在，这些激光器件正在激光通信、光学存储、材料加工、激光医学、图像记录、打印和印刷、检测、传感等领域发挥独特作用，对人类生活产生
2、了不可估量的影响。,1、 材料加工仍为主要应用：材料加工主要包括用激光对金属、 塑料、陶瓷等材料进行切割、焊接、表面处理、打标、打孔等，此外还包括激光微加工和激光快速成型等。 2、 医用激光发展迅速：1996，1997年医用激光一直在以20%-30%的速度增长。 3、 研究领域有不断的需求：在这一领域，LD泵浦固体激光器，特别在超快领域，增长最快。 4、 分析及生物医学仪器应用：在这一领域主要应用气体和离子激光器。,5、 成像记录：成像记录包括商业印刷系统、医用成像仪器、台式计算机用的打印机、传真机、复印机等。 6、 遥感应用：遥感应用包括大气化学元素浓度、空气流动、森林植被调查等的激光测量系
3、统。此外，还包括采用半导体激光器的自动防撞系统。 7、 检查、测量和控制：这一领域的激光应用在整个激光应用中所占的份额很小，约为1%，但包含的内容较多，如用于建筑业和农业的准直激光系统，用于非破坏测量或机器视觉中激光器。 8、 娱乐：该领域包括激光娱乐、激光束显示、激光指示器、全息显示。 9、 光存储：用于光存储的激光器大部分是半导体激光器。,10、 光通信：光通信用的激光器差不多全部是半导体激光器，只有少量的CATV系统采用1310纳米或1550纳米LD泵浦固体激光器。通信用的激光器主要有两类：光纤放大器用的泵浦光源和发射机用的信号光源。1998年，全部激光器在通信领域的销售额高达14亿美元
4、. 11、 条码扫描：条形码扫描器主要采用半导体激光器，只有一些老的系统还在使用 He-Ne激光器（大约30000只/年）。 12、 正在出现的新应用：该领域包括航空、军事、区域网、计算机应用等。航空和军事又包括商用导航、军事演习系统、测距仪、卫星和激光冷却等。区域网包括计算机区域互连网。,光的本性,古希腊哲学家们认为光是高速运动的粒子流 科学家牛顿 牛顿提出著名的光微粒说光是由极小的高速运动微粒组 成的；不同色光有不同的微粒，其中紫光微粒的质量最大，红光微粒的质量最小。利用这种学说牛顿解释了光的折射、反射和上面描述的色散现象。 爱因斯坦于1905年提出光量子说来解释光电效应实验。认为光是一束
5、束以光速运动的粒子 流，每一个光粒子都携带着一份能量。 爱因斯坦则进 一步认为光在传播过程中也具有粒子性。,荷兰人惠更斯 1678年提出波动理论来解释光的本性。 他认为光的微粒理论无法解释光线可以相互交叉通过 而互不影响，但这却是波的基本性质。利用光的波动理论也很容易解释光的反射与折射现象。 到1863年麦克斯韦 发表著名的电磁理论，揭示了光波其实是电磁波的一种，电磁波的传播 不需要媒质。 用麦克斯韦理论无法解释光电效应实验 光电效应实验使传统的光学理论受到严峻考验,光到底是什么？ 光一方面具有波动的性质，如干涉、偏振等；另一方面又具有粒子的性质，如光电效应等。这两方面 的综合说明光不是单纯的
6、波，也不是单纯的粒子，而是具有波粒二象性的物质。这是认识上的不断加深而得到的结论。,激光日常生活中，我们常常接触到激光.,日常生活中，我们常常接触到激光.,课堂上我们所用的激光指示器 电脑或音响组合中用来读取光碟资料的光碟机 工业上，激光常用于切割或微细加工 军事上，激光被用来拦截导弹 科学家也利用激光非常准确地测量了地球和月球的距离，涉及的误差只有几厘米 激光的用途那么广泛，究竟它是如何产生的呢？,了解激光产生原理，我们必先了解物质的结构，与激光的辐射和吸收的原理。,通过这个简单的模型可以帮助我们说明激光的基本原理,能阶跃迁 ? 电子可以透过吸收或释放能量从一个能阶跃迁至另一个能阶。 1.
7、自发吸收 跃迁又可分为三种形式 2. 自发辐射 3. 受激辐射,1.自发吸收 - 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶 (图 a)。 2.自发辐射 - 电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶 (图 b)。 3.受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子 (图 c)。,电子处于可能的最低能阶时 ,称之为基态. 电子处于较高的能阶时 ,称之为受激态. 激光基本上就是由第三种(受激辐射)跃迁机制所产生的。,原子激发的几种基本方式,气体放电激发
8、原子间碰撞激发 光激发,以红宝石激光 为例,它由一枝闪光灯，激光介质和两面镜所组成。激光介质是红宝石晶体，当中有微量的铬原 子。,在开始时，闪光灯发出的光射入激光介质，使激光介质中的铬原子受到激发，最外层的电子跃迁到受激态。此时，有些电子会透过释放光子，回到较低的能阶。 而释放出的光子会被射于激光介质两端的镜子来回反射，诱发更多的电子进行受激辐射，使激光的强度增加。设在两端的其中一面镜子会把全部光子反射，另一面镜 子则会把大部分光子反射，并让余小部分光子穿过而穿过镜子的光子就构成我们所见的激光。,粒子数反转,产生激光还有一个巧妙之处，就是要实现所谓粒子数反转的状态。以红宝石激光为例 ，原子首先
9、吸收能量，跃迁至受激态。原子处于受激态的时间非常短，大约10-7 秒后，它便会落到一个称为亚稳态的中间状态。原子停留在亚稳态的时间很长，大约是10-3秒 或更长的时间。电子长时间留在亚稳态，导致在亚稳态的原子数目多于在基态的原子数目，此现象称为粒子数反转。 粒子数反转是产生激光的关键，因为它使透过受 激辐射由亚稳态回到基态的原子，比透过自发吸收由基态跃迁至亚稳态的原子为多，从而保证了介质内的光子可以增多，以输出激光。,普通灯光与激光的比较,激光透过受激辐射产生，有以下三大特性 :,1. 激光是单色的，在整个产生的机制中，只会产生一种波长的光。这与普通的光不同，例如阳光和灯光都是由多种波长的光合
10、成的，接近白光。 2. 激光是相干的，所有光子都有相同的相，相同的偏振，它们迭加起来便产生很大的强度。而在日常生活中所见的光，它们的相和偏振是随机的，相对于激光，这些光就弱得多了。 3. 激光的光束很狭窄，并且十分集中，所以有很强的威力。相反，灯光分散向各个方向转播，所以强度很低。,小结1:产生激光的 5个条件,受激幅射是产生激光的首要条件 要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。这是产生激光的第二个条件 选择适当的物质，使其在亚能级上的电子比低能级上的电子还多，即形成粒子数反转，使受激发射多于吸收。这是产生激光的第三个条件 激光器中开始产生的光子是自发辐射产生的，其频率和方向杂乱无章。要使频
11、率单纯，方向集中，就必须有一个振荡腔。这是产生激光的第四个条件 只有使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多时，才能有放大作用，这是产生激光的第五个条件,小结2: 以能量划分，激光可大致可分为三类,第一类是低能量激光，这类激光通常以气体为激光介质，例如在超级市场中常用的条形码扫描仪，就是用氦气和氖气作为激光介 质的； 第二类是中能量激光，例如在课堂上用的激光指示器； 最后一类为高能量激光.,一般用半导体作为激光介质，输出的功率可高达 500 mW。用于热核聚变实验的激光可发射出时间极短但能量极高的激光脉冲，其脉冲功率竟可达1014 W！这激光可产生达一亿度的高温，引发微粒状的氘-氚
12、燃料进行热核聚变,激光医疗设备及其应用机理,不同类型的激光治疗范围不同 下面例举几种激光应用:,宝石激光系波长6943的单色红光，脉冲式输出（焦尔级）或连续式输出（毫瓦级），主要用于治疗眼科疾病。,氮分子激光系波长3371的单色长波紫外光，脉冲输出，功率0.12.0毫焦耳，可用于治疗较表浅的局限的化脓性炎症，感染创面、头癣、手、足癣、湿疹、神经性皮炎、皮肤皲裂、结节性痒疹、白癜风、外耳道疖肿、扁桃腺炎等；也可用做穴位照射，治疗气管炎、支气管哮喘、神经衰弱等内科和神经科的病症；此外，氮分子激光还可做为荧光检查的光源，诊断早期肿瘤。,氩离子激光系波长4880、5140与5145的兰青绿光，连续输出
13、，应用功率12瓦的氩激光穴位照射可治疗外伤性截瘫、脑炎后遗症、蛛网膜炎、小儿麻痹后遗症、神经衰弱、支气管哮喘、慢性肝炎、糖尿症、遗尿症等。,掺钕钇铝石榴石激光系波长10600的近红外光、脉冲输出或连续输出，应用功率数百焦耳的掺钕钇铝石榴石激光，可治疗血管瘤、面部斑痣、皮脂腺瘤、淋巴管瘤、粘液囊肿、唇部白斑等，增加输出功率还可做皮肤及肌肉的手术切割以及喉癌、胃肠癌的手术切除。,钕玻璃激光系波长10600 的近红外光，脉冲输出或连续输出，治疗时需用氦氖激光作标定瞄准，应用输出功率1520焦耳的钕玻璃激光可治疗慢性伤口，慢性溃疡以及软组织外伤等。应用功率为100以上焦耳的钕玻璃激光，可治疗血管瘤、蜘
14、蛛痣、乳头状瘤、色素痣、寻常疣、鸡眼、外阴白斑、基底细胞癌等。,氦镉激光系波长4416和3250的紫光和长波紫外光，连续式输出用功率为316毫瓦的氦镉激光穴位照射可治疗高血压、痛经、急性喉炎、急性声带炎等；局部照射可治疗神经性皮炎、皮肤搔痒症、结节性痒疹等。,具体我们介绍以下三种激光治疗仪,1、氦氖激光多功能治疗仪 仪器特点：仪器整机由全固化封装激光电源、铝筒激光器支架、微电脑控制板及高效光纤耦合器组成。具有安全性好，可靠性高，安装更换方便等优点。 本仪器可方便地互换笔杆式、磁光弯头吸盘式、 KX-3型等多种光纤耦合器，使用 本仪器可对血管内、体外和多穴位配 合照射治疗。其中，双管机同时可供
15、12人进行血管内照射治疗，还可以 进行多路光功率合成、作体表照射等 多项功能。, 仪器采用电脑控制，各项功能齐全，操作简便。 电源采用开关电源设计，85V265V，50/60Hz电源通用。 本系列仪器设有连续、脉冲两种工作模式可供选择，更利于不同疾病进行治疗。 适用范围：脑梗塞、脑出血和脑外伤后遗症、血管性头痛、顽固性失眠、精神分裂症、神经痛、癌痛、冠心病、心绞痛、心律失常、高脂血症、支气管哮喘、银屑病、血管性突发性耳聋等。,治疗机理：采用波长为632.8nm的低强度氦氖激光通过光纤针经静脉留置针导入血管内，对循环血液进行照射，激光可使血液中的蛋白质（酶和其他功能蛋白质）分子构象发生改变，通过
16、换能性的光化作用使机体产生一系列的生物效应,、CO2激光治疗机 治 疗 原 理 CO2激光的发散角极小， 能量密度高，经聚焦后， 可达每平方厘米几千瓦 的功率,医疗上可用于对 病灶组织的汽化，烧灼或切割病灶组织，所以CO2激光治疗仪也称谓激光刀。而未经聚焦的原光束照射病灶组织,可产生凝固作用。CO2激光是波长10.6nM的红外光，穿透组织较深，经扩束后照射,能对深部组织加热理疗。,、YAG激光治疗仪 治 疗 原 理 YAG激光治疗仪，激光源采用掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）晶体，由石英导光纤维输出激光，YAG激光治疗仪带有一个屈曲自如的导光纤维的传送系统，利用各种内窥镜把激光送到人体各个腔室器官，进行汽化、烧灼、切割,溃疡照射，止血和消灭肿瘤。治疗过程一般只需要几分钟到十几分钟，不必住院，免除麻醉、开刀.,技术参数 光纤功率：60W 激光波长：1.06m 激光接口：国际标准SMA905 光
