激光与荧光膜体相互作用的光学资料

光学和电子的相互作用机制从光学和电子的观点来看，我们可以将材料视为不同种类的原子或分子的集合体。

它们之间的相互作用形成了稳定的物质结构。

光学和电子的相互作用机制因此变得至关重要，因为它们解释了材料中电子结构和光学性质之间的联系。

我们先从光学的角度来看待这个问题。

一个光子由光的粒子组成。

当光子碰到物体时，它会被散射或吸收。

光子可以激发分子的电子，并且分子可以重新结合的形式发光子。

这就是我们所看到的荧光效应。

当分子从一个能级到另一个能级跃迁时发光，特定的波长、光强和时间上框架，这种现象原理就是光致发光现象经典地应用于液晶形成的虹膜屏幕上。

光与电子之间的相互作用通过光谱来研究。

分子中的电子分布可能是不均匀的。

在一些分子中，它们集中在分子的某个特定区域。

当光子经过这个区域时，它们会被激发，并且特定的波长被散射出来。

这才是为什么许多分子可以吸收特定波长的光线而变得荧光。

从电子的角度来看，我们可以想象一个物质由原子和原子结成的晶体构成，每个原子又由一堆电子和一个核心原子组成。

电子在邻近的原子之间移动时，这些物体调整其原子核位置。

这种相互影响会影响电子在材料中的排列和行为。

电子在材料中的行为不仅影响着材料的光学性质，还影响着我们日常使用的许多电子设备。

材料中的电子行为可以通过探究电子的能带结构来研究。

该结构描述了每个气体的最高占据能量级以及最低没有占据层的能量级。

当电子从一个能级到另一个能级跃迁时，它们会发射光子。

这就是我们所看到的各种类型的发光二极管和激光器的原理。

然而，当电子被碰撞时，这种能量被释放并被吸收到物质中，并且有时会导致材料产生热量。

总的来说，光学和电子的相互作用机制至关重要。

它们关系着材料的电子结构和光学性质。

通过研究材料中的电子能带结构和波长散射，以及探究材料中的光子和电子相互作用，我们可以更好地理解材料的性质，并且制造出更好的电子设备。

激光在物质中的相互作用研究在科学研究领域中，激光技术可谓是一项重要的工具。

激光的特殊属性使其在各个领域中得以广泛应用，特别是在物质的研究中。

通过激光在物质中的相互作用，科学家们可以深入探究物质的特性、结构以及反应等方面，进而推动科学的发展和创新。

本文将以中性物质中的激光相互作用为切入点，介绍激光科学的一些应用及研究进展。

激光在物质中的相互作用是通过激光来与物质进行相互作用，从而探索物质的内在结构和物理特性。

其中一个重要的应用就是激光诱导荧光技术。

通过将激光聚焦到物质中，激发物质分子的高能态跃迁，从而产生明亮的荧光，通过荧光的强度和频率变化，可以研究物质的光学性质、能级结构等。

这项技术在材料科学、化学、生物科学等领域中有广泛的应用，例如荧光探针的研发、蛋白质结构的研究等。

除了激光诱导荧光技术外，激光还可以通过激发物质中的声子和电子来实现与物质的相互作用。

比如，红外激光可以激发物质中的分子振动，从而产生红外吸收谱，通过分析红外吸收谱，可以了解物质的结构和化学键的性质。

这在化学合成、材料表征等领域中具有重要意义。

此外，激光还可以通过光谱技术和非线性光学技术与物质相互作用。

光谱技术可以通过测量光的散射、吸收和发射等过程，获得物质的光谱信息，进而了解物质的电子结构、能级分布等。

非线性光学技术则可以通过激光与物质的相互作用，产生二次谐波、非线性吸收等现象，从而获得更多关于物质的信息。

激光在物质中的相互作用在科学研究领域中取得了许多重要的突破。

例如，通过高能量超短脉冲激光与物质相互作用，科学家们可以实现超快动力学研究，捕捉到物质在极短时间尺度下的变化过程。

这为材料科学、光电子学等领域的研究提供了新的思路和方法。

此外，激光与物质相互作用的研究还引发了一些新的科学问题。

例如，激光在等离子体中的相互作用研究，涉及到等离子体物理、激光等离子体技术等多个领域，具有广泛的应用前景。

另外，新型激光器的研发，如激光脉冲放大技术和高功率激光器技术等，为激光与物质相互作用研究提供了更好的工具和条件。

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研究LIF主要课题组
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LIFD主要生产厂家
Picometrics Beckman
ABI
Unimicro
用于高效液相 色谱、毛细管 用于毛细管 电泳、微流动 电泳；
分析系统等领
域；
光源为气体
激光器
光源为固态二 极管激光器
用于毛细管 电泳、微流 控系统；
光源为气体 激光器
光源为固体 激光器；
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LIF应用及展望
❖ 1.气体激光器发射波长单一、价格昂贵、维护费高和寿命 短等缺点限制了LIF系统的推广普及。
❖ 2.固态二极管激光器用于LIF，可以提高检测生物基质中 超低量溶质的能力，同时可以保证源于生物基质的背景干 涉最小。
❖ 3.LIF在生物工程中的应用已经取得了丰硕成果，并有一 部分成果转化为商品，随着激光、探测及电子等关键技术 水平的不断提高，LIF将在生物分析的各个领域中发挥更 大的作用。
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LIF应用及展望
LIF应用
生物
医学
环境
其他
毛细血管 电泳检测
诊断病变 （肺癌、 皮肤癌等）
检测大气、 水体污染
检测火焰、 流场等
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人常暴露于可造成DNA损 伤的环境中，如紫外光、多 环芳烃、重金属元素。如果 损伤未能得到适当的修复， 可引起基因突变，有可能进 一步引发癌症或造成细胞死 亡。DNA有自我修复功能， 保护我们的细胞防止突变。 利用荧光偏振特性，揭示 DNA修复机器可识别多种不 同化学结构DNA损伤的机制 。
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LIF检测系统
❖ LIF 检测系统主要包括激光器、检测光路、光电探测器、 信号处理模块。

高三物理知识点解析光学与激光高三物理知识点解析：光学与激光光学与激光是高中物理学习中的重要知识点，涉及到光的特性、光与物质的相互关系以及激光的产生与应用等内容。

本文将对光学与激光的相关知识进行详细解析，帮助高三学生更好地掌握和理解这一部分内容。

1. 光的特性与传播光是一种电磁波，具有波粒二象性。

其波动性表现为光的传播具有直线传播性、折射与反射等现象。

而光的粒子性则表现为光的能量以光子的形式传播。

在光学的研究中，我们常常会遇到光的处理现象，如光的折射与反射。

折射现象是指光在两种介质之间传播时发生方向的改变，其具体规律可以通过斯涅尔定律进行描述。

反射现象则是光遇到界面时发生方向的改变，其规律可以通过反射定律来解释。

2. 光与物质的相互关系光与物质的相互作用是光学研究的重要内容之一。

在光与物质的相互作用中，我们主要关注光的吸收、传播与发射等过程。

光在物质中的吸收现象是指当光照射到物质表面时，部分光被物质吸收而转化为内能。

吸收过程中，物质的吸收率与光的颜色、频率以及物质本身的性质有关。

光在物质中的传播可以分为透明、散射和不透明等情况。

透明是指光能够完全穿过物质而不发生显著散射的情况，如玻璃、水等。

散射是指光在物质中遇到不均匀性而改变传播方向的现象，如云、烟尘等。

不透明则是指光无法穿过物质而被完全反射或吸收的情况，如金属、石块等。

光在物质中的发射现象是指当物质吸收能量后，部分能量以光的形式重新辐射出来，形成发光现象。

发射光的颜色与物质吸收的光的颜色有关，如荧光、磷光等。

3. 激光的产生与应用激光是一种具有高度相干性和方向性的光波，具有独特的特性和广泛的应用。

激光的产生是通过光的受激辐射过程实现的。

激光器是产生激光的重要装置，其基本组成部分包括激光介质、泵浦源和光学谐振腔等。

激光介质是指能够吸收能量后进行受激辐射的物质，如氖气、二氧化碳等。

泵浦源则是提供能量的装置，如闪光灯、泵浦激光等。

由于激光具有独特的特性，使其在许多领域得到广泛应用，如激光器、激光切割、激光测距等。

共聚焦成像原理共聚焦成像是一种高分辨率的光学显微成像技术，它能够通过对样品进行扫描来获取高质量的三维图像。

共聚焦成像原理基于激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）的工作方式，该技术结合了激光扫描显微镜和荧光显微镜的优点，广泛应用于生物医学研究领域。

共聚焦成像系统共聚焦成像系统由以下几个主要组件组成：1.激光器：产生高亮度、单色、准直的激光光束。

2.扫描装置：通过控制反射镜或振镜使激光束快速扫描样品。

3.物镜：用于聚焦激光束到样品上，并收集散射或荧光信号。

4.探测器：用于检测收集到的散射或荧光信号，并将其转换为电信号。

5.图像处理系统：对探测到的信号进行处理和重建，生成最终的图像。

共聚焦成像原理共聚焦成像原理基于荧光显微镜的激发和发射过程。

当样品中的荧光标记物与激光束相互作用时，会发生以下几个过程：1.激发：激光束照射到样品上时，荧光标记物中的某些分子会吸收激光的能量，从基态跃迁到激发态。

2.发射：经过一段时间后，激发态的分子会自发地退回到基态，并释放出多余的能量。

这些能量以荧光信号的形式被辐射出来。

3.收集：物镜收集样品上散射或荧光信号，并将其聚焦到探测器上。

共聚焦成像通过控制激光束的聚焦位置和扫描方向来实现对样品的三维扫描。

具体而言，它采用了以下几个关键步骤：1.聚焦：通过调节物镜与样品之间的距离，使得激光束能够在样品内部聚焦成一个非常小且高度聚集的点。

这个点被称为焦斑（PSF）。

2.扫描：通过控制扫描装置，将激光束沿着样品的水平和垂直方向进行快速扫描。

这样可以在样品的不同位置上获取散射或荧光信号。

3.检测：通过探测器检测收集到的散射或荧光信号，并将其转换为电信号。

4.图像重建：通过对探测到的信号进行处理和重建，生成最终的图像。

这通常包括去除背景噪声、增强对比度和调整亮度等步骤。

共聚焦成像优势共聚焦成像具有以下几个优势：1.高分辨率：由于共聚焦成像只聚焦在样品的一个非常小的区域内，因此可以获得比传统显微镜更高的分辨率。

激光与物质相互作用的物理基础2. 激光束的空间分布激光束的空间分布用近场和远场来描述。

近场是指激光器输出反射镜面上的光强分布；远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。

激光是一种特定介质（如红宝石、钇铝石榴石或CO2）在电、光或者其他能量的激发下反复振荡、放大后射出的一束光子流。

这束光子流波长单一（单色性好），发散角小（方向性好），具有相干、高能、高亮度等特性，经聚焦后可达到很高的功率密度（106～1012W/cm2），用它做热能源，对材料或者零件可以进行高效率、高精度的加工。

激光与物质的相互作用是激光加工的物理基础。

因为激光首先被材料吸收并转化为热能，才能用不同功率密度或能量密度对其进行加工。

当激光作用到被加工材料上，光波的电磁场与材料即会产生相互作用，这一相互作用过程主要与激光的功率密度、激光的作用时间、材料的密度、材料的熔点、材料的相变温度、激光的波长和材料表面对该波长激光的吸收率、导热率等有关[11]。

一、激光与物质相互作用物理过程高功率激光光束作用于物体表面时，物体表面将吸收大量的激光能量，引起温度升高、熔化、气化和喷溅等现象。

具体过程依赖于激光参数（能量、波长及脉宽等）、材料特征和环境条件。

当激光的作用时间较短，功率密度较低，为103～104W/cm2时，大部分入射光被吸收，材料温度逐渐升高，这种情况下，一般只能加热材料，不能熔化和气化材料，如图2-1a)所示；当激光的功率密度升高到104～106W/cm2时，温度达到材料的熔点，材料开始熔化，形成熔池，如图2-1b)所示；当激光的功率密度升高到达106～108W/cm2时，达到材料的气化点，材料开始气化和蒸发，形成等离子体，如图2-1c)所示；再进一步提高激光功率密度到108W/cm2以上，并加长辐射时间，此时材料表面强烈气化，形成较高电离度的等离子体，一方面它阻碍了激光对材料的辐射，另一方面在较大的气化碰撞压力下，材料表面生成小孔，增强了材料对激光的吸收，如图2-1d)所示[23]。

光学材料中的多光子吸收效应研究绪论近年来，随着激光技术的迅猛发展，多光子吸收效应在光学材料中的研究引起了广泛关注。

多光子吸收是指高强度激光与物质相互作用时，由于高能量密度和高光子密度，使得多个光子几乎同时被吸收的过程。

这种效应在光谱学、非线性光学、光存储等领域具有重要的应用价值。

本文将探讨多光子吸收效应的基本原理、研究方法和应用前景。

多光子吸收效应的基本原理多光子吸收效应源于物质对激光光子的非线性响应。

传统光学吸收是通过吸收一个光子将电子从基态激发到激发态，而多光子吸收需要多个光子同时作用在一个分子或晶体上。

这一过程需要满足多光子能量相加等于分子或晶体的激发能级之间的能量差。

多光子吸收的阈值强度随着光子数目的增加而降低，从而提供了实现高能量密度和高分辨率的激光技术的基础。

多光子吸收效应的研究方法1. 荧光光谱法荧光光谱法是研究多光子吸收效应的常用方法之一。

通过测量物质在激光激发下的荧光光谱，可以获得多光子吸收激发能级与激发态之间的跃迁信息。

同时，荧光光谱法还可以用于确定材料的能级结构和发光机制，为设计新型多光子吸收材料提供理论基础。

2. 非线性光学显微镜非线性光学显微镜是研究多光子吸收效应的重要工具。

这种显微镜采用高功率激光作为光源，通过在材料中产生强荧光信号实现高分辨率三维成像。

非线性光学显微镜广泛应用于生物医学领域，用于观察和研究生物样品的微结构和功能。

多光子吸收效应的应用前景1. 光存储材料多光子吸收效应在光存储领域具有潜在应用。

利用多光子吸收效应，可以实现高容量、高速度、高安全性的光存储。

通过调控光子数目和能量密度，可以实现多光子数据的读写和擦除，从而提高光存储系统的性能。

2. 光电子器件多光子吸收效应也在光电子器件中有重要应用。

光电二极管、光电晶体管等器件可以利用多光子效应实现高灵敏度和高速响应的光电转换。

这些器件在通信、传感、成像等领域具有重要的应用前景。

结论多光子吸收效应作为非线性光学的重要研究方向，在光学材料的研究中发挥着重要作用。

上转换荧光强度与激光功率的关系
上转换荧光是一种荧光现象，其强度与激光功率之间存在一定的关系。

以下是关于上转换荧光强度与激光功率之间关系的详细介绍：上转换荧光的基本原理：
上转换荧光是一种非线性光学效应，通常涉及到将低能量的光子转换为高能量的光子。

在上转换荧光材料中，激发态分子吸收激光光子后，通过多体过程或能量传递的方式，使得激发态分子跃迁到更高能级的激发态，然后在激发态之间发生跃迁，释放出高能量的光子。

荧光强度与激光功率的关系：
上转换荧光的强度通常与激光功率呈非线性关系。

随着激光功率的增加，荧光强度不会线性增加，而是经历一定的变化趋势。

在低激光功率下，荧光强度随着激光功率的增加而线性增加，因为更多的激光光子被吸收，从而产生更多的激发态分子。

然而，当激光功率进一步增加时，荧光强度可能会达到饱和状态，即增加激光功率不会导致荧光强度继续增加，因为激发态分子的数量已经达到了一个稳定状态，无法进一步增加。

非线性光学效应：
上转换荧光通常涉及到非线性光学效应，因此其荧光强度与激光功率之间的关系可能是非线性的。

非线性光学效应通常由于多体相互作用或能量传递过程引起，这些过程可能导致激光功率和荧光强度之间的非线性关系。

总的来说，上转换荧光强度与激光功率之间的关系是一个复杂的问题，受到多种因素的影响，包括材料特性、激光波长、激光脉冲宽度、样品浓度等。

在实际研究中，需要通过实验和理论分析来确定荧光强度与激光功率之间的精确关系。

1。

激光与材料相互作用机理研究一、概述激光与材料相互作用机理研究是材料科学领域中的一个重要研究方向。

激光加工技术在制造业中越来越受到重视，因为它具有质量高、效率高、可控性好等优点，被广泛应用于航空制造、汽车制造、电子设备等领域。

在激光加工过程中，激光再材料中的相互作用是一项关键的技术问题。

因此，深入研究激光与材料相互作用机理对于提高激光加工的质量和效率具有重要意义。

二、激光与材料相互作用的基本原理激光与材料相互作用的基本原理是光与物质之间的相互作用。

光在与材料相互作用时会被吸收、反射、散射等，并通过热传导、热辐射等方式作用于材料中，从而导致材料的物理和化学性质发生改变。

激光与材料相互作用的过程可以分为以下几个阶段：1. 光与材料的相互作用：当激光与材料相遇时，光子将能量传递给材料，使其进行状态变化。

2. 吸收过程：材料中的分子吸收光子能量，使它们从基态或低能量状态转变为高能量在态，在此过程中，物质发生热膨胀和蒸发。

3. 热传导和热辐射：被激发的材料分子通过热传导和热辐射方式传递能量。

4. 热损耗：材料受到激光照射后，内部吸收的能量不断积累，超过其耐受的极限，便会发生熔化、汽化、严重的塌陷等不同的物理和化学反应过程。

5. 材料剥落：材料剥落是指激光能量传递到物体表面后，材料出现爆炸性膨胀和极端量热反应，瞬间使物体表面形成高压气体。

此时，材料表面逐渐形成锥型孔洞，并随着气浪的爆发产生的物理冲击力，最终导致材料剥落。

三、激光与材料相互作用机理的影响因素1. 光学特性：光学特性是指材料吸收、散射、反射、透射激光的能力。

不同材料的反射率和吸收率不同，因此激光与材料相互作用过程中其产生的影响也不同。

2. 材料特性：不同材料的熔点、硬度、热导率等物理性质不同，因此激光与材料相互作用的过程中也会产生不同的影响。

3. 激光特性：激光的波长、能量密度、相干性等特性也会影响激光与材料相互作用过程中所产生的反应效果。

四、激光与材料相互作用应用激光具有高能量、高精度、无污染等特点，因此在制造业、医疗和科学研究等领域中，激光与材料相互作用技术正在不断应用和发展。

纳米材料光学性质
纳米材料的光学性质是指其与光相互作用的特性，主要包括吸收、散射、透射、反射、发光等。

纳米材料的尺寸、形状、结构以及化学成分等因素都会影响其光学性质。

以下是一些常见的纳米材料光学性质：
1.吸收特性：纳米材料的吸收谱可以随着尺寸、形状和表面修饰的改变而调控。

在量子点等纳米结构中，量子尺寸效应会导致能带结构的量子限制，使得材料对特定波长的光吸收增强或者发生波长可调的吸收现象。

2.散射特性：纳米颗粒、纳米结构或者纳米表面可以引起光的散射，产生表面等离子共振（SPR）效应等。

纳米材料的表面形貌和粗糙度会影响散射光的强度和方向性。

3.透射特性：纳米材料的透射性取决于其组成、结构和厚度等因素。

纳米薄膜、纳米孔阵列等结构可以实现光的选择性透射，产生透明度、光学滤波和光学调制等效应。

4.反射特性：纳米结构可以调控光的反射率，如周期性纳米结构的布拉格反射效应、金属纳米颗粒的等离子体共振效应等，可以增强或者抑制光的反射。

5.发光特性：一些纳米材料具有发光性质，如半导体量子点、纳米荧光染料等，它们的发光颜色和强度可以通过控制其尺寸、组成和表面修饰来调控。

6.非线性光学特性：纳米材料具有非线性光学效应，如二次谐波产生、光学Kerr效应等。

这些效应在激光技术、光学通信和光学成像等领域具有重要应用。

纳米材料的光学性质不仅对于基础科学研究具有重要意义，还在光电子器件、传感器、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

因此，对纳米材料光学性质的深入理解和精确控制是纳米科技研究的重要内容之一。

膜对激光的吸光度
膜对激光的吸光度是指膜材料在激光照射下吸收激光能量的能力。

膜的吸光度取决于多个因素，包括膜材料的光学特性、激光的波长和功率、膜的厚度等。

膜材料的光学特性是决定其吸光度的重要因素。

不同材料对不同波长的光有不同的吸收特性。

一些材料在特定的波长范围内具有较高的吸收率，而在其他波长范围内较低。

例如，某些半导体材料对特定波长的激光有很高的吸收率，适合用于激光器、光伏电池等应用。

激光的波长和功率也会影响膜的吸光度。

如果激光的波长与膜材料的吸收峰相匹配，膜对激光的吸收将更高。

此外，激光的功率越高，膜吸收的激光能量也越多。

膜的厚度对吸光度也有一定影响。

通常情况下，薄膜对激光的吸收更高，因为光能更容易穿透较薄的膜。

需要注意的是，膜对激光的吸光度并不是唯一影响膜在激光照射下的行为的因素。

其他因素，如散射、反射和透过等也会对膜的光学特性产生影响。

综上所述，膜对激光的吸光度受材料本身的光学特性、激光的波长和功率，以及膜的厚度等因素的影响。

准确评估膜在特定激光条件下的吸光度需要进行实验和详细的光学分析。

学元件 的光谱特 性 已经发 生 变化 。
关键词 ：飞秒 激光脉 冲 ；雪崩 离化 ；导带 电子 ； 光损伤 激
中图分 类号 ：Ｏ ４ ４ ４ ８ ． 文献标识 码 ：Ａ
Ｄｉ ｌ ｃ ｒ ｃ ｏ ｔｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｕ ｄ ｒ ｉ ｒ ｄ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｔ ｉ ｐ ｉ ａ ｒ ｐ ｒ ｙ ｔ ａ ｓ ｏ ｍ ｔｏ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ ｔｏ ｏ ｌｒ － ｈ ｒ ｕ ｓ ａ ｅ ｆ ｕ ｔ ａ ｓ ｏ ｔｐ ｌｅ ｌ ｓ ｒ
超短 脉 冲 激 光 与介质 相 互 作 用过 程 中 光学 特 性 的变 化 ＊
王 利 ， 范 滨 王 占山 ， 玲 燕 ， 陈
（． １ 同济大学 精密光学工程技术研究所 ， 上海 ２０ ９ ； ． ００ ２ ２ 株式会社光驰 ， 竹野 ３０ ００） ５ － ８ １
摘要 ： 据 雪崩 离化模 型 ， 根 分析 了飞秒 激光脉 冲 与介质 材料 相 互作 用过 程 中光 学特性 的 变化规
Ｗ ＡＮＧ ，ＦＡＮ Ｂｉ ，ＷＡ ＮＧ ｈ ｎ ｈ ｎ Ｌｉ ｎ Ｚ ａ ｓ ａ ，ＣＨ ＥＮ Ｌｉ ｇ ａ ｎ ｙ ｎ
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组织光学
投射：残余的光传输到皮下组织，这主要依赖于波长，波长短的光（300-400nm）被散射，穿透不超过0.1mm。600-1200nm波长的光穿透得更深一点，因为它们散射的少。 图1-5 皮肤上入射光的结局
光-组织相互作用
一、如果光能量要改变靶组织的结构，除了被吸收，还必须有充足的能量。能量以焦（J）为单位，但它通常更适用于描述“流量”或能量密度（J/CM2）。功率是发射能 量的速率，测量的单位是瓦。 二、光可以通过以下途径影响组织： （1）光刺激：有模糊证据表明低能量激光加速伤口愈合，其机制不清楚。 （2）光动力反应：它构成了光动力疗法（photodynamic therapy）的基础，包括一种光敏性药物或其前体的局部或系统应用。适宜的光源可诱发两种反应，光氧化反应和即刻细胞毒素反应。光动力疗法也可以适用于生物体内的色基，诸如在痤疮丙酸杆菌中发现的色基，用蓝光杀灭痤疮丙酸杆菌，痤疮在临床上就得到了改善。 （3）光热和光机械作用：选择性光热作用理论已经用于祛除皮肤的血管畸形、文身、某些良性的色素沉着病变和脱毛。该理论假定，如果所选定的波长其在靶组织和周围组织之间的吸收系数差异尽可能大，能量密度足够高以破坏靶组织，而且脉冲宽度低于或等于热驰豫时间（ TRT），那么光可以用来选择性损伤或毁坏靶色基。热驰豫时间是指靶组织用于释放约63%的热量所需的时间，下面将详述。 波长：重要组织色基的吸收光谱与皮肤科常用的激光波长的关系如图1-6所示。血红蛋白有许多不同的吸收峰值，而黑色素的吸收随着光波长的增加而逐渐减少。必须考虑靶组织的深度，因为真皮中的散射受到波长的强烈影响，波长越长，吸收相对减少。波长越短，吸收相对越多。在某些情况下，特别在黑色素中，单纯的波长不是必需的，可能更需要闪光灯，因为它们具有较宽的发射光谱（500-1200nm）,比激光制造起来更廉价，可以用于滤光器（515-755nm） 热豫时间（TRT）：热驰豫时间只与靶色基的大小有关，与靶色基大小的平方成正比。变化时间从几纳秒（文身离子）到几百毫秒或更长（腿小静脉）不等。 在脱毛过程中，毛干的黑色素和毛基质细胞充当光吸收物质，而峡部的干细胞（可能和乳头部的血管）就是远处的靶组织。

1、从激光束的特性分析,为什么激光束可以用来进行激光与物质的相互作用？答：〔1〕方向性好：发散角小、聚焦光斑小,聚焦能量密度高.〔2〕单色性好:为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段.〔3〕亮度极高：能量密度高.〔4〕相关性好：获得高的相关光强,从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播,可以用透镜把它们会聚到一点上,把能量高度集中起来.总之,激光能量不仅在空间上高度集中,同时在时间上也可高度集中,因而可以在一瞬间产生出巨大的光热,可广泛应用于材料加工、医疗、激光武器等领域.2、透镜对高斯光束聚焦时,为获得良好聚焦可采用的方法？答：用短焦距透镜；使高斯光束远离透镜焦点,从而满足l>>f、l>>F；取l=0,并使f>>F.3、什么是焦深,焦深的计算与影响因素？答：光轴上其点的光强降低至激光焦点处的光强一半时,该点至焦点的距离称为光束的聚焦深度.光束的聚焦深度与入射激光波长和透镜焦距的平方成正比,与w12成反比,因此要获得较大的聚焦深度,就要选长聚焦透镜,例如在深孔激光加工以与厚板的激光切割和焊接中,要减少锥度,均需要较大的聚焦深度.4、对于金属材料影响材料吸收率的因素有哪些？答：波长、温度、材料表面状态波长越短,金属对激光的吸收率就越高温度越高,金属对激光的吸收率就越高材料表面越粗糙,反射率越低,吸收率越大.5、简述激光模式对激光加工的影响,并举出2个它们的应用领域？答：基模光束的优点是发散角小,能量集中,缺点是功率不大,且能量分布不均.应用：激光切割、打孔、焊接等.高阶模的优点是输出功率大,能量分布较为均匀,缺点是发散厉害.应用：激光淬火〔相变硬化〕、金属表面处理等.6、试叙述激光相变硬化的主要机制.答：当采用激光扫描零件表面,其激光能量被零件表面吸收后迅速达到极高的温度,此时工件内部仍处于冷态,随着激光束离开零件表面,由于热传导作用,表面能量迅速向内部传递,使表层以极高的冷却速度冷却,故可进行自身淬火,实现工件表面相变硬化.7、激光淬火区横截面为什么是月牙形？在此月牙形区相变硬化有什么特点？特点：A,B部位硬化,C部位硬化不够原因：A,B部位接近材料内部,热传导速率大,可以高于临界冷却速度的速度冷却,因此可充分硬化,而C部位热传导速率小,不能以高于临界冷却速度的速度冷却,因此硬化不够.8、材料表面激光相变硬化的两个主要条件是什么？对激光光束和工件有什么要求？答：两个主要条件：1. 材料加热后达到的最高温度T max温度必须是在相变温度〔奥氏体化温度〕以上,且在熔点以下；2. 必须从相变点A1以上的温度以高于临界冷却速度冷却.激光功率密度：103～104W/cm2自身工件具有一定大小,实现自我快速冷却.9、在激光表面淬火中需要光束的光强分布尽可能均匀,你知道几种能使光束光强分布均匀的措施和方法.答：采用光强分布均匀的高阶模光束；振镜扫描方法：使光束在试件的同一部位,以短时间内来回扫描2-3次,使之具有接近于时间上平均的光强分布的矩形面热源特征.积分组合镜：在激光反射面上安装许多很细的平面镜,使之在激光焦面上达到均匀的能量分布.10、在目前激光表面淬火中常对工件进行黑化处理,为什么？答：提高材料对激光的吸收率11、试叙述什么是激光熔覆.答：激光熔覆是一种新的表面改性技术.通过在基体材料表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使熔覆材料熔化,并与材料表面形成冶金连接在金属表面形成以熔覆的材料为基体的表面强化层,从而显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化与电气特性的工艺方法.12、激光合金化与熔覆材料的供料方式？答：同步送料法、预置涂层法.13、试叙述激光深穿透焊接与激光热传导焊接的主要异同答：热导焊：激光功率密度较低〔105～106 W/cm2〕,依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池.光能量只被材料表层吸收,不产生非线性效应或小孔效应.这种焊接模式熔深浅,深宽比较小<焊缝深度小于2.5 mm,焊缝的深宽比最大为3:1>.深熔焊：激光功率密度高〔106～107 W/cm2〕,工件迅速熔化乃至气化形成小孔〔即有小孔效应〕.这种焊接模式熔深大〔51 mm〕,深宽比也大〔焊缝深宽比最大可达12:1〕.在机械制造领域,除了那些微薄零件之外,一般应选用深熔焊.14、在激光深穿透焊接中,何谓壁聚焦效应？答：当小孔形成后,进入小孔的激光束与小孔的壁面相互作用时,因不能被壁面完全吸收,故必有部分激光被壁面反射至小孔深处的某处重新会聚起来,这一现象被称为壁聚焦效应,15、由于激光焊接的净化效应,激光焊接的接头质量有可能高于母材.16、等离子体对激光的吸收主要为逆韧致辐射吸收.17、在两片不同熔沸点的金属片A和B〔B熔<A熔<B沸<A沸〕中,试问焊接时温度值控制在什么X围？答：A熔—B沸之间18、从激光加工工艺上考虑,如何打一个高质量的孔？答：采用较短的脉冲；选择前后沿陡的波形打孔；基模进行打孔；一定的正离焦；多脉冲打孔、高峰值功率、材料的热扩散系数低等19、激光打孔中,一般采用什么离焦量,为什么？答：一定的正离焦,破坏机理主要是材料的蒸发,此时打出的孔比较深,孔的入口处直径较小,孔的锥度较小,打孔效果好.焦点在工件内部〔负离焦〕时,激光以会聚方式进入材料,孔壁不能<或很少能>直接接受光通量,因此,液相多气相少,汽化时蒸气压力不太大,喷射力小,孔形锥度较大,打孔质量有好有坏.过分的入焦和离焦使被加工点的能量密度大大下降,孔深大大减小20、激光切割主要有哪几种类型,常用哪种激光切割方式？答：气化切割,熔化切割和氧助熔化切割,氧助熔化切割所需的激光切割能量最小,因此最常用.21、氧助切割存在激光辐射和化学反应热两个热源.22、激光切割中,一般采用什么激光模式？答：激光器输出光束的模式为基横模时对激光切割最为有利.23、什么是等离子体？与中性气体相比,它有什么特点？答：答：等离子体是由电子、离子等带电粒子以与中性粒子<原子、分子、微粒等>组成的,宏观上呈现准中性、且具有集体效应的混合气体.1> 自由〔非束缚性〕：等离子体的基本粒子元是正负电荷的粒子〔电子、离子〕,而不是其结合体,即非束缚态. 2> 准中性：指等离子体中正负离子数目基本相等,宏观〔大尺度〕呈现电中性,小尺度则呈现电磁性质. 3> 集体效应：是与中性气体的根本区别中性气体：粒子间的直接的碰撞作用,碰撞瞬间有力的作用,短程力等离子体：库仑〔电磁〕力,长程力任何带电粒子的运动状态均受到其他带电粒子的影响,另外带电粒子的运动可以形成局部的电荷集中,从而产生电场,带电粒子的运动也可以产生电流,从而产生磁场,这些电磁场又会影响其他粒子的运动.因此等离子体呈现出集体效应.24、金属靶蒸气产生激光等离子体的机制主要是什么？答：热驱动25、多光子电离与激光波长的关系？CO2激光容易诱发多光子电离吗？为什么？答：光电离时光子能量h v 需大于电离势,因此单光子电离时激光波长在紫外,而多光子电离一般激光波长需小于1μm.一般气体电离能超过10 eV ,而CO2激光光子能量h v= 0.12 eV ,因此诱发多光子电离必须同时吸收100个以上的光子,所以CO2激光不容易诱发多光子电离.26、什么是德拜长度答：德拜长度是等离子体保持准电中性的最小尺度,在德拜球X 围内,电中性是不保证的,即球内不能称为等离子体,只能是电离气体.若要使电离气体成为等离子体,它的空间线度要远大于德拜长度27、激光在什么样的等离子体中能够传输？两者必须满足怎样的频率关系？答：激光只能在密度低于临界密度的等离子体中传输.激光频率必须高于等离子体频率,否则激光将无法传播.两者频率关系必须满足色散关系 28、试简述激光波长长短对线性逆韧致吸收的影响.答：激光线性逆韧致吸收系数近似和波长平方成反比.短波长激光,临界密度大,即激光可以传播到更高等离子体密度的地方,导致更多吸收—距离远.29、激光焊接光致等离子体对焊接质量有何影响？采用哪些方法可以对光致等离子体进行控制？答：激光深熔焊接过程中产生的等离子体云团对入射激光具有屏蔽作用,影响正常焊接过程,等离子体的吸收和散射作用影响了激光的传输效率,降低了到达工件上的激光能量；等离子体对激光的折射作用使激光束产生严重散焦,光斑变大,并且导致激光实际聚焦位置比正常聚焦位置偏低,大大降低了耦合到工件表面的能量密度,从而降低了焊接质量.等离子体对激光的折射行为是引起等离子体屏蔽的主要原因.控制方法：激光束摆动法、脉冲激光焊接法、外加电磁场控制法、吹辅助气体法、低气压或真空焊接法30、高功率激光焊接时,会产生等离子体,这时会产生深宽比小的焊缝,这是为什么？答：等离子体对激光有强烈的吸收、散射和折射作用,从而屏蔽后继激光,导致激光熔池中的激光能量减少,从而使焊接熔深减小,这就是所谓等离子体屏蔽效应.31、等离子体诊断技术有哪些用途？研究激光等离子体物理机制,激光诱导等离子体光谱测量材料成分,激光加工等离子体参2222k c p +=ϖϖ量作为实时监控信号.32、激光等离子体的常用诊断方法有哪些〔举四种〕？高速摄影法、探针法、光谱法、激光法33、什么是激光支持的燃烧波和爆轰波？传播速度小于音速——激光支持的燃烧波传播速度大于音速——激光支持的爆轰波34、基于激光等离子体力学效应的应用有哪些？举一个例说明其原理.激光冲击强化、激光推进：高能激光使材料产生极高温度的等离子体,然后通过适当的控制使等离子体经过喷气道喷射而产生推力,从而实现推进.激光沉积薄膜：利用激光束在固体材料表面产生等离子体,并让其扩散、沉积到另一基体表面而形成特定性能的薄膜.35、简述激光沉积薄膜的原理利用激光束在固体材料表面产生等离子体,并让其扩散、沉积到另一基体表面而形成特定性能的薄膜.36、激光冲击强化约束层和牺牲层的作用分别是什么？约束层：约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外,还能通过对冲击波的反射延长其作用时间.牺牲层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收.37、简述激光推进烧蚀模式与大气模式的区别？答：是否需要靶物质,烧蚀模式是激光加热光船自身携带的工质<气体、液体和固体>产生高温高压等离子体,推动光船前进的推进模式.大气模式是激光击穿空气,产生激光支持的等离子体爆轰波,推动光船前进的推进模式.38、飞秒激光器的结构有几部分组成？答：振荡器、展宽器、放大器、压缩器39、简述啁啾脉冲放大技术的基本原理答：由于直接放大fs脉冲时,其峰值功率很高会损坏激光晶体,因此先将fs脉冲展宽成ps脉冲,再进行放大,放大后再把脉宽压缩回fs,此时激光功率增强百万倍以上.40、为什么采用掺钛蓝宝石晶体可以获得窄的fs脉冲输出？答：因为掺钛蓝宝石晶体的增益线宽很宽,而增益线宽越宽,可以锁定的纵模数越多<n越大> ,锁模后的脉冲宽度就越短,所以可以获得窄的fs脉冲输出.41、简述自锁模〔克尔透镜锁模技术〕的基本原理答：自锁模是利用激光增益介质本身的非线性克尔效应锁模,克尔效应即指介质折射率与光强有关,光强大的地方折射率大,由于光强的高斯分布,激光光斑中心折射率高于边缘,此时介质相当于一个透镜,会对激光腔内激光束产生自聚焦效应.由于光脉冲前后沿的光强小于脉冲中部的光强,则由介质的自聚焦后的焦点位置不同,当在适当位置加上光阑,可以使光脉冲前后沿的损耗大于脉冲中部的损耗.脉冲在腔内循环时,强度小的脉冲不断被抑制而消失,强度大的脉冲不断增强,而且使其前后沿不断损耗,脉冲中间部分被放大,脉冲宽度被压缩.对于一个光脉冲,自聚焦效应与腔内光阑的结合就相当于一个快饱和吸收体.42、与常规脉冲激光加工相比,飞秒激光微加工有哪些优点？①耗能低,无热熔区,"冷〞加工；②可加工的材料广泛：从金属到非金属再到生物细胞组织；③不会出现加工面的熔融、裂缝现象.高精度、高质量、高分辨率,加工区域可小于焦斑尺寸,突破衍射极限；④非接触,无飞溅无熔渣、无污染、不需特殊的气体环境和无后续工艺.。

反射率 ：
T+R+A=1
R

1 2
sin2 (i

s
in
2
(i

r) r)

tan2 (i tan2 (i

r) r)
100%
散射光强：
I s I0esl uS是散射系数，L是样品长度
吸收损失： i / 0 Pl i是入射光通量，0是出射光通量
近紫外光与玻璃和荧光粉界面的作用
丝网印刷 将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框 上，采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版，利 用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的 基本原理进行印刷
荧光膜体的制备工艺
• 丝网印刷技术 将荧光粉和专门的混合有机溶液调制成荧 光油墨，溶液的主要组成为：环己酮、醋酸丁酯、溶剂石脑 油、丙二醇甲醚醋酸酯、合成树脂。荧光油墨采用丝网印刷 工艺涂覆在玻璃基板表面，得到湿层膜玻璃，通过干燥和焙 烧工艺得到荧光板成品。
二、荧光膜体的制备工艺
转光材料
主要是氟化物、氧化物、含硫化物、氧氟化物等。主要是掺 杂稀土离子的化合物
特点：光吸收能力强，转换效率高，发光谱带窄，发射波长
分布区域宽，耐高温，性能稳定
转光方案
438 nm
660 nm
蓝光激发红色荧光粉
近紫外光激发红蓝双色荧光粉
PL intensity/a.u.
400
450
பைடு நூலகம்
500
550
600
650
700
750
Wavelength/nm
二、荧光膜体的制备工艺
玻璃表面成膜技术，通常应用的有膜内注塑、喷涂成型、丝 网印刷等技术。

LIF测量原理时间：2021.03.11 创作：欧阳音一、光致发光物理基础发光可以定义为原子或分子从激发态到较低能态经历的辐射发射过程。

如果激发态是通过吸收入射辐射产生的，那么源于这种激发态的发射就称为光致发光。

1. 分子轨道理论根据分子轨道理论，两个原子轨道结合时既可以形成成键分子轨道（bonding molecular orbit），又可以形成反键分子轨道（anti-bonding molecular orbit）。

基态时分子中的电子占据成键轨道，有机分子中原子间电子云以头碰头形式形成的单键分子轨道叫做轨道，相应的电子叫电子；肩并肩形式形成的分子轨道叫轨道，相应的电子叫电子。

相应的反键轨道分别用*和*表示。

另外还有很多物质还含有非键轨道（non-bonding electron），即未共用电子或孤电子对，用n表示。

当吸收一定能量后，一定能级之间的电子可发生下图所示的四种跃迁：->*、n->*、n->*、->*。

分子轨道及电子能级跃迁2. 单线态和三线态电子的自旋状态可以用自旋多重度表示，对于基态的原子，对于一个给定轨道中的两个电子，必定具有相反的自旋方向，因此自旋多重度总等于1，称为单线态；当一个电子被激发到能量较高的电子态时，激发态可能是单线态，也可能是三线态。

从单线态激发称为三线态的概率是相当低的，较单线态要低若干个数量级，三线态的寿命比单线态长得多。

3 激发光谱和发射光谱荧光现象属于光致发光，涉用到两种辐射，即激发光（吸收）和发射光，因而也都具有两种特征光谱，即激发光谱和发射光谱。

这是荧光定性和定量分析的基本参数及依据。

1）激发光谱通过测量荧光体的发光通量（即强度）随激发光波长的变化而获得的光谱，称为激发光谱。

激发光谱的具体测绘方法，是通过扫描激发单色器，使不同波长的入射光照射激发荧光体，发出的荧光通过固定波长的发射单色器而照射到检测器上，检测其荧光强度，最后通过记录仪记录光强度对激发光波长的关系曲线，即为激发光谱。