激光与光子基础知识

如： Nd：YAG激光(1064 nm、1320 nm)、 Er：YAG激光(1540nm)、 半导体激光(940nm、1450 nm)、 脉冲染料激光器(585nm、595nm )等。
它们的共同特性是： 1.波长较长，组织穿透性强； 2.脉冲持续时间长，使组织缓慢持续升温； 3.大多配备表皮冷却装置
根据皮肤情况，调到适合波长，穿透表皮至深层组 织，直接对色素团和血管产生作用，解决瑕疵，不
会灼伤表皮。
光子嫩肤
像素激光嫩肤：每次只对微小区域产生热冲击，保 留部分皮肤不受影响，能够去除色斑，又刺激胶原 蛋白的增生，而没有作用的皮肤作为热扩散区域，
安全，促进愈合。
E光
E光技术：联合光能+射频能的优势互补，在光能强度 较低的情况下强化靶组织对射频能的吸收，消除过强 的热作用。 核心技术主要有三点：射频＋光能＋表皮冷却。提高 疗效和安全性。
激光与光子美容治疗技术
激光与光子基础知识
激光(LASER ---Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 是通过受激发射光扩大,叫做“镭射”、“莱塞”。
1964年钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 激光是20世纪又一重大发明，被称为 “奇异的激光”。它
光动力治疗鲜红斑痣
光敏剂---注入血管---血管内皮细胞选择性集中吸收 ---予适当剂量特定波长激光照射---该处血管内皮细 胞---强烈光敏反应---产生活性氧起到细胞毒性作用 ---血管壁破坏---血管外间质与表皮细胞仅产生轻微 光敏反应---保留完好
光动力治疗鲜红斑痣
适宜人群：6-58岁，高敏体质、卟啉症、血液病患者不 能应用。
2.脉冲染料激光机：激光染料已达近百种。 585nm、510nm、585nm常用于治疗浅表血管

狭义定义：能够存在于腔内的驻波称为光波模 式
仅波腹上、下振动， 波节不移动
单色平面波表示为： i (t kr ) E (r, t ) E0e
其中: E0 : 光波电场的振幅 ;
: 单色平面波的角频率 ;
k : 波矢量; r : 空间位置坐标 .
在自由空间 , 具有任意波矢 k 的单色平面波均可存在 问题：在有边界条件限制的空间，k 的取值 是否连续 镜面有π 位相突变
四、光子简并度
定义：
处于同一光子态的光子数称为光子简并度 n
含义：
同态光子数 同一模式内的光子数 处于相干体积内的光子数 处于同一相格内的光子数
讨论
光子简 并度高 大量光子处于 同一光子态 相干性好 相干光强大
普通光源的光子简并度小 温度为6000K的黑体，在可见光波段 光子简并度为10-3
4) 光子有两个独立的偏振 方向 5) 光子有自旋，且自旋量 子数为整数，故大量光 子 服从玻色- -爱因斯坦统计规律，处 于同一状态的光子 数目没有限制。
2.光子的状态区分
光子状态：指光子的运动状态
质点：由坐标 r (x,y,z)和动量P(P x ,P y ,P z )确定其运动状态
相空间：由 x、y、z、Px、Py、Pz构成的六维空间
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二、光子状态
1.光子的基本特性
1) 光子的能量与光波频率 相对应： ε hν
式中h是普朗克常数，h=6.626×10-34J•S
hν 2) 光子有运动质量： m 2 c h 3) 光子的动量与单色平面 波波矢相对应： p k 2π h h 2 h hν P mcn0 n0 n0 n0 k c 2 2

因此可见，形成粒子数反转是产生激光或激光放大的 必要条件，为了形成粒子数反转，须要对发光物质输入能 量，我们称之一过程为激励、抽运或者泵浦。
二、激光器构造
➢激光工作物质 ➢泵浦源 ➢光学谐振腔
（一）激光工作物质 激活粒子：为了形成稳定的激光，首先必须要有能够形成 粒子数反转的发光粒子。激活粒子可以是分子、原子或离 子 基质：这些激活粒子有些可以独立存在，有些则必须依附 于某些材料中。为了激活粒子提供寄存场所的材料成为基 质，它们可以是固体或液体。
受激辐射产生的光子是相干的。常温条件或对发光物 质无激发的情况下，发光粒子处于下能级E1的粒子数密度 n1大于处于上能级E2的粒子数密度n2。此时当有频率等于 ν=（E2-E1）/h的一束光通过发光物质时，受激吸收将大 于受激辐射，故光强减弱。
粒子数反转：如果采取诸如用光照、放电等方法从外界不 断地向发光物质输入能量，把出入下能级的发光粒子激发 到上能级上去，便可以使上能级E2的粒子数密度超过下能 级E1的粒子数密度，我们称这种状态为粒子数反转。 激光放大器的基本原理：只要使发光物质处在粒子数反转 的状态，受激辐射就会大于受激吸收。当频率为ν的光束 通过发光物质，光强就会得到放大。这便是激光放大器的 基本原理。 激光振荡器或简称激光器的基本原理：即便没有入射光， 只要发光物质中有一个频率合适的光存在，便可象连锁反 应一样，迅速产生大量相同的光子，形成激光。这就是激 光振荡器或简称激光器的基本原理。
到达E3能级，就很容易实现粒子数反转，经受激辐射后到 达E2的粒子可迅速通过非受激辐射跃迁回到基态E1。例如 气体激光器中的氩离子激光器的激活粒子——氩离子就属
于此类能级系统。
（二）四能级系统 下图画出两种四能级系统的示意图。
（a）图：E1是基态；E4能级寿命很短，抽运的激活粒子 立即通过非பைடு நூலகம்射跃迁的方式到达E3能级；E3能级的寿命 比E4长为亚稳态，作激光的上能级；E2能级寿命很短，热 平衡是基本上是空的，作为激光下能级用，E2能级上的 粒子主要也是通过非辐射跃迁回到基态。

激光知识点归纳总结一、激光的基本概念1. 激光的定义：激光是指一种纯准直性极好的光线，其光子是高度同步的单色光子。

2. 激光的产生：激光是由受激发射产生的，利用三能级或四能级的原子，分子或离子系统，通过外加能量使体系转移到激发态，再利用其辐射产生激光光子。

3. 激光的特性：激光具有单色性、准直性、明暗对比度高、相干性强等特点。

4. 激光的种类：激光可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等。

二、激光的基本原理1. 激光的受激辐射：当原子、分子或离子处于激发态时，通过外界刺激的辐射能引起它们从激发态向稳态跃迁，再发出与外界激发辐射相同特性的电磁波，即受激辐射。

2. 激光的稳态条件：产生激光需要满足稳态条件，即发射和吸收的粒子数要平衡，从而实现能量的持续放大和稳定输出。

3. 激光的放大作用：在激光器内，通过激发态原子、分子或离子吸收外界光子能量，使它们跃迁到更高激发态，从而放大光子，产生激光。

4. 激光的光学谐振腔：激光器内部常常设置光学谐振腔，用来反射和增强激光，从而实现激光的输出。

三、激光的应用领域1. 激光测距与测速：激光雷达通过测量反射光的飞行时间来实现测距，同时通过多普勒效应测速。

2. 激光材料加工：激光可用于金属切割、焊接、打孔等材料加工过程。

3. 激光医学应用：激光可用于眼科手术、皮肤治疗、激光治疗仪等医疗设备。

4. 激光通讯：激光可以传输更大带宽、更高速率的信息，用于通讯领域。

5. 激光导航：激光雷达可用于无人飞行器、自动驾驶汽车等导航系统。

6. 激光防御：激光武器可用于导弹防御、激光束武器等领域。

四、激光器的分类1. 气体激光器：以气体为工作物质的激光器，常见的包括二氧化碳激光器、氦氖激光器等。

2. 固体激光器：以固体为工作物质的激光器，常见的包括Nd:YAG激光器、激光二极管等。

3. 半导体激光器：以半导体为工作物质的激光器，可用于激光打印机、光纤通信等领域。

4. 液体激光器：以液体为工作物质的激光器，常见的包括染料激光器等。