激光与强脉冲光基础培训-李建钢.ppt
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1、激光与强脉冲光的基本原理 及临床应用,天使之翼皮肤美容中心 李建刚,1960年: Maiman 发明第一台红宝石激光, 获得诺贝尔物理学奖,激光发展历史,Maiman,T.H.: 1960, Nature, 187, 493.,光的基础知识:分类,电磁辐射,是能量的一种基本形式 具有波的特性和粒子特性 电磁辐射波包括: 无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X线、和咖玛线,产生激光的基本要素:,1. 产生激光的物质 (激光介质) 2. 激励源 3. 光学放大器,激光是一种电磁波,常见光源,热灯丝或煤气燃烧 宽带光谱(白色是所有颜色的混合) 向各方向散发 或许是连续的或脉冲的(“闪光灯”) 有限
2、聚焦性能,激光发射原理,自发辐射:在一个体系中,热平衡时低能级的粒子数总比高能级的粒子数目多。高能级的粒子总是向低能级跃迁而趋于稳定,多余能量转变为光子向外辐射。 受激吸收:低能级的粒子如吸收外来光子的能量可激发到高能级上去。 受激辐射:受激吸收后,高能级粒子向低能级跃迁同时,发射一个与外来光相同的光子。 产生激光的条件:受激辐射受激吸收。,电磁波,Cynosure, Inc.,波长=颜色,振幅= 强度,激光的形成,Cynosure, Inc.,基态,激发态,激光的形成,Cynosure, Inc.,激发态,基态,受激吸收,第一步,激光的形成过程,单个光子,受激辐射,两个相干光子,第二步,光的
3、类型 波形 波谱,滤色光,激光,白光,激光的物理特性高单色性:用于精确测量物体的长度。,激光的物理特性高定向性 方向性:用于定位、导向、测距等。医学上用作普通手术刀和微手术 刀(直接对DNA等生物大分子进行切割或对接)。,普通光源:光射向四面八方 探照灯:光投射到月球上(离地40万公里), 光斑直径将扩大到1000公里以上。 激光:光投射至月球上,光斑的直径散开只有 两公里多。,激光的物理特性相干性:,a.时间相干性:从激光器输出口不同空间发出的光位相差恒定,方向一致,波长相同,此种相干性称时间相干性。即从光源不同点发出的光有相干性称时间相干性。 b.空间相干性:从光源同一点在不同时间发出的光
4、如有恒定的位相关系,方向和波长也相同,此种相干性称空间相干性。 激光的相干性用于全息照相、激光衍射,激光的物理特性高亮度性,激光是目前世界上最亮的光源,二氧化碳激光管比日光灯管亮度高100亿倍,激光器的亮度可以做到比太阳表面亮度高1010倍,医学上切割组织、气化表浅肿瘤都是利用激光的高亮度性所产生的高温效应。,激光的特点_,5. 高能量密度,能量在空间和时间上高度集中。激光武器;激光切割金属;炭化和气化组织。,激光的颜色,波长决定了激光的颜色,不同波长的激光表现为不同颜色的光 为了获取不同波长的光,需要不同的激光介质,激光器种类_ 激光器有很多种,可从不同角度分类:,一、工作物质 1、气体激光
5、介质是气体,如:CO2, He-Ne, Argon; 2、液体激光介质是液体,如染料激光; 3、固体激光介质是固体,如:钕:钇铝石榴石、红宝石、紫 翠石、 铒、钬; 4、半导体激光器等如:GaAs。 二、激励方式 电激励、光激励、热激励、化学激励激光器等 三、工作方式 连续波、准连续波、脉冲(巨脉 冲)、锁膜、调激光器等 四、激光波长 红外、紫外、可见光、射线激光器等,激光器类型,常见激光器及其特性,激光的工作方式图,连续激光,准脉冲激光,脉冲激光,产生不同激光的方法:,2. 通过激光波长转换方法: 1) 应用非线性光学:倍频 (SHG); 3HG, 4HG, 5HG, OPO 等 2)固体染
6、料波长转换片,激光计量及有关参数,1.能量(E) 概念:脉冲输出的激光器,其每一脉冲所具有的做功能力。 单位:焦耳(J) 相关参数: 脉冲幅度-脉冲可有多种形状,脉冲所能达到的最大值 脉冲宽度-脉冲的持续时间 脉冲频率-周期性重复的脉冲每秒出现的个数 脉冲周期-频率的倒数 峰值功率-脉冲能量与脉冲宽度之比 平均功率-脉冲能量与脉冲频率的乘积,激光计量及有关参数,2.功率(P) 概念: 连续输出的激光器在单位时间内所做的功。 它表征激光器在每秒(S)内输出的能量。 从光子水平上看,功率代表单位时间内通过 的光子数。 单位: 瓦(W)或毫瓦(mW) W=J/s mW=mJ/s,激光计量及有关参数,
7、3.光斑面积(A) 概念: 通常指激光束落在受照组织表面的光斑的面积。 单位:平方厘米(m2) 测量方法:,激光计量及有关参数,4.照射时间(T) 概念: 激光束照射于组织表面所持续的时间。 单位:秒(S) 相关参数: 功率密度(P/A)-即幅照度,这是表示激光光强度的重要参数,表征单位面积受照组织所接受的光功率。从光子水平看,功率密度代表单位时间内通过单位面积的光子数。 单位: 瓦/平方厘米 (W/cm2),激光计量及有关参数,5.激光计量(D) 概念:幅照到组织上能量密度的多少。 单位:焦耳/平方厘米(J/cm2) 以 连续激光垂直照射,则: D=P/AT 以 单位脉冲激光垂直照射,则:
8、D=E/A 如果激光束并非垂直而是以入射角照射组织,则: D=P/AT cos D= E /Ascos 上式表明,入射角越大,生物体所接受的激光剂量越小。由此可见,我们在用激光做治疗时,在一般情况下应尽量使光束与组织表面垂直。临床用激光做穴位照射或其他非损伤性照射治疗时,调节激光射剂量的最简便的方法是改变激光的照射时间。,激光 / 光组织影响,反射,组织内部光的吸收,组织光学(吸收光谱),皮肤色团光谱 血红蛋白(Hb),氧合血红蛋白(HbO2), 正铁血红蛋白(Met-Hb)都在585nm波长处有吸收峰. 水(Water)在此波长的吸收小很多量级. 色素(Melanin)是唯一的干扰因素.,?
9、,组织光吸收曲线图,中红外1100-2600nm被水完全吸收,而不被黑色素和血红蛋白吸收,激光波长对应不同的目标靶基,激光r 工作波长 皮肤靶基 治疗类型 Argon 488 色素 Pigment Lesions Doubled Nd:Yag 532 色素,血管 Vascular, Pigmented Lesions Cu Vapor 578 血管 Vascular Lesions Pulsed Dye 585-600 血管 Vascular Lesions Ruby 694 色素 Hair, Pigmented, Tattoos Alexandrite 755 色素,血管 Hair, Pig
10、mented, Tattoos Diode 800-810 色素,血管 Hair, Vascular Nd:Yag 1060 色素 Hair, Pigmented, Tattoo Erbium 2940 水 Epidermal Ablation,白色肤的光学穿透 (50% 吸收深度 单位mm),激光器指标,波长: 激光的颜色(nm) 重复频率: 每秒钟的脉冲数 (Hz) 脉冲宽度: 激光脉冲持续作用的时间(ns,us,ms) 激光功率: 激光脉冲传输的能量值(mj,jouls),组织吸收的热量,烟,100OC 及,隐含热量,汽化,碳化,皱纹,90O-100OC,空泡化,白/灰,65O-90OC
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