激光共聚焦显微镜的原理和应用讲解

激光共聚焦显微镜的原理和应用

李楠王黎明杨军

关键词激光; 显微镜; 原理和作用

中国图书资料分类法分类号R 318. 51

激光共聚焦显微镜是80年代发展起来的一项划时代意义的高科技新产品, 它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置, 利用计算机进行图象处理, 使用紫外或可见光激发荧光探针, 从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图象, 在亚细胞水平上观察诸如Ca 2+、

pH 值, , 成为形态学, , , 学, 1994, 了目前世界次最高, 功能最全的美国M eridian 公司的产品:A cas 系列U lti m a 型和

扫描速度最快的In sigh t 型两台激光共聚焦仪。

仪器自1995年5月份到货安装以来, 已为我院7个科室的10个课题所应用, 目前主要开展的研究内容有:(1 细胞内游离钙的实时监测; (2 细胞通讯的研究; (3 细胞形态学的研究。

1基本原理和功能

1. 1基本原理传统的光学显微镜使用的是

场光源, 标本上每一点的图象都会受到邻近点的衍射光或散射光的干扰; 激光共聚焦显微镜利用激光束经照明针孔形成点光源对标本内焦平面上的每一点扫描, 标本上的被照射点, 在探测针孔处成像, 由探测针孔后的光电倍增管

(PM T 或冷电耦器件(cCCD 逐点或逐线接收, 迅速在计算机监视器屏幕上形成荧光图象。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭

作者单位解放军总医院实验仪器中心, 北京100853

的, 焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔, 焦平面以外的点不会在探测针孔处成像, 这样得到的共聚焦图象是标本的光学横断面, 克服了普通显微镜图象模糊的缺点。

在显微镜的载物台上加一个微量步进马达, 可使载物台上下步进移动, 最小步进距离为的0. 1Λm , 能清楚地显示, 实现了的目的, 这就是21. . CT ”功能通过狭缝

扫描技术

将我们对细胞的研究由多层迭加影像推进到真正的平面影像水平, 使图像更加清晰, 从而为分子细胞生物学的深入研究拓宽了视野。

1. 2. 2三维成像与细胞内部结构图像相结合的功能激光共聚焦显微成像仪可以将断层图像与三维重建图像有机的结合起来, 不但能揭示细胞内部的结构和提供细胞的长、宽、厚、断层面积、细胞体积等参数, 而且可以给人以三维立体的概念。例如:可以使细胞旋转起来从而能随意观察细胞各个侧面的表面结构。

1. 2. 3将形态学、生理学与分子细胞生物学的

研究相互结合利用激光共聚集显微成像仪不但可以观察细胞形态的动态变化, 而且用适当的荧光探针可以观察细胞内部的生物化学变化。如细胞内游离Ca 2+、pH 值及其它细胞内离子的实时测定。荧光原位杂交的杂交点观测和定量分析。

1. 3激光共聚焦显微成像仪的细胞生物学功能

1. 3. 1粘附细胞分选技术U lti m a 型激光共聚焦显微成像仪是目前世界上

唯一能对粘附细胞进行分选的仪器, 而这种不改变细胞周围培养环境, 细胞铺展程度和生长状态的分选方式

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是至关重要的。

1. 3. 2细胞激光显微外科及光陷井技术该仪器可将激光当作一把“光刀子”使用, 完成诸如细胞膜瞬间穿孔, 染色体切割, 神经元突起切除等一系列细胞外科手术, 也可以作光陷井操作。

1. 3. 3荧光光漂白恢复技术该技术用来测定活细胞的动力学系数。通过对活细胞的动力学系数的测定, 可对细胞骨架构成、核膜结构、大分子组装和径跨膜大分子迁移率等领域进一步研究。

1. 3. 4光活化技术该技术通过笼锁与解笼锁测定, 可以人为控制多种生物活性产物和其它化合物在生物代谢中发挥功能的时间和空间。

1. 3. 5析, 重要的意义1. 3. 6胞间通讯的研究通过测量细胞缝隙连接的分子转移, 研究相邻细胞间的通讯。此项研究用于监测环境毒素和药物在细胞增殖和分化中所起的作用, 肿瘤启动子和生长因子对缝隙连接介导的胞间通讯的作用, 以及细胞内Ca

, pH 和CAM P 对缝隙连接作用的影响。

2应用

2. 1细胞内游离钙测定

细胞内钙作为第二信使, 对细胞生长分化起着重要作用, 而目前用于监测细胞内游离钙的方法少之又少, 激光共聚焦仪的诞生为人们提供了一有效工具。目前已应用的课题有:临检科“不同刺激物对血小板胞内钙的应用”、内分泌科“免疫球蛋白对甲状腺细胞内钙的作用”、眼科“糖性白内障晶体上皮细胞内钙的变化”。其技术难点及处理方法如下。

2. 1. 1细胞的获取细胞内游离钙的测定需

要活的生长旺盛的细胞。其来源可从细胞株培养获得, 也可由动物活体直接取得。培养优良的

细胞, 是一件非常辛苦又花费精力的工作, 但它可以确保每次都有足够多的细胞供实验使用; 从动物的活体上直接取细胞, 需要实验人员高超的手术技巧, 能准确地摘取标本, 并且尽量避免细胞的丢失和死亡。

2. 1. 2细胞的染色根据各种细胞的特性和

活性, 确保每次染色成功, 是技术性很强的实验技术, 需要一段摸索的时间。首先确定加多大浓度的钙敏荧光染料FLUO 23 AM , 在CO 2培养箱中孵育多长时间, 是否需要加去污剂F 2127助溶? 这些在几次试验以后才能够确定。

2. 1. 3药物对细胞内游离钙的影响实验设, 渗透压是否合适, 是否会引起细胞内钙的变化。药物对细胞内游离钙的作用是瞬间上升下降, 还是钙的振动。要对出现的实验现象作出解释。

2. 1. 4细胞的粘附如果培养的是粘附细胞, 那么它们会较为牢固地粘附在培养皿上或载玻片上, 可是悬浮的细胞如血小板, 红细胞很难贴壁。为了解决这个问题必须对载玻片进行处理。处理主要方法为使用多聚赖氨酸, 蛋清, 聚乙烯醇等作粘贴剂。实验者必须根据细胞特性来选取不同的处理方法。2. 2细胞通讯

近年来细胞通讯是分子细胞生物学的研究热门。但是对于细胞缝隙间细胞通讯的研究, 由于缺少检测手段, 一直阻碍人们去深入探索。自激光共聚焦显微镜诞生以

来, 尤其是M eridian 公司的A cas 系列的推出, 为研究细胞通讯提供了新的手段。目前已完成的课科题有:“肾小球成纤维细胞胞间通讯影响的研究”。

实验方法为:首先观察原细胞的通讯情况, 测定其恢复速率, 然后在不同药物作用下, 监测其通讯情况, 对恢复速率做统计学处理, 推断药物对细胞通讯的作用。其技术难点及处理方法为:

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2. 2. 1确定原细胞通讯情况并非所有的细

胞都有这种缝隙连接的通讯, 例如:淋巴细胞,

部分癌细胞就没有这种通讯, 因此, 必须预先对原细胞作用出判断。

2. 2. 2细胞通讯测定结果的统计学处理由于细胞处于不同的生长期, 即使同一细胞系, 其恢复速率也不完全一致。这就必须取得尽可能多的标本数据来进行统计。

2. 2. 3观察细胞的选择在一个视野里有若干个细胞。作为数据采集对象必须选择3组细胞为观察目标:(1 对照组:选孤立的单个细胞1～2个, 由于此类细胞与其它细胞不相连接,

因而就不会有细胞通讯的机能, 适合用作对照;

(2 观察组:选相互紧密相连的细胞5～6个, 这种细胞间存在通讯, 可作为测试对象; (3 正组:, 光去淬灭, 光照射下, , 为消除。

2. 3细胞形态学研究细胞形态测量是激光共聚焦显微镜最广泛的用途之一, 这些测试的技术难点在于如何选择荧光探针标记, 如何获取样品, 样品的处理方法及染色方法。如:“肾小管上皮细胞对成纤维细胞表达的粘附因子的影

响”。3工作设想

总结Confocal 在我院的应用情况, 考虑今

后我们的工作重点主要有3个方面。3. 1积极与临床各科研配合, 做好技术保障工

作。

3. 2加强仪器功能的开发和方法学的研究。UL T I M A 型是功能很强大, 技术很复杂的科研仪器, 目前我们只开发出很小一部分功能, 今后将在这方面组织人力物力进行研究和探索。例如, 在细胞形态学方面的研究和分子细胞生物。

3. 是精密, 。目前工作难(包括细胞培养, 染色等达不到仪器所要求的技术水平。

激光共聚焦显微镜作为我院投资最大的科研仪器之一, 为我院科研水平的提高, 提供了崭新的, 强有力的技术手段。我们将和各科同志共同努力, 使其在“九五”期间发挥更大的作用。

(1996-01-30收稿, 1996-02-13修回

(上接226页服20余剂, 诸症渐消。不意月经来潮, 量中色黯, 夹有黑色血块, 历时4d 而净, 乳胀、小腹坠胀也随之消失。停用降压药, 血压亦能稳定在正常范围。阴火既降, 遂改予益肾健脾, 调畅气血治疗。随访3月, 月事如常。

2讨论夫阴阳之机, 清者属阳, 浊者属阴。清阳贵

升, 浊阴宜降。清阳不升则浊阴不降, 中气下陷则阴火上乘, 即所谓“阴火乘其土位”。清浊相干, 则诸症丛生而变化万端。众所周知, 补中益气汤乃东垣所创之名方, 具补中益气, 升阳举陷, 升清降浊之功效, 用之临床奥妙无穷。对该患者应用此方乃病情所需, 月事久闭而不治自通实属意外。然仔细斟酌, 亦自有其内在之理。

经曰“冲为血海, 任主胞胎”, 又云“任脉通, 太冲脉盛, 月事以时下”。正常的月事和胎孕有赖于冲、任二脉的充盛与畅通。如任脉不通, 太冲脉衰, 则月事为之变, 经闭而无子。该患者年届六七有余, 太冲渐衰; 中气下陷, 清阳不升, 陷于胞宫; 心情不舒, 气血不畅, 气滞血瘀, 阻于胞宫; 诸因相用, 清浊相干, 清者不升, 浊者不降, 任脉阻滞, 月事为之闭阻不通。而取东垣补中益气汤为主, 益元气, 健脾运, 升清阳, 泻阴火, 辅以川楝子、赤芍、丹参、东前草等行气活血、清利下焦, 理贯而药合, 清阳得升, 浊阴百降, 阴阳调和, 太冲充盛, 任脉通达, 诸症自愈而月事自通。

(1996-05-08收稿, 1996-06-11修回

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激光器激励原理

激光器激励原理 —固体激光器 1311310黄汉青 1311343张旭日辅导老师：

摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 1引用世界上第一台激光器—红宝石激光器（固体激光器）于1960年7月诞生了，距今已有整整五十年了。在这五十年时间里固体激光的发展与应用研究有了极大的飞跃，并且对人类社会产生了巨大的影响。固体激光器从其诞生开始至今，一直是备受关注。其输出能量大，峰值功率高，结构紧凑牢固耐用，因此在各方面都得到了广泛的用途，其价值不言而喻。正是由于这些突出的特点，其在工业、国防、医疗、科研等方面得到了广泛的应用，给我们的现实生活带了许多便利。未来的固体激光器将朝着以下几个方向发展： a)高功率及高能量 b)超短脉冲激光 c)高便携性 d)低成本高质量现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 2激光与激光器

2.1激光 2.1.1激光（LASER）激光的英文名——LASER，是英语词组Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）的缩写[1]。2.1.2产生激光的条件产生激光有三个必要的条件[2]： 1)有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2)有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； 3)有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 3固体激光器 3.1工作原理和基本结构在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。如图1所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成[4]。

激光共聚焦显微镜的原理与应用范围

激光共聚焦显微镜的原理与应用范围激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传统光学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算机对所观察的对象进行数字图象处理的一套观察、分析和输出系统。把光学成像的分辨率提高了30%~40%，使用紫外或可见光激发荧光探针，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像，在亚细胞水平上观察生理信号及细胞形态的变化，成为形态学，分子生物学，神经科学，药理学，遗传学等领域中新一代的研究工具。 1激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）的原理从基本原理上讲,共聚焦显微镜是一种现代化的光学显微镜,它对普通光镜从技术上作了以下几点改进: 1．1用激光做光源因为激光的单色性非常好,光源波束的波长相同,从根本上消除了色差。1．2采用共聚焦技术在物镜的焦平面上放置了一个当中带有小孔的挡板,将焦平面以外的杂散光挡住,消除了球差;并进一步消除了色差 1．3采用点扫描技术将样品分解成二维或三维空间上的无数点,用十分细小的激光束(点光源)逐点逐行扫描成像,再通过微机组合成一个整体平面的或立体的像。而传统的光镜是在场光源下一次成像的,标本上每一点的图像都会受到相邻点的衍射光和散射光的干扰。这两种图像的清晰度和精密度是无法相比的。 1．4用计算机采集和处理光信号,并利用光电倍增管放大信号图在共聚焦显微镜中,计算机代替了人眼或照相机进行观察、摄像,得到的图像是数字化的,可以在电脑中进行处理,再一次提高图像的清晰度。而且利用了光电倍增管,可以将很微弱的信号放大,灵敏度大大提高。由于综合利用了以上技术。可以说ＬＳＣＭ是显微镜制作技术、光电技术、计算机技术的完美结合,是现代技术发展的必然产物。 2ＬＳＣＭ在生物医学研究中的应用目前,一台配置完备的ＬＳＣＭ在功能上已经完全能够取代以往的任何一种光学显微镜,它相当于多种制作精良的常用光学显微镜的有机组合,如倒置光学显微镜、紫外线显微镜、荧光显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜(ＰＨ)、微分干涉差显微镜(ＤＩＣ)等,因此被称为万能显微镜,通过它所得到的精细图像可使其他的显微镜图像无比逊色。

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用一、激光扫描共聚焦显微镜的原理传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰；激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope，LSCM)采用点光源照射样本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜搜集，并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔，分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像，这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面，避免了非焦平面上杂散光线的干扰，克服了普通显微镜图像模糊的缺点，因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。原理图二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统，激光光源，扫描装置和检测系统构成，整套仪器由计算机控制，各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地

进行。显微镜是LSCM的主要组件，它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式，前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。三、激光扫描共聚焦显微镜的应用（一）细胞的三维重建普通荧光显微镜分辨率低，显示的图像结构为多层面的图像叠加，结构不够清晰。LSCM能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描，得到一组光学切片，经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法，可作单色或双色图像处理，组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态，也可从不同的断面观察细胞内部结构，测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法，可以产生在不同照明角度形成的阴影效果，突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。（二）静态结构检测 1.细胞原位检测核酸用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子原位检测蛋白质、抗体及其他分子免疫荧光标记技术检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡检测细胞凋亡不同时期细胞形态、细胞凋亡相关蛋白

激光产生的背景及原理讲解

激光产生的背景及原理处于粒子数反转分布状态的工作物质是如何产生激光的呢？激光谐振腔又起什么作用呢？下面就来回答这些问题。如前所述，处于激发态的原子不能长时间停留在高能级。即使没有外界作用，也会自发地由高能级向低能级跃迁，并辐射一个光子。因为原子的这种自发辐射是完全独立的，所以，不同原子发射光子的方向全然不同。刹那间，工作物质中出现沿四面八方传播的光子，假定工作物质具有圆柱形状，这些自发辐射光子必有一部分沿其中心轴的方处于粒子数反转分布状态的工作物质是如何产生激光的呢？激光谐振腔又起什么作用呢？下面就来回答这些问题。如前所述，处于激发态的原子不能长时间停留在高能级。即使没有外界作用，也会自发地由高能级向低能级跃迁，并辐射一个光子。因为原子的这种自发辐射是完全独立的，所以，不同原子发射光子的方向全然不同。刹那间，工作物质中出现沿四面八方传播的光子，假定工作物质具有圆柱形状，这些自发辐射光子必有一部分沿其中心轴的方向传播，多数则与中心轴有一定夹角。后一类“离心离德”的光子很快从工作物质的侧面逃逸出去，对激光的产生没有多大影响；前一类“同心同德”的光子在沿工作物质中心轴方向运动时，将引起路径上处于高能级原子的受激辐射，产生与其具有相同频率、相同位相，并沿相同方向传播的光子。该光子与诱发它的光子“齐心协力，并肩战斗”，激励其他原子辐射与它们相同的光子。如此下去，使光子数由1到2，由2到4，……以神奇的速度按指数规律增长。更为神奇的是，由于所有这些光子都是逐次受激辐射产生的，这使它们全部具有相同频率、相同初位相、相同偏振态，并沿相同方向传播。理论上讲，只要工作物质足够长，则不管初始自发辐射有多弱，最终总可以被放大到一定强度。但在实际激光器中，一般来说，工作物质既没有必要，也没有可能特别长（最近发展起来的以光纤为工作物质的激光器是一个例外），通常的做法是在其两端各放一块反射镜，使光得以来回反射多次通过工作物质并被不断放大，为充分利用光能，介质往往被置于一聚光腔体中，后者与端面反射镜共同构成激光谐振腔。由以上的讨论可以看出，激光作为一种光，与自然界其他发光一样，是由原子（或分子、离子等）跃迁产生的，而且是由自发辐射引起的。不同的是，普通光源自始至终都是由自发辐射产生的，因而含有不同频率（或不同波长、不同颜色）的成分，并向各个方向传播。激光则仅在最初极短的时间内依赖于自发辐射，此后的过程完全由受激辐射决定。正是这一原因，使激光具有非常纯正的颜色，几乎无发散的方向性，极高的发光强度。而正是这些神奇的特性，使激光在各个领域具有一系列令人难以置信而又不得不相信的应用。

CO2激光器原理及应用

目录摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 1引言 (2) 2激光 (2) 2.1激光产生的三个条件 (3) 2.2激光的特点 (3) 2.3激光器 (3) 3 CO2激光器的原理 (5) 3.1 CO2激光器的基本结构 (5) 3.2 CO2激光器基本工作原理 (7) 3.3 CO2激光器的优缺点 (8) 4 CO2激光器的应用 (9) 4.1军事上的应用 (9) 4.2医疗上的应用 (10) 4.3工业上的应用 (12) 5 CO2激光器的研究现状与发展前景 (14) 5.1 CO2激光器的研究现状 (14) 5.2 CO2激光器的发展前景 (15) 6 结束语 (17) 参考文献 (19) 致谢 (20)

摘要：本文从引言出发介绍了CO2激光技术的基本情况，简单介绍了激光和激光器的一些特点，重点介绍了气体激光器中的CO2激光器的相关应用，目前CO2激光器是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的高功率、高质量等优点。论文首先介绍了应用型CO2激光器的基本结构和工作原理，着重介绍了应用型CO2激光器在军事、医疗和工业三个主要领域的应用，最后介绍应用型CO2激光器的研究前景和现状。通过这些介绍使得人们能够加深对CO2激光器的了解和认识。关键词: CO2激光器；基本原理；基本结构；应用； Abstract: This departure from the introduction of CO2 laser technology, introduced the basic situation, briefly introduced some of the characteristics of laser and laser to highlight the CO 2gas laser in laser-related applications, the current CO 2 laser was one of the most extensive laser, it had some very prominent high-power, high quality and so on. Paper introduced the application of CO 2 laser-type basic structure and working principle, focusing on the application type CO 2 laser in the military, medical and industrial application of the three main areas, Finally, applied research prospects for CO 2 laser and status. Through these presentations allowed people to deepen their knowledge and understanding of CO s lasers. Keywords:CO2Laser Basic Principle Basic Structure Application

半导体激光器工作原理及主要参数

半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。半导体激光器主要参数：波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数十毫安。

激光原理复习

激光原理复习 Prepared on 22 November 2020

一. 选择题（单选）（共20分，共10题，每题2分) 1. 下列表达式哪一个不是激光振荡正反馈条件： D 。 A. q kL π22= B. q L C q 2= ν C. q L q 2λ= D. q kL π=2 2. 下列条件哪一个是激光振荡充分必要条件： A 。（δφ为往返相移） A. l r r G q ) ln(,2210- ≥-=απδφ B. 0,2≥?-=n q πδφ C. 0, 20≥?-=n q πδφ D. 0,20≥-=G q πδφ 3. 下列腔型中，肯定为稳定腔的是 C 。 A. 凹凸腔 B. 平凹腔 C. 对称共焦腔 D. 共心腔 4. 下面物理量哪一个与激光器阈值参数无关， D 。 A. 单程损耗因子 B. 腔内光子平均寿命 C. Q 值与无源线宽 D. 小信号增益系数 5. 一般球面稳定腔与对称共焦腔等价，是指它们具有： A 。 A.相同横模 B.相同纵模 C.相同损耗 D . 相同谐振频率 6. 下列公式哪一个可用于高斯光束薄透镜成像 A 其中if z q +=，R 为等相位面曲率半径，L 为光腰距离透镜距离。 A ． F q q 11121=-；B. F R R 11121=-；C. F L L 11121=-；D.F L L 11121=+ 7. 关于自发辐射和受激辐射，下列表述哪一个是正确的 C 。 A. 相同两能级之间跃迁，自发辐射跃迁几率为零，受激辐射跃迁几率不一定为零； B. 自发辐射是随机的，其跃迁速率与受激辐射跃迁速率无关； C. 爱因斯坦关系式表明受激辐射跃迁速率与自发辐射跃迁速度率成正比；

常用激光器简介

几种常用激光器的概述一、CO2激光器 1、背景气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点：（1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。（2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，其效率为0.17 %，原子激光器的连续波输出功率一般为毫瓦极,其效率约为0.1%，而二氧化碳分子激光器连续波输出功率高达1200瓦,其效率为17%）。（3）结构简单，使用一般工业气体，操作简单，价格低廉。由此可见,随着研究工作的进展、新技术的使用，输出功率和效率会不断提高,寿命也会不断增长,将会出现一系列新颖的应用。例如大气和宇宙通讯、相干探测和导航、超外

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用-17954讲解

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用 Tina(2007-10-23 09:40:17 一、激光扫描共聚焦显微镜的原理传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰；激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope，LSCM采用点光源照射样本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜搜集，并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔，分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像，这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面，避免了非焦平面上杂散光线的干扰，克服了普通显微镜图像模糊的缺点，因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。原理图

二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统，激光光源，扫描装置和检测系统构成，整套仪器由计算机控制，各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地进行。显微镜是LSCM的主要组件，它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式，前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。三、激光扫描共聚焦显微镜的应用一）细胞的三维重建

普通荧光显微镜分辨率低，显示的图像结构为多层面的图像叠加，结构不够清晰。LSCM 能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描，得到一组光学切片，经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法，可作单色或双色图像处理，组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态，也可从不同的断面观察细胞内部结构，测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法，可以产生在不同照明角度形成的阴影效果，突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM 的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。二）静态结构检测：原位鉴定细胞或组织内生物大分子、观察细胞及亚细胞形态结构 1.细胞原位检测核酸用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子原位检测蛋白质、抗体及其他分子免疫荧光标记技术检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡

2020年常用激光器简介

作者：非成败作品编号：92032155GZ5702241547853215475102 时间：2020.12.13 几种常用激光器的概述一、CO2激光器 1、背景气体激光技术自61年问世以来，发展极为迅速，受到许多国家的极大重视。特别是近两年，以二氧化碳为主体工作物质的分子气体激光器的进展更为神速，已成为气体激光器中最有发展前途的器件。二氧化碳分子气体激光器不仅工作波长(10.6微米)在大气“窗口”，而且它正向连续波大功率和高效率器件迈进。1961年，Pola-nyi指出了分子的受激振动能级之间获得粒子反转的可能性。在1964年1月美国贝尔电话实验室的C.K.N.Pate 研制出第一支二氧化碳分子气体激光器，输出功率仅为1毫瓦，其效率为0.01%。不到两年，现在该类器件的连续波输出功率高达1200瓦，其效率为17 %，电源激励脉冲输出功率为825瓦，采用Q开关技术已获得50千瓦的脉冲功率输出。最近，有人认为，进一步提高现有的工艺水平，近期可以达到几千瓦的连续波功率输出和30~40% 的效率。 2、工作原理 CO2激光器中，主要的工作物质由CO?，氮气，氦气三种气体组成。其中CO?是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO?激光器中起能量传递作用，为CO?激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。CO?分子激光跃迁能级图CO?激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO?分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO?分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。 3、特点二氧化碳分子气体激光器不但具有一般气体激光器的高度相干性和频率稳定性的特点,而且还具有另外三个独有的特点：（1）工作波长处于大气“窗口”，可用于多路远距离通讯和红外雷达。（2）大功率和高效率( 目前，氩离子激光器最高连续波输出功率为100瓦，

激光共聚焦显微镜技术1讲解

激光共聚焦显微镜技术 The techniques and applications of Confocal Laser Scanning Microscopy 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 1957年，Marvin Minsky提出了共聚焦显微镜技术的某些基本原理，获得了美国的专利。1978年，阿姆斯特丹大学的G.J.Brakenhoff首次展示了改善了分辨率的共焦显微镜。 1985年，Wijnaendtsvan Resandt推出了第一台对荧光标记的材料进行光切的共焦显微镜激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 ?80年代末，各家公司都推出了商品化的共焦显微镜,英国的Bio-Rad公司的MRC系列，德国Leica公司的TCS系列，Zeiss公司的LSM系列等。 ?近二十年来，从滤片型到光谱型，人们对共焦高分辨率，采集图像快速，技术的改进及应用开发不断进行，出现了很多新的技术。如双光子，FCS,FLIM ,STED等。共焦显微镜的优点人眼分辨率：0.2mm 光学显微镜分辨率：0.25μm 电子显微镜分辨率：0.2nm 共焦显微镜分辨率：μm 共焦显微镜的优点 ?电子显微镜的缺陷： 1.只能观察固定样品 2.样品制备过程（固定、包埋、切片）造成的假象 ?荧光显微镜的缺陷: 1.可以观察活细胞或组织，但细胞或组织内结构高度重叠。 2.荧光具有强散射性，造成图像实际清晰度的大大下降。 3.荧光漂白很快，使荧光图像的拍照有困难。 4.如果荧光滤片选配不当，多荧光标记样品图像的采集很困难，且很难抑制光谱交叉。共焦显微镜的优点 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别 1.抑制图像的模糊，获得清晰的图像激光扫描共焦显微镜技术 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别

激光产生原理(内容清晰)

激光产生原理了解激光产生原理，我们必先了解物质的结构，与激光的辐射和吸收的原理。图一碳原子示意图物质由原子组成。图一是一个碳原子的示意图。原子的中心是原子核，由质子和中子组成。质子带有正电荷，中子则不带电。原子的外围布满着带负电的电子，绕着原子核运动。有趣的是，电子在原子中的能量并不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们，这些电子会处于一些固定的「能阶」，不同的能阶对应于不同的电子能量。为了简单起见，我们可以如图一所示，把这些能阶想象成一些绕着原子核的轨道，距离原子核越远的轨道能量越高。此外，不同轨道最多可容纳的电子数目也不同，例如最低的轨道 (也是最近原子核的轨道) 最多只可容纳 2 个电子，较高的轨道则可容纳 8 个电子等等。事实上，这个过份简化了的模型并不是完全正确的 [1]，但它足以帮助我们说明激光的基本原理。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。例如当电子吸收了一个光子 [2] 时，它便可能从一个较低的能阶跃迁至一个较高的能阶 (图二 a)。同样地，一个位于高能阶的电子也会透过发射一个光子而跃迁至较低的能阶 (图二 b)。在这些过程中，电子吸收或释放的光子能量总是与这两能阶的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长，因此，吸收或释放的光具有固定的颜色。图二原子内电子的跃迁过程

当原子内所有电子处于可能的最低能阶时，整个原子的能量最低，我们称原子处于基态。图一显示了碳原子处于基态时电子的排列状况。当一个或多个电子处于较高的能阶时，我们称原子处于受激态。前面说过，电子可透过吸收或释放在能阶之间跃迁。跃迁又可分为三种形式﹕ 1.自发吸收 - 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶 (图二 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 (图二 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 (图二 c)。图三红宝石激光的示意图激光基本上就是由第三种跃迁机制所产生的。图三显示红宝石激光的原理。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设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，并让其余小部分光子穿过﹔而穿过镜子的光子就构成我们所见的激光。图四粒子数反转的状态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 (图四)，原子首先吸收能量，跃迁至受激态。原子处于受激态的时间非常短，大约?秒后，它便会落

激光共聚焦原理

激光共聚焦显微镜的成像原理什么是荧光？荧光是当以某一波长的光线照射一个物质（原子/分子）的时候，该物质（原子/分子）吸收了光线能量的一部分并且发射出另一种低能量的光线。图中示意的光线里蓝色（较高能量光线）为入射光线，绿色（较低能量光线）为反射光线。什么是分光镜？分光镜是可以把不同波长的光线区分开来的光学装置。分光镜可以起到使特定的光线可以通过，特定光线反射的作用。荧光显微镜是如何工作的？我们假定入射光线是紫色的（较高能量光线），反射光线是红色的（较低能量光线）。显微镜系统使用了一种特殊的分光镜，(更恰当地说一个“区分两种颜色的镜片”)。这个镜片反射低于特定波长的光线，并且可以通过高于特定波长的光线。因此你的眼睛只能看到这些由荧光染料反射出来的光线（红色光线），而不是看到入射的紫色光线。紫色和红色的光栅位于分光镜后，作为一种特殊的过滤装置，来保证其他颜色的光线传到了不正确的方向。

关于共聚焦显微镜想象下在显微镜中有一些镜片组，由镜片组一个焦点发出的光线延光路发送到另一个焦点。这表现为图中的蓝色光线。红色光线表示式样上的其他点发出的光线，这些点并不在镜片组的焦点上，因此这些点就不能通过镜片组在另一边的焦点上成像。（这里的需要注意的是，红色的光线和蓝色的光线是为了区分式样上的不同点，并不是为了表示他们的波长不同。）这样，蓝色光和红色光成像的点就不相同。这里我们只希望得到位于镜片组焦点上发出光线成的像。如果我们在镜片组的另一边放置一个带有针孔的隔挡，这个孔正好在蓝色点成像的位置，那么所有从蓝色点发出的光线都可以通过这个针孔。并且，由红色点发出的大部分光线是不能通过这个针孔的。这就解决了荧光显微镜的一个缺陷。通常来说式样都是完全被照亮的，因此式样上的每一个点都会同时发出荧光。当然，成像最清晰，也就是亮度最高的点是在物镜焦点上的点，但是其他点的光一样会对成像结果产生影响。增加一个针孔就解决了这个问题，因为式样位于物镜焦点上的点会在针孔位置成像，这样对点是共轭的。针孔的位置就是镜片组的位置，这就是共聚焦针孔。那么共聚焦显微镜是怎么工作的？激光一般被用作光源，一边产生高强度的光照。图中，蓝色线表示激光光线，它被分光镜反射。两个可以驱动带有扫描功能的镜片，会侦测到激光器发射的光，而被式样反射的光线是不会被侦测的。焦点位置点的反射光通过分光镜在针孔位置成像，并且通过针孔的光线会被放大。这里如果扫描速度足够快，人眼看到的就是一副运动的画面。

激光的原理及激光器分类

激光器的原理及分类一、基础原理量子理论认为，所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。当一个粒子从高能级掉到低能级时，根据能量守恒定律，它要把两个能级相差部分的能量释放出来，通常这个能量以光和热两种形式释放出来。二、自发辐射、受激辐射 1、自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。但是处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量=E2-E1。过程各自独立、互补关联，所有辐射的光在发射方向上是无规律的

射向四面八方，并且频率不同、偏振状态和相位不同。 2、受激辐射在原子中也存在这样一些特定高能级，一旦电子被激发到这个高能级之上，却由于不满足跃迁的条件，发生跃迁的几率很低，电子能够在高能级上的时间很长，就所谓的亚稳定状态。但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁，并且向下跃迁时释放出一个与射入光场相同的光子，在同一个方向、有同一个波长。这就是受激辐射，激光正是利用这一原理激发出来。二、粒子数反转通过受激辐射出来的光子，不仅可以引起其他粒子受激辐射，也可以引起受激吸收。只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时，所产生的受激辐射才能大于受激吸收。但是在自然条件下，原子都是都处于稳定的基态，只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态，才能有多余的辐射向外产生。这个技术叫粒子数反转。

激光共聚焦显微镜原理

激光共聚焦显微镜原理激光共聚焦扫描显微技术（Confocal laser scanning microscopy）是一种高分辨率的显微成像技术。普通的荧光光学显微镜在对较厚的标本（例如细胞）进行观察时，来自观察点邻近区域的荧光会对结构的分辨率形成较大的干扰。共聚焦显微技术的关键点在于，每次只对空间上的一个点（焦点）进行成像，再通过计算机控制的一点一点的扫描形成标本的二维或者三维图象。在此过程中，来自焦点以外的光信号不会对图像形成干扰，从而大大提高了显微图象的清晰度和细节分辨能力。图1. 共聚焦显微镜简化原理图图1是一般共聚焦显微镜的工作原理示意图。用于激发荧光的激光束(Laser)透过入射小孔(light source pinhole)被二向色镜(Dichroic mirror)反射，通过显微物镜(Objective lens)汇聚后入射于待观察的标本(specimen)内部焦点(focal point)处。激光照射所产生的荧光(fluorescence light)和少量反射激光一起，被物镜重新收集后送往二向色镜。其中携带图像信息的荧光由于波长比较长，直接通过二向色镜并透过出射小孔(Detection pinhole)到达光电探测器(Detector)（通常是光电倍增管（PMT）或是雪崩光电二极管（APD）），变成电信号后送入计算机。而由于二向色镜的分光作用，残余的激光则被二向色镜反射，不会被探测到。

图2. 探测针孔的作用示意图图2解释了出射小孔所起到的作用：只有焦平面上的点所发出的光才能透过出射小孔；焦平面以外的点所发出的光线在出射小孔平面是离焦的，绝大部分无法通过中心的小孔。因此，焦平面上的观察目标点呈现亮色，而非观察点则作为背景呈现黑色，反差增加，图像清晰。在成像过程中，出射小孔的位置始终与显微物镜的焦点(focal point)是一一对应的关系（共轭conjugate）,因而被称为共聚焦（con-focal）显微技术。共聚焦显微技术是由美国科学家马文?闵斯基(Marvin Minsky)发明的；他于1957年就为该技术申请了专利。但是直到八十年代后期，由于激光研究的长足进步，才使得激光共聚焦扫描显微技术（CLSM）成为了一种成熟的技术。图3. 激光共聚焦显微镜原理框图当今的激光共聚焦显微镜已经发展为一种结合了激光技术，显微光学，自动控制和图像处理等多种尖端科研成果的高技术工具。是现代微观研究领域不可缺少的利器之一。Nikon秉承“信赖与创造”的一贯企业理念，正在为业界提供世界领先水平的共聚焦显微镜系统产品。

激光加工原理

激光加工原理激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。目前，公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。光化学加工指当激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程。冷加工具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生“热损伤”副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。

第一版激光加工简介激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。由于它是无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形；激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件；激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响的区小工件热变形小后续加工最小；由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法；生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。第二版激光加工原理激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。目前，公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。

CO2激光器基本原理.

CO2 激光器基本原理 CO2 激光器基本原理、机构介绍 CO2激光器效率高，不造成工作介质损害，发射出10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励，热激励，光激励与核激励等。在医疗中使用的CO2 激光器几乎百分之百是电激励。 CO2激光器的工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂，因而能级也很复杂。 CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。根据分子振动理论，CO2有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。 CO2激光的激发过程：CO2激光器中，主要的工作物质由CO2，氮气，氦气三种气体组成。其中CO2是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020 的抽空。氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。 CO2分子激光跃迁能级图 CO2激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这

固体激光器原理及应用

编号赣南师范学院学士学位论文固体激光器原理及应用教学学院物理与电子信息学院届别 2010届专业电子科学与技术学号 060803013 姓名丁志鹏指导老师邹万芳完成日期 2010.5.10

目录摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1引用 (2) 2激光与激光器 (2) 2.1激光 (2) 2.2激光器 (3) 3固体激光器 (4) 3.1工作原理和基本结构 (4) 3.2典型的固体激光器 (8) 3.3典型固体激光器的比较 (11) 3.4固体激光器的优缺点 (12) 4固体激光器的应用 (13) 4.1军事国防 (13) 4.2工业制造 (15) 4.3医疗美容 (17) 5结束语 (17) 参考文献 (19)

摘要：固体激光器目前是用最广泛的激光器之一，它有着一些非常突出的优点。介绍固体激光器的工作原理及应用，更能够加深对其的了解。本论文先从基本原理和结构介绍固体激光器，接着介绍一些典型的固体激光器，最后介绍其在军事国防、工业技术、医疗美容等三个方面的应用及未来的发展方向。关键词：固体激光器基本原理基本结构应用 Abstract:Solid-state laser is currently one of the most extensive laser,it has some very obvious advantages.The working principle of solid-state lasers and applications were described in the paper and it can enhance the understanding.In this paper, starting with the basic principles and structure of the introduced solid-state laser,and then some typical solid-state lasers and a presentation on its military defense,industrial technology,medical and cosmetic applications in three areas and future development direction were introduced. Key words:Solid-state Laser Basic Principle Basic Structure Application