激光医疗器械介绍

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。
氩离子激光 系波长4880、5140与5145的兰青－ 绿光，连续输出，应用功率1～2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。
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. 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。
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3～16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、
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
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。
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
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。
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. 自发吸收 跃迁又可分为三种形式﹕ 2. 自发辐射 3. 受激辐射
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15～20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、蜘蛛痣、乳头状瘤、色素痣、 寻常疣、鸡眼、外阴白斑、基底细胞 癌等。
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 静脉留臵针导入血管内，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，通过换能性 的光化作用使机体产生一系列的 生物效应
２、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。
３、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.
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)。
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 活产生了不可估量的影响。
•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 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。
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。
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
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。