激光与光子基础知识
激光原理 知识点
激光原理知识点
激光原理的知识点包括:
1.黑体和黑体辐射:黑体是一种理想化的辐射体，黑体辐射是描述黑体发出的辐射规律的理论。
2.自发辐射、受激辐射和受激吸收:这是激光产生的基本过程。
即自发辐射产生光子，受激辐射放大光子，受激吸收则吸收光子。
3.光腔理论:涉及到光腔的稳定性条件、共轴球面腔的稳定性条件、开腔模式的物理概念和行射理论分析方法、高斯光東的基本性质及特征参数等。
4.电磁场和物质的共振相互作用:描述了光和物质相互作用的经典理论。
以及谱线加宽和线型函数等概念。
5.激光振落特性:涉及到激光的特性，如相干性好、方向性好、单色性好、亮度高，这些特性可以归结为激光具有很高的光子简并度。
6.光子简并度:是描述激光光子相干性的物理量。
7.光的多普勒效应:描述了光波在运动中由于光源和观察者的相对运动而产性频率变化的现象。
8.均匀增宽与非均匀增宽:描述了光谱线增宽的两种类型，均匀增宽通常是由于原子或分子的自然热运动引起的，而非均匀增宽则通常是由于原子或分子之间的碰撞弓|起的。
9.自然增宽和多普勒堵宽:自然增宽是由于原子或分子自旋的统计分布引起的，多普勒增宽是由于原子或分子的热运动引起的。
以上只是简单的列举，实际上激光原理所涵盖的知识点还有很多，需
要系统学习和实践。
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激光与光子基础知识ppt课件
治疗色素增加性皮肤疾病的激光系统
波长：500-1000nm 脉度：10-9 秒（纳秒） 色基：黑素小体 靶位：色素细胞或组织 机制：爆破效应
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治疗色素性皮肤疾病的激光
• 绿色激光：铜蒸汽激光（511nm)
氪离子激光（520-530nm） 脉冲染料（510nm、300ns） 倍频Nd:YAG(532nm、5-10ns)
Laser Types HolmiumLeabharlann ExcimerKTP
Nd:YAG Er:YAG
190 - 390 488 - 514
532 577-630
694 755 1064 2100 2940 10600
x-rays cosmic rays
UV
VISIBLE
400 nm
700 nm
Microwaves TV and radio waves
• 能为色基理想吸收波 长的激光
• 激光照射时间（脉冲 宽度）必需短于色基 的热驰豫时间
• 高能量激光
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靶组织毁坏机制
光热作用（photothermolysis)：
– 色基（血红蛋白，黑素或文刺颗粒）吸收光子 (photo)能量
– 光子能量转变成热能(thermo) – 靶组织因热能的作用而毁坏或变性 (lysis)
• 红色激光：红宝石（694nm、20-50ns）
翠绿宝石（755nm、50-100ns）
• 近红外激光：Nd:YAG(1064nm、10ns）
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绿色激光
• 穿透较浅，用以治疗表皮色素性疾病 • 对雀斑和日光性黑子非常有效 • 氧合血红蛋白吸收较好，可形成紫癜和色
素沉着
20
红色激光
• 穿透较深 • 可用来治疗表皮和真皮的色素性疾病 • 氧合血红蛋白吸收差，形成紫癜和色
激光与光子美容治疗技术
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
第二章 激光的物理基础2.2光波模式和光子状态
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
14
9
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
激光知识点归纳总结
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。
激光与光子基础知识共80页文档
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
激光与光子基础。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
激光与光子基础知识幻灯片课件
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近红外激光
• 穿透深 • 对深色皮肤人种治疗有优势 • 治疗文身和太田痣非常有效
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维纳斯
Q532:雀斑、咖啡斑 Q755:雀斑、太田痣 Q1064：太田痣、文刺 VPW532:血管、皱纹、痤疮
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治疗血管性皮肤疾病的激光系统
• 波长：532nm,585nm,595nm,1064nm • 脉宽：长脉冲宽度（0.5-100ms) • 色基：血红蛋白 • 靶位：血管内皮 • 机制：蛋白质凝固
• 准连续激光或半脉冲激光
铜蒸气激光
• 脉冲激光
Q-开关激光
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激光的分类
连续激光
准脉冲激光
脉冲激光
12
连续激光VS脉冲激光
13
激光常用的参数
14
激光 / 光组织影响
反射
散射
传输
吸收
15
激光/强光与皮肤组织的作用
• 反射：在激光的防护中具有意义 • 散射：是影响穿透的重要因素 • 传导：对组织不起任何作用 • 吸收：只有能量被吸收才具有治疗作用
Cylindrical Waveguide
Nd:YAG Rod
Pumping Lamp Gold Coated Pumping Cavity
-
Mirror
激光介质：气体激光、染料激光、固体激光、化学激光、半导体激光
9
Laser Types Holmium
Excimer
KTP
Nd:YAG Er:YAG
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长脉冲532激光(倍频KTPNd:YAG)
• 优点：波长覆盖血红蛋白的吸收峰值，选择性好，有理想的 脉冲宽度
• 缺陷：穿透深度有一定的局限性。 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
《激光》 知识清单
《激光》知识清单一、什么是激光激光，英文全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，意思是“通过受激辐射光放大”。
简单来说，激光是一种具有高度方向性、高亮度、高单色性和高相干性的光。
它与普通的光有着显著的区别。
普通的光是由大量的原子或分子自发地辐射产生的，这些光的方向、频率和相位都是随机的。
而激光则是通过一种特殊的机制，使得大量的光子具有相同的频率、相位和方向，从而形成了一种极其强大和集中的光束。
二、激光的产生原理激光的产生依赖于三个重要的过程：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
受激吸收是指处于低能态的原子吸收一个光子的能量，从而跃迁到高能态。
自发辐射则是指处于高能态的原子在没有外界作用的情况下，自发地跃迁回低能态，并释放出一个光子。
这个光子的方向、频率和相位都是随机的。
而受激辐射是激光产生的关键过程。
当一个处于高能态的原子受到一个与它即将辐射出的光子频率、相位和方向相同的入射光子的作用时，会受到激发而跃迁回低能态，并辐射出一个与入射光子完全相同的光子。
这两个光子又会进一步激发其他处于高能态的原子产生受激辐射，从而形成大量具有相同特性的光子，实现光的放大。
为了实现激光的产生，还需要一个光学谐振腔。
这个谐振腔通常由两个平行的反射镜组成，使得在其中传播的光能够不断地被反射和放大，只有满足特定频率和方向的光才能在腔内形成稳定的振荡，最终从谐振腔的一端输出形成激光。
三、激光的特点1、高度方向性激光的光束非常狭窄，几乎是平行的。
这使得激光能够在很远的距离上保持很高的能量密度，从而可以用于精确的测量、通信和加工等领域。
2、高亮度激光的亮度极高，远远超过了普通光源。
这使得激光在切割、焊接、打孔等工业加工中具有强大的能力。
3、高单色性激光的波长非常单一，即颜色非常纯。
这对于光谱分析、激光通信等领域非常重要。
4、高相干性激光的光波具有很好的相干性，即光波之间的相位关系非常稳定。
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宽度）必需短于色基
的热驰豫时间
• 高能量激光
围组织热损伤和瘢痕。
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靶组织毁坏机制
光热作用（photothermolysis)：
– 色基（血红蛋白，黑素或文刺颗粒）吸收光子 (photo)能量 – 光子能量转变成热能(thermo) – 靶组织因热能的作用而毁坏或变性 (lysis)
• 手具
– CPG治疗头 – CAP治疗装置
• 气化型局灶型皮表重建 (ablative fractional resurfacing)
– 10600nm(Lumenis)
• 气化性点阵 (ablative fractional laser)
– 2790nm (Cutera) – 2940nm (Alma, Fotona, Palomar,wavelight, Sicton) – 10600nm (Lumenis,, Alma, Reliant)
质组成，具有不同的光学属性
（吸收和反射光能力） • 不同皮肤结构能吸收或反射不
同波长的光
• 大多数光是能穿透皮肤的。 • 皮肤组织这种对光吸收和反射 的不同，为我们使用光进行治 疗提供了可能性。
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激光/光组织影响的类型
光热效应：组织的凝固与汽化取决于吸收，激光 脉冲大约0.5毫秒或稍长。 光机械效应：组织分裂，脉冲激光约0.2微秒或稍 短。 光化学作用：对化学组织键的直接损坏或在使用 PDT药物下出现的化学反应。 光生物刺激作用：使用低能量激光刺激组织细胞 反应。 选择性光解作用：特殊波长与脉冲宽度配合，在 靶目标组织上获得最佳效果而同时对周围组织产 生最小的影响。
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热限制/热驰豫时间
• 当激光的照射时间（脉冲宽度）小于色基 的热驰豫时间时，热能被最大限度地限制 在靶位内，而不能有效地传递到周围组织 中去 。 • 能量是守恒的，能量最终会转变为机械能 （颗粒崩解）或化学能量（蛋白变性）释 放出来。
42
热限制/热驰豫时间
Vessel Diameter 20 m 50 m 100 m 300 m
32
选择性光热作用的过程
• 携带足够能量的光子经过皮肤到达色基。 • 表皮和真皮最小程度地吸收光子能量。
• 在靶组织中有足够多的光子吸收，并产生热量。
• 靶组织中（血红蛋白，黑素）蛋白热变性，并传递 到周围细胞引起损伤。 • 体内的清除系统（免疫系统）清除。
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皮肤结构
黑色素
血管中血红蛋白
毛囊皮脂腺以及水
Light Absorption Into Tissue
100,000 10,000
Er:YAG
Melanin
1,000
Absorption Coefficient (per centimeter)
100
10 1.0 0.1 0.01 0.001
Hemoglobin
Water
CO2
Oxyhemoglobin
激光的特性
• • • • 单色性 相干性 方向性 高能量和聚焦性
激光
普通光
激光与普通光
Laser
White Light
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
8
激光器的分类
Laser Head
Mirror Cylindrical Waveguide Nd:YAG Rod
美容激光与光子基础知识
昆明医科大学附一院皮肤科/医疗美容科 杨智 何黎
目录
• • • • • • 激光与激光器 选择性光热作用原理 选择性光热作用原理的拓展 局灶性光热作用 强脉冲光技术 其他能量
激光与激光治疗仪器
Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
• 红色激光：红宝石（694nm、20-50ns）
翠绿宝石（755nm、50-100ns）
• 近红外激光：Nd:YAG(1064nm、10ns）
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绿色激光
• 穿透较浅，用以治疗表皮色素性疾病 • 对雀斑和日光性黑子非常有效 • 氧合血红蛋白吸收较好，可形成紫癜和色 素沉着
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红色激光
• 穿透较深 • 可用来治疗表皮和真皮的色素性疾病 • 氧合血红蛋白吸收差，形成紫癜和色 素沉着风险较低
简单的说就是光谱为500 – 1200 nm的位于可 见光与近红外线这部分的光
IPL Head Components
Reflector Linear Xenon Flashlamp
Filter Coating
Light Guide
IPL Broadband Spectrum with Cut-Off Filters
局部产生高热
毛发再生组织 热坏死
局灶性光热作用原理
Fractional means 点阵意义
Shot
Healing process
Normal skin
CO2点阵激光-组织相互作用
•激光气化部分皮肤组织 •热刺激导致部分组织热变性 •启动组织修复过程 •成纤维细胞活跃 •胶原组织增生 •组织致密 •缓解皮肤松弛、治疗皱纹、萎缩 性瘢痕等
Spontaneous Emission
P1
+
e¯
e¯
P1
+
Stimulated Emission
+
e¯
P1
+
e¯
P2
e¯
+
P1 P2
+
e¯
4
激光谐振腔
激光介质
(i.e. crystal, gas, dye)
全反射镜
R- 100%
部分反射镜
R- 90%
能量源 (i.e. flashlamp, electric current, laser)
激光的分类
连续激光
准脉冲激光
脉冲激光
连续激光VS脉冲激光
激光常用的参数
激光 / 光组织影响
反射
散射
传输
吸收
激光/强光与皮肤组织的作用
• 反射：在激光的防护中具有意义
• 散射：是影响穿透的重要因素
• 传导：对组织不起任何作用
• 吸收：只有能量被吸收才具有治疗作用
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皮肤组织
• 皮肤是由不同来源的细胞和基
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长脉冲532激光(倍频KTPNd:YAG)
• 优点：波长覆盖血红蛋白的吸收峰值，选择性好，有理想的 脉冲宽度 • 缺陷：穿透深度有一定的局限性。 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
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脉冲染料585激光
• 优点：波长覆盖吸收峰值，选择性好。 • 缺陷：脉冲宽度过于窄小，穿透深度不理想 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣
• 治疗机制：
– 显微爆破效应 – 高温汽化
激光皮表重建
• 脉冲激光去掉表皮及部分真皮结构，启动 机体强大的修复功能，使皮肤重新形成一 层“正常”的皮表的治疗。 • 其它的翻译：激光换肤、激光磨削、激光 嫩肤等。 • 治疗机制：
– 瞬间气化 – 可控制的热损伤/刺激
选择性光热作用原理拓展
• 选择性光热作用原理 的拓展 • 临床应用
• 波长：694nm, 755nm, 800nm, 1064nm • 脉宽: 大于10ms • 色基：黑色素 • 靶组织：毛乳头生长部位 • 机制：热凝固变性
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选择性光热作用
• 当激光波长处于色基吸收峰值 时，其光子能量被转移到最终
• 能为色基理想吸收波
长的激光
• 激光照射时间（脉冲
具有临疾病的激光系统
波长：500-1000nm 脉度：10-9 秒（纳秒） 色基：黑素小体 靶位：色素细胞或组织 机制：爆破效应
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治疗色素性皮肤疾病的激光
• 绿色激光：铜蒸汽激光（511nm)
氪离子激光（520-530nm） 脉冲染料（510nm、300ns） 倍频Nd:YAG(532nm、5-10ns)
694nm、755nm 、 800nm、1064nm，IPL 光子
新一代半导体激光脱毛：
压迫式快速滑动冰点无痛半导体脱毛 月光真空脱毛
激光脱毛机制
激光 作用于皮肤 毛囊中的黑色素 选择性吸收
抑制毛 发生长
激光作用于皮肤，被毛囊中的 黑色素选择性吸收，局部产生高 温，通过热扩散作用使毛囊局 部的毛发再生组织发生热坏死， 从而使毛发失去再生能力,同时 又不损伤周边组织
0.0001
0.2 1.0 3.0 10 20
35
Wavelength (Microns)
光对组织的穿透深度
0.25
0.2 Effective Penetration [cm]
0.15
0.1
0.05
0 400
500
600
700 Wavelength [nm]
800
900
1000
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不同波长的光对皮肤穿透
基本原理 创伤修复（Wound healing)： 炎症期 增生期 成熟期 点阵激光启动了一个可控的皮肤创伤修复过程。
点阵激光分类
• 非气化型点阵 （non-ablative fractional laser)
– – – – 1320nm（Cynosure) 1410nm（Reliant) 1540nm (Palomar) 1550nm (Reliant, Solta))
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脉冲染料595激光
• 优点：具有一定的穿透深度，有理想的脉冲宽度 • 缺陷：波长偏离吸收峰值，选择性削弱。 • 临床：面部毛细血管扩张、鲜红斑痣