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激光基础知识许本芳1激光基础知识许本芳1目目录录Contents05常见激光器010203激光的概述激光的认识选择性光热理论04激光效应06设备与美容2目录Contents05常见激光器010203激光的概述激光第一章 激光的概述第一节 前言激光素有神奇光之称。如今，你只要稍加留意，就会发现激光就在我们身边：?激光唱机的动听乐曲不断回荡在楼宇之间；?激光影碟机 悄然走进了千家万户；?商场里商品贴的是 激光防伪标志；?激光照排则包揽了所有的报刊杂志。我们远隔千里就可以同亲人朋友通话，也是激光的功劳，因为 光纤传送的正是激光。而近年来兴起的 激光美容更给越来越多的爱美人士带来了更多便捷的美容手段。3第一章激光的概述第一节前言激光素有神奇光之称。如今，你只要稍第一章 激光的概述第二节 激光简介激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一个重大发明，被称为“最快的刀最快的刀”、“镭捷”激光灯管、“最准的尺最准的尺”、“最亮的光最亮的光”和“奇异的激光奇异的激光”。1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激光器，为世界第一台激光器。目前激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事 六个领域。4第一章激光的概述第二节激光简介激光是20世纪以来，继原子能、第一章 激光的概述第三节 激光技术发展史激光技术发展史受激辐射受激辐射?理论基础?爱因斯坦的光子学说（1905）。?波粒二象性（1909）。?辐射理论（1917）：提出了受激辐射的概念，预测到光可以产生受激辐射被放大。Einstein爱因斯坦5第一章激光的概述第三节激光技术发展史受激辐射?理论基础?第一章 激光的概述Tolman托尔曼第三节 激光技术发展史激光技术发展史粒子数反转粒子数反转?理论基础：R.C.Tolman（托尔曼）指出：具有粒子数反转 的介质具有光学增益（产生激光的基本条件之一）（1924）。6第一章激光的概述Tolman托尔曼第三节激光技术发展史粒第一章 激光的概述第三节 激光技术发展史激光技术发展史微波受激辐射放大器微波受激辐射放大器Townes汤斯Prokhorov实验基础：普罗霍罗夫Prokhorov（普罗霍罗夫）和H.Townes（汤斯）分别独立报导了第一个 微波受激辐射放大器(Maser)（1953）。7?第一章激光的概述第三节激光技术发展史微波受激辐射放大器T第一章 激光的概述第三节 激光技术发展史激光技术发展史开放式光谐振腔开放式光谐振腔?1958年Townes（汤斯）和Schawlow（肖洛）抛弃了尺度必须和波长可比拟的封闭式谐振腔的老思路，提出利用尺度远大于波长的 开放式光谐振腔 实现Laser（激光）的新想。Townes汤斯Schawlow肖洛8第一章激光的概述第三节激光技术发展史开放式光谐振腔?19第一章 激光的概述第三节 激光技术发展史激光技术发展史红宝石固态激光器红宝石固态激光器?美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年轻人梅曼在1960.5.16利用红宝石棒首次观察到激光。?梅曼在7月7日正式演示了世界 第一台红宝石固态激光器。?他在Nature(8月16日)发表了一个简短的通知。Maiman的第一台激光器Maiman梅曼9第一章激光的概述第三节激光技术发展史红宝石固态激光器?美第一章 激光的概述第三节 激光技术发展史激光技术发展史技术开发技术开发?各种激光器的开发：?工作物质：固体、气体、染料、化学、离子、原子、半导体、X射线。?输出功率：大功率、低功率。?工作方式：短脉冲、脉冲、超短脉冲、连续。?输出稳定性：稳频率、稳功率、稳方向。化学激光器X射线激光器固体激光器染料激光器原子激光器气体激光器离子激光器10半导体激光器第一章激光的概述第三节激光技术发展史技术开发?各种激光器第一章 激光的概述第四节 我国激光器研究情况激光器的第一台研制成功时间研制人红宝石激光器（我国第一台）1961年11月邓锡铭、王之江He-Ne激光器1963年7月邓锡铭等掺钕玻璃激光器1963年6月干福熹GaAs同质结半导体激光器1963年12月王守成CO2分子激光器1965年9月王润文等11第一章激光的概述第四节我国激光器研究情况激光器的第一台研制成第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用?激光技术方面的应用：光通讯、光储存、光放大、光计算、光隔离器。?检测技术方面的应用：测长、测距、测速、测角、测三维形状。?激光加工：焊接、打孔、切割、热处理、快速成型。?医学应用：外科手术、激光辐照（皮肤科、妇产科）、眼科手术、激光血照仪、视光学测量。?科学研究方面的应用：激光核聚变、重力场测量、激光光谱、激光对生物组织的作用、激光制冷、激光诱导化学过程等等。12第一章激光的概述第五节激光技术的应用?激光技术方面的应用：光第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用激光技术的应用光盘光盘?光盘存储器原理光盘存储器原理激光刻蚀与读出激光刻蚀与读出13第一章激光的概述第五节激光技术的应用光盘?光盘存储器原理第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用激光技术的应用人民币人民币?激光全息防伪人民币（建国 50周年纪念币）14第一章激光的概述第五节激光技术的应用人民币?激光全息防伪第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用激光技术的应用核聚变核聚变?激光控制核聚变15第一章激光的概述第五节激光技术的应用核聚变?激光控制核聚第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用激光技术的应用激光导航星激光导航星?天文台（激光导航星）16第一章激光的概述第五节激光技术的应用激光导航星?天文台（第一章 激光的概述第五节 激光技术的应用激光技术的应用测距与激光雷达测距与激光雷达?激光测距与激光雷达17第一章激光的概述第五节激光技术的应用测距与激光雷达?激光第二章 激光的认识第一节 激光器的结构图激光器的结构图内部结构图内部结构图激励源?工作物质全反射镜激光输出激光部分反射镜L光学谐振腔18第二章激光的认识第一节激光器的结构图内部结构图激励源?工第二章 激光的认识第一节 激光器的结构图激光器的结构图内部结构图详解内部结构图详解19第二章激光的认识第一节激光器的结构图内部结构图详解19第二章 激光的认识第二节 激光器的结构功能激光器的结构功能工作物质工作物质激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成，具有光的粒子性；另一方面，其本身也是一种电磁波。一般而言，激光的产生需要 3个条件：?工作物质：激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。关键是能在这种介质中 实现粒子数反转，就被称为激活介质(activemedium)或工作物质。20第二章激光的认识第二节激光器的结构功能工作物质激光作为光第二章 激光的认识第二节 激光器的结构功能激光器的结构功能激励源激励源?激励源：为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的 粒子数增加。如：电激励、光激励、热激励、化学激励等各种激励方式被形象化地称为 泵浦或抽运；只有不断泵浦才能维持上能级粒子数多于下能级，不断获得激光输出。21第二章激光的认识第二节激光器的结构功能激励源?激励源：为第二章 激光的认识第二节 激光器的结构功能激光器的结构功能光学谐振腔光学谐振腔?光学谐振腔：?最简单的谐振腔由两块平面反射镜组成，其中一块为全反射镜，另一块为部分反射镜，它们互相平行，并且与工作物质的轴线严格垂直。?此外，谐振腔还可由 平面镜与凹面镜或由两块凹面镜 组成。这种结构使得只有与工作物质轴线完全一致的光才能得到放大，并由半反射镜透过；而遇到全反射镜的光子 则被全部反射进入谐振腔继续振荡，并再次得到放大。?由此可见，光学谐振腔的作用在于 为激光器的振荡提供 必要的正反馈，导致光放大，同时限制激光的频率和方向，保证激光的单色性和方向性。?光子在谐振腔内振荡 时也会有一定损耗，腔内损耗常用品质因素 Q值表示，其数值越大，表示损耗越小。22第二章激光的认识第二节激光器的结构功能光学谐振腔?光学谐第二章 激光的认识第三节 激光产生的原理激光产生的原理术语详解术语详解?能级：原子核外电子运动轨道的一种理论。因为物质是由原子组成，而原子又是由原子核及电子构成；电子围绕着原子核 只能在特定的、分立的 轨道上运动，各个 轨道上的电子具有分立的能量，这些能量值 即为能级。?跃迁：电子可以通过吸收或释放能量，在不同的轨道间发生跃迁（从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级）从而辐射出光子。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。?基态和激发态：当原子内所有 电子处于可能的最低能级时，整个原子的能量最低，我们称原子处于基态；当一个或多个原子电子处于较高的能级 时，我们称原子处于激发态。23第二章激光的认识第三节激光产生的原理术语详解?能级：原子第二章 激光的认识第四节 激光产生的原理激光产生的原理受激吸收受激吸收/自发辐射?受激吸收：原子吸收入射光子（h?=Eh-El），从低能态（El）跃迁到高能态（Eh）。h?图一EhEl?自发辐射：在一个体系中，热平衡时低能级（El）的粒子数总比高能级（Eh）的粒子数目多，高能级（Eh）的粒子总是向低能级（El）跃迁而趋于稳定，多余能量转变为一个光子(h?=Eh-El)向外辐射。Eh图二h?24El第二章激光的认识第四节激光产生的原理受激吸收/自发辐射?第二章 激光的认识第四节 激光产生的原理激光产生的原理受激辐射受激辐射?受激辐射：处于高能态(Eh)的原子，受入射光子(h?=Eh-El)的诱导作用，跃迁到低能态(El)，并辐射出一个与入射光子的频率、相位、振动方向和传播方向都完全相同的光子。Ehh?El图三h?h?25第二章激光的认识第四节激光产生的原理受激辐射?受激辐射：第二章 激光的认识第五节 激光产生的原理激光产生的原理光放大光放大?光放大：若有一批原子处于高能态(Eh)，则 在一个入射光子(h?=Eh-El)的作用下，会通过一系列受激辐射产生不断倍增的完全相同的光子。图四26第二章激光的认识第五节激光产生的原理光放大?光放大：若有第二章 激光的认识第四节 激光产生的原理工作物质在激励源的作用下发生粒子数反转，通过谐振腔内的振荡和放大，产生正反馈式的连锁反应，从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光激光激光。图一：受激辐射图二：光子反射图三：粒子数反转图四：光能跃迁图五：光能放大、透射LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiationLASER/激光27第二章激光的认识第四节激光产生的原理工作物质在激励源的作用下第二章 激光的认识第五节 激光的特性激光的特性单色性单色性光的颜色由光的波长（或频率）决定。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到210-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。激光的单色性远远超过任何一种单色光源。普通光激光28第二章激光的认识第五节激光的特性单色性光的颜色由光的波长第二章 激光的认识第五节 激光的特性激光的特性平行性（定向性）平行性（定向性）激光光束在传播过程中 很少发生弥散，即使在传播很长距离后光束仍保持平行 而不发生弥散。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）。激光普通光29第二章激光的认识第五节激光的特性平行性（定向性）激光光束第二章 激光的认识第五节 激光的特性激光的特性相干性相干性相干性是所有波的共性，但由于各种光波的品质不同，导致它们的相干性也有高低之分；激光不同于普通光源，它是受激辐射光，具有极强的相干性。?具体分为两种：?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）。?空间相干性：从光源同一点在不同时间发出的光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。3030第二章激光的认识第五节激光的特性相干性相干性是所有波的共第二章 激光的认识第五节 激光的特性激光的特性能量高度集中（密集性）能量高度集中（密集性）?密集性：?能量在空间和时间上高度集中。如激光武器、激光切割金属、炭化和气化组织。3131第二章激光的认识第五节激光的特性能量高度集中（密集性）?第二章 激光的认识第六节 激光的特性激光的特性高亮度高亮度?亮度高：?由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。?亮度是衡量一个光源质量的重要指标，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点出产生几千到几万度的高温。3232第二章激光的认识第六节激光的特性高亮度?亮度高：?由于激第三章 选择性光热理论（原理）第一节 激光学的中心理论激光学的中心理论选择性光热理论选择性光热理论1983年，AndersonRR 和ParrishJA提出了选择性光热作用理论选择性光热作用理论即即“光热分离光热分离”理论，其含意为根据不同组织的生物学特性，选择合适的波长、能量、脉冲持续时间等，以保证对病变组织进行有效治疗之同时，尽量避免对周围的正常组织造成损伤。该理论实现了激光的有效性和安全性的完美统一，是激光医学特别是激光美容医学发展史上的里程碑。短脉冲激光及之后的强脉冲光（IPL）都是建立在该作用理论基础之上，正是这些激光的应用，使色素性疾病和血管性疾病及皮肤无创治疗得以实现。33第三章选择性光热理论（原理）第一节激光学的中心理论选择性第三章 选择性光热理论（原理）第二节 选择性光热原理的中心思想（三要素）选择适当的波长和脉宽小于目标组织的热弛豫时间就会使目标组织受到选择性的损害。AndersonRR&ParishJA,Science1983适当的波长适当的脉宽适当的能量RoxAnderson博士ParishJA博士34第三章选择性光热理论（原理）第二节选择性光热原理的中心思想（第三章 选择性光热理论（原理）第二节 选择性光热原理的中心思想（三要素）详解?波长：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；而且激光 波长越长，穿透组织的深度越深，所以应选择能被耙组织强烈吸收的激光波长。如：氧合血红蛋白吸收峰值：418nm、542nm、577nm。黑色素吸收峰值在 280nm一1200nm中，并随波长增加而吸收减少。35第三章选择性光热理论（原理）第二节选择性光热原理的中心思想（第三章 选择性光热理论（原理）第二节 选择性光热原理的中心思想（三要素）详解?能量：?选择能够在耙组织上产生足够的温度使之破坏的合适的激光能量。?避免能量过高造成周围组织热损伤。?脉冲持续时间：?脉冲持续时间也就是脉宽，必须小于治疗耙的热弛豫时间，以免引起周围组织的损伤。?热弛豫时间(Thermal Relation Time)是指作用于耙上的热量向周围组织弥散，当温度降低50%所需的弥散时间。如：皮肤组织为 1ms，黑素小体为 1us，血管为0.05ms一10ms。36第三章选择性光热理论（原理）第二节选择性光热原理的中心思想（第三章 选择性光热理论（原理）第三节 脉冲宽度与热弛豫时间的关系?脉冲宽度脉冲宽度靶组织热驰豫时间：靶组织热驰豫时间：热损害将被严格地限制在靶组织内。脉冲宽度靶组织热驰豫时间：热将从靶组织内传导出来，但靶组织损伤不足而周围组织的损伤明显加强。结论：脉冲宽度应该靶组织热驰豫时间。治疗原则：科学选择光源并将热量限制在靶组织。37第三章选择性光热理论（原理）第三节脉冲宽度与热弛豫时间的关系第四章 激光的效应第一节 激光在人体皮肤组织上的效应激光与皮肤组织相互作用，可以产生一系列生物学效应，从而发挥治疗作用，这是一个比较复杂的生物学过程，与激光的波长、能量、输出方式以及皮肤组织本身的特性都有密切关系。?反射散射?透射吸收38第四章激光的效应第一节激光在人体皮肤组织上的效应激光与皮肤组第四章 激光的效应第一节 激光在人体皮肤组织上的效应激光在人体皮肤组织上的效应反射反射由于一种介质进入另一种介质在界面上折射系数的改变而引起的。如空气和皮肤的折射系数不同，垂直的入射光 5%-7%在角质层就被反射了，在可见光中这个表面反射系数相对不变。研究表明，皮肤对激光的反射与波长有关，在400700nm的可见光范围内，波长越长，反射越多。在激光的防护中具有重要意义。39第四章激光的效应第一节激光在人体皮肤组织上的效应反射由于第四章 激光的效应第一节 激光在人体皮肤组织上的效应激光在人体皮肤组织上的效应散射散射激光进入皮肤组织后，由于分子、粒子、细胞而导致光的方向发生改变，散射可以发生在各个方向，是影响穿透的重要因素。40第四章激光的效应第一节激光在人体皮肤组织上的效应散射激光第四章 激光的效应第一节 激光在人体皮肤组织上的效应激光在人体皮肤组织上的效应透射（传导）透射（传导）激光在传播过程中如果遇到一种便于可穿透的物质，其电子的激活的能量远远高于或者低于光子的能量需求，这样该物体不能吸收任何光子，光就可以毫不受影响地穿过它了，这就是光的透射原理。41第四章激光的效应第一节激光在人体皮肤组织上的效应透射（传第四章 激光的效应第一节 激光在人体皮肤组织上的效应激光在人体皮肤组织上的效应吸收吸收?激光的能量进入皮肤组织并被转化为其他形式的能量，如热能、化学能等。?只有当激光被吸收时才能产生生物学效应，才有治疗作用。?皮肤中主要的 色基是黑色素、血红蛋白和水。?激光主要被皮肤中的靶组织所吸收。42第四章激光的效应第一节激光在人体皮肤组织上的效应吸收?激第四章 激光的效应第二节 黑色素、血红蛋白、水对激光能量的吸收曲线图100,000100,000)米厘每(铒铒:YAG10,000黑色素黑色素1,000100血色素血色素水水CO2101.0氧合血红素氧合血红素0.10.010.0010.00010.21.03.1020波长（微米）043吸收系数第四章激光的效应第二节黑色素、血红蛋白、水对激光能量的吸收曲第四章 激光的效应第三节 皮肤色团光谱图?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。44第四章激光的效应第三节皮肤色团光谱图?皮肤色团光谱：?血红蛋第四章 激光的效应第四节 皮肤各层次的吸收度（A）和透射度（T）：厚度 A/T皮肤层次（mm)%波长（nm）20025028030048055075010001400角质层0.3AT1008119811110851569906634181616020802357561138710777205022781365442121029716654817170564416282088045棘层0.5ATATAT真皮层2皮下组织25第四章激光的效应第四节皮肤各层次的吸收度（A）和透射度（T）第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应热效应（一）?指激光被吸收后转化为热能，使皮肤组织温度升高，这是激光对皮肤最重要的生物学效应，很多激光都是透过热效应来达到临床疗效的。热产生的方式，主要是通过碰撞生热和吸收生热 两种方式来实现的。这两种方式均可导致皮肤组织温度升高，热效应产生。?碰撞生热：当可见光、紫外线与生物分子相互作用时，光子被吸收，生物分子被激活，被激活的生物分子可通过与周围分子的多次碰撞逐渐失去它所获得的光能，周围分子则获得平移能（振动能和移动能），生物组织温度上升变热。?吸收生热：当红外线光子被偶极分子（如水分子）吸收时，光能转变为该分子的振动能和转动能，使温度升高。皮肤组织含有 75%的水分，因而皮肤对红外光的吸收升温与水分子有关。46第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应热效应（第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应热效应（二）一般而言，激光的热效应与组织达到的温度和照射时间均有密切的联系，组织在数毫秒内温度骤升 2001000。激光热效应温度激光热效应温度37-39 时时4344 时时皮肤有温热感皮肤会出现潮红皮肤组织状态45 时时4748 时时45-50时时50时时5565 时时100 时时300400 时时530以上以上当温度继续升高皮肤出现痛觉4-9秒皮肤组织的表皮和真皮之间有炎性渗出物，形成水泡皮肤内蛋白质凝固传导热的神经纤维被破坏受照射部位皮肤出现凝固性坏死细胞内外的水沸腾，水蒸气将细胞膜和皮肤组织破坏（血液和血浆蛋白发生干性坏死），皮肤呈棕黑色，皮肤组织发生炭化。皮肤组织燃烧照射处皮肤组织气化47第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应热效应（第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应光化效应光化效应?指皮肤组织在光的作用下产生的生物化学反应。生命物质之所以能够活动、生长、复制、发育、修补、繁殖，生化作用起着决定性作用；光的作用是使某些生物化学反应在生物温度下以相当的速率进行。光化反应的全过程大致可分为两个阶段：原初光化反应和继发光化反应。?原初光化反应：当一个处于基态但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新建上，发生了一个化学反应，即为原初光化反应。?继发光化反应：在原初光化反应过程中形成的产物中，大多数是具有高度化学活性的中间产物，如自由基、离子、或其他不稳定的产物。这些不稳定的产物继续进行化学反应，直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应。?光化反应的实例有光合作用、光敏化作用、视觉作用等。48第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应光化效应第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应生物机械性效应生物机械性效应?指当生物组织吸收激光能量时，如果能量密度超过某一确定阀值时，就会产生气化并伴有机械波，若能量密度低于该阀值，就只会产生机械波。?光不仅具有波动性，还具有离子性，即光子有质量有动量，因而光子撞击物体 时必然会给受照处施以压力，即光压。激光是高强度光源，它 对生物体可产生一次压力和二次压力，辐射压强为一次压力，热膨胀压强、声波和蒸发压强、电致伸缩压强为二次压力。49第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应生物机械第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应激光对皮肤组织的生物学效应生物电磁场效应生物电磁场效应?激光是电磁波，而生物体作为介质具有电导和电容，在激光电场作用下会发生一些变化，如电致伸缩、受激布里渊散射、受激拉曼散射等。?激光作用于生物体组织引发生物组织变化称之为激光生物电磁场效应。50第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应生物电磁第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应生物刺激效应（一）?当激光照射生物组织时，不是对生物组织直接造成不可逆性的损伤，而只是产生某种与超声波、针刺、针灸和热的物理因子所获得的与生物刺激作用相类似的效应，成为激光生物刺激效应。这种生物效应是低功率激光作用 的结果，无法用前述的作用来解释。?我们把产生 生物刺激效应的激光也叫做生物刺激效应的激光也叫做“弱激光弱激光”。当用弱激光照射生物体时，激光是一种刺激源。生物体对这种刺激的应答反应可能是兴奋，也可能是抑制。51第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应生物刺激第四章 激光的效应第五节 激光对皮肤组织的生物学效应生物刺激效应（二）?激光的生物效应可作用于生物体不同层次：?超短脉冲激光：作用于蛋白质可引发光生化反应，改变酶的活性、定向催化而不损伤活细胞。?氩离子激光：可损伤染色体，红宝石激光会抑制 DNA表达；前苏联学者.提出弱激光可调节蛋白质合成。?激光可引起胶凝，破坏细胞核，损伤线粒体；而前苏联学者.提出，氦氖激光被膜受体吸收后可使细胞光致敏化，产生活化效应，提高蛋白质合成系统活性，增加有丝分裂。?氦氖激光和脉冲红宝石激光对某些细菌生长有影响：能量小时有促进作用，能量大时有抑制作用。?红宝石激光弱强度照射可提高白细胞噬菌功能，CO2激光辐照腰间穴位使细胞数增加等。?激光的生物效应及其机理有待研究。目前已应用医学的有激光治疗肿瘤、治疗眼疾病、治疗动脉血栓、血管成形、激光吻合术、激光外科整形等。52第四章激光的效应第五节激光对皮肤组织的生物学效应生物刺激第五章 常见激光器第一节 激光器分类?工作物质：?气体激光介质是气体，如：CO2,He-Ne（氦氖）,Argon（氩）。?液体激光介质是液体，如染料激光。?固体激光介质是固体，如：钕：钇铝石榴石、红宝石、紫翠石、?半导体激光器等如：GaAs砷化镓。?激励方式：电激励、光激励、热激励、化学激励激光器等。?工作方式：连续波、准连续波、脉冲、锁膜、调激光器等。?激光波长：红外、紫外、可见光、射线激光器等。铒、钬。53第五章常见激光器第一节激光器分类?工作物质：?气体激光介质是第五章 常见激光器第二节 激光器类型总汇图?钬?倍频?准分子?Nd:YAG?铒:YAG?190-390?488-514?532?x-rays?cosmicrays?577-630?10600?2100?1064?2940?694?755?电视和收?音机策波?紫外的?可见的?红外线?700nm54?400nm第五章常见激光器第二节激光器类型总汇图?钬?倍频?准分子?N第五章 常见激光器第三节 常见激光器及其特性类型名称工作物质波长波长(m)激励方式特征原子气体激光器分子He-NeCO2N2He-NeCO2N20.632810.60.3371气体放电气体放电气体放电广泛高功率输出无谐振腔常用作泵浦源离子Ar+He-Cd红宝石Ar+He-CdCr3+Al2O3Nd3+YAGNd3+染料GaAs0.4880.44160.69431.061.060.5850.85气体放电气体放电光泵浦光泵浦光泵浦激光泵浦电流注入固体激光器 Nd3+YAG钕玻璃应用广泛，可得到高功率输出液体激光器 染料半导体激光GaAs/GaAlAs波长可调短波长通信InP/InGaAsPInP1.3电流注入长波长通信55第五章常见激光器第三节常见激光器及其特性类型名称工作物质波长第五章 常见激光器第四节 常见激光器及其特性种类激光器He-Ne气体波长632.8nm工作方式连续普通制式/脉宽主要途径理疗/针灸/光动力学CO2Ar+半导体红宝石翠绿宝石10600nm488.0nm514.5nm800nm694.3nm755nm1064nm连续超脉冲连续连续脉冲脉冲脉冲连续脉冲普通普通/毫秒级普通普通普通/毫秒级普通/毫秒级调Q/纳秒级普通/毫秒级调Q/纳秒级普通调Q/纳秒级普通/毫秒级调Q/纳秒级普通/毫秒级普通/微秒级普通/毫秒级普通/毫秒级凝固/气化/切割磨皮/祛化/切割表皮色素及血管增生性疾病脱毛表皮色素及血管增生性疾病脱毛真皮色素增生性病变凝固/融合/气化真皮色素增生性病变表皮血管增生性病变表皮色素增生性疾病磨皮/祛皱表、真皮血管增生性病变脱毛56固体Nd:YAG倍频532nmEr:YAG2940nm585nm395nm800nm有机染料脉冲脉冲脉冲脉冲脉冲液体其他半导体第五章常见激光器第四节常见激光器及其特性种类激光器He-Ne第六章 激光设备与美容第一节 激光医学美容史?1963年，Goldman L开始将红宝石激光 应用于良性皮肤损害和纹身治疗并取得成功，开创了激光医学应用的先河。?20世纪80年代，相续出现了 铒激光、准分子激光 以及不断完美的 CO2激光和脉冲染料激光 新技术已经比较成熟地用于研究，诊治疾病和皮肤美容治疗。?20世纪90年代中、后期，美国、以色列、英国、德国的先进成套的 激光美容仪迅速涌进国内。57第六章激光设备与美容第一节激光医学美容史?1963年，Gol第六章 激光设备与美容第二节 激光美容分类?激光去除面部皮肤各种色素，如黑色素(痣与纹身)、红色素(血管瘤)。?激光去除痣、疣、丘疹、赘生物良性瘤等皮肤瑕疵。?激光永久脱除多余体毛。?激光去除面部皱纹。?用激光刀替代手术刀开展精细、微创、无血的整形手。58第六章激光设备与美容第二节激光美容分类?激光去除面部皮肤各种第六章 激光设备与美容第三节 光斑大小与治疗深度（一）治疗深度受光斑大小的影响，散射是主要要考虑的因素?小光斑：?由于散射光子大量“丢失”?治疗深度浅?大光斑：?由于散射光子被“聚合”在一起?治疗深度提高?治疗速度增快59第六章激光设备与美容第三节光斑大小与治疗深度（一）治疗深度受第六章 激光设备与美容第三节 光斑大小与治疗深度（二）60第六章激光设备与美容第三节光斑大小与治疗深度（二）60第六章 激光设备与美容第四节 光束散射效果和治疗深度?3mm光斑?10mm光斑皮肤深度61第六章激光设备与美容第四节光束散射效果和治疗深度?3mm光斑第六章 激光设备与美容第五节 能量大小与治疗深度?5?10?2062第六章激光设备与美容第五节能量大小与治疗深度?5?10?20第六章 激光设备与美容第六节 激光波长与穿透深度63第六章激光设备与美容第六节激光波长与穿透深度63第六章 激光设备与美容第七节 激光波长对应不同的目标靶基激光rArgon（氩）工作波长488皮肤靶基色素色素，血管血管血管色素色素，血管色素，血管治疗类型Pigment Lesions（色素性病变）Vascular,Pigmented Lesions（血管，色素性病变）Vascular Lesions（血管病变）Vascular Lesions（血管病变）Hair,Pigmented,Tattoos（头发，色素，纹身）Hair,Pigmented,Tattoos（头发，色素，纹身）Hair,Vascular（头发，血管）Doubled Nd:Yag（：YAG倍频）532Cu Vapor（铜蒸汽）Pulsed Dye（脉冲染料）Ruby（红宝石）Alexandrite（翠绿宝石）Diode（二极管）578585-600694755800-810Nd:Yag（掺钕钇铝石榴石）Erbium（铒）10602940色素水Hair,Pigmented,Tattoo（头发，色素、纹身）Epidermal Ablation（表皮消融）64第六章激光设备与美容第七节激光波长对应不同的目标靶基激光rA第六章 激光设备与美容第八节 激光治疗激光治疗弱激光弱激光激光治疗分为弱激光治疗、强激光治疗、光动力学治疗三种。?弱激光治疗：通常利用弱激光的生物刺激用于理疗和针灸治疗。?激光治疗：激光理疗的生理作用可因激光波长不同而不同。*红外线波长：如散焦CO2激光和Nd-YAG激光、砷化镓激光的主要作用是温度效应，用于改善局部血液循环及组织营养、促进炎症吸收及肉芽和上皮生长；如慢性溃疡、冻疮、寒冷性多形红斑等。*可见光波长：如He-Ne激光、He-Cd激光及Ar激光有提高机体免疫功能及白细胞吞噬功能、镇痛及促进伤口愈合等作用，用于治疗带状疱疹、单纯疱疹、斑秃、白癜风等。*紫外线波长（短于400nm）：小剂量时可增强RNA和DNA活性，促进创口愈合；中等剂量则抑制其活性，故用于治疗增殖性皮肤病；大剂量可使RNA和DNA失活甚至细胞死亡，故用于清创杀菌。激光理疗通常应遵循小剂量和短疗程原则。?激光针灸：用He-Ne激光或N2激光、Ar+激光束作光针，用散焦CO2激光或砷化镓激光、Nd:YAG激光作光灸照射穴位治疗多种疾病，具有无痛、无菌、安全等特点；选穴原则、疗程及适应症与传统针灸相同。65第六章激光设备与美容第八节激光治疗弱激光激光治疗分为弱激第六章 激光设备与美容第八节 激光治疗激光治疗强激光一强激光一强激光治疗的主要生物效应为热效应，在一定温度和时间的联合作用下，激光热能可以导致组织细胞变性、凝固和汽化，因而治疗大体上分为凝固和汽化两类。?凝固时组织吸收的能量密度较低，温度超过 60可以使蛋白质凝固变性、组织丧失生理功能，止血及融合（血管、神经、输卵管吻合）亦是凝固的结果，只是破坏程度较轻。?汽化时组织吸收的能量密度较高，温度达200以上时，组织中的水分被瞬间汽化而发生爆炸变成气体，切割时汽化作用的应用。66第六章激光设备与美容第八节激光治疗强激光一强激光治疗的主第六章 激光设备与美容第八节 激光治疗激光治疗强激光二强激光二?通常临床上将强激光分为连续、半（准）连续波激光和脉冲激光。?连续、半（准）连续波激光：大多数普通制式连续、半连续波激光如 CO2激光、Nd:YAG激光、氩激光、铜蒸汽激光和溴化铜激光等，其热效应是非特异性的、无选择的，尤其是激光与组织作用的时间没有得到有效控制，使病变组织吸收的热能有足够时间扩散至周围正常组织中，造成不必要的热损伤；因此连续、半连续波激光治疗时较难避免术后瘢痕形成。连续激光准脉冲激光Power功率Time时间67第六章激光设备与美容第八节激光治疗强激光二?通常临床上将第六章 激光设备与美容第八节 激光治疗激光治疗强激光三强激光三?脉冲激光：脉冲激光的治疗原理是利用组织中的靶色基如血管中的氧合血红蛋白、黑素小体、染料颗粒等优先吸收某一波长激光能量而导致热损伤，同时通过调Q锁膜技术及频率转换技术，大大缩短激光与组织的作用时间，有效避免激光热能弥散对正常组织造成热损伤，这种原理称选择性光热分解。*脉冲激光根据脉宽时间分为长脉冲激光和短脉冲激光。?长脉冲激光：脉宽时间为毫秒级，如翠绿宝石激光、半导体激光、染料激光、超脉冲CO2激光、铒激光等，可选择性治疗多毛、血管增生性病变和磨皮术。?短脉冲激光：亦称Q开关激光，其脉宽时间为纳秒级，如Q开关红宝石激光、Q开关Nd:YAG激光、Q开关翠绿宝石激光，可选择性治疗色素性疾病。目前这类激光已广泛用于临床，尤其对太田痣、雀斑、某些咖啡斑等色素增生病变、各种纹刺的清除和脱毛治愈率很高，但对血管增生性病变如鲜红斑痣、血管瘤、血管扩张治愈率相对较低。脉冲激光Power功率68Time/时间第六章激光设备与美容第八节激光治疗强激光三?脉冲激光：脉第六章 激光设备与美容第八节 激光治疗激光治疗强激光二强激光二?激光光动力学治疗：激光光动力学疗法是光敏治疗的一种，有分子氧参与的光敏反应称为动力学治疗（FDT），用激光作为光动力学疗法的光源称激光FDT。临床常用的光敏剂主要有血卟啉衍生物 HpD、5-氨基酮戊（wu勿）酸（5-ALA）、苯卟啉衍生物（BPB）、间四羟（qiang抢）基苯二氢卟吩和酞菁类。光敏剂易滞留于肿瘤组织内，被注射后，用 620-640nm 波长的激光照射肿瘤组织激活光敏剂，处于激发态的光敏剂可将能量共振转移给周围环境中存在的分子氧，使之变成活性很强的单态氧，而单态氧可与组织和细胞中的磷脂不饱和脂肪酸的酰基链、蛋白质的色氨酸、组氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、核酸的鸟苷等发生氧化反应，这些物质是细胞的基本组成部分，若被氧化破坏可发生不可逆损伤细胞死亡。临床上激光 FDT用于治疗鲜红斑痣、血管瘤、银屑病。日光性角化、各种皮肤良性肿瘤和早期无转移的恶性肿瘤，如增殖性红斑、蕈（xun）样肉芽肿、鳞状上皮瘤、基底细胞癌。湿疹样癌和鲍温病等。69第六章激光设备与美容第八节激光治疗强激光二?激光光动力学第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪CO2激光器?技术参数：波长10600nm，功率10-70w?作用原理：波长位于中红外区,主要作用色基为水，可导致皮肤组织温度显著升高，产生凝固、炭化、气化等生物学效应。?适应于：去除表浅皮肤赘生物。70第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪CO2激光器?技第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪像束或点阵激光器像束或点阵激光器?技术参数：波长2940/10600/1550/1440nm，微孔直径50-200um。?作用原理：局灶性光热作用原理，可在皮肤上作用数个微孔，微孔之间是正常皮肤，激发皮肤修复机制使真皮产生更多新的胶原并重组，起到除皱紧肤效果，磨削类波长激光还有气化剥脱作用，故而可用于疤痕的治疗。?适应于：细小皱纹、紧肤、全面部改善、痤疮疤痕、外伤疤痕。71第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪像束或点阵激光器第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪调调Q激光技术参数：波长694/755/1064nm,脉宽ns。作用原理：波长基于选择性光热作用原理，靶组织为黑素小体，可产生瞬间高能量爆破色素团块，起到对真皮色素疾病治疗的目的。适应于：太田痣、纹身、纹眉等。72?第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪调Q激光技术参数第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪长脉冲长脉冲1064激光?技术参数：波长1064nm，脉宽ms?作用原理：激光可穿透至真皮，很好的被氧合血红蛋白吸收，通过热效应使血管壁凝固，从而封闭血管，也可刺激深部胶原重组，起到去皱的效果。?适应于：血管瘤、静脉曲张、线性皱纹及凹陷性疤痕等。73第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪长脉冲1064激第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪脉冲染料激光脉冲染料激光?技术参数：波长585、595nm，脉宽前者 300450um，后者0.54ms可调。?作用原理：两种波长均可很好的被氧合血红蛋白吸收，通过热效应使血红蛋白和血管壁凝固，从而封闭血管，比较而言，585血红蛋白吸收较好，595波长穿透更深。?适应于：鲜红斑痣、毛细血管扩张、蜘蛛痣等74第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪脉冲染料激光?技第六章 激光设备与美容第九节 常见激光治疗仪常见激光治疗仪半导体脱毛激光半导体脱毛激光?技术参数：波长800nm-810nm,脉宽一般在 5400ms。?作用原理：该波长能被毛囊黑色素很好的吸收，达到热损伤破坏毛囊的作用，治疗时较长的脉宽适合深肤色人群。?适应于：各部位多余毛发的脱除。75第六章激光设备与美容第九节常见激光治疗仪半导体脱毛激光?Thank you2015年年2月月3日日76Thankyou2015年2月3日76
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