激光生物医学各种激光器
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
素分离、遥感等领域，它应用的前景也很可观。
高能自由电子激光器武器使用想象图
自由电子激光器是美国海军定向能武 器的核心部件
国防承包商波音公司2007年得到了五角 大楼一笔总额高达1.63亿美元的订单，波音公 司将开发用于定向能武器系统的自由电子激光 （FEL）技术。
这个项目第一年的内容是写出一个初步 的设计概要，波音将得到690万美元的资助。 如果这一步成功，接下来将开发一个100kW 的实验室演示系统，然后是海洋环境中的实地 测试。
4. 准分子激光器
❖ 准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的 不稳定缔合物。（Excimer） √
❖ 跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。 ❖ 高重复率,可调谐√
❖ 量子效率高 ❖ 波长短，紫外到可见区 ❖ 常见准分子激光器如：
KrF：249nm； XeCl ：308nm； ArF ：193nm。
第二节激光的参数与测量
▪ 描述激光的参数，除能量、功率、波长与 光谱等在表征普通光时也常用的参数之外 ，还要用到光强、光通量与光照度、相干 性、方向性。
▪ 脉宽的测量 ▪ 激光的输出模式（横模）
1.能量的测量
▪ 按激光束在接收元件上所产生的物理效应 可分为：光热法，光电法，光压法三种。 √
▪ （1）光热法：吸收体吸收光辐射后发生的温度 变化，如用温度传感器（热电偶，热敏电阻等）
液体激光器
特点：√ ❖ 波长可调谐，调谐范围宽 ❖ 光谱分辨率高 ❖ 结构简单 ❖ 价格便宜 ❖ 稳定性差
工作原理
• 将充有染料溶液盒放 置于激光腔内，提供 泵浦，产生激光。
• 用光栅代替反射镜。 激发辐射带宽降低到 0.5 Å，可以让激光 在整个荧光带范围内 调节。
• 泵浦可以用闪光灯来 实现，得到的激光脉 宽1ms，峰值功率几 kW，重复频率1Hz。 也可以用固定波长激 光器泵浦。
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
原因：通常气体气压低，单位体积内粒子 数少。
医用气体激光器激励方式
▪ 电激励 ▪ 热激励 ▪ 化学能激励 ▪ 光激励 ▪ 核能激励
气体激光器举例
▪ He-Ne激光器、 ▪ CO2激光器、 ▪ Ar激光器+、 ▪ 准分子激光器
1. He-Ne激光器
工作物质：He Ne混合气体，体积比8：2，少量N2 √ ❖ 气体原子激光器 ❖ 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm为最
28
29
准分子激光器的特点
▪ 准分子是一种以激发态形式存在的分子 ，这种分子寿命 很短 ，只能以其特征辐射谱的出现为标志来判断准分子 的生成
▪ 由于激光跃迁下能级的粒子迅速离解，故无“瓶颈”效应 的限制，因而高重复率运转没有很大困难
▪ 由于激光跃迁的下能级－基态，基本上没有什么辐射损耗 ，因此，量子效率很高，这是实现高效率激光运转的必要 条件
激光器的分类√
已记录到的激光振荡波长有一万种以上。
▪ 按激光工作介质：
• 按化学组成：
➢ 固体激光器
– 原子激光器
(光纤激光器）
– 分子激光器
➢ 气体激光器
– 离子激光器
➢ 半导体激光器
– 自由电子激光器
➢ 染料激光器
– 准分子激光器
➢ 自由电子激光器 • 激光运转方式:
– 连续
• 激光调制方式
– 脉冲
▪ 由于准分子的荧光谱是一连续带，故可以实现波长可调谐 运转
▪ 准分子激光器的输出波长主要在紫外波段到可见光波段
准分子激光器在医学上的应用 √
▪ 准分子激光器在医用器件加工方面有很好 的应用
▪ 眼科的角膜成形手术 ▪ 准分子激光血管内成形术
液体激光器
液体激光器
工作物质分为二类:一类为有机化合物液体(染料), 另一类为无机化合物液体。√ 其中,染料激光器是液体激光器的典型代表。常用 的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染 料、恶嗪激光染料和花青类染料。
35
固体激光器
固体激光器
▪ 工作物质：将能够产生受激辐射的金属离子，按一定比例人 工地掺入到晶体或玻璃基质中而制成的晶体棒或玻璃棒。√
▪ 举例：红宝石，掺钕（钬，铒等）钇铝石榴石激光器和钕玻 璃激光器
▪ 固体激光器的波长覆盖范围主要位于可见光—近红外波段 。 特点：√ 能量大，峰值功率高，器件结构紧凑、牢固耐用、易于与光纤 耦合进行光纤传输。单色性差，连续输出功率不如气体激光器
常见√ 。 ❖ 功率在mW级，最大1W ❖ 光束质量好，发散角可小于1mrad ❖ 单色性好，带宽可小于20Hz ❖ 稳定性高
12
工作物质：氦氖混合气体
氦
激光由氖原子发射，氦气起改善
氖 气体放电条件，提高激光器输出功率 激 的作用。
光
输出波长：常用的为 =632.8nm
器
能
级
图
根据选择的工作条件激光器可以输出近红 外、红光、黄光、绿光。
在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦~几百瓦。 直流放电泵浦，能量转换效率低
氩离子激光器的结构
26
氩离子激光器的应用√
▪ 氩离子激光器是比较早开始用于医学的激 光器之一，这种连续波的激光器主要用于 组织的光凝结，在眼科治疗中应用最多， 可见波长的氩离子激光极易被血红蛋白所 吸收，所以高功率的氩离子激光也被作为 光刀进行手术治疗，光导纤维传输的氩离 子激光常被用于治疗腔内肿瘤。
输出波长范围：紫外、可见、红外 输出功率：mW、W、kW。
DFB半导体激光器示意图 DBR半导体激光器示意图
光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激 光器件
ProLite型光纤耦合单发射激光器
自由电子激光器
自由电子激光器的工作物质是相对论电子束。 所谓相对论电子束是指通过电子加速器加速的高
CO2激光器特点
❖ 效率高，功率范围大（几瓦~几万瓦） ❖ 光束质量好 ❖ 运行方式多样，结构多样
18
CO2激光器的结构
21
CO2激光器在医学上的应用√
▪ 肛肠外科 ▪ 耳鼻喉科 ▪ 骨科 ▪ 皮肤科 ▪ 激光换肤美容术
（3）氩离子气体激光器 输出波长： =488nm； =514.5 nm ； √
（2）CO2 激光器
工作物质： CO2 、He、N2、Xe的混合气体√
激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激 光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用 寿命。
❖ 波长 9-11um，最常见10.6um √
CO2 激光器是输出 功率最高的气体激光 器，有连续输出50kW； 脉冲输出1012W的激光 器。
固体激光器
A、固体激光器基本结构及特性
1. 激光工作物质 2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却系统
1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器
红宝石激光器
红宝石的基本特性
能级结构
Cr3+:Al2O3六方晶系，负单轴晶体
掺杂浓度
1.58E19(cm-3)
受激辐射截面
（=3.39μm ；=1.15μm）
氦氖激光器的结构
输出谱线选频措施
目前氦氖激光器使用最多的是632.8nm波长，但是正在向多色方向发展，其中 最令人感兴趣的是543.3nm波长。要想获得543.3nm波长输出，则必须采取某些 措施抑制632.8nm和3.39微米波长起振，可采用下面一些措施: 1、使用选择性谐振腔 2、腔内加色散元件 3、腔内加一个对要抑制的谱线有高吸收而对振荡谱线透明的元件。 4、加非均匀磁场，降低介质对谱线的增益系数，分析可知，3.39微米下降最多， 632.8nm其次，543.3nm下降最少。 对于输出543.3nm的氦氖激光器，不管腔长腔短，都要采取上述1~3项措施。对 于632.8nm输出，超过1m的腔长，才需要第4项措施。
▪ 优点：灵敏度高（最小可测到0.1μJ），测量范 围大（最大可达焦耳量级），重复性好，但两次 测量之间必须使吸收体恢复到与环境温度相同， 因而测量之间时间间隔比较大。 √
▪ （2）光电法
▪ 原理光电效应
▪ 如光电管和半导体光电元件
▪ 优点：测量能量时响应时间可达10-9s，恢 复时间比光热法快得多，但对光波波长有 一定的限制（不同的光电元件测量的光谱 范围不同），量子效率不高且会有疲劳效 应。 √
氦氖激光器在医学上的应用√
▪ He-Ne激光在气体激光器技术中属于一种 低功率激光器。
▪ 在医学上，目前主要利用632.8纳米波长的 激光进行组织照射，利用它的生物刺激效 应进行理疗性治疗，其中He-Ne激光血管 内照射疗法（ILIB）在我国二十世纪九十 年代得到了广泛应用。
▪ He-Ne激光的另一个作用是激光治疗时作 目标指示。
能电子。自由电子激光器将相对论电子束的动 能转变为激光辐射能。
自由电子激光器的泵浦源为空间周期磁场或电磁 场。
特点：波长连续调谐范围宽，毫米波至X射线；转 换效率高(50%)
杰斐逊实验室自由电子激光器
第一个自由电子激光器 （IR-Demo）于1999 年8 月调试完毕
50
北京自由电子激光装置(BFEL)是一台基于30MeV电子直线 射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪 和a铁作为注入器、用平 面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中 远 红外(7-19mm)自由电子激光器。
第四章
典型医用激光器ห้องสมุดไป่ตู้其应用
▪ 本章将介绍几种生物医学中常用的激光器 及其应用，以及激光的有关参数及其测定
章节
▪ 第一节 激光器的分类 ▪ 第二节 激光的参数与测量 ▪ 第三节 YAG固体激光器及其医学应用 ▪ 第四节 半导体激光器及其医学应用 ▪ 第五节 准分子激光器及其医学应用 ▪ 第六节 CO2激光器及其医学应用 ▪ 第七节 光纤激光器及LED及其医学应用
光 传 输 线
51
光腔准直监控
波形光谱能量
应用
自由电子激光器在短波长、大功率、高效率 和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科 的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚 态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、 雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、 非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推 进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位
2.5E-20(cm2)
波长
694.3nm
荧光寿命
3.0ms
量子效率
0.7
谱线线宽
11(cm-1)，5.3(埃)
吸收光谱
Nd:YAG的基本特性
Nd3＋:Y3Al5O12立方晶系，光学各向同性
掺杂浓度 受激辐射截面
波长 荧光寿命 量子效率 谱线线宽
1.38E20(cm-3) 88E-20(cm2)
1064nm 230us
▪ 光强度（intensity）I：落在单位面积上的 光辐射功率，量纲为W/m2. √
▪ 光强的称呼有5种： ▪ 光强度， ▪ 波印廷矢量的平均值 ▪ 光辐射通量密度 ▪ 功率密度 ▪ 光波的能流密度
举例√
▪ 假定一输出功率为1mw的He-Ne激光器其输出光束直径为 2mm，且该光束的发散度可以忽略，求该光束的光能量 密度、光强度。
– 自由运转
• 单脉冲
– 调Q
• 重复频率
– 锁模
• 准连续
气体激光器
1961年,第一台气体激光器—He-Ne激 光器问世。
医用气体激光器分类
▪ 原子激光器 ▪ 分子激光器 ▪ 离子激光器
医用气体激光器特点
▪ 工作物质均匀一致 ▪ 谱线范围宽 ▪ 气体激光器输出功率大，既能连续输出又
能脉冲输出，且效率高
▪ 思考题:
▪ 请说明光热法和光电法测激光能量的原理 及优缺点
2.功率的测量
▪ 连续输出的激光功率P=能量（E）/时间（ T），连续输出的激光功率可以直接用功率 计测功率，
▪ 但是脉冲式的只能用下式求。
E 0 p(t)dt
▪ 测定E之后，知道脉冲持续的时间就可以计 算功率P
3.光强度的测量
1 4.5(埃)
发射光谱
吸收光谱
Ti:Sapphire 钛蓝宝石
•可调谐（660-1180nm）
• Pumping
• Emission
其它固体工作物质
Er:YAG
半导体激光器
半导体激光器
由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的 激光器。
特点：体积最小、重量最轻，使用寿命长，有 效使用时间超过10万小时。
第一节激光器的分类
1 激光器的组成和常见激光器
常用激光器由三部分组成：
工作物质 泵浦源（激励源）
光学谐振腔
激励能源
工作物质
M1 谐振腔
激光器结构示意图
激光
M2
工作物质是激光器的核心,是激光器产生光的受激辐 射放大作用源泉之所在。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需 能源。工作物质类型不同,采用的泵浦方式不同。 光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈,同时,谐 振腔的参数影响输出激光束的质量。
高能自由电子激光器武器使用想象图
自由电子激光器是美国海军定向能武 器的核心部件
国防承包商波音公司2007年得到了五角 大楼一笔总额高达1.63亿美元的订单，波音公 司将开发用于定向能武器系统的自由电子激光 （FEL）技术。
这个项目第一年的内容是写出一个初步 的设计概要，波音将得到690万美元的资助。 如果这一步成功，接下来将开发一个100kW 的实验室演示系统，然后是海洋环境中的实地 测试。
4. 准分子激光器
❖ 准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的 不稳定缔合物。（Excimer） √
❖ 跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。 ❖ 高重复率,可调谐√
❖ 量子效率高 ❖ 波长短，紫外到可见区 ❖ 常见准分子激光器如：
KrF：249nm； XeCl ：308nm； ArF ：193nm。
第二节激光的参数与测量
▪ 描述激光的参数，除能量、功率、波长与 光谱等在表征普通光时也常用的参数之外 ，还要用到光强、光通量与光照度、相干 性、方向性。
▪ 脉宽的测量 ▪ 激光的输出模式（横模）
1.能量的测量
▪ 按激光束在接收元件上所产生的物理效应 可分为：光热法，光电法，光压法三种。 √
▪ （1）光热法：吸收体吸收光辐射后发生的温度 变化，如用温度传感器（热电偶，热敏电阻等）
液体激光器
特点：√ ❖ 波长可调谐，调谐范围宽 ❖ 光谱分辨率高 ❖ 结构简单 ❖ 价格便宜 ❖ 稳定性差
工作原理
• 将充有染料溶液盒放 置于激光腔内，提供 泵浦，产生激光。
• 用光栅代替反射镜。 激发辐射带宽降低到 0.5 Å，可以让激光 在整个荧光带范围内 调节。
• 泵浦可以用闪光灯来 实现，得到的激光脉 宽1ms，峰值功率几 kW，重复频率1Hz。 也可以用固定波长激 光器泵浦。
多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。
原因：通常气体气压低，单位体积内粒子 数少。
医用气体激光器激励方式
▪ 电激励 ▪ 热激励 ▪ 化学能激励 ▪ 光激励 ▪ 核能激励
气体激光器举例
▪ He-Ne激光器、 ▪ CO2激光器、 ▪ Ar激光器+、 ▪ 准分子激光器
1. He-Ne激光器
工作物质：He Ne混合气体，体积比8：2，少量N2 √ ❖ 气体原子激光器 ❖ 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以632.8nm为最
28
29
准分子激光器的特点
▪ 准分子是一种以激发态形式存在的分子 ，这种分子寿命 很短 ，只能以其特征辐射谱的出现为标志来判断准分子 的生成
▪ 由于激光跃迁下能级的粒子迅速离解，故无“瓶颈”效应 的限制，因而高重复率运转没有很大困难
▪ 由于激光跃迁的下能级－基态，基本上没有什么辐射损耗 ，因此，量子效率很高，这是实现高效率激光运转的必要 条件
激光器的分类√
已记录到的激光振荡波长有一万种以上。
▪ 按激光工作介质：
• 按化学组成：
➢ 固体激光器
– 原子激光器
(光纤激光器）
– 分子激光器
➢ 气体激光器
– 离子激光器
➢ 半导体激光器
– 自由电子激光器
➢ 染料激光器
– 准分子激光器
➢ 自由电子激光器 • 激光运转方式:
– 连续
• 激光调制方式
– 脉冲
▪ 由于准分子的荧光谱是一连续带，故可以实现波长可调谐 运转
▪ 准分子激光器的输出波长主要在紫外波段到可见光波段
准分子激光器在医学上的应用 √
▪ 准分子激光器在医用器件加工方面有很好 的应用
▪ 眼科的角膜成形手术 ▪ 准分子激光血管内成形术
液体激光器
液体激光器
工作物质分为二类:一类为有机化合物液体(染料), 另一类为无机化合物液体。√ 其中,染料激光器是液体激光器的典型代表。常用 的有机染料有四类:吐吨类染料、香豆素类激光染 料、恶嗪激光染料和花青类染料。
35
固体激光器
固体激光器
▪ 工作物质：将能够产生受激辐射的金属离子，按一定比例人 工地掺入到晶体或玻璃基质中而制成的晶体棒或玻璃棒。√
▪ 举例：红宝石，掺钕（钬，铒等）钇铝石榴石激光器和钕玻 璃激光器
▪ 固体激光器的波长覆盖范围主要位于可见光—近红外波段 。 特点：√ 能量大，峰值功率高，器件结构紧凑、牢固耐用、易于与光纤 耦合进行光纤传输。单色性差，连续输出功率不如气体激光器
常见√ 。 ❖ 功率在mW级，最大1W ❖ 光束质量好，发散角可小于1mrad ❖ 单色性好，带宽可小于20Hz ❖ 稳定性高
12
工作物质：氦氖混合气体
氦
激光由氖原子发射，氦气起改善
氖 气体放电条件，提高激光器输出功率 激 的作用。
光
输出波长：常用的为 =632.8nm
器
能
级
图
根据选择的工作条件激光器可以输出近红 外、红光、黄光、绿光。
在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦~几百瓦。 直流放电泵浦，能量转换效率低
氩离子激光器的结构
26
氩离子激光器的应用√
▪ 氩离子激光器是比较早开始用于医学的激 光器之一，这种连续波的激光器主要用于 组织的光凝结，在眼科治疗中应用最多， 可见波长的氩离子激光极易被血红蛋白所 吸收，所以高功率的氩离子激光也被作为 光刀进行手术治疗，光导纤维传输的氩离 子激光常被用于治疗腔内肿瘤。
输出波长范围：紫外、可见、红外 输出功率：mW、W、kW。
DFB半导体激光器示意图 DBR半导体激光器示意图
光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激 光器件
ProLite型光纤耦合单发射激光器
自由电子激光器
自由电子激光器的工作物质是相对论电子束。 所谓相对论电子束是指通过电子加速器加速的高
CO2激光器特点
❖ 效率高，功率范围大（几瓦~几万瓦） ❖ 光束质量好 ❖ 运行方式多样，结构多样
18
CO2激光器的结构
21
CO2激光器在医学上的应用√
▪ 肛肠外科 ▪ 耳鼻喉科 ▪ 骨科 ▪ 皮肤科 ▪ 激光换肤美容术
（3）氩离子气体激光器 输出波长： =488nm； =514.5 nm ； √
（2）CO2 激光器
工作物质： CO2 、He、N2、Xe的混合气体√
激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激 光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用 寿命。
❖ 波长 9-11um，最常见10.6um √
CO2 激光器是输出 功率最高的气体激光 器，有连续输出50kW； 脉冲输出1012W的激光 器。
固体激光器
A、固体激光器基本结构及特性
1. 激光工作物质 2. 泵浦源 3. 聚光腔 4. 谐振腔 5. 冷却系统
1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器
红宝石激光器
红宝石的基本特性
能级结构
Cr3+:Al2O3六方晶系，负单轴晶体
掺杂浓度
1.58E19(cm-3)
受激辐射截面
（=3.39μm ；=1.15μm）
氦氖激光器的结构
输出谱线选频措施
目前氦氖激光器使用最多的是632.8nm波长，但是正在向多色方向发展，其中 最令人感兴趣的是543.3nm波长。要想获得543.3nm波长输出，则必须采取某些 措施抑制632.8nm和3.39微米波长起振，可采用下面一些措施: 1、使用选择性谐振腔 2、腔内加色散元件 3、腔内加一个对要抑制的谱线有高吸收而对振荡谱线透明的元件。 4、加非均匀磁场，降低介质对谱线的增益系数，分析可知，3.39微米下降最多， 632.8nm其次，543.3nm下降最少。 对于输出543.3nm的氦氖激光器，不管腔长腔短，都要采取上述1~3项措施。对 于632.8nm输出，超过1m的腔长，才需要第4项措施。
▪ 优点：灵敏度高（最小可测到0.1μJ），测量范 围大（最大可达焦耳量级），重复性好，但两次 测量之间必须使吸收体恢复到与环境温度相同， 因而测量之间时间间隔比较大。 √
▪ （2）光电法
▪ 原理光电效应
▪ 如光电管和半导体光电元件
▪ 优点：测量能量时响应时间可达10-9s，恢 复时间比光热法快得多，但对光波波长有 一定的限制（不同的光电元件测量的光谱 范围不同），量子效率不高且会有疲劳效 应。 √
氦氖激光器在医学上的应用√
▪ He-Ne激光在气体激光器技术中属于一种 低功率激光器。
▪ 在医学上，目前主要利用632.8纳米波长的 激光进行组织照射，利用它的生物刺激效 应进行理疗性治疗，其中He-Ne激光血管 内照射疗法（ILIB）在我国二十世纪九十 年代得到了广泛应用。
▪ He-Ne激光的另一个作用是激光治疗时作 目标指示。
能电子。自由电子激光器将相对论电子束的动 能转变为激光辐射能。
自由电子激光器的泵浦源为空间周期磁场或电磁 场。
特点：波长连续调谐范围宽，毫米波至X射线；转 换效率高(50%)
杰斐逊实验室自由电子激光器
第一个自由电子激光器 （IR-Demo）于1999 年8 月调试完毕
50
北京自由电子激光装置(BFEL)是一台基于30MeV电子直线 射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪 和a铁作为注入器、用平 面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中 远 红外(7-19mm)自由电子激光器。
第四章
典型医用激光器ห้องสมุดไป่ตู้其应用
▪ 本章将介绍几种生物医学中常用的激光器 及其应用，以及激光的有关参数及其测定
章节
▪ 第一节 激光器的分类 ▪ 第二节 激光的参数与测量 ▪ 第三节 YAG固体激光器及其医学应用 ▪ 第四节 半导体激光器及其医学应用 ▪ 第五节 准分子激光器及其医学应用 ▪ 第六节 CO2激光器及其医学应用 ▪ 第七节 光纤激光器及LED及其医学应用
光 传 输 线
51
光腔准直监控
波形光谱能量
应用
自由电子激光器在短波长、大功率、高效率 和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科 的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚 态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、 雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、 非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推 进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位
2.5E-20(cm2)
波长
694.3nm
荧光寿命
3.0ms
量子效率
0.7
谱线线宽
11(cm-1)，5.3(埃)
吸收光谱
Nd:YAG的基本特性
Nd3＋:Y3Al5O12立方晶系，光学各向同性
掺杂浓度 受激辐射截面
波长 荧光寿命 量子效率 谱线线宽
1.38E20(cm-3) 88E-20(cm2)
1064nm 230us
▪ 光强度（intensity）I：落在单位面积上的 光辐射功率，量纲为W/m2. √
▪ 光强的称呼有5种： ▪ 光强度， ▪ 波印廷矢量的平均值 ▪ 光辐射通量密度 ▪ 功率密度 ▪ 光波的能流密度
举例√
▪ 假定一输出功率为1mw的He-Ne激光器其输出光束直径为 2mm，且该光束的发散度可以忽略，求该光束的光能量 密度、光强度。
– 自由运转
• 单脉冲
– 调Q
• 重复频率
– 锁模
• 准连续
气体激光器
1961年,第一台气体激光器—He-Ne激 光器问世。
医用气体激光器分类
▪ 原子激光器 ▪ 分子激光器 ▪ 离子激光器
医用气体激光器特点
▪ 工作物质均匀一致 ▪ 谱线范围宽 ▪ 气体激光器输出功率大，既能连续输出又
能脉冲输出，且效率高
▪ 思考题:
▪ 请说明光热法和光电法测激光能量的原理 及优缺点
2.功率的测量
▪ 连续输出的激光功率P=能量（E）/时间（ T），连续输出的激光功率可以直接用功率 计测功率，
▪ 但是脉冲式的只能用下式求。
E 0 p(t)dt
▪ 测定E之后，知道脉冲持续的时间就可以计 算功率P
3.光强度的测量
1 4.5(埃)
发射光谱
吸收光谱
Ti:Sapphire 钛蓝宝石
•可调谐（660-1180nm）
• Pumping
• Emission
其它固体工作物质
Er:YAG
半导体激光器
半导体激光器
由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的 激光器。
特点：体积最小、重量最轻，使用寿命长，有 效使用时间超过10万小时。
第一节激光器的分类
1 激光器的组成和常见激光器
常用激光器由三部分组成：
工作物质 泵浦源（激励源）
光学谐振腔
激励能源
工作物质
M1 谐振腔
激光器结构示意图
激光
M2
工作物质是激光器的核心,是激光器产生光的受激辐 射放大作用源泉之所在。 泵浦源为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需 能源。工作物质类型不同,采用的泵浦方式不同。 光学谐振腔则为激光振荡的建立提供正反馈,同时,谐 振腔的参数影响输出激光束的质量。