雷射

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雷射的最初的中文名叫做「鐳射」、「萊塞」,是它的英文名稱LASER的音譯,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是"通過受激發射光擴大"。雷射的英文全名已經完全表達了製造雷射的主要過程。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將「光受激發射」改稱「雷射」。

目錄

簡介

雷射是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之後,人類的又一重大發明,被稱為「最快的刀」、「最準的尺」、「最亮的光」和「奇異的雷射」。它的亮度為太陽光的100億倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現,但要直到 1958 年雷射才被首次成功製造。雷射是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的,它一問世,就獲得了異乎尋常的飛快發展,雷射的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生,而且導致整個一門新興產業的出現。雷射可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段,去獲得空前的效益和成果,從而促進了生產力的發展。該項目在華中科技大學武漢光電國家實驗室和武漢東湖中國光谷得到充分體現,也在軍事上起到重大作用。  

雷射產生

一.物質與光相互作用的規律

光與物質的相互作用,實質上是組成物質的微觀粒子吸收或輻射光子,同時改變自身運動狀況的表現。

微觀粒子都具有特定的一套能級(通常這些能級是分的)。任一時刻粒子只能處在與某一能級相對應的

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狀態(或者簡單地表述為處在某一個能級上)。與光子相互作用時,粒子從一個能級躍遷到另一個能級,並相應地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級的能量差△E,頻率為=△E/h(h為普朗克常量)。

1. 受激吸收(簡稱吸收)

處於較低能級的粒子在受到外界的激發(即與其他的粒子發生了有能量交換的相互作用,如與光子發生非彈性碰撞),吸收了能量時,躍遷到與此能量相對應的較高能級。這種躍遷稱為受激吸收。

2. 自發輻射

粒子受到激發而進入的高能態,不是粒子的穩定狀態,如存在著可以接納粒子的較低能級,既使沒有外界作用,粒子也有一定的機率,自發地從高能級(E2)向低能級(E1)躍遷,同時輻射出能量為(E2-E1)的光子,光子頻率 =(E2-E1)/h。這種輻射過程稱為自發輻射。眾多原子以自發輻射發出的光,不具有相位、偏振態、傳播方向上的一致,是物理上所說的非相干光。

3. 受激輻射、雷射

1917年愛因斯坦從理論上指出:除自發輻射外,處於高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為=(E2-E1)/h的光子入射時,也會引發粒子以一定的機率,迅速地從能級E2躍遷到能級E1,同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子,這個過程稱為受激輻射。

可以設想,如果大量原子處在高能級E2上,當有一個頻率 =(E2-E1)/h的光子入射,從而激勵E2上的原子產生受激輻射,得到兩個特徵完全相同的光子,這兩個光子再激勵E2能級上原子,又使其產生受激輻射,可得到四個特徵相同的光子,這意味著原來的光信號被放大了。這種在受激輻射過程中產生並被放大的光就是雷射。

雷射

.粒子數反轉

愛因斯坦1917提出受激輻射,雷射器卻在1960年問世,相隔43年,為什麼?主要原因是,普通光源中粒子產生受激輻射的機率極小。

當頻率一定的光射入工作物質時,受激輻射和受激吸收兩過程同時存在,受激輻射使光子數增加,受激吸收卻使光子數減小。物質處於熱平衡態時,粒子在各能級上的分布,遵循平衡態下粒子的統計分布律。按統計分布規律,處在較低能級E1的粒子數必大於處在較高能級E2的粒子數。這樣光穿過工作物質時,光的能量只會減弱不會加強。要想使受激輻射佔優勢,必須使處在高能級E2的粒子數大於處在低能級E1的粒子數。這種分布正好與平衡態時的粒子分布相反,稱為粒子數反轉分布,簡稱粒子數反轉。如何從技術上實現粒子數反轉是產生雷射的必要條件。

理論研究表明,任何工作物質,在適當的激勵條件下,可在粒子體系的特定高低能級間實現粒子數反轉。

若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數密度為N2和N1,在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發射躍遷所產生的受激發射光,與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干輻射場激發下產生的受激發射光是相干的。受激發射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比於入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統計權重相等時,兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2<N1,所以自發吸收躍遷佔優勢,光通過物質時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2>N1,這種狀態稱為粒子數反轉狀態。在這種情況下,受激發射躍遷佔優勢。光通過一段長為l的處於粒子數反轉狀態的雷射工作物質(激活物質)後,光強增大eGl倍。G為正比於(N2-N1)的係數,稱為增益係數,其大小還與雷射工作物質的性質和光波頻率有關。一段激活物質就是一個雷射放大器。

如果,把一段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡(其中至少有一個是部分透射的)構成的光學諧振腔中(圖1),處於高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。其中,非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外:軸向傳播的光波卻能在腔內往返傳播,當它在雷射物質中傳播時,光強不斷增長。如果諧振腔內單程小信號增益G0l大於單程損耗δ(G0l是小信號增益係數),則可產生自激振蕩。原子的運動狀態可以分為不同的能級,當原子從高能級向低能級躍遷時,會釋放出相應能量的光子(所謂自發輻射)。同樣的,當一個光子入射到一個能級系統並為之吸收的話,會導致原子從低能級向高能級躍遷(所謂受激吸收);然後,部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級並釋放出光子(所謂受激輻射)。這些運動不是孤立的,而往往是同時進行的。當我們創造一種條件,譬如採用適當的媒質、共振腔、足夠的外部電場,受激輻射得到放大從而比受激吸收要多,那麼總體而言,就會有光子射出,從而產生雷射。  

雷射的特點

(一)定向發光

普通光源是向四面八方發光。要讓發射的光朝一個向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光彙集起來向一個方向射出。雷射器發射的雷射,天生就是朝一個向射出,光束的發散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用雷射照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但雷射在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。

(二)亮度極高

在雷射發明前,人工光源中高壓脈衝燈的亮度最高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石雷射器的雷射亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因為雷射的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石雷射器發射的光束在月球上產生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,雷射光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球,產生的照度只有約一萬億分勒克斯,人眼根本無法察覺。雷射亮度極高的主要原因是定向發光。大量光子集中在一個極小的空間範圍內射出,能量密度自然極高。

(三)顏色極純

光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應一定的顏色。太陽光的波長分布範圍約在0.76微米至0.4微米間,對應的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一,但仍有一定的分布範圍。如氖燈只發射紅光,單色性很好,被譽為單色性之冠,波長分布的範圍仍有0.00001奈米,因此氖燈發出的紅光,若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長分布區間越窄,單色性越好。

雷射器輸出的光,波長分布範圍非常窄,因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖雷射器為例,其光的波長分布範圍可以窄到2×10^-9奈米,是氪燈發射的紅光波長分布範圍的萬分之二。由此可見,雷射器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。

此外,雷射還有其它特點:相干性好。雷射的頻率、振動方向、相位高度一致,使雷射光波在空間重疊時,重疊區的光強分布會出現穩定的強弱相間現象。這種現象叫做光的干涉,所以雷射是相干光。而普通光源發出的光,其頻率、振動方向、相位不一致,稱為非相干光。

閃光時間可以極短。由於技術上的原因,普通光源的閃光時間不可能很短,照相用的閃光燈,閃光時間是千分之一秒左右。脈衝雷射的閃光時間很短,可達到6飛秒(1飛秒等於1000萬億分之一秒)。閃光時間極短的光源在生產、科研和軍事方面都有重要的用途。

(四)能量密度極大

光子的能量是用E=hf來計算的,其中h為普朗克常量,f為頻率。由此可知,頻率越高,能量越高。雷射頻率範圍3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.電磁波譜可大致分為:(1)無線電波——波長從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;(2)微波——波長從0.3米到10^-3米,這些波多用在雷達或其它通訊系統;(3)紅外線——波長從10^-3米到7.8×107米;(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個波段。波長從780—380nm。光是原子或分子內的電子運動狀態改變時所發出的電磁波。由於它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分;(5)紫外線——波長從3 ×10^-7米到6×10^-10米。這些波產生的原因和光波類似,常常在放電時發出。由於它的能量和一般化學反應所牽涉的能量大小相當,因此紫外光的化學效應最強;(6)倫琴射線—— 這部分電磁波譜,波長從2×10^-9米到6×10^-12米。倫琴射線(X射線)是電原子的內層電子由一個能態跳至另一個能態時或電子在原子核電場內減速時所發出的;(7)γ射線——是波長從10^-10~10^-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內發出來的,放射性物質或原子核反應中常有這種輻射伴隨著發出。γ射線的穿透力很強,對生物的破壞力很大。由此看來,雷射能量並不算很大,但是它的能量密度很大(因為它的作用範圍很小,一般只有一個點),短時間裡聚集起大量的能量,用做武器也就可以理解了。  

受激輻射

什麼叫做「受激輻射」?它基於偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質的原子中,有不同數量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發,會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光,而且在某種狀態下,能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做「受激輻射的光放大」,簡稱雷射。雷射主要有四大特性:雷射高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。

雷射

目前雷射已廣泛應用到雷射焊接、雷射切割、雷射打孔(包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等)、雷射淬火、雷射熱處理、雷射打標、玻璃內雕、雷射微雕、雷射光刻、雷射制膜、雷射薄膜加工、雷射封裝、雷射修複電路、雷射布線技術、雷射清洗等。

經過30多年的發展,雷射現在幾乎是無處不在,它已經被用在生活、科研的方方面面:雷射針灸、雷射裁剪、雷射切割、雷射焊接、雷射淬火、雷射唱片、雷射測距儀、雷射陀螺儀、雷射鉛直儀、雷射手術刀、雷射炸彈、雷射雷達、雷射槍、雷射炮……,在不久的將來,雷射肯定會有更廣泛的應用。  

雷射的其它特性

雷射有很多特性:首先,雷射是單色的,或者說是單頻的。有一些雷射器可以同時產生不同頻率的雷射,但是這些雷射是互相隔離的,使用時也是分開的。其次,雷射是相干光。相干光的特徵是其所有的光波都是同步的,整束光就好像一個「波列」。再次,雷射是高度集中的,也就是說它要走很長的一段距離才會出現分散或者收斂的現象。

雷射(LASER)是上世紀60年代發明的一種光源。LASER是英文的「受激放射光放大」的首字母縮寫。雷射器有很多種,尺寸大至幾個足球場,小至一粒稻穀或鹽粒。氣體雷射器有氦-氖雷射器和氬雷射器;固體雷射器有紅寶石雷射器;半導體雷射器有雷射二極體,像CD機、DVD機和CD-ROM里的那些。每一種雷射器都有自己獨特的產生雷射的方法。  

雷射技術應用

雷射加工技術是利用雷射束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識別物體等的一門技術,傳統應用最大的領域為雷射加工技術。雷射技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術,傳統上看,它的研究範圍一般可分為:

1.雷射加工系統。包括雷射器、導光系統、加工機床、控制系統及檢測系統。

2.雷射加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。

雷射焊接:汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的雷射器有YAG雷射器,CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射切割:汽車行業、計算機、電力機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、太空工業使用的鈦合金等等。使用雷射器有YAG雷射器和CO2雷射器。

雷射治療:可以用於手術開刀,減輕痛苦,減少感染

雷射打標:在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用,目前使用的雷射器有YAG雷射器、CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射打孔:雷射打孔主要應用在航空太空、汽車製造、電子儀錶、化工等行業。雷射打孔的迅速發展,主要體現在打孔用YAG雷射器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的雷射打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鐘錶和儀錶的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主,也有一些準分子雷射器、同位素雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射熱處理:在汽車工業中應用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時在航空太空、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的雷射熱處理應用遠比國外廣泛得多。目前使用的雷射器多以YAG雷射器,CO2雷射器為主。

雷射快速成型:將雷射加工技術和計算機數控技術及柔性製造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主。

雷射塗敷:在航空太空、模具及機電行業應用廣泛。目前使用的雷射器多以大功率YAG雷射器、CO2雷射器為主。

美國德克薩斯州大學的科學家研製出世界上功率最強大的可操作雷射,這種雷射每萬億分之一秒產生的能量是美國所有發電廠發電量的2000倍,輸出功率超過1 皮瓦——相當於10的15次方瓦。這種雷射第一次啟動是在1996年。馬丁尼茲說,希望他的項目能夠在2008年打破這一紀錄,也就是說,讓雷射的功率達到1.3皮瓦到1.5皮瓦之間。超級雷射項目負責人麥卡爾.馬丁尼茲表示:「我們可以讓材料進入一種極端狀態,這種狀態在地球上是看不到的。我們打算在德州觀察的現象相當於進入太空觀察一顆正在爆炸的恆星。」

雷射「抓住」碳奈米管並使之移動

最近,科學家開發出用雷射「抓住」碳奈米管並使之移動的新技術。這種技術可以為晶片製造工程師提供一種把奈米元件移動到預定位置的新方法,從而製造出以奈米管為基礎的微型晶片。

直徑只有幾奈米、長約100奈米的碳奈米管具有半導體性能,這意味著碳奈米管可能在某天成為低功率超快速計算機晶片的基礎。迄今,安裝碳奈米管的惟一方法是利用一種名為原子力顯微鏡的昂貴設備,設法推動奈米管至預定位置,然而這種方法操縱起來十分費事。

為了改變這種狀況,美國伊利諾州紐約大學的科學家和一家光學公司的科研人員試驗了一種名為「光學捕獲」的技術,試圖更便利地操縱碳奈米管。光學捕獲技術就是利用雷射能捕獲微小粒子的能力,在移動雷射束時使微小粒子跟隨雷射移動。由於雷射能捕獲微小粒子,因此在它移動時就會像鑷子一樣,「夾」著微小粒子移動。科學家把這種現象稱為「雷射鑷子」。現在生物學家已能用雷射鑷子夾住單個細胞。例如,從血液中分離出單個血紅細胞用於研究鐮刀狀血紅細胞貧血症或瘧疾治療研究。雷射鑷子能「夾」住微小粒子,是因為雷射束中心強度大於邊緣強度,因此當雷射束照射一個小粒子時,從中心折射的光線要比向前的光線多。

當折射的光線獲得向外的衝力時,粒子上的反作用力就使衝力指向雷射束中心,因此粒子總是被吸引到雷射束中心。如果粒子非常小且具有很小的重力或摩擦力,當雷射束移動時,粒子就會跟著移動。

然而,雷射鑷子移動的血細胞直徑有幾微米,但現在要移動直徑僅2~20奈米的碳奈米管會麻煩得多。因此想利用單個雷射鑷子移動大量碳奈米管到一定位置,可能會與用原子力顯微鏡一樣費事。

為此,科學家用一種液晶雷射分離器把雷射束分成200個可單獨控制的小雷射束,研究人員可以控制這些雷射束使之形成三角形、四邊形、五邊形和六邊形等形狀,從而移動大量的奈米管群,使它們在顯微鏡載片表面定位,達到移動碳奈米管的目的。

光學捕捉技術的成功,受到美國加利福尼亞大學的奈米管專家、物理學家亞歷克斯.澤特爾的稱讚,他說,因為目前還沒有一種可靠的技術能操縱大量的奈米管,而這種新的光學捕獲技術有可能應用於工業。  

雷射在醫學中的應用

雷射在醫學上的應用主要分類:雷射生命科學研究、雷射診斷、雷射治療,其中雷射治療又分為:雷射手術治療、弱雷射生物刺激作用的非手術治療和雷射的光動力治療。

應用於牙科的雷射系統依據雷射在牙科應用的不同作用,分為幾種不同的雷射系統。區別雷射的重要特徵之一是:光的波長,不同波長的雷射對組織的作用不同,在可見光及近紅外光譜範圍的光線,吸光性低,穿透性強,可以穿透到牙體組織較深的部位,例如氬離子雷射、二極體雷射或Nd:YAG雷射(如圖1)。而Er:YAG雷射和CO,雷射的光線穿透性差,僅能穿透牙體組織約0.01毫米。區別雷射的重要特徵之二是:雷射的強度(即功率),如在診斷學中應用的二極體雷射,其強度僅為幾個毫瓦特,它有時也可用在激

雷射的應用

光顯示器上。

用於治療的雷射,通常是幾個瓦特中等強度的雷射。雷射對組織的作用,還取決於雷射脈衝的發射方式,以典型的連續脈衝發射方式的雷射有:氬離子雷射、二極體雷射、CO2,雷射;以短脈衝方式發射的雷射有:Er:YAG雷射或許多Nd:YAG雷射,短脈衝式的雷射的強度(即功率)可以達到1,000瓦特或更高,這些強度高、吸光性也高的雷射,只適用於清除硬組織。

雷射在齲齒的診斷方面的應用

1.脫礦、淺齲

2.隱匿

雷射在治療方面的應用

1.切割

2.充填物的聚合,窩洞處理

雷射在工業上的應用

雷射在工業上,也應用極為廣泛,因為雷射在雷射束聚焦在材料表面的時候能夠使材料熔化,使雷射束與材料沿一定軌跡作相對運動,從而形成一定形狀的切縫。七十年代後,為了改善和提高火焰切割的切口質量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和電漿切割。在工業生產中有一定的適用範圍。  

雷射美容

(1)雷射在美容界的用途越來越廣泛。雷射是通過產生高能量,聚焦精確,具有一定穿透力的單色光,作用於人體組織而在局部產生高熱量從而達到去除或破壞目標組織的目的,各種不同波長的脈衝雷射可治療各種血管皮膚病色素沉著,如太田痣、鮮紅斑痣雀斑、老年斑、毛細血管擴張等,以及去紋身、洗眼線、洗眉、治療瘢痕等;而近年來一些新型的雷射儀,高能超脈衝CO2雷射,鉺雷射進行除皺、磨皮換膚、治療打鼾,美白牙齒等等,取得了良好的療效,為雷射外科開闢越來越廣闊的領域。

(2)雷射手術有傳統手術無法比擬的優越性。首先雷射手術不需要住院治療,手術切口小,術中不出血,創傷輕,無瘢痕。例如:眼袋的治療傳統手術法存在著由於剝離範圍廣、術中出血多,術後癒合慢,易形成瘢痕等缺點,而應用高能超脈衝CO2雷射儀治療眼袋,則以它術中不出血,不需縫合,不影響正常工作,手術部位水腫輕,恢復快,無瘢痕等優點,令傳統手術無法比擬。而一些由於出血多而無法進行的內窺鏡手術,則可由雷射切割代替完成。(註:有一定的適應範圍)

(3)雷射在血管性皮膚病以及色素沉著的治療中成效卓越。使用脈衝染料雷射治療鮮紅斑痣,療效顯著,對周圍組織損傷小,幾乎不落疤。它的出現,成為鮮紅斑痣治療史上的一次革命,因為鮮紅斑痣治療史上,放射、冷凍、電灼、手術等方法,其瘢痕發生率均高,並常出現色素脫失或沉著。雷射治療血管性皮膚病是利用含氧血紅蛋白對一定波長的雷射選擇性的吸收,而導致血管組織的高度破壞,其具有高度精確性與安全性,不會影響周圍鄰近組織。因此,雷射治療毛細血管擴張也是療效顯著。

此外,由於可變脈衝雷射等相繼問世,使得不滿意紋身的去除,以及各類色素性皮膚病如太田痣,老年斑等的治療得到了重大突破。這類雷射根據選擇性光熱效應理論,(即不同波長的雷射可選擇性地作用於不同顏色的皮膚損害),利用其強大的瞬間功率,高度集中的輻射能量及色素選擇性,極短的脈寬,使雷射能量集中作用於色素顆粒、將其直接汽化、擊碎,通過淋巴組織排出體外,而不影響周圍正常組織,並且以其療效確切,安全可靠,無瘢痕,痛苦小而深入人心。

(4)雷射外科開創了醫學美容的新紀元。高能超脈衝CO2雷射磨皮換膚術開拓了美容外科的新技術。它利用高能量,極短脈衝的雷射,使老化、損傷的皮膚組織瞬間被汽化,不傷及周圍組織,治療過程中幾乎不出血,並可精確的控制作用深度。其效果得到國際醫學整形美容界充分肯定,被譽為「開創了醫學美容新紀元」;此外,更有高能超脈衝CO2雷射儀治療眼袋、打鼾、甚至雷射美白牙齒等,以其安全精確的療效,簡便快捷的治療在醫學美容界創造了一個又一個奇蹟。雷射美容使得醫學美容向前邁進了一大步,並且賦予醫學美容更新的內涵。

雷射照射橈動脈

【雷射洗血】

世界衛生組織(WHO)近期報告:全世界每年有1500萬人死於冠心病高血壓腦血栓心腦血管疾病,而60歲以上的老年人死於心腦血管病的人數90%以上。

心腦血管疾病被稱為人們生命與健康的三大殺手之一,而由高血脂和高血黏度引起的心腦血管疾病更是「三大殺手」之首,僅有明顯症状的心腦血管疾病患者比如頭痛頭暈耳鳴失眠、四肢麻木、記憶力減退等有1.8億人,高血壓1.2億人,高血脂人群更加龐大,有近四億人,心腦血管發病人群更以每年600萬人的速度增加。

心腦血管疾病具有發病率高、死亡率高、致殘率高、複發率高、治療費用高以及併發症多「五高一多」的特點,治療和預防已到了刻不容緩的地步。

上個世紀四十年代,人類發現了雷射,這種神奇的光,是物質由受激而輻射出放大的光波,稱為雷射,光是由一個個光子組成,每一個光子都含有一定的能量,所以又把光子叫做光量子。雷射也是由一個個光量子組成的。醫學上用雷射照射血液,光量子被血液分子吸收並轉化為分子內能,從而起到激活血液細胞的作用,光量子還能對血液產生其他光化合反應和生物效應,應用這些效應來治療和保健的療法被稱為光量子血療(又稱雷射洗血)。

低強度雷射療法:橈動脈照射治療,見效快,療效顯著,可產生以下效果:

1、改變血流變指標

改善血液流變性質,可以降低血壓,降低全血黏度血漿黏度、血小板聚集能力,激活酶系統,加快新陳代謝。

2、改善血液循環

刺激交感神經副交感神經,可使黏膜鼻黏膜血管收縮、擴張,從而反射性地引起顱內血液循環和全身血液循環。可出現全身症状的改善,如精神好轉全身乏力減輕食慾增加。

3、恢復紅細胞正常形態

補充紅細胞的生物能量,剝離紅細胞表面的脂肪層,使紅細胞表面恢復負電荷,加大紅細胞間的排斥力,使紅細胞單個游離,避免細胞粘連。

4、提高紅細胞攜氧能力

由於光量子補充紅細胞的生物能量,使紅細胞能與氧氣更好地結合發揮其攜氧和輸送氧氣的功能,保證了肌體組織供氧。

5、增加血紅細胞SOD含量

在SOD(超氧化物歧化酶)含量測定時發現,用低強度雷射治療後紅細胞內SOD含量增加,同時能清除血液中的自由基和垃圾。

6、調節免疫

激活白細胞,提高其吞噬活性和趨化性,促使肌體的物質代謝能量代謝,有利於受損組織的修復和再生,因而具有調節肌體免疫作用。

7、激活腦細胞

低強度雷射橈動脈照射,使腦部血流灌注增加,提高腦細胞功能,徹底改善腦部微循環

8、軟化血管

低強度雷射照射血液療法能保護血管內皮細胞,增強或恢復血管的彈性,減少低密度脂蛋白,糾正酸血症,軟化血管。預防血栓形成

9、通過臨床證明:橈動脈照射治療療效顯著。

雷射治療發展歷程:

第一代雷射即抽取部分人體血液採用低強度雷射照射後再輸回人體內,「稱雷射照血回輸法」

第二代雷射即醫院採用的三類器械雷射血管內照射存在著有創傷,一般人無法獨立操作,費用極其昂貴。

第三代雷射即體外雷射血管照射洗血療法,經十多年的臨床驗證,已經發展成為一項被國際醫學界公認的高效、安全、經濟的成熟技術。

而體外照射療法因無創傷、無痛苦、無副作用、無交叉感染的危險被患者稱為「綠色療法」。

基於這種原因在上述療法的基礎上,科研人員及醫學專家經過多次反覆臨床試驗,終於研製開發出安全、方便,雷射心腦血管冶療儀。

低強度雷射療法適用範圍:

(1) 適用於因「高血脂、高血壓、高血黏度」引發的各種疾病。如動脈硬化、腦血栓、

腦梗塞、高血壓、冠心病、心絞痛心肌梗塞肺心病糖尿病脂肪肝神經衰弱鼻炎等。

(2) 對因血黏度增高引起的亞健康狀態,如頭痛、頭暈、胸悶、失眠、耳鳴、乏力等症状有較好的輔助治療作用,也可供心腦疾病的預防和康復作用。

主要性能指標:

雷射波長:650nm(最容易被人體吸收)

低強度雷射器輸出功率:1—25nw(尤其腕式4個雷射管照射治療,照射橈動脈及內關穴,治療效果更顯著)

使用時間:

在治療過程中,治療時間長短可根據病程的的長短。病因的不同及體質的差異,在治療時間上應做相應的調整。手腕照射30分鐘,每天橈動脈照射一次,15天為一療程。如病程較長或病情較重者可逐漸增加治療時間40-90分鐘。

低強度雷射引起的生物效應從第3天逐漸增強到10-15天達到最大值!堅持每天早晚使用效果最佳.  

雷射冷卻

雷射冷卻(laser cooling)利用雷射和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。這一重要技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數,用於高解析度雷射光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘),後來卻成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。雖然早在20世紀初人們就注意到光對原子有輻射壓力作用,只是在雷射器發明之後,才發展了利用光壓改變原子速度的技術。人們發現,當原子在頻率略低於原子躍遷能級差且相向傳播的一對雷射束中運動時,由於都卜勒效應,原子傾向於吸收與原子運動方向相反的光子,而對與其相同方向行進的光子吸收幾率較小;吸收後的光子將各向同性地自發輻射。平均地看來,兩束雷射的淨作用是產生一個與原子運動方向相反的阻尼力,從而使原子的運動減緩(即冷卻下來)。1985年國國家標準與技術研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和史丹福大學的朱棣文(Steven Chu)首先實現了雷射冷卻原子的實驗,並得到了極低溫度(24μK)的鈉原子氣體。他們進一步用三維雷射束形成磁光講將原子囚禁在一個空間的小區域中加以冷卻,獲得了更低溫度的「光學粘膠」。之後,許多雷射冷卻的新方法不斷湧現,其中較著名的有「速度選擇相干布居囚禁」和「拉曼冷卻」,前者由法國巴黎高等師範學院的柯亨-達諾基(Claud Cohen-Tannodji)提出,後者由朱棣文提出,他們利用這種技術分別獲得了低於光子反衝極限的極低溫度。此後,人們還發展了磁場和雷射相結合的一系列冷卻技術,其中包括偏振梯度冷卻、磁感應冷卻等等。朱棣文、柯亨-達諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學獎。雷射冷卻有許多應用,如:原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格、光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子雷射、高解析度光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。  

雷射光譜

雷射光譜(laser spectra)以雷射為光源的光譜技術。與普通光源相比,雷射光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強等特點,是用來研究光與物質的相互作用,從而辨認物質及其所在體系的結構、組成、狀態及其變化的理想光源。雷射的出現使原有的光譜技術在靈敏度和解析度方面得到很大的改善。由於已能獲得強度極高、脈衝寬度極窄的雷射,對多光子過程、非線性光化學過程以及分子被激發後的弛豫過程的觀察成為可能,並分別發展成為新的光譜技術。雷射光譜學已成為與物理學、化學、生物學及材料科學等密切相關的研究領域。  

雷射感測器

雷射感測器(laser transducer)利用雷射技術進行測量的感測器。它由雷射器、雷射檢測器和測量電路組成。雷射感測器是新型測量儀錶,它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。雷射是最準的尺。  

雷射雷達

雷射雷達(laser radar)是指用雷射器作為輻射源的雷達。雷射雷達是雷射技術與雷達技術相結合的產物 。由發射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發射機是各種形式的雷射器,如二氧化碳雷射器摻釹釔鋁石榴石雷射器、半導體雷射器及波長可調諧的固體雷射器等;天線是光學望遠鏡;接收機採用各種形式的光電探測器,如光電倍增管、半導體光電二極體、雪崩光電二極體、紅外和可見光多元探測器件等。雷射雷達採用脈衝或連續波2種工作方式,探測方法分直接探測與外差探測。  

雷射武器

雷射武器是一種利用定向發射的雷射束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據作戰用途的不同,雷射武器可分為戰術雷射武器和戰略雷射武器兩大類。武器系統主要由雷射器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成,目前通常採用的雷射器有化學雷射器、固體雷射器、CO2雷射器等。雷射武器具有攻擊速度快、轉向靈活、可實現精確打擊、不受電磁干擾等優點,但也存在易受天氣和環境影響等弱點。雷射武器已有30多年的發展歷史,其關鍵技術也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種雷射打靶試驗。目前低能雷射武器已經投入使用,主要用於干擾和致盲較近距離的光電感測器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設備;高能雷射武器主要採用化學雷射器,按照現有的水平,今後5-10年內可望在地面和空中平台上部署使用,用於戰術防空、戰區反導和反衛星作戰等。  

雷射武器的分類

不同功率密度,不同輸出波形,不同波長的雷射,在與不同目標材料相互作用時,會產生不同的殺傷破壞效應。用雷射作為「死光」武器,不能像在雷射加工中那樣藉助於透鏡聚焦,而必須大大提高雷射器的輸出功率,作戰時可根據不同的需要選擇適當的雷射器。目前,雷射器的種類繁多,名稱各異,有體積整整佔據一幢大樓、功率為上萬億瓦、用於引發核聚變的雷射器,也有比人的指甲還小、輸出功率僅有幾毫瓦、用於光電通信的半導體雷射器。按工作介質區分,目前有固體雷射器、液體雷射器和分子型、離子型、準分子型的氣體雷射器等。同時,按其發射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機載等類型,按其用途還可分為戰術型和戰略型兩類。

1.戰術雷射武器

戰術雷射武器是利用雷射作為能量,是像常規武器那樣直接殺傷敵方人員、擊毀坦克、飛機等,打擊距離一般可達20公里。這種武器的主要代表有雷射槍和雷射炮,它們能夠發出很強的雷射束來打擊敵人。1978年3月,世界上的第一支雷射槍在美國誕生。雷射槍的樣式與普通步槍沒有太大區別,主要由四大部分組成:雷射器、激勵器、擊發器和槍托。目前,國外已有一種紅寶石袖珍式雷射槍,外形和大小與美國的派克鋼筆相當。但它能在距人幾米之外燒毀衣服、燒穿皮肉,且無聲響,在不知不覺中致人死命,並可在一定的距離內,使火藥爆炸,使夜視儀、紅外或雷射測距儀等光電設備失效。還有7種稍大重量與機槍相仿的小巧雷射槍,能擊穿銅盔,在1500米的距離上燒傷皮肉、致瞎眼睛等。

雷射的應用

戰術雷射武器的"挖眼術"不但能造成飛機失控、機毀人亡,或使炮手喪失戰鬥能力,而且由於參戰士兵不知對方雷射武器會在何時何地出現,常常受到沉重的心理壓力。因此,雷射武器又具有常規武器所不具備的威懾作用。1982年阿馬島戰爭中,英國在航空母艦和各類護衛艦上就安裝有雷射致盲武器,曾使阿根廷的多架飛機失控、墜毀或誤入英軍的射擊火網。

2.戰略雷射武器

戰略雷射武器可攻擊數千公里之外的洲際飛彈;可攻擊太空中的偵察衛星和通信衛星等。例如,1975年11月,美國的兩顆監視飛彈發射井的偵察衛星在飛抵西伯利亞上空時,被前蘇聯的「反衛星」陸基雷射武器擊中,並變成「瞎子」。因此,高基高能雷射武器是奪取宇宙空間優勢的理想武器之一,也是軍事大國不惜耗費巨資進行激烈爭奪的根本原因。據外刊透露,自70年代以來,美俄兩國都分別以多種名義進行了數十次反衛星雷射武器的試驗。

目前,反戰略飛彈雷射武器的研製種類有化學雷射器、準分子雷射器、自由電子雷射器和調射線雷射器。例如:自由電子雷射器具有輸出功率大、光束質量好、轉換效率高、可調範圍寬等優點。但是,自由電子雷射器體積龐大,只適宜安裝在地面上,供陸基雷射武器使用。作戰時,強雷射束首先射到處於空間高軌道上的中斷反射鏡。中斷反射鏡將雷射束反射到處於低軌道的作戰反射鏡,作戰反射鏡再使雷射束瞄準目標,實施攻擊。通過這樣的兩次反射,設置在地面的自由電子雷射武器,就可攻擊從世界上任何地方發射的戰略飛彈。

高基高能雷射武器是高能雷射武器與太空飛行器相結合的產物。當這種雷射器沿著空間軌道游弋時,一旦發現對方目標,即可投入戰鬥。由於它部署在宇宙空間,居高臨下,視野廣闊,更是如虎添翼。在實際戰鬥中,可用它對對方的空中目標實施閃電般的攻擊,以摧毀對方的偵察衛星、預警衛星、通信衛星、氣象衛星,甚至能將對方的洲際飛彈摧毀在助推的上升階段。  

雷射玻璃

雷射玻璃是一種以玻璃為基質的固體雷射材料。它廣泛應用於各類型固體雷射光器中,並成為高功率和高能量雷射器的主要雷射材料。

雷射玻璃由基質玻璃和激活離子兩部分組成。雷射玻璃各種物理化學性質主要由基質玻璃決定,而它的光譜性質則主要由激活離子決定。但是基質玻璃與激活離子彼此間互相作用,所以激活離子對雷射玻璃的物理化學性質有一定的影響,而基質玻璃對它的光譜性質的影響有時還是相當重要的。  

雷射歷史

1958年,美國科學家肖洛和湯斯發現了一種神奇的現象:當他們將內光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象,他們提出了"雷射原理",即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激勵時,都會產生這種不發散的強光--雷射。他們為此發表了重要論文。

肖洛和湯斯的研究成果發表之後,各國科學家紛紛提出各種實驗方案,但都未獲成功。1960年5月15日,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷射,這是人類有史以來獲得的第一束雷射,梅曼因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的科學家。

1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生,梅曼的方案是,利用一個高強閃光燈管,來刺激在紅寶石色水晶里的鉻原子,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使其達到比太陽表面還高的溫度。

前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫於1960年發明了半導體雷射器。半導體雷射器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是:尺寸小,耦合效率高,響應速度快,波長和尺寸與光纖尺寸適配,可直接調製,相干性好。  

雷射亮度

雷射的亮度與陽光之間的比值是百萬級的,而且它是人類創造的。

雷射的顏色

雷射的顏色取決於雷射的波長,而波長取決於發出雷射的活性物質,即被刺激後能產生雷射的那種材料。刺激紅寶石就能產生深玫瑰色的雷射束,它應用於醫學領域,比如用於皮膚病的治療和外科手術。公認最貴重的氣體之一的氬氣能夠產生藍綠色的雷射束,它有諸多用途,如雷射印刷術,在顯微眼科手術中也是不可缺少的。半導體產生的雷射能發出紅外光,因此我們的眼睛看不見,但它的能量恰好能"解讀"雷射唱片,並能用於光纖通訊。

雷射分離技術

雷射分離技術主要指雷射切割技術和雷射打孔技術。雷射分離技術是將能量聚焦到微小的空間,可獲得105~1015W/cm2極高的輻照功率密度,利用這一高密度的能量進行非接觸、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下,幾乎可以對任何材料實現雷射切割和打孔。雷射切割技術是一種擺脫傳統的機械切割、熱處理切割之類的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更靈活的切割方法和更高的生產效率等特點。雷射打孔方法作為在固體材料上加工孔方法之一,已成為一項擁有特定應用的加工技術,主要運用在航空、太空與微電子行業中。  

雷射去除面部黑痣

雷射去黑痣的原理就在於將雷射在瞬間爆發出的巨大能量置於色素組織中,把色素打碎並分解,使其可以被巨噬細胞吞併掉,而後會隨著淋巴循環系統排出體外,由此達到將色素去去掉的目的。

雷射去可以適用的痣的類型很多,比如包括上面提到的三種色素痣、太田痣、鮮紅斑痣等,療效都很明顯,並且不容易留疤,風險性小。

二氧化碳雷射亦能去黑痣。

是否適合雷射技術

提示下情況的患者不適合接受雷射治療:

第一. 眼部活動性炎症及病變;第二. 眼周化膿性病灶;第三. 已確診的圓錐角膜;第四. 嚴重乾眼症,伴有系統性乾燥症候群;第五. 中央角膜厚度低於450μm;第六. 嚴重的眼附屬器病變:眼瞼缺損、變形、慢性淚囊炎等;第七. 全身結締組織病及嚴重自身免疫性疾病,如系統性紅斑狼瘡類風濕性關節炎多發性硬化

相對禁忌證

1. 超高度近視後鞏膜葡萄腫者;2. 初次手術前角膜中央平均曲率低於39D或高於47D應慎重;3. 暗光下瞳孔直徑大於7mm;4. 對側眼為法定盲眼;5. 2年內曾患單純皰疹性角膜炎;6. 輕度白內障;7. 有視網膜脫離黃斑出血病史;8. 輕度乾眼症;9. 輕度瞼裂閉合不全;10. 可疑青光眼患者;11. 月經期及妊娠期;12. 瘢痕體質;13. 糖尿病;14. 感冒發燒等身體不適;15. 癲癇;16. 焦慮症抑鬱症以及對手術期望過高者。

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