激光在外科学的应用与发展2000字

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篇一：激光技术的应用与发展前景

编号

本科生毕业论文

激光技术的应用与发展前景

Application of laser technology and development

prospects

学生姓名刘柏松专业电子科学与技术

学号 1012119指导教师王德生分院

光电科学分院

2014年 6月

摘要

自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光器和激光放大器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电子等数百种之多。激光器诞生后,以激光器为基础的激光技术得到了广泛的应用,对军事、经济、工农业产生了很大的影响,取得了很好的经济效益和社会效益。本文就激光技术在不同领域的应用进行阐述，对当前激光技术的应用进行研究，列出了激光在医学、军事、生物等多方面的重要发展，同时对现今比较热门的光纤激光器的发展进行说明。随着激光技术的不断发展和成熟，必将对我们的生活生产和科技起到不可估量的作用。

关键词：激光、医学、军事、生物

Abstract

Since 1960, the advent of the first ruby laser, lasers and laser amplifier developed very rapidly. Laser material has been included crystals, glass, fiber, gas, semiconductor, electronics, and other liquids and freedom of hundreds of species. After the birth of lasers, laser based laser technology has been widely used for military, economic, industrial and agricultural produce had a great impact, and achieved good economic and social benefits. In this paper, the application of laser technology in different areas elaborated on the application of current laser technology research, lists many important advances in laser medicine, military, biology, and the development of today's more popular fiber lasers are described . As laser technology continues to evolve and mature, our life is bound to produce science and technology play an invaluable role.

Keyword：Laser、Medicine、Military、Biology

引言 ........................................................................................................................ 1 第一章

关于激光的概述 .......................................................................................... 1 1.1 激光的产生与发展 .......................................................................................... 1 1.2 激光的特性 ...................................................................................................... 2 1.3 激光产生的意义 .............................................................................................. 3 第二章

激光技术的应用 .......................................................................................... 4

2.1 激光技术在医学上的应用 .............................................................................. 4 2.2 激光技术在工业领域的应用 .......................................................................... 5 2.3 激光技术在物种育种中的应用 ...................................................................... 6 2.4 激光技术在全息摄影上的应用 ...................................................................... 6 2.5 激光技术在军事上的应用 .............................................................................. 7 第三章

光纤激光器的发展现状 ............................................................................ 10

3.1 国外的发展现状 ............................................................................................ 10 3.2 国内的发展现状 ............................................................................................ 12 第四章

激光技术的发展前景 ................................................................................ 12

参考文献 ...................................................................................................................... 14 致谢 ...................................................................................................................... 15

引言

激光最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程，激光的原理早在 1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。

第一章关于激光的概述

1.1 激光的产生与发展

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。

激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。

原理：

激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。

篇二：激光技术在医学上的应用与发展

激光技术在医学上的应用与发展

摘要主要介绍了激光全息技术和C02医用激光的兴起和在医学领域的应用，从激光全息技术的原理到原先再现，都作了详细的说明。对C02医用激光器在实际工作中的具体应用和改进作了详细介绍。

关键词全息技术；全息照相术；全息再现；C02医用激光器

1 激光全患技术

激光全息技术是20世纪60年代初兴起的一门技术。激光全息技术发展很快，已在生产和科研的许多领域中广泛应用。最先把激光全息技术应用于医学的是Van Ugten，他于1966年在世界上首次摄得眼全息图，但限于当时的技术水平，再现像的分辨率较差。以后各国科学家相继开始将激光全息技术应用于医学领域，从眼科扩展至胸外科、口腔科等。二次曝光的成功，促成了全息测量技术的发展，20世纪70年代出现的超声全息技术，将全息技术推进了一大步。由于超声可深入人体内部，因而超声全息可探测人体内部器官，如肠、胃、肝、胆及主胎儿等的生理异常，肢端和关节软组织的超声全息成像是极有价值的，超声全息还有希望应用于腱、肌肉和神经结构的显示。激光全息医学诊断术虽然产生的时间不长，但由于它具有种种优点，已越来越为人们所重视，并日益广泛地应用于临床。

1.1 全患照相术

全息照相术与一般照相不同，照相是记录物体信息的一种技术，一般是将物体通过透镜成像在底片上，底片乳胶只记录光强(振幅)，而不能记录相位，因而失掉了三维特征。而全息照相底片上不只记录光强(振幅)，也记录相位(各点间的相互位相关系)，也就是记录物的全部信息，所以称为全息。

全息照片最早是由英国汤姆逊-豪斯敦公司的：盖宝摄得。照片的实质是将来自物体的波前和另一个参考波(通常是平面波或球面波)相干涉，底片记录干涉条纹，将同样的参考波照射此底片时，可在相应位置重新出现三维物体。

由此可见，全息照相和一般照相具有相同之处，即同样是记录物体信息的一种手段，但又有所不同，其特点如下：

(1)因为全息照相记录的是物体的光波，而不是物体的像，因而用这种底片来观察物体时，可以变换视点来改变观察方向，亦即可以从不同的位置来考察物体(而一般照相只是从照相位置观察物体，即在照相镜头处观察物体)。观察方向只受到照片尺寸大小的限制。

(2)全息照相不需要透镜，但需要一个参考波源，如果参考波和再现波采用不同的波长，那么还可以具有放大或缩小的功能。

(3)全息照相具有深度效应(体视效应)。如变换观察方向时，后面部分可被前面部分遮挡，远处物体随着观察者运动而近处的不动，闪光忽隐忽现等。

(4)普通照相底片能直接看出物体的形状，而全息照相由于在激光照射下，记录的是干涉图样，所以在普通光线下观察时，看不到什么物体，而只是灰色的一片，要想见到展现物，必须用再现光照射(目前已制出一种能在普通光照射下再现的全息照片)。

(5)全息片记录的是干涉条纹，对底片的分辨率要求较高(在参考光和物体之间夹角很小时，可采用分辨率略低些的底片)。因此，稍有振动，就会使照片模糊，故必须采取严格的防震措施。

(6)普通相正负片的结果正好相反，而在全息照片中，不论正片还是负片结果一样。

1.2 全息技术在医学上的应用

眼全息照相实验装置简图。激光由半反镜分成两束，一束为球面波参考光，另一束通过纤维光束，以球状通过接触镜进入眼球，眼球各部分的反射光和慢射光由瞳孔中央部6mm直径处射出，经投影透镜作为物波记录在全息底版上，激光是氩离子激光器，λ= 0.5145Um P=100mW

网膜。这样就能用一张全息照片对从晶体到网膜的眼球各部分自由地进行三维检测。摘要主要介绍了激光全息技术和C02医用激光的兴起和在医学领域的应用，从激光全息技术的原理到原先再现，都作了详细的说明。对C02医用激光器在实际工作中的具体应用和改进作了详细介绍。

关键词全息技术；全息照相术；全息再现；C02医用激光器

1 激光全患技术

1.1 全患照相术

由此可见，全息照相和一般照相具有相同之处，即同样是记录物体信息的一种手段，但又有所不同，其特点如下：

(2)全息照相不需要透镜，但需要一个参考波源，如果参考波和再现波采用不同的波长，那么还可以具有放大或缩小的功能。

(3)全息照相具有深度效应(体视效应)。如变换观察方向时，后面部分可被前面部分遮挡，远处物体随着观察者运动而近处的不动，闪光忽隐忽现等。

(6)普通相正负片的结果正好相反，而在全息照片中，不论正片还是负片结果一样。

1.2 全息技术在医学上的应用

网膜。这样就能用一张全息照片对从晶体到网膜的眼球各部分自由地进行三维检测。

为使全息像精确地再现，必须在再现时精确地重复参考光。冲洗好的全息片必须精确放好，误差一般应小于几秒弧度，以免发生慧差和相差，再现装置的示意图，激光经准直器照亮全息图片，通过显微镜或闭路电视系统观察实像。全息图片夹在可以多维精确微量调整的

定位器上，以作精密定位，调整时在显微镜下或电视屏幕上观察，使失真和像差最小，而成像清晰。

利用全息可以拍到活体眼的角膜、晶状体和视网膜相片，从而对眼的各层介质进行活体观察，这是用其它方法难以办到的眼全息图，亦可表示出眼内的异物的大小、形状和位置。

此外，利用激光全息二次曝光法，可对人体各部分进行三维记录。而根据再现图上的干涉条纹又可以测量人体器官的变形、内力和振动等。用全息测量矫形手术，前后股骨的髌骨端的变形，以使人工髋关节的形状达到最佳程度，还可利用二次曝光法分析人体胸廓的变形，以寻找癌变部位和大小，也可对眼底的微循环进行研究，利用超声全息技术，可以获得一般照相技术无法得到的体内器官全息像。由于超声的无损性，因而这一方法被认为是探测人体内脏器官和胎儿的最佳方法。

2 C02医用激光器在医学上的应用及改进

2.1 C02医用激光器在医学上的应用

随着激光技术的迅猛发展，激光在医学上的应用越来越广泛，激光可作为良好的手术刀用，它不但运用于一切手术开刀，而且具有良好的选择性，与常规手术刀相比，激光手术的最大特点是失血少，对于某些部位和器官用激光作手术最有优越性。我院购置的C02医用激光器是上海医用激光仪器厂研制并生产的YYJG-lA型，该机性能可靠，使用方便，随机备有烧灼探头，聚焦镜头和散焦镜头，不仅能使激光能输出原光束外，还能输出聚焦光束和散焦光束，它们分别进行烧灼、烧割和局部照射等治疗，有效地应用于皮肤科、妇产科、外科、肛肠科、五官科的治疗，治疗效果非常显著。

YYJG-lA C02医用激光器是以C02气体为工作物质的分子气体激光器，主要应用C02分子的振动--转动能级间的粒子数反转后受激辐射产生激光，本机激励泵浦源采用直流高压电源。从电场获得高能量的电子较易把辅助气体的N2分子激发到某一高能态，再与C02分子碰撞，发生能量的共振转移，把C02分子激发到某一亚稳态的高能级，形成对某一低能级的粒子数反转。亚稳态高能级的C02分子再受激跃迁到该低能级，释放10.6um波长的光子，经光学谐振腔的光振荡光放大后形成C02激光。10.6um波长的C02激光属红外波段，热效应很强，为避免激光管谐振腔两端反射镜片及放电管湿度过高，引起反射镜片及放电管损坏，激光管必须设置水冷系统。

由于C02激光器激励直流电源电压较高，电流较大，而激光管本身比较娇嫩，本机除设有断水保护装置外，还设有过电压、过电流保护装置。如因各种异常原因，产生工作电压、工作电流超过额定值或循环水冷系统断水时，保护装置立即动作，切断总电源。

2.2 C02激光器在医学上的广泛应用

皮肤科主要应用于尖锐湿疣、扁平疣等的烧割。

外科主要应用：(1)具有止血功能的手术；(2)与内窥镜结合，在腔内进行手术；(3)采用光敏技术，对肿瘤进行治疗；(4)对组织进行焊接；(5)理疗与康复治疗。

肛肠科主要应用于内外痔、肛裂、肛瘘、息肉及肛周外生殖器尖锐湿疣手术。

在内窥镜下，用激光可治疗的有食管疾病、胃肠疾病，如食管静脉曲张、食管癌、肺癌、胃

息肉、十二指肠溃疡、胃出血、喷门癌、十二指肠癌、胆管癌、胆管结石、胆道狭窄、结肠癌。

妇产科应用于宫颈糜烂、外阴瘙痒、外阴炎及妇科的各种炎症等。眼科应用于眼部肿瘤的切除、巩膜切开及球壁再造术。它还可直接气化肿瘤。五官科主要应用于鼻炎及咽炎等。

以上C02激光的应用的共同特点是不需要全身麻醉，并发症少，快速简便和失血少，易被水吸收，因此穿透力较低，被照射部位升温很快，对周围组织损伤较小，适用于切割与气体化组织。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的杀菌作用。

2.3 YYJG-1A激光器的改进目前的C02激光器共同的缺点就是在手术中产生有毒有害气体，不仅使手术视野模糊，而且危害医务人员和患者的健康。有些病人的病变组织在激光气化过程中产生不少带有病毒的激光烟尘，病毒随着激光烟尘的逸散传染给医务人员。虽然利用吸烟机把有毒气体吸走，但需要一名特别助手，而且麻烦。在妇科烧灼宫颈糜烂时，其缺点尤为突出，阴道内产生的高热烟尘，不仅影响医生的操作视线，而且还会造成金属窥阴器发烫，继而造成阴道壁烫伤，故必须加接吸烟尘装置。

2.3.1 加接吸烟尘装置方法

做一个扁形金属小吸管，与烧灼探头(或聚焦镜头)并排紧固，金属小吸管再接上皮管通到室外与吸尘器连接，这样就能很好地将

《激光与生物组织的相互作用原理及应用》的读后感

通过阅读《激光与生物组织的相互作用原理及应用》（科学出版社，2005年8月）一书，我认为应从以下五个部分来学习和体会：

1.介绍激光器的基本常识以及医用激光系统的发展与应用

“激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplification by stimulated emission of radiation取字头组合而成的专门名词，激光器在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。它是利用受激辐射原理使光在某些受激发的工作物质中放大或发射的器件。用电学、光学及其他方法对工作物质进行激励，使其中一部分粒子激发到能量较高的状态中去，当这种状态的粒子数大于能量较低状态的粒子数时，由于受激辐射作用，该工作物质就能对某一定波长的光辐射产生放大

作用，也就是当这种波长的光辐射通过工作物质时，就会射出强度被放大而又与入射光

波位相一致、频率一致、方向一致的光辐射，这种情况便称为光放大。激光器一般由三个部分组成：(1)能实现粒子数反转的工作物质。例如氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子的两个能级实现粒子数反转；(2)光泵：通过强光照射工作物质而实现粒子数反转的方法称为光泵法。例如红宝石激光器，是利用大功率的闪光灯照射红宝石（工作物质）而实现粒子数反转。造成了产生激光的条件；(3)光学共振腔：最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。这两个互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射。另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的。激光器的种类很多，如氦氖激光器、二氧化碳激光器，红宝石激光器、钇铝石榴石激光器，砷化镓激光器，染料激光器，氟化氢激光器和氩离子激光器等等。世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器。

由于激光具有单色性好、高亮度，高密度、辐射方向性强的特点，无论光诊断还是光治疗技术，多以激光为光源。激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。多年来，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。

2. 通过光的反射、折射与吸收等基本概念了解生物组织的光学特性以及常用的测量方法

物质受到光作用时所出现的基本现象即光束入射到物质的一个薄片上。理论上，存在三个效应可能会妨碍它的无扰动的传播：

— 反射和折射：反射定义为电磁辐射在入射表面上的返回，反射表面是由折射率不同的两种材料的物理边界如空气和组织的界面组成。有镜面反射和漫反射。漫反射是生物组织的一个共同现象，因为它们没有一个像光学反射面的表面那样的抛光表面。唯一特殊的情况是在潮湿组织表面镜面反射可能超过漫反射。折射通常出现在具有两种不同折射率的介质的反射表面分界处。它是由光波速度的变化引起的。

篇三：激光的应用与发展趋势

激光的应用与发展趋势

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