激光的發(fā)光原理及其生物學(xué)效應(yīng) 
　　 
　　1激光發(fā)光原理 
　　把一段激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中，處于高能級(jí)的粒子會(huì)產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)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(nèi)往返傳播，當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)不斷增強(qiáng)。如果諧振腔內(nèi)單程小信號(hào)增益G0l大于單程損耗δ，則可產(chǎn)生自激振蕩。原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級(jí)，當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的光子即自發(fā)輻射。同樣的，當(dāng)一個(gè)光子入射到一個(gè)能級(jí)系統(tǒng)并為之吸收的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷即受激激吸收。然后，部分躍遷到高能級(jí)的原子又會(huì)躍遷到低能級(jí)并釋放出光子即受激輻射。這些運(yùn)動(dòng)不是孤立的，而往往是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)我們創(chuàng)造一種條件，譬如采用適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)、共振腔、足夠的外部電場(chǎng)，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，就會(huì)有光子射出，從而產(chǎn)生激光。 
　　2激光生物學(xué)效應(yīng) 
　　由于激光具有能量和動(dòng)量，激光作用于生物分子，就有可能使生物分子產(chǎn)生物理、化學(xué)或生物反應(yīng)，這就是激光生物效應(yīng)。目前，學(xué)術(shù)界認(rèn)識(shí)比較一致的激光生物效應(yīng)大致有五類(lèi)：.激光生物熱效應(yīng)、激光生物光華效應(yīng)、激光生物壓力效應(yīng)、激光生物電磁效應(yīng)和激光生物刺激效應(yīng)。生物組織內(nèi)的天然色素顆粒，對(duì)近紫外、可見(jiàn)光和近紅外光譜區(qū)的激光有選擇吸收作用。激光生物效應(yīng)，目前已經(jīng)在激光醫(yī)療、激光育種方面得到廣泛、有效的應(yīng)用。 
　　（1）激光生物熱效應(yīng) 
　　激光照射生物組織時(shí)，激光的光子作用于生物分子，分子運(yùn)動(dòng)加劇，與其他分子的碰撞頻率增加，由光轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能后變成熱能，可能會(huì)引起蛋白質(zhì)變性，生物組織表面收縮、脫水、組織內(nèi)部因水分蒸發(fā)而受到破壞，造成組織凝固壞死。當(dāng)局部溫度急劇上升達(dá)幾百度甚至上千度時(shí)，可以造成照射部分碳化或汽化。在照射生物組織時(shí)，不同波長(zhǎng)的激光產(chǎn)生熱效應(yīng)的機(jī)制也不盡同。紅外激光的光子能量小，生物組織吸收后只能增加生物分子的熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致溫度升高，所以它是直接生熱可見(jiàn)光和紫外光的光子能量大，生物組織吸收了光子能量后引起生物分子電子態(tài)躍遷，在它從電子激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的馳豫過(guò)程中釋放能量，該能量可能引起光化反應(yīng)，也可能轉(zhuǎn)化為熱量產(chǎn)生溫度升高，所以它們是間接生熱。激光熱效應(yīng)究竟應(yīng)表現(xiàn)為哪種形式，在激光方面取決于其輸出參數(shù)、作用時(shí)間，在生物組織方面則取決于其光學(xué)、熱學(xué)特性等諸多因素。 
　　熱效應(yīng)是激光致傷的最重要因素。激光損傷區(qū)與正常組織的界緣十分清楚，這是由于激光脈沖時(shí)程短，生物組織的導(dǎo)熱性差，瞬間放熱來(lái)不及擴(kuò)散到受照射部位以外的緣故。輻照后，由于繼變化，如炎癥、出血、再生等，會(huì)使原初清楚的損傷界緣逐漸變得模糊。  　　

  （2）激光生物壓力效應(yīng) 
　　由激光照射產(chǎn)生的機(jī)械作用可分為兩部分：激光本身的輻射壓力對(duì)生物組織產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即光壓，稱(chēng)作一次壓強(qiáng)；生物組織吸收強(qiáng)激光造成的熱膨脹和相變以及超聲波、沖擊波、電致伸縮等引起的壓強(qiáng)，叫二次壓強(qiáng)。由激光導(dǎo)致的生物細(xì)胞的壓強(qiáng)的變化可以改變生物細(xì)胞、組織的形狀，使得生物細(xì)胞、組織內(nèi)部或之間產(chǎn)生機(jī)械力，從而對(duì)生物細(xì)胞、組織產(chǎn)生巨大的影響。由這種作用產(chǎn)生的沖擊波是激光致傷的另一原因。沖擊波在組織中以超聲速運(yùn)動(dòng)，在組織中產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，引起組織破壞。戈?duì)柕侣赋觯好}沖時(shí)程50毫微秒的Q開(kāi)關(guān)激光產(chǎn)生的沖擊波壓力，可大于10個(gè)大氣壓。實(shí)際上，激光熱效應(yīng)影響范圍十分局限，而由壓力效應(yīng)引起的組織損傷，則可波及到遠(yuǎn)離受照區(qū)的部位。例如，用紅寶石激光照射小鼠頭部時(shí)，發(fā)現(xiàn)頭皮輕度損傷，顱骨和大腦硬膜并無(wú)損傷，而大腦本身卻大面積出血，甚至造成死亡。 

（3）激光生物光華效應(yīng) 
　　當(dāng)一個(gè)處于基態(tài)的分子吸收了能量足夠大的光子以后，受激躍遷到激發(fā)態(tài)，在它從激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)，筆耕論文新浪博客，但又不返回其原來(lái)分子能量狀態(tài)的弛豫過(guò)程中，多出來(lái)的能量消耗在它自身的化學(xué)鍵斷裂或形成新鍵上，其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)即為原初光化學(xué)反應(yīng)，在原初光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中形成的產(chǎn)物，大多數(shù)極不穩(wěn)定，它們繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直至形成穩(wěn)定的產(chǎn)物，這種光化反應(yīng)稱(chēng)為繼發(fā)光化反應(yīng)，前后兩種反應(yīng)組成了一個(gè)完整的光化反應(yīng)過(guò)程，這一過(guò)程大致可分為光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四種主要類(lèi)型，光致敏化效應(yīng)又包括光動(dòng)力作用和一般光敏化作用。生物的光華效應(yīng)產(chǎn)生的根本是生物的而組織有一定的色度，能選擇性地吸收300～1000nm光譜。生物體內(nèi)的色素有黑色素和類(lèi)黑色素、血紅蛋白、胡蘿卜素、鐵質(zhì)等，其中黑色素對(duì)激光能量的吸收最大。脫氧血紅蛋白在556nm,氧合血紅蛋白在415、542、575nm處有清楚的吸收帶,胡蘿卜素吸收帶在480nm處，黑色素和類(lèi)黑色素在400～450nm波段吸收最強(qiáng)。無(wú)論是正常細(xì)胞還是腫瘤細(xì)胞，在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞間有許多黑色素顆粒，它們吸收激光能量使能量在色素顆粒上積聚而成為一個(gè)熱源，其能量向周?chē)鷤鲗?dǎo)和擴(kuò)散，從而引起周?chē)M織細(xì)胞損傷。