激光的基础知识

7．1　激光的基础知识

7．1．1　激光的产生

激光同其他光一样，是在外界作用下，发光物质（原子或分子）内部运动的结果。激光不同于其他光源在于产生激光的过程与其他发光过程存在着巨大差别。下面简述激光的产生。

1．原子的能级

原子是组成物质的基本单元，原子由原子核和核外电子组成。电子受库仑力作用绕原子核旋转，由于电子在核外绕核旋转的状态不同，所以原子处于不同的能量状态。根据量子力学理论，原子的能量状态只能有某些特定值。例如类氢原子的能量状态只能有如下特定值：

E_n＝2π²mZ²e⁴/nh²　　　（n＝1，2，3，…）　　（7．1）

式中E_n表示类氢原子某一状态的能量，m为电子质量，Z为原子序数，e为电子量，h为普朗克常数，n只能取正整数。n＝1时，原子处于能量最低状态E₁，这时原子最稳定，称为基态。n＝2，3，4，…时，原子的能量为E₂，E₃，E₄…，这些状态原子能量比基态高，称为激发态。

图7．1　粒子数反转过程

2．粒子数反转

正常情况下多数原子都处于基态能级上，只有极少数原子处于激发态能级，而且能级越高，处于该能级的原子数越少。这种分布是原子在能级上的正常分布。如果通过某些特殊方法，如光激励、电激励、化学激励等手段使原子在能级上的分布倒过来，也就是使某个高能级上的原子数多于某个低能级上的原子数。这一情况正好与正常的原子分布状态相反，这种原子在能级上的不正常分布称之为粒子数反转。粒子数反转是产生激光的必要条件之一。图7．1为粒子数反转示意图。粒子数反转的形成，首先要经过受激吸收跃迁过程。这种过程中，粒子吸收了一定能量后从低能级E₁跃迁到高能级E₂，但是只有供给原子系统的能量（光子能量或其他方式的能量）hυ＝E₂－E₁，才更容易被原子吸收。其中，υ是光子的波动频率。

并非任何物质都能实现粒子数反转。物质能否实现粒子数反转，主要取决于物质的结构。能实现粒子数反转的物质在发生受激吸收跃迁之后，粒子跃迁到高能态，在高能态停留“较长”时间，使粒子能在高能态上积累，才有可能实现粒子数反转。只有能实现粒子数反转的物质才有可能产生激光。把能实现两个能级间粒子数反转的物质叫做激活介质或增益介质。激活介质可以是气体、固体、液体或半导体。

实现粒子数反转的方法有多种，如用光照、放电、化学反应等，均能对基态原子进行激发，使其跃迁到高能态。通常把各种能源对基态原子的激励也称之为泵浦或抽运。

3．自发辐射

原子跃迁到高能态后，不受外界作用自发从高能态回到低能态的过程称自发跃迁。在自发跃迁过程中，若以光的形式辐射出能量为hυ＝E₂－E₁（图7．2）的光子称自发辐射，若不是以光的形式，而是以热的形式释放出多余的能量，则称为无辐射跃迁。

图7．2　原子的自发辐射过程

4．受激辐射

为简化计，只用两个能级说明。假设一个处于高能级E₂的原子受到能量为E₂－E₁＝hυ的光子a照射而由高能级E₂跃迁（跳回）到低能级，该电子在跃迁到低能级的同时发射出光子b，这一过程称受激辐射。

图7．3（a）为光子a辐射感应处于高能级E₂上的原子，（b）为E₂上的原子受到光子a的作用后，由高能级E₂跃迁到低能级E1，能量E₂－E₁＝hυ转变为一个光子b。故系统的光子数由原来的一个增加为两个，即光被增强了。

图7．3　原子的受激辐射过程

受激辐射的特点是：①只有当外来光子的能量hυ与E₂－E₁相等时才能产生受激辐射；②受激辐射所产生的光子与外来光子的频率、相位、偏振方向、传播方向等完全相同，同时光被放大了。受激辐射是激光产生的重要基础。

5．激光谐振腔

有了能实现粒子数反转的激活介质，没有激光谐振腔，仍不能产生激光。激光谐振腔的构成和产生激光的过程如图7．4所示。

谐振腔由两块相互平行而又同时垂直于工作物质中心轴线的反射镜构成。其中一块是全反射镜1（反射率达98%以上），另一块为部分反射镜3，见图7．4（a）。

图7．4　激光的产生过程

谐振腔中的初始光辐射是由自发辐射产生的，这是一种无规律的辐射方式，是向四面八方发射的，因此这种光不是激光，如图7．4（a）所示。在这些向四面八方发射的光中，凡沿着谐振腔轴线方向的自发辐射，会在谐振腔中多次来回反射。在来回反射过程中不断产生受激辐射，受激辐射产生的光子也来回反射，光子每经过一次激活介质就得到一次光放大。当光被放大到超过光损耗（如透射、衍射、吸收、散射等损失）时就产生了激光振荡，并在部分反射镜一端输出激光，如图7．4（b～d）所示。而不沿轴线传播的光子经过几次反射后便会很快逸出腔外。因此，没有激光谐振腔是不能产生激光的。

谐振腔的种类可以根据反射镜曲率半径和镜间不同距离分为以下几种常见类型：

平行平面腔：由两块距离为L，平行放置的平面镜构成（如图7．5a）。

平凹腔：由相距为L的一块平面反射镜和另一块曲率半径为R的凹面反射镜构成，如图7．5（b）。

双凹腔：由两块相距为L的，曲率半径分别为R₁和R₂的凹面反射镜构成，如图7．5（c）。当R₁＝R₂＝L时，称对称共焦腔（两凹面镜焦点在腔中心重合）。

图7．5　几种结构的谐振腔

按图7．5所示的谐振腔结构，必须满足稳定条件，才能有稳定的激光输出。经证明，对于腔长为1，反射镜曲率半径分别为R₁、R₂的谐振腔，其稳定条件为：

综上所述，激光的产生过程是：在一个谐振腔中，用光或其他方式激励激活介质形成一个有序的一定频率的光经过谐振腔放大到超过光损耗（如透射、衍射、吸收、散射等）时，就产生激光振荡，并在半反射镜的一端输出激光。

7．1．2　激光的特性

激光是一种新型光源，它的许多特性是自然光等普通光源无法比拟的，其主要表现为高的方向性、高亮度、高单色性和高相干性。

1．高的方向性

激光的方向性常用平面发散角θ表示，如图7．6所示，它定义为：离激光器一定远（5m以外）的两处Z₁与Z₂，所对应的光束直径d₁与d₂（由光束截面中最强光强的1/e²的边缘来确定），其差值（d₂—d₁）和（Z₂一Z₁）的比值。即：θ＝（d₂－d₁）/（Z₂－Z₁）

图7．6　激光的发散角

普通光源如电灯、蜡烛等发出的光波都是向四面八方发射的，其光束发散角为4π球面度立体角。即使采用定向聚焦装置（如手电筒、探照灯等）来提高光束的方向性，其发散角θ也只能缩小到几度、十几度量级，方向性仍然很差。而激光器由于受到谐振腔的严格限制，所有光子都是按同一方向、沿同一直线传播的，故其发散角极小。由此可见，激光具有极高的方向性。

2．高亮度

光源的亮度是指光源表面单位面积上在单位时间内垂直于表面方向的单位立体角内发射出的光能量。在激光技术中，常用瓦特/（平方厘米·球面度），即W/（cm²·Sr）作为亮度的单位。

太阳光尽管发出的总能量很大，但其亮度有限，约为10⁵W/cm²·Sr，因为太阳发光面积大，又在4π球面度立体角发射。而一台输出能量只有1焦耳的红宝石激光器，若发光端面为1cm²，发光时间1ms（毫秒），发散角1mrad（毫弧度），其亮度为10⁹W/（cm²·Sr），若发光能量不变，把发光时间从1ms缩短到1ns（纳秒），其亮度比太阳亮度高10¹⁰倍。这是因为激光光能在空间和时间上高度集中的结果。

3．高的单色性

单色性是用某一光波颜色纯度或所含波长范围（即频带）宽窄来表征的，颜色越纯或频带越窄则表示该光波的单色性越好。

普通光是大量能级间的辐射跃迁，其谱线分布是连续或准连续的，所以其波长范围（频带）很宽。如自然光中单色性最好的Kr⁸⁶（氪）光谱灯，其谱线宽度Δλ＝0．00047nm，而He－Ne激光器的激光谱线宽度Δλ≤10^－8nm，这比氪灯窄了数万倍，这是由激活介质的增益作用和谐振腔对光的放大作用产生的，使得激光成为目前单色性最高的光源。

4．高的相干性

所谓相干光，指在一般情况下，两束光波如果频率相同、振动方向相同、相位保持恒定即可产生光的干涉现象，把这两束光称为相干光。

光的相干性分为时间相干性和空间相干性。时间相干性指光源上同一点在不同时刻t₁和t₂发出的光波之间的相干性，用“相干时间”和“相干长度”来表示。单色性越好相干时间越长，时间相干性越好。

空间相干性是指光源在同一时刻，由空间不同点发出的光波之间的相干性。理想的平面波（或球面波）同一时刻任何不同点发出的光波都有固定相位差，空间相干性好。用“相干面积”表示光的空间相干性。光源的相干面积是指在该面积内任意两点发出的光都是相干的。激光单色性最好，其发出的光波接近平面波，所以激光是目前相干性最好的光源。

7．1．3　激光的生物效应

激光是一种新型的人造光源，和普通光比有许多新的特点。由于这些新特点，激光照射到生物物质并相互作用时，除了同样波长的普通光所引起的生物效应外，还能引起许多特有的生物效应。如能适当地利用和控制这些反应，就会有利于生物的生存和延续，如果不适当地利用和控制这些反应就会造成危害或严重损伤。因此，研究与理解激光生物效应是非常必要的。

1．基本理论

（1）热作用。主要说明其意义和机制两个方面。

激光照射生物组织或器官后产生热作用。弱激光热作用的意义在于，用人工的方法给予生命物质以能量，使其增加作功的本领，从而有能力改变病理状态，恢复健康。强激光热作用的意义则在于有目的地造成生物组织的局部损伤，以达到所希望的诸如焊接视网膜、清除各种赘生物、气化、切除癌灶等病变组织。

激光的热作用机制因其量子能量不同而异。低能量光量子可引起生物组织直接生热，高能量光量子则需经过一些中间过程后才生热。

①红外激光的生热机制。红外激光产生于发光物质的振动态和转动态能级之间的跃迁，因此这种光的量子能量较小。若生物组织吸收了这种光量子，则只能引起生物分子振动和转动，并转化为平动能即增加了生物分子的热运动——宏观上表现为生物组织温度升高。这种生热没有中间过程，故称直接生热。

②可见和紫外激光的生热机制。可见激光和紫外激光的光量子能量较大，若生物组织吸收了这种光量子，则可引起生物分子的电子态跃迁，在它从电子激发态回到基态的弛豫过程中要释放能量，这个能量可能主要引起光化反应，也有可能引起热效应。在这种情况下所引起的热效应来自两个途径：一是受激分子的无辐射跃迁时所放出的能量使其周围分子热运动增强。二是在回基态过程中，在其甚为复杂的众多能级之间分次逐级向下弛豫，每次便释放较低的量子能量，使其周围分子热运动增强。

（2）光化学作用。当一个分子吸收一个光子后，将使该分子上升到电子激发态，从而开始一系列此激发态分子返回到它起始的基态及其能量不断降低的过程。在此过程中，除了发生辐射和非辐射（所谓光物理的）之外，激发态分子还可以经过若干键断裂与键形成的化学反应，就是旧键被完全破坏或新键形成的过程，这就是所谓的光化学反应。

对生物组织来说，一般的光化反应是生命存活所必需的，是一种储能方式，在正常生物体内不断地进行。例如视网膜的视紫红质异构化，在紫外线照射下皮肤产生维生素D，植物叶绿素的光合作用等。根据体外实验的结果，光化学反应可分为几种类型：光致聚合反应，取代反应，光致分解，光致氧化，光致异构，以及光敏化作用等。

当激光辐照时，其能量没有达到破坏生物组织，热效应与压强效应不占主导作用时，在生物组织中可能主要是光化学效应。在脉冲激光照射下，特别是可见光与紫外线激光照射下，许多生物大分子的最大吸收波长是处于紫外线波段，在生物大分子内也发生了光化学反应，从而引起不可逆的病理性变化。由于生物大分子吸收激光能量，（包括单光子吸收和多光子吸收）而被激活，产生受激原子、分子和自由基等，引起生物组织内发生一系列化学反应，导致酶、氨基酸、核酸与蛋白质等生物大分子降低活性，甚至失去活性。分子结构也会因此而发生不同程度的变化，从而产生相应的生物效应。由于光化学反应而引起的核酸与蛋白质的变性，以及酶的失活等，人们认为是光致异构作用的结果。

大多数细胞对可见光是不敏感的，因为它们的有机组分对可见光没有明显吸收。但是如果有适当的光敏化剂存在，并在生物组织细胞内浓集时，某些细胞器大分子能选择地吸收这些敏化剂。受到激光照射后敏化剂分子吸收光能，引起光化学反应，从而使细胞器遭到破坏，甚至将细胞杀死。例如，荧光显微镜观察证明，有卟啉存在的培养动物细胞中敏化剂浓聚于溶酶体。随后在光照中溶酶体膜的通透性增加，并导致溶酶体破裂，细胞死亡。某些敏化剂（如玫瑰红）能选择性地浓集于细胞膜中，光照时，细胞膜通透性改变，钾离子丢失，细胞原生质外流，吖啶橙能选择性地累积在染色体中，光照时就会使染色体断裂。

在敏化反应中存在着两种机制：即光毒性机制和光变态反应机制。光毒反应是即刻发生的，而光变态反应是滞后发生的。由于光敏反应形成新的化合物，这些化合物与蛋白质作用而产生一些“光致抗原”，然后这些光致抗原产生某种免疫反应。光毒反应会表现出一系列光照症状，如皮肤搔痒和皮肤损伤（包括变红、水肿、坏死及溃疡等）。在临床上广泛利用光敏化作用进行诊断和治疗。例如用血卟啉和荧光素钠盐等在肿瘤组织中蓄积后排泄慢，因而有在肿瘤细胞中相对浓度增高的特性，然后用氦镉激光或氩激光照射可显出荧光，以便进行肿瘤诊断，或者用氦镉激光或可调谐染料激光照射，就可杀死细胞进行治疗。

（3）机械作用。由于激光能在很短的时间（10^－9～10^－12s）和很小的空间（10^－6cm³）内将并不很大的能量集中起来，使功率密度达10¹⁵W/cm²量级，因此能在人体组织中产生高温（10⁶℃）、高压（10⁵MPa）和高电场强度（10⁸V/cm）等特殊效应。

①光压。由于光子有动量，所以当它照射物体时必然会对受照处施以压力，此力即为光压，光压的计算公式为P＝I/c，式中I为正入射的光的功率密度，c是光速。

②气流反冲压。当用调Q脉冲激光聚焦照射生物组织时，被照组织温升急剧，并迅速沸腾，从受照处喷发出一股气流，生物组织则受到这股气流的反冲力。

③内部气化压。内部气化压发生在组织内部或眼球、脑室等封闭体系内。只要激光功率密度足够大，能在瞬间使其能量密度超过体液蒸发阈值，则上述系统内气、液两相共存。气液共存时的压力、温度和密度由系统的临界常数决定。由于液体成分主要是水，而水的临界温度为375℃，临界密度为0．4g/cm³，临界压强是21．8MPa，所以若调Q脉冲激光可以使其能量大到足以在瞬间引起蒸发，使作用处两相系统加热到临界点，产生21．8MPa的压力，使气泡迅速膨胀，产生瞬变压力，导致定域损伤，或眼球内、颅内“爆炸”。

④热膨胀超声压。用强激光照射生物组织，受照处迅速升温，结果形成气化和体积膨胀。体积迅速膨胀，在边区产生超声频率的弹性振动即超声波。已知超声波是压力波，压强幅值的大小和所产生的温度梯度成正比。所以只要某点升温极其迅速，即可获得很大的温度梯度，从而就有很强的超声压。

⑤电致伸缩压。激光是电磁波，当用足够强的激光照射生物组织时，生物组织将在电场作用下发生极化，极化产生应力，应力引起电致伸缩。极化时这种电荷再分布引起力矩，其单位面积上的合力叫做电致伸缩压强。

（4）电磁场作用。激光是电磁波，所以激光与生物组织的作用也是电磁场与生物组织的作用。一般认为电磁场作用于生物组织时起作用的只是电场。电场强度与激光功率密度的关系是：

式中E为电场强度，I为激光功率密度。若I＝10⁹～10¹⁵W/cm²，则E＝10⁶～10⁹V/cm。这种强电场强度可在生物组织中产生各种次级效应，如产生二次、三次谐波（由生物物质中的电偶极子随电场振动而发射），被生物大分子吸收后引起变性，产生化学活性很强的自由基，导致一系列的生化反应，引起生物大分子发生双光子吸收现象，进一步在生物体内引起光化效应。电介质在电场作用下产生感生电偶极矩，使生物物质电场频率变化而发生电致伸缩现象等。

（5）弱激光的生物刺激作用。激光照射生物组织后，若不直接造成生物组织的不可逆性损伤，则此受照表面处的激光称为弱激光。弱激光照射生物机体时，是一种刺激源，生物机体对这种刺激的应答性反应可能是兴奋、也可能是抑制。实验及临床证明，弱激光照射可引起生物机体内一系列的生物效应。弱激光生物刺激作用机理有：

①生物电场共振吸收、调整生物等离子体假说。这种假说认为：生物组织具有半导体性能，所以生物组织内有导电区，因而其中存在着一定密度的自由电荷，这种自由电荷叫生物等离子体，这些生物等离子体构成了生物电场，这种场能处于特定的能态。在健康状态下，由于有神经、体液、及生物电场的调节控制，这种生物等离子体处于内稳定状态。但当在内外环境的不利影响下，等离子体的内稳定若受到扰动，就可导致病变过程发生。He－Ne激光光量子能量正好与生物电场的能量特征相近，所以用He－Ne激光照射会引起生物组织对这种激光能量的共振吸收，进而干扰机体不正常的场能，使之达到平衡，恢复健康。

②光色素系统吸收、调节生命过程的假说。这种假说认为：在高等动物中也存在着与植物、微生物类似的光色素系统。实验证明该光色素可能就是过氧化酶。另外可能还有另一种未发现的色素，这种色素吸收He－Ne激光后，能对多种生理变化起触发作用，能调节和控制RNA和蛋白的合成。

③细胞膜受体吸收、活化细胞机能假说。这种假说认为：He－Ne激光的治疗作用很可能是通过细胞膜受体实现的。在He－Ne激光作用下，通过受体的参与发生光致敏化，产生了光照活化效应，表现为生化合成过程水平的提高，环三羧酸酶和细胞色素氧化酶活性的提高，细胞利用氧的能力加强，氧化过程的活化，增加高能体ATP的形成，提高DNA—RNA－蛋白系统的活性，增强细胞的有丝分裂并活化增殖过程，刺激细胞的内外生理过程和修复再生过程。

④类脂极化分子受偏振光调节、改变细胞膜类脂双分子层构象的假说。这种假说认为：细胞膜是类脂双分子层结构，而类脂分子是电偶极子。当用线偏振光去照射细胞时，线偏振光的电场力强迫类脂分子的极化头顺着所施偏振光的电场方向重新排列，结果改变了细胞膜上类脂双分子层的构象，从而影响到了与细胞膜有关的每一个过程，如细胞的能量代谢、免疫过程和酶的反应等。

2．激光参数对生物作用的影响

（1）波长的影响。大量基础研究和临床实践表明，激光与生物组织作用时，几乎所有的生物效应都直接或间接与激光的波长有关，如在理疗中利用激光的热作用、生物刺激作用与激光波长有关。激光治病，是基于生物组织能吸收激光。不同生物组织选择性吸收不同波长的光，如组织中的氧化血红蛋白、黑色素是可见光的吸收体，蛋白质和DNA是波长为200～350nm的紫外光的吸收体，组织中的主要成份——水是波长大于2μm的红外光的吸收体，又如激光治疗肿瘤时的光化作用效率高低也与波长有关。

（2）剂量的影响。

①激光剂量的定义。激光剂量是指激光束垂直照射到生物体单位面积上的功与照射时间的积：

式中W为激光功率，A为受照面积，t为照射时间，Q为入射激光与受照面法线的夹角。

②影响剂量的因素：

入射角：激光剂量值的大小随入射角增加而减少，即与入射角余弦成正比。

受照面积：鉴于激光功率在光斑上按高斯分布，即中心处光强最强，边缘处最弱。按光斑的定义应先测量该激光束在波阵面（受照面）上的高斯分布曲线，然后取其最大振幅值的1/e处作为光斑的边缘，但在临床实践中多以肉眼所见光斑作为受照面积。对于不可见光，则测量其转换材料所显示的可见的荧光光斑。显然测量肉眼所见的光斑、误差较大。

功率与功率密度：由于激光功率在光斑上的分布是不均匀的，所以功率密度实际上是平均值。对于单横模激光束来说，光斑中心处功率密度最高，对于多横模激光束则光斑上常呈多中心分布。显然单横模激光的光斑中心处的功率密度要比测量到的平均功率密度高好多倍。

照射时间：由剂量公式可知，当功率密度确定以后，照射时间是决定剂量大小的唯一因素。剂量值随时间增加而呈正比增加。

（3）物理剂量与生物剂量。上面介绍了激光的物理剂量以及影响这一剂量的因素。但在临床应用时常常直接按生物组织反应的强弱程度分级，并定出分级的标准。按照这种标准所分的级称为生物剂量。例如临床上常按红斑反应程度分成六个级别：0级（亚红斑量）、Ⅰ级（最小红斑量）、Ⅱ级（弱红斑量）、Ⅲ级（中红斑量）、Ⅳ级（强红斑量）和Ⅴ级（超强红斑量）。又如激光对眼底行凝固治疗时，按眼底灼伤程度，参照Noyori分级法分成四级。

Ⅰ级：临床表现为光凝斑小于激光束的光斑，是轻度损伤，损伤呈灰色，盘形状。病理组织学观察到在照光的当日视网膜色素紊乱，视神经纤维与视神经节细胞层有渗出液，外核层细胞肿胀，核有解体，着色不规则。30天后渗血消失，色素移行到内核层，有皱折形成，视网膜与脉络膜黏连紧密。

Ⅱ级：临床表现为光凝斑大小与激光束的光斑相仿，伤斑中央有色素聚集，伤斑周围也有些色素，常形成环状。在中央色素区和视网膜下有小气泡，伤斑外围常有一模糊灰白色晕。此级为临床治疗所需要的最好的凝固反应。病理组织学观察，在照光的当日见视网膜色素紊乱和渗液均较Ⅰ级显著，核层细胞明显变形、扭曲和坏死，细胞质及其联合质消失，照光后第4天外层感光层及内外核层有色素、核层细胞变形和坏死，色素上皮水肿、变性和明显增殖，14天后视网膜下渗液消失，色素移行于视网膜全层，正常的视网膜结构为胶质增生所代替，100天后色素上皮增殖变形，视网膜和脉络膜纤维使其牢固黏连。

Ⅲ级：临床表现为光凝斑略大于激光束光斑，灰色盘形及外围晕轮的界限更清晰。常可见气泡进入玻璃体内及小量视网膜出血。此级已超出了临床治疗量。病理组织学观察，其形态学各项改变与Ⅱ级相似，但更明显，可见视网膜各层结构均有断裂，在损伤中央视网膜下有气泡，4天后渗出液充满断裂处，视网膜全层结构毁坏，色素移行于视网膜感觉层，病灶下的脉络膜染色较深，断裂处可见视网膜与脉络膜黏连。

Ⅳ级：光凝斑的大小和损伤程度均较Ⅲ级者更大，有更多的气泡、出血和渗液，最后形成瘢痕，大大超过了临床治疗需要量。病理组织学改变为透明膜破裂，来自脉络膜毛细血管的出血经此破裂口进入玻璃体内，一般4～10天吸收，玻璃体有皱褶及脱离、视网膜前间隙可见出血与渗出，最后形成瘢痕。

（4）剂量因素对生物作用的影响。

①激光剂量与生物作用的非线性规律。

·生物作用的抛物线规律。用同一剂量每日照射生物体一次，通常照射3次以后才开始“见效”，而且这种效果随照射次数的增加而增加，至第10～17次时达到最大值，以后作用逐渐减弱，以至于起到相反的作用。

·小剂量引起兴奋，大剂量引起抑制。当激光剂量超过刺激阈值后，组织对初始刺激的反应是兴奋，但这种兴奋性并不随剂量增加而增加，达到一定值以后，兴奋转变为抑制。

·生物组织对刺激剂量的适应性。由于生物组织对刺激的适应性，通常开始几次用较小剂量，3～5次之后就需逐渐加大剂量才能维持原来要求的兴奋或抑制的治疗目的。

在临床实践中也观察到多次小剂量照射之和等于一次大剂量照射所引起的生物效应。但若剂量超过生物耐受剂量，将产生负作用，所以用小剂量多次照射安全。但剂量过小会毫无作用，所以选取合适的剂量十分重要，一般通过实验确定。

②剂量因素的不同配比对其生物作用的影响。

·功率密度与照射时间的配比。按照定义激光剂量等于正入射功率密度与照射时间的乘积，因此若功率加倍、作用时间减半，则其生物作用效果应当是一样的。但实验表明，这只在一定的作用时间范围内适用。

·功率与作用面积的配比。根据功率密度的定义得到，若同时扩大或缩小功率和作用面积，其比值不变。事实上功率密度的高低表征刺激强度的强弱，只要受照处的强度超过刺激阈值，则刺激作用效果一般与作用面积无关。