早在1880年，Bell首先在固体中观察到光声转换现象，并称这种光声转换的物理现象为光声效应（photoacoustic effect）。光机械作用达到一定阈值时可能会产生光声效应。当脉宽短到一定程度（如皮秒级，包括部分纳秒级激光），作用于相应的靶目标会产生光声效应（声学应力效应）（图2-23）。导致光声效应的短脉宽称为应力限制时间（stress confinement time，SCT）或应力临界时间，也称应力弛豫时间（stress relaxation time，SRT）。

激光产生声波的原理较为复杂，简而言之，有两种不同机制：一是光能被吸收后产生热量可激发的热弹性膨胀或沸腾现象，以及由非热激发而产生的光致破裂等；二是非光能吸收的电致伸缩或辐射压力等现象，也能产生声波。皮秒激光超短脉冲作用于角质形成细胞及黑素细胞中的黑素颗粒，可以产生等离子体效应，产生激光诱发光学熔损效应从而导致光声效应。

激光照射到组织上时，光能转化为热能，如果激光脉冲宽度足够短，那么热膨胀就会变得很剧烈，这种膨胀会引起周期性的伸张或压缩，进而形成声波并向周围传播。如果在组织吸收区域吸收的激光能量达到某个阈值，产生的热量引起温度急剧升高。由于组织内部含有大量水分子，当组织温度升高到一定程度时，便会发生气化和沸腾现象，这一过程中喷射出的粒子等和组织之间的动量会发生交换，二者的相互作用会产生冲击波，可用于清除某些病变组织。当激光脉宽窄到一定程度及相应的能量密度时，与组织相互作用，达到光学击穿阈值则产生微等离子体、冲击波，发生光学击穿现象，即光致破裂。

较大的文身颗粒（如1 000nm）使用3nm的纳秒激光就能够产生光声效应。一般来说，脉宽越窄（皮秒级），较低的热致膨胀（400～1 000℃）就可以产生光声效应。50nm的文身颗粒（小于50nm的文身颗粒少见）使用10～100ps脉宽可以由于热膨胀拉伸/热弹性张力产生光声效应。因此，为了获得更好的光声效应、避免热扩散导致治疗后炎症所致色素沉着，更窄的脉宽（如小于35ps）、相对较小的能量密度可能更适合色素性皮肤病的治疗。

目前临床治疗特别是色素性皮肤病的治疗中，毫秒级与微秒级激光主要是光热作用，纳秒级激光同时具有光热作用（photothermolysis，photothermy，photothermal effect）与光声作用（photoacoustic effect），而皮秒激光主要是光声作用（图2-23）。

在临床应用方面，光声作用原理可被用于临床诊断和治疗两方面。在临床诊断方面，主要依据热膨胀原理，吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度。于是不同的组织就会产生不同强度的超声波，以此区分不同组织，该技术不会引发探测组织的损伤，而用于临床治疗方面，主要依据光致气化或光击穿原理，可引起治疗靶基的损伤。

近年来，光声作用原理也被应用于皮肤美容方面，类似于选择性光热作用原理，利用脉宽小于组织应力弛豫时间的激光，达到治疗目的的同时减少对周围组织的损伤，即选择性光声作用原理。对于色素性皮肤病和文身的祛除，尽管脉宽为纳秒级的QS激光已被广泛应用于临床，但仍存在一些局限性，如对于某些难治性色素性疾病疗效不明显，可能损伤皮损周围正常皮肤等。针对这些问题，皮秒激光被引入临床。

皮秒激光利用超短脉宽产生的强烈光机械作用，依据光声作用原理，将光能转化为声波，该波瞬间产生的高能量将细胞中的色素颗粒完整震碎为粉尘状态，并能更好地被抗原提呈细胞摄取和代谢，或者改变部分色素颗粒的物理性质，使其不显色。同时，由于其脉宽短，对周围组织的损伤降低，且刺激黑素再生的风险也明显降低。

目前国内临床使用的皮秒激光的主要波长包括532nm、755nm和1 064nm，可分别用于皮肤表皮层、真皮中层和深层色素性皮肤病的治疗，其中大光斑低能量755nm和1 064nm的皮秒激光对黄褐斑有比较好的治疗效果。不仅针对色素性皮肤病，皮秒激光的出现，更多难治性文身得到了有效的治疗，而且目前三种波长几乎可以覆盖目前常见的彩色文身。除此之外，皮秒激光利用聚焦技术，可以瞬间将能量放大数十倍，在真皮层或表皮层形成激光诱发光学熔损效应（laser-induced optical breakdown，LIOB）（图2-24），进而刺激胶原蛋白的新生，可用于皮肤年轻化治疗。

目前国内上市的PicoSure与PicoWay各有千秋，PicoSure的755nm波长对黑色素的吸收是1 064nm的2.98倍；而PicoWay的脉宽更窄、可能具有更好的光声作用，450ps的光声作用是750ps的4.6倍，已经超过755nm波长高于1 064nm黑色素吸收3倍的优势。体外实验显示，采用相同能量（2.8J/cm ²，4mm光斑）、100个脉冲不同脉宽（450ps和750ps）和波长（1 064nm和755nm）的皮秒激光击打黑色颜料的悬浮液，脉宽越短（450ps）的皮秒激光击打后黑色颜料淡化的程度越大，颜料颜色明显由黑色变为浅棕色。但是用以往波长吸收率决定治疗效果的理论就无法解释这一现象，因为755nm的黑色素吸收系数是1 064nm的2.98倍，在纳秒激光治疗的时候，必然是755nm波长的黑色颜料的淡化效果要优于1 064nm波长。而唯一可以解释这一现象的理由就是脉宽由纳秒级进入到皮秒级后光声作用增强，因为450ps的光声作用是750ps的4.6倍，已经超过755nm波长高于1 064nm黑色素吸收3倍的优势。体外实验显示，脉宽长短可能是更为重要的参数，而波长的优势可能逐渐被弱化。