分布Er:YAG激光对皮肤光致热分解作用数值分析

为了计算分布Er:YAG激光皮肤治疗中微尺寸调Q Er:YAG对皮肤组织光致热分解作用中的压力曲线,采用分布Er:YAG激光皮肤软组织光致热分解作用的数学模型进行数值计算,得到将激光功率密度控制在合适范围内,能使皮肤组织快速汽化而不碳化,且在该功率密度范围内受照皮肤组织内部形成很短持续时间强大压力的结果.结果表明,合适的功率密度的分布调Q Er:YAG激光皮肤治疗,能达到皮肤周围组织损伤小、手术疼痛感少的效果.该计算结果与国外的实验报道基本吻合.     

水雾对调Q Er:YAG激光消融牙本质阈值及损伤的影响

研究了调Q Er:YAG激光消融离体牙本质过程中水雾的作用及其对消融后牙本质微结构的影响。调Q Er:YAG激光重复频率为3 Hz,脉冲宽度为62ns,作用脉冲数为10,能量范围为4~70 mJ,水雾流量分别为0,4,9,13mL/min时消融牙本质。每种实验条件下消融10个牙本质样品,利用扫描电镜观察消融坑洞微结构。实验结果表明,随着水雾流量的增加,调Q Er:YAG激光对人牙本质的消融阈值呈逐渐增加的趋势,牙本质所受机械损伤减小。实验结果对了解调Q Er:YAG激光消融牙硬组织的微观结构及牙科治疗应用具有参考价值。     

一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法

提出了一种改良的非稳腔热透镜测量方法,采用此方法对Nd：YAG连续激光器临界稳定点的输出功率进行测量,计算得到Nd：YAG晶体连续工作模式下的有效热透镜焦距,同时对主动调Q Nd：YAG激光器进行实验,采用改良非稳腔方法测量了主动调Q Nd：YAG激光器的热透镜的焦距。连续和调Q工作模式下的热透镜焦距实验结果有较好的一致性。文中对固体激光器的热透镜焦距进行了理论计算,理论计算结果与实验结果在误差范围内能较好地吻合,证明了文中提出的热透镜改良测量方法的有效性和可靠性。     

LD泵浦Nd:GdVO4 晶体Cr4+:YAG 被动调Q 激光脉宽控制

采用LD 泵浦技术, 实现了Nd:GdVO4、Cr4+:YAG 被动调Q 1.06 μm 激光运转。通过改变泵浦光束在激光晶体内的分布以及Cr4+:YAG 晶体在腔内的位置, 实现了LD 泵浦Nd:GdVO4 晶体Cr4+:YAG 被动调Q 激光器的脉宽控制。根据由ABCD 矩阵传输理论计算得出的腔内模式半径沿腔轴的变化关系, 考虑激活介质热效应以及泵浦光强和腔内振荡光强的空间高斯分布, 给出了LD 泵浦Nd:GdVO4 晶体Cr4+:YAG 被动调Q 激光的耦合速率方程组, 数值求解该方程组, 获得了脉冲宽度随饱和吸收体在激光腔内位置和泵浦光在激活介质内分布的变化关系, 理论计算与实验结果相符。     

脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮烧蚀机制研究

青铜金刚石砂轮具有优良的磨削性能，在初次使用和磨损后必须对其修锐。由于青铜结合剂和金刚石磨粒之间存在热物理、光学性质的差异，可通过选择合适的脉冲激光功率密度去除结合剂，凸出磨粒，实现选择性去除。针对声光调Q YAG脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮，建立了适合激光烧蚀青铜结合剂的实际过程的传热与气化动力学模型，运用数值计算模拟出各种激光功率密度下的熔层温度、熔层厚度和烧蚀速率，进而获得激光功率密度与激光烧蚀凹坑深度的关系，并与实验结果进行比较。通过验证表明所建立的模型可以正确描述实际物理过程。     

Nd~(3 )∶YAG激光配单丝导光纤维的初步临床应用

Nd~(3 ):YAG 激光波长1.06μ,处于近红外波段,能引起生物分子热振动,产生热效应。红、兰、黑等色素对它有很好的吸收性,能用于治疗皮肤粘膜表浅病变。如经光学透镜聚焦后,功率密度达每平方厘米万瓦以上,可对局部组织施行气化,切割等手术。有人曾对动物肝脏作过实验,在激光作用区域3mm 范围内,肝脏出现热凝固,坏死,在大于3mm的范围,肝细胞的线粒体结构完整。70年代以来,将Nd~(3 ):YAG激光配耦合装置,通过单丝导光     

双波长输出的Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器的腔设计与参数选择

设计了能同时输出波长为1.06μm的调Q脉冲和波长为1.44μm的调Q包络下的自锁模脉冲的Nd:YAG/Cr^4 :YAG激光器的腔结构。通过理论分析和数值计算，选择了合适的谐振腔参数，使Cr^4 :YAG内的泵浦光和振荡激光模式得到匹配：以及可利用Cr^4 :YAG的自聚焦和软光阑效应相结合形成的等效可饱和吸收体，实现1.44μm激光的克尔透镜锁模。     

Er3+2.79μm激光器转镜调Q系统的特性分析

当YSGG、GGG、GSGG、YAG、YLF作为基质材料时，Er3+的4I11/2 能级和4I13/2 能级之间能够跃迁产生2.7~3μm的激光，该波段激光在医疗、军事等方面有着重要的应用价值。在790nm泵浦光作用下，Er:YSGG作为工作物质可产生2.79μm激光。通过构建Er:YSGG能级跃迁的速率方程，对转镜调Q激光器的系统特性进行了理论分析，并在此基础上进行数值模拟，得出了在给定激光工作物质参数的情况下，系统的各个变量对转镜调Q激光器性能的影响。这些结论将为类似实验的设计和改进提供理论指导。     

Cr4:YAG被动调Q激光器脉冲波形数值模拟及优化

从Nd:YAG晶体Cr4+:YAG被动调Q激光耦合速率方程组出发,数值求解该方程组,获得了激光脉冲的波形。从能量分布和时间分布的角度分析了被动调Q激光脉冲波形的不对称性。定义了描述脉冲波形的对称因子并分析了其与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系。提出了计算脉冲宽度的新方法,重新计算了在脉冲波形非对称条件下的脉冲宽度及其与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系。提出了优化脉冲波形和脉宽的简便方法。     

LD泵浦Nd:GdVO4晶体Cr4+:YAG被动调Q激光脉宽控制

采用LD泵浦技术，实现了Nd：GdVO4、Cr^4＋：YAG被动调Q1．06μm激光运转。通过改变泵浦光束在激光晶体内的分布以及Cr^4＋：YAG晶体在腔内的位置，实现了LD泵浦Nd：GdVO4晶体Cr^4＋：YAG被动调Q激光器的脉宽控制。根据由ABCD矩阵传输理论计算得出的腔内模式半径沿腔轴的变化关系，考虑激活介质热效应以及泵浦光强和腔内振荡光强的空间高斯分布，给出了LD泵浦Nd：GdVO4晶体Cr^4＋：YAG被动调Q激光的耦合速率方程组，数值求解该方程组，获得了脉冲宽度随饱和吸收体在激光腔内位置和泵浦光在激活介质内分布的变化关系，理论计算与实验结果相符。     

双脉冲激光对生物组织的热和声损伤机理研究

本文从提高治疗效果减小生物组织声损伤和提高激光的能量利用率考虑，提出双脉冲治疗皮肤色素性病损的方法，并建立皮肤组织的热传导模型，对多脉冲治疗时生物组织的热损伤和声损伤进行的理论分析，表明双脉冲治疗可以提高疗效，减小生物组织的声损伤。同时，为减小组织的热损伤，脉冲间隔最小应为4倍的组织热驰豫时间。经病理实验得到验证。实验中双脉冲激光为200微秒。     

不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究

激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤,需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,讨论了组织的边界条件,建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明,激光功率几何倍增时,组织内部的最大温升呈几何倍增趋势;条件一定时,组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加,生物组织表层温度变化的剧烈程度增大,而内部温度变化的剧烈程度较小,且随着轴向深度增加,组织内部温度逐渐呈线性趋势。     

激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题,建立了连续激光辐照生物组织的热学模型,通过分离变量法求解热传导方程,得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解,并以氧碘激光辐照皮肤组织为例,计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明,皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加,辐照结束后,皮肤表面温度缓慢下降,深处温度先缓慢上升,再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致,证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。     

脉冲激光波长对生物组织温度场影响趋势研究

根据生物组织热传导方程,分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,建立了基于有限元方法的的三层皮肤组织模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,仿真研究了不同波长脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部温度场分布、激光入射深度与激光波长之间的关系。结果表明,激光波长增大,皮肤组织的温升效果呈下降趋势。由于皮肤组织对不同波长激光具有不同的吸收特性和衰减特性,使得激光的入射深度在很大程度上取决于与激光波长。     

Pulsed CO2 laser ablation of tissue: effect ofmechanical properties

The ablation rate of guinea pig skin and bovine aorta, myocardium, and liver by a CO2 laser emitting 2-microseconds-long pulses was quantified. Ablation efficiency was found to be strongly dependent upon the ultimate tensile strength of the tissue; the ablation efficiency of liver is seven times that of skin. Gluteraldehyde cross linking of skin, which is known to greatly increase tissue stiffness but not significantly affect ultimate tensile strength, did not change the ablation rate. The water content of the tissues, which largely determines the optical and thermal properties, was measured and found to vary only slightly. The results demonstrate that tissue mechanical properties are important in the interpretation and modeling of pulsed laser ablation of tissue and that variations in these mechanical properties can lead to drastically different cutting rates for different tissues.     

不同形状连续激光辐照皮肤组织温度场数值模拟

本文基于生物组织热传导方程,分析了连续平顶型激光和连续高斯型激光辐照皮肤组织的热传递规律,建立了更为接近细胞尺寸的三层皮肤组织模型,采用有限元方法对两种不同形状激光作用于皮肤组织时产生的温升情况进行了数值模拟,仿真研究了不同作用时间、不同表面距离和不同深度的皮肤组织温度场分布。结果表明,相同条件下,由连续平顶型激光在组织内部产生的最高温度明显小于高斯型的,主要原因是平顶型激光能量分散,而高斯型能量相对集中。连续高斯型激光辐照组织后产生的温升区域面积和穿透深度均较大,撤去激光后达到初始温度的冷却时间也相应较长。     

波前控制技术在激光照射皮肤组织中的应用

简述了激光光束波前校正计算过程,并介绍了激光光束波前控制技术在血管性皮肤损伤中应用的前景,建立了利用改变激光波前来提高透过皮肤组织光强的实验装置,详细报道了波前控制技术用于激光照射皮肤组织的实验结果。实验结果表明在照射激光剂量不变的情况下,通过波前控制可以大幅度提高穿透皮肤的激光局部能量密度。     

激光生物加热定量分析

激光对生物体有热作用、压强作用、光化作用、电磁场作用和生物刺激作用,其中用得最广泛的是热作用。热作用的具体表现是气化、切开和热凝组织、热杀细胞和局部热敷。具体表现为哪一种形式,则决定于激光波长、照射时间以及在照射面上的功率密度,还取决于生物组织的反射、折射、吸收、散射、透射、密度、比热、热导率、热扩散率、热传递系数、色素类型,分布和密度、血管分布、血速和血氧合以及诸层状结构、细胞的分裂程度,分裂速率和代谢状态等。     

强激光辐照下生物组织二维瞬态温度场分布数值模拟

基于生物组织热传导方程,探讨了强激光辐照生物组织的热传递规律,建立了三层皮肤组织模型,用有限元方法对脉冲激光作用于生物组织时产生的温升进行了数值模拟,给出了皮肤组织的二维瞬态温升云图．研究了激光脉宽、束腰半径等参数对生物组织径向、轴向温度的影响趋势。结果表明,激光束腰半径增大,皮肤组织的径向温升扩散区域及轴向温升深度增大．中心最高温度减小激光脉宽减小,中心最高温度增大。激光辐照结束后,皮肤组织温升会持续一段时间,达到峰值后逐渐、下降。     

低能量密度下飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金靶材的微观相变行为

运用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用,研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明,超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时,压力波传播引起了热能的弛豫。脉宽为100 fs,功率密度为20~35 mJ/cm2的激光与靶材作用时,烧蚀产生的压力波在其传播过程中诱导靶材发生了相变,并形成三明治结构。