应用200μm钬激光光纤治疗球、膜部尿道狭窄临床分析及新思考

目的:分析和思考内镜下应用(200μm)钬激光光纤治疗球、膜部尿道狭窄的疗效及治疗经验。方法:选取2018年1月—2020年6月样本医院收治的86例内镜下应用冷刀及200μm钬激光光纤治疗男性球、膜部尿道狭窄患者的临床资料进行分析。所有患者尿道造影均提示狭窄段<1 cm,彩超检查提示瘢痕厚度<0.5 cm和(或)合并部分假道。按手术方式分为两组,对照组(冷刀组,41例):应用冷刀纵形辐射状切开狭窄段至正常海绵体深度;观察组(激光组,45例):采用200μm钬激光光纤,“同轴法”纵向切开狭窄段并切除尿道瘢痕,深度同对照组。术后均留置16 F硅胶尿管,2周后拔除,观察其自行排尿情况。结果:观察组患者手术时间长于对照组,术中、术后出血量少于对照组,差异有统计学意义(t=8.494、15.112、14.351、13.300,P<0.05);两组患者术后即刻、术后3个月、术后12个月其自行排尿情况同时复查最大尿流率比较,差异无统计学意义(t=0.130、0.528、0.298、0.312,P>0.05);术后2周,两组患者生理、心理、社会、环境、独立评分均较治疗前明显升高,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(t=13.416、5.429、14.367、9.426、5.529,P<0.05)。结论:直视下尿道内切开术(DVIU)应用200μm钬激光光纤较冷刀不增加并发症,术后患者生活质量更高,评估手术疗效则需要狭窄长度和瘢痕厚度综合考虑。

高压强下2μm波段CO_(2)宽光谱吸收测量与分析

利用宽带可调谐掺铥光纤激光器开展了覆盖152 kPa至932 kPa的2µm波段CO_(2)宽光谱吸收测量实验,通过将实测谱与基于HITRAN数据库计算的理论谱进行峰值匹配完成了波长定标,然后将基线表示为三次多项式并结合理论光谱数据,对原始信号做基线-吸收线整体拟合得到了与实验参数设置相吻合的压强、温度和CO_(2)浓度信息。其中压强计算误差低于5%,温度计算误差低于1%,实测谱与理论谱的整体残差在0.04以内。另外对比了窄带吸收谱与宽带吸收谱的吸收面积反演结果,验证了宽光谱吸收技术在高压测量环境下的可靠性,在温度、气体摩尔分数近似不变的情况下,宽带吸收谱反演的吸收面积与压强在测量范围内保持了良好的线性关系。

2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的TPA探测

【目的】随着光通信技术的快速发展,工作在传统通信窗口的光通信系统未来可能会面临通信“波段紧缩”的状况。而在2μm波段,空芯光子带隙光纤的损耗可以低至0.2 dB/km,掺铥光纤放大器(型号为CTFA)在2μm波段的增益峰值可达30 dB,这些高性能器件的出现使得2μm波段有缓解通信“波段紧缩”的潜力,同时也对制作难度小且利于大规模生产的2μm波段硅基光电探测器提出了需求。硅基光电探测器的工作波段扩展主要方案有采用具有可调谐带隙的Ⅲ-Ⅴ族材料、引入低带隙宽度材料作为吸收区和利用吸收区材料在2μm波段新的光吸收机制等。而Ge具有非常高的双光子吸收(TPA)系数(1225 GW/cm@2μm),并且Ge-on-绝缘体上硅(SOI)光电探测器结构兼容标准硅光器件制作工艺,具有制作难度较低和成本较低的优势,是2μm光电探测器的一种较优方案。文章的研究目的是验证Ge-on-SOI光电探测器利用TPA这一特殊光吸收机制实现2μm波段光电探测的可行性。【方法】文章基于Ge材料在2μm波段较高的TPA效应产生电流的物理机制实现了2μm波段的光电探测。理论上,对Ge材料通过TPA效应产生的光生电流大小进行了分析与讨论;在实验上,基于片上硅基器件有源测试系统对商用波导型Ge-on-SOI光电探测器的光输入端(光栅耦合器)施加经过掺铥光纤放大器放大后的高功率2μm波段输入光,并调整光纤与光栅的对准以及输入光偏振态以尽可能减少输入光传输到Ge吸收层的损耗,最终通过探针获取探测器的TPA光生电流。【结果】在功率为21.9 dBm的2μm光信号输入下,该商用波导型Ge-on-SOI光电探测器在2μm波段产生了高至651 nA的TPA净光生电流,并近似获得了>10 mA/W的响应度。【结论】文章验证了通过Ge材料TPA效应实现2μm波段光电探测器的科学可行性,为基于TPA的2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的设计提供了实验支撑。

2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、国防和科研等领域具有重要意义。目前,实现2μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

sub-500 fs宽度2μm光纤激光振荡器研究进展(特邀)

2μm波段超快激光持续时间短,峰值功率高,光谱范围宽,同时处在大气窗口,多种有机、无机气体分子的吸收峰和人眼安全波段,已广泛应用于生物医疗、激光雷达和非金属材料加工等领域。利用光纤锁模激光振荡器产生2μm波段超快激光是一种最直接简单的技术方法,具有结构紧凑、光束质量高和成本低等优点。然而,目前关于sub-500 fs的2μm波段的光纤激光振荡器却鲜有报道。基于传统孤子和色散管理孤子两种孤子锁模方式,全面介绍了目前2μm波段sub-500 fs光纤振荡器的研究进展,并总结了实现sub-500 fs脉宽2μm超快激光的关键技术。针对不同的应用领域的具体需求,对2μm超快激光光纤振荡器的未来发展进行展望。

2 μm超宽带PbS量子点光纤放大器

为了解决目前光纤放大器增益带宽较窄且结构复杂的问题,制备了一种2μm超宽带PbS量子点光纤放大器。首先,通过有机金属法制备出平均直径约为9.2 nm的PbS量子点,并采用光沉积法将其沉积在光纤锥区表面。然后,采用泵浦光源激发涂覆在光纤锥形区域的Pb S量子点,使其在2μm波段释放出与信号光波长一样的光子,从而实现光信号的放大。测试结果表明,光纤放大器在1 900~2 100 nm波段可获得10.1 dB增益,增益带宽约为200 nm。

1.55μm高功率单横模半导体激光器的研制

1.55μm高功率半导体激光器广泛应用于长距离主干网光网络、无人驾驶等领域,在应用系统中更高的激光出光功率有利于提升系统的工作距离和接收端的信噪比;随着光电子集成和共封装光学的快速发展,其高光电集成密度要求激光器具备低功耗等性能。本文通过优化激光器外延P-InP掺杂,激光器室温下串联电阻从3.2Ω降低至2.2Ω,器件电阻性能优于相同结构对比器件,300 mA电流下器件电功耗从510 mW降低至430 mW。进一步采用锥形波导结构提高激光器增益体积,测试结果显示,锥形波导结构使激光器出光功率提升17%以上,同时器件电功耗无明显增加;室温低电流下器件最高光电转换效率接近50%,与相关研究报道结果优值相当;远场测试结果显示,激光器水平方向发散角有效降低,同时器件光束质量未发生明显变化。实验结果为面向光电子集成应用的低功耗高功率半导体激光器提供了研究基础。

新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃制备与Er^(3+)∶2.7 μm中红外发光性能

3 μm波段的中红外光纤激光器在生物医疗、环境监测和军事等领域具有重要的应用前景,在国内外受到了广泛的关注和研究。低声子能量、高效稳定的中红外玻璃作为光纤激光器的核心工作介质,是实现3 μm波段中红外激光的重要基础。本文采用熔融-淬冷法制备了掺Er^(3+)新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃,通过热分析、拉曼光谱、透射光谱以及光致发光光谱等对玻璃的热力学、结构、透过波长范围和中红外发光性能进行了表征。结果表明,Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO玻璃具有较高的玻璃化转变温度(~750℃)、较低的声子能量(~780 cm^(-1))以及较宽的透过波长范围(0.5~5 μm);在980 nm激光激发下,在掺Er^(3+)玻璃中观察到了明显的2.7 μm(Er^(3+)∶^(4)I_(11/2)→^(4)I_(13/2))波段荧光发射。研究结果表明Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO体系玻璃是一种优良的中红外激光基质材料。

Inversion of O_(2) 1.27 μm nightglow emissions: A climatological analysis using satellite Limb-Viewed spectra and Harmonic analysis method

This study employs a linear inversion algorithm to retrieve volume emission rates(VERs)of molecular O_(2) nightglow at 1.27μm,utilizing Limb-Viewed spectra obtained from the SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric for CHartographY(SCIAMACHY)payload on board the Envisat satellite.The retrieved results are compared with VERs data from the SABER payload on the Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics(TIMED)satellite,exhibiting consistency.This will help to facilitate accurate revelation of spatial distribution and periodic variation in O_(2) nightglow.VERs are extracted monthly within the altitude range of 75-110 km from 2002 to 2012,yielding a climatology of spatial and temporal distributions.The meridional structure exhibits two maxima,at the equator and at 45°N.Between August and October,the VERs exhibit a meridional bimodal structure,with the weaker one above the equator and the stronger one above 45°N.In April,the VERs reach their annual maximum.Additionally,harmonic analysis reveals significant temporal variations on different scales.The emission shows characteristics of annual and semi-annual variation,and a non-linear long-term trend associated with solar cycle activity.

添加剂对5μm电解铜箔性能及形貌的影响

电解铜箔因其具有强度高、延展性良好等优势被广泛应用于新能源领域,目前对于5μm电解铜箔性能的影响因素研究较少。本文采用单一变量法考察了PEG、HVP和HP等添加剂对Cu电沉积的影响,通过正交试验探究PEG、HVP和HP复合添加剂对5μm电解铜箔性能的影响,并对比了不同添加剂对5μm电解铜箔外观形貌的影响,得到如下结论:PEG和HVP具有增强极化的作用,且随着浓度的增加极化作用增强,HP具有去极化的作用,且随着浓度的增加去极化作用增强;通过正交试验得出的最优复合添加剂的浓度为PEG 0.36 g/L、HVP 0.12 g/L、HP 0.05 g/L,在此条件下得到的较佳性能为抗拉强度485.17 MPa、延伸率3.72%、粗糙度1.31;相比于单一添加剂,最优配比复合添加剂下的复合镀层表面更加均匀平整,且颗粒细小。

7.5μm像元间距红外探测器三维电极的制备与应用

采用现有读出电路电极生长设备和直写式光刻设备开发了三维电极的制备工艺。在制备过程中,首先在读出电路表面制备三维电极,在碲镉汞芯片端生长铟饼,然后通过倒装互连工艺可以实现7.5μm像元间距的1k×1k碲镉汞芯片与读出电路的互连。可变参数包括金属生长角度、生长速率、生长厚度以及金属种类等。经研究发现,通过该工艺制备的7.5μm像元间距的三维电极高度可达到3.8μm,高度非均匀性小于3%,可以经受7.6×10^(-5)N的压力。三维电极的应用,降低了倒装互连工艺对HgCdTe芯片平坦度和互连设备精度的要求,大幅提高了7.5μm像元间距红外探测器的互连成品率。

高重频大能量1.6μm波段全固态激光的研究进展(特邀)

1.6μm附近波段激光不仅属于人眼安全波段,而且处于大气传输窗口,不仅如此,高重频、大能量的1.6μm附近波段激光还可携带高分辨率、大数据量的信息远距离传输。近年来随着晶体制备和镜片镀膜工艺的提高,通过直接泵浦增益介质和频率转换技术获得1.6μm附近波段的激光在重复频率、能量和光束质量等方面都得到了很大进展。首先,介绍了直接泵浦掺Er3+晶体、受激拉曼频移和光参量振荡产生1.6μm附近波段激光的原理和研究进展;其次,总结了三种方案在获得1.6μm附近波段激光的优点和缺点;最后,分析了它们在获得高重频、大能量1.6μm附近波段激光的应用前景。针对光参量振荡输出激光光束质量较差的问题,文中进行分析并给出相应解决方法,最后对通过光参量振荡获得较好光束质量、高重频、大能量1.6μm附近波段激光的发展前景进行了展望。

紧凑高效型百瓦级2μm棒状Tm:YAG激光器

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管(LD)侧面泵浦激光模块,提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构,包含单个激光模块,几何腔长为88 mm,整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却,在冷却温度为12℃条件下,获得了最高功率为119 W、波长为2.02μm的激光输出,光-光转换效率为19.6%,斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h,功率波动小于1%,晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

1.7μm波段光纤激光技术研究进展及应用

1.7μm波段有许多分子吸收线,位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用,受到国内外研究者的重视,并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7μm波段激光器的研究进展及相关应用,介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题,但随着相关技术的不断提高,1.7μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。

Er^(3+),Yb^(3+)∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体的生长、光谱和1.5μm激光性能

采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率分别为0.54×10^(-20)cm^(2)、9.9 ms和90%;1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体在峰值荧光波长1537 nm处的发射截面、Er^(3+)的4 I 13/2多重态荧光寿命和Yb^(3+)→Er^(3+)的能量传递效率则分别为0.58×10^(-20)cm^(2)、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦,在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1567 nm连续激光输出,在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba_(3)Gd(PO_(4))_(3)晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1567 nm连续激光输出。

2.94μm室温连续Er:YAG激光器的研制

研制了一种结构简单的LD端面泵浦2.94μm Er:YAG连续激光器。该激光器采用双端键合YAG端帽方式降低了晶体的端面温度。泵浦源采用小芯径的输出光纤和非球面镜耦合系统,减小了小泵浦光斑在晶体中的发散速度,并提高了泵浦均匀性。当泵浦光波长为969.7 nm时,Er:YAG晶体前段对泵浦光的吸收较弱,因此激光器增益介质前端热聚集效应得到了缓解。通过热像仪在实验中对键合和非键合Er:YAG晶体端面温度进行观测对比,并使用COMSOL软件对激光器热分布进行了模拟分析,证明了上述措施对减小高掺杂Er:YAG晶体热效应的有效性。最终成功实现了155 mW的2.94μm连续激光输出。另外还观测到激光器输出波长随泵浦功率增加的红移现象并对其在能级跃迁层面进行了理论解释。

1.3μm固体激光器研究进展

1.3μm波段固体激光器在多领域均有着重要作用,本文介绍了近20年来国内外不同晶体材料输出1.3μm波段激光的研究进展,包括几种常用的晶体如YAG、YVO_(4)、GdVO_(4)以及其他晶体。通过分析认为,对新材料、新机制的探索与应用是未来1.3μm波段激光器的主要发展方向。

2.79μm电光调Q Cr, Er:YSGG激光器

采用Cr, Er∶YSGG晶体作为激光增益介质,脉冲氙灯进行泵浦结合电光调Q技术,研制了2.79μm波段固体激光器。Cr, Er∶YSGG晶体中Cr^(3+)掺杂浓度为2 at.%,Er^(3+)离子掺杂浓度为30 at.%。电光晶体选用La_(3)Ga_(5)SIO_(14)(LGS)晶体作为退压调Q工作物质。分析讨论了Cr, Er∶YSGG晶体能级结构以及两种不同Cr^(3+)掺杂浓度对晶体激光性能的影响,谐振腔中输出镜透过率分别为T=70%、T=83%以及T=91%时单脉冲能量及斜效率的变化,并且利用软件模拟分析了晶体内的温度分布以及热透镜焦距随泵浦功率变化情况。结果表明,选用Cr^(3)掺杂浓度为2 at.%的Cr, Er∶YSGG晶体作为工作物质以及透过率为91%的蓝宝石作输出镜时能获得更高的输出能量及更好的光斑模式。当脉冲氙灯注入总能量为259 J,调Q延时设置为180μs,重复频率为5 Hz时,实现了最大单脉冲能量119 mJ的2.79μm激光的稳定输出,在此能量条件下测得脉冲宽度为68.65 ns,平均功率为0.595 W,斜率效率为0.11%。

LBO晶体对长腔Nd∶GYAP激光器~1μm波段激光性能优化研究

本文研究了一种在激光谐振腔内额外加入晶体以优化谐振腔稳定性的方式,通过在谐振腔内加入折射率合适的晶体有效提高了激光输出性能。本工作搭建了一台Nd^(3+)∶Gd_(0.1)Y_(0.9)AlO_(3)(Nd∶GYAP)晶体激光器,并在激光谐振腔内置入LBO晶体,研究对比了LBO对b切和c切晶体激光性能的影响,以及有无LBO时的激光器性能,包括输出功率、激光波长、光束质量和偏振特性。结果表明,当在激光谐振腔内置入LBO后,光谱和光束质量基本没有发生变化,b切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从18.9%提高到24.3%,c切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从2.87%提高到10.07%,b切晶体的最大输出功率从0.931 W增加到1.254 W,c切晶体的输出功率从63 mW增加到134 mW。置入LBO后,输出激光的偏振由于旋光现象也会在一定程度上发生偏转。因此,在一些必须延长腔长的情况下,如调谐和锁模操作中,该工作为其提供了一种提高激光器斜率效率和输出功率的方法。

中波2.79μm Er,Cr:YSGG激光器的泵浦模式研究综述

中波2.79μm波段的激光在生物医学、非线性光学以及军事等领域有着广泛的实用前景和发展空间。目前用于获得中波2.79μm波段激光的增益介质主要为Er:YSGG或Er,Cr:YSGG等激光晶体,由于基质YSGG热导率低,致使激光器在运行时产生的热效应比较严重,因此,开展其泵浦技术研究有重要的实际意义。针对Er,Cr:YSGG晶体的泵浦技术开展了详细的分析和讨论,并结合近年来新出现的泵浦模式,对下一步的技术发展进行了分析和展望。