光纤铥激光治疗良性前列腺梗阻的现状

良性前列腺梗阻(benign prostate obstruction,BPO)是引起中老年男性下尿路症状最常见的疾病。BPO会严重影响中老年男性的排尿功能,导致生活质量不断下降。BPO的治疗为阶梯治疗,包括观察等待、药物治疗及外科手术治疗[1],其中外科治疗是解除BPO最有效的治疗方式。过去的几十年中,经尿道前列腺电切术(transurethral resection of the prostate,TURP)都是外科治疗良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia,BPH)的金标准[2]。前列腺激光剜除术的发展,也出现了各具特色的激光类型,主要包括钬:钇铝石榴石激光器(holmium:yttrium aluminum garnet,Ho:YAG)、绿激光、铥:钇铝石榴石激光器(thulium:yttrium aluminum garnet,Tm:YAG)及铥光纤激光器(thulium fiber laser,TFL)。

智能控压控温软镜系统联合超脉冲光纤铥激光在上尿路结石治疗中的应用

目的评价智能控压控温软镜系统联合超脉冲光纤激光用于上尿路结石治疗的有效性和安全性。方法回顾性分析2024年2一4月于中山大学孙逸仙纪念医院行智能控压控温软镜系统联合超脉冲光纤激光碎石术的13例上尿路结石患者的临床资料。男7例,女6例;年龄(46±10)岁;结石累积直径(25.8±13.3)mm;肾下盏结石7例(53.8%),合并输尿管结石3例(23.1%)。术前尿培养阳性者4例(30.8%),尿常规白细胞>100个/μl者6例(46.2%)。对术前合并感染的患者根据药敏试验结果选用敏感抗菌药物治疗。智能控压控温软镜系统联合超脉冲光纤激光碎石术中参数设置:激光功率设置为45W(1.5J×30Hz,0.3J×150Hz),肾盂内压力阈值设置为30 mmHg(1mmHg=0.133kPa),温度阈值为43℃。术后留置双J管2~4周。结果13例均顺利完成手术,手术中位时间30(25,90)min。13例术中平均肾盂内压力范围为8~24mmHg,平均肾孟内温度25~34℃。1例患者术后出现发热(38℃),2例因术后疼痛需镇痛治疗,无其他术中、术后并发症。术后住院时间为(1.5±0.8)d。术后1个月评估结石清除率为84.6%(11/13)。结论智能控压控温软镜系统联合超脉冲光纤激光可有效控制肾盂内压及温度,结石清除率高,并发症发生率较低,是治疗上尿路结石安全、有效的方法。

2μm大能量掺铥脉冲光纤激光器研究进展

2μm波段掺铥脉冲光纤激光器目前可实现最高毫焦量级的能量输出,对医疗、材料、通信等领域有重要意义。本文主要介绍近年来大能量掺铥光纤激光器系统研究的主要进展,讨论大能量掺铥光纤激光器的技术类型和影响因素。在此基础上,对大能量掺铥光纤激光器的研究前景进行展望。

基于非线性偏振旋转效应的双波长可切换掺铥光纤激光器

提出并实现了一种基于重叠光纤光栅(Superimposed fiber Bragg grating,SI-FBG)和非线性偏振旋转效应(Nonlinear polarization rotation,NPR)的双波长掺铥光纤激光器(Thulium-doped fiber laser,TDFL)。两个SI-FBG作为波长选择器件,SI-FBG1的透射中心波长分别为1940.48 nm和1942.87 nm,SI-FBG2的透射中心波长分别为1940.47 nm和1942.83 nm。利用NPR效应抑制激光器谐振腔内的增益竞争,实现了稳定的单波长与双波长激射。实验测得可切换的单波长输出分别为1940.47 nm和1942.87 nm,光信噪比均高于37.1 dB,50 min内的波长漂移和功率波动均小于0.1 nm和0.67 dB。此外,通过调节谐振腔内的偏振控制器(Polariza⁃tion controller,PC)可以实现1940.47 nm和1942.87 nm两个波长同时输出,两波长光信噪比均大于15.3 dB,未在光谱仪监测过程中发现明显的波长变化,功率波动均小于0.63 dB。

环形铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生

研究了基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生。通过在NPR锁模器件前后各引入一段长度分别为100 m和350 m长的SMF-28光纤以增强腔内非线性和积累负色散,得到底座宽度为50 ns,重复频率为615.6 kHz,信噪比为55 dB的双波长(波长分别为2025 nm和2034 nm)台阶形脉冲。发现仔细调节偏振控制器和改变泵浦功率可以精细调节台阶形脉冲的形态。通过研究发现台阶形脉冲是由两个矩形脉冲组合而成,且前后泵浦对两个矩形脉冲的影响不同,通过改变偏振态能实现能量在前后两个矩形脉冲之间的转化。本实验为研究被动锁模光纤激光器脉冲动力学和脉冲整形提供了良好的实验平台。

超脉冲光纤铥激光碎石术腔内治疗泌尿系结石的有效性和安全性研究

目的评价超脉冲光纤铥激光碎石术腔内治疗泌尿系结石的有效性和安全性。方法2021年5月至2022年7月间,在4家医疗中心前瞻性纳入符合条件的泌尿系结石患者,采用超脉冲光纤铥激光治疗机经内窥镜直视下碎石,记录患者围手术期情况,主要的有效性指标为术后4周的结石清除率(SFR),主要的安全性指标为术中试验器械的故障发生率,次要的安全性指标为围手术期并发症发生率。结果共76例符合条件的患者完成了超脉冲光纤铥激光碎石术,患者年龄(52.0±11.1)岁,男54例,女22例。肾结石31例,输尿管结石43例,膀胱结石2例。17例患者行经皮肾镜取石术,57例患者行输尿管硬/软镜碎石术,2例患者行经尿道膀胱碎石取石。所有患者的碎石时间为(50.9±31.4)min,术中未出现试验器械故障。6例患者拒绝术后的随访检查。术后不良事件发生率为61.8%(47/76),1例患者术后因腹股沟疝需住院治疗,其余均为Clavien‑dindo分级1~2级。术后4周SFR为94.3%(66/70)。结论超脉冲光纤铥激光治疗机用于泌尿系结石的腔内治疗是有效、安全的。

掺铥光纤激光放大器在宽波段吸收光谱技术中的应用

利用掺铥光纤在2μm波段的宽带发射特性和光纤可饱和吸收体的线宽压缩特性,研制了宽带调谐窄线宽掺铥光纤激光放大器,该激光放大器可将窄线宽、宽带可调谐种子光源的功率放大至290 mW,放大后的光源连续运行30 min,均方根稳定性优于1%。利用激光放大器输出的32路激光中的任意一路测试了水分子在2μm波段的宽吸收光谱,并利用测试结果反演得到了该光源在动态扫描过程中的线宽约为0.06 nm。利用该激光放大器分别测试了空气和酒精火焰中温度和水分子摩尔分数。结果表明:常温下,空气和酒精火焰中温度的平均值分别为301.2,1263.3 K,相对偏差分别为1.28%,3.08%,水分子的摩尔分数平均值分别为2.11%,5.58%。利用该光源可有效获取水分子在2μm波段的宽波段激光吸收光谱,利用这些吸收光谱数据能够较为精确的反演出环境温度、水分子摩尔分数等信息,结果验证了该激光光源在燃烧流场2维层析诊断测量应用中的可行性。

掺铥光纤激光器设计与仿真

掺铥光纤激光器工作波段在人眼安全波段,凭借其结构紧凑、灵活性高、散热性强、光束质量好、量子效率高等优势得到了越来越多的关注。本研究设计1700~1800 nm波段的光纤激光器,将以泵浦光中心波长786 nm,去激发光纤激光器中心波长1740 nm。其中光纤长度设置为5 m。实验结果表明:泵浦光功率大于5 W时会产生激光,小于5 W时不会产生激光。通过实验可知,泵浦光功率会随光纤长度增长而减小,信号光功率会随光纤长度增大而增大。

光纤铥激光在膀胱肿瘤整块切除术日间手术模式中的应用

目的:探讨光纤铥激光在膀胱肿瘤整块切除术日间手术模式中的应用及技术特点。方法:回顾性分析2020年1月—2021年12月采用光纤铥激光膀胱肿瘤整块切除术治疗非肌层浸润性膀胱肿瘤的344例患者的临床资料。术前通过膀胱镜检查明确肿瘤形态、位置、大小、数量;均行多参数磁共振成像(mpMRI)和VI-RADS评分。术中采用监护下麻醉管理技术(MAC)的经尿道光纤铥激光膀胱肿瘤整块切除术,术后给予心电血氧饱和度监护2 h。对术中出血、手术时间、膀胱冲洗时间、尿管留置时间、并发症及恢复情况进行评估。结果:手术时间2~16 min,平均9 min;术中基本无出血,无膀胱穿孔和闭孔神经反射;留置导尿管1~3 d;膀胱冲洗时间0.5~2.0 h。结论:在门诊通过泌尿专科及麻醉科评估筛选合适的患者,经充分术前准备以及严格的术后管理,行经尿道光纤铥激光膀胱肿瘤整块切除术的日间手术是安全可行的,能明显减少患者等待入院时间、住院时间、家属陪侍时间以及住院费用,提高了麻醉感受度,且疗效与住院手术相当。

超脉冲光纤铥激光在尿路结石治疗中的规范应用

超脉冲光纤铥激光(SPTFL)的出现使泌尿系结石的微创治疗有了新的选择。相对于钬激光,SPTFL的碎石效率更高、参数设置更全面,且设备更小型化,具备多功能性。规范地使用SPTFL,熟悉SPTFL碎石常见并发症及预防、处理措施,个性化设置碎石参数并根据不同术式使用相应的方法和技巧,不但能减少设备的损坏,更有助于提高碎石的效果和安全性。

超脉冲光纤铥激光在前列腺剜除术中的应用及初步经验

目的:分析超脉冲光纤铥激光前列腺剜除术(SPThuFLEP)治疗前列腺增生(BPH)的安全性和有效性,探索SPThuFLEP最佳的参数组合。方法:回顾性分析2022年11月—2022年12月因BPH行SPThuFLEP患者的临床资料,SPThuFLEP全部采用“三叶法”,剜除用脉冲波,平均功率为55 W,止血用连续波,平均功率为60 W,脉冲波参数设置为3组:(1)1 J×55 Hz;(2)1.5 J×36.7 Hz;(3)2 J×27.5 Hz。观察术前与术后国际前列腺症状评分(IPSS)、生活质量评分(QoL)、最大尿流率(Q_(max))变化,分析不同参数组剜除效率及手术疗效差异。结果:纳入18例患者,平均年龄(70.5±2.3)岁,全部完成手术及术后随访。平均剜除手术时间(75.0±5.3)min,平均止血时间(5.8±0.4)min,平均剜除组织重量(47.9±5.6)g,平均剜除效率(0.6±0.05)g/min,无术中并发症发生;术后第1天平均血红蛋白下降值(6.3±1.1)g/dL,平均留置尿管时间(4.4±0.3)d,术后3个月随访时,平均Q_(max)(22.6±0.8)mL/s,平均IPSS评分(4.3±0.8)分,平均QoL评分(0.9±0.2)分;1例患者出现反复尿路感染,3例有性生活患者均出现逆向射精,无长期尿失禁、尿道狭窄等并发症。结论:SPThuFLEP治疗BPH安全有效,不同参数设置对SPThuFLEP效率及效果的影响不大。

2 μm超窄线宽光纤激光实现1 kW近衍射极限输出

2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换,以及激光雷达和激光通信领域,备受研究人员关注。然而,该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调制技术以抑制SBS效应、多级链路自动反馈的信号激光时域稳定控制技术以提升SRS阈值,以及光纤基横模纯化技术以控制光束质量,采用两级主放大结构,在1 950 nm波长实现了1 kW窄线宽近衍射极限输出,光光转换效率达55.6%,线宽3.8 GHz,光束质量M~2约1.2,在最高功率时无横向模式不稳定效应。

高功率连续掺铥光纤激光器研究进展及展望

2μm高功率掺铥光纤激光器(thulium doped fiber lasers, TDFL)在激光测距、激光雷达及医疗检测等领域有重要应用。本文主要梳理了高功率连续TDFL的国内外最新研究进展,介绍了连续TDFL的发展现状,总结了高功率TDFL功率提升的主要限制因素,并从热效应、非线性效应及模式不稳定性3个方面进行了分析。最后,提出采用新型泵浦结构、优化增益光纤的结构设计、研制高品质光纤耦合器和高亮度泵浦源等方法可进一步提高2μm高功率TDFL掺铥光纤激光器的综合输出性能。

超脉冲铥光纤激光在输尿管中温度变化的体外实验

目的利用3D肾模型模拟体内输尿管环境碎石,研究超脉冲铥光纤激光(TFL)在不同功率、碎石模式及灌注速度下的热效应情况。方法构建体外热效应模型,在实验室温度、设备固定等相同条件下,测量并比较采用不同光纤直径、功率、碎石模式、灌注速度等进行TFL模拟碎石时的光纤周围温度。结果两种不同直径的光纤在相同条件下所引起的光纤周围温度变化比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。在同等条件下,不同的碎石模式所产生的光纤周围温度不同,“高能低频”的温度要低于“低能高频”,数据分别进行组间比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。随着灌注速度的增加,光纤周围的温度逐渐下降,数据分别进行了组内多重比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。当碎石功率为10 W,灌注速度最小为10 mL/min,平台期温度未达到安全阈值(43℃)。当碎石功率为20 W时,灌注速度最小为10 mL/min,平台期温度超过安全阈值,而灌注速度为20 mL/min时,平台期的温度未达到安全阈值。结论在体外输尿管模型碎石研究中,激光的碎石功率、碎石模式、灌注速度、光纤直径等是TFL热效应的影响因素。无论哪种碎石模式、光纤直径,当碎石功率≤10 W,灌注速度≥10 mL/min时,光纤周围温度是安全的,当碎石功率≤20 W,灌注速度≥20 mL/min时,光纤周围温度是安全的。

掺铥光纤激光器的波长调谐特性研究

基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm(1 660~2 188 nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。

包层泵浦的高功率掺铥光纤激光器(英文)

研究了一种输出功率高且光束质量好的包层泵浦的掺铥光纤激光器.当泵浦功率达到30W时,该掺铥光纤激光器产生的最大输出功率是6.1W,且波长在2μm左右,斜率效率达到55.6%,产生激光的阈值是2.2W.当输出功率为3.3W时,测得光束质量M2X和M2Y分别为1.26和1.32.

基于非线性偏振旋转效应的多波长掺铥锁模光纤激光器

运用非线性偏振旋转效应实现了一种掺铥锁模多波长光纤激光器.采用环形腔结构,以1 565nm半导体光源为泵浦源,3m长掺铥光纤为增益介质.利用非线性偏振旋转效应进行滤波.当泵浦功率在800mW时,通过调节光纤偏振控制器,激光器出现了被动锁模状态的脉冲输出,脉冲重复频率为3.178MHz,脉冲宽度为617ps.进一步增加泵浦功率,激光器进入多波长输出的工作状态.调节偏振控制器在室温下得到1~5个稳定的波长激光输出,边摸抑制比为40~60dB.

基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器

报道了一种基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用自制的三层石墨烯薄膜作为可饱和吸收体实现锁模.同时在腔内插入一个窄带光纤光栅,约束腔内起振的纵模数,适当调节抽运功率和偏振控制器的角度,得到了重复频率为3.8 MHz、脉宽在3.8—94.3 ns之间灵活可调的2μm纳秒锁模脉冲输出,整个脉宽调节范围超过90 ns.此外,由于获得的兆赫兹纳秒锁模脉冲时间带宽积在49—1119范围内,即存在强烈的啁啾,因而可作为2μm波段啁啾脉冲放大系统中的种子源使用.

掺铥光纤激光器波长可调谐输出特性

利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器,并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下,1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围,3 d B带宽大于60 nm;通过在腔内插入隔离器,获得了线宽小于0.2 nm的激光输出,中心波长在1900 nm附近;进一步在腔内加入FP腔,获得了可调谐的窄线宽输出,光谱调谐范围达60 nm,覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围,激光线宽仅为0.07 nm。另外,在腔内使用通信波段用FP腔,同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域,调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围,该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出,与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。

全光纤主动锁模2μm掺铥脉冲激光器

报道了全光纤结构主动锁模掺铥脉冲激光器，中心波长为1950nm。利用电光相位调制器对光纤激光器进行腔内相位调制，获得了重复频率为11．884MHz的主动锁模脉冲输出，脉宽为816ps。改变泵浦功率、调制信号的频率和幅度，获得了重复频率为4～18kHz的弛豫振荡调制稳定脉冲输出。锁模和弛豫振荡调制获得的输出脉冲能量波动低于7％。