虚拟现实技术在飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术术前固视训练中的应用

目的:探讨虚拟现实(VR)技术在飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)术前固视训练中的应用效果。方法:选取2021年12月—2022年6月在某三级甲等眼科医院行SMILE的100例病人为研究对象,采用随机数字表法将其分为对照组50例(90眼),干预组50例(88眼)。对照组采用固视训练卡进行固视训练,干预组采用VR技术进行训练,比较两组固视率、激光扫描过程中发生眼动的眼数、中心对位时间、裸眼视力及术后并发症发生率。结果:术前干预组固视率(89.77%)高于对照组(55.56%);激光扫描过程中干预组眼动发生率(5.68%)低于对照组(18.89%);干预组中心对位时间[(12.40±3.28)s]短于对照组[(45.19±6.07)s];术后1 d,干预组裸眼视力优于对照组;术后1个月,干预组偏心量0.2 mm以内占比(64.8%)高于对照组(47.8%);干预组术后并发症发生率(6.82%)低于对照组(32.22%),差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:通过术前VR技术进行固视训练,可以有效提升SMILE手术病人自我控制固视的能力,缩短手术时长,降低并发症发生率。

飞秒激光光谱技术在燃烧领域的应用

基于飞秒激光的燃烧诊断技术,可实现燃烧场温度、速度、组分浓度等参数的在线测量。作为一种有效的诊断工具,飞秒激光诊断技术在燃烧领域中有着广泛的应用前景,将在提高燃烧效率和降低燃烧排放等方面发挥越来越重要的作用。本文通过综述飞秒多光子激光诱导荧光技术、飞秒激光成丝诱导非线性光谱技术以及飞秒激光电子激发示踪测速技术等飞秒激光在燃烧领域的具体应用实例,概括介绍了飞秒激光燃烧诊断技术的发展。在此基础上,对飞秒激光燃烧诊断技术在未来的发展潜力进行了分析与讨论,为相关研究人员提供参考。

深紫外飞秒脉冲准分子激光放大同步特性研究

为了获得大能量的深紫外超短脉冲,将深紫外飞秒种子光通过ArF准分子放大器进行放大。通过对种子光信号和准分子放大器的荧光信号进行测量,在不同环境下,针对种子光信号与放大器放电信号之间的延时对脉冲单程放大特性的影响进行了研究。研究结果表明,放大系统实现了种子光与准分子放大器的低抖动精确同步,空气和氮气环境下脉冲能量最高分别为197.2μJ和312.6μJ,且氮气环境下脉冲展宽较空气平均降低99.2 fs。相较于空气环境,氮气环境可有效降低深紫外超短脉冲的能量衰减与脉冲展宽,且同步抖动对放大特性影响较小。

先进光学诊断技术在含能材料燃烧测试中的应用进展

依据不同光学原理,从光散射、光学发射与吸收和成像三方面综述了激光诱导荧光(LIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、粒子成像测速(PIV)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、辐射法、遥感傅里叶变换红外光谱(RS-FTIR)及纹影法等光学诊断技术测试原理及在含能材料燃烧测试中的应用进展;分析了光学诊断技术在燃烧测试中相比于其他传统接触式诊断方法的优越性和各类光学诊断方法的适用性、测量对象及优缺点;展望了微观燃烧产物、火焰温度、燃烧流场速度和火焰结构等测试技术在含能材料燃烧诊断中的发展前景;指出今后的工作应向多诊断方法相结合,发展多维度测量,从而获取更丰富多维的微观数据信息。附参考文献102篇。

基于飞秒激光微加工的温度补偿型高灵敏度光纤光栅传感器的实验教学研究

在传统的大学物理实验教学中,长周期光纤光栅的折射率灵敏度较低且温度灵敏度通常为正值,与布拉格光纤光栅相结合不能很好地实现温度串扰的消除。因此,我们利用飞秒激光直写技术制备出一种微纳光纤布拉格光栅(mFBG)与微纳小长周期光纤光栅(SP-mFLPG)级联的温度补偿高灵敏度光纤光栅传感器。这种传感器体积小巧、稳定性高,折射率灵敏度高达759.02 nm/RIU,同时具备温度补偿特性等优势。对于本次传感器的制备实验教学,有助于本科基础教学授课,为创新性教学实验带来更多可能性,学生将参与微纳光纤器件的制作与测试实验,这将有助于他们提升动手能力、专注力以及科研素养。更重要的是,学生们能够涉足创新性的光纤结构设计领域,从而激发其对新型光纤器件和传感应用的兴趣,为其未来学习和深造奠定坚实的基础。

基于差频产生的中红外飞秒激光技术研究

针对国内中红外激光光源光谱范围小、脉冲宽度宽等问题,开展了基于差频(DFG)产生的中红外飞秒激光技术研究。差频产生的中红外飞秒激光具有光谱范围宽、脉宽窄等优势。研究了差频技术中选用不同的非线性晶体对产生的中红外激光的影响,在此基础上搭建了一套基于差频技术的、利用PPLN晶体产生的中红外激光的产生系统,利用光栅对压缩脉宽,实现飞秒激光输出。最终获得了波长范围在2.9~4.7μm的中红外飞秒激光,在中心波长3.2μm处获得了最高10.46 mW的输出光平均功率。研究结果为中红外激光光谱测量技术在大气监测、燃烧场组分探测等的应用提供了参考。

镍基高温合金喷油孔的飞秒激光精密加工

飞秒激光平面螺旋钻孔策略在灵活性、精度和工艺效率方面具有许多优势,可满足某型号航天发动机供油喷嘴直通孔的加工精度需求。因此,本研究采用飞秒激光平面螺旋钻孔方式,系统研究了激光功率、单层进给量、单层扫描时间、离焦量以及脉冲重复率之间的作用关系及对钻孔质量的影响。结果表明,离焦量对入口孔径的影响最为明显;对出口孔径和锥度影响较大的参数为功率以及进给量;对加工效率影响最大的参数为功率。根据上述影响规律进行调整,本实验成功在厚度为1.5 mm的GH3044板材上制备出孔径为390μm的通孔,出口入口孔径误差小于0.6μm、锥度小于0.5°。通过统计不同参数下微孔内壁粗糙度变化规律并以此对参数进行调整,有效地将孔壁粗糙度降低至Sa 0.6μm,满足工艺要求。孔壁形貌分析表明钻孔质量优良,随激光脉冲重复频率增加,孔壁附近组织逐渐粗化,但均无明显重铸层或热影响区,能够实现高精度微孔的相对“冷加工”。本研究为后续追求高雾化效果的异形孔的制备提供了理论依据。

飞秒激光烧蚀减薄石英玻璃研究进展

飞秒激光烧蚀加工与传统皮秒或纳秒激光加工相比,具有热作用区域小、激光分辨率高、能够抑制等离子体的物理屏蔽效应等优势,因而被广泛应用。基于雪崩电离和多光子电离效应,阐述了飞秒激光烧蚀透明电介质材料机理,介绍了飞秒激光烧蚀制备不同微结构件现状,综述了近年来国内外飞秒激光微纳加工石英玻璃烧蚀点、烧蚀线和烧蚀面微特征的研究方法和研究进展,对微功能结构件的实际应用情况进行了总结,分析了现阶段飞秒激光在加工透明电介质领域存在的不足,最后对该技术的发展进行了展望。

飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温研究进展

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点。传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用。与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中。文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展。指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题。展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑。

激光感生击穿光谱技术在燃烧诊断中的应用

简述了激光感生击穿光谱(LIBS)技术的研究基础,包括实验台架、光谱定性定量分析方法,详细介绍了所进行的LIBS技术在燃烧诊断中的应用研究工作,利用LIBS技术对飞灰中的碳含量和燃煤特性及成分进行了分析.结果表明,采用LIBS测得的飞灰含碳量与传统的重量燃烧法测得的飞灰含碳量结果吻合较好;煤化程度不同的煤呈现出不同的等离子体时间谱,在相同实验条件下,煤化程度越高的煤种其等离子体温度越高;利用LIBS技术测得的燃煤成分含量与传统测量方法得到的结果吻合亦较好.该研究证实了激光感生击穿光谱技术在燃烧诊断中应用的可行性,为后续的燃烧诊断研究和试验工作奠定了基础.

高超声速流场激光测速技术研究进展

高超声速气流条件下飞行器内/外部流动中存在强湍流及脉动、边界层转捩、激波-边界层干扰和高温真实气体效应等耦合效应,表征该非定常流动现象对飞行器气动力、气动热以及目标光电特性等产生的影响是高超声速流动研究中的前沿课题.速度作为表征流动过程最重要的参数之一,准确的速度测量对于深入理解上述复杂流动-传输机理以及高超声速飞行器设计具有重要指导意义.文章针对高超声速流场速度测量中几种常用的非接触式激光测试技术进行了综述,主要包括基于空间法的粒子图像测速,基于激光吸收光谱、激光诱导荧光和瑞利散射的多普勒测速,基于飞行时间法的分子标记测速,以及基于流场折射率的聚焦激光差分干涉测速技术.首先简要介绍每种激光测速技术的基本原理,然后进一步介绍该技术在高超声速自由流、层/湍流边界层、激波/边界层干扰、尾流或其他复杂流动区域的速度及其脉动度测量等方面的典型应用,分析各种技术环境适用性及面临的局限性和挑战.最后对基于激光技术的高超声速流场速度测量进行了总结及发展趋势展望.

深紫外飞秒激光脉宽测量

为准确测量193 nm深紫外飞秒激光的脉冲宽度,基于氟化钙的双光子荧光效应,设计并搭建了用于紫外飞秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的可靠性。利用插入法进行了CCD探测系统的数值标定,获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下,得到193 nm深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs,与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。

Inconel 718高温合金飞秒激光逐层环切打孔技术

采用波长为1064 nm,脉宽为300 fs的飞秒激光对1 mm厚度的Inconel 718高温合金进行逐层环切打孔,比较了与传统环切打孔的区别,发现逐层环切打孔可以明显降低微孔锥度、提高微孔进出口圆度,从而改善微孔质量。通过控制变量法研究了扫描速度、单脉冲能量及重复频率对飞秒激光逐层环切打孔进出口孔径、微孔锥度等质量的影响。发现扫描速度对微孔出口孔径和出口圆度影响较大,提升重复频率对微孔孔径影响较小,略微降低了微孔锥度;随着单脉冲能量的增加,微孔进口孔径增加,出口孔径先增加再下降,微孔锥度先降低后上升。

飞秒激光打孔技术路线研究

介绍了激光打孔中激光与物质相互作用过程的研究现状以及飞秒激光打孔加工目前研究中的不足,提出未来飞秒激光加工的趋势和研究技术路线。

飞秒细丝-纳秒激光诱导击穿光谱技术对土壤重金属Pb元素检测

采用飞秒激光成丝-纳秒脉冲激光诱导击穿光谱技术(Filament-ns DP-LIBS)对土壤中重金属铅元素进行了定量分析。利用飞秒激光等离子体丝烧蚀含铅土壤样品,向外喷射低密度的土壤粒子源,经脉冲间隔Δt后,纳秒脉冲激光再烧蚀低密度土壤粒子,实现等离子体发射光谱强度增强,谱线宽度压缩,降低土壤中重金属铅元素的最小检测限。实验结果表明,相比飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术(FIBS),在飞秒-纳秒脉冲间隔Δt=10μs条件时,PbI405.78nm光谱增强因子为9.66,谱线宽度从3.66×10-10m压缩至2.74×10-10m,提高了LIBS光谱分辨率。FIBS和Filament-ns DP-LIBS条件下定标曲线的线性相关系数R2分别为0.982和0.994。FIBS条件下的RSD和LOD值分别为7.37%和65.86mg/kg,Filament-ns DP-LIBS条件下的RSD和LOD值分别为3.27%和24.39mg/kg。研究结果表明,Filamentns DP-LIBS技术可以降低土壤重金属的最小检测限,提高LIBS的检测灵敏度。

飞秒激光玻璃介质光存储技术及其应用于档案数据存储的可行性研究

随着互联网、物联网、云计算、人工智能技术的飞速发展,信息数据呈指数型爆炸性增长,大数据时代已然到来。据推测,到2025年中国将成为数据量最大的国家,数据量将达到48.6ZB,占全球总量的27.8%。如何长期高效、安全可靠、绿色节能地存储这些海量数据,已成为现代社会面临的一个重要问题。

飞秒激光辅助让白内障手术更加安全、快速、精准

随着扫频OCT生物测量仪、新一代人工晶状体测算公式、角膜地形图检测仪的发明以及矫正散光、老视等功能人工晶状体的研制成功,白内障手术已经从简单复明手术进入到精准屈光性白内障手术时代。根据患者术前眼部精准测算数据,白内障医生在帮助患者实现复明的同时,还可以进一步解决患眼近视、老视、角膜散光等眼部屈光问题,让眼睛重获“新生”。飞秒激光技术的应用使白内障手术更加安全、快速、精准。

基于飞秒激光诱发前向转移技术的研究

在激光诱导的作用下实现微量物质的转移技术即为激光诱发前向转移技术。飞秒激光具有激光脉宽极短、峰值功率极高的特点,其在与材料作用过程中的特性不同于长脉冲激光。在利用传统长脉冲激光对材料进行加工时,材料是通过固相、液相和气相这3个热熔过程而逐层剥离的,从而导致热扩散十分严重,进而对加工质量产生了很大的影响。飞秒激光烧蚀材料时间非常短,基体内的热传导可以被忽略,这就从根源上避免了长脉冲激光加工过程中产生的冲击波、热影响区和熔融区等不利影响,从而在一定意义上使冷加工得以实现。针对飞秒激光的特点、飞秒激光加工机理和飞秒诱发向前转移技术的优点进行了研究,希望对飞秒激光诱发前向转移技术有一个全面的了解。

飞秒激光数控微纳加工及服务平台组建关键技术

提出了以飞秒激光为光源,配合高精度的放大及光路、微加工数控系统,搭建了数控微纳加工及公共服务平台,探索了平台组建及加工应用中的关键技术问题,在玻璃、玉石等材料的实际微纳加工中取得了良好的应用效果。