水平定向结晶法生长浓度渐变Yb∶YAG激光晶体及光谱性能研究

本文采用水平定向结晶(HDC)法成功生长出180 mm×81 mm×16 mm的浓度渐变Yb∶YAG激光晶体,从放肩部位和尾部分别获取了尺寸为40 mm×40 mm×7 mm、70 mm×70 mm×7 mm的Yb∶YAG激光晶体板条各两件。采用632 nm激光、偏光应力仪对晶体板条的光学性质进行检测,实验结果发现靠近晶坯自由表面的板条内部通透,无散射光路,应力较小且分布均匀,表明该晶体板条具有优异的光学质量。进一步测试分析了晶体板条不同位置处的吸收光谱,根据935 nm波长处的吸收系数计算出Yb^(3+)的掺杂浓度,发现40 mm×40 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度沿晶体生长方向逐步增加,浓度梯度约为0.42%/cm;而70 mm×70 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度几乎保持不变,约为4.50%。

宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究

本文对不同冷却温度下的Yb:YAG晶体板条激光模块高功率运转时的温度场、应力场及对应的热畸变进行了仿真分析研究。结果显示,随着冷却温度从300 K降低至77K,板条的温度梯度热应力与应变都明显降低。当冷却温度为77 K时,最大主应力为4.14 MPa,仅为常温时的15.6%,最大主应变为3.82×10^(-5),仅为常温时的6%。为了分析Yb:YAG晶体板条激光模块不同冷却温度下输出激光的光束质量,以确定其最佳运转温度,我们采用光线追迹的方法,对单程通过板条的1030 nm探测光进行仿真。可以看到,当冷却温度为77 K时,远场光斑能量更为集中,且探测光光程差的PV值为0.7941μm,仅为300 K时的59.6%。模拟结果表明低温运转有利于Yb:YAG晶体板条激光模块产生高功率高光束质量激光输出,这为高功率高光束质量Yb:YAG晶体板条激光的设计工作奠定了基础。

激光二极管端泵Yb:YAG晶体的温度场及应力场

为了解决激光二极管端面泵浦Yb:YAG晶体引起的热效应问题,通过对晶体工作特点的分析,建立了周边冷却恒温、端面与空气存在热交换的有限元热模型。利用泊松方程,对Yb:YAG晶体的温度场、热应力场、热形变场和热透镜焦距进行了数值计算,并定量分析了激光二极管泵浦光的高斯阶次、光斑半径和泵浦功率对激光晶体温度场的影响。研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为50 W,耦合到泵浦面的光斑半径为400μm时,晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、掺杂浓度为5.0 at.%的Yb:YAG晶体端面的最高温升为59.2 K,最大热形变量为0.64567μm,晶体内稳定时最大应力为2.380×108 N/m^(2),热透镜焦距为19.99 mm,该条件下激光器可正常运行。研究结果为全固态Yb:YAG激光器的设计提供了理论依据。

基于零声子线泵浦的高效率Yb∶YAG薄片激光器

高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长,提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题,利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等,搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统,实现了最高输出功率373 W,光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。

Nd:YAG激光和Er:YAG激光治疗牙本质敏感的临床对比研究

目的探讨Nd:YAG激光和Er:YAG激光治疗牙本质敏感(Dentin Hypersensitivity,DH)的效果。方法收治佛山市第一人民医院2021年3月至2022年12月期间就诊的牙本质敏感93例患者共259颗牙,患者均在受到冷、酸、甜及刷牙等刺激后存在酸痛感,诊断为DH。随机分为3组,分别给予常规脱敏剂治疗组(31例患者,86颗患牙)、Nd:YAG激光治疗组(31例患者,90颗患牙)、Er:YAG激光治疗组(31例患者,83颗患牙)3种方法,其中激光组尝试改变激光照射参数及时间,寻求最好的治疗参数。对比3种脱敏方法的即刻效果、1周效果、1个月效果及3个月效果。结果治疗前3组对冷空气及机械刺激反应的VAS评分无明显差异(P>0.05);治疗后各个时间段Nd:YAG激光组和Er:YAG激光组对冷空气刺激反应均明显轻于对照组(P<0.05)。治疗后各个时间段Nd:YAG激光组和Er:YAG激光组对机械刺激反应均明显轻于对照组(P<0.05)。3组经治疗后均获得一定疗效,Nd:YAG激光组和Er:YAG激光组的效果好于常规组,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论Nd:YAG激光、Er:YAG激光治疗DH与常规脱敏方法相比,明显降低患者的冷空气和机械刺激反应,在一定程度上提升了治疗效果。

芪参补气活血养颜汤联合Q开关Nd∶YAG激光治疗女性黄褐斑的美学效果观察

目的:探讨芪参补气活血养颜汤联合Q开关Nd∶YAG激光治疗女性黄褐斑的美学效果。方法:选取笔者医院2019年1月-2022年1月收治的80例黄褐斑女性作为研究对象,按照随机数字表法分为观察组42例(采用芪参补气活血养颜汤联合Q开关Nd∶YAG 1064 nm激光治疗)和对照组38例(采用Q开关Nd∶YAG 1064 nm激光治疗)。观察两组的临床疗效,中医症状积分,皮肤状况,黄褐斑面积及颜色,不良反应发生率。结果:治疗后,观察组患者的总有效率为97.62%,高于对照组患者的84.21%(P<0.05)。治疗后,观察组患者情绪低落、胸胁胀痛、经行乳胀、口苦咽干等上述中医症状积分均低于对照组患者(P<0.05)。治疗后,观察组黑素指数、红斑指数及皱纹指数均低于对照组(P<0.05)。治疗后,观察组黄褐斑面积及颜色评分均低于对照组(P<0.05)。治疗后,观察组患者的总不良反应发生率与对照组患者比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:芪参补气活血养颜汤联合Q开关Nd∶YAG1064 nm激光能够提高黄褐斑治疗的临床疗效,改善患者临床症状,改善皮肤状况,减少黄褐斑面积及颜色,安全性较高,值得临床推广。

Nd:YAG激光后囊膜切开术后患者屈光改变及人工晶状体位置的临床观察

目的研究Nd:YAG激光后囊膜切开术后患者屈光改变及人工晶状体的位置。方法选取2022年6月至2023年1月郑州市第二人民医院收治的65例(65眼)后发性白内障患者进行前瞻性研究,均接受Nd:YAG激光后囊膜切开术,根据囊膜切口长度分为小孔径组(3.5~4.5 mm,33例33眼)、大孔径组(4.6~5.5 mm,32例32眼)。比较两组术前、术后1周、术后1个月、术后3个月的最佳矫正视力(BCVA)、屈光度、等效球镜(SE)、眼压、前房深度和黄斑厚度、人工晶体倾斜度、偏心量及并发症。结果两组患者术后1周、术后1个月、术后3个月BCVA均优于术前(P<0.05),但两组比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组术后1周、术后1个月、术后3个月屈光度比较,差异无统计学意义(P>0.05);小孔径组、大孔径组术后1周、术后1个月、术后3个月眼压比较,差异无统计学意义(P>0.05);小孔径组、大孔径组术后1周、术后1个月、术后3个月前房深度和黄斑厚度比较,差异无统计学意义(P>0.05);小孔径组、大孔径组术后1周、术后1个月、术后3个月人工晶体倾斜度、偏心量比较,差异无统计学意义(P>0.05);大孔径组并发症发生率[9.38%(3/32)]与小孔径组[3.03%(1/33)]比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论Nd:YAG激光后囊膜切开术切开孔径3.5~5.5 mm,不引起具有临床意义的屈光改变及人工晶状体位置改变,不影响前房深度、黄斑厚度、眼压,其中4.6~5.5 mm大孔径切开在术后未见明显的远视漂移,两者均安全可靠。

Er:YAG激光和传统车针去龋后牙本质粘接强度的比较

目的:比较使用不同模式Er:YAG激光以及传统车针去龋后牙本质与复合树脂的粘接强度。方法:选用人类离体磨牙模拟龋坏,分别采用Er:YAG激光中短脉冲(medium short pulse,MSP)模式、Er:YAG激光超短脉冲(super short pulse,SSP)模式和传统车针去除模拟的龋坏后,采用自酸蚀粘接剂将牙体标本与复合树脂粘接制成试件。使用万能试验机对试件进行拉伸试验,测得断裂负荷和粘接强度,并采用单因素方差分析和Tukey多重比较进行统计学分析。采用扫描电子显微镜观察3种不同去龋方式处理后的牙本质表面形态,以及涂布自酸蚀粘接剂并固化后试件的横截面形态。结果:使用Er:YAG激光MSP模式处理后牙本质与复合树脂的粘接强度最高,SSP模式处理后次之,传统车针处理后最低,但差异无统计学意义(P>0.05)。扫描电子显微镜图像显示,Er:YAG激光MSP模式处理后的牙本质表面较平坦,牙本质小管内几乎没有残屑;Er:YAG激光SSP模式处理后的牙本质表面呈现鳞片状,牙本质小管内可见少量碎屑;而传统车针处理后牙本质小管大部分处于被表面牙本质部分甚至完全遮盖的状态,牙本质小管内充满残屑。结论:使用Er:YAG激光去龋相比传统车针去龋可以获得较好的牙本质粘接强度,且对牙本质小管的处理深度和洁净度明显优于传统车针去龋,其中MSP模式更佳。

新型Nd:YAG激光治疗中老年玻璃体混浊患者的视觉质量评价研究

目的通过新型Nd:YAG激光治疗中老年玻璃体混浊患者的视觉质量评价研究,评估新型Nd:YAG激光治疗玻璃体混浊的疗效及应用价值。方法本研究为前瞻性观察性队列研究,本研究共筛选入组47例患者54只眼,其中男性20例,女性27例,年龄30~81岁,平均年龄(58.32±10.38)岁。所有患者术前进行最佳矫正视力(BCVA)、眼压、眼B超、超广角扫描激光眼底照相、裂隙灯散瞳眼底检查、光相干断层扫描(OCT),评估患者玻璃体混浊的位置及玻璃体后脱离情况。术后2周、4周随访,记录BCVA、眼压、眼底情况。采用配对t检验方法比较治疗前后BCVA、眼压的变化,P<0.05为差异有统计学意义的标准。结果Nd:YAG激光术前患者BCVA为0~1.0,平均为(0.18±0.27),眼压为10~20mmHg,平均为(14.84±2.22)mmHg。术后4周患者BCVA为0~1.0,平均为(0.17±0.25),眼压为9~19mmHg,平均为(14.30±2.39)mmHg。统计学分析发现,术前术后视力变化无显著性差异(P=0.129),但术后眼压轻度下降,差异有统计学意义(P=0.015)。术后4周患者视觉质量满意度评价平均分为5~10分,平均为(8.10±1.18)分。82%的患者术后3天内黑点增多,98%的患者术后2周眼前遮挡黑影消失,96%的患者术后4周视觉质量明显改善。结论经新型Nd:YAG激光治疗后的中老年玻璃体混浊患者,飞蚊症症状改善明显,患者视觉质量满意度高,尤其是伴有明显weiss环患者,患者的视觉质量改善显著。

Er∶YAG激光SWEEPS双脉冲模式激活荡洗在自由水域中的气泡动力学观测

目的:探究Er∶YAG激光光子增强的光声流(SWEEPS)技术在不同脉冲间隔参数条件下的蒸汽气泡动力学效应。方法:Er∶YAG激光手具连接工作尖放置于自由水域模型中,设置SWEEPS模式,150~600μs脉冲间隔激活。高速摄像机(200 000 Hz)摄录Er∶YAG激光激活荡洗引起空穴效应的过程,matlab逐帧分析蒸汽气泡间的相互作用关系,及蒸汽气泡消失时刻气泡残余与激光工作尖之间的距离。实验数据经SPSS 19.0统计软件进行统计分析。结果:在自由水域中,Er∶YAG激光SWEEPS模式下,脉冲间隔设置的改变会引起两次脉冲激发的蒸汽气泡形成不同的相互作用关系,包括双气泡融合、双气泡撞击及双气泡脱离。其中,脉冲间隔设置为360~440μs时,双气泡撞击现象会使蒸汽气泡消失时气泡残余与激光工作尖之间达到最远距离。结论:在自由水域中,Er∶YAG激光双脉冲SWEEPS模式在不同的脉冲间隔设置下引起双气泡间形成不同的作用关系,该现象可能可以增强Er∶YAG激光空穴效应,强化激光激活荡洗的临床应用效果。

2.94μm LiNbO_(3)声光调Q Er:YAG激光输出脉冲特性

2.94μm纳秒铒激光是宽调谐中红外激光和临床医疗研究中重要的固体激光源.本文研制了新型LiNbO_(3)声光调Q Er:YAG激光器,研究了20 Hz重复频率下不同调Q延迟时间和耦合腔镜反射率对激光输出脉冲特性的影响规律.根据测量激光器的热透镜焦距设计了凹凸谐振腔补偿热透镜效应,获得了激光单脉冲能量为34.68 mJ、脉冲宽度为119.9 ns的调Q输出,相应的峰值功率为289.24 kW,与平平腔相比输出能量提高了2.09倍.据我们所知,这是目前声光调Q Er:YAG激光器中获得的最高能量,可为进一步研究宽调谐中红外激光技术提供新的手段.

双波长LD泵浦Nd^(3+)∶YAG免温控被动调Q激光器的研究

传统的固体激光器体积、重量大,功耗高,限制了其在空间受限设备中的应用。被动调Q的LD泵浦免温控固体激光器省去了复杂的温度控制装置,调Q机构简单,能够满足复杂温度环境的特殊应用场景的小型化、低功耗要求。提出了基于双波长LD泵浦实现宽温度范围免温控阈值自适应的1.06μm激光脉冲输出方法。基于Nd∶YAG晶体设计了角锥棱镜谐振腔,仿真分析了LD泵浦源到激光棒的面心距对热负载的影响,并确定4 mm的最佳面心距。数值分析了相同泵浦功率下-40~60℃温度范围内激光静态能量输出变化,以及不同初始透过率的可饱和吸收体对激光阈值脉宽的影响。计算结果表明在-37℃~60℃范围内,阈值脉宽都在200μs以下,阈值脉宽最低点达到了29.4μs。构建主波实时探测的阈值自适应调节装置并搭建实验系统,实验结果表明,在温度范围为-35~60℃时,阈值脉宽变化范围为40~180μs。采用激光腔体一体加工成型,应用轻量化的铝合金材料,实现工程化应用,体积83.5 mm×44 mm×29.5 mm,重量约为230 g。在23.8%初始透过率的饱和吸收体条件下实现单脉冲输出能量42 mJ,脉冲宽度5.2 ns。

LD环状侧面均匀泵浦Nd∶YAG激光振荡器

激光二极管(Laser Diode,LD)环状侧面均匀泵浦的激光振荡器具有结构简单、光束质量高、单脉冲能量大等特点,常常在高能脉冲固体激光器中作为主振荡功率放大(MOPA)结构的振荡器,一直是国内外科研人员研究的重要方向之一。本论文通过Zemax软件对不同激光二极管排列方式以及不同工作物质吸收系数对吸收光场的影响的进行了仿真。基于仿真结果,设计了一种20个bar条串联的环状侧面泵浦结构,以提高晶体吸收的均匀性。通过该环状侧泵结构,结合超高斯非稳腔设计,搭建了一种双棒串接激光振荡器进行实验研究。该振荡器实现了在100 Hz重复频率下,单脉冲能量为496 mJ、脉冲宽度为12.4 ns的1064 nm激光输出,光束质量优于9 mm·mrad,光-光转换效率为18.5%。并且该振荡器可以维持光轴稳定不变的同时,实现20 ns脉宽以内变档可调。实验结果证明了该环状侧面均匀泵浦结构可靠有效,为MOPA结构振荡器选取提供了一种有效的方案。

基于石墨烯可饱和吸收体的Er∶YAG被动调Q激光器

本文研究了一种采用氙灯侧泵方式,并基于石墨烯可饱和吸收体的Er∶YAG被动调Q激光器。首先成功将石墨烯转移至Al_(2)O_(3)衬底制备得到石墨烯可饱和吸收体,并对其进行了形貌、结构及化学状态等性能表征。此外,对基于石墨烯可饱和吸收体的Er∶YAG被动调Q激光特性进行了研究,结果表明单脉冲能量从0.4 mJ增加至7 mJ,输出激光单脉冲宽度从761.2 ns下降至510 ns,最大峰值功率为13.7 kW。激光中心波长位于2935和2945 nm,且主波长在2935 nm处对应的半峰全宽(FWHM)为1.535 nm。沿x和y方向的光束质量因子分别为4.45和5.76。实验结果表明,该研究为推进更低成本、谐振腔设计简单且紧凑的2.94μm波段Er∶YAG激光器的发展提供了有效的参考依据。

Yb∶YAG晶体荧光性能的调控研究

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器,结合密度泛函理论和晶体场理论,对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算,分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能,并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明,通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法,共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。

超精密磨削YAG晶体的脆塑转变临界深度预测

钇铝石榴石(YAG)晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表面,基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学,通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程,考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应,建立了脆塑转变临界深度的预测模型,并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm。在此基础上,通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证,并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深。结果表明,磨粒切深高于脆塑转变临界深度时,YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除,磨削表面损伤严重;磨粒切深低于脆塑转变临界深度时,磨削表面材料以塑性方式被去除,能够获得高质量磨削表面,加工表面粗糙度达到1 nm。建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导。

连续激光二极管端泵Tm:YAG晶体棒热效应

根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了激光二极管端面泵浦Tm∶YAG晶体棒热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对晶体棒的温度场、热应力场和端面形变量进行了数值计算。分析了激光能量分布不同的激光光束(圆形高斯光斑、椭圆形高斯光斑、圆形平顶光斑、方形平顶光斑)、泵浦光斑半径、Tm ^(3+)掺杂浓度对激光棒内部温度场分布及端面形变量的影响,并绘制三维分布图。结果表明,在稳定状态下,若激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,掺杂浓度为3.5at.%的Tm∶YAG晶体棒泵浦面的最高温升为124.55℃,其泵浦面的最大应力为246 MPa,沿晶体z轴最大应力为209 MPa,泵浦面最大热形变量为0.888μm。该研究为实现Tm∶YAG激光器的设计提供了理论指导。

基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M2为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。

高能量脉冲Tm:YAG激光器研究

报道了适合于医疗应用的高能量脉冲激光二极管(LD)泵浦Tm:YAG激光器,通过理论模拟和试验研究了脉冲Tm:YAG激光器振荡运转和输出特性,结果显示:Tm:YAG激光器在脉冲泵浦状态下产生剧烈的驰豫振荡,可输出高峰值功率子脉冲,用适当重复频率泵浦时,多脉冲泵浦反转粒子的叠加效应可显著提高单脉冲输出能量,低频脉冲运转时,激光器阈值高,不利于激光器输出。实验中在重复频率120 Hz、脉宽600μs情况下,输出最大激光能量476 mJ,光光效率26.4%;在泵浦平均功率300 W时,得到68.2 W的平均功率输出,光光效率22.7%。此高能量脉冲2μm激光输出实验,为激光医疗应用提供参考。

YAG激光联合渗透树脂辅助诊室漂白治疗氟斑牙的临床疗效和舒适度分析

目的 探讨在诊疗室应用YAG激光配合渗透性树脂漂白对氟斑牙的疗效。方法 选取2020-2022年石家庄市第二医院口腔科诊治的氟斑牙患者90例,按照随机数字表法分为A、B组,每组45例。A组采用低能量(YAG)激光处理,同时加以诊室漂白,B组采用低能量(YAG)激光处理,并与渗透树脂辅助诊室漂白相联合,用VITA比色板作脱色前后对比,以分光比色仪记录美白后釉质表面的色阶和色度。使用分光光度计和Vita指南记录每个时间节点的牙齿颜色变化,2年的随访中,评估牙齿美白前后的颜色反色效应。比较2组患者治疗后的牙齿敏感发生率。结果 治疗后2组患者牙齿颜色均变白,但B组患者牙齿颜色等级显著低于A组,差异有统计学意义(P<0.001)。1周美白治疗后,A、B组患者的漂白总有效率分别为75.56%、73.33%,差异无统计学意义(P>0.05);6个月后,B组和A组的漂白总有效率分别为80.00%和75.56%,差异无统计学意义(P>0.05);1年后,B组和A组的漂白总有效率分别为100%和80.00%,差异有统计学意义(P<0.05);2年后,B组总有效率为100%,A组为82.22%,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后立即牙敏感率B组为40.00%明显小于A组的93.33%(P<0.05);2组在用药24 h内均未出现过敏反应。结论 YAG激光联合渗透树脂辅助诊室漂白治疗中度氟斑牙在临床上具有相对更好的疗效和舒适度。