光生物调节诱导间充质干细胞的成骨分化

背景:间充质干细胞是从多种组织中分离出来的多能基质细胞,能够在特定的条件下分化为成骨细胞,光生物调节作为一种外部刺激能够单独或与其他诱导物联合使用加速间充质干细胞成骨分化的进程,从而为解决系列骨疾病提供新的思路。目的:综述光生物调节诱导间充质干细胞成骨分化的相关研究及机制,旨在为选用间充质干细胞作为种子细胞的骨组织工程奠定理论基础,并提出一些发展方向的建议。方法:检索中国知网、PubMed及Wed of Science数据库近年来发表的相关文献,中文检索词为“光生物调节,低功率激光,低水平激光,发光二极管,间充质干细胞,成骨分化,生物材料”;英文检索词为“Photobiomodulation,low level laser(light),light-emitting diode(LED),mesenchymal stem cell,osteogenic differentiation,Biomaterials”,最终纳入88篇文献进行分析。结果与结论:①以低水平激光和发光二极管为代表的光生物调节对于促进间充质干细胞的增殖与分化有着积极的影响。②光生物调节诱导间充质干细胞成骨分化的可行性已在细胞实验、动物实验中得到验证,一方面,光生物调节能够通过激活相关信号通路、上调成骨标志物的表达促进干细胞在体外扩增与分化;另一方面,光生物调节可以提高系统移植的干细胞体内存活率及归巢效应,缩短骨缺损愈合时间。但是光生物调节存在双相剂量效应,各项研究中激光参数、实验环境及细胞类型等要素参差不齐,使得研究结果缺乏一致性,难以推广。③光生物调节可以与生物材料、其他物理因子及药物联合使用加速干细胞成骨分化的进程。④总之,光生物调节因其无创、高效且无明显副反应等优势在医疗领域的应用逐渐广泛;近年来,其在骨组织工程中的作用也逐渐凸显,为骨缺损等疾病的治疗提供了新策略,后续研究应进一步探索光生物调节的标准化治疗参数。

光压型高功率激光测量装置的测量重复性研究

测量重复性是光压测量装置的最大不确定度分量,直接影响测量结果的准确性。为了在高功率激光测量过程中提高功率测量的准确度,搭建了基于光压的高功率激光测量装置,进行了质量测量重复性实验和激光功率测量重复性实验,对两个实验的结果进行了比较分析。实验结果显示,光压测量装置的测量重复性随被测质量和被测功率的增大而逐渐降低,表明光压方法在测量高功率激光时更具优势。在激光功率测量重复性实验中,由于避免了偏载和气流扰动的影响,因此激光功率测量重复性优于根据等效质量计算的测量重复性。研究结果对后续进一步提高光压方法的测量准确度具有指导意义。

基于光辐射压力的激光功率测量技术

随着激光应用领域的快速拓展,超高峰值功率、超窄脉宽逐渐成为未来激光行业的重点研究方向之一,这种激光的超高电场能量给高精度的激光功率测量提出了挑战。传统的激光功率测量方法,如光电法、热释电法、量热法等逐渐显露出不适用于上述激光功率测量的缺点,此外上述方法都难以实现实时、在线测量。为了克服以上困难,需要一种新型激光功率测量原理与方法。以美国国家标准与技术研究院为代表的机构提出了一种光辐射压力测量法,该方法使激光作用在高反射率的反射镜上,激光动量形成了光辐射压力,这个力可以采用多种力学传感方式进行计量。该方法不但能实现激光功率快速、准确测量,而且不影响激光能量传输,可以实现实时、在线的激光功率测量。系统回顾了国内外通过光辐射压力测量激光功率的基本原理和系统组成,光辐射压力测量激光功率的研究现状,并对该方法的发展方向进行了展望。

用于高功率密度光束控制的光寻址光阀研制

为解决光寻址液晶光阀在高功率密度光束控制领域的应用限制,介绍一种可用于高功率密度激光系统的光寻址液晶光阀,该光阀开关比不低于140∶1,可在高于2300 W/cm^(2)的连续激光系统中正常工作。同时,所研制的光阀可在高重频吉瓦(GW)级功率密度的fs脉冲激光系统中正常工作,在该系统最大功率密度激光作用下,光阀未见明显温度变化,该脉冲激光系统最大平均功率密度超过300 W/cm^(2)。

高功率蓝光半导体激光器巴条的封装技术研究

为实现高功率的蓝光半导体激光输出,对蓝光巴条的封装技术进行了研究。利用金锡硬焊料封装了高功率氮化镓(GaN)蓝光半导体激光巴条,应用铜钨过渡热沉作为缓冲层抑制了铜热沉和GaN激光芯片之间封装残余应力,采用高精度贴片机将芯片共晶键合在铜钨过渡热沉上。贴片质量的好坏直接影响了器件的输出特性,所以重点分析了贴片机的焊接温度焊接压力、焊接时间对器件的影响。实验结果表明:当贴片机的焊接温度为320℃、焊接压力为0.5 N、焊接时间为40 s时,焊料层界面空洞最少,热阻最低为0.565℃/W,阈值电流最低为4.9 A,在注入电流30 A时,输出光功率最高为32.21 W,最高光电转换效率达到了23.3%。因此,在优化焊接温度、焊接压力、焊接时间后,利用金锡硬焊料将蓝光半导体激光芯片共晶键合在铜钨过渡热沉的技术方案是实现蓝光半导体激光巴条高功率工作的有效途径。

棉花中白色异性纤维的线扫描激光成像检测方法

在可见光和紫外光照明条件下,皮棉中白色异性纤维和棉花背景的颜色相近,很难用现有的机器视觉系统或人工方法检测出来。该文以12种典型白色异性纤维为样本,采用线扫描相机,分别在红色激光(波长658 nm)、蓝色激光(波长405 nm)和红外激光(波长850 nm)3种照明条件下,改变激光功率和曝光时间,获取了300幅白色异性纤维与棉花的图像。在此基础上,根据同一图像中目标和背景的平均灰度值计算了图像的对比度,然后作出了不同激光波长、功率、曝光时间和图像对比度之间的关系曲线,最后,在该试验装置的条件下,该文确定了线激光成像的最佳检测波长为658 nm、光功率为55 m W和曝光时间为36μs,发现采用优化的线激光参数成像,图像中12种白色异性纤维灰度值已经接近饱和而棉花还处于欠饱和状态,"目标"和"背景"的对比度达到最大,利用两者平均灰度值的明显差异可以检测出棉花中的白色异性纤维。试验结果表明,采用优化的线激光成像参数获取730幅棉花图像,利用简单的Prewitt算子边缘检测法和固定阈值的二值化方法对图像进行分割,12种典型白色异性纤维样本的正确识别率分别可达93.7%和92.9%。

计算机测控光的偏振教学实验系统

针对传统偏振光与波片实验需人工调节偏振片和波片转角并记录数据,过程繁琐、数据量大、耗时过长的问题,开发出计算机测控的教学实验系统。以半导体固体激光器为光源,PC机通过USB接口和控制器驱动步进电机,带动中心有透光孔的精密电控旋转台按设定步距角转动。激光束与转台中心同轴,偏振片或波片同心安装在旋转台上同步旋转,透射光经过检偏器,由数字式光功率计检测通过各元件后光强的变化;信号经另一USB接口传输至PC机。计算机控制偏振片或波片旋转,同时自动采集对应转角的透射光强值并存储。实验结束后检测结果可通过数据文件导出,由学生在课后自行处理。新教学实验系统可完成1/4和1/2波片实验,验证马吕斯定律,能大幅度节省实验时间并提高精度。

面部鳞状细胞癌患者联合应用钬激光和光动力的疗效观察

目的探究联合应用钬激光和光动力治疗面部鳞状细胞癌(SCC)患者的临床疗效,为临床有效控制面部SCC的恶化乃至治愈提供理论依据。方法2016年1月-2017年12月,将48例面部SCC患者进行对照研究,根据治疗方式的不同分为对照组(光动力局部照射治疗)和试验组(光动力联合钬激光照射治疗),每组各24例。比较2组患者治疗后15 min、30 min、60 min时鳞癌细胞温度的统计学差异,比较2组患者临床疗效的统计学差异。结果2组患者鳞癌细胞温度0 min差异无统计学意义,试验组患者15 min、30 min、60 min时鳞癌细胞温度显著高于对照组患者(P<0.05)。试验组患者临床疗效显著优于对照组患者,且有效率显著高于对照组患者(P<0.05)。结论联合应用钬激光和光动力对面部SCC患者展开治疗,可以有效的缩短患者皮损缩小以及消失的时间,同时增加鳞癌细胞温度,临床疗效明显高于单纯使用钬激光进行治疗,值得临床推广。

改善高平均功率固体激光器光束质量的研究

本文首先概述了内含热透镜的激光谐振腔的分析方法，提出影响高平均功率固体激光器光束质量的主要因素是激光介质的热效应，尤其是非对称的热透镜象差。因此，改善光束质量的途径是补偿或修正透镜象差，使光束质量达到非相干多模振荡的理论值。实验研究了一种新型谐振腔——四镜不失调反射镜腔的光束质量，结果表明比对应的平—平腔光束质量明显提高，说明这种腔型在改善光束质量方面有良好前景。同时也说明上述改善光束质量的思想是正确的。

基于光压原理的大功率激光功率测量

大功率激光功率测量常用量热法,但溯源复杂。介绍了具有较高测量精度的基于光压原理的大功率激光功率测量方法,设计了利用1/10^(5)精度天平大功率激光测量实验,测试了基于GaAs半导体材料制作的反射镜的反射率及损伤阈值,确定了基于GaAs半导体材料反射镜的相关性能。得到了普通实验室条件下的功率测量重复性及线性,验证了1/10^(5)精度天平用于大功率激光测量的可行性。通过实验结果结合理论计算,得出利用1/10^(5)精度天平的光压测量功率的测量上限可以达到3×10^(4)W以上。

高功率绿光半导体激光器的动物实验应用

目的:研究高功率绿光半导体激光器在动物试验中的应用效果。方法:应用高功率绿光半导体激光器和Nd.YAG激光器对两组动物实验观察。结果:高功率绿光半导体激光器的组织气化时间是Nd:YAG激光器的I/8,组织穿透深度是Nd;YAG激光器的1/10,组织间照射后平均凝固范围是Nd:YAG激光器的2倍。连续30次内镜下气化组织试验,对内镜器械无损伤。结论:高功率绿光半导体激光器组织汽化和凝固效果佳,安全性好,疗效好,效率高,在医学领域中有着广泛的应用前景。

大功率CO_2激光器尾镜取样功率测控的研究

激光功率是激光器中最基本的参数 ,激光功率的稳定、准确将对激光加工等领域产生直接而巨大的影响。在大功率CO2 激光器功率测控系统中 ,采用尾镜即全反球面镜漏光进行激光功率采样 ,并通过西门子S7 2 0 0PLC实现对整个系统的激光功率测控 ,可以有效提高对激光器的控制精度和稳定性 。

水下气泡幕激光后向探测中的信号起伏和干扰抑制

水下气泡幕的激光后向探测实验中发现,由于气泡幕的存在,信号有时得到增强,有时会减弱。对该问题进行分析,将探测区域分为三个组成部分,对三部分信号进行比较分析,从而找出影响信号强度的因素,并通过实验进行验证。结果表明,信号的强度是增强还是减弱,主要取决于气泡幕本身的信号强度,它与气泡幕的距离以及气泡密度等因素有关。对同一距离上相同密度的气泡幕进行探测,适当增大探测器和发射器之间的距离,可以提高有无气泡时的差异,从而提高系统探测性能。

910nm高峰值功率垂直腔面发射激光光源

报道了910 nm高峰值功率垂直腔面发射半导体激光器列阵(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的设计方法及测试结果。所制备的910 nm VCSEL列阵在准连续工作时激光功率达到2 W;在重复频率10 kHz,脉冲宽度30 ns,工作电流60 A的电脉冲驱动条件下,VCSEL列阵峰值输出功率达到25.5 W。随着工作电流的增加,VCSEL列阵输出的激光光谱呈现明显的展宽现象,证实VCSEL列阵即使在窄脉冲工作时大的电流驱动仍然会产生严重的内部热效应;VCSEL列阵输出激光的光脉冲波形在驱动电流增大至60 A时脉宽仅展宽了6 ns左右,证实VCSEL阵列具有非常优越的脉冲响应特性。对VCSEL列阵进行光束准直处理后,在1 m距离处得到了近圆形的均匀光斑。我们相信这种高功率的910 nm面阵光源在未来汽车光探测测距(LiDAR)等智能驾驶领域具有很大的应用潜力。

表面热透镜技术测量3.8μm和2.8μm激光薄膜的微弱吸收

采用表面热透镜技术,对3.8μm和2.8μm激光辐照下镀制在Si基底上的单层ZnS,YbF3和YBC薄膜及不同膜系的YbF3/ZnS多层分光膜和多层高反膜,以及镀制在CaF2基底上的增透膜进行了吸收测量,并对3.8μm和2.8μm激光的测量结果进行了比较分析。实验结果表明,2.8μm波长下的吸收比3.8μm的大得多,两者之间约相差一个量级,测得的多层高反膜YbF3/ZnS薄膜在的3.8μm处的最低吸收为4.57×10-4,测量系统的灵敏度约为10-5。

强激光场作用下部分离化等离子体的非线性极化

针对线偏振光场,提出一个原子极化模型。假设原子核为静止不动的正电背景,束缚电子不发生再电离,自由电子与离子也不发生复合,电子对电场的响应是瞬时的,并用旋转椭球来近似描述电子云的形状。通过此模型,可解析地计算出不同电离状态原子的第1阶线性和第3阶非线性极化率、相应的极化电流、以及极化介质(原子)的折射系数。在低场近似下,这些结果可自洽地过渡到传统的非简谐振子模型,并可得到对应的谐振子的固有频率和非线性系数。

基于发光二极管的快响应多靶机炸点测试方法

针对近炸引信高速弹目交会模拟试验中,采用普通氙灯进行引信和靶机交会时炸点指示存在充电时间长,不适应多靶机测试的问题,提出了一种基于发光二极管的快响应多靶机炸点测试方法。该方法采用高速光藕、高速MOSFET、高速功率切换开关等高速器件驱动大功率LED组进行起爆信号的指示;结合位标和高速摄像计算炸点位置和瞬时速度。经测试和试验,成功获得了有效的数据,大功率LED炸点指示模块的响应时间仅为1μs,具有较大实用价值。

高功率激光装置中终端光学系统的鬼像分析

基于光传输的多叉树原理,研究了用于惯性约束聚变的高功率激光装置终端光学系统中多级衍射和多次反射杂散光与鬼点分布,根据光线经色分离光栅的传播规律进行了实际鬼光路计算,对聚焦透镜、色分离光栅、防护片组成的光学系统产生的杂散光及会聚鬼点进行了全面分析,得出三次谐波鬼点620个,二次谐波和基频光的会聚鬼点相对较少。分析表明非球面的一次反射鬼点最具威胁,大角度衍射和倾斜平面反射使大量鬼点向系统外部移动,并增大鬼光束的像差,减小其危害。这种方法可以以动态数据结构捕捉全部鬼点,并获得鬼光束结构。

激光投影显示系统薄型化设计

比较了目前超薄投影显示光学系统的特点,设计了使用于激光显示的超薄投影镜头组。系统的投影距离为100mm,画面尺寸为157cm(62in),采用TI公司的20.3mm(0.79in)DMD芯片作为空间光调制器,系统由1个非球面反射镜和5片透射镜片组成。从软件模拟结果看,系统成像质量良好。该设计对元件的加工、装调工艺要求较低,有利于降低投影系统的整体成本。