半导体激光剜除术对前列腺增生患者尿动力学、血清睾酮、PSA水平的影响

目的探讨半导体激光剜除术对前列腺增生患者尿动力学、血清睾酮、前列腺特异抗原(PSA)水平的影响。方法前瞻性选取2021年2月至2023年2月在大庆龙南医院就诊的90例前列腺增生患者作为研究对象,按随机数字表法将其分为观察组与对照组,每组各45例。观察组行半导体激光剜除术,对照组行前列腺电切术。比较两组围手术期指标、术后并发症及手术前后的残余尿量(PVR)、最大尿流率(Qmax)、睾酮、PSA、国际前列腺症状评分(IPSS)、生活质量量表(QOL)。结果观察组的手术时间、术中出血量、术后膀胱冲洗时间、术后留置导管时间、住院时间分别为(69.88±10.26)min、(40.23±6.28)mL、(20.04±5.19)h、(2.96±0.81)d、(4.29±1.12)d,均显著少于对照组[(77.76±9.74)min、(64.11±8.75)mL、(27.83±8.34)h、(4.61±1.51)d、(6.02±1.45)d],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后残余尿量均较术前显著降低,Qmax均较术前显著升高,观察组残余尿量为(9.04±2.37)mL,低于对照组[15.08±4.24)mL],Qmax为(26.97±8.02)mL/s,高于对照组[(18.55±7.23)mL/s],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后血清睾酮、PSA水平均较术前显著降低,观察组血清睾酮、PSA水平分别为(18.71±1.04)mmol/L、(4.36±1.08)ng/mL,均低于对照组[(21.05±1.15)mmol/L、(8.08±1.69)ng/mL],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后IPSS、QOL评分均较术前显著降低,观察组IPSS、QOL评分分别为(6.10±1.25)、(1.23±0.29)分,均低于对照组[(8.23±1.31)、(1.77±0.56)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组术后并发症总发生率为13.33%,显著低于对照组(31.11%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论半导体激光剜除术在改善前列腺增生患者尿动力学及血清睾酮、PSA水平等方面效果优于前列腺电切术。

封装工艺对半导体激光器偏振特性的影响

研究了封装工艺对半导体激光器偏振度的影响,包括封装结构、热沉材料、焊料组分、焊料厚度、烧结压力以及烧结温度等方面。通过对功率25W、波长976nm单管半导体激光器封装工艺进行优化,实现了该半导体激光器应力匹配封装,进而提高了其偏振度。研究结果表明,在金锡焊料厚度6~8μm、金锡焊料中金组分77%~79%、烧结温度320℃、烧结压力50gf(1gf=9.8mN)、预热时间10s、降温速率6℃/s等工艺条件下,该半导体激光器横电(TE)模式偏振度测试值达到97.9%~98.6%。

内置温控多模耦合半导体激光器研究

随着半导体激光光源在通信、探测等领域应用的不断扩展,常规多模半导体光纤耦合模块功率温度特性不能满足使用需求,因此有必要研制高稳定性多模耦合半导体激光器。研制了一种内置温控的多模耦合半导体激光器。针对器件的封装耦合进行了光纤耦合设计和散热设计,并对制作的器件的光电参数进行了测试,重点测试了宽温范围内的输出功率与功率变化率。测试结果表明:光纤芯径为105μm、数值孔径(NA)为0.22时,室温下光纤输出功率大于3.1 W,耦合效率达到94%以上;在温度范围-45~70℃内,典型温度点下输出功率变化率低于1%。该内置温控多模耦合半导体激光器的研制为半导体激光器在泵浦领域的进一步应用提供了技术参考。

半导体激光器驱动器的SPICE仿真及其在气体传感系统的应用

为了提高激光器的工作可靠性和稳定性,借助TINA-SPICE软件对其驱动电路进行辅助设计,并通过电调制和光电检测系统实验检验设计效果。对驱动器的恒流输出电路的幅频特性和瞬态响应进行仿真,预测潜在的电流振荡现象,并提出一种用于补偿环路增益的易用方案。通过对比补偿前后的仿真曲线,验证了该方案的可行性。在此基础上,以STM32H743作为中央处理核心,通过触摸屏图形化设置和监测驱动电流参数,从而调度激光器驱动电路的运行。在296 K环境温度下,利用该电路进行半导体激光器电调制特性实验,通过拟合波长与电流得到调制系数为0.045 cm-1/mA。进一步地,将该控制器引入基于红外光谱吸收技术的气体传感系统,完成了对甲烷气体的定量分析。分析结果表明,所设计的电路能稳定地驱动激光器并实现对波长的精准调制,获得的气体传感系统的检测下限低于8 ppm。

半导体激光术与高频电刀手术治疗牙龈瘤患者的效果对比

目的回顾性对比半导体激光术与高频电刀手术治疗牙龈瘤患者的效果。方法收集新乡医学院第一附属医院2021年5月至2023年10月收治的60例牙龈瘤患者的临床资料,依照手术方式分为两组。激光组(30例)接受半导体激光术治疗,电刀组(30例)接受高频电刀手术治疗,比较两组术后2周临床治疗效果、手术相关指标(手术时间、术中失血量)、不同时间点(术前及术后12、24、48 h)疼痛程度[视觉模拟评分(VAS)]、术前及术后1周龈沟液炎症因子水平[超敏C反应蛋白(hs-CRP)、白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)]、并发症。结果两组术后2周治疗有效率、总并发症发生率差异无统计学意义(P>0.05);激光组手术时间较电刀组长,术中失血量较电刀组少(P<0.05);两组VAS评分的时间、组间、交互效应有统计学意义(P<0.05),同时随着时间推移呈降低趋势,且激光组低于电刀组(P<0.05);术后1周,两组龈沟液hs-CRP、IL-1β、TNF-α水平均降低,且激光组低于电刀组(P<0.05)。结论半导体激光术与高频电刀手术治疗牙龈瘤的效果相当,但与高频电刀手术相比,半导体激光术的手术时间稍长,而术中失血量少,疼痛程度轻,并能降低龈沟液炎症因子表达水平。

高功率水平阵列半导体激光器干冰冷却性能的研究

本研究设计了一种针对高功率半导体激光器散热问题的干冰微粒喷雾冷却散热器,并利用FLUENT软件对其热流场进行了模拟仿真。得出:入口带有多出口喷嘴的散热器,冷流体在针柱的扰动后对高功率半导体激光器的散热效果最好。干冰流速为0.5 m/s,稳定后的温度为24.79℃。实验测试与模拟仿真结果对比,得出最大相对误差分别为8.3%、8.8%。此外,与微通道水冷相比,干冰冷却降温的激光器整体温度低,电光转换效率高,沿垂直条宽方向温度分布均匀,热应力减小,“smile”效应减弱。研究结果为开发高功率水平阵列半导体激光器干冰冷却打下基础。

650nm半导体激光对形觉剥夺性近视豚鼠视网膜厚度的影响

目的比较不同照射时长650 nm半导体激光对形觉剥夺性近视(FDM)豚鼠视网膜厚度的影响。方法通过头套法建立豚鼠单眼形觉剥夺性近视模型,分为正常对照组(n=10)、单纯遮盖组(n=10)和遮盖+激光照射组(n=30),遮盖+激光照射组的豚鼠每天接受两次650 nm激光照射,根据不同照射时长又分为3 min组(n=10)、6 min组(n=10)和12 min组(n=10)。4周后通过带状光检影镜测量每组豚鼠的屈光度值,用光学相干断层扫描仪(OCT)测量每组豚鼠后极部视网膜厚度,分析比较各组间豚鼠眼球屈光度和视网膜厚度的差异。结果单纯遮盖组豚鼠屈光度较正常对照组有明显近视形成(P<0.05),各遮盖+激光照射组的豚鼠屈光度值均较单纯遮盖组减小,其中6 min和12 min激光组较3 min激光组的近视屈光度减少(P<0.05),但6 min激光组与12 min激光组豚鼠的近视屈光度无明显差异(P>0.05)。单纯遮盖组豚鼠后极部视网膜厚度较正常组明显变薄(P<0.05),各遮盖+激光照射组的豚鼠视网膜厚度均较单纯遮盖组视网膜厚度有所增加(P<0.05),6 min和12 min激光组均较3 min激光组豚鼠视网膜厚度增加(P<0.05),但6 min激光组与12 min激光组豚鼠的视网膜厚度无明显差异(P>0.05)。结论650 nm半导体激光可以控制豚鼠形觉剥夺性近视的发展,并改善其视网膜厚度变薄的趋势。

精准温度控制半导体激光治疗仪及其可靠性分析

目的探究影响基于保偏光纤温度传感器的半导体激光治疗仪功率稳定输出的关键因素,探索实用化的激光治疗系统光电子器件可靠性分析方法。方法基于可靠性框图法,对系统光电子器件及其外围电路建立可靠度(RSL)、失效率(λSL)和平均寿命(LSL)分析模型,分析使用环境、运行时间(t)和工作温度(T)对系统运行可靠性的影响。基于加速寿命模型分别在室温大驱动电流(T=25℃、I=2.5 A)、高温工作电流(T=50℃、I=1.5 A)和高温大驱动电流(T=50℃、I=2.5 A)条件下,测试LSL与T、I以及T和I相互作用条件下的关系。结果仿真结果表明,λSL随T的增加而增加,LSL随T的增加而降低,RSL随T和t的增加而降低,在I为1.5 A、T为50℃的条件下,λSL、LSL、RSL估计值分别为5.229×10-51/h、17824.500 h、0.11418。实验结果显示,LSL分别为22873、17693和4780 h,实验测试结果与仿真结果吻合。结论基于本研究所提方法,可结合系统架构、设计方法、使用环境,分析计算出设备的λSL是否满足使用规范,进而预测出设备的RSL与LSL,为设计制造与临床使用提供数据支撑。

半导体激光器抗辐照性能无损检测系统的研制

半导体激光器的电导数和低频电噪声参数可以反映器件的内部缺陷,与器件抗辐照性能具有相关性。介绍了基于电导数技术和低频电噪声技术设计的半导体激光器抗辐照性能检测系统,能够测量并提取激光器电导数及低频电噪声参数。通过微小剂量辐照前后的敏感参数对半导体激光器进行抗辐照性能评价,具有灵敏、无损等优势。

Zn杂质诱导GaInP/AlGaInP红光半导体激光器量子阱混杂的研究

在GaAs基GaInP/AlGaInP单量子阱结构外延片上分别使用磁控溅射设备生长ZnO薄膜和等离子增强化学气相沉积设备生长SiO2薄膜,以ZnO介质层作为Zn杂质诱导源,采用固态扩Zn的方式对激光器进行选择性区域诱导以制备非吸收窗口来提高器件的腔面光学灾变损伤阈值,从而提高半导体激光器的输出功率和长期可靠性。在580~680℃、20~60 min退火条件下对Zn杂质诱导量子阱混杂展开研究,实验发现,ZnO/SiO2或ZnO/Si3N4复合介质层的采用比单一Zn介质层的杂质诱导蓝移量大,且在680℃、30 min的条件下获得了最大55 nm的蓝移量。分析结果表明,介质层所施加的压应变会将外延片表面GaAs层中Ga原子析出,促使Zn原子进入外延层中以诱导量子阱混杂。通过测量光致发光光谱发现发光强度并没有明显下降,可为后期器件制作提供借鉴。

窄脊型波导半导体激光器偏振与横模关系研究

基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型,通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算,脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大,类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式;而随着脊型波导的高度增加,快轴高阶模式被截断,类TE00模式的限制因子逐渐增加至与类TM00模式相近,慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制,理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面,利用量子阱材料的增益偏振特性,通过脊型高度与宽度的设计,制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。

低重复频率被动锁模半导体碟片激光器

锁模半导体碟片激光器(semiconductor disk laser,SDL)兼具输出功率高与光束质量好的优点,但半导体增益介质ns量级很短的载流子寿命限制了锁模脉冲重复频率的降低,因而在一定程度上限制了锁模脉冲峰值功率的提高.本工作中增益芯片内较浅的量子阱所对应的载流子寿命相对较长,结合特殊设计的较小饱和通量的半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorption mirror,SESAM),获得了低重复频率、高峰值功率的被动锁模SDL.当温度为12℃时,利用六镜谐振腔产生的被动锁模激光脉冲重复频率低至78 MHz,为迄今为止在SESAM锁模SDL中所获得的最低重复频率.锁模SDL的平均输出功率为2.1 W,脉冲宽度为2.08 ps,对应的脉冲的峰值功率12.8 kW,为已有报道最高值的近2倍.

混沌微腔激光器的研究进展(特邀)

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免光反馈引入的弱周期性。基于微腔内模式相互作用产生的自发混沌半导体微腔激光器,无需外部扰动,具有体积小、工艺简单、混沌带宽大、混沌态工作条件宽和无反馈弱周期性等优点,有望在具体应用中进一步发挥作用。针对近年来基于微腔的混沌激光器研究情况,本文进行了分类介绍,包括自发混沌微腔激光器、光反馈混沌微腔激光器和集成互注入激光器,总结了自发混沌微腔激光器的当前应用,对自发混沌微腔激光器的未来发展做了展望。

高功率1150 nm垂直外腔面发射半导体激光器

针对目前激光医疗、食品药品检测等领域对橙黄色激光的应用需求,开展了高功率基频光1150 nm垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)研究。提出激光谐振腔内大尺寸基模光斑外腔结构,使VECSEL腔内模式匹配较大泵浦光斑尺寸,实现了高功率激光输出;提出增益峰-腔模失谐结构,增益峰与腔模温漂系数不同,高泵浦功率下具有良好的增益峰-腔模匹配,实现高泵浦功率工作下的激光波长稳定控制。制备的VECSEL器件在1150 nm激光波长的输出功率达到9.38 W,并获得良好的圆形对称的输出光斑形貌,光斑在正交方向上的发散角分别为7.3°和7.5°。

基于流式细胞仪的激光器驱动系统研究与设计

为获得适用于流式细胞仪的功率稳定、波长稳定、低噪声的激光光源,设计了一款恒功率控制的半导体激光器驱动系统。系统采用多量子阱激光二极管,以STM32为主控核心,以MAX8521芯片为温度控制核心,采用双闭环功率控制,实现对激光器输出光功率的高精度低噪声控制。实验结果表明,该系统的温度波动在±0.016℃范围内,温度控制不稳定度为±0.055%,输出光功率长期不稳定度为±0.078%,光噪声率为0.109%,输出光波长稳定在637~638 nm,仪器分辨率的全峰宽变异系数均小于等于1.70%,优于YY/T0588-2017流式细胞仪行业标准的要求。所设计的半导体激光器驱动系统温控精度高、输出长期稳定、光噪声小、成本低,能够有效满足流式细胞仪检测的需求。

基于WMS的可调谐半导体激光器驱动与温控电路设计

针对可调谐半导体激光器工作时,其工作电流和工作温度的波动导致激光器的输出的波长和功率不能保持恒定的问题,设计了一套基于STM32F407为主控芯片联合FPGA的半导体激光器小型化驱动与温控电路。通过与上位机交互,系统可实现激光器驱动电流和工作温度的连续可调,使半导体激光器的输出光的波长在最佳的范围内。经过测试,系统的驱动模块电流稳定度为0.075%,电流的实际值与理论值之间的相对误差平均值为0.538%;温度电路的稳定度在0.03℃,完全满足实际应用需求。

1470 nm半导体激光治疗仪对犬前列腺切除术的有效性研究

目的评估1470 nm半导体激光治疗仪(简称:科瑞达治疗仪)对犬前列腺切除术的有效性。方法选取成年雄性Beagle犬28只,随机分为3组,即假手术组3只、试验组15只和同类对照组10只;其中试验组又分为120 W/50 W、150 W/50 W、160 W/50 W的汽化切割/凝固止血3个小组;同类对照组又分为120 W/50 W、150 W/50 W的汽化切割/凝固止血2个小组;每小组各5只。试验组和同类对照组均在电切镜下经膀胱颈入口行犬前列腺切除术。术中观察产品的操作适配性和有效性;术后观察犬的一般体征,以及在术前、术后即刻、3 d、7 d、28 d时取血测定血液生化和血液学指标;分别在术后1 h、4周时,行超声和电切镜下观察尿道前列腺部情况,并取前列腺组织进行HE染色分析术后1 h的凝固层厚度和4周尿道上皮修复情况。结果术中,试验品和同类对照品进行犬前列腺切除术的操作性能良好,具有较好的汽化切割和凝固止血性能;术后对犬的一般体征、血液学和血液生化指标均未见明显影响;且超声显示术后即刻均可见尿道扩张,尿道上皮回声略有增强;4周时,可见前列腺组织实质为略低回声,内部为均匀分布细小点状回声,包膜呈线状高回声,与假手术组一致。测量分析显示,试验组和同类对照组汽化切割前列腺组织重量约为0.91~1.33 g,切除比例达17.11%~20.27%;且随汽化切割功率的增加,激光发射时间逐渐减少,而汽化切割速度和效能均有所增加;但试验组与同类对照组比较均未见明显差异(P>0.05)。电切镜下可见试验组和同类对照组在术后1 h时前列腺尿道部创面呈烧灼样改变,创面和正常尿路上皮分界明显;4周时,前列腺部尿路上皮已修复平整,周围正常尿路上皮分界较模糊。同样,病理观察也显示,术后1 h时试验组和同类对照组均可见前列腺尿道口损伤明显,创面表面有少量碳化和凝固性坏死,少量炎性细胞聚集,凝固层厚度约在0.4 mm左右;术后4周时,假手术组前列腺尿道部形态未见异常,试验组和同类对照组均可见新生上皮基本覆盖创面,厚度较均匀,无凝固性坏死组织附在创面上,周围仍有轻度炎性反应,成纤维细胞增生明显,周围前列腺可见间质和上皮细胞增生,部分可见鳞状化发生;前列腺包膜完好,周围神经血管形态未见异常。结论科瑞达治疗仪对Beagle犬前列腺切除术是有效的,具有较好的汽化切割和凝固止血性能,且术后的各项生理指标较假手术组无显著差异。

基于束腰劈裂偏振合束高亮度窄线宽半导体激光器

将一个808 nm宽发射区半导体激光器应用于纵模选择束腰劈裂偏振合束外腔中,实现了高光束质量、高亮度和窄线宽的激光输出。所获激光输出功率为5.08 W,快慢轴光束质量M2=1.85×18.2,慢轴光束质量较自由运转激光器提高48%,输出激光亮度B=22.74 MW·cm^(-2)·sr^(-1),是原激光器自由运转的1.3倍。所获激光光谱线宽为0.47 nm,压缩至原激光器自由运转的光谱宽度的0.14。

基于合束的500 W蓝光半导体激光模块化研究

为了满足新能源汽车电池制造、航空航天高反射材料铜的焊接和金属3-D打印领域的应用需求,采用空间合束以及偏振合束方法,研制出基于150 W阵列式蓝光单元的500 W蓝光半导体激光模块。实现了快轴上发光单元内部的光束叠加、慢轴上多个发光单元交叉加密输出,消除发光死区,将4个独立发光单元的激光合束为一个方形光斑,增加功率密度而不影响光束质量;并研究了激光模块热效应与冷却特性,设计出激光模块稳定输出方案。结果表明,最终输出蓝光激光快轴发散角0.4°,慢轴发散角0.02°,发光功率501 W,整体效率81.3%,功率波动小于0.7%。本研究成果为进一步研制4 kW大功率蓝光半导体激光器提供了基本合束模块。

新国际单位制体系下芯片化计量的研究进展与发展趋势

芯片化计量是一种实现途径,具有高效、低成本的优势。国际单位制(SI)的巨大变革使计量工作摆脱了实物基准的困扰,使复现量值的方法更加灵活。伴随量子测量方法的发展,诞生了一些芯片级计量标准装置。微机电(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)、微流控和微型激光器等是芯片化计量发展过程中的关键支撑技术。基于量子测量技术,国际单位制中部分基本单位的实现,如时间、长度、温度和电流,已具备芯片化的雏形。整体上,芯片化计量仍处于起步阶段,主要表现为传感元件的芯片化。未来可通过不断丰富芯片级计量基(标)准仪器的种类,逐步构建和完善芯片化的溯源链,来推动芯片化计量的发展。