采用解析法对Nd:YAG单晶光纤的温度场研究

采用解析法对Nd:YAG单晶光纤激光器热效应相关的光纤温度场分布进行研究。建立了Nd:YAG单晶光纤热模型,在单晶光纤所满足的边界条件下通过解析求解热传导方程,得到在高功率808 nm泵浦光抽运下产生946 nm激光的单晶光纤温度场分布,并与传统Nd∶YAG激光晶体的温度场进行比较,然后分别与同泵浦条件下的有限元数值方法的分析结果进行研究对比,最后分析泵浦光参数、单晶光纤参数等对温度场的影响。结果表明,功率为86 W的泵浦光入射至单晶光纤端面的最高温升仅为30.98℃,明显优于同泵浦条件下传统Nd∶YAG晶体的端面温升结果94.37℃,与有限元数值法得到的Nd:YAG单晶光纤19℃温升结果相比,该解析法结果更接近于实验的测量值31℃,能够更精确描述晶体光纤温度场。本文可对单晶光纤激光器热效应的精确研究提供一定参考,进而有利于提高单晶光纤激光器的性能。     

激光诱导间质热疗的深低温流体冷却方法

为防止激光诱导间质内热疗治疗肿瘤时激光光纤加热段周围组织的炭化,本文提出了一种采用深低温流体对激光光纤及其临近组织进行降温冷却的方法.为验证该方法的可行性,本文对采用该方法后激光间质内热疗过程中组织的传热问题进行了深入的数值研究.结果表明,深低温流体冷却方法可避免局部高温对组织的炭化,并显著扩展有效加热范围,从而对肿瘤实施高效的热凝固.     

聚焦超声源对生物媒质加热的理论研究

用差分法求解生物热传导方程,研究了凹球面聚焦超声换能器用于热疗时在人体组织内产生的稳态温度场.引入热焦距及等温线,分析了换能器参数、生物组织特性参数对有效治疗区的影响,并对声场和温度场特征进行了比较 关键词： 聚焦超声 热疗 生物组织 温度场     

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用EI北大核心CSCD

搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器,并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源,种子源输出波长为1941.10 nm,光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB,斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构,分别搭建了前置光放大器和主光放大器,两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%,经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下,切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用,在生物医学领域具有应用潜力。     

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用

搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器,并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源,种子源输出波长为1 941.10 nm,光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB,斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构,分别搭建了前置光放大器和主光放大器,两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%,经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下,切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用,在生物医学领域具有应用潜力。     

激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟和实验研究

本文在考虑生物组织物性动态变化的情况下建立了激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)的物理数学模型,采用MonteCarlo方法数值模拟了LITT中激光能量在生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解了组织内的温度分布和热损伤体积的变化,分析了热物性及血液灌注率的动态变化对LITT过程的影响,并与相应的离体实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,组织的热物性及血液灌注率的动态变化对于热损伤体积的变化具有重要的影响。因此在激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟中应该考虑热物性及血液灌注率的动态变化以期为临床治疗方案的制定提供更为准确的依据。     

声动力学疗法治疗肿瘤的研究现状及前景

由于光在人体组织中穿透能力差，光动力学疗法治疗肿瘤主要集中在人体表面浅层部位，为了克服光动力学疗法治疗肿瘤的局限性，利用超声激活血卟啉进行抗肿瘤效应（即声动力学疗法）已成为近几年国内外研究者关注的热点之一。文章就声动力学疗法治疗肿瘤的研究现状、研究方法、实验结果以及作用机理进行了扼要综述，分析了阻碍声动力学疗法临床应用存在的问题，并对问题的解决和未来发展趋势提出了自己的见解。     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组织热物性密度、比热和热导率随温度变化的情况.仿真获得激光功率为0.77 W、0.95 W、1.23 W,照射时间为10~90 s,径向距离0~2 mm范围和轴向距离0~4 mm范围的温度场数据集.利用拟合算法,获得了自变量为激光功率、照射时间、径向距离和轴向距离的生物组织温度场分布模型.将功率为0.88 W和1.05 W时的结果与Pennes方程结果相比较,两者误差在5%以内.     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组...     

停顿时间对多道熔覆镍基合金温度场的影响

根据激光熔覆的温度场理论,利用ANSYS有限元模拟软件,模拟了多道熔覆镍基合金上表面的温度场,重点研究了激光道次间的停顿时间对激光熔覆镍基合金温度场的影响。模拟在不同停顿时间条件下的激光熔覆镍基合金的温度场,得到每一道初始位置上表面的最高温度值,以及激光基底和熔覆层交界处不同位置的温度和温度梯度值。模拟结果表明,在多道熔覆的过程中,道次间停顿1.5s对比无停顿和停顿1s时熔覆效果好,并做了相应的实验。实验结果表明,道次间停顿1.5s时,熔池深度变小,熔覆的表面平整度较好,熔覆质量较高。数值模拟和实验一致性较好,模拟和实验结果都表明,停顿时间对多道熔覆镍基合金温度场的影响较大,研究成果对激光多道熔覆镍基合金选择合适的工艺参数、降低温度梯度、提高多道次激光熔覆质量具有重要意义。     

强泵浦下掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性数值分析和实验研究

对强泵浦下线形腔掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了理论和实验研究。通过数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。在实验中,利用D型掺Yb3+双包层光纤获得了输出功率10 6W的光纤激光输出,斜率效率达86%。测量了在不同输出耦合条件下的输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率,理论分析与实验结果基本一致,为进一步提高光纤激光器功率提供了理论和实验依据。     

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.     

粗糙端面光纤光散射特性的理论计算

将光纤输出端用化学方法弄粗糙,使输出激光辐射均匀,用于医学上的肿瘤治疗,在实验上已有一定进展。这里着重在理论上研究光纤粗糙端面的光散射特性,理论和实验结果相符。     

磁热耦合下血管对温度场分布的影响

结合血液流动的Navier-Stokes方程与人体组织的Pennes生物传热方程建立了球形肿瘤组织的多物理场耦合模型,研究了血管分布位置、血管半径和血液流速等因素对肿瘤组织温度场和治疗效果的影响。结果表明：在热疗过程中,血管会对肿瘤组织产生冷却效果;同时血管的半径和血流速度的变化也会影响肿瘤区域的温度场分布,随着血管半径和血流速度的增加,血管附近的温度值越低。此外,相比外部血管,肿瘤内部血管对肿瘤区域具有更明显的降温效果,对热疗效果的不利影响也更强。     

肿瘤组织磁流体热疗过程中的影响因素分析

以治疗肿瘤的热疗中的传热传质过程为研究对象,分析磁流体直接注入肿瘤中的过程,建立了肿瘤组织中的磁流体流动、对流-扩散模型及生物传热模型。采用有限元方法对模型进行数值求解,获得了肿瘤组织内的浓度分布和温度分布特征,分析了磁流体体积流速、颗粒剂量和磁场参数等因素对于温度场的影响。结果表明,在研究参数范围内,在一定注射总量下采用低输注速率、高体积浓度、高磁场强度和频率会使肿瘤中达到有效治疗温度的体积增大,从而提升治疗效果。采用多点注射的方法不仅能够增加有效治疗体积,而且能够降低肿瘤中心最高温度,避免出现过热区域。所用的研究方法与研究结论对于肿瘤组织磁流体热疗研究具有参考意义。     

肿瘤组织自体荧光光谱测量与分析

首先介绍了对人工培养鼠肿瘤组织的激光诱导荧光光谱的实验测量结果，并与同一机体正常组织的自体荧光光谱进行了比较，然后对肿瘤组织自体荧光的来源，与正常组织光谱特征差异的本质进行了详细分析，从而得出结论，生物组织自体荧光光谱能够反映肿瘤组织的特异性，可以作为组织诊断的依据。     

多单元光纤激光阵列的倾斜控制实验研究

本文结合光纤激光阵列技术的发展趋势,介绍一种基于大模场面积光纤的自适应光纤光源准直器的研制进展,搭建七单元光纤激光阵列,进行平行发射体系下阵列间的倾斜控制实验,并初步探索了基于目标在回路的共形发射体系下阵列间的倾斜控制.最后,在三级全光纤放大链路的主振荡-功率放大系统中,完成了两路10W量级光纤激光阵列的倾斜控制及锁相.为在实际大气环境下应用光纤激光阵列技术提供了参考.     

光纤微缺陷的激光检测方法

针对光纤微缺陷检测问题,提出了一种基于激光的光纤微缺陷检测方法,分析了光纤微缺陷的基本结构以及激光检测法的原理,并以此搭建了实验装置,进行了缺陷检测实验.实验中用准直氦氖激光束横向入射光纤,在光屏上得到光纤前向散射图样的分布图像,然后对图像进行处理.通过与显微镜观察法的实验结果比较,发现激光检测方法可有效地进行缺陷检测,其检测结果与显微镜直接观察法一致,可以作为光纤拉制后、涂覆层前的缺陷复测.     

基于皮秒时间分辨的癌细胞荧光寿命研究

研究了用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量了经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的皮秒时间分辨荧光光谱及荧光峰值强度随时间衰变曲线,观测到：癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150和300 ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12 h分别衰减10%和55%。经对测量所得的荧光衰减曲线进行分析,计算出癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824和1798 ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17天和6天。结果表明癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性及对血卟啉滞留的稳定性有显著差异,测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对实时监测生物样品微弱超快荧光具有重要的指导意义和临床应用价值。     

瓦级染料激光治癌系统

目前,连续波染料激光的一个重要应用是激光-血卟啉衍生物光敏治疗恶性肿瘤患者[1]光敏疗法是通过给患者注射无毒性的光敏药物血卟啉衍生物(以下简称HPD),利用癌细胞对其有一种特别滞留的特性,当使用630 um波长附近的激光照射癌部位时,HPD在光照作用下发生一系列光化学反应.反应过程中产生对癌细胞具有很强杀伤力的单态氧,从而杀死癌细胞,达到治疗癌症的目的1).光敏治疗方法的突出特点是仅对癌组织有杀伤作用,对正常组织基本上无损伤,这种选择性治疗效果是其它传统方法不能比拟的。 随着光敏治疗人体不同部位癌症范围的扩大,对激光功率的…