近红外激光照射人体劳宫穴和非穴位区的反射光谱特性的比较研究

研究了人体劳宫穴及其周边的非穴位组织受不同功率的半导体激光(波长为808 nm功率分别为20,50,100 mW)照射前后在400～1 000 nm光谱范围的反射光谱特征及其差异.实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统获取劳宫穴和非穴位组织的反射光谱.结果表明,在半导体激光照射前,劳宫穴与非穴位的反射光谱的光谱轮廓相似,波谷均出现在423,544,577,980 nm处,劳宫穴和非穴位在对应波谷的反射率值分别为17.1%,26.1%,25.9%,35.0%和17.1%,27.6%,28.1%,36.5%.在475～1 000 nm,合谷穴的反射率比非穴位小.分别经过20,50和100 mW不同功率的半导体激光照射后,劳宫穴反射率较照射前明显下降,并且随着照射功率增大,反射率减小的幅度越大.而非穴位组织经过不同功率的半导体激光照射后反射率较照射前稍有下降,但远不及劳宫穴下降明显.由此可见劳宫穴与非穴位的反射光谱存在差异,并且劳宫穴对半导体激光照射的刺激比非穴位更敏感.     

神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光;两个热能量卡计分别测量波长348~354 nm范围的受激布里渊散射和波长400~700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像,提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

利用激光打标法制备侧面均匀发光聚合物光纤

研究了一种侧面均匀发光聚合物光纤(POF)的制备方法,采用激光打标技术在POF侧面制作变栅距(VLS)光栅型散射点,建立了激光打标VLS散射点模型,该模型由深度很浅的表面凹坑和纤芯内分布着散射颗粒的散射区组成。理论推导出散射点相对散射光功率和VLS栅距的计算公式,分析了散射点的散射光功率随凹坑深度和颗粒密度的变化规律,以及不同散射点凹坑深度和不同POF侧面发光相对出射度下VLS栅距的分布规律。结果表明散射点凹坑深度的微小变化(微米量级)对散射点的散射光功率和VLS栅距的影响很大。当散射颗粒密度N105 mm-3时,散射点散射光功率变化不大;但是当N105 mm-3时,散射光功率变化明显。理论计算了不同散射点凹坑深度和不同相对出射度的VLS栅距分布曲线,并且通过实验验证了理论结果的正确性。通过调节激光打标功率,实验得到了亮度均匀度高于90%的侧面发光POF。     

利用激光背向散射成像的马铃薯品质智能分级

激光背向散射成像是激光与生物组织相互作用产生散射光的成像,在农产品的品质分类中有着广泛的应用。利用激光背向散射成像技术与深度学习,实现马铃薯在不同存储情况下的品质分类。对激光背向散射进行理论分析,搭建激光背向散射成像的数据采集系统,对马铃薯样品进行激光背向散射图像采集,得到新鲜马铃薯、冰箱存储与室温存储马铃薯的激光背向散射成像数据集。对数据集利用改进后的VGG16网络进行训练,并与DenseNet121网络、原始VGG16网络的训练结果进行对比。结果显示,改进后的VGG16网络对数据集的分类准确率为95.33%。由此表明,激光背向散射成像结合深度学习可以实现马铃薯品质的智能分级。     

在单模光纤中放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应

在单模光纤中,输入的激光功率大于阈值时．出现放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射现象。实验发现：放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射具有温度效应．与反斯托克斯拉曼背向自发散射一样,放大的拉曼散射光的光子通量受到光纤温度的调制。反斯托克斯拉曼背向白发散射的放大效应抑制了单模光纤中的相干噪声,改善了系统的信噪比。实验还发现．放大的反斯托克斯扎曼背向自发散射空域曲线上放大的端点位置随激发功率的增高前移并具有一定的规律性。放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射的温度效应作为一种新的测温原理,已应用于远程30km分布光纤温度传感器系统。     

光纤分子背向散射的温度效应与分布光纤温度传感网络

本文讨论了光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射精细结构谱和光纤分子喇曼（Raman）背向散射光谱及其温度效应。作者从实验中发现1550nm光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射的温度效应强于905nm;光纤分子瑞利（Rayleigh）背向散射强度与温度近似成正比关系;作者讨论了光纤分子背向Raman散射温度效应在分布式光纤温度传感网络上的应用。     

光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应研究

从理论和实验上研究了光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应.光纤背向激光自发反斯托克斯喇曼散射、斯托克斯喇曼散射光的相对强度正比于光纤分子上、下能级粒子数的布居,依赖于温度.由于实际系统中,作为分光用的干涉滤光片不可能完全隔离背向瑞利散射光,因此,实际系统温度曲线比理论曲线低,本文给出了理论修正公式,提出了附加修正项,它与隔离度和波长有关.     

神光Ⅲ原型装置背向散射光诊断系统的标定

背向散射光诊断系统是惯性约束聚变实验中的重要诊断装置。概述了神光Ⅲ原型激光装置背反系统的基本结构和工作原理,详细介绍了一种全口径光斑透过率和光谱响应标定方法。该方法以高功率激光光源和氙灯光源作为标定源,利用特殊的标定光路形成大光斑覆盖背反系统光学元件的全部口径,模拟散射光在全孔径背反系统上的分布,分别对系统的透过率和光谱响应进行了标定。标定结果表明,全孔径背向散射系统受激拉曼散射支路能对波长大于400nm的光进行传递,在527nm处的透过率较低。     

近背向散射能量空间分布的时间分辨测量技术

基于神光Ⅲ原型激光装置上建成的近背向散射诊断系统,设计了一种可探测近背向散射能量空间分布的时间过程的采集方法,并通过静态实验对该方法的可行性进行了验证。结果表明:通过一维转二维传像束,将二维图像记录成一维信息,然后通过数据后处理还原成二维图像信息的方法可以实现能量空间分布的时间分辨测量。将该方法用于近背向散射光诊断系统,可以得到近背向散射光能量空间分布随时间变化的信息,为深入分析激光等离子体相互作用实验中近背向散射光构成及变化过程提供重要数据。     

人膀胱癌组织对不同波长的激光及其线偏振激光的衰减特性比较研究

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型,研究了4765,488,4965,5145,532nm激光及其线偏振激光辐照人膀胱癌组织的光衰减特性。结果表明在5个不同的激光波长范围内,KubelkaMunktwoflux模型下的人膀胱癌组织对不同波长的激光及线偏振激光的衰减特性是不同的,人膀胱癌组织对4765,4965,532nm激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数均具有显著性差异(P<005),而对488,5145nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数则均没有显著性差异(P>005),人膀胱癌组织对532nm激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数均明显大于其他4个波长的Ar 激光及其线偏振激光的总衰减系数或有效衰减系数。在传输理论下人膀胱癌组织对5个不同波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均随着波长的增大而减小,人膀胱癌组织对4765,4965,5145nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均有显著性差异(P<005),其对488,532nm波长的激光及其线偏振激光的总衰减系数均没有显著性差异(P>005)。     

Optical properties of normal and thermally coagulated chicken liver tissue measured ex-vivo with diffuse reflectance

The purpose of the present study is to determine the optical properties of normal and thermally coagulated chicken liver at 720, 740, 770, 810, 825 and 840 nm wavelengths of laser irradiation. So, we were able to evaluate these optical properties (absorption and scattering coefficients) with ex-vivo study using Kubelka Munk Model (KMM) from the radial dependence of the diffuse reflectance with femtosecond pulsed laser in near IR region. These coefficients were significantly increased with coagulation. The penetration depths of the diffused light have been reported to a maximum value of 8.12 ± 0.36 mm in normal liver and 2.49 ± 0.17 mm in coagulated liver at 840 nm showing increasing behavior towards IR region. The Monte Carlo simulation was used to check the theoretical validation of measured optical properties of the tissue that showed a good match with our experimental results. We believe that these differences in optical properties will be helpful for the understanding arid optimal use of laser applications in medicine and differential diagnosis of tissues by using different optical methods. Especially for the investigation of biological tissue for photodynamic therapy (PDT), the knowledge of the specific optical properties and their thermo-induced changes is important.     

热作用致良性前列腺增生组织的光学特性变化

研究了热作用下的良性前列腺增生(BPH)组织对808和980 nm的半导体激光的光学特性的变化及其差异。实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取良性前列腺增生组织的光学特性。结果表明,热作用下的良性前列腺增生组织对808 nm和980 nm的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度都是随着加热温度的变化而变化的,在20~80℃的温度范围内,良性前列腺增生组织对808 nm的吸收系数和约化散射系数都分别明显地较其对980 nm的吸收系数和约化散射系数要大,而其对808 nm的光学穿透深度却明显地较其对980 nm的光学穿透深度要小,吸收系数的最大值都在20℃,分别为0.528 mm-1和0.448 mm-1;最小值分别在50℃和70℃,分别为0.436 mm-1和0.326 mm-1,吸收系数的最大差异在70℃,其值为34.1%;约化散射系数的最大值都在80℃,其值分别为1.45 mm-1和1.43 mm-1,最小值分别在20℃和70℃,分别为1.15 mm-1和0.973 mm-1,最大差异在70℃,其值为24.4%;光学穿透深度的最大值分别在50℃和70℃,其值分别为0.684 mm和0.887 mm,最小值都在80℃,其值分别为0.608 mm和0.696 mm,最大差异在70℃,其值为30.4%。在70℃的热作用下良性前列腺增生组织达到完全热凝固,吸收系数、散射系数和光学穿透深度的差异达到最大值。     

热凝固致人肝组织光衰减和光穿透深度的变化

采用双积分球和反向倍增法(IAD),研究了热凝固致人肝肿瘤及正常人肝组织对680, 720,780,810, 850, 890 nm波长的钛宝石激光的光穿透深度和光衰减特性的变化。结果表明：6个波长的激光的热凝固前后的肝肿瘤和正常肝对光穿透深度都随着激光波长的增大而明显增大,热凝固后的激光穿透深度都分别显著地较热凝固前的穿透深度小(P＜0.05),6个波长的激光对热凝固前后的肝肿瘤的光穿透深度都分别显著地较热凝固前后的正常肝穿透深度大(P＜0.05)。热凝固前后的人肝肿瘤和正常肝对6个波长的激光的衰减都是随着激光波长的增大而明显减小,热凝固后的人肝肿瘤和正常肝的光衰减都分别显著地较热凝固前的衰减大(P＜0.05),热凝固前后的肝肿瘤对光的衰减也都分别显著地较热凝固前后的正常肝衰减大(P＜0.05)。     

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.     

激光血管外照射治疗可行性研究

为探讨激光血管外照射治疗的可行性,测试了人活体血管外照射以及模拟血管内照射的光能流率分布情况。研究表明,激光血管内、外照射的总光能流率的平均值分别为10.81W/cm²与1.11W/cm²,两者相差一个数量级。为获得血管内照射相应的光能流率,建议采用20mW632.8nmHe-Ne激光;垂直入射于人皮肤外表:尽可能选择血管暴露的病人或较为暴露的血管;选择被照射血管直径为6mm左右。本实验结果,特别是在人活体血管内探测到的实验数据,将有益于光在人体组织内传播特性的研究。     

Analysis of the absorption mechanism during laser-metal interaction

The present study examines the absorption of a laser beam at different wavelengths by a partially-ionized vapour during the interaction mechanism. The applicability of the theoretical models developed is discussed in detail. The interaction of the high- and low-power intensities of a laser beam with plasma is distinguished. It is shown that different metal vapours at similar temperatures and densities have absorption depths which may differ by an order of magnitude. Even more substantial is the difference between the absorption depths of light from different lasers in common use. It is also shown that the free electron temperature becomes significantly different from the heavy particle temperature for power intensities above the critical level which is typically > 10¹⁴W/m². The free electron velocity distribution has an isotropic part which becomes non-Maxwellian for power intensities greater than the critical power intensity.     

Imaging of human breast tissue using polarization sensitive optical coherence tomography

We report a study on the use of polarization sensitive optical coherence tomography (PSOCT) for discriminating malignant (invasive ductal carcinoma), benign (fibroadenoma) and normal (adipocytes) breast tissue sites. The results show that while conventional OCT, that utilizes only the intensity of light back-scattered from tissue microstructures, is able to discriminate breast tissues as normal (adipocytes) and abnormal (malignant and benign) tissues, PS-OCT helps in discriminating between malignant and benign tissue sites also. The estimated values of birefringence obtained from the PSOCT imaging show that benign breast tissue samples have significantly higher birefringence as compared to the malignant tissue samples.     

5个不同波长的激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型,研究了476.5, 488, 496.5, 514.5和532 nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织的光学特性。结果表明：组织对激光及线偏振激光的总衰减系数和散射系数均随着波长的增大而减小,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。吸收系数是随着波长的增大而缓慢地减小,但有一些起伏,而与是否线偏振光入射无明显差异。平均散射余弦也是随着波长的增大而减小,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。光学穿透深度则是随着波长的增大而增大,而有一些起伏。折射率在这5个波长范围内的值在(1.37～1.44)之间。Kubelka-Munk二流模型下组织对同一波长的激光及其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数和有效衰减系数没有显著性差异(P＞0.05)。组织对不同波长的激光或其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数和有效衰减系数则有些是有明显的差异。