椎弓根钉植入针道上骨组织光谱特性研究

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200μm,中心距离0.5mm)、卤素光源(波长360～2 000nm)、光纤光谱仪(检测波长为200～1 100nm)和计算机组成,可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象,测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数,并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析,获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍,面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495～505nm处,骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值;在520～535nm处,骨密质光谱的斜率为正值,而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明,通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.     

脑组织漫反射光谱与约化散射系数的斜率估算法

约化散射系数是生物组织光学研究中的一个重要的组织光学参数。利用微光纤探头与光纤光谱仪组成漫反射光谱采集系统对脑组织约化散射系数的实时在位测量进行研究。通过悬乳液与模拟胶模型实验推导了700～850nm波段约化散射系数与漫反射光谱斜率绝对值的关系式,用模型对公式的计算精度进行验证,利用该系统实时在位测量了20只大鼠脑组织在700nm、750nm和800nm处的约化散射系数。经统计分析,大鼠脑白质约化散射系数在上述波长处分别为30±5cm-1、28±5cm-1和25±6cm-1,脑灰质约化散射系数则分别为14±3cm-1、13±3cm-1和12±3cm-1。脑组织约化散射系数实时在位测量对脑外科微创手术中的组织识别具有重要的参考意义。     

近红外光在皮肤组织中的传播和光纤探测结构设计

为了研究近红外光在皮肤组织中的传播,建立了人体皮肤组织模型,包括不同入射波长下表皮、真皮、皮下组织的吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子.结合皮肤组织的光学性质,采用蒙特卡罗方法分析了1 000~1 900nm范围内,光源-探测距离不同时近红外光在皮肤组织中的传播过程和分布特点.结果表明:光子运动路径长度和穿透深度均随光源-探测距离的增加而变大,而漫反射归一化能量随光源-探测距离的增加而变小.选取光源-探测距离为0.45mm,当入射波长为1 550nm时,光子运动路径长度为1.806mm,穿透深度为0.467mm,漫反射光归一化能量为0.001 85.根据蒙特卡罗模拟结果,分析和设计了一种光纤探测结构,这种分叉光纤束由18根光源光纤和4根探测光纤构成,每根光纤间距均为0.45mm并且刚好紧凑相邻.最后,仿真计算了光纤收集到的漫反射光能量及照度分布.假设入射光功率为1 W,则探测器接收的漫反射光功率为0.598mW,这为便携式检测光谱仪器的设计提供了参考.     

人膀胱粘膜/粘膜下层组织病变致组织漫反射光谱的变化

研究了人正常膀胱和浅表性膀胱癌的粘膜/粘膜下层组织在300～900nm光谱范围的漫反射光谱特性及其差异,实验采用带积分球附件的分光光度计获取组织的漫反射光谱.结果表明,在300～900 nm,正常膀胱的粘膜/粘膜下层对任一个波长的漫反射率都明显地较癌变的粘膜/粘膜下层对相应波长的要大.正常膀胱的粘膜/粘膜下层的漫反射光谱的峰分别在370 nm、520 nm、550 nm和660nm,其峰值分别为52.4%、60.7%、56.1%和75.5%.而癌变的粘膜/粘膜下层的漫反射光谱的峰分别在320 nm、520 nm、550 nm和660 nm,其峰值分别为43.7%、33.4%、30.6%和70.2%.正常膀胱的粘膜/粘膜下层的漫反射光谱在370 nm处有一个峰,而癌变的粘膜/粘膜下层的漫反射光谱在370 nm处没有峰,320 nm处有一个峰.而正常膀胱的粘膜/粘膜下层的漫反射光谱在320 nm处没有峰.膀胱的粘膜/粘膜下层病变导致组织的漫反射光谱在520 nm、550 nm和660 nm处的峰的峰值分别减小了45.0%、45.5%和7.02%.说明膀胱的粘膜/粘膜下层病变导致组织的组分和结构尤其足组织中的氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的含量发生了明显的改变.     

光纤及其传输理论

研究了饵/德共掺光纤的超荧光特性,用4.sm长饵/镜共掺光纤在248 mw的1 064 nm Nd:YAG激光泵浦下,在峰值波长1534.96nm处,光谱3dB带宽为1.76 nm。其输出光功率达23 mw,斜率效率为12.9%,输出功率稳定性为士。     

利用光源附近微区漫反射测量组织微观结构参数γ的方法

提出一种利用光纤探头测量组织微观结构参数γ的方法.根据Intralipid组织模拟液球状分形结构,采用蒙特卡罗模拟方法得到光子经Intralipid漫反射的数据样本,通过对数据进行非线性拟合,建立漫反射率与γ的函数关系.研究发现漫反射率与无量纲的约化散射系数μ_s′ф(ф是散射光的收集孔径)呈线性关系,其斜率是γ的二次函数.实验中以Intralipid为样本得到了不同μ_s′ф下的漫反射率,验证了漫反射率与μ_s′ф的线性关系,并利用其斜率获得了Intralipid的γ值为2.04,分形维数为2.93,各向异性因子为0.816,与文献报道相符,验证了该方法的可行性.     

良性前列腺增生组织对钛宝石激光的吸收和散射特性

研究了经尿道等离子体双极电切除术(PKRP)切除和经尿道前列腺电切术(TURP)切除的前列腺增生(BPH)组织对640, 660, 680, 700, 720, 740, 760, 780, 800, 820, 840, 860和880 nm波长的钛宝石激光的光学特性及其差异,实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取BPH组织的吸收和散射特性参数。结果表明：PKRP和TURP切除的BPH组织对这1３个不同波长的激光的吸收系数和约化散射系数都是随着激光波长增大而明显减小的,PKRP切除的BPH组织对这同一波长的激光的吸收系数和约化散射系数都明显较TURP切除的BPH组织对相应的波长的激光的吸收系数和约化散射系数要小,PKRP和TURP切除的BPH组织的吸收系数以及约化散射系数的最大值都在640 nm,其值分别为(0.885±0.022)和(0.955±0.024)mm-1以及(1.564±0.039)和(1.658±0.042)mm-1,其差异分别为7.91%以及6.01%,其最小值都在880 nm,其值分别为(0.443±0.011)和(0.455±0.011)mm-1以及(1.117±0.028)和(1.197±0.030)mm-1,其差异分别为2.71%以及7.16%。PKRP和TURP切除的BPH组织对660 nm的吸收系数的差异最大,其值为8.95%,其差异最小在860 nm,其值为1.75%,PKRP和TURP切除的BPH组织对800 nm的约化散射系数的差异最大,其值为9.13%,其差异最小在640 nm,其值为6.01%。     

较高掺杂浓度下CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱

制备了一种较高浓度掺杂的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.测量了不同掺杂浓度和不同光纤长度下的量子点光纤光致荧光光谱,得剑了荧光峰值增益最大时的量子点掺杂浓度和光纤长度.与低浓度掺杂光纤相比,较高掺杂浓度光纤中的荧光峰值光强明显提高.荧光峰值光强随光纤长度的变化在短距离内(L<1 cm)急剧上升,之后缓慢均匀下降.波长473 nm激励光强随光纤}乏度的变化呈指数形式衰减,消光系数为0.26～1.02 cm-1.在给定激励光强和激励波长的条件下,光纤中可达到最大荧光辐射的晕子点总数为一恒量.光纤中的荧光峰值波长存在红移,红移大小约8～15 nm,红移量与掺杂浓度以及光纤长度有关.这些实验结果可为今后量子点光纤放大器的研制提供参考.     

高频CO2激光脉冲写入的相移长周期光纤光栅

运用矩阵传输法，并结合长周期光纤光栅的模式耦合理论，阐述了相移长周期光纤光栅传输光谱的形成原理.利用高频CO2激光脉冲制作出相移长周期光纤光栅.该方法仅需用计算机绘制光栅结构图形，再由计算机依照此图形控制CO2激光器对普通光纤曝光，就可自动完成光纤光栅的制作.实际制造出一条相移长周期光纤光栅，在1520~1570 nm和1610~1670 nm波长范围内分别呈现出相移图样，相移波段的通带中心波长分别为1546 nm和1640 nm.对光栅进行温度测试，观测1610~1670 nm范围内相移光谱的变化，发现相移光栅的通带及阻带中心波长具有相同的温度变化系数，其数值为0.064 nm/℃，另外又测试了光栅的应变特性，灵敏度约为－0.51 nm/mε.因此在利用光栅温度特性或应变特性做传感的过程中，可以仅测试通带中心波长的变化，实现低成本多样化的测量手段.     

同带抽运高效率光纤放大器

以光纤光栅为谐振腔搭建了波长为1020 nm的光纤激光器,并通过两级级联放大获得了590 mW的最大输出功率. 利用获得的波长为1020 nm的激光进行了波长为1064 nm种子光同带抽运放大,实验研究了不同增益光纤长度时放大器的输出功率和转换效率. 当增益光纤长度为8.5 m时,放大器最大输出功率为385 mW,斜率效率为81%. 进行了波长为976 nm的半导体激光器直接抽运波长为1064 nm种子光的实验. 在增益光纤长度最优时,其斜率效率为56.4%. 实验结果表明,同带抽运方式比传统抽运方式具有更高的转换效率. 研究结果可为波长为1020 nm的激光高功率放大和波长为1064 nm的光纤激光高功率同带抽运放大提供一定的参考. 关键词： 同带抽运 光纤放大器 斜率效率     

阴极氧化对逸出功的影响

为了探索阴极的氧化程度对环形He-Ne激光器引燃特性的影响,利用光电减速场法研究阴极材料的选出功随阴极氧化的变化情况.在高真空条件下,用自制的卢基尔斯基球形光电测试平台和平行电极光电-放电器件,通过实验测出了铝作为放电器件的冷阴极在氧化工艺处理前后的逸出功及逸出功的值随氧化程度的变化情况.实验测得铝阴极在自然氧化后的选出功为2.60±0.2 eV,此时被测铝阴极表面氧的质量百分比为3.2％.经不同时间氧化工艺处理的铝阴极,其选出功随氧化时间的增长而降低.解释了铝阴极选出功测量值可能处于2.5～4.3 eV之间的原因.由实验结果得到在一定范围内,氧化时间越长,材料的逸出功越小,越有利于环形He-Ne激光器的点燃.但阴极氧化也会影响气体放电过程的着火点压和阴极位降,因此对最佳氧化时间的选择要综合考虑这两方面的因素.     

阴极氧化对逸出功的影响

为了探索阴极的氧化程度对环形He-Ne激光器引燃特性的影响,利用光电减速场法研究阴极材料的逸出功随阴极氧化的变化情况.在高真空条件下,用自制的卢基尔斯基球形光电测试平台和平行电极光电-放电器件,通过实验测出了铝作为放电器件的冷阴极在氧化工艺处理前后的逸出功及逸出功的值随氧化程度的变化情况.实验测得铝阴极在自然氧化后的逸出功为2.60±0.2 eV,此时被测铝阴极表面氧的质量百分比为3.2%.经不同时间氧化工艺处理的铝阴极,其逸出功随氧化时间的增长而降低.解释了铝阴极逸出功测量值可能处于2.5~4.3 eV之间的原因.由实验结果得到在一定范围内,氧化时间越长,材料的逸出功越小,越有利于环形He-Ne激光器的点燃.但阴极氧化也会影响气体放电过程的着火点压和阴极位降,因此对最佳氧化时间的选择要综合考虑这两方面的因素.     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同|对于小增益激光器,使用球面镜的腔镜结构较平面镜的腔镜结构更易形成稳定光束空间位置分布|由所计算的空间坐标xn可以看出,双向行波光束的光斑中心发生了偏移,在一定的失调量下将会影响到激光陀螺的拍频输出.研究结果对激光陀螺的工程检测和腔镜调整有指导作用,有助于激光陀螺测量准确度的提高.     

零锁区激光陀螺空间异面孔系投影角测量误差分析

针对异面腔零锁区激光陀螺深小孔系测量中准确性和稳定性差的问题,分析了异面腔零锁区激光陀螺深小孔测量中误差产生的原因。建立了倾角误差对空间异面孔系投影角的影响方程,发现空间异面孔系的倾角变化会改变投影角,当倾角为16时,倾角误差会以30%的分量加权到投影角误差中,并采用UG软件进行了仿真验证。采用最小二乘拟合的方法分析了影像测量仪的采点误差对角度的影响,发现了增加测量点数由2点增加到10点,超大采点误差的影响会减少至原来的50%。该方法增加了零锁区激光陀螺测量的稳定性。     

Gain and threshold properties of InGaAsN/GaAsN material system for 1.3-μm semiconductor lasers

The gain properties and valence subbands of InGaAsN/GaAsN quantum-well structures are numerically investigated with a self-consistent LASTIP simulation program. The simulation results show that the InGaAsN/GaAsN has lower transparency carrier density than the conventional InGaAsP/InP material system for 1.3-μm semiconductor lasers. The material gain and radiative current density of InGaAsN/GaAsN with different compressive strains in quantum well and tensile strains in barrier are also studied. The material gain and radiative current density as functions of strain in quantum well and barrier are determined. The simulation results suggest that the laser performance and Auger recombination rate of the 1.3-μm InGaAsN semiconductor laser may be markedly improved when the traditional GaAs barriers are replaced with the AlGaAs graded barriers.     

Determination of Young's modulus of epoxy coated polyethylene micro-cantilever using phase-shift shadow moiré method

Young′s moduli of various epoxy coated polyethylene terephthalate (PET) micro-cantilevers were determined from the deflection results obtained using the phase-shift shadow moiré (PSSM) method. The filler materials for epoxy coatings were aluminum and graphite powders that were mixed with epoxy at various percentages. Young′s moduli were calculated from theory based on the deflection results. The PET micro-cantilever coated with aluminum-epoxy coating showed increasing value of Young′s modulus when the ratios of the aluminum-epoxy were increased. The graphite-epoxy coating on the PET micro-cantilever also showed the same trend. The experimental results also show that Young′s modulus of the graphite-epoxy coating is higher than aluminum-epoxy coating in comparison at the same mixing ratio.     

激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计

随着激光陀螺电路系统数字化,小型化的不断发展。传统的机抖激光陀螺模拟偏频系统由于存在体积大,难以进行精确控制的缺点而在使用中受到极大限制。本文设计了一种基于DSP的数字机抖偏频控制系统,提出了数字机抖偏频控制系统原理,实现了一种周期性锯齿波噪声的注入。实验结果表明,数字机抖控制系统工作稳定,激光陀螺测量精度高。     

初始充气密度对毛细管放电泵浦的软X射线激光的影响

 利用哈尔滨工业大学的毛细管放电装置的放电参数，对放电过程中毛细管内初始氩气密度的变化对等离子体状态和类氖氩离子3p-3s跃迁线的增益系统的影响进行了全过程的理论模拟计算。给出了毛细管放电中等离子体状态和增益系数的空间分布的时间演变过程。理论计算表明能够出现增益的密度范围比较宽，这对于实验是有利的。现有放电参数下，选取初始氩气密度在气压为40~80 Pa情况对获取好的实现结果是比较理想的。     

毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益特性研究

建立了计算69.8nm激光增益系数的理论模型,根据实验参数,计算了在主脉冲电流为12 kA时,69.8nm激光增益系数最大值为0.32 cm~(-1).理论模拟了不同初始气压下增益系数在毛细管径向上的分布情况.对理论结果的分析表明,最佳的初始气压在12—14 Pa范围内,此时69.8nm激光增益系数的极值最大.实验上,利用毛细管放电装置和罗兰光谱仪,测量了不同气压下的69.8nm激光强度,实验确定的最佳气压为16 Pa,与理论结果相近.此外,实验测量的增益系数(0.4 cm~(-1))略高于理论计算的增益系数(0.32 cm~(-1)).