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飞秒激光基础

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角膜屈光手术的发展史

屈光手术(refractive surgery)是指试图改变人眼屈光状态的眼科手术,角膜屈光手术(corneal refractive surgery)指通过重塑角膜形状或改变角膜屈光性能达到矫正眼睛屈光状态的手术,英文也称keratorefrac

角膜屈光手术的发展史
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准分子激光与飞秒激光在眼科中的应用

准分子激光虽然1980年起先后有人尝试应用激光的热效应(CO2,Ho:YAG)等使角膜皱缩、形状变化矫正各类屈光不正,但激光在视觉矫正领域真正得到广泛应用的是准分子激光(excimer laser)

准分子激光与飞秒激光在眼科中的应用
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脉冲与激光脉冲

飞秒激光是脉冲宽度在飞秒(10-15秒)量级的激光脉冲。在这一节中,我们主要介绍与飞秒激光应用密切相关的光学基础知识和产生飞秒激光的核心仪器——飞秒激光器的基本

脉冲与激光脉冲
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何为超短激光脉冲(百皮秒—飞秒)

在超快光学领域中,人们通常将脉冲宽度小于1纳秒的激光脉冲,包括从百皮秒(1皮秒=10-12秒)至飞秒(1飞秒= 10-15秒)乃至目前科学家们已经能够在实验室里获得的几十阿秒(1阿秒=10-18秒)

何为超短激光脉冲(百皮秒—飞秒)
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产生超短激光脉冲的主要方法

如下图所示,通常情况下,激光器有连续波(continuous wave,简称CW)输出和脉冲输出两种工作方式。对于脉冲输出的激光器,它既可以是单脉冲输出也可以是多脉冲输出。在实际应用中,绝大

产生超短激光脉冲的主要方法
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飞秒激光脉冲的特性和主要应用

飞秒激光脉冲如同时域的一个δ函数。但其独特之处并不仅限于其脉冲时间宽度极为短暂。飞秒激光在沿其自身传输方向上某一瞬间的空间尺度也非常之小。例如,一个50飞秒的

飞秒激光脉冲的特性和主要应用
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描述超短激光脉冲的基本参量

欲对飞秒激光有较深入的了解,需要对超短脉冲激光的基本特性及其数学描述有一个比较清晰的认识。众所周知,光波是极高频的电磁波,而激光是光波段的相干电磁波。超短脉冲激光也不

描述超短激光脉冲的基本参量
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飞秒激光脉冲强度和脉冲宽度的定义

虽然至此我们已经多次提到了脉冲的宽度(脉宽)和脉冲的强度(光强),但我们并没有给出它们的严格定义。在理论上,脉冲强度即光强的严格定义是从代表电磁场能量传输特性的坡印廷矢量导

飞秒激光脉冲强度和脉冲宽度的定义
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表征激光脉冲的其他一些重要参量

在知道光强的定义之后,我们可以由光强进一步导出描述超短脉冲激光的其他一些重要参量的原本定义,包括脉冲功率、脉冲能量、脉冲能流、脉冲光子通量密度以及激光光束亮度等。熟

表征激光脉冲的其他一些重要参量
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超短脉冲激光的光谱分布与谱宽

前文提到,宽光谱特性是超短脉冲激光的一个基本特性。一般来说,一个激光脉冲的时间宽度与其自身的光谱宽度之积(简称脉宽带宽积)有一个最小值。该最小值通常小于或接近于1,具体取

超短脉冲激光的光谱分布与谱宽
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超短激光脉冲的空间特性

以上我们为简明起见,重点对超短脉冲激光的时间分布特性进行了描述。显然,实际当中任何激光脉冲的电场应该是同时包括时间和空间变量的时空分布函数,即E(,t)。当我们的观察或研究限

超短激光脉冲的空间特性
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真实情况下的激光超短脉冲特性

以上我们仅对从理论上可以解析描述、有确定脉冲形状的“单纯”脉冲(或者说接近理想的激光脉冲)的特性进行了分析。实际应用当中,与具体应用有关,我们还可能需要研究超

真实情况下的激光超短脉冲特性
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飞秒激光器原理一:光与微观粒子相互作用的三

大家知道,英文“LASER”一词是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”五个英文单词的头一个字母组合而成。中文将其译为“

飞秒激光器原理一:光与微观粒子相互作用的三种基本过程
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飞秒激光器原理二:激光器的阈值和输出功率

我们已经知道,除了泵浦源之外,一台激光器需要由增益介质和光谐振腔来组成。最简单的光谐振腔包括两个相互平行的反射镜(下图)。在前面我们还提到,一台激光器能够产生激光的前提条

飞秒激光器原理二:激光器的阈值和输出功率
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飞秒激光器原理三:锁模激光器的基本原理

一般来说,基模运转的多纵模激光器可以有两种截然不同的运转方式:一种是所谓的自由振荡方式,另一种是锁模方式。在自由振荡方式下,由于各纵模起振的时间不同,它们的初始相位呈随机

飞秒激光器原理三:锁模激光器的基本原理
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激光与生物组织的作用基础与特性

激光与生物组织相互作用后引起的生物组织的形态或功能等的任何变化,均称为激光的生物效应。发生激光生物效应的过程称为激光的生物作用。在此过程中激光可以使生命物质在系统

激光与生物组织的作用基础与特性
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激光对生物组织的基本作用类型

激光照射后,受照射区域可能会发生一系列复杂的生化和形态的变化过程,因此,激光与生物组织的相互作用类型也是复杂的、多种多样的,这种多样性主要来自于生物组织的特殊性和激光的

激光对生物组织的基本作用类型
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激光对生物组织的光刺激、光至化学作用

光刺激作用光刺激作用(生物刺激biostimulation),一些低能量或低功率激光,可以不对生物体直接造成不可逆损伤,而产生各方面的生理作用,这种生物学剂量水平的激光直接照射生物组织,不

激光对生物组织的光刺激、光至化学作用
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激光对生物组织的热相互作用

生物组织吸收激光能量后,将光能转变为生物组织的热能,这个过程称为热相互作用(thermal interaction),也称光致发热作用(photoheat effect)。热相互作用是激光与生物组织作用常见的

激光对生物组织的热相互作用
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激光对生物组织的光蚀除作用

Srinivasan和Mayne-Banton(1982年)首先发现了光蚀除现象,他们认为光蚀除是当某种材料在高强度的激光辐照曝光下,就会产生分解。在激光脉冲为纳秒量级范围内时,这种作用的典型阈值

激光对生物组织的光蚀除作用
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激光对生物组织的等离子体诱导蚀除作用

等离子体诱导蚀除作用(plasma induced ablation)是指通过等离子电离形成的蚀除作用。等离子体(plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态,等离子状态是指物质在激

激光对生物组织的等离子体诱导蚀除作用
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激光对生物组织的光致破裂作用

光致破裂作用(photodisruption)也称为光学击穿(optical breakdown)作用。指从相互作用的原理来说,等离子体诱导的蚀除作用和光致破裂作用都是通过等离子体的产生将组织分开的,但光

激光对生物组织的光致破裂作用
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飞秒激光与透明生物组织相互作用的理论模型

一般非线性过程的描述为了简化模型,飞秒激光脉冲在与透明生物组织相互作用的过程,较小的线性吸收等过程可以忽略。非线性过程与介质对光的折射率和光场强度有关,根据光的电磁理

飞秒激光与透明生物组织相互作用的理论模型
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飞秒激光切削在眼科手术中的应用

在实际使用时,为了获取较高的光子密度,一般会把飞秒激光准直后用物镜聚焦。目前,飞秒激光在单细胞层次上已经得到了广泛应用并得到了很多成果,它可以精确地蚀除单个细胞器如线粒

飞秒激光切削在眼科手术中的应用
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飞秒激光与眼角膜组织的相互作用

前已述及,飞秒激光(femtosecond laser)是一种以脉冲形式运转的近红外线激光,是一种超短脉冲激光。应用物理学原理:功率=能量/时间,可知在较小的激光能量下就可以产生极高的瞬间功

飞秒激光与眼角膜组织的相互作用
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飞秒激光屈光手术LASIK与眼角膜生物力学关

生物力学(biomechanics)是应用物理力学的方法和理论来研究生物和人体在宏观和微观水平上的力学性质和行为,分析发生在生命活动过程中的各种力学现象和过程,了解生物和人体一部分

飞秒激光屈光手术LASIK与眼角膜生物力学关系
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激光的危害性

当前眼科有多种激光系统在临床上应用,如飞秒激光、准分子激光、Nd:YAG激光和倍频532激光等。在每次应用中,无论是对患者或操作者都有潜在的危害。当然,在绝大多数情况下这种危害

激光的危害性
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激光及其他强光辐射对眼睛的6种危害

在正常状态下,眼睛能很好保护自己抵抗来自于自然环境的光辐射(紫外光、可见光及红外光的辐射能量)。眉弓及上眼睑可以阻挡来自头上的日光辐射。眼对光的瞬目反射及眼球的运动以

激光及其他强光辐射对眼睛的6种危害
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激光安全的标准及危害的分类

激光安全标准又称为激光最大许可照射剂量,或最高许可照射水平(maximum permissible exposure,MPE)。应用于医学的激光安全标准在许多国家都有(包括美国、澳大利亚、英国、法国等),

激光安全的标准及危害的分类
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眼睛的激光防护

激光的防护可从激光器、患者和工作人员、周围环境三方面来考虑,采取综合措施,避免使用的激光对眼睛造成任何意外损失。一、激光器在可能的情况下,激光器应使用不透明的外壳将其

眼睛的激光防护
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激光安全指南:眼直视激光束的最大允许照射量

建立严格的激光安全使用制度是保证激光安全的前提,任何情况下都不能违反激光安全操作指南进行操作,否则将产生严重后果。严格禁止没有上岗证和没有经过系统培训的人员操作激光

激光安全指南:眼直视激光束的最大允许照射量(中国)
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