采用干涉型光热位移相位信号测量薄膜热扩散率

介绍了待测样品在激光辐照下光热位移信号的理论表达式,阐述了信号相位与热扩散率以及调制频率之间的关系;基于该关系并结合相关资料,提出了一种新的采用迈克尔干涉检测装置测量热扩散率的简便方法,分析了其相对于传统测量方法的优势.采用该装置对Ti及TiO2复合薄膜样品进行了测量,由光热位移相位信号与调制频率之间的关系,计算得到了待测样品的热扩散率.     

棱镜型光热偏转光谱法的研究

采用棱镜的光色散特性建立了棱镜型光热偏转光谱法的理论框架,研究了激励光源对待测样品表面周期性照射情况下的探测光偏转角与光热信号之间的解析关系。得到了棱镜型样品表面周期性变化的偏转角表达式,探讨了调制频率,样品表面和探测光之间的距离对输出信号强度的影响。结果表明,该方法比传统型光谱法具有理论模型简单、试验容易实现、分辨率高、灵敏度高、测量方便快捷等优点。     

激光光热光束偏转方法测厚的理论分析

本文给出了加热光束光强方波调制和正弦波调制时激光光热光束偏转信号的表达式,分析了偏转信号与样品厚度之间的关系以及其它参数的影响,证明了激光光热光束偏转方法测量样品厚度的可行性,并被实验定性地证实。     

光热失调技术的实验研究

光热失调技术是利用光学薄膜反射或透射光谱的温度效应研究薄膜吸收的一种新方法,是光热技术的一种.以BK7玻璃为衬底的高反射膜为样品,以连续激光为加热光源,实验研究了该方法反射和透射探测方式,以及加热光束入射角度对光热信号的影响,得出反射和透射光热信号相位相反,加热光束入射角对光热信号的影响较小,进一步验证了光热失调技术测...     

用光纤中的光相干探测光热光谱

光热光谱是近年来仍处在发展阶段的一种物质吸收谱方法,其探测方法有趋于成熟的光声光谱法以及仍在发展着的光热偏折光谱法和光热电光谱法等。本文给出了一种新的探测光热光谱的方法——用光纤中的光相干进行探测。其原理是:被测介质受到光泵浦变热相应地折射率发生改变,当探测光     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

NaCl的共线光热光偏转光谱频率特性的研究

光热光偏转光谱法是一种远距离检测和位置监视方法。它的基本思想是:当一束强度调制的电磁辐射光束(激发光束)照射到样品上,样品由于吸收光能引起加热区域相应的折射率变化,吸收也引起邻近样品的表面薄层(气体或液体)相应于调制的折射率梯度,它可以使穿     

CaF_2晶体的不同晶面在355nm脉冲激光辐照下的损伤特性

研究了氟化钙(CaF_2)晶体不同晶面在355 nm脉冲激光辐照下的损伤特性。在7.8 ns脉冲激光辐照下,测量(100)、(110)和(111)三种不同晶面样品的损伤阈值和损伤点形貌,并基于表面热透镜技术测量样品表面的光热弱吸收。实验结果表明:(111)晶面CaF_2晶体样品的光热吸收最高,激光损伤阈值最低,损伤形貌表现为熔融坑,并伴随有片层状剥离,说明了(111)面在355 nm激光作用下易解理;(100)和(110)面晶体的损伤形貌同样为熔融坑,但损伤阈值及光热弱吸收与晶面无明确的关联。     

基于激光光热法的固体热扩散率数值分析

固体材料的热扩散率对于研究低温非稳态导热过程极为重要,为了研究固体材料在低温下的热扩散率,本文根据热扩散理论模型计算样品材料在不同温度时的热扩散率,在此基础上基于激光光热法对热扩散率与激光频率和相位之间的函数关系进行了数值模拟,数值计算结果与实验数据对比表明两者基本相符,研究表明激光光热法可对固体材料的热扩散率进行有效测量,样品材料在低温下热扩散率的数值模拟表明20～80 K温区样品材料热扩散率随温度变化而显著变化,80～300 K温区材料热扩散率变化较小。     

激光辐照下组织光热响应的实时监测研究

激光治疗的研究和临床应用缺少有效反馈指导,导致治疗效果高度不稳定,针对这一问题提出激光辐照与扫频光学相干层析成像(OCT)系统整合以实现组织光热作用过程中的实时监测。利用OCT的M模式成像,采集激光照射过程中皮肤样品同一位置随时间变化的干涉光谱信号,测量信号深度分辨复反射率,通过其幅度和相位变化分析来探测热效应诱导组织变形过程中光散射中心位置和轴向位移的变化,并基于OCT散射模型获取组织在激光辐照过程中光衰减系数变化信息,从而实时监测热损伤边界和损伤程度的演变。实验结果显示在一定的激光功率辐射下,随着激光作用时间的增长,组织出现热凝固坏死,热损伤边界单调下移,伴随损伤加重组织光衰减系数非线性增加。通过与光学显微、组织染色切片检测的对比分析进一步验证了该技术应用于精确监测和指导光热治疗的可行性。     

基于激光光热位移技术纳米材料热扩散率的测量

为了测量纳米材料的热扩散率,采用激光光热位移技术测量了不同频率下热位移的相位,由相位的拟合曲线得到材料热扩散率的方法,得到了不同退火温度下纳米TiO2热扩散率。结果表明,纳米TiO2的热扩散率随退火温度升高而减小。     

激光光热散射技术测量不透明材料的热扩散率

报道了一种用激光光热散射技术测量不透明材料热扩散率的方法。根据在不同的频率下测得的试样光热信号的振幅和相位 ,由振幅和相位分别对频率进行非线性拟合 ,由此可得材料的热扩散率 ,并对不同烧结温度下的纳米氧化铝进行了测量。     

激光光热辐射技术测量不透明复合材料的热扩散率

报道了一种用激光光热辐射技术测量不透明材料热扩散率的方法。根据红外探测器在不同频率下测得试样光热信号的振幅和相位 ,采用非线性拟合法 ,由振幅和相位分别对频率进行非线性拟合 ,由此可得材料的热扩散率 ,并对单向氧化铝纤维基复合材料进行了测量 ,给出了任一方向上的热扩散率的实验结果     

利用激光光热技术研究材料应力对热扩散率的影响

根据光热光谱技术中的激光光热平行检测技术测量了材料具有应力时的热扩散率 ,根据所检测到的光热信号的振幅 ,由非线性拟合 ,确定出材料的热扩散率 ;由于入射光束移动的方便性 ,可实现对材料的点点测量 ,进而测量了材料在应力作用区域不同点上的热扩散率 ,结果发现当材料内存在应力时 ,造成材料的热扩散率变小 ,且随应力起伏变化而变化。同时设计了数据采集软件与双差电路 ,提高了测量精确度     

Simulation of Laser-Induced Thermotherapy Using a Dual-Reciprocity Boundary Element Model With Dynamic Tissue Properties

This paper presents a nonlinear dual-reciprocity boundary element method (DRBEM) for bioheat transfer in laser-induced thermotherapy. The nonlinearity stems from the dynamic changes of tissue thermophysical and optical properties and the blood perfusion rate during laser heating. The proposed DRBEM is coupled with a modified Monte Carlo method and the Arrhenius rate equation to investigate laser light propagation, bioheat transfer, and irreversible thermal damage in tumors. The computer code is justified by comparing the DRBEM results with the finite-difference results. The photothermal processes in interstitial laser thermotherapy with single or double laser fiber scattering applicators are chosen as the demonstrative examples. The dynamic nature, together with the unique advantages of “boundary-only” and excellent adaptability to complex anatomical geometries that the DRBEM method offers, makes the present nonlinear DRBEM a powerful tool for analysis and optimization of the parameters in laser surgical procedure.      

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064 nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。     

矩形激光脉冲辐照下半导体温度场理论研究

为了研究矩形激光脉冲辐照下半导体材料3维光生载流子浓度和温度场分布,采用本征函数法求得了等离子体波和热波随时间和空间变化的解析解。数值模拟了矩形激光脉冲辐照下半导体内光生载流子浓度和温度的时间变化规律以及温度沿径向的扩散规律。结果表明,光生载流子表面复合速率、寿命和扩散系数等参量对等离子体波和热波分布的时域特性有重要的影响,特别是在等离子体波和热波阶跃响应的上升和下降沿阶段;此外,多参量拟合灵敏度以及相关性分析表明,对阶跃响应曲线进行拟合可实现对半导体参量的单参量及双参量表征。该理论结果对于利用阶跃光激励的光热技术测量半导体材料参量具有一定的指导作用。     

Experimental study of novel microactuator based on photothermal expansion

A novel photothermal drive method was proposed. A novel photothermal micro-actuator （PTA） was developed with this method. We introduced the deflection mechanism of the asymmetric expansive arms with different widths. When a beam of infrared laser irradiates the arms, the different increase temperature and photothermal expansion controlled by the different rates of specific surface area cause a magnified lateral deflection. A prototyping micro-actuator of 1000 μm length was manufactured by using anexcimer laser micromachining system, and using polypropylene material. Experiments have been carded out to check the feasibility of deflection, with a laser diode （650 nm） as the external power source to activate the micro-actuator. The results show that the actuator can practically generate an obvious lateral deflection without considering the size or the location of the irradiated light spot strictly. The deflection status of the micro-actuator could be controlled remotely from 0 μm to 14.33 μm by changing the laser power from 0 mW to 10 mW. This kind of novel PTA is quite simple and convenient for operation. It will be quite useful for the applications in the fields of micro/nano-technology and with large displacement/actuation force and remote controlling.     

Single-ended infrared photothermal radiometric measurement ofquantum efficiency and metastable lifetime in solid-state lasermaterials: The case of ruby(Cr3+:Al2O3)

A simple, self-consistent frequency-scanned photothermal radiometric (PTR) detection scheme was applied to the measurement of the metastable state de-excitation parameters of a ruby laser rod. The radiative quantum efficiency and lifetime in this material were calculated from the extrema of the photothermal phase and the amplitude slope versus the excitation laser beam modulation frequency curves, without recourse to the conventional second measurement to eliminate effects of photothermal saturation. This technique simplifies significantly the experimental methodology, guarantees uniqueness of the measured quantities, and increases the measurement range of lifetimes as compared to other photothermal-based methods. Therefore, it may prove valuable for fast industrial quality control, as well as for fundamental studies of laser materials     

上转换荧光实时监测近红外实现肿瘤热疗

以激光进行的高温疗法称激光加热疗法,已成为肿瘤热疗的一种新的有效手段。主要使用近红外激光,采用直接照射或插入光纤的方法进行治疗。但应用时由于近红外波段激光对组织的穿透有限,热效应被局限在一个小的体积内,不同肿瘤组织光穿透情况又有很大差异,治疗的范围难以把握。另外,热疗时,难以区分肿瘤体和正常组织的边界,照射不当容易造成周围正常组织的伤害,因此实时地监测导向近红外光成为激光热疗的关键。研究表明运用上转换纳米探针[Yb/Er(NaYF4∶Yb,Er)]靶向定位到肿瘤,在980 nm近红外光的激发下可实现激光加热的同时进行上转换荧光的监测,从而确定照射的范围、分布、剂量以及肿瘤边界,最终达到导向热疗实现精确治疗肿瘤的目的。