激光安全标准制订的生物学基础

激光生物效应研究是制订激光安全标准的主要依据。从生物学的角度来认识激光安全标准,有助于了解标准制订的现况,并有利于掌握其应用及展望今后。本文拟就国外现行的一些主要标准为例,做一简要的剖析。文中侧重于激光眼损伤效应。一、激光辐照的安全标准在激光安全标准中,通常给出不同波长、不同照射时间对眼和皮肤的辐照限值EL(Exposure Limit)或称最大容许辐照量MPE(Maximum Permissible Exposure),亦可称阈限值TLV(Threshold Limit Value)。它     

XeCl准分子激光角膜损伤阈值的研究

紫外激光对眼的损伤部位及损伤程度,随其波长、照射时间而不同。因而在现有的激光安全标准中,远紫外与近紫外激光的辐照限值均有所不同。但迄今为止,有关308nm波段纳秒级脉冲紫外激光生物效应报道很少。本文给出XeCl准分子紫外激光对角膜的损伤阈值,供制订有关的激光安全标     

Nd:YAG基频和倍频激光眼损伤阈值研究的照射装置

在激光生物损伤研究中,眼是机体中对激光最为敏感的靶器官,低剂量照射会引起眼的严重损伤,而损伤发生率与激光剂量大小、发射方式、波长、模式和束散角等因素密切相关.为制定激光安全防护标准,研制了Nd3+:YAG基频(1.06μm)和倍频(0.53μm)激光眼损伤阈值研究的照射装置,并用该装置对兔眼和猴眼完成了基频和倍频激光的眼损伤阈值研究,均取得很满意的结果.     

1064 nm和532 nm激光共同辐照薄膜的损伤

建立了两个不同波长激光同时辐照薄膜的损伤阈值测试装置,实验研究和对比1064 nm激光,532 nm激光,1064 nm和532 nm激光共同作用3种不同方式辐照1064 nm和532 nm增透膜(ARF)的损伤阈值及其损伤形貌.结果表明,1064 nm和532 nm激光共同作用损伤形貌和532 nm激光单独作用下的形貌相似,532 nm激光在诱发薄膜损伤因素中起主导作用.1064 nm激光单独辐照薄膜的损伤阈值高于532 nm激光,而1064 nm和532 nm激光共同作用下薄膜的阈值介于这两者之间.     

CO_2激光对兔眼角膜损伤阈值的研究

本文介绍连续CO_2激光对青紫蓝灰兔角膜损伤阈值研究的材料、方法和结果.辐照1秒,ED_(50)为3.62W/cm~2;辐照125ms,ED_(50)为4.01W/cm~2.     

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。     

纳秒激光和飞秒激光对透明电光陶瓷表面损伤研究

通过对纳秒和飞秒高功率激光脉冲辐照下透明电光陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLZT)的表面损伤形貌和物理形态的分析,调整辐照脉冲能量在线观测表面损伤几率,研究了不同能量等级的纳秒和飞秒高功率高斯光束辐照同一电光陶瓷表面的激光损伤,测得纳秒激光损伤阈值约为485MW/cm2。还分析了辐照损伤斑直径随辐照能量的变化,辐照损伤的损伤深度随损伤直径变化,以及材料中的缺陷引起的损伤形貌。对比分析了纳秒激光和飞秒激光辐照下PLZT电光陶瓷表面损伤形貌的不同,并给出了一些可能的理论解释。     

Nd~(3 ):YAG倍频激光对眼损伤阈值的研究

实验用Nd~(3 ):YAG倍频激光照射青紫蓝灰兔眼及恒河猴眼.求得视网膜损伤阈值ED_(50),兔眼和猴眼的角膜入射能量密度分别为39.2μJ/cm~2及187μJ/cm~2.两ED_(50)之比为1:4.7.     

308nm紫外激光对兔眼角膜损伤的延迟反应和损伤阈值研究

308 nm 紫外激光照射青紫蓝灰兔眼所引起的角膜损伤,观察到损伤呈两种反应:瞬时反应和延迟反应,并测量了延迟反应的剂盐水平。统计了受照24小时内角膜发生的损伤点,经概率统计分析,获得角膜瞬时损伤阈值 ED_(50)=0.485J/cm~2(95%置信限为0.349～0.608J/cm~2)。     

脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响分析

为了研究脉宽及重频对HgCdTe探测器损伤阈值影响,采用有限元法对HgCdTe红外探测器进行2维建模,以及激光辐照探测器温度场的仿真,得到了波段内外脉宽从10ns~1000ns的单脉冲激光损伤阈值。由于采用实验测定所有脉宽激光损伤阈值的办法不现实,故通过仿真计算,给出了从ns~μs量级不同激光脉宽的单脉冲探测器损伤阈值公式。结果表明,波段外单脉冲损伤阈值为9MW/cm2~0.9MW/cm2,波段内为150MW/cm2~15MW/cm2,并且探测器单脉冲损伤阈值与激光脉冲宽度呈负指数关系;当采用重频激光辐照探测器时,在相同的重复频率下,因长脉冲激光比窄脉冲宽激的脉冲间隔小,故长脉冲激光辐照时更容易出现温度积累效应,从而出现大面积损伤。这为进一步研究探测器的热应力场热弹性波和激光防护等提供了重要的理论分析依据。     

飞秒激光作用下金膜的微观特性变化

用磁控溅射的方法在石英基底上制备了金(Au)膜,研究了Au膜在近激光损伤阈值(LIDT)飞秒脉冲激光辐照下的物相结构和表面形貌。结果表明:所制备的Au膜为(111)面取向生长的薄膜;近LIDT的激光辐照使辐照区的Au膜形成大晶粒,并由(111)单一取向变为多晶结构;Au膜晶粒尺寸的增大会导致表面粗糙度增加。实验结果为明确Au膜在飞秒激光作用下的损伤过程及后期应用提供了依据。     

激光损伤阈值分析系统的软件设计

激光损伤阈值分析软件开发是固体激光损伤机理研究的一部分,本文基于MFC,以VS2010为开发平台,结合MySQL数据库及MATLAB进行软件开发设计。根据高能固体激光辐照光电系统原理,基于不同固体激光器、不同大气传输条件、不同辐照目标的热效应及热力耦合效应,完成目标的激光损伤阈值仿真计算。软件方便易用,具备一定的光学系统激光损伤分析能力,能够实现分析使目标达到损伤的有效激光辐照时间,可分析各影响因素变化对损伤结果的影响,为试验研究提供有效指导。     

单脉冲激光辐照CCD探测器热效应仿真研究

为了研究实际情况下激光辐照CCD热效应情况,首先介绍了CCD探测器的结构和工作原理并分析了脉冲激光对CCD探测器的热损伤过程。然后利用有限元方法在三维空间上分别对三种波长的脉冲激光(532nm、808nm、1064nm)辐照CCD进行了固体传热仿真,通过仿真得到了在三种不同波长下CCD探测器的损伤能量密度阈值。接下来通过比较损伤能量密度阈值发现当波长为532nm时,CCD探测器的损伤能量密度阈值最小。最后对比已发表的实验结果找到了比较统一的损伤规律。     

300微秒脉冲钕玻璃激光对人皮肤损伤阈值的研究

脉冲钕玻璃激光,能量大,穿透力深,破坏性强,成为激光安全防护的重点.皮肤损伤阈值取决于照射时间和辐射量,通常以产生50%红斑损害,为观察皮肤损伤阈值的标准.按统计学方法找出ED_(50)或MRD_(50)范围,乘以安全系数,得出最大许可照射量,作为制订安全防护标准的基础.一、实验情况1.脉冲钕玻璃激光器件:脉冲宽度300微秒:     

波段外脉冲激光对锗材料热冲击效应的数值研究

强激光辐照锗材料可造成材料的破坏.对波段外脉冲激光辐照锗材料进行了理论研究,建立了激光辐照锗材料的热力耦合数学物理模型,对热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,对不同能量密度下波段外激光辐照锗材料的瞬态温度场和应力场分布进行了数值模拟计算,得到了材料最易损伤的位置和材料的损伤阈值以及锗材料的损伤阈值与激光参数之间的关系.分析结果表明:热应力损伤在锗材料的脉冲强激光损伤中占据主导地位,锗材料出现热应力损伤的激光能量密度小于出现熔融损伤的激光能量密度,应力损伤主要集中在光斑中心区域并体现为压应力损伤.     

连续Nd~(3 ):YAG激光对视网膜损伤阈值的研究

连续Nd~(3 ):YAG激光照射青紫蓝灰兔眼100只,1000个照射点,求得照射时间平均1.02s及0.12s,检眼镜可见视网膜损伤阈值,其ED_(50)分别为角膜平均入射2.52W/cm~2及5.42W/cm~2.     

激光辐照对HgCdTe长波光导探测器性能的影响

对HgCdTe长波光导探测器进行了变功率激光辐照,对激光辐照前后的探测器性能进行了测试。结果表明在受到功率高于暂时损伤阈值但低于永久损伤阈值的激光辐照后,探测器性能有较大的下降。     

CO_2激光辐照对熔石英表面形貌与应力分布的影响

采用不同光斑直径的10.6μm CO2激光束对熔石英表面损伤进行辐照处理。实验发现,对于50μm以下的损伤点,单发激光脉冲辐照即可使得激光损伤阈值恢复到基底完好区域的水平,对于在50~300μm之间的损伤点,采用低功率较长时间辐照后逐渐增加功率修复的方式可以彻底消除材料内部更深的裂痕。对不同尺寸光斑辐照后的应力分布研究表明,激光束尺寸、激光功率和激光作用时间是影响材料体内应力分布的主要因素,相比较而言,激光尺寸对应力分布的影响更为明显。对前后表面损伤分析表明,当辐照区域置于入射面时,辐照带来的微小环状凸起会造成后表面环形调制损伤,是损伤的最薄弱环节,当辐照区域置于后表面时,烧蚀主要影响阈值的整体提升。     

γ射线辐照快速生长KDP晶体的性能

采用连续过滤快速横向生长技术,有效增大了磷酸二氢钾(KDP)晶体的Z向长度,提高了单位晶体II类元件的切片率。使用不同剂量的γ射线辐照II类晶体坯片后,测试其光学性能与抗激光损伤阈值。研究结果显示,不同剂量的γ射线辐照不会改变晶格内部的振动模式,但会降低912 cm~(-1)处的晶格振动强度;γ射线辐照诱导缺陷的种类不变,但随着辐照剂量的增大,缺陷浓度增大;晶体坯片的损伤阈值随着辐照剂量的增大而减小。     

脉冲激光辐照瓷质绝缘子表面损伤试验研究

为防止激光清洗瓷质绝缘子过程中基底发生损伤，开展激光辐照下瓷质绝缘子损伤试验。采用1 064 nm脉冲激光辐照于瓷质绝缘子表面，探究不同能量密度、脉冲个数以及不同辐照时间下瓷质绝缘子的损伤规律，并对瓷质绝缘子表面开展振镜扫描试验，利用图像法确定瓷质绝缘子的激光损伤阈值。试验结果表明，激光定点辐照下，随着激光能量密度的提高、脉冲数的增加、辐照时间的增加，绝缘子表面坑洞直径逐渐增大，最后趋于定值，约为聚焦光斑直径的1.3倍；减小扫描速度，损伤形貌由斑点状变化至条纹状，粗糙度随能量密度的增大、速度的减小而增大；基于图像法的瓷质绝缘子损伤判据，得到损伤能量密度阈值。