高功率光纖激光器理論及醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究.pdf

1、光纖激光器以其無與倫比的性能優(yōu)勢(shì)吸引了研究人員的興趣和產(chǎn)業(yè)界的重視。本論文主要研究了利用激光加熱基座法生長(zhǎng)復(fù)合單晶光纖激光器和保偏大模場(chǎng)面積的光纖激光器，并利用它們?cè)O(shè)計(jì)了用于良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia,BPH）的大功率磷酸氧鈦鉀（KTP）倍頻激光器，使用這種器械的選擇性激光前列腺切除術(shù)（photoselective vaporization of the prostate,PVP）將是非常有

2、應(yīng)用前景的。 介紹了光纖激光器研究的理論基礎(chǔ)，包括光纖激光的物理原理，構(gòu)造有源光纖的摻雜稀土元素(即或鑭系元素)的原子結(jié)構(gòu)、能級(jí)分布和光譜特性等內(nèi)容；提出了光纖激光器的一個(gè)比較合理的分類方法，給出了其結(jié)構(gòu)和典型的諧振腔的設(shè)計(jì)方法；重點(diǎn)闡述了摻雜稀土離子的雙包層和光子晶體光纖激光器，這是當(dāng)前獲得高功率光纖激光的基礎(chǔ)；介紹了基于光纖中非線性效應(yīng)的受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)光纖激光器，光纖孤子激光器，超連續(xù)譜激光

3、器和超快光纖激光器等各種在理論上和實(shí)踐中都十分重要的光纖激光器；討論了光放大器并給出了光纖激光器的速率方程；詳細(xì)分析了光纖激光器在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，指出光纖激光器有著全面取代傳統(tǒng)固體激光器和氣體激光器的潛力，但真正做到這一點(diǎn)尚需時(shí)日，同時(shí)它們還可能面臨來自半導(dǎo)體激光器的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)。 研究了生長(zhǎng)單晶光纖的各種方法，包括激光加熱基座生長(zhǎng)方法、毛細(xì)管反饋熔化生長(zhǎng)、確定邊界薄膜反饋生長(zhǎng)和浮帶與基座生長(zhǎng)等生長(zhǎng)方法，說明了激光加熱基座生長(zhǎng)方

4、法的特點(diǎn)，為它的進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 討論了獲得超短脈沖的調(diào)Q方法，尤其是令人感興趣的被動(dòng)調(diào)Q方法。利用激光加熱基座生長(zhǎng)方法（LHPG），將Nd:YAG和Cr4+:YAG生長(zhǎng)成一體化的單晶光纖，得到了被動(dòng)調(diào)Q復(fù)合單晶光纖激光器，給出了其速率方程理論，并數(shù)值計(jì)算了其各項(xiàng)性能參數(shù)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果取得良好的一致。所獲得的被動(dòng)調(diào)Q復(fù)合單晶光纖激光器有很好的性能指標(biāo)，完全有實(shí)用價(jià)值。 研究了有望構(gòu)成更高平均功率連續(xù)激光器或更高峰值功率

5、脈沖激光器的新材料——光子晶體光纖，介紹了其拉制方法，說明光子晶體光纖具有極強(qiáng)的光學(xué)非線性效應(yīng)、高的雙折射特性、奇異的色散特性和永無截止的單模傳輸特性等各項(xiàng)新穎奇特而且優(yōu)異的性能指標(biāo)，一句話，就是它是最有可能擁有完美的駕馭光子的能力的器件！還給出了光子晶體光纖的各種理論和數(shù)值分析法。 研究了BPH的激光切除術(shù)，為此進(jìn)行了豬肝組織、豬肌肉組織和狗前列腺組織的激光氣化的對(duì)比研究，并與波長(zhǎng)1064nm的釹激光和2100nm的鈥激光的療

6、效進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)含血液豐富組織的532納米的選擇性吸收是KTP倍頻激光在用于良性前列腺增生治療時(shí)受到青睞的原因，與已有報(bào)道結(jié)果相符合，進(jìn)一步證明了綠色KTP倍頻激光器用于BPH治療的美好前景。 提出了將復(fù)合單晶被動(dòng)調(diào)Q光纖激光器用作種子光源，再利用保偏大模場(chǎng)面積光纖放大器將其放大到百瓦以上的設(shè)計(jì)方法，從而將基于振蕩功率放大結(jié)構(gòu)的高功率激光器的放大級(jí)數(shù)精簡(jiǎn)到最少，并由具有溫度管理裝置的KTP倍頻，這樣將能以極高效率獲得高功率的綠色