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      醫療

      屈光不正治療設備之準分子激光組成及核心技術

      激光制造網 來源:北京和義廣業創新平臺2023-05-20 我要評論(0 )   

      準分子激光器的工作原理,氟氣和氬氣按一定比例和壓力混合在一起,當向氫氣施加高電壓時,與激勵狀態的氟氣相結合,形成氟化氬。ArF在激勵源作用下就會使氣體原子從基態...

      準分子激光器的工作原理,氟氣和氬氣按一定比例和壓力混合在一起,當向氫氣施加高電壓時,與激勵狀態的氟氣相結合,形成氟化氬。ArF在激勵源作用下就會使氣體原子從基態躍遷到激發態,甚至被電離。處于激發態的原子或離子便形成準分子,從而實現粒子數反轉。準分子從激發態通過中間的2個能級躍遷回基態時,釋放出光子,經諧振腔振蕩而發出激光。同時和從準分子狀態迅速解離成2個原子。


      同時ArF準分子激光


      器是光刻機中的三大核心技術之一的光源系統,在工業生產中應用的非常多。


      準分子激光器產生的ArF激光屬于紫外波段,其具有的單光子能量(6.3eV)遠大于人眼角膜組織分子鍵能(3.4eV),因此能夠打斷生物分子的化學鍵,使組織分子氣化,從而對角膜組織實施”光化學切削作用”。


      準分子激光設備系統主要由以下部分組成:激光源和氣源裝置、輔助激光源和激光束定位裝置、計算機和控制系統、自動眼球跟蹤系統、能量監測系統、操作臺、病人床。


      激光源是手術激光設備的核心組成部分,激光源核心組成部分是諧振腔,作用是用于存儲氣體、氣體放電激勵產生激光和激光選模。它由前腔鏡、后腔鏡、放電電極和預電離電極組成(如下圖所示)。



      準分子激光器的工作介質包括低溫液氮,高純度氦氣,Ar、F2、He的混合氣體。低溫液氮用來冷卻激光腔中的低溫凈化器,以確保激光工作物質的純凈,保證激光輸出能量穩定。氦氣用來清洗激光腔。Ar、F2、He的混合氣體作為產生準分子激光的工作物質;它產生波長為193 nm;


      (一)激光器的相關技術基礎


      1.光束控制技術



      提高準分子激光光束質量的兩個方面:壓縮發散角、提高光束均勻性



      (1)光束發散角壓縮



      壓縮發散角常用方法:采用非穩腔替換一般準分子使用的平平腔,正支共焦非穩腔可使發散角減小一個數量級以上,同時保證激光能量沒有顯著下降。



      常用的結構:采用雙腔的注入鎖定放大結構模式,種子腔產生優質的種子脈沖,注入非穩結構的放大腔放大輸出。



      (2)光束均勻



      常用的光束均勻法:光波導均勻器(可實現較好均勻性但光損耗大)、棱鏡組均勻器(結構簡單但均勻度差)、兩級蠅眼均勻器(可以實現很高均勻性,損耗小,但價格昂貴,且光路對準要求較高)。



      (3)線寬壓窄技術



      自由振蕩準分子激光線寬在數百皮米,通過在腔內添加各種色散元件可以實現對準分子激光光譜進行壓縮,



      常用方法有:棱鏡組合法(線寬壓縮比例不高)、標準具(具有壓縮線寬窄的特點,但標準具易損傷且受熱效應影響波長漂移)、光柵(溫度穩定性好,波長的漂移及線寬變化范圍?。┑?。



      (4)脈寬控制技術



      拉長脈寬方法:在LC激勵電路中插入電感,延長放電時間,但會降低激光效率,輸出能量減小。采用脈沖形成線激勵技術,能提供一較寬的方波激勵脈沖,且阻抗可以跟擊穿后的工作氣體很好地匹配,實現長時間穩定放電。采用注入鎖定等放大結構的準分子結構器件。



      壓縮脈寬方法:鎖模法、電光開關削波法、受激布里淵散射法、受激拉曼散射壓縮脈沖法、等離子體開關法。



      2、大能量高功率準分子激光器關鍵技術



      目前大能量高功率準分子激光器以放電泵浦為主,關鍵技術在于大激活區的均勻放電、高能量的注入、高重復頻率技術。



      (1)大面積均勻放電



      大面積放電電極——電極區電場分布均勻、電極邊緣附近電場強度降低,對大面積均勻放電很重要。



      預電離技術——常用火花預電離、自動預電離技術。



      高速氣體循環技術——激光工作氣體放電在陽極和陰極間會產生雜志氣體,影響放電質量,需要對電極間氣體及時更新;同時高重復頻率下氣體溫升太快,需要冷卻氣體。大功率風機及風路設計。



      (2)高壓快脈沖激勵技術



      基于閘流管的激勵技術(如下圖所示),閘流管壽命很有限,且關斷后需要恢復阻斷,不適合用于高重復頻率狀態。



      全固態脈沖激勵技術:利用功率導體作為開關管結合多級磁脈沖壓縮開關的方法產生高壓快脈沖替代閘流管。



      2.2.2 眼科準分子激光的主要參數



      準分子激光治療設備的質量直接關系到手術效果,主要參數指標有如下幾項:



      • 脈沖能量:準分子激光器輸出的每個脈沖的能量大小,單位為mJ;
      • 脈沖寬度:準分子激光器輸出的每個脈沖的寬度,脈沖能量和脈沖寬度決定了每個脈沖切削的深度;
      • 脈沖頻率:主要指輸出頻率,脈沖能量、脈沖寬度及脈沖頻率決定了手術的持續時間;
      • 角膜處能量密度:只作用于人體的總能量與作用面積之比,即單位切削面積上的激光能量大小,單位為mJ/cm2,能夠確定每個脈沖所切除的角膜組織量;
      • 光束均勻性:光束均勻性決定了切削以后角膜的平滑程度,這直接影響到病人術后的視力,因此是一個非常重要的指標。光束的均勻性又分為微觀均勻性和宏觀均勻性。微觀均勻性指的是光束能量密度的變化,例如中心區能量密度高( 為峰值區),周邊區能量密度低( 為谷值區)。宏觀均勻性可由峰值與谷值的比率表示,指的是激光能量密度分布的形狀。
      • 光斑尺寸:作用到角膜上的激光光斑大??;
      • 術區尺寸:指切削區域的大??;
      • 切削方式:大光斑爆破式、裂隙掃描式和飛點掃描式。



      (二)準分子激光設備主要設備參數盤點


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