超短脉冲光水中击穿特性与多光子电离显微术的研究

摘要

飞秒激光因为其脉冲宽度短（10-15s量级）、峰值功率高、光谱范围宽等基本特点和独特的优势，在激光精细加工、激光外科手术、生物医学成像、光通信等各个领域中有极其重要的应用。其中，利用飞秒激光的高峰值功率，诱导生物组织发生电离和击穿，形成空泡从而实现内层切割，已被广泛用于激光视力矫正手术;而利用飞秒激光在空气或其它透明（或半透明）介质中的电离特性，可以进行高阶非线性成像。
　　本文就这两方面应用中的一些关键问题进行深入的分析和讨论，主要研究内容和结果如下:
　　1.通过理论模拟，探究了不同脉宽和波长的汇聚激光脉冲在水中的电离特性，并从飞秒激光诱导的等离子体的电子密度特性、击穿阈值光通量、等离子体吸收系数等方面验证了长波长的飞秒激光脉冲在生物组织切削方面的优势。（注:由于生物组织的含水量可以高达85％以上，因此在研究光与生物组织相互作用中，不妨将水作为生物组织的初始模型。）
　　2.在深入阅读国内外光与物质相互作用科技文献的基础上，对国际上近年来激光诱导水击穿产生等离子体空泡的相关研究进行了综述。包括激光诱导等离子体产生、消失过程中伴随的空泡的形成与塌缩、冲击波和声波的传播特性、激光诱导水击穿的能量分配情况等。
　　3.在实验室已有工作基础上，重新搭建了超短脉冲光多光子电离显微成像实验研究平台。验证了两种不同的电离成像方法:一种是将飞秒激光聚焦在样品表面前方一定距离的空气中，利用空气电离探针探测样品的形貌、结构以及组分特性;另一种是通过聚焦在透明介质内部，通过探测内部电离辐射信号的强度变化，推测样品内部的相关特性。
　　4.探测了在空气和玻璃中的电离辐射信号，并获得了一些初步的成像结果。通过分析不同波长和光功率条件下，激光焦点与样品相对位置的改变所带来的电离信号的变化，对电离显微成像系统的分辨率、高阶非线性效应对样品的损伤情况、显微成像系统的探测灵敏度等相关问题进行了讨论。从而，进一步证明了超短脉冲激光多光子电离显微术在生物组织微观特性检测中的应用潜力。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第一节 飞秒激光技术简介

第二节 实验室飞秒激光实验平台介绍

第三节 飞秒激光技术的应用

第四节 本论文的主要研究内容与意义

第二章 飞秒激光诱导水击穿的理论与实验讨论

第一节 激光诱导水击穿的理论模型

第二节 激光诱导水中击穿产生空泡的实验研究

第三节 飞秒生物组织方面的影响与应用

第三章 超短脉冲激光多光子电离显微术实验平台介绍

第一节 显微技术概述

第二节 超短脉冲光多光子电离显微术的基本原理

第四章 超短脉冲光多光子电离显微术实验结果讨论

第一节 超短脉冲激光电离辐射信号背向散射探究

第二节 激光诱导空气电离显微成像

第三节 激光诱导击穿显微成像

第四节 超短脉冲多光子电离显微术存在问题讨论

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与科研成果