准分子激光器 的原理和应用

组员：王卓彦、翁国斌、叶芊

什么是准分 子？

准分子是一种在激发态复合成分子,而在基态离解 成原子得不稳定缔合物,激光跃迁发生在束缚 的激发态 到排斥的基态,属于束缚—自由跃迁。1970年,巴索夫等 利用强流电子束泵浦液态氙,获得Xe激光振荡,其波长在 176nm,这是第一台准分子激光器,稍后美国洛斯阿拉莫 斯实验室报道了气相氙的激光输出,并在Kr(145.7nm)、 Ar(126.1nm)获得激光输出。1974年美国Kansan州立大 学 报道了稀有气体卤化物在紫外波段的强荧光辐射,这 一结果引起了激光界的极大兴趣,短短六个月, 美国海军 实验室便获得了溴化氙(282nm)激光输出,阿符科公司获 得了氟化氙(351nm)、氟化氪 (248nm)、氯化氙(308nm) 的激光输出,桑迪亚实验室则获得了氟化氢(193nm)的真 空紫外输 出,每个脉冲能量达百焦耳以上。

什么是准分 子激光？

准分子激光是一种气体激光, 它的工作气体是由常 态下化学性质稳定的惰性气体原子如He 、 Ne 、Ar 、 Kr 、Xe 和化学性质较活泼的卤素原子如F 、Cl 、Br 等 组成。一般情况下,惰性气体原子是不会和别的原子形 成分子的, 但是如果把它们和卤素元素混合,再以放电的 形式加以激励,就 能成为激发态的分子,当激发态的分子 跃迁回基态时,立刻分解、还原成本来的特性,同时释放 出光子, 经谐振腔共振放大后, 发射出高能量的紫外光 激光。这种处于激发态的分子寿命极短, 只有10ns , 故 称为“准分子”( Excimer)。

什么是准分 子激光器？

准分子激光器是波长在紫外波段的脉冲气体激光器 ,近年来,在各方面的不懈钻研努力下,得以迅猛发展。目 前,市场上推出的各种准分子激光器件产品在功率水平、 寿命时间等指标上不断提高,适用范围也从原来主要用 于实验室扩展到激光加工、激光医疗等领域,准分子激 光器在今后的发展无论是从科研还是商业角度来讲都 具有光明的前景,作为活跃的领域而不容忽视。

准分子激光 器基本结构

激光器的谐振腔用于存储气体、气体放电激励产 生激光和激光选模。 它由前腔镜、后腔镜、放电电极 和预电离电极构成,并通过两排小孔与储气罐相通,以便 工作气体的交 换、补充。为了获得均匀大面积的稳定 放电, 一般的准分子激光器均采用了预电离技术, 在主 放电开 始之前, 预电离电极和主放电的阴极之间先加上 高压, 使它们之间先发生电晕放电, 在阴极附近形 成均 匀的电离层。一般高压为20kV~30kV 。气体放电时,脉 冲高压电源加在电极上对谐振腔内的工 作气体放电, 发 生能级跃迁产生光子, 通过反射镜的反馈振荡, 最后产 生激光从前腔镜输出。

准分子激光 器的

应用

目前准分子激光在眼科临床的应用主要包括两类: 一类 是用于治疗近视、远视和散光的矫治屈 光不正手术。 主要技术有准分子激光光学角膜切削术( Photorefractive Keratectomy,简称PR K) 和准分 子激光 原位角膜磨镶术(Laser in situ keratomileusis , 简称 LASIK) , 其中LASIK手术是目前发展最快, 普及最广,技术 应用最强的治疗屈光矫正手术之一。另一类是准分子 激光光学治疗性角膜切削术 ( Excimer laser phototherapeutic keratectomy,简称PTK) , 主要用于治疗 角膜不规则散光、切除角膜浅层 瘢痕等。

准分子激光 器眼科临床

激光治疗屈光不正手术在十多年的发展过程中, 随 着高新技术的不断应用, 技术日趋完美。从早 期的大光 斑扫描技术到现在广泛应用的小光斑飞点扫描技术, 解 决了术后中心岛效应和角膜浑浊问 题, 能够获得完美的 光学抛面, 使术面光滑、平整; 角膜地形图的应用和波 前像差引导下的个体化切 削技术,使切削精度大大提高, 真正做到“量眼定做”; 主动眼球跟踪技术解决了术眼转 动产生的角膜 偏中心切削, 使准分子激光始终处于角膜 中心约6mm 大小的区域内进行渐进式切削, 提高了手术 的 精确度。另外, 随着准分子激光治疗屈光不正手术发 展起来的其他技术如角膜板层刀技术、计算机 辅助软 件技术等等也有了长足发展,大大增强了手术的安全性。

准分子激光 的切割

准分子激光的切割 ,与金刚石刀相比,切口位置及深 度可精确控制,XeCl准分子激光 器用于使动脉粥样硬化 斑块气化,具有边缘齐整且周围组织碳化极小的优点,可 望取代心脏旁通术 和气球血管成形术。准分子激光在 半导体参杂、激光诱导化学超导薄膜形成等方面的研 究在广泛展 开。由于紫外激光束与物质相互作用的微 细加工与冷加工的特点,成为继CO2激光器与YAG激光 器 之后的新一代激光加工及激光医疗用激光器件。