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Aspheric Lens Takeover

可以抵达从前波长无法抵达之处

 

独特的吸收特性让 2μm 激光可以进行小而精确的切割

 

由于其被水吸收的特性,在医疗激光应用中可将热损伤区降至最小

 

非常适用于材料加工应用,如聚合物加工

 

近年来 2μm 激光的发展在效率、易用性和稳定性方面都有所提高

生物组织、聚合物和许多其他材料在 2μm 左右的波长上都具有独特的吸收特性,从而使该光谱范围内的激光(例如铥 (2080nm) 和钬 (2100nm) 激光)可以加热面积非常小的区域,并对周围区域的损伤极小。这使 2μm 激光适用于包括材料加工和激光手术在内的各种应用。虽然 2μm 激光已经存在了几十年,但最近在其设计上的进步极大地改善了它们的可行性、功率效率和稳定性。UV 和 1μm 激光具有不同的吸收特性,不能满足这些特定的材料加工和医学应用的需求.

2μm 激光器的优点:体积小巧、穿透力强

最初的 2μm 激光器是体积庞大且价格高昂以及需要液氮冷却系统,这不是可广泛应用的可行选择。然而,2μm 激光技术的发展在改善性能的同时也在逐步降低成本并减小其尺寸。现代的 2μm 二极管激光器只有 30mm 长,而光纤激光器则更小。在某些情况下,研究人员正在开发光纤组件,这可以极大地降低成本。2μm 激光器以其低成本、方便使用、广泛的能量传输方式(如脉冲和连续波束),正稳步地取代其他光源.

材料加工

多年来,输出波长为 1-1.5μm 的激光器已广泛应用于材料加工领域,但是 2μm 激光器具备更多优点,包括以最小面积的局部加热进行精确切割的能力。许多聚合物(如塑料)在 1µm 左右的波长上具有高透射率,这不利于聚合物的加工,因为 1µm 的激光会穿过材料而不是被吸收。可以在聚合物中加入添加剂,以增加在 1μm 波长上的吸收性,但这让制造工艺更为复杂。另一方面,许多塑料在 10µm 左右的波长附近具有很强的吸收性,这可以造成有效的表面加热,但并不是精确加工所需的局部加热.

幸运的是,许多上述中的相同材料在 2μm 左右的波长上具有更理想的波长吸收性。因此,2μm 辐射能够以最佳距离穿透塑料材料,并可精确地减弱,从而在材料上局部加热和产生宽度为 0.1-0.5mm 的切口和焊缝(图 1)。一种重要的 2µm 激光聚合物焊接应用是医疗设备的接缝,例如植入物、微流体设备、管道和导管.

Linear welding of plastics using a 2μm laser
图 1: 使用 2µm 激光器对塑料进行线性焊接

医疗激光

由于 2µm 辐射在构成人体组织的大部分水分子中具有高吸收性,因此 2μm 激光器非常适合于高精度外科手术。此高吸收性来自水分子中 O-H 键的拉伸和弯曲振动,以及对应于 2µm 辐射的振动频率. 图 2 显示了水的吸收光谱以及各种常见激光类型的组织穿透深度。该图显示了 2μm 波长上的高吸收峰值以及具有最佳大小和精确度的穿透深度,相比下 3µm 波长上的吸收峰值则无法为外科应用提供足够穿透深度.

由于其具有高吸收性,因此可使用 2µm 激光进行组织的切除和取出,而且损伤区域非常小(约为 0.5mm)。此外,当暴露于 2µm 的辐射时,会发生血液凝固(血液从液态变为半固态并形成血凝块的过程)。这可以抑制在手术过程中出现的出血情况,使手术过程更清洁、容易和高效.

Absorption of water and tissue penetration depth at different wavelengths
图 2:不同波长的水吸收性和组织穿透深度

爱特蒙特光学的 2µm 激光光学产品

常见技术问答

FAQ  2µm 激光器并不是一个新发明,但是为什么它能够成为光学产业当前的发展趋势?
由于 2µm 激光器性能的提高及其尺寸减小和成本的降低,近年来得到了越来越广泛的应用.
FAQ  在材料加工应用中使用连续波或脉冲 2μm 激光器是更好的方法吗?

连续波 (CW) 2μm 激光器在激光材料加工过程中会在顶部和底部表面产生热影响区,从而降低加工精度。另一方面,脉冲 2µm 激光器可以产生较小的热影响区,从而使表面损伤较小和加工更为精确.

FAQ  为什么 1μm 激光器在手术应用中不如 2μm 激光器有效?

1μm 激光器的辐射比 2μm 激光器的吸收率低得多,并且穿透组织的深度更深,会导致更大面积的损伤和更多不必要的组织坏死。因为手术是一个对精确度要求很高的操作过程,所以需要精确控制切口的深度,以减少对下层组织的损伤。2μm 激光器可以提供这种精度,并且可考虑在外科应用中使用.

FAQ   什么样的光学材料可与 2μm 激光器兼容?

用于 2µm 光谱范围内的一些最常见材料包括熔融石英、硒化锌、氟化钙 (CaF2)、镀锗和蓝宝石. 有关兼容光学材料的详细信息及其特性,可参阅我们的 Characteristics of 2µm Lasers.

资源

应用说明

技术信息和应用范例,内容包括理论说明、方程式、图片说明等.

Characteristics of 2μm Lasers
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UV vs. IR Grade Fused Silica
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