作者：和义广业创新平台
导 读
和义广业【行业分析】之眼科医疗器械，本篇简要介绍准分子激光设备的组成以及评价准分子激光手术设备需要关注的主要参数。
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准分子激光器的工作原理，氟气和氩气按一定比例和压力混合在一起，当向氢气施加高电压时，与激励状态的氟气相结合，形成氟化氩。ArF在激励源作用下就会使气体原子从基态跃迁到激发态，甚至被电离。处于激发态的原子或离子便形成准分子，从而实现粒子数反转。准分子从激发态通过中间的2个能级跃迁回基态时，释放出光子，经谐振腔振荡而发出激光。同时和从准分子状态迅速解离成2个原子。
同时ArF准分子激光器是光刻机中的三大核心技术之一的光源系统，在工业生产中应用的非常多。
准分子激光器产生的ArF激光属于紫外波段,其具有的单光子能量 (6.3eV)远大于人眼角膜组织分子键能(3.4eV)，因此能够打断生物分子的化学键，使组织分子气化，从而对角膜组织实施”光化学切削作用”1。
准分子激光设备系统主要由以下部分组成：激光源和气源装置、辅助激光源和激光束定位装置、计算机和控制系统、自动眼球跟踪系统、能量监测系统、操作台、病人床。
激光源是手术激光设备的核心组成部分，激光源核心组成部分是谐振腔，作用是用于存储气体、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组成（如下图所示）。
准分子激光器的工作介质包括低温液氮，高纯度氦气，Ar、F2、He的混合气体。低温液氮用来冷却激光腔中的低温净化器，以确保激光工作物质的纯净，保证激光输出能量稳定。氦气用来清洗激光腔。Ar、F2、He的混合气体作为产生准分子激光的工作物质；它产生波长为193 nm；
（一）激光器的相关技术基础2
1.光束控制技术
提高准分子激光光束质量的两个方面：压缩发散角、提高光束均匀性
（1）光束发散角压缩
压缩发散角常用方法：采用非稳腔替换一般准分子使用的平平腔，正支共焦非稳腔可使发散角减小一个数量级以上，同时保证激光能量没有显著下降。
常用的结构：采用双腔的注入锁定放大结构模式，种子腔产生优质的种子脉冲，注入非稳结构的放大腔放大输出。
（2）光束均匀
常用的光束均匀法：光波导均匀器（可实现较好均匀性但光损耗大）、棱镜组均匀器（结构简单但均匀度差）、两级蝇眼均匀器（可以实现很高均匀性，损耗小，但价格昂贵，且光路对准要求较高）。
（3）线宽压窄技术
自由振荡准分子激光线宽在数百皮米，通过在腔内添加各种色散元件可以实现对准分子激光光谱进行压缩，
常用方法有：棱镜组合法（线宽压缩比例不高）、标准具（具有压缩线宽窄的特点，但标准具易损伤且受热效应影响波长漂移）、光栅（温度稳定性好，波长的漂移及线宽变化范围小）等。
（4）脉宽控制技术
拉长脉宽方法：在LC激励电路中插入电感，延长放电时间，但会降低激光效率，输出能量减小。采用脉冲形成线激励技术，能提供一较宽的方波激励脉冲，且阻抗可以跟击穿后的工作气体很好地匹配，实现长时间稳定放电。采用注入锁定等放大结构的准分子结构器件。
压缩脉宽方法：锁模法、电光开关削波法、受激布里渊散射法、受激拉曼散射压缩脉冲法、等离子体开关法。
2、大能量高功率准分子激光器关键技术
目前大能量高功率准分子激光器以放电泵浦为主，关键技术在于大激活区的均匀放电、高能量的注入、高重复频率技术。
（1）大面积均匀放电
大面积放电电极——电极区电场分布均匀、电极边缘附近电场强度降低，对大面积均匀放电很重要。
预电离技术——常用火花预电离、自动预电离技术。
高速气体循环技术——激光工作气体放电在阳极和阴极间会产生杂志气体，影响放电质量，需要对电极间气体及时更新；同时高重复频率下气体温升太快，需要冷却气体。大功率风机及风路设计。
（2）高压快脉冲激励技术
基于闸流管的激励技术（如下图所示），闸流管寿命很有限，且关断后需要恢复阻断，不适合用于高重复频率状态。
全固态脉冲激励技术：利用功率导体作为开关管结合多级磁脉冲压缩开关的方法产生高压快脉冲替代闸流管。
2.2.2、眼科准分子激光的主要参数3
准分子激光治疗设备的质量直接关系到手术效果，主要参数指标有如下几项：
脉冲能量：准分子激光器输出的每个脉冲的能量大小，单位为mJ；
脉冲宽度：准分子激光器输出的每个脉冲的宽度，脉冲能量和脉冲宽度决定了每个脉冲切削的深度；
脉冲频率：主要指输出频率，脉冲能量、脉冲宽度及脉冲频率决定了手术的持续时间；
角膜处能量密度：只作用于人体的总能量与作用面积之比，即单位切削面积上的激光能量大小，单位为mJ/cm2，能够确定每个脉冲所切除的角膜组织量；
光束均匀性：光束均匀性决定了切削以后角膜的平滑程度，这直接影响到病人术后的视力，因此是一个非常重要的指标。光束的均匀性又分为微观均匀性和宏观均匀性。微观均匀性指的是光束能量密度的变化，例如中心区能量密度高( 为峰值区)，周边区能量密度低( 为谷值区)。宏观均匀性可由峰值与谷值的比率表示，指的是激光能量密度分布的形状。
光斑尺寸：作用到角膜上的激光光斑大小；
术区尺寸：指切削区域的大小；
切削方式：大光斑爆破式、裂隙扫描式和飞点扫描式。
（二）准分子激光设备主要设备参数盘点
参考文献：
[1] 吴建刚,马飞,候金睿.眼科准分子激光治疗机的原理、结构与应用质量控制[J].医疗卫生装备,2005(12):55-56.
[2] 资料来源：微信公众号：挽风笔谈
[3] 吴建刚,马飞,候金睿.眼科准分子激光治疗机的原理、结构与应用质量控制[J].医疗卫生装备,2005(12):55-56.
封面图来源：图片来自视觉中国官网，侵删
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作者：DU
排版：大大怪
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