脉宽可调钬激光驱动高速液体射流的声学特性研究

本文主要探讨了脉宽可调钬激光在医用光学领域的一项关键实验研究，即通过光纤传输红外脉冲激光在封闭容器中引发液体的高速射流现象。研究采用了聚偏氟乙烯（PVDF）针式水听器来探测和测量激光参数变化对高速液体射流的影响，具体关注的是射流压力和由汽化效应产生的诱导声波信号。 实验的关键技术包括控制激光脉宽（494~967微秒μs）和激光能量（266.3~420.8毫焦耳mJ），并在不同光纤位置和喷嘴间距（d=2cm, d=4cm, d=6cm）下进行。研究发现，当激光平均能量固定为426.3mJ时，射流压力随着脉宽的增加呈现正相关函数变化，表明更长的脉宽能促进更强的射流形成。在光纤末端，声波强度在d=2cm和d=4cm时与脉宽呈负相关，即脉宽越短，声波强度越大。然而，当喷嘴间距增加到6cm时，声波强度的峰值不连续，呈现出先升后降的趋势，其中在736μs脉宽时达到最大值1.32兆帕(MPa)。 另一方面，当脉宽固定在480μs时，射流压力和声波强度随着激光能量的增加而增强，显示出能量对射流性能的显著影响。值得注意的是，当激光参数保持不变时，无论是射流压力还是声波信号，都随着喷嘴间距d的增大而增强，这表明距离对信号传播和液体射流特性有直接影响。 这项研究对于理解脉冲钬激光在医疗应用中的潜在作用，如液体处理、微细加工或生物组织切割等领域具有重要意义。它揭示了如何通过精确调控激光参数来优化高速液体射流的性能，这对于提高手术精度和效率具有实际价值。同时，研究结果还可能为声学监测和控制技术提供新的思路，尤其是在需要实时反馈和精确控制的医疗环境中。