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子脉冲序列模式铒激光技术：原理、构建与牙硬组织消融效应探究

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着人们对口腔健康重视程度的不断提高，牙科治疗技术也在持续发展。3μm激光器在牙科领域展现出了独特的优势，其波长与水和牙体组织中羟基磷灰石的吸收峰接近，使得激光能量能够被牙体组织高效吸收，在牙硬组织消融等治疗中具有广阔的应用前景。传统的牙科治疗方法，如牙钻切割，往往会给患者带来较大的痛苦，并且对周围健康牙体组织的损伤较大。而3μm激光器能够实现微创治疗，减少患者的不适感，同时更好地保留健康组织。

子脉冲序列模式铒激光技术作为3μm激光器的重要发展方向，具有独特的脉冲特性，能够在保证消融效果的同时，降低对周围组织的热损伤。研究子脉冲序列模式铒激光技术，对于提高牙科治疗的精度、效率和安全性具有重要意义，有望为牙科治疗带来新的突破，提升患者的治疗体验和治疗效果。

1.23μm固体激光器研究现状

3μm固体激光器的发展经历了多个阶段。早期，由于技术限制，其输出功率较低，光束质量也有待提高。随着材料科学和激光技术的不断进步，新型激光增益介质的出现以及谐振腔设计的优化，3μm固体激光器的性能得到了显著提升。目前，常见的3μm固体激光增益介质包括Er:YAG（掺铒钇铝石榴石）和Cr,Er:YSGG（掺铬、铒钇钪镓石榴石）等。在泵浦方式上，从最初的闪光灯泵浦逐渐发展为激光二极管泵浦，提高了泵浦效率和激光器的稳定性。然而，3μm固体激光器仍然面临一些挑战，如热管理问题导致的晶体损伤，以及进一步提高输出功率和光束质量的技术难题等。

1.33μm固体激光器的牙科应用

在龋齿治疗中，3μm固体激光器可以精确地去除龋坏组织，同时最大限度地保留健康的牙体组织。与传统的牙钻去龋方法相比，激光去龋具有无痛、微创的优点，能够减少患者的恐惧和不适感。在牙齿修复方面，3μm固体激光器可用于制备牙体窝洞，其独特的消融特性能够使窝洞边缘更加整齐，有利于修复材料的粘接，提高修复效果。此外，在牙周病治疗中，3μm固体激光器可以用于清除牙周袋内的细菌和病变组织，促进牙周组织的愈合。在口腔外科手术中，如种植牙手术中，3μm固体激光器能够精确地切割和消融骨组织，减少手术创伤，提高手术的成功率。

1.43μm激光牙硬组织消融存在的问题

现有3μm激光在牙硬组织消融时，存在消融效率低的问题，导致治疗时间较长，影响患者的就诊体验和医生的工作效率。激光消融过程中会产生较高的温度，容易对周围的牙髓组织和牙周组织造成热损伤，影响牙齿的健康。消融过程中产生的牙硬组织迁移物，如碎屑和粉尘，可能会对口腔环境造成污染，并且影响激光的进一步作用。此外，不同个体的牙硬组织成分和结构存在差异，使得激光消融参数难以精确确定，增加了治疗的难度和不确定性。

1.5研究内容与方法

本研究主要内容包括子脉冲序列模式铒激光技术的研发，具体涉及子脉冲序列模式激光及控制系统的研制，以及子脉冲序列模式Er:YAG激光器和Cr,Er:YSGG激光器的研制。通过理论分析和实验研究，深入探究子脉冲序列模式激光的运行方式及消融特性。在牙硬组织消融实验研究方面，开展Er:YAG与Cr,Er:YSGG铒激光在牙本质消融中的应用研究，分析冷却水雾对铒激光吸收的影响、消融牙硬组织迁移物对铒激光的影响以及子脉冲宽度对子脉冲序列模式激光消融的影响。

拟采用的研究方法包括理论分析，基于激光与物质相互作用理论，建立数学模型，分析子脉冲序列模式激光的消融机制。实验研究方法，搭建实验平台，进行激光器性能测试和牙硬组织消融实验，获取实验数据。通过对比分析不同参数下的实验结果，优化子脉冲序列模式铒激光技术，提高牙硬组织消融的效果。

二、子脉冲序列模式激光及控制系统研制

2.1激光牙本质消融理论基础

激光与牙本质相互作用是一个复杂的过程，涉及多种物理和化学效应。光热效应是其中的重要作用机制之一。当3μm波长的激光照射到牙本质上时，由于牙本质中含有一定量的水分，而3μm波长接近水的吸收峰，激光能量被水强烈吸收。水吸收激光能量后迅速升温，产生热膨胀和热应力。这种热应力会导致牙本质中的有机物分解，无机物晶格结构破坏，从而实现牙本质的消融。在这个过程中，温度的升高是关键因素，过高的温度可能会对周围的牙髓组织造成不可逆的损伤。研究表明，当牙本质表面温度超过50℃时，牙髓组织中的细胞活性就会受到明显影响。因此，在利用光热效应进行牙本质消融时，需要精确控制激光的能量和照射时间，以避免牙髓损伤。

光化学效应也在激光牙本质消融中发挥着重要作用。激光的光子能量可以激发牙本质中的分子发生化学反应。牙本质中的羟基磷灰石等矿物质在激光光子的作用下