激光眩目系統(tǒng)以其非致盲、無永久性傷害的特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于安防及反恐等領(lǐng)域。但作為激光眩目系統(tǒng)的核心,激光眩目效應(yīng)研究進(jìn)展緩慢,特別是對以藍(lán)綠光譜為主的“高效率視網(wǎng)膜眩目區(qū)”相關(guān)研究十分匱乏。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,該光譜區(qū)激光種類逐漸增多,輸出功率大為提高,在醫(yī)療、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域擁有廣泛的使用前景,相關(guān)從業(yè)人員將面臨視網(wǎng)膜損傷概率也逐漸升高。由于激光眩目及損傷閾值數(shù)據(jù)匱乏,眩目效應(yīng)隨激光波長、照射時(shí)間以及環(huán)境因素等照射條件的變化規(guī)律仍未闡述清楚。本論文以540nm和525nm波長激光作為激光眩目光源,以人眼反應(yīng)時(shí)間(0.1~0.25s)為照射時(shí)間,通過理論估算及實(shí)驗(yàn)研究激光與眼組織之間相互作用關(guān)系,本論文取得的主要成果如下。1、基于人眼成像理論,對激光眩目效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析;根據(jù)眩目效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理,提出并構(gòu)建了一種人眼模擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對540nm和525nm波長激光、不同照射劑量及寬范圍入射角度的激光能量吸收;理論分析了不同視網(wǎng)膜成像狀態(tài)對激光眩目效應(yīng)的影響,通過試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性;對比了不同視網(wǎng)膜黑色素含量對眩目效應(yīng)的影響,在相同照射條件下,540nm和525nm激光造成新西蘭白兔視網(wǎng)膜損傷閾值明顯高于青紫灰藍(lán)兔。2、基于視覺生物電法研究激光眩目效應(yīng)。通過試驗(yàn)得到,明適應(yīng)條件下,540nm激光眩目效應(yīng)效果優(yōu)于532nm和525nm激光;而在暗適應(yīng)條件下,525nm波長激光眩目效應(yīng)為三者最佳;此外,連續(xù)激光具有峰值功率低的特點(diǎn),較脈沖激光更適用于眩目領(lǐng)域;在照射時(shí)間0.1~0.25s范圍內(nèi)540nm/525nm激光視網(wǎng)膜損傷閾值時(shí)間依賴特性影響明顯,呈現(xiàn)出與脈沖激光眩目效應(yīng)明顯不同的機(jī)理;分別獲得540nm和525nm激光在不同環(huán)境照度下,當(dāng)照射時(shí)間為0.1s~0.25s時(shí)的眩目輻照量區(qū)間以及激光視網(wǎng)膜損傷閾值。3、建立人、猴和兔眼變化矩陣,從理論估算三種動物視網(wǎng)膜損傷閾值。開展動物對比試驗(yàn),獲得不同環(huán)境照度下,540nm和525nm波長激光恒河猴視網(wǎng)膜損傷閾值均高于青紫灰藍(lán)兔2~2.4倍。4、建立激光輻照量自適應(yīng)控制數(shù)學(xué)模型,并以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)完成自適應(yīng)激光眩目系統(tǒng);根據(jù)激光眩目系統(tǒng)的功能要求,對高功率半導(dǎo)體激光器開展研究,在提高功率轉(zhuǎn)換效率和量子效率方面取得了一定的進(jìn)展;研究了高功率A1GaAs/GaAs量子阱激光器的歐姆接觸,提高了激光器的歐姆接觸性能。功率轉(zhuǎn)換效率高,降低了大電流下的焦耳熱工作,從而提高了輸出功率。5、通過試驗(yàn)驗(yàn)證激光眩目系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo),可在不同環(huán)境照度下,根據(jù)目標(biāo)距離自適應(yīng)控制激光能量輸出;實(shí)現(xiàn)作用距離50m~200m范圍內(nèi),角膜輻照量均未超出激光眩目輻照量區(qū)間上限閾值,遠(yuǎn)場光斑不均勻性低于20%,眩目持續(xù)時(shí)間9s。本論文基于激光眩目效應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)開展激光眩目系統(tǒng)的研制,該系統(tǒng)的研制對激光安全標(biāo)準(zhǔn)的制訂或修訂提供理論支撐和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN24
【部分圖文】：

其應(yīng)用范圍非常廣泛，同時(shí)，其發(fā)射的激光光束不會對照射目標(biāo)人眼造成永久傷害，又具有作用距離遠(yuǎn)、效率費(fèi)用低、低功耗及便攜等優(yōu)點(diǎn)，可高效執(zhí)行任務(wù)以及控制人群騷亂等反恐防暴任務(wù)，為國家發(fā)展、社會穩(wěn)定及人民安全提供保障。但是，與國外相比，國內(nèi)激光眩目技術(shù)研究起步較晚，裝備種類少，而且研發(fā)時(shí)間較早，許多性能指標(biāo)已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代安防及反恐防暴等任務(wù)的要求，相關(guān)眩目技術(shù)較為落后，存在可能造成目標(biāo)人員永久性失明的風(fēng)險(xiǎn)，因此限制了激光眩目系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使得這類裝備不能發(fā)揮原有的功效。同時(shí)，由于激光眩目技術(shù)缺乏理論性研究，效能研究及毀傷評估相對滯后，大量相關(guān)職業(yè)人員將因此面臨巨大的眼損傷風(fēng)險(xiǎn)，從而極大地影響了激光眩目系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

圖 1.2 視覺函數(shù)曲線靶單一：激光可以同時(shí)造成角膜、虹膜、晶狀體以所選用工作波長通常為可見光或近紅外光，僅以傷閾值劑量水平下，不會對其余眼睛結(jié)構(gòu)造成全因素多：數(shù)影響：激光眩目輻照量區(qū)間閾值范圍不僅受波數(shù)的影響。例如，不同脈沖寬度（照射時(shí)間）的布不同，可能導(dǎo)致與物質(zhì)的相互作用效果不同，激效果的影響是激光眩目效應(yīng)研究的重要問題之一的影響：眼底色素含量是一個(gè)非常重要的影響因傷閾值越低；眼睛的屈光度、觀察遠(yuǎn)近目標(biāo)的聚進(jìn)入眼睛等狀態(tài)也會對眩目效應(yīng)造成影響。響：激光眩目效應(yīng)受多種環(huán)境因素影響，相同照閾值越高；環(huán)境照度越低，眩目閾值越低；同時(shí)的重要因素之一。

圖 1.3 眩目時(shí)間隨照射劑量的變化曲線容，已有研究揭示了激光眩目效應(yīng)的復(fù)雜性，但其眩目規(guī)律仍果隨波長、照射時(shí)間和環(huán)境影響的變化規(guī)律。而確定人眼閾值是非常復(fù)雜的工作。由于無法最直接利用激光對人眼的方式是選擇與人眼結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性較為接近的動物完成，青紫藍(lán)灰兔的眼球直徑、焦距、視網(wǎng)膜色素都與人比較但價(jià)格相對較低，適合用作代替人眼開展大量眩目試驗(yàn)的動數(shù)據(jù)推論到人眼，本研究利用少量與人更接近的恒河猴的作為靈長類動物，除了眼球比人眼略小以外，其結(jié)構(gòu)、功人接近，但從動物倫理的角度不適合進(jìn)行大樣本實(shí)驗(yàn)。因路線是：先建立免眼、猴眼和人眼模型，從理論上估算三過生物統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照人眼激光損傷病例、眼病臨床
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本文編號：2874402