激光眩目系统关键技术研究

发布时间：2020-11-07 19:55

　　 激光眩目系统以其非致盲、无永久性伤害的特点,可以广泛应用于安防及反恐等领域。但作为激光眩目系统的核心,激光眩目效应研究进展缓慢,特别是对以蓝绿光谱为主的“高效率视网膜眩目区”相关研究十分匮乏。随着激光技术的发展,该光谱区激光种类逐渐增多,输出功率大为提高,在医疗、工业以及军事等领域拥有广泛的使用前景,相关从业人员将面临视网膜损伤概率也逐渐升高。由于激光眩目及损伤阈值数据匮乏,眩目效应随激光波长、照射时间以及环境因素等照射条件的变化规律仍未阐述清楚。本论文以540nm和525nm波长激光作为激光眩目光源,以人眼反应时间(0.1~0.25s)为照射时间,通过理论估算及实验研究激光与眼组织之间相互作用关系,本论文取得的主要成果如下。1、基于人眼成像理论,对激光眩目效应的产生机理进行分析;根据眩目效应产生机理,提出并构建了一种人眼模拟系统,实现了对540nm和525nm波长激光、不同照射剂量及宽范围入射角度的激光能量吸收;理论分析了不同视网膜成像状态对激光眩目效应的影响,通过试验验证了理论分析的正确性;对比了不同视网膜黑色素含量对眩目效应的影响,在相同照射条件下,540nm和525nm激光造成新西兰白兔视网膜损伤阈值明显高于青紫灰蓝兔。2、基于视觉生物电法研究激光眩目效应。通过试验得到,明适应条件下,540nm激光眩目效应效果优于532nm和525nm激光;而在暗适应条件下,525nm波长激光眩目效应为三者最佳;此外,连续激光具有峰值功率低的特点,较脉冲激光更适用于眩目领域;在照射时间0.1~0.25s范围内540nm/525nm激光视网膜损伤阈值时间依赖特性影响明显,呈现出与脉冲激光眩目效应明显不同的机理;分别获得540nm和525nm激光在不同环境照度下,当照射时间为0.1s~0.25s时的眩目辐照量区间以及激光视网膜损伤阈值。3、建立人、猴和兔眼变化矩阵,从理论估算三种动物视网膜损伤阈值。开展动物对比试验,获得不同环境照度下,540nm和525nm波长激光恒河猴视网膜损伤阈值均高于青紫灰蓝兔2~2.4倍。4、建立激光辐照量自适应控制数学模型,并以数学模型为基础,设计完成自适应激光眩目系统;根据激光眩目系统的功能要求,对高功率半导体激光器开展研究,在提高功率转换效率和量子效率方面取得了一定的进展;研究了高功率A1GaAs/GaAs量子阱激光器的欧姆接触,提高了激光器的欧姆接触性能。功率转换效率高,降低了大电流下的焦耳热工作,从而提高了输出功率。5、通过试验验证激光眩目系统主要技术指标,可在不同环境照度下,根据目标距离自适应控制激光能量输出;实现作用距离50m~200m范围内,角膜辐照量均未超出激光眩目辐照量区间上限阈值,远场光斑不均匀性低于20%,眩目持续时间9s。本论文基于激光眩目效应关键技术开展激光眩目系统的研制,该系统的研制对激光安全标准的制订或修订提供理论支撑和实验依据。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN24
【部分图文】：

其应用范围非常广泛，同时，其发射的激光光束不会对照射目标人眼造成永久伤害，又具有作用距离远、效率费用低、低功耗及便携等优点，可高效执行任务以及控制人群骚乱等反恐防暴任务，为国家发展、社会稳定及人民安全提供保障。但是，与国外相比，国内激光眩目技术研究起步较晚，装备种类少，而且研发时间较早，许多性能指标已经不能够满足现代安防及反恐防暴等任务的要求，相关眩目技术较为落后，存在可能造成目标人员永久性失明的风险，因此限制了激光眩目系统的应用范围，使得这类装备不能发挥原有的功效。同时，由于激光眩目技术缺乏理论性研究，效能研究及毁伤评估相对滞后，大量相关职业人员将因此面临巨大的眼损伤风险，从而极大地影响了激光眩目系统的推广和应用。

图 1.2 视觉函数曲线靶单一：激光可以同时造成角膜、虹膜、晶状体以所选用工作波长通常为可见光或近红外光，仅以伤阈值剂量水平下，不会对其余眼睛结构造成全因素多：数影响：激光眩目辐照量区间阈值范围不仅受波数的影响。例如，不同脉冲宽度（照射时间）的布不同，可能导致与物质的相互作用效果不同，激效果的影响是激光眩目效应研究的重要问题之一的影响：眼底色素含量是一个非常重要的影响因伤阈值越低；眼睛的屈光度、观察远近目标的聚进入眼睛等状态也会对眩目效应造成影响。响：激光眩目效应受多种环境因素影响，相同照阈值越高；环境照度越低，眩目阈值越低；同时的重要因素之一。

图 1.3 眩目时间随照射剂量的变化曲线容，已有研究揭示了激光眩目效应的复杂性，但其眩目规律仍果随波长、照射时间和环境影响的变化规律。而确定人眼阈值是非常复杂的工作。由于无法最直接利用激光对人眼的方式是选择与人眼结构及光学特性较为接近的动物完成，青紫蓝灰兔的眼球直径、焦距、视网膜色素都与人比较但价格相对较低，适合用作代替人眼开展大量眩目试验的动数据推论到人眼，本研究利用少量与人更接近的恒河猴的作为灵长类动物，除了眼球比人眼略小以外，其结构、功人接近，但从动物伦理的角度不适合进行大样本实验。因路线是：先建立免眼、猴眼和人眼模型，从理论上估算三过生物统计试验数据，参照人眼激光损伤病例、眼病临床
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本文编号：2874402