2022年华中科技大学迎来建校70周年华诞。七十载栉风沐雨，砥砺前行，春华秋实；七十年薪火相传，齐心协力，玉汝于成。为迎接华中科技大学建校70周年校庆，特书此《激光钩沉——华中科技大学激光专业初创时期点滴回顾》，激励后来激光人。

50年前，根据我国科技发展的需要，华中科技大学(原华中工学院)率先在国内成立激光科研组。彼时，激光科研组从激光技术的基本理论知识学习开始，建立激光专业实验室，开展CO₂激光以及钕玻璃和红宝石、YAG激光器的研制，逐步熟悉并编写激光专业教材，后来又创建激光应用研究实验室并取得一定成果。

钩沉往昔筚路蓝缕奠基立业，续写今朝峥嵘华章强国兴邦。

通过双波长振荡的理论计算, 初步确定了黄激光的基频光 1 123 nm激光腔的镀膜参数。根据理论计算结果, 对谐振腔进行了优化设计, 采用选择性镀膜方式, 对增益系数较大的 1 064、946以及 1 319 nm激光进行抑制使其在腔内不能增益起振, 同时使得 1 123 nm激光可以较容易地在腔内增益起振, 采用 50W功率 808 nm波长的半导体模块进行泵浦, 获得了功率为 6.3W的 1 123 nm波长激光输出。通过对 561 nm激光输出镜镀膜参数的设计, 采用 KTP晶体倍频, 最终获得了3.5W功率的 561 nm黄激光输出。

利用光学弱相干显微成像系统对脉冲激光消融硬生物组织后形成的凹坑二维和三维形貌进行了扫描，分析了Erbium∶YAG激光脉冲消融生物硬组织特性.结果表明: 相同激光参量条件下，消融胆结石比消融泌尿结石具有更高的消融效率；消融胆结石或消融泌尿结石时，脉冲能量越大，消融效率越高；消融效率提高主要体现在凹坑表面直径更宽、高度更深、体积更大；光学弱相干显微成像技术比光学弱相干光层析成像技术测量准确度提高约一个量级，更适合于测量脉冲激光消融生物硬组织后形成的凹坑形貌.

利用双光路加参考臂的方法设计了运用于强度解调型非本征法布里-珀罗腔光纤传感器的新型光电转换卡，以有效地抑制或消除光源和光路中其他有源及无源器件的不稳定性对传感器精度和稳定性的负面影响。在26 ℃～28 ℃的环境温度条件下，设计的光电转换卡短期不稳定性不大于0.0702%，测量精度好于0.1%。

为了广泛适用于多种眼科疾病的激光治疗，介绍了一种可以产生红、黄、绿三色激光的眼科治疗系统。在此系统中，使用2台全固态激光器，通过倍频分别获得红、绿光，再通过光纤耦合及光纤混频，实现红、黄、绿三色激光根据使用需要单独工作或者同时工作。其中红外基频光1320 nm与1064 nm分别达到26 W与47 W；660 nm红光与532 nm绿光分别达到1 W与1.9 W，单独光纤输出分别达到0.8 W与1.5 W；并实现Y型光纤混频输出功率达到1.6 W。该系统能使红、黄、绿三色激光发挥在眼科治疗中各自的优势，并互补不足。

由于光纤传输脉冲钬激光在液体环境条件下消融生物组织时首先在光纤端面产生空化效应，因此液体动力学效应直接决定激光消融生物组织的作用机理。采用自由运转钬激光[脉冲半峰全宽(FWHM)300 μs，波长2.12 μm]在水中和在空气中消融一水草酸钙和尿酸结石，消融后的凹坑表面形貌利用光学弱相干显微成像(OCM)系统进行精确量化，从而实现对凹坑的表面直径、高度和体积的精确测量。实验结果表明，相同能量的多个脉冲作用时，消融后的凹坑表面形貌差异较大，在液体中作用比在空气中作用具有更高的消融效率，液体在激光与物质相互作用进程中起着促进作用。

利用高速摄影术准确记录光纤传输的自由运转钬激光脉冲在水下产生空化泡及消融生物硬组织的动态变化进程，同时采用针式水听器探测空化泡闭合时辐射的振荡波信号。实验结果表明，空化泡谐振周期数至少达到4个，其谐振周期分别为368，144，56和40 μs。在谐振进程中能量主要集中在第一个周期，空化泡形状逐渐变得更不规则，4次闭合时辐射的振荡波信号强度分别为20.5×105，12.6×105，5.1×105和2.0×105 Pa。此外，生物硬组织表面水层除了可以提高消融效率外，还可显著提高消融凹坑表面光滑度。

为了计算分布Er:YAG激光皮肤治疗中微尺寸调Q Er:YAG对皮肤组织光致热分解作用中的压力曲线,采用分布Er:YAG激光皮肤软组织光致热分解作用的数学模型进行数值计算,得到将激光功率密度控制在合适范围内,能使皮肤组织快速汽化而不碳化,且在该功率密度范围内受照皮肤组织内部形成很短持续时间强大压力的结果。结果表明,合适的功率密度的分布调Q Er:YAG激光皮肤治疗,能达到皮肤周围组织损伤小、手术疼痛感少的效果。该计算结果与国外的实验报道基本吻合。

建立了激光谐振腔往返传输矩阵,通过求解往返传输矩阵的特征值与特征向量,获得了激光谐振腔模式特征。该方法可以用于快速计算同阶贝塞耳函数的所有谐振腔模式和衍射损耗,其结果与Fox-Li数值迭代方式计算结果完全一致。分别就对称谐振腔往返传输矩阵的A2与单程传输矩阵A的特征值及特征向量之间的关系和物理意义,以及非对称谐振腔往返传输矩阵AB与BA的特征值及特征向量之间关系和物理意义进行了分析和讨论,建立了数学表达式,并可以通过改变传输矩阵来提高计算效率。分析了对称共焦腔离散单元数量对光腔模式计算结果的影响,建立了最佳离散单元数量与谐振腔镜片半径的关系表达式,并实现了大菲涅耳系数共焦腔模式的计算。