多光子激发荧光成像技术因低侵入性、强穿透力、高信噪比和高空间分辨率在生物医学光学领域得到广泛的应用，同时也成为最重要的研究工具之一。在多光子成像中过量的光子密度或激光功率会引起生物组织光损伤。光损伤决定了成像所能使用的激光功率的上限。光损伤强度与激光、组织光学参数有关，其背后的作用机制可分为光化学作用和光热作用。重点论述了光损伤的基本原理和形成机制，阐述了光损伤分析数学模型。讨论和分析了不同组织、不同波长下光损伤的一些研究进展。总结了光损伤规律：无色素组织双光子成像中光损伤以光化学作用为主，色素组织双光子成像中光损伤以光热作用为主，三光子深层组织成像中光损伤很可能来自光化学和光热协同作用。展望了降低光损伤和优化成像参数的可行策略。

采用提拉法生长了双掺杂钕离子(Nd ³⁺)和铟离子(In ³⁺)的同成分LiTaO₃单晶。测量了该单晶的紫外-可见光吸收光谱,分析了该晶体的缺陷结构,得到了铟离子的掺杂浓度阈值。当铟离子掺杂浓度达到该阈值时,In∶Nd∶LiTaO₃晶体的抗光损伤能力显著增强。铟离子取代晶体中的反位T aLi4+,使晶体光电导增大,减弱了光折变效应。In∶Nd∶LiTaO₃晶体在光波长0.808 μm处的吸收峰的半峰全宽为15 nm,吸收截面为5.26×10 ^-21 cm ²。采用0.808 μm半导体激光作为抽运源,钕离子在光波长1.06 μm处出现强烈的荧光带。这些研究结果表明, In∶Nd∶LiTaO₃ 作为多功能晶体可以应用于高功率的光子学或光电子学器件中。

为得到构成白光LED光谱的主要单色光对中国传统淡彩绘画色彩的影响规律, 确定不同波长单色光对绘画色彩的量化损伤程度, 进而根据研究结果得到最低损伤白光LED的光谱功率分布, 以构成白光LED光谱的4种主要单色光作为实验光源, 分组照射中国传统淡彩绘画模型试件。在每个照射周期后, 对试件的色彩参数进行检测, 根据检测数据绘制主波长、兴奋纯度、亮度3个参数随总曝光量积累的衰变曲线, 基于曲线分析得到各种淡彩绘画颜料在光照下的色彩衰变规律, 并根据实验数据计算得到4种单色光对绘画色彩主波长的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=8 147∶9 067∶9 772∶9 121; 对兴奋纯度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=89 446∶85 250∶76 895∶69 229; 对亮度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=137∶238∶190∶177。

反射光损伤影响了大功率半导体激光器在工业加工中的进一步应用, 为了解决大功率半导体激光器工业应用中遇到的问题, 对大功率半导体激光器防反射光损伤技术的研究具有重要意义。利用半导体激光线偏振光的特性, 采用偏振分光镜和λ/4波片的组合装置, 实现大功率半导体激光器的主动防反射光损伤; 结合利用光电监测单元对反射光强度进行监测, 反射光强度高于损伤阈值时, 关闭激光输出, 实现被动防反射光损伤, 研制出了既具有主动防反射光损伤功能又具有被动防反射光损伤功能的防反射光损伤装置, 可应用于工业加工用的大功率半导体激光器中。

光敏剂N-aspartyl chlorin e6 (NPe6)能特异性定位于溶酶体, 溶酶体光损伤光能触发线粒体凋亡通路从而诱导细胞凋亡。Bax 是Bcl-2 家族一员, 是调控细胞凋亡的关键因子之一。静息态下, Bax 定位于细胞质中; 而在细胞凋亡过程中, Bax 会从细胞质转位到线粒体, 损伤线粒体, 从而启动细胞凋亡。在本研究中, 我们在活细胞内实时监控溶酶体光损伤诱导细胞凋亡过程中Bax亚细胞定位的动态变化。结果表明, 溶酶体光损伤后约170 min, Bax开始转位到线粒体, 在30 min之内便大量聚集在线粒体上。该研究结果实时动态地展示了细胞凋亡过程中Bax的时空变化过程。

8-甲氧补骨脂素(8-MOP)联合UVA辐射(即光化学疗法PUVA)因诱导皮肤光损伤的副作用, 常被用于实验动物皮肤光损伤模型的构建。为研究维生素C (Vc) 对皮肤光损伤的保护效应, 本研究在Balb/c小鼠背部皮肤涂抹0.1% 8-MOP溶液1 h后进行UVA辐照(10 J/cm2)。然后分别涂抹7.5%、15%和30%浓度的Vc溶液的进行光保护治疗, 利用光学相干层析成像分析皮肤厚度和光信号衰减的变化, 从而评估Vc对皮肤的光保护作用。结果显示, 相对于溶媒组, Vc治疗组皮肤厚度减小, 光衰减系数增加, 其中15%效果尤为明显。结果表明, 局部涂抹Vc溶液具有一定的光损伤保护效应。

用基于第一性原理的CASTEP模拟了Ba替代K缺陷前后形成的电子结构和能态密度。发现晶体能带宽度降至6.4 eV左右, 对应着380 nm的双光子吸收, 这一结果可以解释掺Ba晶体在紫外波段的吸收现象。Ba替代K点缺陷仅使其周围的晶格及电子结构发生轻微畸变, 对晶体整体结构影响不大。

为了测试Mg∶Er∶LiNbO₃晶体的光损伤阈值和红外光谱，采用Czochralski技术生长出优质的Mg_x∶Er_y∶LiNbO₃(x=0．02，0．04，0．06，0．08，y=0．01(摩尔分数))晶体。通过实验得出Mg(0．06)∶Er∶LiNbO₃和Mg(0．08)∶Er∶LiNbO₃晶体抗光损伤阈值比LiNbO₃晶体提高2个数量级以上，且它们的红外光谱OH^－吸收峰移到3535cm^－1附近；在波长510nm～580nm范围内得到Mg∶Er∶LiNbO₃晶体稳态发射谱。结果表明，Mg²⁺浓度增加抗光损伤能力增加，掺进摩尔分数为0．04的MgO是Mg∶Er∶LiNbO₃晶体寿命最长的晶体。

为了研究光动力疗法选择性光损伤，采用蒙特卡罗方法，建立了组织中光动力剂量数学模型。得到光动力剂量随组织厚度增加呈指数衰减的结果。光动力损伤是阈值过程，对肿瘤组织造成深层光动力损伤时，更多正常组织受到损伤。光斑半径对对肿瘤组织损伤深度有明显影响。结果表明，适量光敏剂能引起浅薄全面的肿瘤组织光动力损伤，深层光动力损伤伴随正常组织损伤。

为了解决空间光通信系统中调制功率受限的问题，以空间光通信为背景，利用准静态保角变换原理对具有高光损伤阈值的MgO∶LiNbO₃集成波导外调制器进行了电极优化设计。对高功率激光在波导中的传播进行了仿真。基于仿真结果，分析了非线性效应所带来的影响，确定了器件最大输入光功率。该项研究对空间光通信等需要高速大功率激光调制技术的领域提供了有益的参考。