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。

光响应液晶聚合物在光化学(如偶氮苯)或者光热(如氧化石墨烯)作用下发生有序-无序转变, 进而产生宏观形变, 是一类被广泛研究的智能材料。目前光驱动液晶聚合物振动器的实现主要有两种途径: 一是紫外或者可见光连续照射时, 偶氮苯液晶聚合物的力学特性发生非线性变化, 驱动器呈现无规振动; 二是通过构筑非平衡系统, 利用驱动器运动过程中的自遮挡效应, 在光源连续照射下自发地产生周期性、连续性运动, 可用于光学信号调制、移动机器人、能量转换、轧机、马达等。本文综述了光驱动液晶聚合物振动器领域的研究进展, 详细介绍了其设计原理、运动机理以及应用领域, 对未来的发展趋势做出了展望。

利用纳秒级脉冲激光对304不锈钢表面进行着色试验, 建立激光作用于金属表面的热作用模型, 利用EDAX分析着色不锈钢表面金属元素质量比变化, 探究激光热作用对304不锈钢表面着色效果的影响及不同热作用过程下的金属表面氧化的规律。结果表明: 纳秒激光金属彩色着色过程中存在“激光脉冲直接作用过程”和“激光脉冲扩散热作用过程”两个不同机制的热作用过程。在快速加热和快速冷却的“激光脉冲直接作用过程”中不锈钢表面更容易产生Cr氧化物; 在以扩散热为主导的“激光脉冲扩散热作用过程”中不锈钢表面更容易产生Fe氧化物。

提出了考虑组织气化温度动态变化的选择性光热解(SP)光热作用新模型,模型包括模拟激光能量在组织内分布规律的基于网格的三维Monte Carlo模拟方法,计算组织内温度分布的考虑组织热物性参数和气化温度动态变化的三维Pennes生物传热方程,以及计算组织热损伤程度的Arrhenius方程3个部分。研究表明,滞留水蒸气系数k对结果有很大影响。k=0,0.022,0.18和1时的动态气化温度SP模型的数值结果分别接近于恒定100 ℃气化温度SP模型、恒定110 ℃气化温度SP模型、恒定130 ℃气化温度SP模型和不考虑气化影响的SP模型。

利用选择性光热解(SP)的三维光热作用模型, 对血管尺寸、位置和数目等血管参数对皮肤组织选择性光热解作用中光热响应规律的影响进行了理论分析和数值求解。数值结果表明, 当利用选择性光热解效应热损伤皮肤组织内的特定血管时, 假如一定区域内有其他血管存在, 则目标血管的热损伤率会受区域内其他血管的影响而减小。这个区域的大小与激光光斑大小及激光波长有关。一般来说, 当血管处于激光光斑以外或深度超过1 mm(对于585 nm激光)时, 这些血管的影响可忽略不计。

研究了热作用对心肌组织在可见及近红外光谱范围内的光学特性改变。利用带积分球附件的分光光度计测量了心肌组织样品的漫反射率和总透射率,再用反向倍增(IAD)法从这两测量值中获取组织的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度。结果表明,自然的及热处理后的心肌组织的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度都是随着辐照波长的变化而显著变化的。自然的及热凝固后(80 ℃热处理)的心肌组织的吸收系数均在550 nm附近有一正峰,峰值分别为0.74 mm-1和1.16 mm-1。自然的心肌组织的约化散射系数在550 nm附近出现一正峰,峰值为0.25 mm-1; 高温处理后此峰消失,而在590～625 nm出现上升坡。低温热处理对心肌组织的吸收系数没有明显的影响,高温热处理后心肌组织的吸收系数增大; 心肌组织的约化散射系数随热处理的温度上升而显著地升高; 心肌组织的光学穿透深度随热处理的温度上升而显著地减小。

研究了热作用下的肾组织对532 nm和1 064 nm波长的光学特性的影响.实验利用带积分球附件的分光光度计和采用反向倍增法获取组织的光学特性,结果表明热作用下的肾组织对532 nm和1 064 nm的吸收系数和约化散射系数都是随着加热温度的变化而变化的.在25 ℃到80 ℃的温度范围内,肾组织对532 nm的吸收系数和约化散射系数都分别显著地较其对1 064 nm的吸收系数和约化散射系数要大.其对532 nm和1 064 nm的吸收系数的最大值都在80 ℃,其值分别为1.121 mm-1和0.269 mm-1,最小值都在25 ℃,其值分别为0.131 mm-1和0.019 mm-1.其对532 nm和1 064 nm的约化散射系数的最大值分别在80 ℃和70 ℃,其值分别为2.905 mm-1和0.705 mm-1,最小值都在25 ℃,其值分别为0.391 mm-1和0.184 mm-1.研究结果提示,热作用的温度是影响肾组织的吸收和散射特性的重要因素.

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.本文基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了激光辐照皮肤三层组织的二维传热模型.在Pennes生物传热方程中采用更能反映活体组织真实情况的血液灌注率,并用有限元法数值模拟了所引起的温度场变化.研究结果表明:激光对活体皮肤组织的热损伤最早发生在光束中心处,并沿着径向和轴向衰减,活体组织热物性的非均匀性考虑与否会对结果产生很大影响.

激光辐照牙齿时所产生的温升容易引起牙髓细胞不可逆的损伤，导致牙髓细胞坏死，因此必须对相关的激光参数加以控制。建立了激光与牙齿相互作用的热传输模型，利用Crank－Nicolson有限差分法数值模拟了不同Nd∶YAG激光参数照射下牙齿表面及内部的温度场的分布。计算结果表明，激光脉冲的宽度、间隔、个数决定了牙齿表面和牙髓腔壁的最终温度，将激光的总能量分配到几个脉冲之中，导致了牙齿表面温度的降低；而在牙髓腔壁出现了相反的情况，即脉冲数越多，牙齿内壁的温度也就越高。对相关的光热机理进行了探讨，提出控制单脉冲能量是光热蚀除牙齿应采用的最佳措施。