中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江 杭州 310018
采用激光诱导方法在油膜?水的液?液界面附近生成单个空泡，利用两台高速相机双视角同步记录空泡溃灭过程和油膜上下界面的演化过程，探究无量纲距离γ、油膜厚度D对空泡溃灭特性和油膜形态演化的影响。结果表明，油膜?水界面附近生成的空泡在溃灭过程中会不断远离界面，并且产生背向界面的高速射流，空泡质心位移和回弹半径与各向异性参数ζ呈对数函数关系。在空泡溃灭影响下，油膜下界面受到扰动发生不同程度的形态演化，而油膜上界面则在空泡溃灭结束后产生变形。油膜上界面存在驼峰射流、细射流、阶梯射流三种典型模式，油膜下界面则存在微扰动、倒丘型变形、锥状变形三种典型模式。在驼峰射流模式中，射流无量纲最大高度hm和γ呈幂函数关系。
激光技术 激光诱导 油膜‑水界面 空泡溃灭 界面演化 中国激光
2023, 50(13): 1301005
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
液体辅助红外激光消融硬生物组织的准确性和兼容性均优于机械工具，而在骨科手术中往往会遇到骨组织自然曲面位置的钻切需求。系统研究了波长约为2 μm的中红外激光诱导空泡在自然骨曲面边界附近的演化行为规律，总结了不同无量纲距离（γ）空泡的非球形演变规律和空泡脉动周期的时间长度的变化趋势，并对空泡收缩过程进行了数值模拟分析。发现了空泡演化行为受骨曲面边界影响的机制，自然骨曲面边界的不对称性使空泡收缩时两侧泡壁处的压力梯度和移动速度不同，导致空泡在收缩时质心与两侧泡壁向自然骨曲面边界较高的一侧发生偏移，并引起空泡微射流向相同方向偏移。给出了用于补偿微射流作用点定位误差的光纤预置偏移量，得到了自然骨曲面附近0.2≤γ≤0.6的空泡产生的微射流速度。
激光技术 空泡演化 微射流 骨组织消融
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术重点实验室，北京 100191
2 北京大学第三医院肿瘤放射治疗科，北京 100191
3 北京大学第三医院基础医学研究中心，北京 100191
癌症作为一种恶性化程度和致死率很高的疾病，是世界各国共同面对的难题。研究癌细胞的死亡过程，对于研究癌症的病理学机理以及探究有效的癌症治疗方法具有重要意义。本团队采用数字全息显微层析成像技术，对膀胱癌细胞内部的空泡进行了全息记录和衍射再现，获得了癌细胞在不同角度下的复光场数据；然后采用衍射层析重建算法结合非负约束条件，层析重构了癌细胞内部空泡的三维形态和空间位置，证实了数字全息显微层析技术在癌细胞内部空泡三维成像方面的优势和潜力。这一成像方式在研究癌细胞类凋亡过程中的形态变化以及探索新的癌症治疗策略等方面具有重要的应用价值。
医用光学 全息 显微成像 层析技术 癌细胞空泡化 中国激光
2022, 49(20): 2007209
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
对水中不同间隔下的双空泡振荡行为的研究可为光致空化在生物医学领域的应用如微流体中的快速融合、细胞膜微手术等提供指导。通过将单脉冲激光分束，将激光从不同方向聚焦到水中，诱导大小、位置可控的两点击穿，形成具有相似尺寸的两个空化气泡，并引入高速摄像机，以及散射光检测和声学检测方法对双空泡振荡行为进行多方位测量。研究表明，对于能发生融合的双空泡，相对间隔的改变并不影响融合空泡的第一振荡周期，但能显著影响融合空泡振荡的非对称性、坍塌冲击波的形成及重建空泡的振荡。
生物光学 脉冲激光 光致空化 双空泡振荡
福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建省光子技术重点实验室，光电与信息工程学院，福建 福州 350007
激光诱导液体微射流技术是利用激光在狭小腔室内诱导空化泡产生的高速微射流切割靶组织的医疗手段，具有热损伤小、精度高、微创、对膜或血管等弹性组织具有高度选择性等优点。介绍了激光诱导的微射流产生机理和典型微射流系统结构，综述了其在医学领域的应用与研究进展，总结了制约激光诱导微射流技术临床应用的关键问题，并对激光诱导微射流技术的医学应用前景进行了展望。
激光光学 激光诱导空泡效应 微射流 水刀 外科手术 手术器械 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1100004
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
激光诱导空泡现象从20世纪中期被发现之后, 就受到了广泛的关注, 而近年来研究热点之一的微流控技术, 由于在物理尺寸上与激光诱导空泡尺度匹配, 近年来研究人员已经将这两个技术融合在一起应用于生物医学领域。通过细胞膜穿孔给细胞微注射药物、通过红细胞的形变量的大小来检测红细胞是否发生病变、通过荧光标记技术来筛选细胞以及降低眼部虹膜切割手术带来的副作用等, 综述了激光诱导空泡结合微流控生物芯片在生物医学中的应用, 展望了激光诱导空泡现象在生物医学中应用的方向。
激光诱导空泡 微流控 生物医学 laser-induced cavitation microfluidics biomedicine
基于空泡生长和溃灭理论分析不同环境压强对空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径、膨胀与收缩速度的影响.同时，利用高功率激光与液体物质相互作用产生空泡，采用高速照相机、高频测量水听器实验研究不同环境压强下液体中空泡运动规律，并将实验结果与计算结果进行对比.结果表明:环境压强对空泡脉动特性有较大影响.相同激光能量击穿液体介质时，随着外界环境压强的增加，空泡脉动周期呈现递减趋势；空泡第一次脉动的最大泡半径同脉动周期的变化趋势一致，且数值由快到慢递减；随着外界压强的增加，空泡溃灭的速度越快.随着压强的增大，空泡膨胀与收缩更为剧烈，持续时间更短.
激光光学 环境压强 空泡 脉动特性 Laser optics Ambient pressure Bubble Oscillation
海军工程大学电子工程学院，湖北 武汉 430033
环境压强是影响空泡脉动的一个重要因素。为了研究环境压强对激光空泡声波特性的影响，采用理想液体中单空泡运动的理论模型，对不同环境压强下液体中空泡运动过程进行了数值模拟，并通过充气泵精确调节高压水箱内的气压，采用高速照相机、高频测量水听器，得到了在不同压强条件下，空泡脉动特性的序列图像和声谱图，根据实验数据研究了不同环境压强下液体中激光诱导产生的空泡脉动规律与声波特性。结果表明：环境压强的改变影响了空泡生存周期和脉动的剧烈程度，但对声波的强度和声谱分布没有影响。辐射的频率集中在0~50 kHz范围内，所辐射的声波能量主要集中在0~20 kHz频段范围，并在2 kHz与8 kHz有两个明显的频率峰值。
环境压强 空泡 脉动特性 声波 频谱 ambient pressure bubble oscillation properties sound waves spectrum
浙江大学 信息与电子工程学系, 杭州 310027
强激光脉冲在水中的自聚焦传输、成丝、击穿及击穿后产生的声波，近年来成为强激光脉冲传输应用研究领域的一个热点。强激光脉冲电离产生的空泡在溃灭过程中，对周围水体产生压缩，从而在水下产生声波。在现有理论基础上，考虑空泡含气量、水的粘滞系数和水的表面张力系数对空泡运动及其产生声波的影响。给出双空泡运动方程，分析空泡间距对空泡溃灭和其产生声压关系。根据实际情况，计算不同温度情况下单空泡和双空泡运动过程及其产生的声压，并进行相互比较。计算结果表明： 水温越高，空泡运动时达到的最小半径越小，空泡振荡周期和溃灭时间延长，产生声压越高。随双空泡间距减小，空泡溃灭时达到的最小半径线性减小，而其产生的最大声压则单调增大。
强激光脉冲 激光空泡 声压 单空泡 双空泡 intense laser pulse laser pulse induced bubbles sound pressure wave single bubble double bubbles 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2793
