中红外3μm激光器在生物医疗、军事等领域的应用都日渐成熟,该激光波长位于水和羟基磷灰石的强吸收峰附近,相比于其他波长,其对于生物软组织消融、背头和牙齿等硬组织的切割都有着无可比拟的优势。目前市场上铒激光治疗仪的频率都比较低,最高的不超过50Hz,导致切割和消融效率较低,与传统的牙科治疗设备相比优势不大。在临床应用中,铒激光多采用静态(自由振荡)和动态(调Q)两种模式。但灯泵静态铒激光脉宽较大,通常达1000 μs,消融过程中热效应严重容易导致坑洞碳化,同时过多热量扩散会造成周围组织细胞的损伤;动态铒激光由于调Q增益的限制,很难在高重复频率下获得足够大的脉冲能量。针对以上问题,本论文开展了子脉冲序列模式3 μm激光器的研制,并进行了3μm激光消融牙本质的实验研究。同时,研制了子脉冲序列模式铒激光的控制系统,提高了铒激光消融的可操作性。本论文的具体研究内容如下:1.研制了子脉冲序列模式激光的控制系统,详细讨论了控制系统的芯片选择、检测电路和功能模块程序,并对系统的整体程序设计和各个功能模块程序进行研制。本文中激光控制系统主要实现以下功能:人机交互模块、水雾控制模块、A/D转换模块、电源控制模块、数据存储模块、脉冲输出模块。控制系统在实现各个模块的基本功能的同时,也通过RS232与电源通讯从而获得相应的激光器频率、脉冲宽度和脉冲能量强度等参数。2.介绍了子脉冲序列模式和固体激光器的谐振腔设计原理,为研制子脉冲序列模式激光器奠定理论基础。开展了 Er:YAG和Cr,Er:YSGG子脉冲序列模式激光器的实验研究,进行了单脉冲与子脉冲序列模式激光器的对比实验。通过对长激光放电脉冲包络调制,获得了每秒80个与100个子脉冲的高频率高能量激光输出。3.研究了子脉冲序列模式激光牙本质消融实验;实验探究了冷却水雾对激光能量的吸收,并通过高速相机观测到消融牙本质时迁移物的产生;利用自主研制的子脉冲序列模式激光器,其重复频率为20 Hz,脉冲包络能量为45 mJ,子脉冲宽度分别设置为20 μs、30 μs、40 μs、50 μs,在无冷却水雾条件下分别对比了子脉冲宽度对牙本质消融质量、牙髓腔温升和坑洞组织形貌的影响。结果表明,在相同的激光脉冲能量下,较窄的子脉冲宽度能够提高消融质量,降低牙髓腔温升,延长操作时间,提高效率;而且可获得更好的消融坑洞组织形貌,牙小管开放程度较高,有利于粘接修复治疗。