專利名稱：1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器，屬光電子領(lǐng)域。其基波及其非線性變頻的相干輻射，可應(yīng)用于激光醫(yī)療、激光加工、激光通訊、天文學(xué)等多個(gè)方面。
時(shí)間整型的超脈沖激光指的是時(shí)間的上升沿和下降沿陡直(約μs量級)變化的零點(diǎn)幾毫秒級脈沖或脈沖包絡(luò)的激光。在氣體CO2激光中有時(shí)間整型的超脈沖的報(bào)道(參見COHERENT高能超脈沖CO2整形激光——http://www.cohr.com)；而在固體激光中，特別是在1.3微米波段尚未見到時(shí)間整形的超脈沖報(bào)道。
氣體CO2超脈沖激光是九十年代末期問世的一種新型的美容、整形外科手術(shù)激光，它是目前激光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最高科技的結(jié)晶之一，是CO2激光中的換代產(chǎn)品。因避免了傳統(tǒng)激光醫(yī)療機(jī)切割不利、醫(yī)生操作手感不好、在肌體組織的切口上伴隨焦痂的致命缺點(diǎn)，它在一定程度上具有真正意義上的“激光手術(shù)刀”特性。然而它本身也存在致命缺點(diǎn)10.6μm的CO2激光無法用光纖導(dǎo)光，無法進(jìn)入食道、氣管、腹腔等大量的內(nèi)窺手術(shù)，因而目前只能局限于淺表手術(shù)。
1.0μm波段的激光止血好、切割差，10.6μm波段的激光對人體組織切割好、止血差，而組織中的水對1.3μm的吸收系數(shù)介于10.6μm的CO2激光和1.06μm的Nd:YAG激光之間，所以1.3μm是目前切割與止血兼顧的最好的波段?？捎霉饫w導(dǎo)光的1.3414μm Nd:YAP連續(xù)激光醫(yī)療機(jī)在激光醫(yī)療上具有一定的競爭力(參見國外進(jìn)展報(bào)道，“1.3μm波長Nd:YAP激光器可望改善醫(yī)療作用”，激光與光電子學(xué)進(jìn)展，1998年，第6期，40頁)。但從臨床中發(fā)現(xiàn)仍然存有缺點(diǎn)，如切割時(shí)出現(xiàn)一定范圍的焦痂、刀口創(chuàng)面較寬，還不能做精細(xì)手術(shù)。其準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)方式也尚不足以同Ho:YAG激光相抗?fàn)帯?br> 激光組織學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，要使機(jī)體組織瞬間汽化，就必須達(dá)到一個(gè)臨界功率、能量標(biāo)準(zhǔn)。而傳統(tǒng)的連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)激光只能在很低的能量輸出水平下，這就顯然極大拖延手術(shù)的時(shí)間才能達(dá)到這個(gè)臨界標(biāo)準(zhǔn)。激光切割組織的原理是汽化組織內(nèi)所含的水分。當(dāng)足夠的激光能量被所要作用的組織吸收時(shí)，它就會(huì)將細(xì)胞內(nèi)的水分汽化，并同時(shí)帶走汽化的煙霧，而煙霧中的蒸汽會(huì)吸走大部分的激光熱能，殘存的熱量會(huì)使作用區(qū)周圍組織產(chǎn)生熱傷害。激光光束對組織加熱是持續(xù)性的，因此時(shí)間愈久，對周圍組織的熱擴(kuò)散及導(dǎo)致熱傷害的情形愈嚴(yán)重。如果這種熱傳導(dǎo)耗損了過多的激光能量，或激光能量不足時(shí)，激光只在漸漸加熱組織而不是立即使其汽化，這種緩慢熱化現(xiàn)象，使組織干燥直到焦化，而且會(huì)造成周圍組織的熱損傷。焦痂形成之后，激光能量要傳送到組織所需要的時(shí)間更長，焦痂會(huì)因吸收激光能量，使周圍組織更加受熱。因此，要減少熱傷害的關(guān)鍵所在是使每一個(gè)激光脈沖輸出足夠的能量，立即汽化目標(biāo)組織，從而減少熱傳到周圍的組織去。因而每一激光脈沖時(shí)間要極短，即在小于熱遲豫時(shí)間內(nèi)使熱無足夠的時(shí)間傳導(dǎo)到周圍組織，而激光熱僅被汽化煙霧帶走。這種新式的高峰值功率短脈沖技術(shù)即是超脈沖(Ultrapulse)。
本發(fā)明的目的在于公開一種能將氣體CO2超脈沖激光與1.3414μmNd:YAP連續(xù)激光器的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來的“時(shí)間整形的1.3微米波段超脈沖固體激光”，就是說它可用于醫(yī)療上，能用光纖導(dǎo)光、切割無焦痂、刀口創(chuàng)面小、兼顧止血，則一定會(huì)有較好的應(yīng)用前景。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案可通過附圖加以說明

圖1給出了超脈沖激光與準(zhǔn)連續(xù)激光在時(shí)間特性上的比較。所采用的激光腔結(jié)構(gòu)見圖2，我們提出在Nd:YAG、Nd:YAP、Nd:YVO4、Nd:YLF這些可產(chǎn)生1.3微米的固體激光晶體(1)中產(chǎn)生需要的新型時(shí)間整形超脈沖。在反射鏡(2)面鍍上對1.3μm波段全反射、1.0μm波段有較高的透過率，輸出鏡(3)鍍制對1.0μm波段有較高的透過率并對1.3μm波段最佳輸出耦合度參數(shù)，同時(shí)在諧振腔內(nèi)插入具有削波作用的聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器組件(4)，(5)為燈(氪燈或氙燈)或以半導(dǎo)體激光器的泵浦系統(tǒng)。腔內(nèi)插入聲光調(diào)制器對在燈(氪燈或氙燈)為泵浦源或以半導(dǎo)體激光器為泵浦源泵浦下的脈沖進(jìn)行首尾削波，如果在脈沖內(nèi)再加上5-20千赫茲的調(diào)制(如圖3所示)，將產(chǎn)生峰值功率高數(shù)個(gè)量級的脈沖包絡(luò)，這種占空比更小、子脈沖寬度僅有幾百納秒的新型高峰值功率脈沖與高能超脈沖CO2整形激光有不同之處，使其刀峰更利、焦痂更小、熱損傷更輕。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有益的效果它與傳統(tǒng)的準(zhǔn)連續(xù)激光相比，具有脈寬短、峰值功率高、脈沖上升及下降沿陡峭、無首尾低于焦痂閾值下的能量；避免了傳統(tǒng)的準(zhǔn)連續(xù)激光造成激光手術(shù)刀口較寬、不適合于精細(xì)手術(shù)的缺點(diǎn)。因此，新型的“時(shí)間整形的1.3微米波段超脈沖固體激光”具有較大的應(yīng)用前景。
現(xiàn)對附圖作圖面說明圖1是超脈沖激光與準(zhǔn)連續(xù)激光在時(shí)間特性上的比較圖；圖2是本發(fā)明的激光腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1的脈沖加上5—20千赫茲的調(diào)制后所形成的脈沖包絡(luò)；圖4是本發(fā)明燈泵浦時(shí)間整形的1.3微米波段超脈沖晶體激光器實(shí)例的構(gòu)成圖；圖5是本發(fā)明激光二極管側(cè)面泵浦時(shí)間整形的1.3微米波段超脈沖晶體激光器實(shí)例的構(gòu)成圖。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一圖4中(1)為Nd:YAG晶體，(6)是泵浦用氪燈或氙燈，(7)是濾去泵浦燈紫外輻射的濾光管，(11)緊包式橢圓型或圓型聚光腔，腔內(nèi)充滿介質(zhì)冷卻液，冷卻工作物質(zhì)和泵浦燈，(3)為激光的輸出鏡，對1.0μm波段有較高的透過率并對1.3μm波段最佳輸出耦合度參數(shù)，從而使兩種波長激光的損耗不同，以達(dá)到抑制1.0μm波段的激光，只輸出1.3μm波段的激光。這里我們采用的輸出耦合度為對1.319μm的透射率為2.5％，對1.064μm的透射率為80％；(8)是自循環(huán)冷卻器，(9)為電源，可以輸出能量可變的脈沖電源，(2)對1.319μm的反射率為99.8％、對1.064μm的透射率為90％的介質(zhì)鏡，(4)熔石英晶體聲光調(diào)制器。工作時(shí)，若在腔內(nèi)或腔外插入非線性光學(xué)變頻晶體，并相應(yīng)調(diào)整諧振腔鏡的耦合度，即可方便地獲得較高變頻效率的相干輻射輸出。
實(shí)施例二圖5中(1)是Nd:YAG晶體、用多個(gè)LD(12)側(cè)向泵浦，在與泵浦光垂直方向上用半導(dǎo)體致冷器致冷的熱沉(圖中沒畫出)，抽取工作物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的熱量；(3)為激光的輸出鏡，對1.0μm波段有較高的透過率并對1.3μm波段最佳輸出耦合度參數(shù)，從而使兩種波長激光的損耗不同，以達(dá)到抑制1.0μm波段的激光，只輸出1.3μm波段的激光。這里我們采用的輸出耦合度為對1.319μm的透射率為2.5％，對1.064μm的透射率為80％，；(2)對1.319μm的反射率為99.8％、對1.064μm的透射率為90％的介質(zhì)鏡，(4)為熔石英晶體聲光調(diào)制器，(13)是LD半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)源，(14)為熔石英晶體聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源。聲光調(diào)制器工作于幾千赫茲到幾十千赫茲，產(chǎn)生峰值功率達(dá)千瓦、占空約百分之幾的激光脈沖包絡(luò)，而包絡(luò)的寬度為零點(diǎn)幾微秒。
權(quán)利要求
1.一種1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器，是以Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:BEL中的一種激光晶體為激光激活介質(zhì)，在氙燈為泵浦源或以半導(dǎo)體激光器為泵浦源下，在脈沖工作方式下，該器件輸出超脈沖1.3μm波段基波，具體波長如下對Nd:YAG晶體為1319nm或1338nm；對Nd:YVO4晶體為1342nm；對Nd:YAP晶體為1341.4nm；對Nd:YLF晶體為1313nm；對Nd:BEL晶體為1351nm，其特征在于，所述的1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器具有以下結(jié)構(gòu)在振蕩級諧振腔中的反射鏡面鍍上對1.3μm波段全反射、1.0μm波段有較高的透過率，輸出鏡鍍制對1.0μm波段有較高的透過率并對1.3μm波段最佳輸出耦合度參數(shù)，同時(shí)在諧振腔內(nèi)插入1.3μm波段的聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器組件，產(chǎn)生僅有微秒級的上升沿及下降沿的陡直的零點(diǎn)幾毫秒激光脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器，其特征在于所述的聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器組件工作于幾千赫茲到幾十千赫茲，產(chǎn)生峰值功率高數(shù)個(gè)量級、占空比更小的激光脈沖包絡(luò)。
全文摘要
一種1.3μm波段超脈沖摻釹晶體激光器，是以Nd∶YAG、Nd∶YVO
文檔編號H01S3/08GK1421966SQ01142318
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者黃見洪, 林文雄, 林授群 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所