專利名稱：生物醫(yī)學成像儀器的新型光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種激光光源，尤其是成像儀器的激光光源，應用于生物醫(yī)學成像領域中。
背景技術：
生物醫(yī)學成像領域中，采用的超聲波、X射線、超發(fā)光二極管(帶寬10～30nm)和窄帶激光光源，有以下不足電-光轉換效率低，輸出帶寬更窄，輸出功率低，重復頻率低、M2值高等，頻率的穩(wěn)定性不好，裝置比較復雜，難以適應科學研究、工業(yè)生產(chǎn)領域對激光儀器提出的更高要求，尤其是難以滿足生物醫(yī)學成像領域的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，解決上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種全固態(tài)、準連續(xù)的激光光源，整個裝置的電-光轉換效率高，輸出帶寬更寬，輸出功率高，重復頻率高、M2值更低等。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，包括在光路上依次連接的泵浦源、耦合聚焦透鏡和鈦寶石諧振腔；所述泵浦源由在光路上依次連接的第一平面反射鏡、Q開關、激光二極管陣列、平面諧波鏡、倍頻晶體、第一平面輸出鏡組成，第一平面反射鏡與第一平面輸出鏡組成泵浦源的平-平腔結構，平面諧波鏡與第一平面輸出鏡組成了倍頻腔，激光二極管陣列按照等邊三角形排列，采用側向泵浦的方式泵浦激光介質；所述鈦寶石諧振腔由在光路上依次連接的第二平面反射鏡、鈦寶石晶體和第二平面輸出鏡組成，第二平面反射鏡與第二平面輸出鏡構成諧振腔的平-平腔結構，鈦寶石晶體放置于鈦寶石諧振腔內(nèi)泵浦光的焦點處，鈦寶石晶體中心軸線垂直于其晶軸。
所述泵浦源與耦合聚焦透鏡之間設置有第一全反射鏡和第二全反射鏡；所述耦合透鏡的焦距為100mm。
所述泵浦源的平-平腔結構的腔長為330mm。
所述的第一平面鏡，為鍍基頻光1064nm全反膜；所述的平面諧波鏡為鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；第一平面輸出鏡為鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。
所述激光二極管陣列的激光介質的摻雜濃度為1％的NdYAG作為產(chǎn)生1064nm基頻光的激光介質，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，增加泵浦光的吸收，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。
所述倍頻晶體為KTP晶體，采用Ⅱ類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
所述的Q開關的晶體為8×10×50mm的熔石英，其調(diào)制頻率為2～30KHz。
所述鈦寶石諧振腔為平-平腔結構，腔長為150mm；第二平面反射鏡為鍍泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第二平面輸出鏡為750～850nm半透膜，透過率為15％。
所述鈦寶石諧振腔為平-平腔結構，腔長為150mm；第二平面反射鏡為鍍泵浦光增透膜，850～950nm全反膜；第二平面輸出鏡為850～950nm半透膜，透過率為10％。
所述鈦寶石晶體尺寸5×5×16mm，鈦寶石晶體的兩通光表面的法線與晶軸處于同一平面內(nèi)，泵浦光與通光表面的法線夾角約為60°。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的生物醫(yī)學成像儀器的新型光源具有以下有效果第一點，采用本裝置中的一級激光裝置，我們可以獲得更高的泵浦功率，泵浦功率可以達到30W；第二點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的輸出功率最大為10W，大大高于傳統(tǒng)光源的輸出功率指標；第三點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的重復頻率為10KHz，大大高于傳統(tǒng)光源的重復頻率；第四點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的輸出帶寬50nm，鈦寶石激光光束質量M2＜5，鈦寶石激光脈沖寬度＜80ns；第五點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源輸出功率的穩(wěn)定度為5％。


圖1是本發(fā)明的生物醫(yī)學成像儀器的新型光源的原理圖；圖2是本發(fā)明的激光二極管陣列的三角形排列結構圖；圖3是本發(fā)明的鈦寶石晶體圖。
附圖標記1泵浦源 2鈦寶石諧振腔 3第一全反射鏡 4第二全反射鏡5耦合聚焦透鏡 11第一平面反射鏡12 Q開關 13激光二極管陣列14平面諧波鏡15倍頻晶體 16第一平面輸出鏡 21第二平面反射鏡22鈦寶石晶體24第二平面輸出鏡具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明的生物醫(yī)學成像儀器的新型光源作詳細說明。
圖1示出了本發(fā)明的生物醫(yī)學成像儀器的新型光源的原理圖，在本發(fā)明的的第一種實施方式中，生物醫(yī)學成像儀器的新型光源包括在光路上依次連接的泵浦源1、耦合聚焦透鏡5和鈦寶石諧振腔2。泵浦源1由在光路上依次連接的第一平面反射鏡11、Q開關12、激光二極管陣列13、平面諧波鏡14、倍頻晶體15、第一平面輸出鏡16組成。第一平面反射鏡11和第一平面輸出鏡16構成了泵浦源1的平-平腔結構，腔長為330mm。平面諧波鏡14和第一平面輸出鏡16組成了倍頻晶體KTP15的倍頻腔。腔鏡的參數(shù)如下第一平面反射鏡11是平面鏡，鍍基頻光1064nm全反膜；平面諧波鏡14是平面諧波鏡，鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；第一平面輸出鏡16是平面鏡，鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。激光二極管陣列13作為最初的光學泵浦源，按照等邊三角形排列，采用側向泵浦的方式泵浦激光介質，具體結構見圖2。摻雜濃度為1％的NdYAG作為產(chǎn)生1064nm基頻光的激光介質，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，增加泵浦光的吸收，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。倍頻晶體15采用KTP晶體，采用II類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。Q開關器件由英國NEOS公司生產(chǎn)，其中晶體為8×10×50mm的熔石英，調(diào)制頻率為2～30KHz。Q-開關用于對基頻光進行調(diào)制，能提高一級激光裝置的輸出峰值功率。
本發(fā)明中，KTP的全稱為鈦氧磷酸鉀，Q-開關的全稱為為光量開關，Tisapphire的全稱為為摻鈦藍寶石，M2的全稱為為光束質量因子，NdYAG的全稱為摻釹釔鋁石榴石。圖2中，LD stacked array為激光二極管多層陣列，Cylindrical lens為圓柱形透鏡，F(xiàn)low tube為流管，NdYAG rod為NdYAG棒，HR coating為高反膜。
泵浦源1與耦合聚焦透鏡5之間設置有第一全反射鏡3和第二全反射鏡4，耦合透鏡5的焦距為100mm。第一全反射鏡3和第二全反射鏡4為532nm波段45°全反鏡，532nm泵浦光通過第一全反射鏡3、第二全反射鏡4和耦合聚焦透鏡5進入諧振腔2。
鈦寶石諧振腔2由在光路上依次連接的第二平面反射鏡21、鈦寶石晶體22和第二平面輸出鏡24組成第二平面反射鏡21與第二平面輸出鏡24構成諧振腔2的平-平腔結構，鈦寶石諧振腔2的平-平腔結構的腔長為150mm。腔鏡參數(shù)如下第二平面反射鏡21為平面鏡，鍍泵浦光增透膜，750～850nm全反膜，第二平面輸出鏡24為平面鏡，鍍750～850nm半透膜，透過率為15％。鈦寶石晶體22的晶體尺寸5×5×16mm，放置于鈦寶石諧振腔2內(nèi)泵浦光的焦點處，由一個水冷裝置冷卻。鈦寶石晶體22中心軸線垂直于其晶軸，兩通光端面以布魯斯特角切割，且使兩通光表面的法線與晶軸處于同一平面內(nèi)，泵浦光與通光表面的法線夾角約為60°，如圖3所示。
本發(fā)明的的第二種實施方式，與第一種實施方式不同之處在于，第二平面反射鏡21為鍍泵浦光增透膜，850～950nm全反膜；第二平面輸出鏡24為850～950nm半透膜，透過率為10％。
本發(fā)明的新型光源的產(chǎn)生過程為首先，LD(激光二極管)陣列產(chǎn)生808nm附近的激光，泵浦NdYAG(摻釹釔鋁石榴石)棒，產(chǎn)生基頻光(1064nm激光)，經(jīng)過KTP晶體倍頻產(chǎn)生綠光倍頻光(532nm激光)，同時Q-開關對激光進行調(diào)制，輸出大功率、準連續(xù)綠光。經(jīng)過兩個45°532nm全反鏡和透鏡L，綠光被耦合入鈦寶石諧振腔中。綠光以布魯斯特角入射入鈦寶石晶體，輸出準連續(xù)鈦寶石激光。
本發(fā)明具有以下特點第一點，采用本裝置中的一級激光裝置，我們可以獲得更高的泵浦功率，泵浦功率可以達到30W。第二點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的輸出功率最大為10W，大大高于傳統(tǒng)光源的輸出功率指標。
第三點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的重復頻率為10KHz，大大高于傳統(tǒng)光源的重復頻率。第四點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源的輸出帶寬50nm，鈦寶石激光光束質量M2＜5，鈦寶石激光脈沖寬度＜80ns。第五點，我們獲得全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)、寬帶鈦寶石激光光源輸出功率的穩(wěn)定度為5％。
以二極管激光器泵浦的、準連續(xù)、532nm內(nèi)腔倍頻NdYAG作為泵浦源(一級激光裝置)，泵浦鈦寶石晶體諧振腔(二級激光裝置)，實現(xiàn)全固態(tài)、高功率、高光束質量、準連續(xù)的鈦寶石激光光源，不僅在科學研究領域有著重要的學術價值，而且在工業(yè)生產(chǎn)和軍事領域還有極其重要的現(xiàn)實意義。尤其是作為一種結構更為緊湊、運行更為可靠、維護更為簡便的新型光源，本發(fā)明對于生物醫(yī)學成像領域有著極其廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，包括在光路上依次連接的泵浦源、耦合聚焦透鏡和鈦寶石諧振腔；所述泵浦源由在光路上依次連接的第一平面反射鏡、Q開關、激光二極管陣列、平面諧波鏡、倍頻晶體、第一平面輸出鏡組成，第一平面反射鏡與第一平面輸出鏡組成泵浦源的平-平腔結構，平面諧波鏡與第一平面輸出鏡組成了倍頻腔，激光二極管陣列按照等邊三角形排列，采用側向泵浦的方式泵浦激光介質；所述鈦寶石諧振腔由在光路上依次連接的第二平面反射鏡、鈦寶石晶體和第二平面輸出鏡組成，第二平面反射鏡與第二平面輸出鏡構成諧振腔的平-平腔結構，鈦寶石晶體放置于鈦寶石諧振腔內(nèi)泵浦光的焦點處，鈦寶石晶體中心軸線垂直于其晶軸。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述泵浦源與耦合聚焦透鏡之間設置有第一全反射鏡和第二全反射鏡；所述耦合透鏡的焦距為100mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述泵浦源的平-平腔結構的腔長為330mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述的第一平面鏡，為鍍基頻光1064nm全反膜；所述的平面諧波鏡為鍍基頻光增透膜，532nm倍頻光全反膜；第一平面輸出鏡為鍍基頻光高反膜，倍頻光高透膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述激光二極管陣列的激光介質的摻雜濃度為1％的Nd:YAG作為產(chǎn)生1064nm基頻光的激光介質，尺寸為φ3×65mm，側面打毛，增加泵浦光的吸收，兩端面磨平，鍍基頻光增透膜。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述倍頻晶體為KTP晶體，采用II類相位匹配，切割角為φ＝23.6°，θ＝90°，尺寸為5×5×10mm，兩面鍍基頻光和倍頻光的增透膜。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述的Q開關的晶體為8×10×50mm的熔石英，其調(diào)制頻率為2～30KHz。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述鈦寶石諧振腔為平-平腔結構，腔長為150mm；第二平面反射鏡為鍍泵浦光增透膜，750～850nm全反膜；第二平面輸出鏡為750～850nm半透膜，透過率為15％。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述鈦寶石諧振腔為平-平腔結構，腔長為150mm；第二平面反射鏡為鍍泵浦光增透膜，850～950nm全反膜；第二平面輸出鏡為850～950nm半透膜，透過率為10％。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，其特征是，所述鈦寶石晶體尺寸5×5×16mm，鈦寶石晶體的兩通光表面的法線與晶軸處于同一平面內(nèi)，泵浦光與通光表面的法線夾角約為60°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物醫(yī)學成像儀器的新型光源，包括在光路上依次連接的泵浦源、耦合聚焦透鏡和鈦寶石諧振腔；泵浦源由在光路上依次連接的第一平面反射鏡、Q開關、激光二極管陣列、平面諧波鏡、倍頻晶體、第一平面輸出鏡組成。鈦寶石諧振腔由在光路上依次連接的第二平面反射鏡、鈦寶石晶體和第二平面輸出鏡組成。本發(fā)明應用于生物醫(yī)學成像領域中，其結構更為緊湊、運行更為可靠、維護更為簡便的新型光源，本發(fā)明在生物醫(yī)學成像領域有著極其廣闊的應用前景，在科學研究領域和工業(yè)生產(chǎn)都有極其重要的現(xiàn)實意義。
文檔編號G02F1/35GK1571225SQ20041001908
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權日2004年4月26日
發(fā)明者丁欣, 姚建銓, 魏權夫, 鄒雷, 溫午麟, 朱孟 申請人:天津大學