專利名稱：一種平面四路固體激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光裝置領域，具體為一種平面四路固體激光裝置。
背景技術：
鈥激光、鉺激光、綠激光等固體激光治療機均是以激光晶體作為工作物質的激光裝置，被廣泛應用于醫(yī)學無創(chuàng)或微創(chuàng)手術中。以鈥激光為例，現(xiàn)有技術中，科醫(yī)人空間四路鈥激光裝置、振鏡掃描四路鈥激光裝置、電機四路鈥激光裝置是幾種常見的四路鈥激光裝置方案。如圖3所示，科醫(yī)人空間四路鈥激光裝置由上面兩路和下面兩路激光裝置組合而成?？漆t(yī)人空間四路鈥激光裝置每一路發(fā)射的激光通過各自光路中的兩個全反射鏡反射到楔形鏡上，通過楔形鏡的轉動將四路光按出光先后順序按光軸a的方向出光，再通過聚焦透鏡耦合進光纖輸出?？漆t(yī)人空間四路鈥激光裝置結構復雜，光路調試困難，維修困難，聚焦透鏡處形成的光斑直徑較大，難以在高單脈沖能量下耦合進細光纖中，并且只能輪流單路出光，且輸出的最大單脈沖能量較低，僅有4. 0J。如圖4所示，振鏡掃描四路鈥激光裝置使用振鏡將四路激光反射至光纖。振鏡掃描四路鈥激光裝置中使用振鏡將激光反射至光纖，成本較高，光纖耦合可靠性差，并且振鏡掃描四路鈥激光裝置也只能輪流單路出光，輸出的最大單脈沖能量較低，僅有3. 8J。如圖5所示，電機四路鈥激光裝置利用多個由伺服電機控制的光學鏡片將四路激光送入聚焦透鏡中，并通過聚焦透鏡耦合至光纖。電機四路鈥激光裝置由于使用多臺伺服電機，因此控制系統(tǒng)復雜，對三個伺服電機時間上協(xié)調控制要求很高，耦合可靠性差，三個伺服電機成本很高，輸出的最大單脈沖能量較低，僅有4. 0J?？梢?，現(xiàn)有技術的大功率固體激光裝置普遍存在單脈沖能量低，光纖耦合可靠性差，成本高，結構復雜維修困難等問題，制約了大功率固體激光治療機在醫(yī)學中的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種平面四路固體激光裝置，以解決現(xiàn)有技術的大功率固體激光裝置單脈沖能量低，光纖耦合可靠性差，成本高，結構復雜維修困難的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為
一種平面四路固體激光裝置，包括兩個結構相同的雙光路模塊，其特征在于每個雙光路模塊分別包括主光路和側光路，側光路包括第一激光晶體，以及依次設置在第一激光晶體出射光路前方的第一偏振片、第一前腔鏡、全反鏡，主光路包括第二激光晶體，以及依次設置在第二激光晶體出射光路前方的第二偏振片、第二前腔鏡、第三偏振片，每個雙光路模塊中，側光路中第一激光晶體出射光光路與主光路中第二激光晶體出射光光路同向平行， 且側光路中全反鏡反射方向朝向主光路中第三偏振片，每個雙光路模塊中，側光路中第一激光晶體出射光依次經(jīng)過第一偏振片、第一前腔鏡后被全反鏡反射至主光路中的第三偏振片并被第三偏振片反射，主光路中第二激光晶體出射光依次經(jīng)過第二偏振片、第二前腔鏡后透射過第三偏振片并與側光路被第三偏振片反射的出射光合為一束，每個雙光路模塊中的合束光作為輸出光，或者分別輸出；兩個雙光路模塊輸出光光路同向平行，其中第一個雙光路模塊輸出光光路前方依次設置有由電機驅動的旋轉鏡、聚焦透鏡、光纖，第二個雙光路模塊輸出光光路前方設置有反射面朝向旋轉鏡的45°全反鏡，所述旋轉鏡上具有光透過部分和光反射部分，電機驅動旋轉鏡轉動至旋轉鏡的光透過部分位于第一個雙光路模塊輸出光光路上，第一個雙光路模塊輸出光從旋轉鏡通孔部分穿過，電機再驅動旋轉鏡轉動至旋轉鏡的光反射部分與45度全反鏡相對，第二個雙光路模塊輸出光被45度全反鏡反射至旋轉鏡，再被旋轉鏡反射后與第一個雙光路模塊穿過旋轉鏡的輸出光同一光路，第一、第二個雙光路模塊的輸出光分別經(jīng)過聚焦透鏡后入射至光纖。所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，主光路的第二偏振片、第三偏振片相互平行，且第二偏振片、第三偏振片分別相對于主光路中第二激光晶體出射光光路布儒斯特角放置，側光路的第一偏振片與主光路的第二偏振片在空間上呈正交關系，且側光路的第一偏振片相對于側光路中第一激光晶體出射光光路布儒斯特角放置。所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于所述光纖位于聚焦透鏡焦點上。所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，主光路中第二激光晶體出射光經(jīng)過第二偏振片、第二前腔鏡后形成Tp偏振光，側光路中第一激光晶體出射光經(jīng)過第一偏振片、第一前腔鏡后形成Ts偏振光。所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，全反鏡都安裝在三維調節(jié)架上。所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于所述旋轉鏡包括金屬板，金屬板上對稱開有通孔，其中一個通孔中安裝有45°全反鏡，旋轉鏡中45°全反鏡為光反射部分，未安裝45°全反鏡的通孔為光透過部分。本發(fā)明中，每路雙光路模塊中分別采用正交放置的偏振片，產(chǎn)生正交偏振的Tp和 Ts分量的激光束，再應用偏振片合束后作為輸出光，實現(xiàn)主、側光路的空間合成，兩路雙光路模塊再應用電機驅動的旋轉鏡、45°全反鏡實現(xiàn)兩路雙光路模塊的時間合成，交替出光。本發(fā)明結構簡單，成本較低，可以雙路同時輸出，以鈥激光為例，最大單脈沖能量達到7. 2J，四路合成能實現(xiàn)鈥激光高功率高重復頻率輸出，在聚焦透鏡處光斑最大直徑為 5. 5mm，可以使用直徑200微米的光纖輸出85瓦鈥激光，光纖耦合可靠性高，這是現(xiàn)有的其他大功率鈥激光裝置無法達到的。


圖1為本發(fā)明的光路原理圖。圖2為旋轉鏡結構示意圖。圖3為現(xiàn)有技術中科醫(yī)人空間四路鈥激光裝置光路原理圖。圖4為現(xiàn)有技術中振鏡掃描四路鈥激光裝置光路原理圖。圖5為現(xiàn)有技術中電機四路鈥激光裝置光路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示。本發(fā)明包括雙光路模塊I和雙光路模塊11。雙光路模塊I中，側光路包括激光晶體2，以及依次設置在激光晶體2出射光路前方的偏振片3、前腔鏡4、安裝在三維調節(jié)架上的全反鏡5，主光路包括激光晶體7，以及依次設置在激光晶體7出射光路前方的偏振片8、前腔鏡9、偏振片10，側光路中激光晶體2出射光光路與主光路中激光晶體7出射光光路同向平行，且側光路中全反鏡5反射面朝向主光路中偏振片10，側光路中激光晶體7出射光依次經(jīng)過偏振片8、前腔鏡9后被全反鏡5反射至主光路中的偏振片10并被偏振片10反射，主光路中激光晶體7出射光依次經(jīng)過偏振片 8、前腔鏡9后透射過偏振片10并與側光路被偏振片10反射的出射光合為一束作為輸出光
3- ο雙光路模塊I中，主、側光路中的激光晶體2、7后方分別設置有后腔鏡1、6。主光路的偏振片8、偏振片10相互平行，且偏振片8、偏振片10分別相對于主光路中激光晶體2 出射光光路布儒斯特角放置，側光路的偏振片3與主光路的偏振片8在空間上呈正交關系， 且側光路的偏振片3相對于側光路中激光晶體2出射光光路布儒斯特角放置。主光路中激光晶體7出射光經(jīng)過偏振片8、前腔鏡9后形成Tpl偏振光，側光路中激光晶體2出射光經(jīng)過偏振片3、前腔鏡4后形成Tsl偏振光。雙光路模塊I中，全反鏡5安裝在三維調節(jié)架上，實現(xiàn)全反鏡5兩維旋轉，一維平移。通過調節(jié)三維調節(jié)架，使得Tsl偏振光和Tpl偏振光在偏振片10上合束為輸出光a。雙光路模塊II中，側光路包括激光晶體17，以及依次設置在激光晶體17出射光路前方的偏振片18、前腔鏡19、安裝在三維調節(jié)架上的全反鏡20，主光路包括激光晶體12， 以及依次設置在激光晶體12出射光路前方的偏振片13、前腔鏡14、偏振片15，側光路中激光晶體17出射光光路與主光路中激光晶體12出射光光路同向平行，且側光路中全反鏡20 反射面朝向主光路中偏振片15，側光路中激光晶體17出射光依次經(jīng)過偏振片18、前腔鏡19 后被全反鏡20反射至主光路中的偏振片15并被偏振片15反射，主光路中激光晶體12出射光依次經(jīng)過偏振片13、前腔鏡14后透射過偏振片15并與側光路被偏振片15反射的出射光合為一束作為輸出光b。雙光路模塊II中，主、側光路中的激光晶體12、17后方分別設置有后腔鏡11、16。 主光路的偏振片13、偏振片15相互平行，且偏振片13、偏振片15分別相對于主光路中激光晶體12出射光光路布儒斯特角放置，側光路的偏振片18與主光路的偏振片13在空間上呈正交關系，且側光路的偏振片18相對于側光路中激光晶體17出射光光路布儒斯特角放置。主光路中激光晶體12出射光經(jīng)過偏振片13、前腔鏡14后形成Tp2偏振光，側光路中激光晶體17出射光經(jīng)過偏振片18、前腔鏡19后形成Ts2偏振光。雙光路模塊II中，全反鏡20安裝在三維調節(jié)架上，實現(xiàn)全反鏡20兩維旋轉，一維平移。通過調節(jié)三維調節(jié)架，使得Ts2偏振光和Tp2偏振光在偏振片15上合束為輸出光b。雙光路模塊I、II輸出光a、b光路同向平行，其中雙光路模塊I輸出光a光路前方依次設置有由伺服電機21驅動的旋轉鏡通孔22、聚焦透鏡M、光纖25，光纖25位于聚焦透鏡M焦點上。雙光路模塊II輸出光b光路前方設置有反射方向朝向旋轉鏡22的45° 全反鏡23，旋轉鏡22上具有光透過部分和光反射部分，伺服電機21驅動旋轉鏡22轉動至旋轉鏡22的通孔部分位于雙光路模塊I輸出光a光路上，雙光路模塊I輸出光a從旋轉鏡 22通孔穿過，伺服電機21再驅動旋轉鏡22轉動至旋轉鏡22的反射鏡部分與45°全反鏡23相對，雙光路模塊II輸出光b被45°全反鏡反射至旋轉鏡22，再被旋轉鏡22反射后與雙光路模塊I穿過旋轉鏡22的輸出光同光路，雙光路模塊I、II合為一束的輸出光經(jīng)過聚焦透鏡M后入射至光纖25。 如圖2所示。旋轉鏡22包括鋁板22A，鋁板22A上對稱開有光通孔，其中一個光通孔中安裝有45°全反鏡22B，旋轉鏡22中45度全反鏡22B為光反射部分，未安裝45度全反鏡22B的光通孔22C為光透過部分。
權利要求
1.一種平面四路固體激光裝置，包括兩個結構相同的雙光路模塊，其特征在于每個雙光路模塊分別包括主光路和側光路，側光路包括第一激光晶體，以及依次設置在第一激光晶體出射光路前方的第一偏振片、第一前腔鏡、全反鏡每個雙光路模塊中，主、側光路中的激光晶體后方均設置有后腔鏡，主光路包括第二激光晶體，以及依次設置在第二激光晶體出射光路前方的第二偏振片、第二前腔鏡、第三偏振片，每個雙光路模塊中，側光路中第一激光晶體出射光光路與主光路中第二激光晶體出射光光路同向平行，且側光路中全反鏡反射方向朝向主光路中第三偏振片，每個雙光路模塊中，側光路中第一激光晶體出射光依次經(jīng)過第一偏振片、第一前腔鏡后被全反鏡反射至主光路中的第三偏振片并被第三偏振片反射，主光路中第二激光晶體出射光依次經(jīng)過第二偏振片、第二前腔鏡后透射過第三偏振片并與側光路被第三偏振片反射的出射光合為一束，每個雙光路模塊中的合束光作為輸出光，或者分別輸出；兩個雙光路模塊輸出光光路同向平行，其中第一個雙光路模塊輸出光光路前方依次設置有由電機驅動的旋轉鏡、聚焦透鏡、光纖，第二個雙光路模塊輸出光光路前方設置有反射方向朝向旋轉鏡的45°全反鏡，所述旋轉鏡上具有光透過的通孔部分和光反射部分，當電機驅動旋轉鏡轉動至旋轉鏡的通孔部分位于第一個雙光路模塊輸出光光路上時，第一個雙光路模塊輸出光從旋轉鏡通孔部分穿過，而當電機驅動旋轉鏡轉動至旋轉鏡的光反射部分與45°全反鏡相對時，被45°全反鏡反射至旋轉鏡的第二個雙光路模塊輸出光再被旋轉鏡反射后與第一個雙光路模塊穿過旋轉鏡的輸出光成同一光路，第一、第二個雙光路模塊的輸出光分別經(jīng)過聚焦透鏡后入射至光纖。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，主光路的第二偏振片、第三偏振片相互平行，且第二偏振片、第三偏振片分別相對于主光路中第二激光晶體出射光光路布儒斯特角放置，側光路的第一偏振片與主光路的第二偏振片在空間上呈正交關系，且側光路的第一偏振片相對于側光路中第一激光晶體出射光光路布儒斯特角放置。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于所述光纖位于聚焦透鏡焦點上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，主光路中第二激光晶體出射光經(jīng)過第二偏振片、第二前腔鏡后形成Tp偏振光，側光路中第一激光晶體出射光經(jīng)過第一偏振片、第一前腔鏡后形成Ts偏振光。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于每個雙光路模塊中，全反鏡分別安裝在三維調節(jié)架上。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種平面四路固體激光裝置，其特征在于所述旋轉鏡包括金屬板，金屬板上對稱開有光通孔，其中一個光通孔中安裝有45°全反鏡，旋轉鏡中45° 全反鏡為光反射部分，未安裝45°全反鏡的光通孔為光透過部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面四路固體激光裝置，運用偏振片實現(xiàn)固體激光起偏和四光路合成，通過電機驅動的旋轉鏡實現(xiàn)平面四路固體激光光路合成。本發(fā)明結構簡單，易于制造和使用，成本較低，光纖耦合可靠性高，具有高功率，高重復頻率，高單脈沖能量的優(yōu)點。
文檔編號H01S3/00GK102437503SQ20111039613
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者楊明智, 楊愛春, 汪洪源, 程庭清, 肖清華, 黃恒 申請人:合肥大族科瑞達激光設備有限公司