專利名稱：雙光束釔鋁石榴石激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子、激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，為一種雙光束釔鋁石榴石(YAG)激光器，(以下簡(jiǎn)稱“YAG激光器”)，所形成的產(chǎn)品可用于高科技激光醫(yī)療器械之中。
現(xiàn)有技術(shù)中的激光技術(shù)已在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床醫(yī)療手術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。目前，大部分醫(yī)用激光器只是利用激光的“光熱作用”，對(duì)病變組織進(jìn)行切除和汽化。而可見(jiàn)光波段的激光可與生物組織產(chǎn)生“光化學(xué)反應(yīng)”，進(jìn)而能夠診斷和治療癌癥。這種“光動(dòng)力學(xué)療法”已被醫(yī)學(xué)專家所重視和關(guān)注。
國(guó)際上研究固體激光器的權(quán)威W.Koechner教授在所著的《So1id-State Laser Engineering》(固體激光工程)一書(shū)中，描述了固體激光器的泵浦方法，激光器的聚光腔通常采用單燈單棒和雙燈單棒以及多燈單棒的配置方式。這種方式的光能轉(zhuǎn)換效率不高，棒受燈直接照射的部分較小，而聚光腔對(duì)泵浦光的吸收和擋光面積較大，并且激光器只是以單光束方式運(yùn)轉(zhuǎn)，若要得到兩個(gè)波長(zhǎng)的雙光束輸出，必須采用兩臺(tái)不同的激光器。據(jù)美國(guó)出版的《激光集錦》(Laser Focus)雜志報(bào)導(dǎo)，美國(guó)Schwarz電光公司開(kāi)發(fā)了一種名為1-2-3的激光器，該激光器通過(guò)更換激光介質(zhì)、聚光腔和反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)在1微米、2微米、3微米處的單光束輸出。但操作手續(xù)煩瑣，運(yùn)用不方便，并且沒(méi)有采用倍頻技術(shù)，激光波長(zhǎng)都處于近紅外范圍，只是利用了激光的“光熱作用”，而對(duì)于利用可見(jiàn)光波段激光的“光化學(xué)效應(yīng)”來(lái)進(jìn)行“光動(dòng)力學(xué)療法”，該激光器是不能勝任的。
另外，還有一種采用在光路上置換光學(xué)元件的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)基頻光和倍頻光的交替輸出，但該方法要求的機(jī)械加工精度很高，很容易破壞諧振腔的振蕩條件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作麻煩，也只能以單光束方式運(yùn)轉(zhuǎn)，單波長(zhǎng)分時(shí)輸出，輸出功率穩(wěn)定性差，重復(fù)精度低，難于在商業(yè)上獲成功的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于為克服上述產(chǎn)品和方法的不足之處。在一臺(tái)YAG激光器上實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)與近紅外兩個(gè)波段的激光運(yùn)轉(zhuǎn)性和雙光束輸出，并可按照使用者的要求實(shí)行同時(shí)輸出和切換輸出。以制造出性能穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)、雙光束的釔鋁石榴石激光器。
本發(fā)明所述的雙光束釔鋁石榴石激光器的構(gòu)成原理是利用單燈雙棒可變形的聚光腔結(jié)構(gòu)，全封閉的光路系統(tǒng)和腔內(nèi)倍頻的光學(xué)隔離元件，在聚光腔內(nèi)，泵浦燈的兩側(cè)配置可移出或插入的反光板，當(dāng)插入一塊反光板時(shí)，可使一燈一棒組合成一個(gè)聚光腔，可將雙光束雙波長(zhǎng)激光切換成單光束激光輸出，當(dāng)去掉反光板時(shí)，可同時(shí)輸出雙光束和兩個(gè)波長(zhǎng)的激光。
此外，本發(fā)明技術(shù)在可控硅激光電源主電路中，采取單相整流后可控硅兩端跨接電阻的結(jié)構(gòu)方式。使在單相整流后，可控硅不導(dǎo)通時(shí)，仍能維持泵浦燈的弧光狀態(tài)；導(dǎo)通時(shí)該電阻可以使泵浦燈上的電壓，電流波形平滑，減少泵浦燈的電流沖擊和電極濺射。
本發(fā)明所述的雙光束釔鋁石榴石激光器的主要構(gòu)成為由聚光腔、諧振腔和可控硅激光電源組成，在雙橢圓聚焦腔1內(nèi)，設(shè)置有一只泵浦燈2，兩只釔鋁石榴石(YAG)激光棒3，泵浦燈2安置在雙橢圓的公共焦點(diǎn)上，釔鋁石榴石激光棒3安置在雙橢圓的另外兩個(gè)焦點(diǎn)上；其中由激光輸出鏡4、激光全反鏡5和一只釔鋁石榴石激光棒3，構(gòu)成一個(gè)基頻光學(xué)諧振腔；由倍頻激光輸出鏡6、激光倍頻晶體7、光學(xué)隔離鏡8、Q開(kāi)關(guān)元件9、全反鏡10和另一只釔鋁石榴石激光棒3，構(gòu)成一個(gè)腔內(nèi)倍頻光學(xué)諧振腔。在泵浦燈2的兩側(cè)，配置有可移出或插入的反光板11，所說(shuō)的反光板11可在泵浦燈2的左邊或者右邊移出或插入。
所說(shuō)的激光輸出鏡4、激光全反鏡5、倍頻激光輸出鏡6和全反鏡10的光學(xué)波段為0.3微米～3.0微米。
根據(jù)本發(fā)明所述的技術(shù)，在可控硅激光電源主電路中的可控硅的兩端跨接有電阻。
本發(fā)明所說(shuō)的雙光束釔鋁石榴石激光器具有如下效果1.采用單燈雙棒聚光腔，其聚光效率高于傳統(tǒng)的雙燈單棒和單燈單棒聚光腔。
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能穩(wěn)定可靠。在一臺(tái)激光電源和器件中，僅用移動(dòng)反光板的方法就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)、雙光束激光的同時(shí)輸出和切換輸出，操作方便。采用全封閉光路系統(tǒng)可有效地保護(hù)光學(xué)元件，防塵防潮，保證激光器能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.可控硅激光電源中，在單相整流后將可控硅兩端跨接電阻的方法，是在激光電源電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行的重大改進(jìn)，淘汰了傳統(tǒng)的電容、電感濾波技術(shù)，使在可控硅不導(dǎo)通時(shí)，仍能維持泵浦燈的弧光狀態(tài)；導(dǎo)通時(shí)可使燈上的電壓，電流波形平滑，減少了燈的電流沖擊和電極濺射。保證了弧光預(yù)燃狀態(tài)的穩(wěn)定，大大延長(zhǎng)了國(guó)產(chǎn)泵浦燈的使用壽命。
4.在激光倍頻光路中采用光學(xué)隔離鏡，對(duì)增大倍頻激光功率具有重要的作用。
5.實(shí)施利用本發(fā)明技術(shù)所生產(chǎn)的醫(yī)用雙光束釔鋁石榴石激光器，體積小、重量輕、功能強(qiáng)、用途廣。將激光的“光熱作用”和“光化學(xué)效應(yīng)”合二為一；既可用于食道癌、鼻咽癌、肺癌、膀胱癌和直腸癌等的早期熒光診斷與光動(dòng)力學(xué)治療，又能發(fā)揮傳統(tǒng)單光束激光光纖手術(shù)器的功能，進(jìn)行各種外科激光手術(shù)。具有廣闊的應(yīng)用前景和很大的市場(chǎng)潛力。
附

圖1表示光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2表示全封閉光路示意圖；附圖3表示單燈雙棒聚光腔的剖視圖示意圖；附圖4表示可控硅激光電源的可控硅部分示意圖。
附圖1給出了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括1.06微米激光輸出鏡4，兩支釔鋁石榴石激光棒3，一只泵浦燈2，1.06微米激光全反鏡5；0.53微米倍頻激光輸出鏡6，激光倍頻晶體7，光學(xué)隔離鏡8，Q開(kāi)關(guān)元件9和全反鏡10。如圖所示，它們分別構(gòu)成一個(gè)基頻光學(xué)諧振腔和一個(gè)腔內(nèi)倍頻光學(xué)諧振腔。當(dāng)泵浦燈的輸入電功率為4～5千瓦，處于一個(gè)聚光腔內(nèi)的兩只YAG激光棒，受到光泵浦的作用，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在基頻光學(xué)諧振腔內(nèi)形成受激放大可輸出50瓦的1.06微米激光；在腔內(nèi)倍頻光學(xué)諧振腔內(nèi)，由受激放大和非線性光學(xué)效應(yīng)，可輸出5瓦的0.53微米倍頻激光。
附圖2是全封閉光路示意圖，由光導(dǎo)纖維12、聚焦鏡13和附圖1部分A即輸出鏡、釔鋁石榴石(YAG)激光棒和全反鏡等組成一個(gè)全封閉的光路。
附圖3是雙橢圓聚光腔的剖視圖，釔鋁石榴石(YAG)激光棒3，位于兩個(gè)橢圓的焦點(diǎn)上，而泵浦燈2則位于兩個(gè)相交橢圓的公共焦點(diǎn)上，雙橢圓聚焦腔1內(nèi)壁為反光面14。反光面的作用是將泵浦燈發(fā)出的泵浦光反射會(huì)聚到Y(jié)AG激光棒上，同時(shí)，泵浦燈對(duì)YAG激光棒的直接照射面積要大于傳統(tǒng)的單燈單棒聚光腔，并相應(yīng)減小了擋光面積，因此其聚光效率高。在聚光腔內(nèi)可設(shè)置有可移動(dòng)的反光板11，反光板11的分別插入與同時(shí)移開(kāi)，就能實(shí)現(xiàn)雙光束的切換與同時(shí)輸出的功能。
附圖4是可控硅激光電源主電路，單相整流15經(jīng)可控硅16和跨接電阻17的原理示意圖。當(dāng)可控硅關(guān)閉時(shí)，整流后的電流經(jīng)電阻到泵浦燈上，由于電阻的分壓作用，使泵浦燈上的電壓和電流維持在弧光預(yù)燃狀態(tài)，可使激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)在閾值以下；當(dāng)可控硅導(dǎo)通時(shí)，泵浦燈上的電壓和電流隨之增大，則YAG激光器可運(yùn)轉(zhuǎn)在閾值以上，同時(shí)電阻還使可控硅在小導(dǎo)通角時(shí)，填補(bǔ)了電壓、電流波形的“缺口”部分，保證泵浦燈發(fā)光穩(wěn)定；當(dāng)可控硅導(dǎo)通角增大時(shí)，電阻可有效地減小電流、電壓波形中“尖峰”等高次諧波部分，使波形較為平滑，起到了濾波整形的作用。
權(quán)利要求
1.一種雙光束釔鋁石榴石激光器，由聚光腔、諧振腔和可控硅激光電源組成，其特征在于，在雙橢圓聚光腔內(nèi)，設(shè)置有一只泵浦燈，兩只釔鋁石榴石激光棒，泵浦燈安置在雙橢圓的公共焦點(diǎn)上，釔鋁石榴石激光棒安置在雙橢圓的另外兩個(gè)焦點(diǎn)上；其中由激光輸出鏡、激光全反鏡和一只釔鋁石榴石激光棒，構(gòu)成一個(gè)基頻光學(xué)諧振腔；由倍頻激光輸出鏡、激光倍頻晶體、光學(xué)隔離鏡、Q開(kāi)關(guān)元件、全反鏡和另一只釔鋁石榴石激光棒，構(gòu)成一個(gè)腔內(nèi)倍頻光學(xué)諧振腔；在泵浦燈的兩側(cè)，配置有可移出或插入的反光板；所說(shuō)的激光輸出鏡、激光全反鏡、倍頻激光輸出鏡和全反鏡的光學(xué)波段為0.3微米～3.0微米。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的激光器，其特征在于，在所說(shuō)的可控硅激光電源中，可控硅的兩端跨接有電阻。
3.按照權(quán)利要求1的說(shuō)的激光器，其特征在于，由輸出鏡、釔鋁石榴石激光棒和全反鏡組成一個(gè)全封閉的光路。
全文摘要
本發(fā)明為一種雙光束釔鋁石榴石激光器，主要構(gòu)成為在雙橢圓聚焦腔內(nèi)設(shè)置有一只泵浦燈和兩只釔鋁石榴石激光棒，由激光輸出鏡、激光全反鏡和一只激光棒，構(gòu)成基頻光學(xué)諧振腔；由倍頻激光輸出鏡、激光倍頻晶體、光學(xué)隔離鏡、Q開(kāi)關(guān)元件、全反鏡和另一只激光棒，構(gòu)成一個(gè)腔內(nèi)倍頻光學(xué)諧振腔；另配有可移出或插入的反光板。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠、能在一臺(tái)激光電源和器件中，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)、雙光束激光的同時(shí)輸出和切換輸出的功能。
文檔編號(hào)H01S3/23GK1149213SQ9611960
公開(kāi)日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1996年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月1日
發(fā)明者李正佳, 朱長(zhǎng)虹 申請(qǐng)人:華中理工大學(xué)