一種醫(yī)用6微米波段光參量激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用6微米波段的光參量激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療領(lǐng)域，紅外激光由于其光子能量低，能夠有效避免因高光子能量對(duì)DNA鏈造成損失的風(fēng)險(xiǎn)，因而具有比紫外激光更高的安全性。6微米激光波段內(nèi)有水、蛋白質(zhì)、DNA等重要生物組織成分的吸收峰，如6.1波長(zhǎng)的中紅外激光，位于蛋白質(zhì)和水的吸收峰，已經(jīng)被證明是高精度生物軟組織切削的最佳激光源，具有其他波段激光無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是腦外科、神經(jīng)、眼角膜、真皮組織等高精度手術(shù)的最佳工具。同時(shí)，利用該波段激光對(duì)各氣體分子的特征吸收譜線，還能將其用于呼出氣體的醫(yī)療診斷。
[0003]在高精度軟組織切削的外科手術(shù)中，6.1微米激光因同時(shí)位于蛋白質(zhì)和水的吸收峰而具有適合的穿透深度，能夠很好的控制切削精度。組織切削需要有足夠的激光能量才能達(dá)到切削閾值，需要研制高脈沖能量的6微米激光源滿足應(yīng)用需求。該波段毫焦級(jí)能量的納秒激光脈沖既能保證較高的切削效率又可避免熱擴(kuò)散對(duì)組織造成的熱損傷，不會(huì)因過(guò)高的高峰值功率密度引起不必要的非線性效應(yīng)，或造成DNA鍵的斷裂，具有高的安全性。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)被證明具有高的切削效率。因此，研制6微米波段高脈沖能量中紅外激光對(duì)于生物領(lǐng)域的研究和臨床應(yīng)用具有重要意義。但是目前6微米波段的激光主要是通過(guò)自由電子激光器和量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)生，這些激光器龐大的體積和昂貴的價(jià)格限制了它的廣泛應(yīng)用。利用光參量振蕩器(Optical Parametric Oscillator,ΟΡΟ)產(chǎn)生中紅外激光因其結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、輸出能量較大等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為:解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種能夠產(chǎn)生6微米波段波長(zhǎng)可調(diào)諧的醫(yī)用光參量激光器，能夠輸出毫焦級(jí)脈沖能量、納秒級(jí)脈沖長(zhǎng)度的中紅外激光。具有光束能量分布均勻、輸出能量穩(wěn)定等特性。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，包括:栗浦源鉺激光器、0Ρ0諧振腔、紅外非線性晶體和濾光片，所述0Ρ0諧振腔由鍍膜后的輸入和輸出鏡構(gòu)成；沿栗浦源激光器輸出激光方向依次放置輸入鏡、紅外非線性晶體、輸出鏡，所述輸入鏡、輸出鏡和紅外非線性晶體通光面均相互平行，且各通光面垂直于栗浦源鉺激光器輸出光束，濾光片45°放置；利用栗浦源鉺激光器栗浦置于0Ρ0諧振腔內(nèi)的紅外非線性晶體，利用紅外非線性晶體的非線性變頻產(chǎn)生6微米波段的激光，一片45°放置的濾光片用于濾除不需要的波長(zhǎng)。
[0006]所述0Ρ0栗浦源的激光波長(zhǎng)2.7-3微米，脈沖寬度10_300ns，輸出激光偏振態(tài)為線偏振，重復(fù)頻率1-1OOkHz。
[0007]所述0P0栗浦源采用調(diào)Q輸出的Cr，Er:YSGG激光器，激光波長(zhǎng)2.79微米，脈沖寬度10-300ns，輸出激光偏振態(tài)為線偏振，重復(fù)頻率l-2kHz。0P0栗浦源激光器也可采用波長(zhǎng)2.79微米的Er = YSGG激光器、波長(zhǎng)2.94微米的Er:YAG、EriYLF等激光器。
[0008]所述紅外非線性晶體采用磷鍺鋅(ZnGeP2, ZGP)晶體，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，晶體兩通光面拋光且平行，并鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-7微米的增透膜。紅外非線性晶體也可以采用砸鎵鋇(BaGa4Se7)、硫銦鋰(LiInS2)、硫鎵銀(AgGaS)、砸化鎘(CdSe)等在該波段內(nèi)具有高透過(guò)率的晶體材料。
[0009]所述OPO諧振腔由鍍膜后的氟化鈣(CaF2)鏡片構(gòu)成，輸入鏡鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-3微米的增透膜、3-7微米的高反射膜(大于等于99.9%的)，輸出鏡鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-7微米反射率為1-99%的介質(zhì)膜。鏡片材料還可以采用氟化鎂(MgF2)、鍺(Ge)、硅(Si)、砸化鋅(ZnSe)等材料。
[0010]所述濾光片的材料為氟化鈣(CaF2),在一面鍍有2.7-5.7微米45°高反射膜(反射率大于等于99.9% )，另一面鍍有5.8-7微米增透膜。鏡片材料還可以采用氟化鎂(MgF2)、鍺(Ge)、硅(Si)、砸化鋅(ZnSe)等材料。
[0011]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的益處是:
[0012](I)采用6微米波段的參量激光器進(jìn)行組織切削具有比更短波長(zhǎng)激光器更高的安全性、更高的切削精度以及對(duì)周圍組織更小的損失；
[0013](2)采用3微米波段的鉺激光作為栗浦源產(chǎn)生6微米波段的激光，具有比采用I微米等短波長(zhǎng)激光栗浦更高的光子轉(zhuǎn)換效率，理論效率約為I微米激光的3倍；
[0014](3)利用光參量振蕩器獲取6微米波段的激光，相比于量子級(jí)聯(lián)激光器和自由電子激光器，具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，有利于該醫(yī)用激光器的廣泛普及。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明由栗浦源鉺激光器1、輸入鏡2、紅外非線性晶體3、輸出鏡4和濾光片5組成。沿栗浦源激光器I輸出激光方向依次放置輸入鏡2、紅外非線性晶體3、輸出鏡4，所述輸入輸出鏡和紅外非線性晶體通光面均相互平行，且各通光面垂直于栗浦源激光器I輸出光束。
[0018]2.79微米的栗浦激光入射到紅外非線性晶體3上，由于栗浦光具有高的峰值功率密度，因非線性光參量效應(yīng)而產(chǎn)生兩個(gè)輸出波長(zhǎng)，分別為4.9微米和6.4微米，三個(gè)波長(zhǎng)之間滿足能量守恒和動(dòng)量守恒關(guān)系。由于輸入鏡2對(duì)3-7微米高反射，輸出鏡對(duì)3-7微米部分反射，兩束激光在諧振腔內(nèi)進(jìn)行振蕩并放大，從輸出鏡4耦合輸出。
[0019]栗浦光束的偏振方向垂直于光束傳播方向和紅外非線性晶體光軸構(gòu)成的面，通過(guò)在該平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)紅外非線性晶體3改變其光軸與入射光束的夾角，可以實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧，可實(shí)現(xiàn)5.8-7微米波段內(nèi)任意波長(zhǎng)激光輸出。從輸出鏡4輸出的激光有三個(gè)波長(zhǎng)，即剩余的3微米波段的栗浦光、產(chǎn)生的兩個(gè)波長(zhǎng)的參量激光，三個(gè)激光頻率(波長(zhǎng))滿足能量守恒關(guān)系。通過(guò)采用濾光片5進(jìn)行濾光，使得所需要的6微米波段的激光從濾光片5高透過(guò)，其他兩個(gè)波長(zhǎng)被濾光片45°反射后偏離光路。
[0020]提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:包括栗浦源鉺激光器、OPO諧振腔、紅外非線性晶體和濾光片，所述OPO諧振腔由鍍膜后的輸入和輸出鏡構(gòu)成；沿栗浦源激光器輸出激光方向依次放置輸入鏡、紅外非線性晶體、輸出鏡，所述輸入鏡、輸出鏡和紅外非線性晶體通光面均相互平行，且各通光面垂直于栗浦源鉺激光器輸出光束，濾光片45°放置；利用栗浦源鉺激光器栗浦置于OPO諧振腔內(nèi)的紅外非線性晶體，利用紅外非線性晶體的非線性變頻產(chǎn)生6微米波段的激光，一片45°放置的濾光片用于濾除不需要的波長(zhǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述OPO栗浦源的激光波長(zhǎng)2.7-3微米，脈沖寬度10-300ns，輸出激光偏振態(tài)為線偏振，重復(fù)頻率1-1OOkHz03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述OPO栗浦源采用調(diào)Q輸出的波長(zhǎng)2.79微米的Cr，EriYSGG激光器、波長(zhǎng)2.79微米的Er = YSGG激光器、波長(zhǎng)2.94微米的Er = YAG或波長(zhǎng)2.94微米的Er = YLF激光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述紅外非線性晶體采用磷鍺鋅(ZnGeP2, ZGP)、砸鎵鋇(BaGa4Se7)、硫銦鋰(LiInS2)、硫鎵銀(AgGaS)或砸化鎘(CdSe)晶體，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，晶體兩通光面拋光且平行，并鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-7微米的增透膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述輸入鏡鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-3微米的增透膜、3-7微米的大于等于99.9%的高反射膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述輸出鏡鍍有對(duì)波長(zhǎng)2.7-7微米反射率為1-99%的介質(zhì)膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述輸入和輸出鏡的鏡片材料采用氟化鈣(CaF2)、氟化鎂(MgF2)、鍺(Ge)、硅(Si)或砸化鋅(ZnSe)材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述濾光片的一面鍍有2.7-5.7微米45°大于等于99.9%的高反射膜，另一面鍍有5.8-7微米增透膜。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于:所述濾光片的材料為氟化鈣(CaF2)、氟化鎂(MgF2)、鍺(Ge)、硅(Si)、砸化鋅(ZnSe)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種醫(yī)用6微米波段的光參量激光器，其特征在于包括：泵浦源鉺激光器、OPO諧振腔、紅外非線性晶體和濾光片，所述OPO諧振腔由鍍膜后的輸入和輸出鏡構(gòu)成；沿泵浦源激光器輸出激光方向依次放置輸入鏡、紅外非線性晶體、輸出鏡，所述輸入鏡、輸出鏡和非線性晶體通光面均相互平行，且各通光面垂直于泵浦源鉺激光器輸出光束，濾光片45°放置；利用泵浦源鉺激光器泵浦置于OPO諧振腔內(nèi)的紅外非線性晶體,利用紅外非線性晶體的非線性變頻產(chǎn)生6微米波段的激光，一片45°放置的濾光片用于濾除不需要的波長(zhǎng)。本發(fā)明能夠輸出毫焦級(jí)脈沖能量、納秒級(jí)脈沖長(zhǎng)度的中紅外激光。具有光束能量分布均勻、輸出能量穩(wěn)定等特性。
【IPC分類】H01S1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105140760
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510646228
【發(fā)明人】王禮, 胡舒武, 王金濤, 邢廷倫, 楊經(jīng)緯, 崔慶哲, 程庭清, 吳先友, 江海河
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日