CN103584916A - 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法 - Google Patents

一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103584916A
CN103584916A CN201310601433.8A CN201310601433A CN103584916A CN 103584916 A CN103584916 A CN 103584916A CN 201310601433 A CN201310601433 A CN 201310601433A CN 103584916 A CN103584916 A CN 103584916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
infrared laser
detector
beam splitter
efficiency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310601433.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103584916B (zh
Inventor
吕涛
陈昉
张伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
Original Assignee
China University of Geosciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences filed Critical China University of Geosciences
Priority to CN201310601433.8A priority Critical patent/CN103584916B/zh
Publication of CN103584916A publication Critical patent/CN103584916A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103584916B publication Critical patent/CN103584916B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供了一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法，至少包括脉冲延迟控制器、红外激光器、Nd:YAG激光器、耦合器、大芯径光纤以及高速相机，在红外激光器和Nd:YAG激光器的激光线路上分别设有分束镜A和分束镜B，两激光器所发射的激光经分束镜透射后均射向耦合器，所述的耦合器与大芯径光纤的一端连接，大芯径光纤的另一端通向位于液体环境中的被消融目标，被消融目标的一侧设有用于捕捉其消融状态的高速相机，所述的脉冲延迟控制器通过信号线分别与红外激光器、Nd:YAG激光器以及高速相机连接并进行控制。本发明解决了现有技术中的不足，能够提高消融效率和切割精度，并且减小对被消融目标所带来的损伤。

Description

一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法
技术领域
本发明提供了一种在利用红外脉冲激光对被消融目标进行消融的进程中，提高消融效率的一种装置，本发明同时还提供了一种相对应的提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的方法，属于激光应用领域。
背景技术
红外脉冲激光例如波长为2.12μm钬激光，2.013μm铥激光，2.79μm/2.94μm铒激光，由于能被生物组织中主要成分即水大量吸收，例如2.94μm的铒激光吸收系数高达16660cm-1，并且能在低OH-石英光纤或特种光纤中低损耗传输，所以红外脉冲激光已经被广泛运用在生物医学领域和激光液体环境条件下微机械加工领域。红外脉冲激光操作在液体环境条件（水、尿液、血液或混合体）下时，大部分的激光能量被消耗于汽化效应，所以作用于靶材的有效能量将会降低，结果消融效率变低，因此液体的热动力学性质直接影响激光与物质相互作用的机理。光汽化效应进程中产生的汽化泡会经历多个周期的动态谐振，并且汽化泡闭合时辐射振荡波信号。汽化泡的形态、尺寸、寿命决定于激光的脉宽、能量和吸收系数。由ns级、μs级脉冲激光诱导的汽化泡闭合时向外辐射冲击波信号压力强度为上千个标准大气压，这些冲击波足以能击碎肾结石和胆结石。但这些冲击波同时对细胞级和亚细胞级的生物组织造成不同程度的结构和功能损伤，还可以使得液体环境条件下微机械加工时靶材表面变性、出现裂纹等。此外，在激光液体环境条件下微机械加工领域，人们期待通过液体环境条件下提高消融效率和消融表面质量。因此，有必要采用新的方法来提高红外脉冲激光液体环境条件下的消融效率并减小副作用。
发明内容
本发明提供了一种提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的装置及方法，解决了背景技术中的不足，该方法能够提高消融效率和切割精度，并且会减小对被消融目标所带来的损伤。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种提高红外脉冲激光消融效率的装置，至少包括脉冲延迟控制器、红外激光器、Nd:YAG激光器、耦合器、大芯径光纤以及高速相机，在红外激光器和Nd:YAG激光器的激光线路上分别设有分束镜A和分束镜B，两激光器所发射的激光经分束镜透射后均射向耦合器，所述的耦合器与大芯径光纤的一端连接，大芯径光纤的另一端通向位于液体环境中的被消融目标，被消融目标的一侧设有用于捕捉其消融状态的高速相机，所述的脉冲延迟控制器通过信号线分别与红外激光器、Nd:YAG激光器以及高速相机连接并进行控制。
被消融目标的另一侧还设有LED照明灯，所述的LED照明灯与高速相机同轴设置。
还设有监控单元，所述的监控单元至少包括探测器A、探测器B以及示波器，示波器与脉冲延迟控制器连接，其中探测器A和探测器B分别与分束镜A和分束镜B相对应，检测分束镜A和分束镜B所反射的激光，并将激光信号转换为电信号，探测器A与探测器B均通过信号线与示波器连接。
所述的被消融目标的下方还设有滤波片，所述的滤波片对1.064μm波长的光线全反射，对红外波长全透射，反射率与透射率均不小于90%，滤波片的下方设有探测器C，探测器C用于检测透射过滤波片的激光光线并将光信号转换为电信号，探测器C通过信号线与示波器连接。
所述的滤波片与探测器C之间还设有红外激光凸透镜。
所述的被消融目标的一侧还设有针式水听器，所述的针式水听器通过信号线与示波器连接。
所述的红外激光器为钬激光器、铥激光器或铒激光器。
本发明还提供了一种提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的方法，包括以下步骤：
首先脉冲延迟控制器控制Nd:YAG激光器和高速相机开启，Nd:YAG激光器发射Nd:YAG激光作为前置脉冲，Nd:YAG激光经过分束镜B透射、大芯径光纤传导后到达被消融目标，由于被消融目标处于液体环境中，Nd:YAG激光首先在大芯径光纤的端面与被消融目标的表面之间的间隙处产生一汽化泡，当高速相机监控到汽化泡的体积达到最大时，脉冲延迟控制器控制红外激光器开启，红外激光器发射红外激光经过分束镜A透射、大芯径光纤传导后，穿透汽化泡直接辐射于大芯径光纤端面下方的被消融目标表面进行消融，从而提高消融效率。
本发明所提供的技术方案与现有技术相比有以下优点：Nd:YAG激光作为前置脉冲提供一个能形成于光纤端面和生物组织表面间的体积大、寿命长的汽化泡，汽化泡相当于打开了一个“通道”，由于汽化泡对红外激光脉冲的吸收系数远低于同等条件下的被消融目标对红外激光脉冲的吸收系数，因此，红外激光脉冲能以较小的能量损耗到达被消融目标表面或其它靶材，从而简化了到达目标靶材的途径，提高了消融效率。
此外，Nd:YAG激光和红外脉冲激光分别诱导的汽化泡中心不一致、形状不规则、体积大小不同、谐振步调不同，所以在汽化泡闭合时辐射的声波信号有多个且强度不高，从而可降低激光诱导声学损伤效应。
附图说明
图1为本发明提供的提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的装置的结构框图；
图中：1-脉冲延迟控制器，2-红外激光器，3-Nd:YAG激光器，4-分束镜A，5-分束镜B，6-耦合器，7-大芯径光纤，8-玻璃水槽，9-高速相机，10-LED照明灯，11-滤波片，12-红外激光凸透镜，13-探测器A，14-探测器B，15-探测器C，16-示波器，17-针式水听器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明。
本发明所提供的提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的装置的结构如图1所示，包括脉冲延迟控制器1、红外激光器2、Nd:YAG激光器3、耦合器6、大芯径光纤7以及高速相机9，所述的红外激光器2为钬激光器、铥激光器或铒激光器。
在红外激光器2和Nd:YAG激光器3的激光线路上分别设有分束镜A4和分束镜B5，两激光器所发射的激光经分束镜透射后均射向耦合器6，所述的耦合器6与大芯径光纤7的一端连接，大芯径光纤7的另一端通向被消融目标，被消融目标位于盛有水的玻璃水槽8中，处于液体环境下。
被消融目标的一侧设有用于捕捉其消融状态的高速相机9，被消融目标的另一侧还设有LED照明灯10，所述的LED照明灯10与高速相机9同轴设置。
脉冲延迟控制器1通过信号线分别与红外激光器2、Nd:YAG激光器3以及高速相机9连接并进行控制。
监控单元包括探测器A13、探测器B14、探测器C15以及示波器16，示波器16与脉冲延迟控制器1连接，其中探测器A13和探测器B14分别与分束镜A4和分束镜B5相对应，检测分束镜A4和分束镜B5所反射的激光，并将激光信号转换为电信号，探测器A13与探测器B14均通过信号线与示波器16连接，将电信号输入示波器16的CH3和CH4通道。监控单元主要作用是准确记录两种红外脉冲激光作用时间延迟及记录消融性红外脉冲激光透过汽泡能量大小。
所述的被消融目标的一侧附近还设有针式水听器17，针式水听器17距离大芯径光纤7端面2mm以上，所述的针式水听器17通过信号线与示波器16连接，针式水听器17探测汽化泡膨胀和闭合时辐射的冲击波信号然后将电信号输入示波器CH2通道。
所述的被消融目标的下方还设有滤波片11，所述的滤波片11对1.064μm波长的光线全反射，对红外波长全透射，反射率与透射率均不小于90%，滤波片11上的入射光束与滤波片11的入射角为45°。探测器C15位于滤波片11的下方并通过信号线与示波器16连接，所述的滤波片11与探测器C15之间还设有红外激光凸透镜12。透射过滤光片的红外激光经红外激光凸透镜汇聚于探测器C15上，并被转换成电信号输入示波器16的CH1通道。
本实施例所提供的装置用于提高红外脉冲激光在液体环境下的消融效率的方法如下：首先脉冲延迟控制器控制Nd:YAG激光器和高速相机开启，Nd:YAG激光器发射Nd:YAG激光作为前置脉冲，Nd:YAG激光经过分束镜B透射、大芯径光纤传导后到达被消融目标，由于被消融目标处于液体环境中，Nd:YAG激光首先在大芯径光纤的端面与被消融目标的表面之间的间隙处产生一汽化泡，当高速相机监控到汽化泡的体积达到最大时，脉冲延迟控制器控制红外激光器开启，红外激光器发射红外激光经过分束镜A透射、大芯径光纤传导后，穿透汽化泡直接辐射于大芯径光纤端面下方的被消融目标表面进行消融，从而提高消融效率。

Claims (8)

1.一种提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：至少包括脉冲延迟控制器、红外激光器、Nd:YAG激光器、耦合器、大芯径光纤以及高速相机，在红外激光器和Nd:YAG激光器的激光线路上分别设有分束镜A和分束镜B，两激光器所发射的激光经分束镜透射后均射向耦合器，所述的耦合器与大芯径光纤的一端连接，大芯径光纤的另一端通向位于液体环境中的被消融目标，被消融目标的一侧设有用于捕捉其消融状态的高速相机，所述的脉冲延迟控制器通过信号线分别与红外激光器、Nd:YAG激光器以及高速相机连接并进行控制。
2.根据权利要求1所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：被消融目标的另一侧还设有LED照明灯，所述的LED照明灯与高速相机同轴设置。
3.根据权利要求1所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：还设有监控单元，所述的监控单元至少包括探测器A、探测器B以及示波器，示波器与脉冲延迟控制器连接，其中探测器A和探测器B分别与分束镜A和分束镜B相对应，检测分束镜A和分束镜B所反射的激光，并将激光信号转换为电信号，探测器A与探测器B均通过信号线与示波器连接。
4.根据权利要求3所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：所述的被消融目标的下方还设有滤波片，所述的滤波片对1.064μm波长的光线全反射，对红外波长全透射，反射率与透射率均不小于90%，滤波片的下方设有探测器C，探测器C用于检测透射过滤波片的激光光线并将光信号转换为电信号，探测器C通过信号线与示波器连接。
5.根据权利要求4所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：所述的滤波片与探测器C之间还设有红外激光凸透镜。
6.根据权利要求3所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：所述的被消融目标的一侧还设有针式水听器，所述的针式水听器通过信号线与示波器连接。
7.根据权利要求1所述的提高红外脉冲激光消融效率的装置，其特征在于：所述的红外激光器为钬激光器、铥激光器或铒激光器。
8.一种采用权利要求1所述装置提高红外脉冲激光消融效率的方法，其特征在于包括以下步骤：首先脉冲延迟控制器控制Nd:YAG激光器和高速相机开启，Nd:YAG激光器发射Nd:YAG激光作为前置脉冲，Nd:YAG激光经过分束镜B透射、大芯径光纤传导后到达被消融目标，由于被消融目标处于液体环境中，Nd:YAG激光首先在大芯径光纤的端面与被消融目标的表面之间的间隙处产生一汽化泡，当高速相机监控到汽化泡的体积达到最大时，脉冲延迟控制器控制红外激光器开启，红外激光器发射红外激光经过分束镜A透射、大芯径光纤传导后，穿透汽化泡直接辐射于大芯径光纤端面下方的被消融目标表面进行消融，从而提高消融效率。
CN201310601433.8A 2013-11-23 2013-11-23 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法 Active CN103584916B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310601433.8A CN103584916B (zh) 2013-11-23 2013-11-23 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310601433.8A CN103584916B (zh) 2013-11-23 2013-11-23 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103584916A true CN103584916A (zh) 2014-02-19
CN103584916B CN103584916B (zh) 2015-06-24

Family

ID=50075385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310601433.8A Active CN103584916B (zh) 2013-11-23 2013-11-23 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103584916B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040039378A1 (en) * 2000-06-01 2004-02-26 Lin Charles P. Selective photocoagulation
US20040102765A1 (en) * 2001-03-27 2004-05-27 Karsten Koenig Method for the minimal-to non-invase optical treatment of tissues of the eye and for diagnosis thereof and device for carrying out said method
CN1891173A (zh) * 2005-02-12 2007-01-10 北京瑞尔通激光科技有限公司 双波长连续泵浦的固定激光软组织治疗仪和方法
WO2007097542A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-30 Lutronic Corporation Nd:yag laser for removing fatty tissue
CN100349554C (zh) * 2005-08-31 2007-11-21 北京光电技术研究所 激光治疗系统
WO2008024022A1 (fr) * 2006-07-31 2008-02-28 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'lazernye Tehnologii V Meditsine ' (Ooo 'l.T.M.') Dispositif laser
CN201108497Y (zh) * 2006-11-23 2008-09-03 北京市赛思创科技发展有限责任公司 一种双波长激光治疗前列腺增生设备
CN103239292A (zh) * 2013-05-16 2013-08-14 周辉 一种医用多功能激光治疗装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040039378A1 (en) * 2000-06-01 2004-02-26 Lin Charles P. Selective photocoagulation
US20040102765A1 (en) * 2001-03-27 2004-05-27 Karsten Koenig Method for the minimal-to non-invase optical treatment of tissues of the eye and for diagnosis thereof and device for carrying out said method
CN1891173A (zh) * 2005-02-12 2007-01-10 北京瑞尔通激光科技有限公司 双波长连续泵浦的固定激光软组织治疗仪和方法
CN100349554C (zh) * 2005-08-31 2007-11-21 北京光电技术研究所 激光治疗系统
WO2007097542A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-30 Lutronic Corporation Nd:yag laser for removing fatty tissue
WO2008024022A1 (fr) * 2006-07-31 2008-02-28 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'lazernye Tehnologii V Meditsine ' (Ooo 'l.T.M.') Dispositif laser
CN201108497Y (zh) * 2006-11-23 2008-09-03 北京市赛思创科技发展有限责任公司 一种双波长激光治疗前列腺增生设备
CN103239292A (zh) * 2013-05-16 2013-08-14 周辉 一种医用多功能激光治疗装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕涛，李正佳: "基于高速摄像术的聚焦Nd:YAG脉冲激光水下空化效应实验研究", 《中国科学：物理学 力学 天文学》, vol. 41, no. 11, 20 November 2011 (2011-11-20), pages 2 - 1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103584916B (zh) 2015-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2616209B1 (en) Industrial high power fiber laser system with optical monitoring assembly
CN107953027B (zh) 一种脉冲组合的飞秒-纳秒激光加工系统及加工方法
CN101762332A (zh) 单发次超短激光脉冲对比度测量装置
EP1764885A3 (en) Short pulse lasers using large mode area fibers and higher order modes
CN103411932B (zh) 基于远程变焦光路复用的libs测试系统及测试方法
CN202145160U (zh) 光时域反射仪
CN210103765U (zh) 一种用于切割玻璃的红外激光切割装置
CN105737982A (zh) 一种光热偏转光谱检测装置及检测方法
CN201935737U (zh) 激光脉冲波形测量装置
CN115041811A (zh) 一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置及方法
CN201681171U (zh) 玻璃圆台激光光纤耦合器
CN103624409A (zh) 一种记录脉冲激光消融动态变化的装置及方法
CN105328350A (zh) 自动检测穿孔的激光切割头
CN103584916B (zh) 一种提高红外脉冲激光消融效率的装置及方法
CN110955107A (zh) 一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法
CN1293401C (zh) 空心圆台激光光纤耦合器
CN206480912U (zh) 一种皮秒/飞秒脉冲宽度可变激光系统
CN112212964B (zh) 光声传感器、光声探测系统、方法、装置及存储介质
CN111129915B (zh) 一种用于光纤激光器的防反射系统及方法
CN112421360A (zh) 一种一体化光纤谐振腔及其制作方法和应用
CN203076791U (zh) 用于tol、ogs触控上导电膜层激光刻蚀的装置
CN105846294B (zh) 实时监控切割状态的激光器
CN205032860U (zh) 自动检测穿孔的激光切割头
CN206192500U (zh) 光束取样系统
CN205603845U (zh) 一种光纤电脑绣花机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant