CN103779773A - 激光设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光设备及其控制方法。提供了一种激光设备，其包括：空腔，具有输出镜和反射镜；布置在空腔内的激光介质和激发灯；波长选择器，允许从多个波长之中选择对于要发射的激光脉冲的波长；以及控制器，控制激发灯的发射定时、根据要以多个波长中的哪个波长来发射脉冲而确定的激发灯的发射能量、以及脉冲的发射。控制器连续地发射由包括至少两个波长的脉冲的多个脉冲形成的脉冲列。

Description

激光设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光设备及其控制方法。

背景技术

已经开发了使用可调谐（tunable）脉冲激光器的用于医疗应用的光声层析成像设备（在下文中，“PAT设备”）（参见S.Manohar etal,Proc.of SPIE vol.6437 643702-1）。PAT设备是测量装置，其向待测量的部分发出纳秒激光脉冲，接收由从该部分产生的超声波（光声波）转换得到的信号并且分析信号以获得图像。期望PAT设备使得能够通过观察集聚的血管确定在活体内是否存在肿瘤或者通过基于根据发出的激光的波长的生物组织的吸收系数的谱测量进行在活体内的功能分析。

认为使用钛蓝宝石晶体或者翠绿宝石（alexandrite）晶体的可调谐激光器适合作为PAT设备的光源。特别地，由于用作激光介质的翠绿宝石晶体的长荧光寿命，因此翠绿宝石激光器可以被闪光灯直接激发以便相对容易地实现高能量输出。

另一方面，闪光灯的发射谱较宽，范围从紫外到红外，使得与激光介质的吸收谱的一致性较差。闪光灯的热能使得激光介质的温度改变，这引起其中通过激光介质的光束被折射的热透镜（thermallensing）效应。如在与用于观察大气的多波长谐振散射激光雷达（lidar）系统的翠绿宝石激光器有关的报告中指出的，已知翠绿宝石激光器有显著的热透镜效应。因此，为了实现稳定的脉冲发射，需要减少或者稳定热透镜效应。

激光介质的温度分布取决于由闪光灯给出的热能以及激光介质附近的循环（circulating）水的冷却效果。激光介质被浸于恒温的循环水中，而同时灯能量被维持恒定，以便保持热透镜功率处于稳定状态。已经公开了其中在改变灯能量时使得每多个脉冲的平均的灯能量恒定以便实现稳定的脉冲发射的方法（美国专利No.6193711）。

利用PAT设备，通过使用两个或更多个波长的激光，可以根据氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白之间的光谱差确定血氧饱和度。当基于两个波长使用光声信号获得精确的活体内的功能信息（诸如氧饱和度）时，优选的是将两个波长的激光能量输出保持在同一个水平。

专利文献1：美国专利No.6193711

非专利文献1：S.Manohar et al,Proc.of SPIE vol.6437643702-1

发明内容

翠绿宝石激光器的振荡带从720nm到800nm，这匹配氧合血红蛋白或者脱氧血红蛋白的吸收带，使得它适于测量氧饱和度。另一方面，因为增益强度对于每个波长大大地不同，所以激光器的能量输出水平在750nm附近和800nm附近处大大地不同。因此，为了实现与波长无关的相同的输出水平处的稳定的脉冲发射，需要在改变波长的同时控制闪光灯的能量输出。

美国专利No.6193711公开了利用Er:YAG激光脉冲进行活体内的照射的有效的方法。Er:YAG激光器发出2940nm的波长处的光，该光对生物组织中的水有较高的反应并且产生很少的热，并且因此适用于激光治疗。根据美国专利No.6193711中公开的实现稳定的脉冲发射的方法，使得对于脉冲列（train）内包括的脉冲的闪光灯的平均能量输出恒定，从而使得由闪光灯给予Er:YAG激光介质的平均热能恒定。

然而，不同于具有宽增益带的使用钛蓝宝石或者翠绿宝石的激光器，Er:YAG激光器以固定波长发出光。即，美国专利No.6193711涉及控制固定波长的激光器的方法。美国专利No.6193711中示出的配置不容许容易地改变波长，并且因此不能被用于通过PAT进行的活体内的功能诊断，该PAT使用生物组织对于不同波长表现出的吸收特性的差异。

另一方面，在使用PAT的谱测量中，需要一种允许从照射的开始起进行更精确的活体内的测量的激光器的驱动方法。

鉴于上面描述的问题做出本发明，并且本发明的一个目的是通过可调谐脉冲激光器来与波长无关地实现稳定的脉冲输出。

本发明提供一种激光设备，其包括：

空腔（cavity），被配置为包括输出镜和反射镜；

布置在空腔内的激光介质和激发灯（excitation lamp）；

波长选择器，被配置为允许从多个波长之中选择对于要发射的激光脉冲的波长；以及

控制器，被配置为控制激发灯的发射定时、根据要以多个波长中的哪个波长来发射脉冲而确定的激发灯的发射能量、以及脉冲的发射，其中

控制器连续地发射由包括至少两个波长的脉冲的多个脉冲形成的脉冲列。

本发明还提供一种用于激光设备的控制方法，该激光设备包括：空腔，包括输出镜和反射镜；布置在空腔内的激光介质和激发灯；波长选择器，允许从多个波长之中选择对于要发射的激光脉冲的波长；以及控制器，控制激发灯的发射定时、根据要以多个波长中的哪个波长来发射脉冲而确定的激发灯的发射能量、以及脉冲的发射，

所述方法包括操作控制器以便连续地发射由包括至少两个波长的脉冲的多个脉冲形成的脉冲列的发射步骤。

根据本发明，可调谐脉冲激光器可以与波长无关地输出稳定的脉冲。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出本发明的激光设备的一个实施例的配置图；

图2A和图2B示出在本发明的激光器驱动方法的一个实施例中的脉冲图案；

图3是示出本发明的激光设备的一个实施例的配置图；

图4是示出本发明的激光设备的一个实施例的配置图；

图5A和图5B示出脉冲图案的比较示例；

图6示出脉冲图案的比较示例；

图7示出在本发明的激光器驱动方法的一个实施例中的脉冲图案；

图8示出本发明的激光器驱动方法的一个实施例；

图9是示出用于光声测量的本发明的激光设备的一个实施例的配置图；以及

图10是示出PAT设备的一个实施例的配置图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。注意，并不意图将这个发明的范围限制于下面给出的细节，并且以下描述的组成组件的尺寸、材料、形状和相对布置等应该按照需要根据应用本发明的设备的配置和各种条件而改变。

本发明可以被理解为可调谐激光设备、及其控制方法。本发明可以被应用于包括这种可调谐激光设备作为一个组成元件的光声设备（PAT设备）。也就是说，它是具有根据本发明的可调谐激光设备的PAT设备，该PAT设备利用激光照射被检体以便获得通过光声效应从被检体内的吸收光的部分产生并且传播通过被检体的光声波。借助于根据本发明的可调谐激光设备，发射到被检体的光的波长可以以稳定的方式简单地被改变，使得具有不同光吸收特性的各种组织（吸收光的部分）的存在可以被识别作为特性信息。所获得的信息可以被显示以用于诊断。

在本发明中提及的声波（acoustic waves）典型地是超声波，包括称为音波（sound waves）、超声波或者声波的弹性波。通过光声效应产生的声波被称为“光声波”或者“光诱导的超声波”。

（设备的配置）

图1示出被用在本发明中的可调谐激光器的配置的一个示例。空腔是通过输出镜103和反射镜104来形成的。激发腔（chamber）100、Q开关105和波长选择器106被布置在空腔内。棒状的激光介质101和用于激发激光介质101的闪光灯102（激发灯）在激发腔100中彼此相邻地布置。来自闪光灯102的发射能量的一部分被激光介质101吸收以便产生反转的分布，并且在期望的定时处通过Q开关105减少空腔中的损失以便发射光的脉冲。激光介质101是具有高增益带宽的激光晶体，并且波长选择器106允许选择输出脉冲的波长。

可应用的由闪光灯激发的可调谐脉冲激光器的示例是钛蓝宝石激光器和翠绿宝石激光器。这些可调谐脉冲激光器具有匹配与氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收特性对应的频带的振荡波长带，使得它们可以有利地被用来检测血氧饱和度。特别地，翠绿宝石激光器可以容易地被闪光灯激发并且对于每个脉冲输出高能量。在下面示例中，激光介质将被描述为翠绿宝石，但是本发明不限于翠绿宝石激光器。

（热透镜效应）

在具有闪光灯作为激发源的激光器中，使得热透镜功率恒定以便实现稳定的脉冲发射是必不可少的。以下将详细描述热透镜。当从闪光灯发射的光被激光介质吸收时，热被产生并且改变激光介质的温度。其中吸收光的部分以及周围部分的密度和折射率在这时候根据温度分布而改变。激光介质的温度取决于从闪光灯发射的热能以及围绕激光介质循环的水的温度。通常，激光介质的温度在中心部分和外围部分之间不同，使得折射率在中心和外围之间大大地不同，由此介质表现出透镜效果。其中产生热透镜的激光介质中的这个现象被称为热透镜效应。

（维持激光介质的稳定温度的控制的示例）

下面将描述本发明的激光器驱动方法的一个实施例。将参考图2A大致描述具有几乎相同能量输出的以两个不同波长发射的光的脉冲图案的示例。在图2A中，横轴表示时间(T)，而纵轴表示闪光灯102的发射能量（Elamp）。

在下面的描述中，以波长λa利用Elamp_a的发射能量发射的激光的脉冲将被称为“脉冲A”，而以波长λb利用Elamp_b的发射能量发射的激光的脉冲将被称为“脉冲B”。利用由脉冲A和脉冲B的组合组成的脉冲列重复地照射被检体。能量水平Elamp_a和Elamp_b被确定为使得以不同波长发射的脉冲的能量输出将基本上是相同的。波长λa和波长λb可以被认为是本发明的定义中的第一波长和第二波长。

图2A中的虚线示意性地表示激光介质（棒）的温度变化。因为在激光介质内存在温度分布，所以在介质的端面处中心轴上的温度（Tlod）这里被用作激光介质的代表性温度。激光介质101被浸于填充激发腔100的循环水中。在闪光灯被导通之前循环水的温度被保持恒定。

当闪光灯102被导通时，循环水和激光介质的温度上升。利用设定为使得波长λa和λb的脉冲的能量输出将相同的相应的发射能量Elamp_a和Elamp_b发射脉冲A和脉冲B。因为脉冲A和脉冲B的脉冲列被重复，所以激光介质温度Tlod逐渐地上升到稳定状态。

图2B放大地示出图2A的由一点链线包围的右上方部分。箭头指出Q开关105脉冲发射的定时。因为利用灯的不同的发射能量发射脉冲A和脉冲B，所以激光介质温度Tlod在每个发射之后轻微地改变。然而，因为平均的灯能量在整个脉冲列期间是恒定的，所以Tlod的变化是非常小的。相应地，激光介质的热透镜功率基本上恒定，并且脉冲A和脉冲B两者被稳定地发射。当激光介质温度处于稳定状态并且总是相同的脉冲列被重复时，激光介质温度在脉冲A和脉冲B中的每一个的整个期间基本上恒定。因此，在具有相同的波长的脉冲之间存在很少的光特性的差异。

虽然激光介质的温度变化大大地受来自闪光灯的发射的影响，但是不仅发射强度而且发射间隔也是重要的温度控制因素。在脉冲激光器的情况下，重复频率越高，脉冲激光器中的闪光灯的发射间隔越短，使得激光介质稳定地经受热能并且因此它的温度大大地被影响。更具体地，重复频率越高，激光介质的热弛豫（thermal relaxation）的影响越小，使得激光介质温度被稳定。

以下讨论重复频率的优选的范围。从使激光介质温度稳定的观点来看，10Hz或更大、优选地20Hz或更大的重复频率应该被使用，但是这取决于激光介质的尺寸以及诸如介质的比热之类的热性质。另一方面，从设计闪光灯激发的激光设备的观点来看，虽然这取决于施加到灯的电压，但是鉴于电源容量等通常使用100Hz或更小的重复频率。

因此，在作为PAT设备的应用中，对于本发明的激光设备，重复频率应该优选地为10Hz到50Hz，从而避免设备上的大的负荷并且实现稳定的脉冲输出。

（对于热透镜效应的补偿）

虽然可以通过图2A和图2B中示出的激光器驱动方法使得激光介质温度到稳定状态，但是介质不处于热平衡，这是因为来自闪光灯的光以脉冲方式被发射。多于特定量的温度变化可以引起表示热透镜效应的程度的热透镜功率的变化。

然而，通过尽可能地减少激光介质的温度变化，热透镜功率的这种变化可以被最小化到非常小范围。如果热透镜功率的变化非常小，则可以通过为反射镜提供特定曲率来补偿热透镜效应。也就是说，通过将由输出镜103和反射镜104的曲率确定的空腔配置为稳定的谐振器来确保稳定的脉冲发射。

更具体地，如图1所示，反射镜104被给予曲率，例如以便补偿热透镜效应。在该情况下，光束必须垂直地进入反射镜104的中心。波长选择器106应该优选地具有使用由平行的平板形成并且在它的平面中旋转的双折射滤光器的类型，因为光束不太可能在这种系统中被偏移（misalign）。允许透射期望波长的波长过滤器也可以有利地被用作波长选择器106。

如果重复频率小于10Hz，则激光介质温度更倾向于由于热弛豫而改变，但是这取决于脉冲A和脉冲B之间的发射能量的差异。如果在脉冲A和脉冲B之间存在大的激光介质温度的差异，则图3中示出的激光谐振器设计应该优选地被用于对于各个脉冲适当地补偿热透镜效应。

（波长选择器的示例）

在图3中，棒状的激光介质101和用于激发激光介质101的闪光灯102在激发腔100中彼此相邻地布置。如附图所示，波长选择器106使光路分岔使得空腔由输出镜103和反射镜304形成，并且另一空腔由输出镜103和反射镜307形成。沿着从输出镜103到波长选择器106的共同的光路在空腔内布置激发腔100和Q开关105。通过光路的这个分岔，对于脉冲A的光被反射镜304反射，而对于脉冲B的光被反射镜307反射。两个反射镜中的每个具有与相应的波长处的热透镜功率一致的曲率，以便对于相应的波长的脉冲补偿热透镜效应。波长选择器106可以具有任何配置，只要脉冲被稳定地发射并且可以从多个选项中选择期望波长即可。

根据一种已知的选择其中光路被分岔的波长的方法，波长选择器106可以包括固定棱镜（以便使用基于折射率分散的波长分离）、以及用于选择要发射的光束的快门机构。根据另一种选择波长的方法，波长选择器106可以使用平行板来使光路分岔以及选择光束经过的光路。电介质膜被设置在用于反射期望波长的反射镜上。

热透镜功率也可以通过如图4所示地在波长选择器106与激发腔100之间布置望远镜（telescope）401以及调节望远镜401中的透镜之间的距离而被补偿。在该情况下，可以使用具有平坦表面的反射镜404。借助于具有平坦表面的这种镜404作为反射镜，不必将光束引导到反射镜的中心，使得波长选择器106可以使用用于利用包括光路的改变的折射率分散的棱镜等。

（维持激光介质的稳定温度的控制的另一个示例）

下面将描述与图2A和图2B中示出的脉冲图案不同的脉冲图案。图5A、图5B和图6示出比较示例，而图7示出根据本发明的脉冲图案。横轴表示时间(T)，纵轴表示灯的发射能量（Elamp），并且虚线表示相应的附图中的激光介质温度（Tlod）的改变。

图5A示出脉冲图案的比较示例1。随着以λa的恒定波长并且利用Elamp_a的恒定发射能量发射光的脉冲，激光介质温度Tlod逐渐地上升到热稳定的状态。

图5B放大地示出图5A中的由一点链线包围的部分。箭头指出Q开关的定时。因为闪光灯以脉冲方式发射光，所以激光介质温度存在轻微的改变。然而，在稳定状态中，激光介质的温度在脉冲发射期间保持基本上恒定，由此使得热透镜功率非常稳定。因此，如果波长恒定则利用这个图案实现稳定的脉冲发射。

图6示出脉冲图案的比较示例2。在这个图案中，几十个波长λa的具有发射能量Elamp_a的脉冲A以及几十个波长λb的具有发射能量Elamp_b的脉冲B被交替地重复。该附图示出在从脉冲A切换到脉冲B前后激光介质温度Tlod的变化。

如图6所示，激光介质温度Tlod一直改变。温度甚至在以相同的波长发射脉冲期间逐步地改变。随着激光介质温度的这种大的变化，热透镜功率也一直改变，使得热透镜补偿是困难的，并且难以实现稳定的脉冲发射。

图7示出根据本发明的脉冲图案的一个示例。这个脉冲图案是脉冲A和脉冲B的组合，其中脉冲A和脉冲B、以及脉冲B和脉冲A的脉冲列被交替地重复，诸如AB、BA、AB。每个脉冲列中的平均的灯能量是恒定的，使得激光介质温度保持基本上恒定。在这个图案中，除第一个脉冲之外，连续两次发射相同的脉冲（A或B）。因此，使得改变波长的次数为重复频率的一半，由此与波长改变关联的不稳定因素被减少。

虽然图2A、图2B和图7示出使用两个波长的激光脉冲的示例，但是可以以三个或更多个波长发射脉冲。在那种情况下，使得脉冲列中包含的脉冲类型的数量等于使用的波长的数量，并且针对相应的波长设定发射能量Elamp，使得脉冲列中的脉冲的平均的灯能量基本上恒定。

如果一个脉冲列包含三个波长的脉冲（脉冲A、脉冲B、和脉冲C），则一个脉冲列中的脉冲的顺序可以恒定，或者每次改变，但是优选地它们应该以不需要波长选择器的复杂控制的顺序发射。从热透镜补偿的观点来看，每个脉冲列中的脉冲应该总是具有相同的顺序（例如，ABC），使得激光介质温度在整个相同的波长的脉冲期间将相同。一个脉冲列中的脉冲类型（即，波长）的数量应该优选地为两个或更多个并且不大于四个，这是因为必须快速实现PAT测量。

<预热（warm-up）处理>

因为PAT设备被用于基于从初始脉冲列中获得的光声信号实现生物组织的功能分析，所以必不可少的是使得激光器输出从脉冲发射开始起稳定以便实现更高的诊断精度。因此，对于稳定的激光器输出，在活体内的照射之前预热处理是必需的，使得激光介质温度到达与在实际活体内的照射期间相同的稳定状态。

出于此目的，快门机构可以被设置在空腔内以便使激光介质温度在没有发射光的情况下在预热处理中到达稳定状态。在快门关闭并且激光介质附近的循环水的温度维持恒定的情况下，闪光灯以与实际活体内的照射期间的灯发射能量的图案相同的图案被重复地导通，以便使激光介质温度到达期望稳定状态。

在预热处理之后，对于到实际照射处理的迅速的转变，优选的是在决定进行到利用激光的活体内的照射之前检查激光介质温度是否处于稳定状态。因此在活体内的照射之前激光器的能量输出被直接测量，并且当能量输出已经变得稳定时，激光介质的温度被确定处于稳定状态。

图8示出根据本发明的激光发射的控制过程。

步骤S801是在空腔内快门和外部快门关闭的情况下以与在照射诸如活体之类的被检体时的发射图案相同的发射图案使闪光灯导通的处理。这与上面描述的预热处理对应。在来自灯的发射开始时可能有大的热透镜功率的改变，并且空腔中产生的不稳定的光束可能损坏空腔内的光学元件。因此，预热处理应该优选地在空腔内快门关闭以便停止激光发射的情况下开始。外部快门应该也被关闭以避免对被检体的影响。

步骤S802是在空腔内快门打开的情况下在与照射诸如活体之类的被检体时相同的条件下改变波长并且从闪光灯发射光的同时发射脉冲的处理。与活体内的照射期间相同的激光脉冲列被重复地发射。在这个处理中，布置在活体前面的外部快门被关闭以相对于激光遮蔽被检体。

步骤S803是借助于布置在外部快门前面的能量测量计（energymeter）测量全部脉冲的能量输出的处理。

步骤S804是检查由能量测量计确定的激光器的能量输出是否已经在每个波长处变得稳定以便决定是否可以开始被检体的照射的处理。计算每预定数量的脉冲的能量输出的标准偏差，并且测量被重复直到标准偏差变为预定的稳定值或者更低。在其中根据这个激光控制方法实现PAT测量的应用中，激光器稳定值可以根据PAT测量所需的期望精度被设定。

步骤S805是开始利用激光照射被测量的被检体的处理。可以在激光器的能量输出已经变得稳定之后自动开始激光发射。可替代地，操作者可以被通知能量输出已经稳定，并且在期望定时处开始激光发射。

PAT测量精度可以通过上面描述的操作流程增大。

为了利用PAT诊断技术测量生物组织的功能，在相同的测量点上利用不同波长的激光照射被检体，以便从相应的波长获得光声信号，由此可以提取生物组织的功能信息。优选的是尽可能地使活体保持不动以便维持它相对于PAT设备的位置，使得来自各个波长的光声信号可以被精确比较。特别地，在手持PAT设备的情况下，关键的是使被检体的移动最小化。手持PAT设备具有探测器（probe）中的接收器和光出口，并且操作者将这个探测器保持和按压到被检体上以用于测量。因此存在被检体相对于PAT设备的位置一直改变的问题。

借助于例如由以20Hz的频率重复的800nm附近的两个波长处的脉冲组成的激光脉冲列，每个波长的测量频率是10Hz，这对于测量血流的功能信息是足够频繁的。因此，精确测量是可能的，降低了测量期间的位置移动的影响。相应地，这个在连续地改变波长的同时获得光声信号的方法可以有效地提高光声谱测量的精度。

<实施例1>

下面将描述其中并入有本发明的可调谐脉冲激光器的PAT设备的一个配置及其驱动方法。

（设备的配置）

图9是PAT设备中并入的可调谐脉冲激光器的示意图。这个激光设备是能够利用20Hz的重复频率以800nm和755nm的波长发射脉冲的翠绿宝石激光器。

激光设备被如下配置。在激发腔900内布置激发翠绿宝石的闪光灯901和翠绿宝石晶体902。翠绿宝石晶体被浸于75℃的循环水中。平行板906由合成石英制成，其两个表面被光学地抛光以便具有λ/20的平坦度和1弧秒（arc second）或更小的平行度。该板具有30mm的厚度。

输出镜903涂敷有对于800nm和755nm的波长的光具有40%的透射率的电介质膜。反射镜904涂敷有对于800nm的中心波长的光具有高反射率的电介质材料的反射膜，并且反射镜908涂敷有对于755nm的中心波长的光具有高反射率的电介质材料的反射膜。当平行板906被从光轴905拉回（retract）（位置906b）时，光束沿着与光轴905一致的第一光路909行进并且谐振。当平行板906被插入到光轴905上（位置906a）时，光束被平行地移动，通过支路907并且谐振。

由Pockels单元组成的Q开关911被布置在输出镜903和激发腔900之间的光轴905上。空腔内快门912被布置在激发腔900和平行板之间。

配备有上面描述的可调谐脉冲激光器的手持PAT设备被用来测量被检体914，该被检体914是其中嵌入模拟具有80%的氧饱和度的血管的吸收体的模拟活体的样本（人体模型（phantom））。

（驱动方法）

将根据图8的流程图逐步地描述本实施例的激光器驱动过程。

在步骤S801处，开始预热过程，其中在外部快门913和空腔内快门912关闭的情况下从灯发射具有发射能量60J的脉冲A和具有发射能量48J的脉冲B。

在十分钟的预热之后，在步骤S802处，在外部快门913关闭并且空腔内快门912打开的情况下，开始激光振荡。在平行板906从光轴905被拉回（位置906b）的情况下，电容器被充电以用于使闪光灯发射光。在充电之后，闪光灯发射光，并且当能量输出在光发射之后到达峰值时，在150μsec之后Q开关被触发。然后在输出镜903和反射镜904之间谐振的光束被发射作为脉冲A，其具有800nm的波长、50nsec的脉冲宽度、150mJ/脉冲的能量输出，以及8nm的谱线宽度（半峰全宽（full width at half maximum））。

在发射脉冲A之后，平行板906被插入到翠绿宝石晶体902和反射镜904之间的光轴905上（位置906a）。电容器开始被充电以便平行地移动平行板906以及从闪光灯发射光。在平行板906已经被插入之后，闪光灯发射光。Q开关在光发射之后的150μsec之后被触发。光束沿着支路907行进（该支路907是当平行板906被插入时形成的光路），并且在由输出镜903和反射镜908形成的空腔中谐振。该光束被发射作为脉冲B，其具有755nm的波长、50ns的脉冲宽度、150mJ/脉冲的能量输出、以及8nm的谱线宽度（半峰全宽）。

重复地发射脉冲A和脉冲B的脉冲列。

在步骤S803处，利用能量测量计（未示出）测量各个激光脉冲的能量输出，该能量测量计测量由外部快门反射的光的能量。

在步骤S804处，对于脉冲A和脉冲B中的每一个每20个脉冲计算指示能量输出的稳定性的标准偏差/平均能量。能量测量被重复直到计算值变为2.5%或更低为止。当计算值已经变为2.5%或更低时，操作者被通知激光器的能量输出已经被稳定以及热透镜功率稳定的事实，这是因为激光介质温度现在处于稳定状态。

在步骤S805处，外部快门被打开，以便向被检体914发射稳定的激光脉冲列。

（PAT设备）

图10示出作为PAT设备的一个示例的手持PAT设备的示意图。本发明不限于手持类型并且可以被应用于其它类型，例如，其中病人面朝下躺着、或站立的类型。

当外部快门912被打开时，从可调谐脉冲激光设备1001射出的激光束1002进入光纤束输入端1003。激光束经过光纤束1004并且从形成手持探测器1000的光纤束出射端1005投影到被检体（诸如模拟活体的人体模型）上。

从被检体产生的光声波由作为手持探测器1000的组件的接收器1006拾取并且被转换为光声信号，经由信号线1007被发送给处理器1008并且被处理。控制器1009输出用于改变可调谐脉冲激光设备1001的波长以及闪光灯的输出的控制信号1010。

处理器1008根据基于光发射的来自可调谐脉冲激光设备1001的触发信号1011来处理信号。处理器1008对光声信号执行各种处理，诸如模数转换、图像重建、以及噪声去除，并且向用于显示被检体内的特性分布的监视器1012输出图像信息。

以这种方式，在使用应用本发明的PAT设备的测量中，两个不同的波长（800nm和755nm）的脉冲A和脉冲B被稳定地投射到模拟活体的人体模型，以便获得来自人体模型中的模拟的血管的光声信号。氧合血红蛋白的浓度CHbO和脱氧血红蛋白的浓度CHb可以通过根据获得的光声信号计算各个波长下的吸收系数被确定，以便推导出氧饱和度{CHbO/(CHbO＋CHb)}×100。通过这个方法由此获得的氧饱和度是80%。

如上所述，本发明的可调谐脉冲激光器能够进行具有减少的热透镜效应的稳定的脉冲发射，并且使得能够在由操作者的移动所引起的位置移动的影响较少的情况下精确进行PAT测量。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (16)

1.一种激光设备，包括：

空腔，被配置为包括输出镜和反射镜；

布置在空腔内的激光介质和激发灯；

波长选择器，被配置为允许从多个波长之中选择要发射的激光脉冲的波长；以及

控制器，被配置为控制激发灯的发射定时、根据要以多个波长中的哪个波长来发射脉冲而确定的激发灯的发射能量、以及脉冲的发射，其中

控制器连续地发射由包括至少两个波长的脉冲的多个脉冲形成的脉冲列。

2.根据权利要求1所述的激光设备，其中

波长选择器对于脉冲选择第一波长和第二波长中的一个，以及

控制器重复地发射由两种脉冲形成并且其中在第一波长的脉冲之后接着发射第二波长的脉冲的脉冲列。

3.根据权利要求1所述的激光设备，其中

波长选择器对于脉冲选择第一波长和第二波长中的一个，以及

控制器交替地发射由两种脉冲形成并且其中在第一波长的脉冲之后接着发射第二波长的脉冲的脉冲列、以及由两种脉冲形成并且其中在第二波长的脉冲之后接着发射第一波长的脉冲的脉冲列。

4.根据权利要求1所述的激光设备，其中

控制器重复地发射相同的脉冲列。

5.根据权利要求1所述的激光设备，还包括布置在空腔内的快门，其中

控制器执行其中在快门关闭以使得不发射脉冲的情况下使激发灯导通以使得使激光介质为稳定温度状态的预热处理。

6.根据权利要求1所述的激光设备，还包括能量测量计，所述能量测量计被配置为测量脉冲的能量输出，其中

控制器基于能量输出是否已经稳定来决定激光介质是否处于稳定温度状态。

7.根据权利要求1所述的激光设备，其中

反射镜具有补偿激光介质中的热透镜效应的曲率。

8.根据权利要求1所述的激光设备，还包括布置在激光介质和波长选择器之间的望远镜，其中

望远镜通过调节透镜到透镜的距离来补偿激光介质中的热透镜效应。

9.一种光声设备，包括：

根据权利要求1到8中任何一个所述的激光设备；

接收器，被配置为接收从已经吸收从所述激光设备发射的激光的脉冲的被检体产生的声波；以及

处理器，被配置为基于声波获得被检体的内部的信息。

10.一种光声设备，包括：

根据权利要求2或3所述的激光设备；

接收器，被配置为接收从已经吸收从所述激光设备发射的激光的脉冲的被检体产生的声波；以及

处理器，被配置为基于声波获得被检体的内部的信息，其中

两个波长分别对应于氧合血红蛋白的吸收特性和脱氧血红蛋白的吸收特性。

11.一种用于激光设备的控制方法，该激光设备包括：空腔，包括输出镜和反射镜；布置在空腔内的激光介质和激发灯；波长选择器，允许从多个波长之中选择要发射的激光脉冲的波长；以及控制器，控制激发灯的发射定时、根据要以多个波长中的哪个波长来发射脉冲而确定的激发灯的发射能量、以及脉冲的发射，

所述方法包括操作控制器以便连续地发射由包括至少两个波长的脉冲的多个脉冲形成的脉冲列的发射步骤。

12.根据权利要求11所述的激光设备控制方法，还包括操作波长选择器以便对于脉冲选择第一波长和第二波长中的一个的选择步骤，其中

在所述发射步骤中，控制器重复地发射由两种脉冲形成并且其中在第一波长的脉冲之后接着发射第二波长的脉冲的脉冲列。

13.根据权利要求11所述的激光设备控制方法，还包括操作波长选择器以便对于脉冲选择第一波长和第二波长中的一个的选择步骤，其中

在所述发射步骤中，控制器交替地发射由两种脉冲形成并且其中在第一波长的脉冲之后接着发射第二波长的脉冲的脉冲列、以及由两种脉冲形成并且其中在第二波长的脉冲之后接着发射第一波长的脉冲的脉冲列。

14.根据权利要求11所述的激光设备控制方法，其中在所述发射步骤中控制器重复地发射相同的脉冲列。

15.根据权利要求11所述的激光设备控制方法，其中激光设备还包括布置在空腔内的快门，以及

所述方法还包括，在所述发射步骤之前，操作控制器以便执行其中在快门关闭以使得不发射脉冲的情况下使激发灯导通以使得使激光介质为稳定温度状态的预热处理的预热步骤。

16.根据权利要求11到15中的任何一个所述的激光设备控制方法，其中激光设备还包括用于测量脉冲的能量输出的能量测量计，以及

所述方法还包括，在所述发射步骤之前，操作控制器以便基于能量输出是否已经稳定来决定激光介质是否处于稳定温度状态的步骤。

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