CN1043497C

CN1043497C - 双光束钇铝石榴石激光器

Info

Publication number: CN1043497C
Application number: CN 96119606
Authority: CN
Inventors: 李正佳; 朱长虹
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 1996-09-01
Filing date: 1996-09-01
Publication date: 1999-05-26
Anticipated expiration: 2016-09-01
Also published as: CN1149213A

Abstract

本发明为一种双光束钇铝石榴石激光器，主要构成为：在双椭圆聚焦腔内设置有一只泵浦灯和两只钇铝石榴石激光棒，由激光输出镜、激光全反镜和一只激光棒，构成基频光学谐振腔；由倍频激光输出镜、激光倍频晶体、光学隔离镜、Q开关元件、全反镜和另一只激光棒，构成一个腔内倍频光学谐振腔；另配有可移出或插入的反光板。本发明具有结构简单、性能稳定可靠、能在一台激光电源和器件中，实现两个波长、双光束激光的同时输出和切换输出的功能。

Description

双光束钇铝石榴石激光器

本发明属于光电子、激光技术应用领域，为一种双光束钇铝石榴石(YAG)激光器，(以下简称：“YAG激光器”)，所形成的产品可用于高科技激光医疗器械之中。

现有技术中的激光技术已在生物医学研究和临床医疗手术中得到广泛应用。目前，大部分医用激光器只是利用激光的“光热作用”，对病变组织进行切除和汽化。而可见光波段的激光可与生物组织产生“光化学反应”，进而能够诊断和治疗癌症。这种“光动力学疗法”已被医学专家所重视和关注。

国际上研究固体激光器的权威W.Koechner教授在所著的《Solid-State Laser Engineering》(固体激光工程)一书中，描述了固体激光器的泵浦方法，激光器的聚光腔通常采用单灯单棒和双灯单棒以及多灯单棒的配置方式。这种方式的光能转换效率不高，棒受灯直接照射的部分较小，而聚光腔对泵浦光的吸收和挡光面积较大，并且激光器只是以单光束方式运转，若要得到两个波长的双光束输出，必须采用两台不同的激光器。据美国出版的《激光集锦》(Laser Focus)杂志报导，美国Schwarz电光公司开发了一种名为1-2-3的激光器，该激光器通过更换激光介质、聚光腔和反射镜来实现波长在1微米、2微米、3微米处的单光束输出。但操作手续烦琐，运用不方便，并且没有采用倍频技术，激光波长都处于近红外范围，只是利用了激光的“光热作用”，而对于利用可见光波段激光的“光化学效应”来进行“光动力学疗法”，该激光器是不能胜任的。

另外，还有一种采用在光路上置换光学元件的方法，来实现基频光和倍频光的交替输出，但该方法要求的机械加工精度很高，很容易破坏谐振腔的振荡条件，结构复杂，操作麻烦，也只能以单光束方式运转，单波长分时输出，输出功率稳定性差，重复精度低，难于在商业上获成功的应用。

本发明的目的在于为克服上述产品和方法的不足之处。在一台YAG激光器上实现可见与近红外两个波段的激光运转性和双光束输出，并可按照使用者的要求实行同时输出和切换输出。以制造出性能稳定的双波长、双光束的钇铝石榴石激光器。

本发明所述的双光束钇铝石榴石激光器的构成原理是：利用单灯双棒可变形的聚光腔结构，全封闭的光路系统和腔内倍频的光学隔离元件，在聚光腔内，泵浦灯的两侧配置可移出或插入的反光板，当插入一块反光板时，可使一灯一棒组合成一个聚光腔，可将双光束双波长激光切换成单光束激光输出，当去掉反光板时，可同时输出双光束和两个波长的激光。

此外，本发明技术在可控硅激光电源主电路中，采取单相整流后可控硅两端跨接电阻的结构方式。使在单相整流后，可控硅不导通时，仍能维持泵浦灯的弧光状态；导通时该电阻可以使泵浦灯上的电压，电流波形平滑，减少泵浦灯的电流冲击和电极溅射。

本发明所述的双光束钇铝石榴石激光器的主要构成为：由聚光腔、谐振腔和可控硅激光电源组成，在双椭圆聚焦腔1内，设置有一只泵浦灯2，两只钇铝石榴石(YAG)激光棒3，泵浦灯2安置在双椭圆的公共焦点上，钇铝石榴石激光棒3安置在双椭圆的另外两个焦点上；其中由激光输出镜4、激光全反镜5和一只钇铝石榴石激光棒3，构成一个基频光学谐振腔；由倍频激光输出镜6、激光倍频晶体7、光学隔离镜8、Q开关元件9、全反镜10和另一只钇铝石榴石激光棒3，构成一个腔内倍频光学谐振腔。在泵浦灯2的两侧，配置有可移出或插入的反光板11，所说的反光板11可在泵浦灯2的左边或者右边移出或插入。

所说的激光输出镜4、激光全反镜5、倍频激光输出镜6和全反镜10的光学波段为0.3微米～3.0微米。

根据本发明所述的技术，在可控硅激光电源主电路中的可控硅的两端跨接有电阻。

本发明所说的双光束钇铝石榴石激光器具有如下效果：

1．采用单灯双棒聚光腔，其聚光效率高于传统的双灯单棒和单灯单棒聚光腔。

2．结构简单性能稳定可靠。在一台激光电源和器件中，仅用移动反光板的方法就可实现两个波长、双光束激光的同时输出和切换输出，操作方便。采用全封闭光路系统可有效地保护光学元件，防尘防潮，保证激光器能长期稳定运转。

3．可控硅激光电源中，在单相整流后将可控硅两端跨接电阻的方法，是在激光电源电路设计上进行的重大改进，淘汰了传统的电容、电感滤波技术，使在可控硅不导通时，仍能维持泵浦灯的弧光状态；导通时可使灯上的电压，电流波形平滑，减少了灯的电流冲击和电极溅射。保证了弧光预燃状态的稳定，大大延长了国产泵浦灯的使用寿命。

4．在激光倍频光路中采用光学隔离镜，对增大倍频激光功率具有重要的作用。

5．实施利用本发明技术所生产的医用双光束钇铝石榴石激光器，体积小、重量轻、功能强、用途广。将激光的“光热作用”和“光化学效应”合二为一；既可用于食道癌、鼻咽癌、肺癌、膀胱癌和直肠癌等的早期荧光诊断与光动力学治疗，又能发挥传统单光束激光光纤手术器的功能，进行各种外科激光手术。具有广阔的应用前景和很大的市场潜力。

附图1：表示光学系统结构示意图；

附图2：表示全封闭光路示意图；

附图3：表示单灯双棒聚光腔的剖视图示意图；

附图4：表示可控硅激光电源的可控硅部分示意图。

附图1给出了光学系统结构示意图，其中包括：1.06微米激光输出镜4，两支钇铝石榴石激光棒3，一只泵浦灯2,1.06微米激光全反镜5；0.53微米倍频激光输出镜6，激光倍频晶体7，光学隔离镜8,Q开关元件9和全反镜10。如图所示，它们分别构成一个基频光学谐振腔和一个腔内倍频光学谐振腔。当泵浦灯的输入电功率为4～5千瓦，处于一个聚光腔内的两只YAG激光棒，受到光泵浦的作用，产生粒子数反转，在基频光学谐振腔内形成受激放大可输出50瓦的1.06微米激光；在腔内倍频光学谐振腔内，由受激放大和非线性光学效应，可输出5瓦的0.53微米倍频激光。

附图2是全封闭光路示意图，由光导纤维12、聚焦镜13和附图1部分A即输出镜、钇铝石榴石(YAG)激光棒和全反镜等组成一个全封闭的光路。

附图3是双椭圆聚光腔的剖视图，钇铝石榴石(YAG)激光棒3，位于两个椭圆的焦点上，而泵浦灯2则位于两个相交椭圆的公共焦点上，双椭圆聚焦腔1内壁为反光面14。反光面的作用是将泵浦灯发出的泵浦光反射会聚到YAG激光棒上，同时，泵浦灯对YAG激光棒的直接照射面积要大于传统的单灯单棒聚光腔，并相应减小了挡光面积，因此其聚光效率高。在聚光腔内可设置有可移动的反光板11，反光板11的分别插入与同时移开，就能实现双光束的切换与同时输出的功能。

附图4是可控硅激光电源主电路，单相整流15经可控硅16和跨接电阻17的原理示意图。当可控硅关闭时，整流后的电流经电阻到泵浦灯上，由于电阻的分压作用，使泵浦灯上的电压和电流维持在弧光预燃状态，可使激光器稳定运转在阈值以下；当可控硅导通时，泵浦灯上的电压和电流随之增大，则YAG激光器可运转在阈值以上，同时电阻还使可控硅在小导通角时，填补了电压、电流波形的“缺口”部分，保证泵浦灯发光稳定；当可控硅导通角增大时，电阻可有效地减小电流、电压波形中“尖峰”等高次谐波部分，使波形较为平滑，起到了滤波整形的作用。

Claims

1．一种双光束钇铝石榴石激光器，由聚光腔、谐振腔和可控硅激光电源组成，其特征在于，在双椭圆聚光腔内，设置有一只泵浦灯，两只钇铝石榴石激光棒，泵浦灯安置在双椭圆的公共焦点上，钇铝石榴石激光棒安置在双椭圆的另外两个焦点上；其中由激光输出镜、激光全反镜和一只钇铝石榴石激光棒，构成一个基频光学谐振腔；由倍频激光输出镜、激光倍频晶体、光学隔离镜、Q开关元件、全反镜和另一只钇铝石榴石激光棒，构成一个腔内倍频光学谐振腔；在泵浦灯的两侧，配置有可移出或插入的反光板；

所说的激光输出镜、激光全反镜、倍频激光输出镜和全反镜的光学波段为：0.3微米～3.0微米。

2．按照权利要求1所说的激光器，其特征在于，在所说的可控硅激光电源中，可控硅的两端跨接有电阻。

3．按照权利要求1的说的激光器，其特征在于，由输出镜、钇铝石榴石激光棒和全反镜组成一个全封闭的光路。