CN112993736B - 一种激光器模块、激光器及医学检测系统 - Google Patents

一种激光器模块、激光器及医学检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于激光器技术领域，提供了一种激光器模块，包括泵浦源，耦合系统，激光晶体组，所述激光晶体组至少包括第一激光晶体、第二激光晶体，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体均可单独发出激光；通过调整所述耦合系统的位置，使所述第一激光晶体和所述第二激光晶体发出不同波长的激光。本发明提供了一种激光器，其具有多个可发出不同波长激光的激光晶体，实现了一个激光器可输出多种波长激光，改变了现有激光器输出波长单一、使用受限的问题。

Description

一种激光器模块、激光器及医学检测系统
技术领域
本发明涉及一种激光器，尤其是涉及一种激光器模块、激光器及医学检测系统。
背景技术
激光自从问世以来，已被广泛应用于生活中，尤其是在生物医学上面，它也给我们人类带来了更大的方面和利益。目前在某些医学检测上，如在核酸检测试剂上的光源多为LED灯，用滤光片或者分光镜获取单一颜色光。用LED灯做成的光源，光谱宽、信噪比低、可用光能量低等缺点，逐渐被激光光源所代替。用普通的激光二极管做光源，受环境温度的影响，二极管波长不稳定，测试结果的对比度不强。
固体激光器就是用固体激光材料作为工作物质的激光器。固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、结构紧凑耐用、价格适宜、材料种类数量多等优点。采用固体激光器作为核酸检测的光源，可以克服现有产品信噪比低、结构复杂等问题。但现有技术中的激光器，往往只能产生一种波长的激光，当需要对多种试剂进行检测时，往往需要多个激光器。
发明内容
本发明的目的，一方面是提供一种激光器模块、激光器及医学检测系统，其可以产生多种激光。
一种激光器模块，包括沿光路方向依次设置的泵浦源，耦合系统，激光晶体组，所述激光晶体组至少包括第一激光晶体、第二激光晶体，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体均可单独发出激光；通过调整所述耦合系统的位置，使所述第一激光晶体和所述第二激光晶体发出不同波长的激光。
进一步地，所述泵浦源的封装形式为TO封装或C-mount封装；和/或所述耦合系统为光纤耦合系统或透镜耦合系统
进一步地，所述第一激光晶体为自倍频晶体或胶合晶体，和/或所述第二激光晶体为自倍频晶体或胶合晶体。
进一步地，所述第一激光晶体为掺杂Yb3+稀土离子的多YCOB基质材料或掺杂Nd+稀土离子的NdCOB基质材料，和/或所述第二激光为掺杂Yb3+稀土离子的多YCOB基质材料或掺杂Nd+稀土离子的NdCOB基质材料。
进一步地，所述激光晶体的厚度为0.1-5mm，和/或所述激光晶体中离子参加浓度不大于50％。
进一步地，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体沿光路方向排列。
进一步地，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体的表面均镀有增益或损耗激光的介质膜。
另一方面，本发明还提供了一种激光器，包括前述激光器模块，还包括：光反馈PD、光纤耦合系统、光纤；所述激光器模块发出的激光通过光反馈PD、光纤耦合系统耦合进光纤中。
另一方面，本发明还提供了一种激光器发出多波长激光的方法，所述激光器包括泵浦源，耦合系统，激光晶体组，所述激光晶体组至少包括第一激光晶体、第二激光晶体，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体可发出不同波长的激光；
激光器发出多波长激光的具体方法为：使所述泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统聚焦到的第一激光晶体上，所述第一激光晶体发出第一波长的激光；改变所述耦合系统的位置，使所述泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统聚焦到的第二激光晶体上，所述第二激光晶体发出第二波长的激光。
另一方面，本发明还提供了一种医学检测系统，其采用前述的激光器为光源。每一种检测试剂对应一种波长，通过改变激光器输出的波长，可使所述检测系统实现多种检测试剂的检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)现有技术中，当需要多种波长的激光的时候，往往需要多个激光器，本发明提供了一种激光器，其具有多个可发出不同波长激光的激光晶体，实现了一个激光器可输出多种波长激光，改变了现有激光器输出波长单一、使用受限的问题。
(2)本发明通过多个激光晶体共用一个泵浦源，实现了多种波长激光的产生，系统集成化程度高，所需的散热结构简单，使得系统整体的功耗呈多倍降低。
(3)本发明通过调整耦合系统的位置，使得多个激光晶体分别产生不同波长的激光，方法操作简单，易于实现。
(4)本发明所提供的医学检测系统，以可产生多种波长的激光器为光源，替代了已有的LED光源，克服了现有产品信噪比低、结构复杂的问题。一种检测试剂对应一种波长激光，正常需要多种激光器才能检测多种试剂，整机系统尺寸较大；本发明一台激光器就能实现多波长激光输出，实现多种试剂的检测，系统集成化更高、应用范围更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中具有一个激光器模块的激光器的结构示意图；
图2是本发明中具有两个激光器模块的激光器示意图；
图3是本发明中包含两个激光晶体的激光晶体组的示意图；
图4是本发明中包含三个激光晶体的激光晶体组的示意图；
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
如图1所述，一种激光器模块，包括沿光路方向依次设置的泵浦源1，耦合系统2，激光晶体组3，所述激光晶体组3至少包括第一激光晶体301、第二激光晶体302，所述第一激光晶体301和所述第二激光晶体302均可单独发出激光；通过调整所述耦合系统2的位置，使所述第一激光晶体301和所述第二激光晶体302发出不同波长的激光。
泵浦光只有聚焦在激光晶体上才能让激光晶体输出激光，没有聚焦的激光晶体，由于泵浦能量密度不能满足粒子数反转，故达不到激光出光阈值，无法输出激光。通过调整所述耦合系统2的位置，使泵浦源1发出的泵浦光通过耦合系统2聚焦到不同位置的激光晶体上，实现了激光器模块可发出多种波长激光的功能。
如当所述耦合系统2在位置一时，所述泵浦源1发出的泵浦光通过耦合系统2聚焦到第一激光晶体的焦点上，从而使得第一激光晶体产生第一波长的激光；改变耦合系统2的位置，使得所述泵浦源1发出的泵浦光聚焦到第二激光晶体的焦点上，从而使第二激光晶体产生第二波长的激光。
当然，可根据所需发出不同波长激光的数量，设置相应数量的激光晶体，如图3、4所示，当所述激光器模块需要发出两种不同波长的激光时，所述激光晶体组3便由第一激光晶体301、第二激光晶体302组成；当所述激光器模块需要发出三种不同波长的激光时，所述激光晶体组3便由第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303组成等；以此类推，在此不做限制。
改变耦合系统2位置的方式有多种，如可以为电机驱动从而带动耦合系统的移动，也可以采用电磁驱动或者其他常见的驱动形式，在此不做限制。
进一步的，所述泵浦源的封装形式为TO封装或C-mount封装；和/或所述耦合系统为光纤耦合系统或透镜耦合系统
在一个实施例中，所述泵浦源为泵浦源LD，泵浦源LD为单个LD或LD列阵，在此不做限制。
在一个实施例中，所述耦合系统2为双透镜耦合系统，利用透镜耦合系统可以获得更高的耦合效率，而采用双透镜耦合系统，其主要优势就是可以分散公差，使得光路上的元件可以有更大的位移空间。
进一步地，所述第一激光晶体301为自倍频晶体或胶合晶体，和/或所述第二激光晶体为自倍频晶体或胶合晶体。
自倍频晶体自倍频晶体同时具备激光发射和非线性光学倍频效应两种功能。基于自倍频晶体制作的全固态激光器有着结构简单、体积小、成本低、结构紧凑、稳定性高等优点，在激光器的小型化方面有着良好的应用前景。胶合晶体是由激光晶体和倍频晶体通过胶合的方式固定在一起，形成一个独立的倍频器件。
在一个实施例中，所述第一激光晶体301和所述第二激光晶体302优选为自倍频晶体。因为自倍频晶体同时具有激光和倍频效应，使得在同一个晶体中能同时实现激光过程和非线性倍频过程，整个结构更加简单紧凑，成本低。
进一步地，所述第一激光晶体为掺杂Yb3+稀土离子的多YCOB基质材料(简写“Yb:YCOB”)或掺杂Nd+稀土离子的GdCOB基质材料(简写“Nd:GdCOB”)，和/或所述第二激光为掺杂Yb3+稀土离子的多YCOB基质材料或掺杂Nd+稀土离子的NdCOB基质材料，当然，第一激光晶体301和第二激光晶体302还可以为其他常见的自倍频晶体材料，如可以是Yb:YAB，或是Yb:YCOB，或是NYAB，或是NGAB，或是NLSB，或是Nd:LCB等材质。
其中，激光晶体组3中的第一激光晶体301和第二激光晶体302可以为相同材质的激光晶体，如均为掺杂Yb:YCOB晶体，或均为Nd:GdCOB晶体，第一激光晶体301和第二激光晶体302也可以为不同材质的激光晶体，如第一激光晶体301为掺杂Yb:YCOB晶体，第二激光晶体为Nd:GdCOB晶体。
需要说明的是，当第一激光晶体301和第二激光晶体302为相同材质时，所述泵浦源1为单泵浦光束；当第一激光晶体301和第二激光晶体302为不同材质时，所述泵浦源1为两种泵浦光的合束。比如：当第一激光晶体301为Nd:GdCOB，第二激光晶体302为Yb:YCOB，泵浦源1为802nm和976nm两个波长的泵浦光合束，泵浦光的合束可采用现有技术中常见的合束方式，在此不做限定。
进一步地，所述激光晶体的厚度为0.1-5mm，和/或所述激光晶体中离子参加浓度不大于50％。
进一步地，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体沿光路方向排列。
进一步地，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体的表面均镀有增益或损耗激光的介质膜。
在一个实施例中，为了实现波长为波长为530nm、545nm、560nm三种波长激光的输出，所述激光晶体组3包括第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303，所述第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303的材质均为Nd:GdCOB，所述泵浦源1的泵浦光为808nm激光，激光晶体组3的镀膜情况如下：
第一激光晶体301输入端(输出端)镀808nm波段和1090-1120nm波段高透膜，1060nm和530nm波段高反膜；第二激光晶体302输入端镀808nm波段和1090-1120nm波段高透膜及545nm高透膜，输出端镀808nm波段和1060nm波段高透膜及545nm高透膜，同时两端镀1090nm波段高反膜；第三激光晶体303输入端镀808nm波段和1060-1090nm波段高透膜及560nm高透膜，输出端1060-1090nm波段和560nm高透膜及808nm高反膜，同时两端镀1120nm波段高反膜。
调整耦合系统2的位置，使808nm的泵浦光聚焦于第一激光晶体301的焦点上，从而第一激光晶体301发出波长为530nm的激光；调整耦合系统2的位置，使808nm的泵浦光聚焦于第二激光晶体302的焦点上，从而第二激光晶体302发出波长为545nm的激光；调整耦合系统2的位置，使808nm的泵浦光聚焦于第三激光晶体303的焦点上，从而第三激光晶体303发出波长为560nm的激光。
在一个实施例中，为了实现波长为波长为530nm、545nm、560nm三种波长激光的输出，所述激光晶体组3包括第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303，所述第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303的材质均为Yb：YCOB，所述泵浦源1的泵浦光为976nm，激光晶体组3的镀膜情况如下：
第一激光晶体301输入端(输出端)镀976nm波段和1030-1055nm波段高透膜，1060nm和530-560nm波段高反膜。第二激光晶体302输入端镀976nm波段和1090nm波段高反膜及530-560nm高透膜，输出端镀976nm波段和1030-1085nm波段高透膜及530-560nm高透膜，同时两端镀1090nm波段高反膜。第三激光晶体303输入端镀976nm波段和1030-1110nm波段高透膜及530-560nm高透膜，输出端1030-1110nm波段和530-560nm高透膜及976nm高反膜，同时两端镀1120nm波段高反膜。
调整耦合系统2的位置，使976nm的泵浦光聚焦于第一激光晶体301的焦点上，从而第一激光晶体301发出波长为530nm的激光；调整耦合系统2的位置，使976nm的泵浦光聚焦于第二激光晶体302的焦点上，从而第二激光晶体302发出波长为545nm的激光；调整耦合系统2的位置，使976nm的泵浦光聚焦于第三激光晶体303的焦点上，从而第三激光晶体303发出波长为560nm的激光。
另一方面，本发明还提供了一种激光器，包括前述激光器模块，还包括：光反馈PD4、光纤耦合系统5、光纤6；所述激光器模块发出的激光通过光反馈PD4、光纤耦合系统5耦合进光纤6中。
如图1所示，在一个实施例中，所述激光器包括，泵浦源LD1，耦合系统2、激光晶体组3、光反馈PD4、光纤耦合系统5、光纤6等。其中激光晶体组3包括第一激光晶体301、第二激光晶体302、第三激光晶体303，光反馈PD4用于稳定激光晶体组3输出的激光功率。
工作原理为：泵浦源LD1发出的泵浦光经过耦合系统2聚焦到激光晶体组3中的某一激光晶体上，如第一激光晶体301上；第一激光晶体301发出激光，并通过光反馈PD4、光纤耦合系统5耦合进光纤6中。其中激光空间合束所采用的方法可以为光谱合束技术，也可以为其他常用技术，在此不做限制。
如图2所示，在一个实施例中，所述激光器包括激光器模块模块一、激光器模块模块二，所述激光器模块一和激光器模块模块二分别包括：泵浦源LD1，耦合系统2、激光晶体组3、光反馈PD4，光反馈PD4用于稳定激光晶体组3输出的激光功率；激光器模块模块一和激光器模块模块二发出的激光通过激光空间合束，然后经光纤耦合系统5耦合进光纤6中。其中激光空间合束所采用的方法可以为光谱合束技术，也可以为其他常用技术，在此不做限制。
当然，所述激光器还可以包括多个所述激光器模块，如三个、四个等。考虑到激光运转问题，一个模块的激光器输出可能存在模式竞争问题，所以可以采用包含多个模块的激光器，可以使输出的波长数更多。
另一方面，本发明还提供了一种使激光器发出多波长激光的方法，所述激光器包括泵浦源1，耦合系统2，激光晶体组3，所述激光晶体3组至少包括第一激光晶体301、第二激光晶体302，所述第一激光晶体301和所述第二激光晶体302可发出不同波长的激光；
具体方法为：使所述泵浦源1发出的泵浦光通过耦合系统2聚焦到的第一激光晶体301上，所述第一激光晶体301发出第一波长的激光；改变所述耦合系统2的位置，使所述泵浦源1发出的泵浦光通过耦合系统2聚焦到的第二激光晶体302上，所述第二激光晶体302发出第二波长的激光。
改变耦合系统2位置的方式有多种，如可以为电机驱动从而带动耦合系统的移动，也可以采用电磁驱动或者其他常见的驱动形式，在此不做限制。
另一方面，本发明还提供了一种医学检测系统，其采用前述的可发出多种波长激光的激光器为光源，还包括检测试剂。每一种检测试剂对应一种激光波长，通过改变激光器的输出波长，可使所述检测系统实现对多种型号检测试剂的检测。
该检测系统集成化程度高，一种检测试剂对应一种泵浦激光波长，正常需要多种激光器才能检测多种试剂，使整机系统尺寸较大，系统散热结构复杂。采用该检测系统，一方面，一台激光器就能实现多波长激光输出，实现多种试剂的检测；另一方面，由于多个波长的激光晶体共用一台泵浦源系统，使得整体的功耗呈多倍降低，散热结构简单，系统整体结构简单；另外采用激光作为光源，相比对现有技术中采用LED等作为光源，具有信噪比高，成本低等优点。
所述医学检测系统可以为核酸检测系统、蛋白检测系统、糖检测系统、血球检测或其他医学检测系统，在此不做限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光器模块，包括沿光路方向依次设置的泵浦源，耦合系统，激光晶体组，所述激光晶体组至少包括第一激光晶体、第二激光晶体，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体均可单独发出激光；
通过调整所述耦合系统的位置，使所述第一激光晶体和所述第二激光晶体发出不同波长的激光；
所述第一激光晶体为掺杂Yb 3+ 稀土离子的多YCOB基质材料或掺杂Nd + 稀土离子的NdCOB基质材料，和/或所述第二激光为掺杂Yb 3+ 稀土离子的多YCOB基质材料或掺杂Nd +稀土离子的NdCOB基质材料。
2.如权利要求1所述的激光器模块，其特征在于，所述泵浦源的封装形式为TO封装或C-mount封装；和/或所述耦合系统为光纤耦合系统或透镜耦合系统。
3.如权利要求1所述的激光器模块，其特征在于，所述第一激光晶体为自倍频晶体或胶合晶体，和/或所述第二激光晶体为自倍频晶体或胶合晶体。
4.基于权利要求1所述的激光器模块，其特征在于，所述激光晶体的厚度为0.1-5mm，和/或所述激光晶体中离子参加浓度不大于50％。
5.如权利要求1所述的激光器模块，其特征在于，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体沿光路方向依次排列。
6.如权利要求1所述的激光器模块，其特征在于，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体的表面均镀有增益或损耗激光的介质膜。
7.一种激光器，包括权利要求1-6任意一项所述的激光器模块，还包括：光反馈PD、光纤耦合系统、光纤；所述激光器模块发出的激光通过光反馈PD、光纤耦合系统耦合进光纤中。
8.一种激光器发出多波长激光的方法，所述激光器包括泵浦源，耦合系统，激光晶体组，所述激光晶体组至少包括第一激光晶体、第二激光晶体，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体可发出不同波长的激光；
所述泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统聚焦到的第一激光晶体上，所述第一激光晶体发出第一波长的激光；
改变所述耦合系统的位置，所述泵浦源发出的泵浦光通过耦合系统聚焦到的第二激光晶体上，所述第二激光晶体发出第二波长的激光。
9.一种医学检测系统，其特征在于，以权利要求7所述的激光器为光源。
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