CN115021062A - 一种用于多脉宽多模式输出的激光器及激光治疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多脉宽多模式输出的激光器及激光治疗仪，包括皮秒激光产生部分和电光调Q激光产生部分；皮秒激光产生部分包括皮秒种子激光组件、隔离器、第一45°反射镜、第二45°反射镜、放大器、第四偏振分光棱镜和第五偏振分光棱镜；皮秒种子激光组件产生并输出皮秒种子激光，皮秒种子激光经过隔离器后，通过第一45°反射镜和第二45°反射镜导入放大器进行三程放大，三程放大后的皮秒种子激光通过第四偏振分光棱镜和第五偏振分光棱镜后输出皮秒激光；电光调Q激光产生部分输出纳秒量级的激光脉冲，经过第五45°反射镜的反射后，经过第五偏振分光棱镜输出纳秒激光；该激光器能实现皮秒和纳秒联合的PTP输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种用于多脉宽多模式输出的激光器及激光治疗仪。
背景技术
皮秒激光指的是脉冲持续时间在10-12s的激光光束，由于皮秒激光的脉冲宽度小于组织的热弛豫时间，因此不会给周围健康组织带来热影响，大大降低激光治疗过程中的副作用，缩短术后恢复时间，在医学中表现出显著的治疗优势。
美国赛诺秀公司的皮秒激光器Picosure用于色素性疾病的治疗，并在绿色纹身，黄褐斑等疑难病症的治疗上取得了突破性的临床效果；从此医美激光进入了“皮秒时代”；皮秒激光可以有助于医生更迅速（更少治疗次数）、更有效（更多去除率）地去除文身而不伤害周围组织（出血和组织飞溅），开启了激光祛斑嫩肤界的新纪元。
然而随着临床的实践的深入，皮秒激光的在皮肤损伤方面的优势得到充分证明，但是皮秒激光治疗仪（Picoway PicoSure Picowon）并不能完全取代纳秒激光治疗仪，其中很重要的原因就是电光调Q激光器已经发展为综合性能的激光治疗平台，衍生出了很多对临床有益的功能，比如PTP治疗模式，长脉冲（百微妙级）治疗模式；其在联合疗法治疗皮肤病方面有不可或缺的作用；PTP模式，即双声双脉冲模式，将传统的单脉冲激光转化为双脉冲激光，也就是将传统的一个较高的能量转化成两个连续稳定的较低能量，而总体的传输能量增强了，PTP模式可以在同等能量下，降低了单脉冲激光带来的高峰能量值，对正常组织带来更少的损伤且降低了表皮损伤及渗血等副作用的出现，大大增强了平安性和稳定性；长脉冲（百微秒级）的冲脉冲1064nm激光以光热作用为主，对敏感性皮肤修复、痤疮的消炎杀菌具有很好的作用，也是皮肤科常用的激光器。
另外一方面，倍频的皮秒激光(532nm)在临床应用上很难掌控临床终点，容易造成正常皮肤的紫癜和色沉，而且持续数月时间，为患者带来了烦恼；而纳秒532nm在临床上的应用要容易的多，成为医生继续使用纳秒激光器的重要考虑因素。
而且现有的医用激光器一般仅包含单一输出脉宽的激光光源，如美国赛诺秀公司的PICOSURE激光仅输出皮秒脉宽、Medlite C6激光仅输出纳秒脉宽，如赛诺龙公司的PICOWAY激光仅输出皮秒脉宽；皮秒、纳秒和脉宽的激光治疗设备在色素性病变的治疗中具有较好的效果，但对于敏感性皮肤、面部脱毛等需要长脉冲激光的治疗时，皮秒、纳秒脉宽的单一输出激光设备不能达到所需使用要求；虽然目前有基于SBS方式实现的多种脉宽的输出的研究，但是在技术上仍然存在以下缺点：
①技术上不能实现PTP的双脉冲模式；②实现SBS是液体溶剂，产生的ps脉冲宽度极不稳定，严重影响治疗效果，此产生皮秒的技术已经被临床淘汰；③SBS中的液体物质属于有毒物质，在医疗应用中存在中毒风险；④SBS压缩池属于耗材，后续维护不方便。
发明内容
针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种用于多脉宽多模式输出的激光器，该激光器能实现皮秒脉冲、纳秒脉冲和微秒脉冲的自动切换输出，能实现皮秒脉冲的PTP模式输出，纳秒脉冲的PTP模式输出，皮秒和纳秒联合的PTP模式输出；且该激光器结构紧凑，节省成本。
本发明的第二个目的是提供一种具有上述激光器的激光治疗仪。
本发明所采用的第一个技术方案是：一种用于多脉宽多模式输出的激光器，包括皮秒激光产生部分和电光调Q激光产生部分；其中，
所述皮秒激光产生部分包括依次按顺序共光轴设置的皮秒种子激光组件、隔离器、第一45°反射镜111、第二45°反射镜112、放大器、第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125；所述皮秒种子激光组件用于产生并输出皮秒种子激光，所述皮秒种子激光经过所述隔离器后，通过第一45°反射镜111和第二45°反射镜112导入放大器进行三程放大，三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后输出皮秒激光；
所述电光调Q激光产生部分包括电光调Q谐振腔，所述电光调Q谐振腔用于输出纳秒激光或微秒激光；所述纳秒激光或微秒激光经过第五45°反射镜124反射后，再经过所述第五偏振分光棱镜125输出。
优选地，由0°反射镜117和部分反射镜123构成所述电光调Q谐振腔的两端，所述电光调Q谐振腔内依次放置有第一电光调Q开关116、可移除的λ/4波片115、第二激光晶体114、第三偏振分光棱镜113、第二电光调Q开关118、第三45°反射镜119、第三激光晶体120、第四偏振分光棱镜121和第四45°反射镜122。
优选地，在第一工作模式下，当泵浦光源泵浦第二激光晶体114和第三激光晶体120的开始时段，第一电光调Q开关116未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态，能量聚集于激光晶体的上能级；当泵浦光源放电将要结束时，给第一电光调Q开关116施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子在0°反射镜117和部分反射镜123之间形成振荡，由部分反射镜123输出纳秒激光脉冲；
在此过程中第二电光调Q开关118全程处于未施加电压状态。
优选地，在第二工作模式下，将所述可移除的λ/4波片115移除，所述电光调Q谐振腔处于自由振荡状态；由部分反射镜123输出微秒激光脉冲，经过第五45°反射镜124反射后，再经过第五偏振分光棱镜125输出微秒激光。
优选地，所述放大器包括第三偏振分光棱镜113、第二激光晶体114、可移除的λ/4波片115、第一电光调Q开关116、0°反射镜117、第二电光调Q开关118、第三45°反射镜119和第三激光晶体120。
优选地，在第三工作模式下：
所述皮秒种子激光通过第三偏振分光棱镜113后经过第二激光晶体114获得第一程放大；再经过可移除的λ/4波片115后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关116未施加电压，所述圆偏振光直接通过所述第一电光调Q开关116，被0°反射镜117反射后再次经过可移除的λ/4波片115后变为S偏振光，经过第二激光晶体114后获得第二程放大；二程放大后的S偏振光被第三偏振分光棱镜113反射后，经过第二电光调Q开关118，此时第二电光调Q开关118被施加λ/2电压，使得所述S偏振光通过后变为P偏振光，再经过第三45°反射镜119后导入第三激光晶体120，获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后输出皮秒激光。
优选地，在第四工作模式下：
所述皮秒种子激光通过第三偏振分光棱镜113后经过第二激光晶体114获得第一程放大；再经过可移除的λ/4波片115后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关116未施加电压，所述圆偏振光直接通过所述第一电光调Q开关116，被0°反射镜117反射后再次经过可移除的λ/4波片115后变为S偏振光，经过第二激光晶体114后获得第二程放大；二程放大后的S偏振光被第三偏振分光棱镜113反射后，经过第二电光调Q开关118，此时第二电光调Q开关118被施加λ/2电压，使得所述S偏振光通过后变为P偏振光，再经过第三45°反射镜119后导入第三激光晶体120，获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后输出皮秒激光；
其中，当所述皮秒种子激光通过第二电光调Q开关118后，关闭第二电光调Q开关118，并打开第一电光调Q开关116，当泵浦光源泵浦第二激光晶体114和第三激光晶体120的开始时段，第一电光调Q开关116未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态；当泵浦光源放电将要结束时，给第一电光调Q开关116施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子在0°反射镜117和部分反射镜123之间形成振荡，由部分反射镜123输出纳秒激光，从而实现在一个周期内输出皮秒激光和纳秒激光。
优选地，所述皮秒种子激光组件包括半导体激光器101、镀有增透膜的第一凸透镜102、镀有增透膜的第二凸透镜103和第一激光晶体104；
所述半导体激光器101用于输出泵浦光，所述泵浦光经第一凸透镜102和第二凸透镜103准直后聚焦到第一激光晶体104上；所述第一激光晶体104吸收所述泵浦光后，输出皮秒种子激光。
优选地，还包括倍频单元模块，所述倍频单元模块包括倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128，所述皮秒激光或纳秒激光通过第五偏振分光棱镜125后，依次经过倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128后输出。
本发明所采用的第二个技术方案是：一种激光治疗仪，包括电源系统、制冷系统、控制系统、人机交互系统、导光臂、治疗手具和第一个技术方案中的用于多脉宽多模式输出的激光器100；
所述电源系统用于给所述激光器100提供电能；
所述制冷系统用于对所述激光器100进行冷却；
所述人机交互系统用于接收控制指令，并将所述控制指令转发至控制系统；
所述控制系统用于接收人机交互系统转发的控制指令，基于控制指令对激光器100中的激光光路进行动态调整，同时动态调整施加在第一电光调Q开关116和第二电光调Q开关118上的电压；
所述激光器100用于根据控制系统的控制，输出不同脉宽的单脉冲激光或者PTP双脉冲模式激光；
所述导光臂用于传输所述激光器100发出的激光，并将激光通过治疗手具传输至治疗区域。
上述技术方案的有益效果：
（1）本发明采用全固态种子源的先进技术方案，能实现皮秒脉冲、纳秒脉冲、微秒脉冲的自动切换输出；其稳定性远远优于基于SBS方式实现的多种脉宽的输出的技术方案。
（2）黄褐斑的激光治疗需要较柔和的纳秒脉宽激光与长脉冲激光搭配治疗以提高治疗有效率；而对于痤疮、瘢痕、色斑、多毛症、敏感性皮肤等多种问题同时出现在同一患者皮肤上时，皮秒、纳秒、长脉冲激光的方便调节使用成为必需；本发明公开的用于多脉宽多模式输出的激光器能实现皮秒脉冲、纳秒脉冲、微秒脉冲的自动切换输出，其不但能够节省设备操作人员的操作时间，还能节省购买多款不同脉宽设备的采购费用，长脉冲激光（微秒级）与皮秒、纳秒脉宽激光的快速调节变换使用还可以起到一定的促进伤口愈合、加速止血凝固、消炎杀菌的作用。
（3）本发明将皮秒激光与电光调Q激光器（纳秒激光器）有机的结合在一起，实现了皮秒、电光调Q（纳秒）、微妙脉冲的输出，还能实现临床上经常用到的PTP模式，尤其是能实现皮秒和纳秒联合的PTP模式；即本发明公开的用于多脉宽多模式输出的激光器能实现皮秒脉冲的PTP模式输出，纳秒脉冲的PTP模式输出，皮秒和纳秒联合的PTP模式输出。
（4）本发明中共用同一放大级，具有功能齐全、结构紧凑且简单、节省成本的优点。
（5）本发明将皮秒激光与纳秒激光器有机的结合在一起，使其成本少于单独的增加皮秒或者单独的增加纳秒，其功能涵盖绝大部分皮肤科治疗设备，减少了皮肤科诊所的采购成本，本发明公开的用于多脉宽多模式输出的激光器是多功能激光器治疗仪的最优配置。
（6）本发明公开的激光治疗仪适用于皮肤科顽固类色素疾病的治疗，包括：黄褐斑、太田痣、彩色纹身、雀斑、炎症后色素沉着、老年斑等。
附图说明
图1为本发明一种用于多脉宽多模式输出的激光器的总光路示意图；
图2为本发明一个实施例提供的皮秒输出的光路示意图；
图3为本发明一个实施例提供的皮秒输出的时序关系图；
图4为本发明一个实施例提供的皮秒倍频输出的光路示意图；
图5为本发明一个实施例提供的皮秒PTP输出的时序关系图；
图6为本发明一个实施例提供的纳秒输出的光路示意图；
图7为本发明一个实施例提供的纳秒输出的时序关系图；
图8为本发明一个实施例提供的纳秒倍频输出的光路示意图；
图9为本发明一个实施例提供的纳秒PTP输出时的时序关系图；
图10为本发明一个实施例提供的皮秒&纳秒输出的光路示意图；
图11为本发明一个实施例提供的皮秒&纳秒PTP输出的时序关系图；
图12为本发明一个实施例提供的微秒输出的光路示意图；
图13为本发明一个实施例提供的微秒输出的时序示意图；
图14为本发明一种激光治疗仪的系统框架图；
其中，100-激光器；101-半导体激光器；102-镀有增透膜的第一凸透镜；103-镀有增透膜的第二凸透镜；104-第一激光晶体；105-第一偏振分光棱镜；106-法拉第旋光器；107-λ/2波片；108-第二偏振分光棱镜；109-凹透镜；110-凸透镜；111-第一45°反射镜；112-第二45°反射镜；113-第三偏振分光棱镜；114-第二激光晶体；115-可移除的λ/4波片；116-第一电光调Q开关；117-0°反射镜；118-第二电光调Q开关；119-第三45°反射镜；120-第三激光晶体；121-第四偏振分光棱镜；122-第四45°反射镜；123-部分反射镜；124-第五45°反射镜；125-第五偏振分光棱镜；126-倍频晶体；127-短波通滤光片；128-补偿片。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
用于多脉宽多模式输出的激光器100主要包括皮秒激光产生部分和电光调Q激光（即纳秒激光）产生部分。
如图1和图2所示，皮秒激光产生部分包括依次按顺序共光轴设置的皮秒种子激光组件、隔离器、第一45°反射镜111、第二45°反射镜112、放大器、第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125；皮秒种子激光组件用于产生并输出皮秒种子激光，隔离器用于滤除反射及杂散光对皮秒种子激光稳定性产生的干扰，经过隔离器的皮秒种子激光通过第一45°反射镜111和第二45°反射镜112导入放大器进行三程放大，三程放大后的皮秒种子激光通过第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后输出皮秒激光，皮秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗。
其中，皮秒种子激光组件包括依次按顺序共光轴设置的半导体激光器101、镀有增透膜的第一凸透镜102、镀有增透膜的第二凸透镜103和第一激光晶体104，半导体激光器101用于输出泵浦激光；镀有增透膜的第一凸透镜102和镀有增透膜的第二凸透镜103用于将半导体激光器101发出的泵浦激光准直聚焦到第一激光晶体104上；第一激光晶体104吸收泵浦光后，输出脉冲宽度为200ps～1000ps的皮秒种子激光；通过增加半导体激光器101的泵浦光强度，能输出双脉冲模式，即皮秒的PTP模式，其脉冲间隔在100us量级；
其中，第一激光晶体104为键合晶体，其由Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石）和Cr:YAG（掺铬的钇铝石榴石）键合而成，其朝向半导体激光器101的面为Nd:YAG部分，镀有808nm的增透膜和1064nm的高反膜（S1面），另外一面是Cr:YAG晶体，镀有1064 nm的部分反射膜(S2面)，S1面和S2面平行，由S1面和S2面直接构成谐振腔。
隔离器由第一偏振分光棱镜105、法拉第旋光器106、λ/2波片107和第二偏振分光棱镜108构成，第一激光晶体104输出的皮秒种子激光依次通过第一偏振分光棱镜105、法拉第旋光器106、λ/2波片107和第二偏振分光棱镜108，P偏振光能无损通过第一偏振分光棱镜105和第二偏振分光棱镜108，S偏振光被第一偏振分光棱镜105和第二偏振分光棱镜108完全反射。
放大器包括第三偏振分光棱镜113、第二激光晶体114、可移除的λ/4波片115、第一电光调Q开关（Q1）116、0°反射镜117、第二电光调Q开关（Q2）118、第三45°反射镜119和第三激光晶体120；放大器113由2级3程构成；通过第三偏振分光棱镜113后的皮秒种子激光经过第二激光晶体114后获得第一程放大；再经过可移除的λ/4波片115后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关116未施加电压，皮秒种子激光可以无改变通过，被0°反射镜117反射后再次经过可移除的λ/4波片115后变为S偏振光，经过第二激光晶体114后获得第二程放大；二程放大后的皮秒种子激光仍为S偏振光，被第三偏振分光棱镜113反射后，经过第二电光调Q开关118，此时第二电光调Q开关118上边施加了λ/2电压，皮秒种子激光通过后变为P偏振光，皮秒种子激光经过第三45°反射镜119后导入第三激光晶体120，获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光仍为P偏振态，能无损通过第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后输出；
其中，第二激光晶体114和第三激光晶体120均为Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石）晶体，由闪光灯从Nd:YAG的侧面来泵浦，提供泵浦能量后获得增益；第一电光调Q开关116和第二电光调Q开关118的作用为当施加λ/4电压时，起到λ/4波片的作用，当施加λ/2电压时，起到λ/2波片的作用，当不施加电压时，激光可以无改变通过。
进一步的，在一个实施例中，还包括望远镜系统，望远镜系统设置在隔离器与第一45°反射镜111之间；望远镜系统用于对皮秒种子激光进行扩束，实现与放大器的模式匹配，望远镜系统由凹透镜109和凸透镜110构成，通过隔离器的皮秒种子激光依次通过凹透镜109和凸透镜110，皮秒种子激光经过望远镜系统扩束后，通过第一45°反射镜111和第二45°反射镜112导入放大器；通过隔离器的皮秒种子激光为P偏光，能无损通过第三偏振分光棱镜113。
图6所示，电光调Q激光产生部分包括电光调Q谐振腔，电光调Q谐振腔用于输出纳秒量级的激光脉冲；输出的纳秒量级的激光脉冲经过第五45°反射镜124反射后，再次经过第五偏振分光棱镜125输出纳秒激光，纳秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗。
其中，由0°反射镜117、和部分反射镜123构成电光调Q谐振腔的两端，并在电光调Q谐振腔的两端内依次放置第一电光调Q开关（Q1）116、可移除的λ/4波片115、第二激光晶体114、第三偏振分光棱镜113、第二电光调Q开关（Q2）118、第三45°反射镜119、第三激光晶体120、第四偏振分光棱镜121和第四45°反射镜122；第二激光晶体114和第三激光晶体120用于提供增益，闪光灯泵浦从第二激光晶体114和第三激光晶体120的侧面来泵浦，提供泵浦能量后获得增益；当闪光灯泵浦第二激光晶体114和第三激光晶体120的开始时段，第一电光调Q开关116未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态，能量聚集于激光晶体的上能级，此过程称为储能阶段；当闪光灯放电将要结束时，激光晶体的储能达到最大，此时给第一电光调Q开关116施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子倾斜而下，在0°反射镜117和部分反射镜123之间形成振荡，由部分反射镜123输出纳秒量级的激光脉冲，此过程称为电光调Q过程；此过程中第二电光调Q开关118全程处于未施加电压状态，不改变激光通过时的状态。
进一步的，在一个实施例中，用于多脉宽多模式输出的激光器100还包括倍频单元模块（SHG），倍频单元模块用于倍频产生绿光；倍频单元模块能被推入或推出光路中，当倍频单元模块被推入光路中时，皮秒或纳秒激光通过第五偏振分光棱镜125后，经过倍频单元模块输出；当倍频单元模块被推出光路中时，皮秒或纳秒激光通过第五偏振分光棱镜125后直接输出；
倍频单元模块包括倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128，当倍频单元模块被推入光路中时，皮秒或纳秒激光通过第五偏振分光棱镜125后，依次经过倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128后输出；其中，倍频晶体126例如为KTP、KD*P或者其他倍频晶体中的一种；532nm激光可以无损通过短波通滤光片127，而1064nm激光（由第五偏振分光棱镜125输出）会被短波通滤光片127反射，即短波通滤光片127用于获得纯净的532nm激光；补偿片128用于补偿激光通过短波通滤光片127反射时所产生的光路偏折，保证1064nm激光和532nm激光同轴输出。
下面结合用于多脉宽多模式输出的激光器的具体输出模式对光路进行说明；
1．皮秒输出的工作模式；
如图2所示，半导体激光器101输出的泵浦光依次通过镀有增透膜的第一凸透镜102和镀有增透膜的第二凸透镜103后准直聚焦到第一激光晶体104上，第一激光晶体104吸收泵浦光后输出脉冲宽度为200ps的皮秒种子激光，该皮秒种子激光正向通过隔离器后进入望远镜系统进行扩束，并依次通过第一45°反射镜111、第二45°反射镜112和第三偏振分光棱镜113，将经过望远镜系统的皮秒种子激光导入第二激光晶体114后获得第一程放大；一程放大后的皮秒种子激光经过可移除的λ/4波片115后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关116未施加电压，皮秒种子激光无改变通过，被0°反射镜117反射后再次经过可移除的λ/4波片115后变为S偏振光，再次经过第二激光晶体114后获得第二程放大；二程放大后的皮秒种子激光仍为S偏振光，被第三偏振分光棱镜113反射后，经过第二电光调Q开关118，此时第二电光调Q开关118上边施加了λ/2电压，皮秒种子激光通过后变为P偏振光，皮秒种子激光经过第三45°反射镜119后导入第三激光晶体120，获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光仍为P偏振态，能无损通过第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125，通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗；皮秒输出的时序关系如图3所示。
2．皮秒倍频输出的工作模式；
如图4所示，在皮秒输出的工作模式下，当需要532nm皮秒输出时，用控制系统发出切换指令，将放在平移台上的倍频单元模块（SHG模块）推入光路中，当SHG模块插入光路时，能获得皮秒的倍频输出；三程放大后的皮秒种子激光通过第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125后，依次经过倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128，通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗。
3．皮秒PTP输出的工作模式；
在皮秒输出的工作模式下，半导体激光器101输出的泵浦光依次通过镀有增透膜的第一凸透镜102和镀有增透膜的第二凸透镜103后准直聚焦到第一激光晶体104上，基于可饱和吸收体（Cr：YAG晶体）的第一激光晶体104的输出能量主要取决于可饱和吸收体的初始透过率；当泵浦开始时，第一激光晶体104中谐振腔内的激光比较弱，会被可饱和吸收体全部吸收掉，而不能形成振荡输出；当继续增加泵浦功率时，谐振腔内激光强度足够高以至可饱和吸收体不能吸收多余的能量而被漂白（瞬间透过率达到100%），此时第一激光晶体104吸收泵浦光后输出脉冲宽度为200ps的皮秒种子激光；继续增加泵浦功率（增加半导体激光器101的泵浦光强度）时，激光的输出能量是恒定的，但是脉冲的建立时间不断提前；当泵浦功率足够大时，第一激光晶体104中的可饱和吸收体被第2次漂白；此时输出2个脉冲，即为PTP模式，第二个脉冲的能量几乎与第一个脉冲能量相等，从能量计上测量的话，能量直接翻倍；同理，继续增加泵浦能量时，第一个脉冲和第二个脉冲的建立时间不断提前，当积蓄的能量可以三次漂白可饱和吸收体时，输出三个脉冲，能量是单脉冲的3倍；但是这三个脉冲在时序上是分离的，大概在80-100us；即本发明能通过增加半导体激光器101的泵浦光强度，输出双脉冲模式，即皮秒的PTP模式，其脉冲间隔在100us量级，其时序关系如图5所示。
4．纳秒输出的工作模式；
如图6所示，电光调Q谐振腔输出纳秒量级的激光脉冲；输出的纳秒量级的激光脉冲经过第五45°反射镜124反射后，再次经过第五偏振分光棱镜125输出纳秒激光，纳秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗；纳秒输出的时序关系如图7所示。
5．纳秒倍频输出的工作模式；
如图8所示，在纳秒输出的工作模式下，当需要纳秒倍频输出时，用控制系统发出切换指令，将放在平移台上的倍频单元模块（SHG模块）推入光路中，当SHG模块插入光路时，能获得纳秒的倍频输出；由部分反射镜123输出纳秒量级的激光脉冲经过第五45°反射镜124反射后，再次经过第五偏振分光棱镜125后，依次经过倍频晶体126、短波通滤光片127和补偿片128，通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗。
6．纳秒PTP输出的工作模式；
在纳秒输出的工作模式下，在闪光灯泵浦过程中给入2个Q1信号时，可以调2次Q，输出2个纳秒脉冲，此工作模式为纳秒PTP模式，纳秒PTP输出的时序关系图如图9所示。
7．皮秒和纳秒同时输出（PTP输出）的工作模式；
如图10所示，半导体激光器101输出的泵浦光依次通过镀有增透膜的第一凸透镜102和镀有增透膜的第二凸透镜103后准直聚焦到第一激光晶体104上，第一激光晶体104吸收泵浦光后输出脉冲宽度为200ps的皮秒种子激光，该皮秒种子激光正向通过隔离器后进入望远镜系统进行扩束，依次通过第一45°反射镜111、第二45°反射镜112和第三偏振分光棱镜113，将经过望远镜系统的皮秒种子激光导入第二激光晶体114后获得第一程放大；一程放大后的皮秒种子激光经过可移除的λ/4波片115后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关116未施加电压，皮秒种子激光无改变通过，被0°反射镜117反射后再次经过可移除的λ/4波片115后变为S偏振光，再次经过第二激光晶体114后获得第二程放大；二程放大后的皮秒种子激光仍为S偏振光，被第三偏振分光棱镜113反射后，经过第二电光调Q开关118，此时第二电光调Q开关118上边施加了λ/2电压，皮秒种子激光通过后变为P偏振光；皮秒种子激光经过第三45°反射镜119后导入第三激光晶体120，获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光通过第四偏振分光棱镜121和第五偏振分光棱镜125输出皮秒激光，皮秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗；
同时，当上述皮秒种子激光通过第二电光调Q开关118后，随即关闭第二电光调Q开关118（即关闭Q2信号），并打开第一电光调Q开关116（即打开Q1信号），此时第二激光晶体114和第三激光晶体120提供增益，当闪光灯泵浦第二激光晶体114和第三激光晶体120的开始时段，第一电光调Q开关116未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态；当闪光灯放电将要结束时，激光晶体的储能达到最大，此时给第一电光调Q开关116施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子倾斜而下，在0°反射镜117和部分反射镜123之间形成振荡，由部分反射镜123输出纳秒量级的激光脉冲，输出的纳秒量级的激光脉冲经过第五45°反射镜124反射后，再次经过第五偏振分光棱镜125输出纳秒激光，纳秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗；
即本发明在同一泵浦时序内既获得皮秒脉冲（皮秒激光）也获得纳秒脉冲（纳秒激光），而且可以精确控制皮秒脉冲和纳秒脉冲的时间间隔，此工作模式成为皮秒和纳秒同时输出的双声双脉冲（PTP）工作模式，其时序关系如图11所示。
8．长脉冲（微秒）输出的工作模式；
如图12所示，在纳秒激光输出模式下，将可移除的λ/4波片115移出光路，则由0°反射镜117、第一电光调Q开关116、第二激光晶体114、第三偏振分光棱镜113、第二电光调Q开关118、第三45°反射镜119、第三激光晶体120、第四偏振分光棱镜121、第四45°反射镜122和部分反射镜123构成的电光调Q谐振腔处于自由振荡状态；长脉冲状态下，由部分反射镜123输出微秒量级的激光脉冲的脉宽近似等于闪光灯闪光的脉宽，输出的微秒量级的激光脉冲经过第五45°反射镜124反射后，再次经过第五偏振分光棱镜125输出微秒激光，微秒激光通过导光臂传输到激光治疗手具，由医生在治疗区域来进行治疗；此过程中第一电光调Q开关116和第二电光调Q开关118全程处于均未施加压状态，其输出的激光脉宽约等于闪光灯泵浦的脉冲宽度，其时序关系如图13所示。
实施例2
如图14所示，本发明提供的一种激光治疗仪，包括电源系统、制冷系统、控制系统、人机交互系统、导光臂、治疗手具和实施例1中的用于多脉宽多模式输出的激光器100；其中，电源系统用于给上述激光器100内的闪光灯和半导体激光器101提供电能；制冷系统用于带走上述激光器100工作时所产生的热量，维持稳定平衡；人机交互系统主要包括触摸屏，用于接收医生发出的控制指令，并将控制指令转发至控制系统；控制系统用于协调各个部件（激光器100、电源系统、制冷系统、人机交互系统、导光臂和治疗手具）的协同工作，以实现治疗时所用的功能，例如控制系统能够接收人机交互系统转发的控制指令，基于控制指令对激光器100中的激光光路进行动态调整，同时动态调整施加在第一电光调Q开关116和第二电光调Q开关118上的电压；上述激光器100用于根据控制系统的控制，输出皮秒、纳秒、长脉冲不同脉宽脉冲的单脉冲激光或者PTP双脉冲模式激光；导光臂用于传输上述激光器100发出的激光，并将激光通过治疗手具后传输至治疗区域，导光臂具有7个45度反射镜，每经过一次45度反射镜，光束偏折90°，因此导光臂能实现激光在空间360°自由旋转。
进一步的，在一个实施例中，导光臂还具有红瞄指示功能，其用于指示激光的作用位置。
Claims (10)
1.一种用于多脉宽多模式输出的激光器，其特征在于，包括皮秒激光产生部分和电光调Q激光产生部分；其中，
所述皮秒激光产生部分包括依次按顺序共光轴设置的皮秒种子激光组件、隔离器、第一45°反射镜（111）、第二45°反射镜（112）、放大器、第四偏振分光棱镜（121）和第五偏振分光棱镜（125）；所述皮秒种子激光组件用于产生并输出皮秒种子激光，所述皮秒种子激光经过所述隔离器后，通过第一45°反射镜（111）和第二45°反射镜（112）导入放大器进行三程放大，三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜（121）和第五偏振分光棱镜（125）后输出皮秒激光；
所述电光调Q激光产生部分包括电光调Q谐振腔，所述电光调Q谐振腔用于输出纳秒激光或微秒激光；所述纳秒激光或微秒激光经过第五45°反射镜（124）反射后，再经过所述第五偏振分光棱镜（125）输出。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，由0°反射镜（117）和部分反射镜（123）构成所述电光调Q谐振腔的两端，所述电光调Q谐振腔内依次放置有第一电光调Q开关（116）、可移除的λ/4波片（115）、第二激光晶体（114）、第三偏振分光棱镜（113）、第二电光调Q开关（118）、第三45°反射镜（119）、第三激光晶体（120）、第四偏振分光棱镜（121）和第四45°反射镜（122）。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，在第一工作模式下，当泵浦光源泵浦第二激光晶体（114）和第三激光晶体（120）的开始时段，第一电光调Q开关（116）未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态，能量聚集于激光晶体的上能级；当泵浦光源放电将要结束时，给第一电光调Q开关（116）施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子在0°反射镜（117）和部分反射镜（123）之间形成振荡，由部分反射镜（123）输出纳秒激光脉冲；
在此过程中第二电光调Q开关（118）全程处于未施加电压状态。
4.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，在第二工作模式下，将所述可移除的λ/4波片（115）移除，所述电光调Q谐振腔处于自由振荡状态；由部分反射镜（123）输出微秒激光脉冲，经过第五45°反射镜（124）反射后，再经过第五偏振分光棱镜（125）输出微秒激光。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述放大器包括第三偏振分光棱镜（113）、第二激光晶体（114）、可移除的λ/4波片（115）、第一电光调Q开关（116）、0°反射镜（117）、第二电光调Q开关（118）、第三45°反射镜（119）和第三激光晶体（120）。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，在第三工作模式下：
所述皮秒种子激光通过第三偏振分光棱镜（113）后经过第二激光晶体（114）获得第一程放大；再经过可移除的λ/4波片（115）后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关（116）未施加电压，所述圆偏振光直接通过所述第一电光调Q开关（116），被0°反射镜（117）反射后再次经过可移除的λ/4波片（115）后变为S偏振光，经过第二激光晶体（114）后获得第二程放大；二程放大后的S偏振光被第三偏振分光棱镜（113）反射后，经过第二电光调Q开关（118），此时第二电光调Q开关（118）被施加λ/2电压，使得所述S偏振光通过后变为P偏振光，再经过第三45°反射镜（119）后导入第三激光晶体（120），获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜（121）和第五偏振分光棱镜（125）后输出皮秒激光。
7.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，在第四工作模式下：
所述皮秒种子激光通过第三偏振分光棱镜（113）后经过第二激光晶体（114）获得第一程放大；再经过可移除的λ/4波片（115）后，变为圆偏振光，此时第一电光调Q开关（116）未施加电压，所述圆偏振光直接通过所述第一电光调Q开关（116），被0°反射镜（117）反射后再次经过可移除的λ/4波片（115）后变为S偏振光，经过第二激光晶体（114）后获得第二程放大；二程放大后的S偏振光被第三偏振分光棱镜（113）反射后，经过第二电光调Q开关（118），此时第二电光调Q开关（118）被施加λ/2电压，使得所述S偏振光通过后变为P偏振光，再经过第三45°反射镜（119）后导入第三激光晶体（120），获得第三程放大；三程放大后的皮秒种子激光通过所述第四偏振分光棱镜（121）和第五偏振分光棱镜（125）后输出皮秒激光；
其中，当所述皮秒种子激光通过第二电光调Q开关（118）后，关闭第二电光调Q开关（118），并打开第一电光调Q开关（116），当泵浦光源泵浦第二激光晶体（114）和第三激光晶体（120）的开始时段，第一电光调Q开关（116）未加电压，此时电光调Q谐振腔处于关断状态；当泵浦光源放电将要结束时，给第一电光调Q开关（116）施加λ/4电压，则电光调Q谐振腔处于打开状态，处于激活状态的上能级粒子在0°反射镜（117）和部分反射镜（123）之间形成振荡，由部分反射镜（123）输出纳秒激光，从而实现在一个周期内输出皮秒激光和纳秒激光。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述皮秒种子激光组件包括半导体激光器（101）、镀有增透膜的第一凸透镜（102）、镀有增透膜的第二凸透镜（103）和第一激光晶体（104）；
所述半导体激光器（101）用于输出泵浦光，所述泵浦光经第一凸透镜（102）和第二凸透镜（103）准直后聚焦到第一激光晶体（104）上；所述第一激光晶体（104）吸收所述泵浦光后，输出皮秒种子激光。
9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括倍频单元模块，所述倍频单元模块包括倍频晶体（126）、短波通滤光片（127）和补偿片（128），所述皮秒激光或纳秒激光通过第五偏振分光棱镜（125）后，依次经过倍频晶体（126）、短波通滤光片（127）和补偿片（128）后输出。
10.一种激光治疗仪，其特征在于，包括电源系统、制冷系统、控制系统、人机交互系统、导光臂、治疗手具和根据权利要求1-9中任一项所述的用于多脉宽多模式输出的激光器（100）；
所述电源系统用于给所述激光器（100）提供电能；
所述制冷系统用于对所述激光器（100）进行冷却；
所述人机交互系统用于接收控制指令，并将所述控制指令转发至控制系统；
所述控制系统用于接收人机交互系统转发的控制指令，基于控制指令对激光器（100）中的激光光路进行动态调整，同时动态调整施加在第一电光调Q开关（116）和第二电光调Q开关（118）上的电压；
所述激光器（100）用于根据控制系统的控制，输出不同脉宽的单脉冲激光或者PTP双脉冲模式激光；
所述导光臂用于传输所述激光器（100）发出的激光，并将激光通过治疗手具传输至治疗区域。
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