CN1618410A - 1.444μm Nd:YAG激光医疗机 - Google Patents

Abstract

1.444μm Nd:YAG激光医疗机，包括激光振荡器，激光泵浦系统，冷却系统，引导光和光纤耦合系统。所使用的激光增益介质Nd:YAG晶体掺杂Nd³⁺离子浓度在0.45at％－1.2at％之间；采用双椭圆紧包腔，且腔内壁所附的反射材料为Ag；采用掺杂Eu的石英玻管来虑掉泵浦灯中的紫外辐射和长波段的泵浦荧光。本激光医疗机输出波长为1.444μm，兼具短波段对生物组织作用力强、止血凝固效果好和长波段人眼安全的优点，可广泛应用于激光手术中。

Description

1.444μm Nd:YAG激光医疗机

技术领域

本激光医疗机属于医疗设备，尤其是涉及到激光医疗器械设备。

背景技术

近年来，激光技术飞速发展，激光技术除了应用在工业领域外，还广泛应用在通讯、医疗、激光测试等多个方面。在医疗领域应用的范围是越来越广，应用的激光波段也是越来越多，比如有1.064μm，1.319μm，1.34μm等等。但是1.064μm、1.319μm波段的激光在临床上具有良好的止血、凝固作用，可是对生物组织的切割能力差；1.34μm波段激光虽然具有较好的止血、凝固和切割能力，但是容易对人眼产生危害；长波段激光如CO₂的10.6μm、2μm(激发介质为Cr，Tm，Ho:YAG)以及3μm(Er:YAG)等，它们对生物组织的吸收系数大，有良好的气化、切割作用，但对生物组织的穿透深度较浅，止血、凝固效果差。而且这些波段的激光输出能量都不大，主要是因为这些激发介质在工作时热效应很明显，导致激光能量或功率上不去。

发明内容

本发明的目的是公开一种新型激光医疗机，波长为1.444μm，兼具短波段对生物组织作用力强、止血凝固效果好和长波段人眼安全的优点，可广泛应用于激光手术中。

Nd³⁺在钇铝石榴石晶体中有一些跃迁能级，比如常用的有⁴F_3/2能级的R₂组态到⁴I_13/2能级的X₁组态和X₃组态跃迁产生的1319nm和1338nm辐射，⁴F_3/2能级的R₂组态到⁴I_11/2能级的Y₃组态跃迁产生1064nm辐射。但是还有一条谱线可以跃迁产生1444nm波段激光，那就是Nd³⁺离子⁴F_3/2能级的R₁组态到⁴I_13/2能级的X₇组态的跃迁辐射，表1中给出了Nd:YAG激光晶体的一些谱线的跃迁截面的参数，从表中我们可以发现，1444nm波长谱线的跃迁截面最小，从而对激光晶体进行泵浦时1444nm辐射最难起振。为了得到1444nm波段的激光，我们需要抑制掉1.0μm波段和1.3μm波段的激光起振，可以采取以下几种措施：1、所使用的激光增益介质Nd:YAG晶体掺杂Nd³⁺离子浓度在0.45at％--1.2at％之间；2、Nd:YAG激光晶体为棒状，且半径在5mm--10mm范围内；3、采用双椭圆紧包腔，且腔内壁所附的反射材料为Ag；4、采用掺杂Eu的石英玻管来虑掉泵浦灯中的紫外辐射和长波段的泵浦荧光；5、在光学谐振腔两端的镜片上镀上膜层；

表1.Nd:YAG激光晶体不同谱线的跃迁截面

波长(nm)	1064	1320	1444
				跃迁截面(cm2)	4.1×10-19	9×10-20	4.5×10-20

对所输出的1.4μm波段辐射，我们测量了它对水的吸收系数，与其他波段辐射对水吸收系数的比较如表2所示，我们发现该波段对水吸收系数达到26cm^-1，分别是1.0μm波段和1.3μm波段对水吸收系数的130倍和12倍左右，所以该波段激光对生物组织的吸收作用大，对人体组织作用时具有很好切割作用，而且该波段激光对生物组织穿透深，切割时具有良好的止血、凝固效果，同时该激光医疗机的波段介于短波段和长波段之间，与传统的激光医疗机相比，本激光医疗机所产生的激光波段是在1.4μm左右，比传统的1.064μm或者1.319μm的激光波长长，是在人眼的安全范围之内的，所以在使用时更具安全性。同时我们使用掺杂Nd³⁺离子的激光介质，在激光工作时，受到激光热效应的影响不大，可以在较低输入能量的情况下，输出高功率的激光，对1.444μm电—光转换效率可以达到1.3％。

表2.蒸馏水对近红外辐射的吸收系数

波长(nm)	1444	1319	1338	1341.4	1064
						吸收系数(cm-1)	26	1.8158	2.7774	2.9456	0.2065

激光振荡器包括激光谐振腔、激光晶体和腔镜片。我们将能产生粒子数反转的激光晶体Nd:YAG放置于激光谐振腔中，激光谐振腔两端放置两镜片，一片为全反射镜片，另一片为输出镜片，全反射镜片上镀上对1.444μm波段激光具有全反射率、对1.0μm以及1.3μm波段高透的膜系，输出镜片镀上对1.0μm和1.3μm波段高透、1.444μm波段激光具有20％透过率的膜系，选择腔长在300mm到400mm之间，利用冷却系统和激光泵浦系统的共同作用，使激光器输出端输出1.444μm波段的激光，光纤耦合系统带有聚焦耦合透镜，可将激光耦合进光纤中输出。

本激光医疗机输出波长为1.444μm，与传统的激光医疗机相比，对水的吸收峰分别是1.0μm或1.3μm波段的100倍和13倍，对人体组织作用的能力强，可以广泛用于切割、内窥切除等手术中。输出波长为1.444μm，在人眼安全范围之内，可安全操作。采用掺杂Nd离子的激光介质来产生激光，受到激光热效应的影响小，可以在较低输入能量的下，输出高功率的激光。

现结合附图1进一步说明本发明的技术方案：在图1中，将掺Nd的激光晶体2放置于全反射镜片1和输出镜片3之间，全反射镜片1镀上对1.0μm，1.3μm波段高透，对1.4μm波段高反的膜系，输出镜片3镀上对1.0μm，1.3μm波段高透，对1.4μm波段具有最佳耦合输出的膜系。在氙灯或氪灯为泵浦源或用半导体激光器为泵浦源下，在脉冲泵浦或连续泵浦的工作方式下，激光晶体2中的Nd³⁺离子吸收泵浦光后所产生的1444nm荧光在激光谐振腔之间振荡于激光波长上，激光器可输出1.444μm波段的激光，输出的激光通过聚焦耦合透镜4耦合进光纤5，即可利用1.444μm的激光，方便可靠。

附图说明

图1为本发明的结构原理图，其中1为激光器的全反射镜片，2为掺Nd的激光晶体，3为激光器的输出镜片，4为聚焦耦合透镜，5为输出光纤；图2为本发明的具体构成图，其中6为He-Ne引导光，7为泵浦氪灯，8为双椭圆聚光腔，9为激光工作电源，10为第一45度放置镜片、11为第二45度放置镜片。

具体实施例

下面结合实施例来具体说明。

将激光晶体2置于全反射镜片1和输出镜片3之间。全反射镜片1是平镜，表面镀上了对1.444μm反射率为99.8％，对1.0μm的透过率为98％和对1.3μm波段的透过率为80％的膜，输出镜片3也是平镜，表面镀上对1.0μm透过率为95％、对1.3μm透过率为60％、对1.444μm输出耦合度为20％参数的膜系，从而能大量抑制掉1.0μm和1.3μm波段的激光的起振，全反射镜片1和输出镜片3之间的距离为40cm。泵浦氪灯7密封在掺杂Eu的石英玻管中，用来泵浦激光晶体2；激光晶体2是Nd:YAG激光晶体，用来产生粒子数反转，掺杂的Nd³⁺的离子浓度为0.7at％，激光晶体长度为110mm，直径为7mm，双椭圆聚光腔8内壁镀上Ag以加强泵浦氪灯7发出泵浦光的反射，提高泵浦效率，腔内通水用来冷却激光晶体2和泵浦氪灯7；第一45度放置镜片10和第二45度放置镜片11，产生折叠光路，镜片10和镜片11表面都镀上对1.444μm反射率为99％、对1.064μm波段透过率为93％的膜系，可将输出光中的少量1.064μm波段激光虑掉。聚焦耦合透镜4表面镀上对1.444μm高透的膜系，减少输入损耗，可将输出的1.444μm波段激光以及He-Ne引导光6耦合进光纤5之中，He-Ne引导光6发出的红色引导光和所输出的1.444μm激光同光路，用于指示输出1.444μm激光所在位置。脉冲电源9工作，工作频率为10HZ，通过冷却系统的冷却，给灯输入540J的能量，我们最大可以获得5J左右的1.444μm波段的激光。该激光可通过光纤5直接用于医用上的切割、内切割等手术中。

Claims (3)

1、1.444μm Nd:YAG激光医疗机，包括激光振荡器，激光泵浦系统，冷却系统，引导光和光纤耦合系统，其特征在于：所使用的激光增益介质Nd:YAG晶体掺杂Nd³⁺离子浓度在0.45at％-1.2at％之间；Nd:YAG激光晶体为棒状，且半径在5mm-10mm范围内；采用双椭圆紧包腔，且腔内壁所附的反射材料为Ag；采用掺杂Eu的石英玻管来虑掉泵浦灯中的紫外辐射和长波段的泵浦荧光；在光学谐振腔两端的镜片上镀上膜层。

2、如权利要求1所述的激光医疗机，其特征在于：泵浦系统为氪灯、氙灯泵浦或半导体激光器泵浦。

3、如权利要求1所述的激光医疗机，其特征在于：所用的引导光是He-Ne引导光或发光二极管或半导体激光。

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