CN102280807A - 医用多波长激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用多波长激光器，一种情形是产生多波长的方式由基频光通过调制器产生所需波长的激光，并采用选择性反射镜及全反射镜产生谐振腔，结构紧凑。还可以通过简单的倍频结合上述选择性反射镜及全反射镜的配合扩展输出波长的多样性选择，容易扩展。关于多波长的选择和调整则依赖于液光开关和光闸，调整方便，工作安全可靠。另一种情形是还包括位于所述第二选择反射镜的投射光路上的45度斜置的第一输出波长激光第二全反射镜。通过结构整合，方便多个方向的调整和获得，结构更趋与紧凑。

Description

医用多波长激光器

技术领域

本发明属于医用激光设备技术领域，尤其是涉及侧面泵浦全固态多波长激光器技术领域。

背景技术

激光的能量在时间、空间、光谱上高度集中，使它在众多领域中得到了广泛应用。其中，医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门学科。世界各国已开发出许多种不同治疗用途的激光医疗设备，并用于临床治疗。

 早期激光在医学临床中的应用，由于激光器种类不多，可选择的余地不大，经常是使用一种波长的激光进行全部的手术操作，另外再辅以常规器械的帮助完成整个手术过程，不能满足外科手术各个过程的特殊需要，不能得到最优的治疗效果。随着激光技术的快速发展，各种波长的激光器相继问世，已经基本覆盖可见光、紫外光、红外光等各常用波段。现代医学临床的实践证明，不同的适应症治疗需要不同的最佳波长的激光，一个完整的手术过程中的不同阶段也需要不同波长和不同性质的激光来处理，因此多波长激光才能满足现代激光医学临床治疗的需要，实现安全、有效、可靠、创伤小、痛苦小、康复快等现代医学追求的目标。

为了进一步满足临床手术的需要人们开始对多波长激光器进行进一步研究，目前获得多波长激光器的方法有：

1利用Diode-Q-YLF倍频激光532nm泵浦钛宝石激光腔，输出激光由半反半透镜把532nm绿光和830nm红外光分开，830nm光聚焦至倍频晶体LBO，产生的倍频光经过滤并调平将415nm蓝光聚焦至倍频晶体BBO,四倍频的光通过准直后到分光棱镜，分别输出415nm蓝光和208nm紫外光。这种方法的要点是全固态倍频激光泵浦钛宝石，用光参量方法实现多波长激光输出，其结构复杂且输出激光功率属于瓦级或毫瓦级激光在临床应用价值不高。

2使用一台激光器同时实现三种基频波长的运转，并通过腔内和腔外同时倍频的方式在同一台激光器上同时实现660nm红、532nm绿、蓝三基色激光输出。此种方法是采用半导体端面泵浦晶体，并在腔内和腔外放置对应的倍频晶体来获得小功率倍频光。由于端面泵浦的局限性，这种方法很难得到大功率的激光输出，临床应用受到明显限制。

3采用“十”字型复合谐振腔结构，以两块Nd3+:YAG 激光晶体作为工作物质分别提供1064 nm 和1319 nm 基频光，通过非线性光学晶体频率变换技术与声光调Q 技术相结合，在三个不同方向上同时输出532 nm 绿光、589 nm 黄光及660 nm 红光多波长激光。此种方法利用两块激光晶体作为工作物质，使激光器结构变得复杂的同时还为激光晶体的冷却带来了新的难题，其实际应用价值不高。

4采用五块激光晶体来实现多个基频光输出，在一根晶体棒中同时输出1.0微米波段及1.3微米波段两种基频光的激光振荡的双波长激光，在腔内有声光调制器，对1.0微米及1.3微米同时调制。此种方法是激光器的谐振腔镜采用二分镜结构，在同一片反射镜或输出耦合镜面划分成两半，各自镀上不同透过率及反射率分布的介质膜，实现两种波长的激光振荡。此种方法获得的两种激光波长采用了五块晶体，其结构相当复杂，制作困难，在实际应用中很难得到应用。

另外还有利用氩离子激光、染料激光或氪灯抽运的激光、半导体激光器直接发射、可调级联倍频晶体的脉冲固体激光器等方法获得多波长激光，多是小功率应用在军事，检测等领域，在医疗上没有得到实际应用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够满足医用应用的多波长激光器，结构紧凑、可靠性好且操作简便。

依据本发明示例的一个方面：

该发明一种医用多波长激光器，包括用于产生基频光的侧面泵浦全固态激光模块，其特征在于其还包括：

液光开关，位于所述侧面泵浦全固态激光模块的第一侧光路上，以控制第一输出波长激光的出射方向，该出射方向含有第一出射方向和第二出射方向；

光闸，位于所述液光开关的入射光路上；

第一输出波长激光部分反射镜,位于并垂直于所述第一出射方向上；

第一输出波长激光调制器，位于第二出射方向；

第一输出波长激光第一全反射镜，位于所述第一输出波长激光调制器出射方向上垂直地反射相应出射光；

第一选择反射镜，斜置在所述侧面泵浦全固态激光模块的第二侧光路上，以全反射第一输出波长激光，形成第一反射光路，且全透第二输出波长激光；

第二输出波长激光调制器，位于所述侧面泵浦全固态激光模块的第二侧光路上，对第一选择反射镜的投射光进行调制；

第二选择反射镜，位于并垂直所述侧面泵浦全固态激光模块的第一侧光路上，以全透第一输出波长激光并全反第二输出波长激光；

第一辅助反射镜，位于并垂直所述第一反射光路上，与侧面泵浦全固态激光模块、所述第一输出波长激光部分反射镜形成第一输出波长激光谐振腔；以及

第二输出波长激光部分反射镜，位于并垂直入射的第二输出波长激光，并与所述测面泵浦全固态激光模块、所述第二选择反射镜形成谐振腔。 

依据本发明，产生多波长的方式由基频光通过调制器产生所需波长的激光，并采用选择性反射镜及全反射镜产生谐振腔，结构紧凑。还可以通过简单的倍频结合上述选择性反射镜及全反射镜的配合扩展输出波长的多样性选择，容易扩展。关于多波长的选择和调整则依赖于液光开关和光闸，调整方便，工作安全可靠。

依据上述医用多波长激光器，还包括设置在所述第一输出波长激光和/或第二输出波长光路上的倍频器；

对应第一输出波长激光的倍频器记为第三输出波长激光倍频器，加以匹配地，所述第一辅助反射镜位于并垂直该第三输出波长激光倍频器的出射方向，且该第一辅助反射镜还是该第三输出波长激光的全透镜，同时，在该第三输出波长激光倍频器的入射方向垂直地设有对第三输出波长激光全反并对第一波输出波长激光全透的第三选择反射镜；

对应第二输出波长激光的倍频器记为第四输出波长激光倍频器，加以匹配地，该第四输出波长激光倍频器设置在所述第二输出波长激光调制器的出射光路上，且所述第二输出波长激光部分反射镜还为第四输出波长激光的全透镜；并在该第二输出波长激光部分反射镜后设有分光镜，以获得不同出射方向的第二输出波长激光和第四输出波长激光。从而，可以产生更多波长的医用激光，通过倍频设备的简单叠加，实体结构增加不多，结构也很紧凑。

依据上述医用多波长激光器，本发明的再一个方面还包括位于所述第二选择反射镜的投射光路上的45度斜置的第一输出波长激光第二全反射镜。通过结构整合，方便多个方向的调整和获得，结构更趋与紧凑。

依据上述医用多波长激光器，本领域的技术人员还可以选择或者组合以下较佳的技术手段：

所述侧面泵浦全固态激光模块的泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光二极管波长为808nm，激光介质为Nd:YAG，两端磨成平面，镀有基频光的增透膜，并配有对激光二极管阵列和激光介质进行冷却的冷却系统。

上述医用多波长激光器，存在第三输出波长激光倍频器时，该第三输出波长激光倍频器的采用水冷却得晶体两端镀有第一输出波长激光和第三输出波长激光增透膜，匹配角度分别为                                                

。

上述医用多波长激光器，所述第三输出波长激光倍频器的晶体为KTP或LBO晶体。

上述医用多波长激光器，存在第四输出波长激光倍频器时，该第四输出波长激光倍频器的采用水冷却的晶体两端镀有第二输出波长激光和第四输出波长激光增透膜，匹配角度分别为

。

上述医用多波长激光器，所述第四输出波长激光倍频器的晶体为KTP晶体。

上述医用多波长激光器，所述第一输出波长激光的波长为1064nm，第二输出波长激光的波长为1320nm，第三输出波长激光的波长为532nm，第四输出波长激光的波长为660nm。

上述医用多波长激光器，所述第一输出波长激光第一全反射镜上镀有1064nm全反膜，反射率大于95%；

所述第一输出波长激光部分反射镜上镀有1064nm部分反射膜，反射率大于10%小于30%；

所述第一输出波长激光第二全反射镜镀有45°入射1064nm全反射膜，反射率大于95%；

所述第二选择反射镜形成谐振腔镀有1320nm全反膜和1064nm增透膜，1320nm反射率大于95%，1064nm透过率大于95%；

所述第一选择反射镜上镀有45°入射1064nm全反膜和1320nm增透膜，1064nm反射率大于95%，1320nm透过率大于95%；

所述第三选择反射镜镀有1064nm增透膜和532nm全反膜，532nm反射率大于95%，1064nm透过率大于95%；

所述第一辅助反射镜上镀有1064nm全反膜和532nm增透膜；1064nm反射率大于95%，532nm透过率大于95%；

所述第二输出波长激光部分反射镜镀有660nm增透膜和1320nm部分反射膜，1320nm反射率大于5%小于20%；660nm透过率大于95%；

所述分光镜镀有45°入射660nm全反膜和1320nm增透膜。660nm反射率大于95%，1320nm透过率大于95%；

所述第二输出波长激光调制器镀有1320nm增透膜；

所述第二输出波长激光调制器镀有1064nm 增透膜。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步的说明，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：

图1为依据本发明的一种医用大功率多波长激光器整体结构图；

图2为一种1064nm波长激光产生结构图；

图3为一种532nm波长激光产生结构图；

图4为一种1320nm和660nm波长激光产生结构图；

图中：

a—532nm激光倍频器；    

b—660nm激光倍频器；  

c—1320nm声光调制器； 

d—1064nm声光调制器；

L—光闸； 

P—液光开关； 

Q—半导体侧面泵浦Nd:YAG激光模块；  

M1—1064nm全反镜；              

M2—1064nm部分反射镜   

M3—45°入射1064nm全反镜；     

M4—1320nm全反1064nm全透镜；   

M5—45°入射1064nm全反1320nm全透镜

M6—1064nm全透532nm全反镜

M7—1064nm全反532nm全透镜

M8—1320nm部分反射660nm全透镜

M9—45°入射1320nm全透660nm全透镜。

具体实施方式

参照说明书附图1，其示出了一种医用多波长激光器，其包括半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块、全反射镜、部分反射镜、45°反射镜、分光镜、激光倍频器、声光调制器、液光开关、以及光闸组成。其基本特点是：当液光开关P以及光闸L开启时，半导体泵浦Nd：YAG激光模块Q和1064nm全反和532nm全透镜M7、45°入射反射1064nm全反镜M3以及1064nm部分反射镜M2形成1064nm“Z”型激光谐振腔，从1064nm部分反射镜M2处输出1064nm激光；当液光开关P关闭光闸L开启时，半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块Q、1064nm全反镜M1、1064nm声光调制器d、45°入射1064nm全反镜M3、45°入射1064nm全反1320nm全透镜M5、1064nm全透532nm全反镜M6、532nm激光倍频器a以及1064nm全反532nm全透镜M7形成折叠腔，腔内倍频从1064nm全反532nm全透镜M7处输出532nm激光；当光闸L关闭时，半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块Q和1320nm全反1064nm全透镜M4、1320nm声光调制器c、660nm激光倍频器b、1320nm部分反射660nm全透镜M8形成1320nm激光谐振腔以及腔内倍频660nm激光谐振腔，从1320nm部分反射660nm全透镜M8处输出1320nm激光和660nm激光，混合光束通过45°入射1320nm全透660nm全透镜M9后分别输出660nm激光和1320nm激光。

关于液光开关P，选择方案之一见于中国第CN101713899A号发明专利申请公开，公布日2010年5月26号，所公开液光开关基本结构为其包括第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述第一直角棱镜和第二直角棱镜的斜面相对设置，并通过连接条固定连接成直角棱镜组件，在所述第一直角棱镜和第二直角棱镜的斜面之间形成有通过通入第一介质或第二介质使进入所述直角棱镜组件的光改变出射方向的介质通道。该结构通过在第一直角棱镜和第二直角棱镜之间形成介质通道，并在介质通道中通入不同的介质，以改变入射光的出射方向，实现对光出射方向的控制，进而通过在液光开关外部与通光孔相对应的位置设置倍频晶体，实现了对基频光和倍频光的可控输出,并能充分利用基频光能量，提高了基频光与倍频光的输出功率，且具有结构简单轻巧，使用方便，成本低的优点。匹配本发明的实施例，结合上述CN101713899A发明专利公开在1064nm和532nm波长激光的获得上效率高，结构紧凑。

半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块Q和1064nm全反532nm全透镜M7以及1064nm部分反射镜M2形成1064nm激光谐振腔从1064nm部分反射镜M2处输出1064nm激光图2所示。此时液光开关P以及光闸L处于开启状态。其中M7上镀1064nm全反膜和532nm增透膜；M2上镀1064nm部分反射膜，反射率大于10%小于30%。

半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块Q和1064nm全反镜M1、1064nm声光调制器d、45°入射1064nm全反镜M3、45°入射1064nm全反1320nm全透镜M5、1064nm全透532nm全反镜M6、532nm激光倍频器、1064nm全反532nm全透镜M7形成腔内倍频532nm激光谐振腔，从1064nm全反532nm全透镜M7处输出532nm激光如图3所示。此时液光开关P处于关闭状态关闸处于开启状态，其中M1上镀1064nm全反膜、声光调制器d上镀1064nm 增透膜、M3镀45°入射1064nm全反射膜、M5上镀45°入射1064nm全反膜和1320nm增透膜、M6镀1064nm增透膜和532nm全反膜。

关闭光闸L，半导体侧面泵浦Nd：YAG激光模块Q和1320nm全反1064nm全透镜M4、1320nm声光调制器c、1320nm部分反射660nm全透镜M8、660nm倍频器形成1320nm激光谐振腔，以及660nm激光谐振腔。其中1320nm全反1064nm全透镜M4和1320nm部分反射660nm全透镜M8形成1320nm谐振腔，从M8处输出1320nm激光；在1320nm谐振腔中加入声光调制器以及660nm倍频器后有部分1320nm激光倍频产生660nm激光从M8处输出，此时从M8处输出的激光有1320nm和660nm两种激光组成，光束通过前面45°入射1320nm全透660nm全透镜M9分束后1320nm和660nm激光分别水平和垂直输出，图4所示。其中M4镀1320全反膜和1064nm增透膜；1320nm声光调制器c镀1320nm增透膜；M8镀660nm增透膜和1320nm部分反射膜，反射率大于5%小于20%；M9镀45°入射660nm全反膜和1320nm增透膜。

依据上述结构的设计和特殊的镀膜设计实现多种波长大功率的激光输出，可以最大限度地满足微创介入治疗全过程对不同波长激光的需要，在一个平台上实现汽化、切割、凝固、消融、止血、灭活、焊接、打孔、光动力等多种治疗功能。

四种激光波长一体化的医用大功率多波长激光器应用于临床具有重要的意义，可以充分发挥激光与组织相互光选择性作用，实现对病灶组织的汽化、切割、凝固、止血、光动力治疗等，并且治疗深度可以控制。

该装置具有输出波长多、效率高、结构紧凑、运转成本低、调节方便、工作安全等优点。

系统中没有通过移动光学元件就可以实现激光波长的切换，从而使系统具备了高可靠性和机械稳定性，操作简单，集成度高、造价低。

更具体的一个实例是为一种宜用多波长激光器的中半导体激光泵浦波长为808nm，采用三面环形泵浦Nd：YAG晶体，晶体尺寸为

×110mm，M7镀R>99.9%1064nm＆T>99.8532nm；M2的透过率为T=25%1064nm，当液光开关P开启以及光闸L开启时M2和M7形成激光谐振腔输出1064nm激光。

 M1镀R>99.9%1064nm＆532nm反射膜；1064nm调制器d为双头声光调制器，其关断能力大于100W，重复频率为1KHz到30KHz可调，脉宽小于200ns，声光调制器镀1064nm增透膜，M3和M5镀R>99.9%1064nm其中M5同时镀45°增透膜T>99.8%1320nm；M6镀R>99.9%532nm＆T>99.81064nm；激光倍频器为KTP，其尺寸为6mm×6mm×8mm，匹配角度为；打开光闸L，关闭液光开关P，反射镜M1、M3、M5、M7以及谐波镜M6、声光调制器d、532nm激光倍频器KTP和激光模块Q形成腔内倍频532nm；绿激光器，从M7处输出532nm绿激光。

 M4上镀R>99.9%1320nm&T>99.8%1064nm高反和增透膜，1320nm声光调制器c采用单头声光调制器，关断能力大于50W、重复频率为1KHz到30KHz之间可调、脉宽小于等于200ns，窗口镀1320nm增透膜；660nm激光倍频器b为KTP晶体，尺寸为6mm×6mm×4mm，匹配角度为

；M8镀T=10%1320nm&T>99.9nm660nm；M4和M8以及激光模块Q形成1320nm激光谐振腔从M8处输出1320nm激光，同时1320nm谐振腔内的部分1320nm激光经激光调制器c以及激光倍频器b后从M8处输出660nm红光。

 经检测：当半导体激光泵浦功率为600W时，把液光开关P和光闸L处于开启状态，这是从镜片M2处输出212W1064nm激光；把液光开关处于关闭状态光闸L处于开启状态，声光调制器d的调制频率为15KHz时，从镜片M7处输出120W532nm绿激光，倍频效率为58%；把光闸调至关断状态时，从分光镜M9的水平位置获得90W的1320nm激光输出，从分光镜M9的垂直位置获得18W的660nm红光输出。整个系统中激光输出功率均能满足医疗应用需要，用户还可以不同的需要选择不同的波长和不同的功率。

Claims (10)

1.一种医用多波长激光器，包括用于产生基频光的侧面泵浦全固态激光模块，其特征在于其还包括：

液光开关（P），位于所述侧面泵浦全固态激光模块的第一侧光路上，以控制第一输出波长激光的出射方向，该出射方向含有第一出射方向和第二出射方向；

光闸（L），位于所述液光开关（P）的入射光路上；

第一输出波长激光部分反射镜,位于并垂直于所述第一出射方向上；

第一输出波长激光调制器，位于第二出射方向；

第一输出波长激光第一全反射镜，位于所述第一输出波长激光调制器出射方向上垂直地反射相应出射光；

第一选择反射镜，斜置在所述侧面泵浦全固态激光模块的第二侧光路上，以全反射第一输出波长激光，形成第一反射光路，且全透第二输出波长激光；

第二输出波长激光调制器，位于所述侧面泵浦全固态激光模块的第二侧光路上，对第一选择反射镜的投射光进行调制；

第二选择反射镜，位于并垂直所述侧面泵浦全固态激光模块的第一侧光路上，以全透第一输出波长激光并全反第二输出波长激光；

第一辅助反射镜，位于并垂直所述第一反射光路上，与侧面泵浦全固态激光模块、所述第一输出波长激光部分反射镜形成第一输出波长激光谐振腔；以及

第二输出波长激光部分反射镜，位于并垂直入射的第二输出波长激光，并与所述测面泵浦全固态激光模块、所述第二选择反射镜形成谐振腔。

2.根据权利要求1所述的医用多波长激光器，其特征在于：还包括设置在所述第一输出波长激光和/或第二输出波长光路上的倍频器；

对应第一输出波长激光的倍频器记为第三输出波长激光倍频器，加以匹配地，所述第一辅助反射镜位于并垂直该第三输出波长激光倍频器的出射方向，且该第一辅助反射镜还是该第三输出波长激光的全透镜，同时，在该第三输出波长激光倍频器的入射方向垂直地设有对第三输出波长激光全反并对第一波输出波长激光全透的第三选择反射镜；

对应第二输出波长激光的倍频器记为第四输出波长激光倍频器，加以匹配地，该第四输出波长激光倍频器设置在所述第二输出波长激光调制器的出射光路上，且所述第二输出波长激光部分反射镜还为第四输出波长激光的全透镜；并在该第二输出波长激光部分反射镜后设有分光镜，以获得不同出射方向的第二输出波长激光和第四输出波长激光。

3.根据权利要求2所述的医用多波长激光器，其特征在于：还包括位于所述第二选择反射镜的投射光路上的45度斜置的第一输出波长激光第二全反射镜。

4.根据权利要求1至3任一所述的医用多波长激光器，其特征在于：所述侧面泵浦全固态激光模块的泵浦源为按照等边三角形排列、采用侧向泵浦方式泵浦激光介质的激光二极管阵列，激光二极管波长为808nm，激光介质为Nd:YAG，两端磨成平面，镀有基频光的增透膜，并配有对激光二极管阵列和激光介质进行冷却的冷却系统。

5.根据权利要求2或3所述的医用多波长激光器，其特征在于：存在第三输出波长激光倍频器时，该第三输出波长激光倍频器的采用水冷却得晶体两端镀有第一输出波长激光和第三输出波长激光增透膜，匹配角度分别为                                                

。

6.根据权利要求5所述的医用多波长激光器，其特征在于：所述第三输出波长激光倍频器的晶体为KTP或LBO晶体。

7.根据权利要求2或3所述的医用多波长激光器，其特征在于：存在第四输出波长激光倍频器时，该第四输出波长激光倍频器的采用水冷却的晶体两端镀有第二输出波长激光和第四输出波长激光增透膜，匹配角度分别为

。

8.根据权利要求7所述的医用多波长激光器，其特征在于：所述第四输出波长激光倍频器的晶体为KTP晶体。

9.根据权利要求3所述的医用多波长激光器，其特征在于：所述第一输出波长激光的波长为1064nm，第二输出波长激光的波长为1320nm，第三输出波长激光的波长为532nm，第四输出波长激光的波长为660nm。

10.根据权利要求9所述的医用多波长激光器，其特征在于：所述第一输出波长激光第一全反射镜上镀有1064nm全反膜，反射率大于95%；

所述第一输出波长激光部分反射镜上镀有1064nm部分反射膜，反射率大于10%小于30%；

所述第一输出波长激光第二全反射镜镀有45°入射1064nm全反射膜，反射率大于95%；

所述第二选择反射镜形成谐振腔镀有1320nm全反膜和1064nm增透膜，1320nm反射率大于95%，1064nm透过率大于95%；

所述第一选择反射镜上镀有45°入射1064nm全反膜和1320nm增透膜，1064nm反射率大于95%，1320nm透过率大于95%；

所述第三选择反射镜镀有1064nm增透膜和532nm全反膜，532nm反射率大于95%，1064nm透过率大于95%；

所述第一辅助反射镜上镀有1064nm全反膜和532nm增透膜；1064nm反射率大于95%，532nm透过率大于95%；

所述第二输出波长激光部分反射镜镀有660nm增透膜和1320nm部分反射膜，1320nm反射率大于5%小于20%；660nm透过率大于95%；

所述分光镜镀有45°入射660nm全反膜和1320nm增透膜；

 660nm反射率大于95%，1320nm透过率大于95%；

所述第二输出波长激光调制器镀有1320nm增透膜；

所述第二输出波长激光调制器镀有1064nm 增透膜。

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