专利名称：1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器的制作方法
技术领域：
本发明的1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器，属光电子领域。其基波及其非线性变频的相干辐射，可应用于激光医疗、激光加工、激光通讯、天文学等多个方面。
时间整型的超脉冲激光指的是时间的上升沿和下降沿陡直(约μs量级)变化的零点几毫秒级脉冲或脉冲包络的激光。在气体CO2激光中有时间整型的超脉冲的报道(参见COHERENT高能超脉冲CO2整形激光——http://www.cohr.com)；而在固体激光中，特别是在1.3微米波段尚未见到时间整形的超脉冲报道。
气体CO2超脉冲激光是九十年代末期问世的一种新型的美容、整形外科手术激光，它是目前激光医学领域中最高科技的结晶之一，是CO2激光中的换代产品。因避免了传统激光医疗机切割不利、医生操作手感不好、在肌体组织的切口上伴随焦痂的致命缺点，它在一定程度上具有真正意义上的“激光手术刀”特性。然而它本身也存在致命缺点10.6μm的CO2激光无法用光纤导光，无法进入食道、气管、腹腔等大量的内窥手术，因而目前只能局限于浅表手术。
1.0μm波段的激光止血好、切割差，10.6μm波段的激光对人体组织切割好、止血差，而组织中的水对1.3μm的吸收系数介于10.6μm的CO2激光和1.06μm的Nd:YAG激光之间，所以1.3μm是目前切割与止血兼顾的最好的波段。可用光纤导光的1.3414μm Nd:YAP连续激光医疗机在激光医疗上具有一定的竞争力(参见国外进展报道，“1.3μm波长Nd:YAP激光器可望改善医疗作用”，激光与光电子学进展，1998年，第6期，40页)。但从临床中发现仍然存有缺点，如切割时出现一定范围的焦痂、刀口创面较宽，还不能做精细手术。其准连续运转方式也尚不足以同Ho:YAG激光相抗争。
激光组织学实验证明，要使机体组织瞬间汽化，就必须达到一个临界功率、能量标准。而传统的连续或准连续激光只能在很低的能量输出水平下，这就显然极大拖延手术的时间才能达到这个临界标准。激光切割组织的原理是汽化组织内所含的水分。当足够的激光能量被所要作用的组织吸收时，它就会将细胞内的水分汽化，并同时带走汽化的烟雾，而烟雾中的蒸汽会吸走大部分的激光热能，残存的热量会使作用区周围组织产生热伤害。激光光束对组织加热是持续性的，因此时间愈久，对周围组织的热扩散及导致热伤害的情形愈严重。如果这种热传导耗损了过多的激光能量，或激光能量不足时，激光只在渐渐加热组织而不是立即使其汽化，这种缓慢热化现象，使组织干燥直到焦化，而且会造成周围组织的热损伤。焦痂形成之后，激光能量要传送到组织所需要的时间更长，焦痂会因吸收激光能量，使周围组织更加受热。因此，要减少热伤害的关键所在是使每一个激光脉冲输出足够的能量，立即汽化目标组织，从而减少热传到周围的组织去。因而每一激光脉冲时间要极短，即在小于热迟豫时间内使热无足够的时间传导到周围组织，而激光热仅被汽化烟雾带走。这种新式的高峰值功率短脉冲技术即是超脉冲(Ultrapulse)。
本发明的目的在于公开一种能将气体CO2超脉冲激光与1.3414μmNd:YAP连续激光器的优点有机的结合起来的“时间整形的1.3微米波段超脉冲固体激光”，就是说它可用于医疗上，能用光纤导光、切割无焦痂、刀口创面小、兼顾止血，则一定会有较好的应用前景。
实现本发明的技术方案可通过附图加以说明
图1给出了超脉冲激光与准连续激光在时间特性上的比较。所采用的激光腔结构见图2，我们提出在Nd:YAG、Nd:YAP、Nd:YVO4、Nd:YLF这些可产生1.3微米的固体激光晶体(1)中产生需要的新型时间整形超脉冲。在反射镜(2)面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高的透过率，输出镜(3)镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，同时在谐振腔内插入具有削波作用的声光调制器或电光调制器组件(4)，(5)为灯(氪灯或氙灯)或以半导体激光器的泵浦系统。腔内插入声光调制器对在灯(氪灯或氙灯)为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源泵浦下的脉冲进行首尾削波，如果在脉冲内再加上5-20千赫兹的调制(如图3所示)，将产生峰值功率高数个量级的脉冲包络，这种占空比更小、子脉冲宽度仅有几百纳秒的新型高峰值功率脉冲与高能超脉冲CO2整形激光有不同之处，使其刀峰更利、焦痂更小、热损伤更轻。
本发明与背景技术相比所具有的有益的效果它与传统的准连续激光相比，具有脉宽短、峰值功率高、脉冲上升及下降沿陡峭、无首尾低于焦痂阈值下的能量；避免了传统的准连续激光造成激光手术刀口较宽、不适合于精细手术的缺点。因此，新型的“时间整形的1.3微米波段超脉冲固体激光”具有较大的应用前景。
现对附图作图面说明图1是超脉冲激光与准连续激光在时间特性上的比较图；图2是本发明的激光腔结构示意图；图3是图1的脉冲加上5—20千赫兹的调制后所形成的脉冲包络；图4是本发明灯泵浦时间整形的1.3微米波段超脉冲晶体激光器实例的构成图；图5是本发明激光二极管侧面泵浦时间整形的1.3微米波段超脉冲晶体激光器实例的构成图。
下面结合附图进一步描述
具体实施例方式实施例一图4中(1)为Nd:YAG晶体，(6)是泵浦用氪灯或氙灯，(7)是滤去泵浦灯紫外辐射的滤光管，(11)紧包式椭圆型或圆型聚光腔，腔内充满介质冷却液，冷却工作物质和泵浦灯，(3)为激光的输出镜，对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，从而使两种波长激光的损耗不同，以达到抑制1.0μm波段的激光，只输出1.3μm波段的激光。这里我们采用的输出耦合度为对1.319μm的透射率为2.5％，对1.064μm的透射率为80％；(8)是自循环冷却器，(9)为电源，可以输出能量可变的脉冲电源，(2)对1.319μm的反射率为99.8％、对1.064μm的透射率为90％的介质镜，(4)熔石英晶体声光调制器。工作时，若在腔内或腔外插入非线性光学变频晶体，并相应调整谐振腔镜的耦合度，即可方便地获得较高变频效率的相干辐射输出。
实施例二图5中(1)是Nd:YAG晶体、用多个LD(12)侧向泵浦，在与泵浦光垂直方向上用半导体致冷器致冷的热沉(图中没画出)，抽取工作物质运转过程产生的热量；(3)为激光的输出镜，对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，从而使两种波长激光的损耗不同，以达到抑制1.0μm波段的激光，只输出1.3μm波段的激光。这里我们采用的输出耦合度为对1.319μm的透射率为2.5％，对1.064μm的透射率为80％，；(2)对1.319μm的反射率为99.8％、对1.064μm的透射率为90％的介质镜，(4)为熔石英晶体声光调制器，(13)是LD半导体激光器的驱动源，(14)为熔石英晶体声光调制器驱动电源。声光调制器工作于几千赫兹到几十千赫兹，产生峰值功率达千瓦、占空约百分之几的激光脉冲包络，而包络的宽度为零点几微秒。
权利要求
1.一种1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器，是以Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:BEL中的一种激光晶体为激光激活介质，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲工作方式下，该器件输出超脉冲1.3μm波段基波，具体波长如下对Nd:YAG晶体为1319nm或1338nm；对Nd:YVO4晶体为1342nm；对Nd:YAP晶体为1341.4nm；对Nd:YLF晶体为1313nm；对Nd:BEL晶体为1351nm，其特征在于，所述的1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器具有以下结构在振荡级谐振腔中的反射镜面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高的透过率，输出镜镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的声光调制器或电光调制器组件，产生仅有微秒级的上升沿及下降沿的陡直的零点几毫秒激光脉冲。
2.如权利要求1所述的1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器，其特征在于所述的声光调制器或电光调制器组件工作于几千赫兹到几十千赫兹，产生峰值功率高数个量级、占空比更小的激光脉冲包络。
全文摘要
一种1.3μm波段超脉冲掺钕晶体激光器，是以Nd∶YAG、Nd∶YVO
文档编号H01S3/08GK1421966SQ01142318
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月23日 优先权日2001年11月23日
发明者黄见洪, 林文雄, 林授群 申请人:中国科学院福建物质结构研究所