光路简单的百瓦级钬激光系统的制作方法

本实用新型涉及高功率固体激光器领域，具体涉及一种光路简单的百瓦级钬激光系统。

背景技术：

钬激光器是用Cr，Tm，Ho∶YAG晶体制作的脉冲激光器，其输出波长2.1μm处于水的吸收峰，这种激光对人体组织的穿透深度浅，有很高的外科手术精度，且对人眼安全，加上它可用光纤传输，所以在医疗上它是一种很好的做外科的光源。因此，钬激光已经广泛应用于泌尿外科、皮肤科、妇产科、消化科、普外科和五官科等领域。

但钬激光晶体的发光阈值高，其热导率低，在高重频条件下工作时，晶体的热透镜效应明显，由于这些特点，使得单条激光晶体的输出功率不可能较高。为了获得高输出功率的钬激光治疗机，人们采用多路激光器轮流出光，经过合并光路并耦合进同一条光纤的方法来提高总的输出功率。

目前从已发表的论文、公示专利和市场产品中了解到，功率达到或超过百瓦的钬激光系统是由4路激光合束而成的。将四路钬激光合并光路后耦合输出的技术方案可分为两类：

1、第一类是以几何光学为基础，利用全反镜让四路激光的传输路径满足一定几何关系的情况下，再利用一个伺服电机控制的全反射镜，将4路激光反射到同一个耦合透镜中，从而进入同一条传输光纤(例如，授权公告号CN202059047U，四核钬激光发生系统)，但是，该四核钬激光系统的光路十分复杂，每一个激光器输出的激光需经两个反射镜反射，再入射到伺服电机控制的全反镜上，才能让四路激光的光路最后重合到一起，然后通过汇聚透镜，将四路激光耦合到同一条输出光纤中，同时，还需要精确控制各个激光器的工作时序和伺服电机的转动，让每一激光器的运行状态与全反镜的一定位置状态对应，才能使四路激光按时序轮流进入聚焦透镜，并从光纤中输出。

这种四路钬激光产品，除了每一路激光器的谐振腔需要一个后腔镜、一个输出镜之外，还需要8个全反镜、一个可转动的全反镜和伺服电机及其控制系统，因此存在三方面技术缺陷：(1)需要的元器件多(2)光路复杂、调试不方便。(3)需要精确控制光路系统，可转动的全反镜的转动规律必须与激光器的脉冲时间精确匹配。市场上已有的以这类技术方案为基础的钬激光系统是国外进口的。

2、第二类是利用多路激光的集束装置，每个激光器的输出分别耦合到光纤中，这样的多条光纤的输出端同时连接到一个集束装置的输入端上，经集束后输出的激光再用透镜聚焦，让汇聚后的激光进入共用光纤，实现多路激光从一条光纤输出，从而希望获得大功率激光输出。

例如，在“多路固体钬激光集束装置”(授权公告号CN 203277954 U)中，每一组钬激光的输出耦合到一条光纤中，该光纤的另一端接入一个光束整形匀化装置中，从该装置出射的光束再经过准直透镜、第二耦合透镜，耦合进入输出光纤。又例如在“采用合束器的多谐振腔高频钬激光治疗机”(授权公告号CN 202723982 U)中，每一路激光器的输出分别耦合到各自的传输光纤中，这两条光纤通过合束器被融合形成一根合束光纤，从合束光纤中输出的激光再经过耦合镜耦合到工作光纤中。

这2个专利申请的技术方案中，无论是“集束装置的输出光纤”还是“被融合形成的一根合束光纤”，它们都很难满足医用光纤规格，因此，需要再一次利用耦合透镜，将光束耦合到满足医用规格的工作光纤中。这类方案既增加了光束的耦合损耗，又增加了系统所需的器件。

实用新型专利“光纤合束器”(授权公告：CN 204790085 U)，记载了：输入光纤的第二纤芯24大于输出光纤的第一纤芯22，并且，由三根大直径的第二纤芯熔融拉锥成小直径的第一纤芯，所形成的拉锥段的横截面需要很大的减小，这样会使部分纤芯中传输光束的模式变为包层模，从而带来传输光束的损耗。而且，此技术方案的输出光纤是不满足医用钬激光光纤要求的，因为医用钬激光光纤从几何参数(第一纤芯、第二纤芯、包层和保护层)、光学参数和材质都有严格要求。

发明专利“一种泵浦光纤合束器及其制备方法”(公布号：CN102508336A)，公开了一种泵浦光纤合束器，将光纤束缓慢拉锥并最终拉制成一定直径的单根光纤，作为输出光纤，但是，其技术方案同样存在“光纤合束器”存在的2个技术缺陷。

另外，到目前为止市场上还未现使用集束技术为基础的大功率钬激光系统。从国家食品药品监督管理总局的国产医疗器械数据库的查询中可看到，生产钬激光治疗仪的国内企业有7家，但还没有一家企业能生产功率达到或超过百瓦的钬激光系统。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种光路简单的百瓦级钬激光系统，需要的元器件少、调试方便，不需要转动器件及其控制系统，可实现四路激光的合并，获得高功率的激光输出。

本实用新型解决上述技术问题的方案如下：

光路简单的百瓦级钬激光系统，包括四个同样的钬激光谐振腔及其汇聚透镜和一个光纤合束器，

所述钬激光谐振腔包括依次同轴放置的后腔镜、聚光腔和输出镜，汇聚透镜与后腔镜、聚光腔和输出镜也同轴放置，后腔镜和输出镜为平面镜，后腔镜是波长为2.094微米的全反射镜，输出镜是波长为2.094微米的部分反射镜，聚光腔是陶瓷腔或者石英腔，聚光腔中安装了激光晶体和氙灯，汇聚透镜是镀有波长为2.094微米增透膜的双凸透镜；

光纤合束器有4条输入光纤、拉锥段和输出光纤，四条入射光纤的入射端分别放置在四个汇聚透镜的焦点处，拉锥段的末端面为切割平面，该切割平面与输出光纤的裸纤进行熔接，此熔接处前后2cm范围内涂覆有折射率为1.46的光纤用胶，输出光纤为医用钬激光光纤，输出光纤的芯径为输入光纤的芯径的1.8～2.2倍；

每一个钬激光谐振腔的输出功率大于35W，光纤合束器的输出光纤的输出功率大于100W。

所述输出光纤的长度不小于3米。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：

1、4个钬激光谐振腔独立工作，光路简单，调节和维修方便。

2、由于4路激光的合束中不需要用伺服电机控制的转镜，减少了所需的控制信号，简化了系统的控制电路系统，用非常紧凑的光路实现了四路激光的合并输出，极大地减小了所需的元件，降低了生产成本。

3、特殊设计的光纤合束器，其输出光纤芯径接近输入光纤的2倍，四条输入光纤构成的光纤束外径约等于输出光纤直径，在熔融拉锥时，光纤束的横截面几乎没有变化，因此，合束过程对输入光纤的传输模式影响很小，从而最大程度的减小了集束损耗，每一路钬激光输出功率超过35W时，在合束器输出端的输出功率超过100W。

4、特殊设计的光纤合束器，使四路激光合束后，直接由医用光纤输出，满足医疗器材的要求。

附图说明

图1是本实用新型的光路简单的百瓦级钬激光系统的结构示意图。

图2是用于形成光纤束的模具简图。

图3是光纤合束器的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2和图3所示的光路简单的百瓦级钬激光系统，包括四个同样的钬激光谐振腔5及其汇聚透镜4和一个光纤合束器6，

钬激光谐振腔5包括依次同轴放置的后腔镜1、聚光腔2和输出镜3，汇聚透镜4与后腔镜1、聚光腔2和输出镜3也同轴放置，后腔镜1和输出镜3为平面镜，后腔镜1是波长为2.094微米的全反射镜，输出镜3是波长为2.094微米的部分反射镜，聚光腔2是陶瓷腔或者石英腔，聚光腔2中安装了激光晶体和氙灯，汇聚透镜4是镀有波长为2.094微米增透膜的双凸透镜；

光纤合束器6有4条输入光纤7、拉锥段和输出光纤8，四条入射光纤7的入射端分别放置在四个汇聚透镜4的焦点处，拉锥段的末端面为切割平面，该切割平面与输出光纤8的裸纤进行熔接，此熔接处前后2cm范围内涂覆有折射率为1.46的光纤用胶12，输出光纤8为医用钬激光光纤，输出光纤8的芯径为输入光纤7的芯径的2倍；

每一个钬激光谐振腔5中的输出功率大于35W，光纤合束器6的输出光纤8的输出功率大于100W。

输出光纤8的长度不小于3米。

光纤合束器的制备方法如下：

1、将4条输入光纤7的输出端剥去涂覆层后装入模具，组成光纤束；

2、将步骤1)所得到的光纤束在熔炉加热的条件下缓慢适当拉锥并最终拉制成一条单根光纤；

3、对步骤2)所得到的被拉制后的单根光纤一端进行切割后将其与输出光纤8的裸纤进行熔接，输出光纤8的芯径为输入光纤7的芯径的2倍；

4、对步骤3)所得到熔接点前后2cm范围内用折射率为1.46的胶进行涂覆。

百瓦级钬激光系统的工作方法为：

(1)每一路钬激光谐振腔依次放置了后腔镜、聚光腔和输出镜，聚光腔截面为椭圆，一条激光晶体与氙灯分别位于聚光腔内的椭圆的两个焦点上。给聚光腔的氙灯加上一定的电信号后，氙灯发出的泵浦光直接的、或经过聚光腔壁反射后，入射到激光晶体上；

(2)激光晶体吸收泵浦光后发出激光，后腔镜的前表面和输出镜的后表面分别镀了2.094微米的全反膜和部分反射膜，由后腔镜、聚光腔和输出镜构成的钬激光谐振腔中，对波长为2.094微米的、在光轴方向传输的激光作最优先的放大，而把其它频率和方向的光加以抑制，从输出镜输出波长为2.094微米的激光；

(3)4个钬激光谐振腔输出的激光分别经过相应的汇聚透镜聚焦后，在透镜焦点处进入光纤合束器的输入光纤，然后四路激光均从光纤合束器的输出光纤输出。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。