一种精准定位激光器的制作方法

本实用新型涉及激光器
技术领域：
，具体涉及一种精准定位激光器。
背景技术：
：在医学领域，利用波长选择性的治疗激光进行治疗，能有效汽化、切割和凝固人体组织，实现快速手术、有效治疗的目的且汽化切割时对组织的热影响区很小，损伤层很薄，手术后易愈合，不出现并发症状。但是，要想将激光应用于医疗领域，必须要实现对激光的精准定位，但是目前的激光器无此功能。鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。技术实现要素：为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种精准定位激光器，其包括：泵浦装置和工作物质；所述泵浦装置对所述工作物质进行照射；所述工作物质在所述泵浦装置的照射下，内部粒子数反转，并产生激光；其中，所述激光器还包括光路控制装置，所述光路控制装置对激光的光路进行控制，进而进行精确定位。较佳的，所述光路控制装置包括：反射镜、全反射镜和聚焦透镜；其中，产生的激光和附加的指示红光照射在所述反射镜上，所述反射镜对所述激光全反射，对所述指示红光半反射半透射；透射后的所述指示红光射向靶面，全反射后的所述激光和半反射后的所述指示红光照射在所述全反射镜上；所述全反射镜将所述激光和所述指示红光全部反射出去；反射后的所述激光和所述指示红光透过所述聚焦透镜，所述聚焦透镜将透射的所述激光和所述指示红光进行聚焦，聚焦后射向所述靶面。较佳的，所述光路控制装置还包括控制支架；所述反射镜、所述全反射镜和所述聚焦透镜固定在所述控制支架上。较佳的，所述控制支架的轴线与所述激光和所述指示红光重合，所述控制支架绕所述轴线旋转。较佳的，所述反射镜和所述全反射镜反射光线的两对应平面互相平行。较佳的，所述聚焦透镜为石英透镜。较佳的，所述聚焦透镜直径为3mm焦距f＝10mm。较佳的，所述激光器还包括谐振腔，所述谐振腔将所述泵浦装置和所述工作物质内置，对所述工作物质发出的指定波段的激光进行震荡和输出。较佳的，所述谐振腔包括全反镜和输出镜；所述全反镜与所述输出镜互相平行且垂直于所述工作物质的轴向，对其中沿所述工作物质轴向传播的单色光谱进行振荡，并将生成的激光从所述输出镜输出。较佳的，所述全反镜为凹面镜，所述输出镜为平面镜。与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：提供一种精准定位激光器，这样，利用光路控制装置实现了对激光的精准定位。附图说明为了更清楚地说明本实用新型各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本实用新型激光器的功能框图；图2是本实用新型泵浦装置的示意图；图3是本实用新型激光器的部分示意图；图4是本实用新型声光调Q器的示意图；图5是本实用新型光路控制装置的示意图；图6是本实用新型另一实施例介稳谐振腔的示意图；图7是本实用新型另一实施例具可饱和吸收体的激光器的部分示意图。具体实施方式以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。如图1所示，一种激光器，其包括：泵浦装置1、工作物质2、谐振腔3、调Q装置4、光路控制装置5和冷却装置6；泵浦装置1对工作物质2进行照射；工作物质2在泵浦装置1的照射下，内部粒子数反转，并产生激光；谐振腔3对指定波段的激光进行震荡，并输出；调Q装置4将连续输出的激光转换为宽度极窄的脉冲，以提高激光的峰值；光路控制装置5对激光的光路进行控制；冷却装置6对泵浦装置1、工作物质2和调Q装置4进行冷却。这样，激光器可以产生特定波段的激光。同时，利用光路控制装置实现了对激光的精准定位。<泵浦装置>结合图2所示，其中，泵浦装置1包括泵浦源11和聚光腔12，所述泵浦源11发出强光照射工作物质2，使工作物质2内部粒子数反转；聚光腔12将泵浦源11和工作物质2包裹在中间，用于将泵浦源11辐射的光能最大限度地聚集到工作物质上去；这样，可以提高泵浦源11的光能转换成工作物质的激光的转换率，进而提高激光的功率。所述粒子数反转，是把处于基态的粒子，激励到高能态(产生激光的能态)。所述聚光腔12为椭圆柱形的中空结构，以便于将泵浦源11和工作物质2容置在其中；所述聚光腔12内表面镀银，这样可以对泵浦源11发出的强光进行反射。所述聚光腔12为椭圆柱腔(椭圆柱腔是断面为椭圆的柱体)，其内壁截面为椭圆形，所述泵浦源11和工作物质2分别位于椭圆柱腔的两条焦线上(也即是泵浦源11和工作物质在与所述内壁截面的两个焦点上)，这是因为从椭圆的一个焦点发出的所有光线，经椭圆面反射后将会聚到另一个焦点上，这样，能够将泵浦源11发出的光聚焦到工作物质2上，从而大大提高泵浦源11的光能转换成工作物质的激光的转换率，进而大大提高激光的功率。所述聚光腔12内表面抛光，(如果内表面不抛光，照射到内表面的光线会被分散反射到不同的方向，这样，从椭圆柱腔的一个焦线发出的光线中的绝大部分都会因为在内表面上被分散反射而无法汇聚到另一个焦线上)，这样，可以精确控制照射在内表面的光线的反射光的反射方向，从而可由将从一个焦线发出的光线在内表面反射后聚到另一个焦线上，从而大大提高泵浦源11的光能转换成工作物质的激光的转换率，进而大大提高激光的功率。所述聚光腔12两端有反射端面，这是为了尽可能利用沿轴向发射的泵浦源光能。<工作物质>其中，工作物质2为激光晶体，该激光晶体的吸收光谱与泵浦源11的发射光谱相匹配，在泵浦源11的照射下产生激光。该激光晶体为Nd.YAG晶体棒，Nd.YAG为英文简化名称，来自(Neodymium-dopedYttriumAluminiumGarnet)，中文称之为钇铝石榴石晶体；钇铝石榴石晶体棒作为工作物质2，晶体内之Nd原子含量为0.6～1.1％，属固体激光，其对应的泵浦源11为连续氪灯，所述连续氪灯是连续运行的氪灯，其发射光谱与Nd:YAG的吸收光谱相匹配，这样发出的光谱能量被Nd:YAG吸收的多，提高了激光的功率。氪灯的发射光谱是一个宽带连续浦，其中固定的光谱峰被Nd离子吸收；Nd:YAG吸收的光谱区域由0.730μm～0.760μm与0.790μm～0.820μm，光谱能被吸收后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱。氙灯在低电流密度放电(如连续灯放电和小能量脉冲灯放电)时，辐射的特征谱线的峰值波长在0.84、0.9和1um附近，氪灯在低电流密度放电时，辐射的特征谱线的峰值波长在0.76、0.82和0.9um附近。可见，氪灯的特征谱线与Nd.YAG的主要泵浦吸收带相匹配，因此连续和小能量脉冲Nd.YAG激光器用氪灯泵浦效率较高。Nd.YAG晶体棒的两端面对0.95μm到1.50μm波段镀增透膜，所述增透膜的作用是减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，这样，可以增加晶体棒两端面0.95μm到1.50μm波段的透射光的强度，以便于后续操作，同时还可以抑制其他波段的透射光，减少其他波段的光对0.95μm到1.50μm波段的光的影响。<谐振腔>结合图3所示，其中，谐振腔3将泵浦装置1和工作物质2内置，对工作物质2发出的指定波段的激光进行震荡和输出。当将工作物质放在两个互相平行的反射镜(其中一片100％反射另一片部分透射透射镜)就可构成谐振腔，在这谐振腔内，非轴向传播的单色光谱被排出谐振腔外：轴向传播的单色光谱在腔内往返传播。当单色光谱在工作物质中往返传播时，称为谐振腔内“自激振荡”。当泵浦源提供足够的高能级的原子在工作物质内，具有高能级的原子在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位。当光重复在谐振腔内通过“粒子数反转状态”的工作物质后，相同频率单色光谱的光强被增大生成了激光，激光就能透过谐振腔内部分透射的透射镜里发射出来，成为连续式激光。谐振腔3包括全反镜31和输出镜32，全反镜31与输出镜互相平行且垂直于工作物质2的轴向，对其中沿工作物质2轴向传播的单色光谱进行振荡，并将生成的激光从输出镜32输出。其中，全反镜为凹面镜，输出镜为平面镜，这样有利于激光输出。其中，所述凹面镜曲率半径为500mm，这样，增大激光振荡的膜体积；可减小束散角。所述谐振腔3为多层介质膜腔，这样，可以实现对光谱的准确选择，提高输出的激光波段的准确性。<调Q装置>其中，调Q装置4将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级；其置于谐振腔3内，将经过的连续激光能量压缩为脉冲，这样，可以将连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使激光的峰值功率提高几个数量级。所述调Q装置4靠近所述输出镜32，这样，便于将激光能量压缩后的脉冲激光发射。所述调Q装置4包括：光栏41和声光调Q器42；光栏41对单色光谱进行筛选，声光调Q器将筛选后的单色光谱压缩为脉冲。光栏41上具有可调节的通光孔，从而使其通光直径与声光调Q器42的通光口径相匹配，这样，可以排除无法通过光栏通光孔的轴向传递的单色光谱，通过光栏通光孔的单色光谱也会通过声光调Q器，从而被声光调Q器压缩为脉冲激光，(没有光栏的情况下，部分激光会不经过声光调Q器而直接从输出镜输出，这样，输出的激光中就会在脉冲激光中夹杂连续激光，影响激光的峰值功率以及造成其他损伤)这样，可以使得声光调Q器对输出的激光全部进行压缩，避免出现部分输出激光未被压缩而作为连续激光输出，给正常作业带来损伤。光栏41的通光孔的直径与声光调Q器42的通光口径相同且光栏41的通光孔中心、声光调Q器42的通光中心都在工作物质2的轴线上，这样，可以在保证通过光栏的单色光谱均经过声光调Q器的情况下，增加通过光栏的通光孔直径，同时，将通光孔的中心设置在轴线上，可以避免偏心造成的单色光谱散射问题，提高通过通光孔的单色光谱的光谱能量。结合图4所示，声光调Q器42包括：换能器421、声光介质422和吸声介质423；换能器421位于声光介质422非通光面的一端，其与声光介质422贴合，接收外部施加的射频信号，产生超声波；所述超声波在所述声光介质422内部传递，压迫所述声光介质422，声光介质422被所述超声波压迫后改变自身的折射率，使透过声光介质422的光线发生偏折；吸声介质423贴合所述声光介质422，且位于所述声光介质422远离所述换能器421的一端，其吸收透过声光介质422的超声波，防止所述超声波422继续传播而对对其他零件造成损伤。声光介质422有两个面通光，用于使光线透过声光介质。声光调Q器通过阻断和不阻断光的反射通道来抑制和产生激光脉冲；在不给换能器施加射频信号时，声光介质保持其原有的常规折射率，由工作物质发射出来的平行光透过声光介质，经后反光镜发射再穿过声光介质，返回激光棒；一旦给换能器施加射频信号，换能器立即在声光介质内产生超声波；超声波压迫声光介质使它的折射率发生变化，透过声光介质的光线发生折射而偏离输出镜，使得没有光线返回工作物质；由于激光光线返回工作物质是激发激光的必要条件，所以产生激光的进程停止，因此给换能器施加和撤除射频信号，是关掉和释放激光的重要控制手段。这样，当有超声波时，声光介质密度发生周期变化，导致折射率周期变化，使光束发生偏转，这时谐振腔的Q值很低，使上能级粒子数迅速积累；没有超声波存在时，光束可自由通过声光介质，腔的Q值很高，容易产生激光振荡，在极短的时间内上能级的反转粒子数被消耗，转变为腔内的光能量，在腔的输出端以单一脉冲形式将能量释放出来，于是就获得峰值功率很高的脉冲激光输出；这样，通过声光调Q器将连续激光转换成峰值功率很高的脉冲激光。所述换能器421为石英晶片，这样可以以压电效应实现电能与声能的转换，将射频信号(射频信号也可以是电能射频信号)转换成超声波，转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。声光介质422为熔融石英。<光路控制装置>结合图5所示，其中，光路控制装置5对输出的激光和指示红光进行控制，其包括：反射镜51、全反射镜52、聚焦透镜53和控制支架54；其中，输出的激光和指示红光照射在反射镜51上，反射镜51对激光全反射，对指示红光半反射半透射，透射后的指示红光射向靶面；全反射后的激光和半反射后的指示红光照射在全反射镜52上，全反射镜52将激光和指示红光全部反射出去；反射后的激光和指示红光透过聚焦透镜53，聚焦透镜53将透射的激光和指示红光进行聚焦，聚焦后射向靶面；所述反射镜51、全反射镜52和聚焦透镜53固定在控制支架54上，所述控制支架54的轴线输出的激光和指示红光重合，绕轴线旋转。这样，可以将激光呈圆形照射在靶面上，对靶面进行切割。其中，反射镜51和全反射镜52反射光线的两面互相平行，这样，可以使得全反射镜反射后的指示红光与反射镜51透射的指示红光平行，从而保证透射的指示红光和反射的指示红光在靶面上的距离保持不变。这样，在具体应用时，可以先由红光定位目标靶心，在靶面上看见红光光斑；然后定位全反射镜52，此时在靶面上又见另个红光斑，此两红光斑间距既是切割半径；然后控制支架54绕轴旋转，在靶面上见到红色的圆迹；然偶射入激光束，则快速完成切割。这样，可以对靶心和靶面进行精准定位，从而提高切割的准确性。<冷却装置>其中，冷却装置6为水冷装置，其分别与泵浦装置1、工作物质2、调Q装置4连接，对泵浦装置1、工作物质2、调Q装置4进行冷却。Nd.YAG晶体棒、连续氪灯及聚光腔分别通水冷却，这样冷却安全方便；Nd.YAG晶体棒、连续氪灯加水套，聚光腔外部加水套；这样，可以及时对其冷却。<装置参数>参数一：在上述实施方式的基础上，所述Nd.YAG晶体棒的长度为80mm，直径为5mm；所述全反镜：R(1.44μm)～100％，输出镜：反射率R(1.44μm)～17％，全反镜为凹面镜曲率半径500mm，输出镜为平面镜；这样，输出功率大，输出稳定且运行时间长。在上述技术条件下，输入电功率氪灯为3kW时，激光器连续输出>10W。其中，全反镜：反射率R(1.44μm)～100％；输出镜：反射率R(1.44μm)～17％，该反射率为最佳耦合输出，使得在同等条件下输出最大。另外，全反镜：反射率R(1.06μm)<0.2，R(1.32μm)<0.3％；输出镜：反射率R(1.06μm)<0.2％，R(1.32μm)<0.3％；这样，可以排除1.06μm和1.32μm波段的单色光对输出激光的干扰。参数二：在上述实施方式的基础上，换能器为石英晶片，长度为50mm,宽度为5mm,厚度为0.075mm，产生的超声波频率为f＝40MHz；声光介质通光两个面，长度为50mm,宽度为30mm,厚度为7mm，布喇格角为0.2°；对声光介质，通光方向为长度、声波传播方向为宽度，垂直声波传播方向为厚度；对石英晶片，其长度与声光介质的通光方向相同，其厚度与声光介质的声波传播方向相同，其宽度与声光介质的声波传播方向垂直。这样，可以输出峰值功率很高的激光脉冲，且输出稳定，运行时间长。另外，对换能器的脉冲调制频率为1kHz，这样可以获得极高的峰值功率。在上述技术条件下，结合参数一中的技术条件，当氪灯输入电功率3kW时,无调Q获激光输出功率为12W。当调Q重复频率为1kHz时，输出调Q脉冲峰值功率为14kW，脉宽为0.5μs,平均功率为7W。声光介质通光两个面，这样可以使光透光声光介质，同时在光腔内对光进行调制。其中，器件的通光面是指器件的表面有光通过且与其法线方向一致。所述声光介质的通光面不平整度<λ/5，这样可以防止激光畸变；两通光面的不平行度<10″，这样可以极大地减少激光偏折产生的损耗。参数三：在上述实施方式的基础上，反射镜51、全反射镜52进行精确定位，这样可以使得光路控制装置实现精准定位。聚焦透镜53为石英透镜，其直径为3mm焦距f＝10mm，切口宽度由激光光束的束散角及石英透镜f来确定，其中，束散角为0.5-1毫弧度，结合参数二，本情况切口宽度为0.05mm。切出的园迹精度由全反射镜52的定位精度确定，由于热蚀后被加工的组织发生变形使精度边差，因此也受到装置转动速度影响。园迹的光滑程度是由光斑打在加工物质上的重叠程度来确定，也即是说圆迹的光滑程度由光作用直径与作用间隔来确定，光作用直径越小、作用间隔也越小甚至有些重叠，则越光滑；光斑是1kHz，就可以调节自转速度，来调节光滑程度和手术速度。以切割r＝3mm的圆为例装置自转速度光脉冲速率相邻两光作用间隔周/1秒1kHz～0.0188mm周/2秒1kHz～0.0094mm而靶面上光斑作用直径为0.05mm，光作用直径远大于作用间隔，可见光的作用相互重叠了，其结果切割的园迹是光滑的。这样，实现了激光器的定位准确、切口光滑。<另一个实施例>如上述所述的激光器，本实施例与其不同之处在于，所述谐振腔为介稳谐振腔。正常情况下，对1.44μm波长Nd:YAG脉冲激光器的工作主要集中在为实现1.44μm波长激光的谐振腔设计和研制上，要求只有1.44μm振荡，而受激截面大很多的光波长如1.06μm、1.32μm等都被抑制掉，这是个难点。目前多采用多镜折叠谐振腔和多镜色散谐振腔，实现了1.44μm激光振荡。但是此类腔损耗大，严重降低激光输出。本实施例采用介稳谐振腔，提高了激光器输出，且结构简单，组装方便。如图6所示，所述介稳谐振腔中，全反镜31和输出镜32均为平面镜，全反镜对1.44μm反射率R＝100％,对1.06μm、1.32μm，R<0.1％；输出镜对1.44μm反射率R＝17％，对1.06μm、1.32μm，R<0.1％。这样，当激光器运行，当泵浦能量为60J时,其最高静态激光输出约350mJ(介稳腔)、脉宽约为250μs.。在相同运行条件下折叠色散谐振腔的激光输出约为310mJ。介稳谐振腔中，实现了只有1.44μm振荡，大大缩减了其余波段单色光的混杂，提高了纯净度及激光的输出功率。其中，全反镜31与输出镜互相平行且垂直于工作物质2的轴向。<另一个实施例>如上述所述的激光器，本实施例与其不同之处在于，所述调Q装置4为饱和吸收体。本实施例所要解决的问题是：激光器在具体应用时，需要对IV级以上硬核进行切割，但是目前的激光器无法对IV级以上硬核进行切割，因此需要提升激光对IV级以上硬核的切割能力。在本实施例中，饱和吸收体是指一些介质对一些光波有很特别的吸收性质，即有很强的吸收但当达到一定程度时对此光波不再吸收而变成透明，经一定时间后又恢复原态，就这样持续运行下去。这样，对于1.44μm波长Nd:YAG脉冲激光器，将饱和吸收体作为调Q装置，提高了1.44μm激光的单色亮度，也即是使得1.44μm激光脉宽变窄，同时线宽也变窄，进而提升了激光对IV级以上硬核的切割能力。结合图6所示，所述调Q装置4为V:YAG晶体，其中，掺钒钇铝石榴石(分子式:V3+:Y3Al5hO12简称:V:YAG)晶体,该晶体具有很好的可饱和吸收特性,而且还具有热稳定性好,抗损伤阈值高及良好的光学性能和机械性能等物理化学性质。这样，可以提高使用寿命和使用精度。同时由于饱和吸收体对光谱有选择吸收作用使输出的激光线宽变窄。V:YAG晶体置于全反镜的内前处，厚度(即两个通光面之间的距离)为3.5mm，这样，可以提高1.44μm激光的单色亮度，使得动态输出的单色亮度比静态提高了几个数量级，使其切割作用能力很大提升，达到可以切割IV级以上硬核的切割能力。在全反镜对1.44μm反射率R＝100％,对1.06μm、1.32μmR<0.1％；输出镜对1.44μmR＝17％，对1.06μm、1.32μmR<0.1％。晶体棒晶体棒的两端面镀增透膜(对1.44μm、1.06μm、1.32μm)的数据基础上，当泵浦能量为60J时，获得最高动态能量约为29mJ，脉宽约为150ns。另外，在V:YAG晶体厚度为3.5mm时,当θ∈(θb-10，θb+10)时，1.44μm波长的激光产生的实际峰值功率符合计算公式：W=e-|θ-θb|π374.5Wm]]>式中，W为产生激光的实际峰值功率，Wm为产生激光的最大峰值功率，θb为V:YAG晶体的布儒斯特角，θ为V:YAG晶体上通光面与光轴的倾斜度。这样，可以在小范围内(符合计算公式的范围内)调整产生激光的实际峰值功率，进而符合实际的需要。<实施方式的变形>如上述所述的激光器，本实施方式与其不同之处为，所述泵浦源11也可以为氙气(Xenon)灯，所述氙气(Xenon)灯的发射光谱与Nd.YAG晶体棒的吸收光谱匹配，这样发出的光谱能量被Nd:YAG吸收的多，提高了激光的功率。如上述所述的激光器，本实施方式与其不同之处为，所述泵浦源11和工作物质2之间还具有滤光器件，这样可以滤去泵浦源11发出的光中的紫外光谱。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。当前第1页1 2 3