一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调Q激光器的制作方法

本发明属于激光技术领域，涉及一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器。

背景技术

随着激光技术的发展，一门崭新的应用学科——激光医学逐步形成，激光的独特优点，解决了传统医学在基础研究和临床应用中不能解决的诸多难题，引起了国内外医学界的重视。

在医疗皮肤美容领域，调q激光在纹身、斑、痣、激光嫩肤等治疗中应用越来越多，并且在绝大多数治疗中效果显著。单一的激光输出模式对某一类色素性皮肤疾病的治疗都十分有效，比如，平顶型模式激光适合治疗浅层色素性皮肤疾病(比如斑和痣)；高斯型模式激光则更适合治疗深层色素性皮肤疾病的，比如复合痣等皮内痣。

传统的单脉冲激光在治疗时能量过大，导致周围好的皮肤损坏较大；如果一次发射两个激光脉冲(脉冲间隔100～200μs)让光震波的作用能够累积叠加，可极大地减少对正常皮肤组织的伤害，增加治疗的安全性与舒适性。

但目前市场上的医用调q激光治疗仪一般采用单一激光输出模式，输出两种激光模式(平顶与高斯)需要两台仪器分别才能实现，系统集成难度大。不能在一台激光器内通过某种机构快速、自由实现两种模式切换用于治疗相关的皮肤疾病；并且通常只能发射单个激光脉冲；不仅增加了用户成本，治疗效果也不甚理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器，该激光器具有结构简单紧凑、平顶激光模式与高斯激光模式可自由切换，两种激光波长也可自由选择切换以及可实现激光双脉冲输出的特点，在对斑、妊娠纹、太田斑等色素痣、青春痘疤痕、收缩毛孔、细小皮肤皱纹激光嫩肤等的治疗有显著效果。并且可根据色素性皮肤疾病深浅的不同(比如交界痣、皮内痣和混合痣)和不同的治疗需要，快速自由选择激光输出模式与激光波长进行更有效地治疗，为患者带了极大的便利性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器，其特征在于，包括依序设置的用于产生激光的激光谐振腔、激光转向装置、用于放大激光的激光放大腔、激光二倍频系统、激光匹配镜、激光导光装置，用于控制激光输出的电光q开关和用于激光谐振腔输出平顶型与高斯型的棱镜旋转激光模式切换系统位于所述激光谐振腔内，所述激光谐振腔和激光放大腔为振荡放大一体泵浦模块，所述棱镜旋转激光模式切换系统包括棱镜、沿光线传输方向位于棱镜左侧的凹面匀化全反镜、沿光线传输方向位于棱镜右侧的凹面全反镜和位于棱镜后方完成所述棱镜驱动进行激光模式切换的旋转驱动源，所述电光q开关在一个抽运周期内通过两次开启实现激光双脉冲间隔调整与能量输出。

还包括设置于振荡放大一体泵浦模块中振荡泵浦模块一侧的输出镜，以及依次设置的偏振镜，四分之一波片，所述电光q开关位于所述偏振镜与四分之一波片之间，所述输出镜与偏振镜、四分之一波片、电光q开关和置于所述直角棱镜旋转激光模式切换系统中的所述凹面匀化全反镜或所述凹面全反镜构成的光路同轴。

所述振荡放大一体泵浦模块包括位于所述泵浦模块中间的脉冲氙灯和位于偏振镜与输出镜之间的振荡nd：yag激光晶体，以及位于所述激光转向装置和激光二倍频系统之间的放大nd：yag激光晶体。

所述激光转向装置包括位于输出镜一侧的第一45度反射镜、位于沿光线传输方向上第一45度反射镜后的第二45度反射镜和第三45度反射镜。

所述激光二倍频系统由位于放大激光晶体后依次设置的倍频晶体、第一短波通滤波片和第二短波通滤波片组成。

所述置于棱镜旋转激光模式切换系统中的凹面匀化全反镜或凹面全反镜通过所述的旋转驱动源驱动直角棱镜旋转转向，实现输出1064nm平顶型与1064nm高斯型激光模式的激光谐振腔之间的切换。

所述旋转驱动源为高精度步进电机。

所述激光二倍频系统由直线电机或者舵机控制在光路中的切换，实现1064nm与532nm波长转换。

所述激光为1064nm激光，所述输出镜为平面镜；所述电光q开关两面均镀有1064nm激光增透膜；所述偏振镜为薄膜偏振镜；所述的四分之一波片为石英波片；所述凹面匀化全反镜和凹面全反镜的凹面均镀有1064nm全反膜；所述第一45度反射镜和第二45度反射镜表面镀有1064nm激光高反膜；所述激光匹配镜为双凸型透镜，两面均镀有1064nm增透膜；所述第三45度反射镜和第四45度反射镜表面镀有1064nm和532nm激光高反膜；所述二倍频晶体两面均镀有1064nm和532nm激光增透膜。

本发明的有益效果在于：采用凹面匀化全反镜与凹面全反镜组成的激光模式自由切换系统，可方便、快速实现平顶型与高斯型1064nm激光模式的切换，并且两种模式下激光器运行稳定，极好地实现了对色素性皮肤病的治疗，在通过控制系统切换到激光双脉冲模式下，可减少对周围皮肤组织的伤害，增加治疗的安全性与舒适性。

附图说明

图1为本发明的激光模式自由切换的医用调q激光器的示意图。

图2为本发明的医用调q激光器输出1064nm平顶激光模式的示意图。

图3为本发明的医用调q激光器输出532nm平顶激光模式的示意图。

图4为本发明的医用调q激光器输出1064nm高斯激光模式的示意图。

图5为本发明的医用调q激光器输出532nm高斯激光模式的示意图。

图6为本发明的医用调q激光器激光双脉冲工作过程的示意图。

附图中的标示为：1-棱镜旋转激光模式切换系统，2-四分之一波片，3-电光q开关，4-偏振镜，5-振荡放大一体泵浦模块，6-振荡级激光棒，7-输出镜，8-第一45度反射镜，9-第二45度反射镜，10-脉冲氙灯，11-放大级激光棒，12-激光二倍频系统，13-激光匹配镜，14-第三45度反射镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1所示，本发明提供一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器，包括依序设置的用于产生1064nm激光的激光谐振腔、激光转向装置、用于放大1064nm激光的1064nm激光放大腔、激光二倍频系统12、激光匹配镜13、激光导光装置，用于控制激光输出的电光q开关3和用于激光谐振腔输出平顶型与高斯型的棱镜112旋转激光模式切换系统1位于激光谐振腔内，激光谐振腔和激光放大腔为振荡放大一体泵浦模块5，棱镜112旋转激光模式切换系统1包括棱镜112、沿光线传输方向位于棱镜112左侧的凹面匀化全反镜114、沿光线传输方向位于棱镜112右侧的凹面全反镜111和位于棱镜112后方完成棱镜112驱动进行激光模式切换的旋转驱动源113，电光q开关3在一个抽运周期内通过两次开启实现激光双脉冲间隔调整与能量输出，棱镜112为直角棱镜。

进一步的，可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器还包括设置于振荡放大一体泵浦模块5中振荡泵浦模块一侧的输出镜7，以及依次设置的偏振镜4和四分之一波片2，电光q开关3位于偏振镜4与四分之一波片2之间，输出镜7与偏振镜4，四分之一波片2，电光q开关3和置于棱镜112旋转激光模式切换系统1中的凹面匀化全反镜114或凹面全反镜111构成的光路同轴，振荡放大一体泵浦模块5均采用单支脉冲氙灯10进行泵浦，振荡放大一体泵浦模块5还可以为包括位于泵浦模块中间的脉冲氙灯10和位于偏振镜与输出镜之间的振荡nd：yag激光晶体作为振荡级激光棒6，以及位于激光转向装置和激光二倍频系统之间的放大nd：yag激光晶体作为放大级激光棒11。

进一步的，激光转向装置包括位于输出镜一侧的第一45度反射镜8、和位于沿光线传输方向上第一45度反射镜8后的第二45度反射镜9和第三45度反射镜14。

进一步的，激光二倍频系统12由位于放大激光晶体后依次设置的倍频晶体121、第一短波通滤波片122和第二短波通滤波片123组成。

置于棱镜旋转激光模式切换系统中的凹面匀化全反镜或凹面全反镜通过旋转驱动源驱动直角棱镜旋转转向，实现输出1064nm平顶型与1064nm高斯型激光模式的激光谐振腔之间的切换。

激光二倍频系统由直线电机或者舵机控制在光路中的切换，实现1064nm与532nm波长转换。

激光为1064nm激光，输出镜为平面镜；电光q开关两面均镀有1064nm激光增透膜；偏振镜为薄膜偏振镜；四分之一波片为石英波片；凹面匀化全反镜和凹面全反镜的凹面均镀有1064nm全反膜；第一45度反射镜和第二45度反射镜表面镀有1064nm激光高反膜；激光匹配镜为双凸型透镜，两面均镀有1064nm增透膜；第三45度反射镜和第四45度反射镜表面镀有1064nm和532nm激光高反膜；二倍频晶体两面均镀有1064nm和532nm激光增透膜。

激光双脉冲输出由一个电光q开关3实现，在一个脉冲氙灯10抽运周期内通过控制电光q开关3两次开启，精确控制脉冲氙灯10放电脉宽与电光q开关3触发信号时序关系，到达精确控制激光双脉冲的时间间隔与能量输出。

输出镜7与置于棱镜112旋转激光模式切换系统1中的凹面匀化全反镜114或凹面全反镜111构成1064nm振荡级激光谐振腔。

置于棱镜112旋转激光模式切换系统1中的凹面匀化全反镜114或凹面全反镜111通过载有直角棱镜112的旋转驱动源113进行旋转驱动，该旋转驱动源113可进行逆时针90度或顺时针90度旋转，实现平顶型或高斯型1064nm激光模式的输出切换。

旋转驱动源113为高精度电机或液压马达。

激光二倍频系统12由直线电机或舵机(未标注)控制在光路中的切换，实现1064nm与532nm波长转换。

作为优选，本发明输出镜7为平面镜，尺寸φ20×3mm，1064nm激光透过率为90％；所示的电光q开关3两面均镀有1064nm激光增透膜，采用kd^*p晶体作为本发明的电光q开关3，通光孔径为φ8mm；偏振镜4为薄膜偏振镜，尺寸φ20×3mm，在光路中呈布鲁斯特角放置；四分之一波片2为石英波片，尺寸为φ20×3mm；凹面匀化全反镜114，尺寸φ15×3mm，曲率半径r-2000mm，凹面镀有1064nm高反膜并且凹面刻蚀有一定数量的微透镜用于匀化激光光束；凹面全反镜111，尺寸大小为φ15×3mm，曲率半径r-2000mm，凹面镀有1064nm高反膜；脉冲氙灯10尺寸为φ8×120mm；振荡级激光棒6尺寸为φ7×130mm，掺杂浓度1.0％at；放大级激光棒11尺寸为φ8×130mm，掺杂浓度1.1％at；第一45度反射镜8和第二45度反射镜9表面镀有1064nm激光高反膜，尺寸大小为φ25×3mm，背面进行打毛处理；激光匹配镜12为平凸型透镜，两面均镀有1064nm增透膜，直径为20mm，曲率半径r1m；第三45度反射镜14表面镀有1064nm和532nm激光高反膜，尺寸大小为φ25×3mm，背面进行打毛处理；激光二倍频晶体121两面均镀有1064nm和532nm激光增透膜，采用ⅱ类相位匹配的ktp作为二倍频晶体121，尺寸8×8×5mm，匹配角度θ＝90°，第一短波通滤波片122和第二短波通滤波片123为k9滤波片，尺寸φ20×3mm。

本发明的具体实施过程为：按照图1所示，将激光器各部件安装完成，接通循环冷却水，激光电源和控制系统。在指示激光(图中未标注)的协助下，选择一种全反镜对激光器进行粗调与精细调试，使激光器处于该条件下的最佳状态；再在另一种全反镜下，完成上述步骤。然后对两种模式进行切换(如图2-5所示)，在初始状态下，载有直角棱镜112的旋转驱动源113顺时针旋转90度，切换到高斯激光输出模式，当前状态下逆时针旋转90度又切换到平顶激光输出模式，检查激光器两种激光输出模式，并对旋转驱动源113的参数进行仔细调整，直到两种激光模式切换下，均为最佳的输出模式为止。然后沿光路依次调试好各光学元件，直到1064nm激光经激光导光装置(即第三45度反射镜14)进入导光臂。当在两种激光模式下分别需要将1064nm激光切换成532nm时，可通过直线步进电机或舵机(未标示)驱动二倍频系统12进入光路中，完成对q开关激光器1064nm和532nm波长的切换(如图3、图5所示)。

需要说明的是，上述具体实施过程是在激光单脉冲模式下进行的。如图6所示，要实现激光双脉冲输出需要将激光器工作模式切换到激光双脉冲模式下精确调试激光器脉冲氙灯10放电脉宽与电光q开关3延时的时序关系；并设置相关参数，本发明的激光双脉冲模式下的脉冲氙灯10一个泵浦周期内的放电脉宽为410μs，谐振腔的q值被调制到某一高值，瞬间打开q开关3，腔内形成激光振荡，发出一个调q脉冲，第一次调q高压与泵浦电流上升沿延时为230μs。然后在第一个泵浦脉冲周期内经过一段可调节时间，再一次再次打开q开关3，此时腔内再一次形成激光振荡，发出第二个调q脉冲，第二次调q高压与泵浦电流上升沿延时为410μs。两个激光脉冲之间的时间间隔为180μs，在注入电能65j时，可最大输出1064nm激光双脉冲能量1600mj，单脉冲能量800mj。

本发明提供的一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器的优点在于：采用一级振荡加一级放大的结构，结构简单紧凑，激光输出能量高、稳定性好，具有平顶型激光模式与高斯型激光模式可自由切换同时具有激光单脉冲与激光双脉冲可自由切换的特点，本发明配合激光导光臂以及激光治疗头可根据色素性皮肤疾病的特点转换输出激光模式与激光波长以满足不同治疗的需要，同时可有效兼顾浅层色素性皮肤疾病、深层色素性皮肤疾病以及外源性色素性皮肤问题的治疗，为患者带来极大的便利性与安全性。

具体工作过程为：激光谐振腔沿光线传输方向由棱镜旋转激光模式切换系统1中的凹面全反镜111或凹面匀化全反镜114、四分之一波片2、电光q开关3、偏振镜4、振荡放大一体泵浦模块5、振荡激光晶体6，输出镜7以及脉冲氙灯10组成。当载有直角棱镜112的旋转驱动源113使直角棱镜顺时针旋转90度后，激光谐振腔的全反镜由凹面全反镜111构成，激光系统连接控制系统和电源系统后，可对脉冲氙灯10进行放电，形成振荡激光晶体6可吸收的脉冲光源，振荡激光晶体10产生高斯型1064nm激光，1064nm激光在凹面全反镜111和输出镜7之间不断进行振荡放大，最后在给电光q开关加上调q电压后，在偏振镜4，电光q开关3和四分之一波片2共同作用下产生1064nm调q激光脉冲。

1064nm激光通过8第一45度反射镜8和第二45度反射镜9，导入由振荡放大一体泵浦模块5、脉冲氙灯10和放大激光晶体11组成的放大级模块，在脉冲氙灯的作用下进行1064nm脉冲激光能量放大。

当载有直角棱镜112的旋转驱动源113使直角棱镜逆时针旋转90度后，激光谐振腔的全反镜由凹面匀化全反镜114构成，产生平顶型1064nm激光以及放大的过程与上述过程一致。

当在两种激光模式下分别需要将1064nm激光切换成532nm时，可通过直线步进电机或舵机(未标示)驱动二倍频系统12进入光路中，完成对q开关激光器1064nm和532nm波长的切换。激光匹配镜13的作用在于将通过它的激光束进行缩束，以满足后续激光导光臂(图中未标示)传输和治疗的需要，激光通过第三45度反射镜后将被导入作为激光传输系统的激光导光臂进行终端治疗应用。

以上实施例所述的是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也可视为本发明的保护范围。