一种多脉宽多功能激光器及激光治疗仪的制作方法

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种多脉宽激光器及多脉宽多功能激光治疗仪。

背景技术：

窄脉宽、大能量的激光器在激光美容、非线性光学、激光诱导击穿光谱libs、激光工业、科学研究等领域具有广泛的应用前景。

在皮肤医疗美容领域，皮秒脉宽的激光主要针对色素性病变的治疗，对色素的粉碎更彻底，但对于敏感性皮肤的色素病变治疗通常需要温和性好点的纳秒激光，脉宽相对较宽的纳秒激光在治疗色素的同时可以减轻黄褐斑等色素病变类型的敏感皮肤因激光治疗引发的副作用发生率，以热作用为主的长脉冲激光对脱毛、敏感性皮肤修复、痤疮的消炎杀菌具有很好的作用；现有的医用激光器一般仅包含单一输出脉宽的激光光源，如美国赛诺秀公司的picosure激光仅输出皮秒脉宽、medlitec6激光仅输出纳秒脉宽，如赛诺龙公司的picoway激光仅输出皮秒脉宽；皮秒、纳秒脉宽的激光治疗设备在色素性病变的治疗中具有较好的效果，但对于敏感性皮肤、面部脱毛等需要长脉冲激光的治疗时，皮秒、纳秒脉宽的单一输出激光设备不能达到所需使用要求；黄褐斑的激光治疗需要较柔和的纳秒脉宽激光与长脉冲激光搭配治疗以提高治疗有效率；而对于痤疮、瘢痕、色斑、多毛症、敏感性皮肤等多种问题同时出现在同一患者皮肤上时，这时皮秒、纳秒、长脉冲激光的方便调节使用成为必需，具有以上多种脉宽可选择输出的激光设备不但能够节省设备操作人员的操作时间，还能节省购买多款不同脉宽设备的采购费用，长脉冲激光与皮秒、纳秒脉宽激光的快速调节变换使用还可以起到一定的促进伤口愈合、加速止血凝固、消炎杀菌的作用。

在激光诱导击穿光谱libs及其他某些应用场合，需要多种脉宽输出的激光光源，百微秒级长脉宽激光诱导击穿光谱libs有助于激发形成发光时间较长的准稳态等离子体，与纳秒、皮秒激光诱导击穿光谱综合分析有助于不同材料的元素成分分析；某些应用场合更希望激光脉宽能够连续调节，而目前提出的一些脉宽调节方案都有很大不足。

激光谐振腔外通过斩波开关方式实现的脉宽调节方式伴随着很多的能量损失；升压式调q激光采用驱动电路在普克尔盒q开关施加长时间高压电平实现振荡级长脉冲激光输出的方式因高压波动会引起长脉冲输出激光能量的降低，且数千伏以上的高压电脉冲长周期施加对q开关的使用寿命造成影响，对整机的电磁兼容性提出了更高的要求，技术实施难度加大；由sbs双极相位共轭镜实现脉宽调节的“实用新型专利号：95212767.9，专利名称：脉宽可调谐yag激光器”中公开的技术方案通过移动sbs池之间的距离来调节脉宽，不利于工程化，脉宽的可调节范围也比较窄。“发明专利申请号200610075689.x，专利名称：一种脉宽可调的激光器”的技术方案是通过移动1/2波片来改变已设定的全反镜组成的激光谐振腔的长度，从而实现脉冲宽度调节，该方案仅能在纳秒脉宽范围实现调节，且腔长较长工作时激光谐振腔稳定性易受外界环境干扰。“发明专利申请号201110066904.0，专利名称：一种脉宽可调节的固体激光器”的技术方案通过转动被动调q晶体的偏振吸收来实现不同小信号透过率的调q脉冲输出，该方案可获得的输出脉宽调节范围比较窄。

从现有的实际使用需求出发，本实用新型提出了一种在皮秒、纳秒、长脉冲选择输出多脉宽激光器及基于该激光器技术原理的多脉宽多功能激光治疗仪。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种多脉宽多功能激光器及以该激光器技术为基础的多脉宽多功能激光治疗仪，本实用新型解决了激光应用操作与激光治疗操作过程中单一脉宽输出激光器与单一脉宽输出激光治疗仪使用与治疗范围比较窄的情况，解决了因需要使用不同脉宽激光而频繁更换激光设备的问题，其适用范围广，能根据不同的使用要求，不同的疾病，不同的治疗需求选择切换输出不同脉宽不同波长的激光，即可单一脉宽使用，也可实现两种不同脉宽顺序发射；本实用新型还能根据使用需要调节激光输出的能量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种多脉宽多功能激光器，该激光器包括依次按顺序共光轴设置的全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)、1/2波片(7)、第二偏振片(8)、1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)、sbs脉冲压缩器(11)、45度反射镜片a(12)、激光放大器(13)、非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)、45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)；包括能够控制上述激光光路输出激光的工作方式和输出激光能量的控制装置，该控制装置与激光器内各电机驱动电路连接；

其中，所述全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)组成激光振荡器；

其中，所述1/2波片(7)、第二偏振片(8)、1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)、sbs脉冲压缩器(11)、45度反射镜片a(12)组成sbs激光脉冲压缩光路；

其中，所述45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路；

其中，所述非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路；

其中，所述控制装置通过控制驱动电路对应的电动机构对1/4波片a(3)与45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路在激光光路中进行动态调整实现激光器在皮秒、纳秒、长脉冲不同脉宽脉冲的输出。

上述方案中，所述全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)组成的激光振荡器，普克尔盒q开关(2)调q工作方式为升压式电光调q，激光振荡器内通过电动机构对1/4波片a(3)在光路中的动态调整既可以实现纳秒、长脉冲的单一脉宽输出，也可以实现两种不同脉宽脉冲的顺序发射。

上述方案中，所述激光振荡器，当该激光振荡器采用被动调q装置时，放入被动调q装置替换普克尔盒q开关(2)，并将1/4波片a(3)去掉，该激光振荡器在纳秒、长脉冲不同脉宽脉冲的输出调整通过控制装置驱动电路电动机构对被动调q装置在激光光路中的移入移出动态调整实现。

上述方案中，所述的激光振荡器输出的线偏振光经由1/2波片(7)偏振面偏转90度与第二偏振片(8)的透光偏振方向垂直，经第二偏振片(8)反射后依次通过1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)进入所述的sbs脉冲压缩器(11)，并从所述的sbs脉冲压缩器(11)返回到所述的第二偏振片(8)，激光光束两次通过1/4波片b(9)偏振面旋转90度，再次回到第二偏振片(8)时直接透过，直线传播的激光光束遇到45度反射镜片a(12)方向反射转折后进入激光放大器(13)进行能量放大。

上述方案中，所述的sbs脉冲压缩器(11)的工作物质为气体、液体或固体，sbs脉冲压缩器(11)由一个或多个独立装置构成，能够实现注入激光的脉冲宽度压缩。

上述方案中，所述的激光放大器(13)可包含一个或多个放大模块，所述的激光振荡器与后续激光放大器(13)之间可根据需要设置光隔离器。

上述方案中，所述的45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路，该反射转折光路移入激光振荡器输出光路与激光放大器(13)光路之间时，作用是将激光振荡器输出的纳秒、长脉冲激光方向转折180度进入激光放大器(13)进行能量放大后输出；该反射转折光路移出激光振荡器输出光路与激光放大器(13)光路时，激光振荡器输出的激光脉冲直接通过偏振片进入sbs激光脉冲压缩光路反射后进入激光放大器(13)进行能量放大，激光振荡器输出的纳秒级激光脉宽经压缩后变成皮秒级激光脉冲输出。

上述方案中，所述的激光振荡器输出光路也可以先进入激光放大器(13)进行能量放大后再通过sbs激光脉冲压缩光路进行脉冲压缩输出；此时45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成反射转折与同轴输出光路，该反射转折光路移入激光振荡器与激光放大器后的光路时激光脉冲不经过sbs激光脉冲压缩光路直接输出，该反射转折光路移出激光振荡器与激光放大器后的光路时激光脉冲经过sbs激光脉冲压缩光路后输出。

上述方案中，所述非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路，光波频率转换光路移入激光光路时，基频光通过非线性频率变换后输出所需波长的皮秒、纳秒光脉冲；光波频率转换光路移出激光光路时，基频光直接输出；从而在同一激光装置方便获得不同波长不同脉宽的激光输出。

上述方案中，所述非线性频率转换器组件(14)为可倍频器、和频器或光参量振荡器。

上述方案中，所述的一种多脉宽多功能激光器，可通过对激光电源泵浦能量、普克尔盒q开关(2)所施加调q电压延时、调q电压脉冲波形的控制实现输出激光脉冲宽度的分段连续可调。

上述方案中，所述控制装置包括整机控制系统、信息采样电路、驱动电路、液晶触摸控制界面，其中整机控制系统分别与信息采样电路、驱动电路、液晶触摸控制界面连接，整机控制系统用于接收液晶触摸控制界面的操作指令信号和信息采样电路的信号，通过整机控制系统内置cpu芯片程序算法计算得出对应操作指令，送出对应的输出信号控制驱动电路、激光电源，通过对应电动机构动态控制1/4波片a(3)、双45度反射镜组成的180度反射转折光路在激光光路中的对应动作，从而获得所需的不同能量不同时序输出的长脉冲、纳秒、皮秒激光脉冲，通过对应电动机构控制非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路获得所需波长激光的输出，同时通过信息采样电路的反馈信号控制激光器的制冷系统；所述信息采样电路分别与激光电源、激光器内温度传感器、激光器制冷散热系统传感器、1/4波片动态位置传感器、双45度反射转折光路位置传感器、激光脉冲能量监测传感器连接，用于采集整机内部各实时反馈信号；所述驱动电路分别与激光电源、1/4波片动作电动机构、普克尔盒调q电路、双45度反射转折光路、光波频率转换光路电动机构连接，用于根据整机控制系统指令控制上述激光电源、普克尔盒调q电路与电动机构，从而控制上述激光器输出激光的工作方式和上述激光器输出的激光波长与能量；所述液晶触摸控制界面用于输入控制信号和显示激光器的工作状态及工作参数。

根据本实用新型的一个实施例，提供了一种多脉宽多功能激光治疗仪，包括机箱，

设置于机箱内部的如上所述的多脉宽多功能激光器；

设置于机箱内部的如上所述的控制装置，其中整机控制系统、信息采样电路、驱动电路设置于所述机箱内，液晶触摸控制屏设置于所述机箱表面；

设置于机箱内部的如上所述的多脉宽多功能激光器的配套激光电源，普克尔盒调q电路，配套激光水冷散热系统。

上述方案中，所述的多脉宽多功能激光治疗仪还包括激光导光系统与激光治疗手具，治疗仪内部激光器输出的激光脉冲经由导光系统传输至治疗手具，该激光治疗手具可配置变焦光学组件与像束点阵光学组件以适应不同治疗需求。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1本实用新型通过驱动电路控制对应的电动机构对激光光路中的1/4波片a(3)与180度反射转折光路进行动态调整实现激光器在皮秒、纳秒、长脉冲不同脉宽脉冲激光的同光路输出，实现了根据不同的使用需求、不同的治疗需求选择切换不同脉宽不同波长的激光输出，即可单一脉宽使用，也可实现两种不同脉宽顺序发射；

2本实用新型还能根据使用及治疗需要调节不同脉宽输出激光的能量；

3本实用新型提供的多脉宽多功能激光器和多脉宽多功能激光治疗仪结构可靠，实用性强，既能解决医院以较小的投资治疗多种疾病的需求，降低激光治疗机的采购成本，方便不同适应症切换所需脉宽波长操作治疗使用，提高治疗效率，又能满足激光器在诱导击穿光谱libs、科学研究等领域对多脉宽多波长使用的要求。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的一种多脉宽多功能激光器的示意性结构框图；

图2为本实用新型一个实施例提供的一种多脉宽多功能激光器的示意性结构框图；

图3为本实用新型一个实施例提供的一种激光治疗仪的示意性结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细描述，但并非是对本实用新型的实施范围的限定。

图1为本实用新型的一个实施例提供的一种多脉宽多功能激光器的示意性结构框图，如图所示，该多脉宽多功能激光器包括依次按顺序共光轴设置的全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)、1/2波片(7)、第二偏振片(8)、1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)、sbs脉冲压缩器(11)、45度反射镜片a(12)、激光放大器(13)、非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)、45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)；包括能够控制上述激光光路输出激光的工作方式和输出激光能量的控制装置，该控制装置与激光器内各电机驱动电路连接；

全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)组成激光振荡器，该振荡器在控制装置控制的振荡级激光电源泵浦下按控制指令要求输出所需的激光脉冲；

1/2波片(7)、第二偏振片(8)、1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)、sbs脉冲压缩器(11)、45度反射镜片a(12)组成sbs激光脉冲压缩光路，该脉冲压缩光路对输入的激光脉冲脉宽进行有效压窄；

45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路；

非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路，对能量放大后的基频激光波长进行频率变换，以输出所需的单一波长激光或多波长混合激光；

其中，所述控制装置通过控制驱动电路对应的电动机构对1/4波片a(3)与45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路在激光光路中进行动态调整实现激光器在皮秒、纳秒、长脉冲不同脉宽激光脉冲的输出，该调整可以是器件在光路中位置的调整，也可以是波片在光路中偏振状态的调整，当对1/4波片a(3)的偏振状态进行调整时输出的激光脉冲是混合脉宽；

上述方案中，所述全反镜(1)、普克尔盒q开关(2)、1/4波片a(3)、偏振片(4)、激光晶体(5)、输出腔片(6)组成的激光振荡器，普克尔盒q开关(2)调q工作方式为升压式电光调q，激光振荡器内通过电动机构对1/4波片a(3)在光路中的动态调整既可以实现纳秒、长脉冲的单一脉宽输出，也可以实现两种不同脉宽脉冲的顺序发射；

上述方案中，所述激光振荡器，当该激光振荡器采用被动调q装置时，放入被动调q装置替换普克尔盒q开关(2)，并将1/4波片a(3)去掉，该激光振荡器在纳秒、长脉冲不同脉宽脉冲的输出调整通过控制装置驱动电路电动机构对被动调q装置在激光光路中的移入移出动态调整实现；

上述方案中，所述的偏振片(4)、第二偏振片(8)的偏振方向是平行的，以上所述偏振片的平面与激光器光轴的夹角为布儒斯特角；

上述方案中，所述的激光振荡器输出的基频线偏振光经由1/2波片(7)偏振面偏转90度与第二偏振片(8)的透光偏振方向垂直，经第二偏振片(8)反射后依次通过1/4波片b(9)、聚焦透镜(10)进入所述的sbs脉冲压缩器(11)，并从所述的sbs脉冲压缩器(11)返回到所述的第二偏振片(8)，激光光束两次通过1/4波片b(9)偏振面旋转90度，再次回到第二偏振片(8)时直接透过，直线传播的激光光束遇到45度反射镜片a(12)方向反射转折后进入激光放大器(13)进行能量放大；

上述方案中，所述的sbs脉冲压缩器(11)的工作物质为气体、液体或固体，sbs脉冲压缩器(11)由一个或多个独立装置构成，能够实现注入激光的脉冲宽度压缩；

上述方案中，所述的激光放大器(13)可包含一个或多个放大模块，可以通过控制进入sbs脉冲压缩器(11)的纳秒激光脉冲能量与脉宽获得压缩后的固定脉宽输出，并通过控制装置控制放大级激光电源泵浦激光放大器(13)内的激光晶体，获得不同的激光放大增益来获得同一脉宽下的可调能量输出；

上述方案中，所述的45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成180度反射转折光路，该反射转折光路移入激光振荡器输出光路与激光放大器(13)光路之间时，作用是将激光振荡器输出的纳秒、长脉冲激光方向转折180度进入激光放大器(13)进行能量放大后输出；该反射转折光路移出激光振荡器输出光路与激光放大器(13)光路时，激光振荡器输出的激光脉冲直接通过偏振片进入sbs激光脉冲压缩光路反射后进入激光放大器(13)进行能量放大，激光振荡器输出的纳秒级激光脉宽经压缩后变成皮秒级激光脉冲输出；

图2为本实用新型的一个实施例示意性结构框图，如图所示，激光振荡器输出光路也可以先进入激光放大器(13)进行能量放大后再通过sbs激光脉冲压缩光路进行脉冲压缩输出；此时45度反射镜片b(16)、45度反射镜片c(17)组成反射转折与同轴输出光路，该反射转折光路移入激光振荡器与激光放大器后的光路时激光脉冲不经过sbs激光脉冲压缩光路直接输出，该反射转折光路移出激光振荡器与激光放大器后的光路时激光脉冲经过sbs激光脉冲压缩光路后输出；

上述方案中，所述非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路，光波频率转换光路移入激光光路时，基频光通过非线性频率变换后输出所需波长的皮秒、纳秒光脉冲；光波频率转换光路移出激光光路时，基频光直接输出；从而在同一激光装置方便获得不同波长不同脉宽的激光输出；

上述方案中，所述非线性频率转换器组件(14)可为倍频器、和频器或光参量振荡器；

上述方案中，所述的一种多脉宽多功能激光器，为了避免高峰值功率激光对激光器内部光学器件的损伤，所述的激光振荡器与后续光路之间可根据需要设置光隔离器；

上述方案中，所述的一种多脉宽多功能激光器，可通过对激光电源泵浦能量、普克尔盒q开关(2)所施加调q电压延时、调q电压脉冲波形的控制实现输出激光脉冲宽度的分段连续可调。

图3为本实用新型一个实施例提供的一种多脉宽多功能激光治疗仪的示意性结构框图，如图3所示，该激光治疗仪包括

机箱，

设置于机箱内部的如上所述的多脉宽多功能激光器；

设置于机箱内部的如上所述的控制装置，其中整机控制系统、信息采样电路、驱动电路设置于所述机箱内，液晶触摸控制屏设置于所述机箱表面；

设置于机箱内部的如上所述的多脉宽多功能激光器的配套激光电源，普克尔盒调q电路，配套激光水冷散热系统；

该激光治疗仪控制装置包括整机控制系统、信息采样电路、驱动电路、液晶触摸控制界面，其中整机控制系统分别与信息采样电路、驱动电路、液晶触摸控制界面连接，整机控制系统用于接收液晶触摸控制界面的操作指令信号和信息采样电路的信号，通过整机控制系统内置cpu芯片程序算法计算得出对应操作指令，送出对应的输出信号控制驱动电路、激光电源，通过对应电动机构动态控制1/4波片a(3)、双45度反射镜组成的180度反射转折光路在激光光路中的对应动作，从而获得所需的不同能量不同时序输出的长脉冲、纳秒、皮秒激光脉冲，通过对应电动机构控制非线性频率转换器组件(14)、分光器(15)组成光波频率转换光路获得所需波长激光的输出，同时通过信息采样电路的反馈信号控制激光器的制冷系统；所述信息采样电路分别与激光电源、激光器内温度传感器、激光器制冷散热系统传感器、1/4波片动态位置传感器、双45度反射转折光路位置传感器、激光脉冲能量监测传感器连接，用于采集整机内部各实时反馈信号；所述驱动电路分别与激光电源、1/4波片动作电动机构、普克尔盒调q电路、双45度反射转折光路、光波频率转换光路电动机构连接，用于根据整机控制系统指令控制上述激光电源、普克尔盒调q电路与电动机构，从而控制上述激光器输出激光的工作方式和上述激光器输出的激光波长与能量；所述液晶触摸控制界面用于输入控制信号和显示激光器的工作状态及工作参数。

该激光治疗仪还包括激光导光系统与激光治疗手具，治疗仪内部激光器输出的激光脉冲经由导光系统传输至治疗手具，该激光治疗手具可配置变焦光学组件与像束点阵光学组件以适应不同治疗需求。

例如，作为该激光治疗仪的一个具体方案，可以选择多脉宽多功能的ndyag激光器做为治疗仪内部发射装置，此时该激光治疗仪内部激光振荡级与放大级激光晶体为ndyag晶体，非线性频率变换晶体可选为ktp，具体工作流程为：首先开机根据治疗需要在触摸屏控制界面设置具体的激光输出波长、激光脉宽、脉冲频率、光斑大小、能量密度，设置好后整机控制装置根据内部控制系统设定的计算程序对外发出各电气组件的工作调整指令，同时信息采样电路在设备内的各部位采样反馈信号返回控制系统确认各部位功能部件工作预备已准备好，此时按下预燃键，脉冲氙灯点亮；按下预备按钮，此时通过主控制电路程序计算后得到对应电路应输出的电压、频率、脉冲延时等信号，通过驱动电路送到激光电源，普克尔盒调q电路板，激光平台内各电动机构；将治疗手具对准病灶位置，踩下脚塌开关，所需的激光脉冲输出到治疗部位；同时激光脉冲能量监测传感器不断将采集到的能量信息反馈给主控制cpu，cpu通过内置算法对比确定反馈回的能量信息在设定接受范围内，如超出该范围，则设备自动停止工作，发出能量错误报警信息。在治疗过程中如需要切换使用不同脉宽、能量等激光参数，则可以退出前述工作状态后重新设置操作界面参数再进行新的操作，也可以通过预先设置的快捷键直接切换以缩短治疗中断时间。

以上所述的具体实施方例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当指出的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原理之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。