一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器制造技术

本发明专利技术涉及激光技术领域，公开了一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器，包括泵浦源、聚焦系统、激光谐振腔、激光增益介质和滤波片，所述聚焦系统为由两个凸透镜组成的组合透镜；所述激光增益介质位于激光谐振腔内；所述激光谐振腔为线型谐振腔、三镜V型谐振腔和四镜X型谐振腔的任一种，泵浦源发出的激光光束经过聚焦系统后进入激光谐振腔，由激光谐振腔输出后再经过滤光片输出，其优点在于，操作简单、成本较低，当实现2.3μm连续激光运转之后，只需增加泵浦功率即可实现输出激光功率的提高，波长调谐元件的引入可以实现宽带可调谐的2.3μm波段激光输出，提高无创血糖检测的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器


[0001]本专利技术涉及激光
，具体一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器。

技术介绍

[0002]糖尿病及其并发症已经成为严重威胁人类健康甚至生命安全且无法根治的全球性疾病。安全、及时和持续的血糖监测，对于患者预防并发症、提高生活质量、延长自身寿命尤为重要。目前，无创血糖检测的方法多种多样，如反离子渗透法、超声法、生物电阻抗法、电磁传感法、微波法、拉曼光谱法、红外光谱法等。其中，红外光谱法因具有灵敏度高、成本低、精度高、效率高、快速、无需试剂和可多组分同时测量等特点，成为目前无创血糖检测的主要手段。中红外2.3μm波段激光覆盖了葡萄糖的特征吸收峰（2.0μm
‑
2.5μm），且位于水的弱吸收区，能以较低的损耗透过人体组织，大大减少对人体组织的损伤，可以达到无创检测的目的。因此，2.3μm中红外波段激光是开展无创血糖检测的首选光源。目前产生2.3μm波段激光的主要方法有四种：第一种方法为利用非线性光学频率变换过程，通过拉曼频移的手段获得，但是该技术手段所需装置复杂，激光效率低下，而且主要以脉冲激光输出为主，暂未有连续激光输出；第二种方法为利用二价过渡金属离子Cr
2+
或Fe
2+
掺杂的II
‑
VI族化合物材料（如Cr
2+
:ZnSe，Cr
2+
:ZnS，Cr
2+
:CdSe，Fe
2+
:ZnS和Fe
2+
:ZnSe）获得，但是该类激光器的发展受限于高质量的晶体或陶瓷和高性价比的1.5μm
‑
2μm泵浦源；第三种方法为利用GaInAsSb/AlGaAsSb和InP，GaSb半导体的垂直腔面发射激光器（VCSELs）获得，但是该类激光器的激光效率低下，且受限于价格昂贵的半导体材料；第四种方法是利用Tm
3+
掺杂的激光晶体材料中的3H4→3H5跃迁获得，该方法可以由商用AlGaAs半导体激光器（LD）直接泵浦，是获得2.3μm波段激光的新手段。Tm
3+
中的3H4→3H5跃迁为典型的准四能级激光系统，无再吸收，温度效应弱，可在室温下实现激光运转，具有重要的研究价值。因此，将热机械性能好、光谱特性优良且物化性能稳定的Tm
3+
掺杂激光晶体材料应用于固体激光器中并产生2.3μm激光，对于实现无创血糖检测意义重大。

技术实现思路

[0003]针对现有血糖检测技术的不足，本专利技术提供一种Tm
3+
掺杂的中红外2.3μm固体激光器，利用Tm
3+
中3H4→3H5能级间的跃迁产生2.3μm激光，可通过波长调谐元件对输出激光的中心波长进行调谐，为无创血糖检测提供光源。其技术方案为一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器，包括泵浦源、聚焦系统、激光谐振腔、激光增益介质和滤波片，所述聚焦系统为由两个凸透镜组成的组合透镜，所述激光增益介质位于激光谐振腔内，所述激光谐振腔为线型谐振腔、三镜V型谐振腔和四镜X型谐振腔的任一种，泵浦源发出的激光光束经过聚焦系统后进入激光谐振腔，由激光谐振腔输出后再经过滤光片输出。
[0004]优选的，所述激光谐振腔为线型谐振腔时，包括平平输入腔镜和平平输出腔镜，在平平输入腔镜上镀有介质膜A，在平平输出腔镜上镀有介质膜B，所述激光增益介质位于平
平输入腔镜和平平输出腔镜之间；所述介质膜A对于794nm附近的光束具有高透过率，对于2.2μm
‑
2.4μm波段的光束具有高反射率；所述介质膜B对于2.2μm
‑
2.4μm波段的光束具有低透过率、高反射率。
[0005]优选的，所述激光谐振腔为三镜V型谐振腔时，包括平平输入腔镜、平凹腔镜、波长调谐元件和平平输出腔镜，所述激光增益介质位于平平输入腔镜和平凹腔镜之间，波长调谐元件位于平凹腔镜和平平输出腔镜之间的光路上；所述平平输入腔镜上镀有介质膜A，平凹腔镜与平平输入腔镜镀有相同的介质膜，所述平平输出腔镜镀有介质膜B。
[0006]优选的，所述激光谐振腔为四镜X型谐振腔时，包括输入平凹腔镜、平凹腔镜、高反腔镜、平平输出腔镜和波长调谐元件，波长调谐元件位于输入平凹腔镜和平平输出腔镜之间的光路上；在输入平凹腔镜和平凹腔镜上镀有介质膜A，在平平输出腔镜上镀有介质膜B，在高反腔镜上镀有介质膜C，所述介质膜C在2.2μm
‑
2.4μm具有高反射率。
[0007]优选的，所述激光增益介质为1.5at.% Tm
3+
掺杂浓度的激光晶体，为Tm:YVO4、Tm:YAP、Tm:YAG、Tm:YLF、Tm:CNGG中的任一种。
[0008]优选的，所述滤波片对小于1μm的泵浦光束具有低透过率，经过滤光片输出2.2μm
‑
2.4μm光波段的激光，该光波段用于无创血糖检测。
[0009]优选的，所述激光输出接入光谱仪，所述波长调谐元件安装在控制台上，通过控制台转动波长调谐元件的旋转角度，改变激光谐振腔内的振荡波长，在旋转波长调谐元件的过程中观察光谱仪中输出激光的中心波长，波长调谐元件的引入使输出激光的中心波长可调节。
[0010]有益效果1. 操作简单。本专利技术基于Tm
3+
掺杂的中红外2.3μm固体激光器核心技术为泵浦源、谐振腔、Tm
3+
掺杂的激光晶体三部分。当实现2.3μm连续激光运转之后，只需增加泵浦功率即可实现输出激光功率的提高。
[0011]2. 成本低。本专利技术中的泵浦源为商业化且技术成熟的半导体激光器，和常用的泵浦源钛宝石激光器相比，本专利技术中的泵浦源价格更低。
[0012]3. 波长可调谐。本专利技术基于Tm
3+
掺杂的中红外2.3μm固体激光器可通过波长调谐元件实现对输出激光波长的调谐。较宽的光谱范围可同时提供测量光源和参考光源，便于去除环境噪声对血糖检测的影响。
[0013]4. 对人体损伤小。和其他血糖检测方法相比，中红外2.3μm波段的激光覆盖了葡萄糖的特征吸收峰，且位于水的弱吸收区，能够以较低的损耗穿过人体组织，可实现对人体血糖的无创检测。
附图说明
[0014]图1是实施例一中LD泵浦的2.3μm Tm:YVO4固体激光器结构示意图；图2是实施例三中LD泵浦、石英片调谐的2.3μm Tm:YVO4固体激光器结构示意图；图3是实施例六中LD泵浦、石英片调谐的2.3μm Tm:YVO4固体激光器结构示意图；图中，1是泵浦源；2是聚焦系统；3是平平输入腔镜；4是激光增益介质；5是平平输出腔镜；6是滤波片；7激光输出；8是平凹腔镜；9是波长调谐元件；10是输入平凹腔镜；11是高反腔镜。
具体实施方式
[0015]以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器，其特征在于，包括泵浦源、聚焦系统、激光谐振腔、激光增益介质和滤波片，所述聚焦系统为由两个凸透镜组成的组合透镜，所述激光增益介质位于激光谐振腔内，所述激光谐振腔为线型谐振腔、三镜V型谐振腔和四镜X型谐振腔的任一种，泵浦源发出的激光光束经过聚焦系统后进入激光谐振腔，由激光谐振腔输出后再经过滤光片输出。2.根据权利要求1所述的一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔为线型谐振腔时，包括平平输入腔镜和平平输出腔镜，在平平输入腔镜上镀有介质膜A，在平平输出腔镜上镀有介质膜B，所述激光增益介质位于平平输入腔镜和平平输出腔镜之间；所述介质膜A对于794nm附近的光束具有高透过率，对于2.2μm
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2.4μm波段的光束具有高反射率；所述介质膜B对于2.2μm
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2.4μm波段的光束具有低透过率、高反射率。3.根据权利要求1所述的一种用于无创血糖检测的中红外固体激光器，其特征在于，所述激光谐振腔为三镜V型谐振腔时，包括平平输入腔镜、平凹腔镜、波长调谐元件和平平输出腔镜，所述激光增益介质位于平平输入腔镜和平凹腔镜之间，波长调谐元件位于平凹腔镜和平平输出腔镜之间的光路上；所述平平输入腔镜上镀有介质膜A，平凹腔镜与平平输入腔镜镀有相同的介质膜，所述平平输出腔镜镀有介质膜B。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘忠奔，于晓旭，查方圆，褚宏伟，李德春，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：