一种医用蓝光激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种医用蓝光激光器，其特征在于，包括依次设置在光路上的将激光介质中的Nd3+泵浦至准三能级激光器的上能级的偏振泵浦光产生单元、将偏振泵浦光产生单元输出的激光束修饰成与激光介质和光学谐振腔相匹配的泵浦光束的光束整形单元、通过受激跃迁产生916nm光子的增益介质单元和通过二阶非线性变换产生458nm光子的倍频晶体单元，还包括一产生458nm激光的光学谐振腔单元，而所述的增益介质单元和倍频晶体单元均设置在光学谐振腔单元中。本实用新型专利技术能够有效产生高效率、低阈值、高稳定度的458nm激光，大大提高激光介质对泵浦光的吸收效率，显著提高458nm激光器的光光转换效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种医用蓝光激光器，属于光电子及激光

技术介绍
近年来，由于应用领域广泛，全固态蓝光激光器发展越来越迅速。蓝光激光在高密度数据存储，RGB全色显示，生物医学，高分辨率打印，水下通信和拉曼光谱等方面有着广泛的用途。尤其是在医疗方面，可以广泛用于疾病的诊断和治疗。首先，在疾病的诊断方面，蓝光激光器可以用于流式细胞仪和激光共聚焦显微镜。蓝光激光激发荧光染料，经过聚焦整形后的光束垂直照射在细胞样品流上，被荧光染色的细胞在激光束的照射下产生散射光和激发荧光，从而对单细胞或生物颗粒进行多参数、快速定量分析；并可以进行在体成像，从而研究和分析活细胞结构、分子、离子的实时动态变化过程，组织和细胞的光学连续切片和三维重建等，从而实现对生理疾病的诊断。其次，在疾病的治疗方面，由于血液对蓝光激光有着很高的吸收系数，因此在眼科、皮肤科、血管外科等方面都有着重要的应用。1987年，斯坦福大学的Fan和Byer建立了准三能级激光器的理论模型，阐明了准三能级激光系统中独特的再吸收机制，并采用808 nm LD抽运Nd: YAG棒，首次在室温下获得了 473 nm的连续激光输出，这是第一台二极管泵浦的全固态蓝光激光器。此后，随着中高功率半导体激光器的发展成熟，性能优良的新型激光介质的不断涌现，0.9 μ m准三能级激光器呈现出蓬勃发展局面。而0.9 y m激光通过倍频便可以获得0.45 ym蓝光输出，在蓝光激光产生方面，已经被证实是一种行之有效的途径。掺钕钒酸盐具有吸收截面和吸收线宽较大，0.9 μ m跃迁的受激发射截面大，能够产生偏振光等优异的光学性能和热导率高、热膨胀系数较小、硬度大，晶体质量好等良好的物理性能，这一类晶体已经逐渐成为0.9μm准三能级激光器和蓝光激光器中的首选激光介质。目前，采用掺钕钒酸盐晶体作为激光介质的准三能级激光器成为0.45 μ m激光器研究和寻求突破的重点。从本质上来讲，由于共用激光上能级，0.9 ym谱线需要与1.06 μπι和1.3 μ m谱线进行模式竞争，而前者的受激发射截面仅为1.06 μπι的1/10左右；再加上0.9 μ m谱线的受激发射截面仅为10_2°cm2量级，相同的反转粒子数密度下获得的净增益较小，因此对于激光晶体的选取、谐振腔设计和镀膜要求都很苛刻，实现起来困难重重。掺钕钒酸镥晶体(NchLuVO4)是由俄罗斯和日本专家于1995年合作生长出的一种晶体，具有优良的光学和物理特性，利用它的916 nm准三能级谱线跃迁，通过二阶非线性效应，就可以获得458 nm蓝光激光输出。目前，458nm医用蓝光激光器主要存在着以下问题亟待解决。第一，输出功率低；目前最大输出功率仅为5.9 W，属于中低功率激光器。第二，转换效率低，光光转换效率大多低于20% ;较低的效率一方面造成了高的功耗，另一方面会造成较大的热效应，从而严重影响458 nm激光器的整体性能。第三，输出功率的稳定性差，很难达到医用要求。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种高效率、低阈值、高稳定度的医用蓝光激光器。为达到上述目的，本技术是通过以下的技术方案来实现的:—种医用蓝光激光器，其特征在于，包括依次设置在光路上的将激光介质中的Nd3+泵浦至准三能级激光器的上能级的偏振泵浦光产生单元、将偏振泵浦光产生单元输出的激光束修饰成与激光介质和光学谐振腔相匹配的泵浦光束的光束整形单元、通过受激跃迁产生916 nm光子的增益介质单元和通过二阶非线性变换产生458 nm光子的倍频晶体单元，还包括一产生458 nm激光的光学谐振腔单元，而所述的增益介质单元和倍频晶体单元均设置在光学谐振腔单元中。进一步，所述的偏振泵浦光产生单元包括一激光器，所述的激光器的中心波长为400 900 nm,激光器输出的激光的偏振度大于或等于0.8。其中，所述的激光器可以为偏振式激光器，也可以为非偏振式激光器，在为非偏振式激光器时，所述的偏振泵浦光产生单元还包括一起偏器，所述的起偏器与所述的激光器连通。而所述的激光器还可以为半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或半导体泵浦固体激光器中的任一种。进一步，所述的光束整形单元为几何整形系统、光谱整形系统中的至少一种。且所述的光束整形单元还包括透镜、光栅、空间滤波器、多模光纤中的至少一种。进一步，所述的增益介质单元为圆柱形、六面体形、碟片形、光纤形中的任一种。且所述的增益介质单元为掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷。进一步，所述的倍频晶体单元为三硼酸锂、偏硼酸钡、硼酸铋、铌酸钾中的任一种。更进一步，所 述的光学谐振腔单元为直线腔、V型腔、Z型腔、环形腔中的任一种。当所述的光学谐振腔单元为直线腔时，包括前谐振腔镜和后谐振腔镜两个镜片；当所述的光学谐振腔单元为V型腔时，包括前谐振腔镜、折叠镜、后谐振腔镜三个镜片；当所述的光学谐振腔单元为Z型腔时，包括前谐振腔镜、第一折叠镜、第二折叠镜、后谐振腔镜四个镜片；而当光学谐振腔单元为环形腔时，则包括前谐振腔镜和后谐振腔镜等四个、五个、十个等不定数目的镜片。此外，在前述的直线腔、V型腔、Z型腔、环形腔中还可以设置空间滤波器、偏振片、双折射滤光片、F-P标准具、体布拉格光栅中的N种附件，所述的O < N < 5。其中，所述的前谐振腔镜和后谐振腔镜用于控制0.9 μπι ,1.06 μπι和1.3 μπι谱线的反射透射率，为产生的0.9 μπι和458 nm振荡光子提供正反馈，通过往返于所述前谐振腔镜和后谐振腔镜之间，并从激活的增益介质中获取能量，实现能量的积累和放大；所述空间滤波器用于控制光学谐振腔单元内激光的横模模式；所述偏振片用于控制光学谐振腔单元内激光的偏振模式；所述双折射滤光片用于控制光学谐振腔单元内激光的纵模模式；所述的F-P标准具用于控制光学谐振腔单元内激光的纵模模式；而体布拉格光栅则用于控制光学谐振腔单元内激光的纵模模式，确保激光束的高稳定度和高亮度输出。本技术的有益效果是:本技术所述的医用蓝光激光器能够有效产生高效率、低阈值、高稳定度的458 nm激光，并通过采用偏振的激光作为泵浦光、利用掺钕钒酸盐单晶或者陶瓷激光介质的偏振吸收特性，在保证916 nm准三能级激光谱线率先起振的情况下，大大提高激光介质对泵浦光的吸收效率，并通过高效的腔内倍频，从而显著提高458 nm激光器的光光转换效率，具体为:采用偏振泵浦光产生单元，能够有效提高增益介质对泵浦光的吸收率，可以大大降低激光器的阈值功率，从而大大提高激光器的光光转换效率；而阈值功率的显著降低，可以减轻激光介质的热效应，有利于实现高稳定度和高亮度的458 nm激光输出；此外，对泵浦光的有效吸收，可以解决由于未吸收泵浦光过多带来的附加热效应问题，能够提高458 nm激光器的稳定度。附图说明图1为本技术一实施例的结构示意图；图2为本技术所述的光学谐振腔单元的结构示意图。图中主要标记含义如下:1、偏振泵浦光产生单元 2、光束整形单元3、增益介质单元4、倍频晶体单元 5、光学谐振腔单元501、前谐振腔镜503、空间滤波器 504、偏振片505、双折射滤光片506、F-P标准具 507、体布拉格光栅502、后谐振腔镜。具体实施方式以下结合附图和具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用蓝光激光器，其特征在于，包括依次设置在光路上的将激光介质中的Nd3+泵浦至准三能级激光器的上能级的偏振泵浦光产生单元（1）、将偏振泵浦光产生单元输出的激光束修饰成与激光介质和光学谐振腔相匹配的泵浦光束的光束整形单元（2）、通过受激跃迁产生916?nm光子的增益介质单元（3）和通过二阶非线性变换产生458?nm光子的倍频晶体单元（4），还包括一产生458?nm激光的光学谐振腔单元（5），而所述的增益介质单元（3）和倍频晶体单元（4）均设置在光学谐振腔单元（5）中。

【技术特征摘要】
1.一种医用蓝光激光器，其特征在于，包括依次设置在光路上的将激光介质中的Nd3+泵浦至准三能级激光器的上能级的偏振泵浦光产生单元(I)、将偏振泵浦光产生单元输出的激光束修饰成与激光介质和光学谐振腔相匹配的泵浦光束的光束整形单元(2)、通过受激跃迁产生916 nm光子的增益介质单元(3)和通过二阶非线性变换产生458 nm光子的倍频晶体单元(4),还包括一产生458 nm激光的光学谐振腔单元(5),而所述的增益介质单元(3)和倍频晶体单元(4)均设置在光学谐振腔单元(5)中。2.根据权利要求1所述的一种医用蓝光激光器，其特征在于，所述的偏振泵浦光产生单元(I)包括一激光器，所述的激光器的中心波长为400 900nm，激光器输出的激光的偏振度大于或等于0.8。3.根据权利要求2所述的一种医用蓝光激光器，其特征在于，所述的激光器为偏振式激光器。4.根据权利要求2所述的一种医用蓝光激光器，其特征在于，所述的偏振泵浦光产生单元(I)还包括一起偏器，所述的起偏器与所述的激光器连通，且所述的激光器为非偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：高静，戴仙金，张龙，武晓东，
申请(专利权)人：苏州科医世凯半导体技术有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：