[发明专利]一种医用蓝光激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用蓝光激光器，属于光电子及激光技术领域。

背景技术

    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 μm准三能级激光器呈现出蓬勃发展局面。而0.9 μm激光通过倍频便可以获得0.45 μm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 μm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0.9 μm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 μm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 μm谱线需要与1.06 μm和1.3 μm 谱线进行模式竞争，而前者的受激发射截面仅为1.06 μm的1/10左右；再加上0.9 μm谱线的受激发射截面仅为10^-20cm²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（Nd:LuVO₄）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，458 nm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。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明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，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

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。