本實(shí)用新型涉及高功率固體激光器領(lǐng)域，具體涉及一種光路簡(jiǎn)單的百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鈥激光器是用Cr，Tm，Ho∶YAG晶體制作的脈沖激光器，其輸出波長(zhǎng)2.1μm處于水的吸收峰，這種激光對(duì)人體組織的穿透深度淺，有很高的外科手術(shù)精度，且對(duì)人眼安全，加上它可用光纖傳輸，所以在醫(yī)療上它是一種很好的做外科的光源。因此，鈥激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于泌尿外科、皮膚科、婦產(chǎn)科、消化科、普外科和五官科等領(lǐng)域。

但鈥激光晶體的發(fā)光閾值高，其熱導(dǎo)率低，在高重頻條件下工作時(shí)，晶體的熱透鏡效應(yīng)明顯，由于這些特點(diǎn)，使得單條激光晶體的輸出功率不可能較高。為了獲得高輸出功率的鈥激光治療機(jī)，人們采用多路激光器輪流出光，經(jīng)過(guò)合并光路并耦合進(jìn)同一條光纖的方法來(lái)提高總的輸出功率。

目前從已發(fā)表的論文、公示專利和市場(chǎng)產(chǎn)品中了解到，功率達(dá)到或超過(guò)百瓦的鈥激光系統(tǒng)是由4路激光合束而成的。將四路鈥激光合并光路后耦合輸出的技術(shù)方案可分為兩類：

1、第一類是以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，利用全反鏡讓四路激光的傳輸路徑滿足一定幾何關(guān)系的情況下，再利用一個(gè)伺服電機(jī)控制的全反射鏡，將4路激光反射到同一個(gè)耦合透鏡中，從而進(jìn)入同一條傳輸光纖(例如，授權(quán)公告號(hào)CN202059047U，四核鈥激光發(fā)生系統(tǒng))，但是，該四核鈥激光系統(tǒng)的光路十分復(fù)雜，每一個(gè)激光器輸出的激光需經(jīng)兩個(gè)反射鏡反射，再入射到伺服電機(jī)控制的全反鏡上，才能讓四路激光的光路最后重合到一起，然后通過(guò)匯聚透鏡，將四路激光耦合到同一條輸出光纖中，同時(shí)，還需要精確控制各個(gè)激光器的工作時(shí)序和伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，讓每一激光器的運(yùn)行狀態(tài)與全反鏡的一定位置狀態(tài)對(duì)應(yīng)，才能使四路激光按時(shí)序輪流進(jìn)入聚焦透鏡，并從光纖中輸出。

這種四路鈥激光產(chǎn)品，除了每一路激光器的諧振腔需要一個(gè)后腔鏡、一個(gè)輸出鏡之外，還需要8個(gè)全反鏡、一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的全反鏡和伺服電機(jī)及其控制系統(tǒng)，因此存在三方面技術(shù)缺陷：(1)需要的元器件多(2)光路復(fù)雜、調(diào)試不方便。(3)需要精確控制光路系統(tǒng)，可轉(zhuǎn)動(dòng)的全反鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律必須與激光器的脈沖時(shí)間精確匹配。市場(chǎng)上已有的以這類技術(shù)方案為基礎(chǔ)的鈥激光系統(tǒng)是國(guó)外進(jìn)口的。

2、第二類是利用多路激光的集束裝置，每個(gè)激光器的輸出分別耦合到光纖中，這樣的多條光纖的輸出端同時(shí)連接到一個(gè)集束裝置的輸入端上，經(jīng)集束后輸出的激光再用透鏡聚焦，讓匯聚后的激光進(jìn)入共用光纖，實(shí)現(xiàn)多路激光從一條光纖輸出，從而希望獲得大功率激光輸出。

例如，在“多路固體鈥激光集束裝置”(授權(quán)公告號(hào)CN 203277954 U)中，每一組鈥激光的輸出耦合到一條光纖中，該光纖的另一端接入一個(gè)光束整形勻化裝置中，從該裝置出射的光束再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡、第二耦合透鏡，耦合進(jìn)入輸出光纖。又例如在“采用合束器的多諧振腔高頻鈥激光治療機(jī)”(授權(quán)公告號(hào)CN 202723982 U)中，每一路激光器的輸出分別耦合到各自的傳輸光纖中，這兩條光纖通過(guò)合束器被融合形成一根合束光纖，從合束光纖中輸出的激光再經(jīng)過(guò)耦合鏡耦合到工作光纖中。

這2個(gè)專利申請(qǐng)的技術(shù)方案中，無(wú)論是“集束裝置的輸出光纖”還是“被融合形成的一根合束光纖”，它們都很難滿足醫(yī)用光纖規(guī)格，因此，需要再一次利用耦合透鏡，將光束耦合到滿足醫(yī)用規(guī)格的工作光纖中。這類方案既增加了光束的耦合損耗，又增加了系統(tǒng)所需的器件。

實(shí)用新型專利“光纖合束器”(授權(quán)公告：CN 204790085 U)，記載了：輸入光纖的第二纖芯24大于輸出光纖的第一纖芯22，并且，由三根大直徑的第二纖芯熔融拉錐成小直徑的第一纖芯，所形成的拉錐段的橫截面需要很大的減小，這樣會(huì)使部分纖芯中傳輸光束的模式變?yōu)榘鼘幽?，從而帶?lái)傳輸光束的損耗。而且，此技術(shù)方案的輸出光纖是不滿足醫(yī)用鈥激光光纖要求的，因?yàn)獒t(yī)用鈥激光光纖從幾何參數(shù)(第一纖芯、第二纖芯、包層和保護(hù)層)、光學(xué)參數(shù)和材質(zhì)都有嚴(yán)格要求。

發(fā)明專利“一種泵浦光纖合束器及其制備方法”(公布號(hào)：CN102508336A)，公開(kāi)了一種泵浦光纖合束器，將光纖束緩慢拉錐并最終拉制成一定直徑的單根光纖，作為輸出光纖，但是，其技術(shù)方案同樣存在“光纖合束器”存在的2個(gè)技術(shù)缺陷。

另外，到目前為止市場(chǎng)上還未現(xiàn)使用集束技術(shù)為基礎(chǔ)的大功率鈥激光系統(tǒng)。從國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局的國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢中可看到，生產(chǎn)鈥激光治療儀的國(guó)內(nèi)企業(yè)有7家，但還沒(méi)有一家企業(yè)能生產(chǎn)功率達(dá)到或超過(guò)百瓦的鈥激光系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種光路簡(jiǎn)單的百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)，需要的元器件少、調(diào)試方便，不需要轉(zhuǎn)動(dòng)器件及其控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)四路激光的合并，獲得高功率的激光輸出。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的方案如下：

光路簡(jiǎn)單的百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)，包括四個(gè)同樣的鈥激光諧振腔及其匯聚透鏡和一個(gè)光纖合束器，

所述鈥激光諧振腔包括依次同軸放置的后腔鏡、聚光腔和輸出鏡，匯聚透鏡與后腔鏡、聚光腔和輸出鏡也同軸放置，后腔鏡和輸出鏡為平面鏡，后腔鏡是波長(zhǎng)為2.094微米的全反射鏡，輸出鏡是波長(zhǎng)為2.094微米的部分反射鏡，聚光腔是陶瓷腔或者石英腔，聚光腔中安裝了激光晶體和氙燈，匯聚透鏡是鍍有波長(zhǎng)為2.094微米增透膜的雙凸透鏡；

光纖合束器有4條輸入光纖、拉錐段和輸出光纖，四條入射光纖的入射端分別放置在四個(gè)匯聚透鏡的焦點(diǎn)處，拉錐段的末端面為切割平面，該切割平面與輸出光纖的裸纖進(jìn)行熔接，此熔接處前后2cm范圍內(nèi)涂覆有折射率為1.46的光纖用膠，輸出光纖為醫(yī)用鈥激光光纖，輸出光纖的芯徑為輸入光纖的芯徑的1.8～2.2倍；

每一個(gè)鈥激光諧振腔的輸出功率大于35W，光纖合束器的輸出光纖的輸出功率大于100W。

所述輸出光纖的長(zhǎng)度不小于3米。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1、4個(gè)鈥激光諧振腔獨(dú)立工作，光路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)和維修方便。

2、由于4路激光的合束中不需要用伺服電機(jī)控制的轉(zhuǎn)鏡，減少了所需的控制信號(hào)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的控制電路系統(tǒng)，用非常緊湊的光路實(shí)現(xiàn)了四路激光的合并輸出，極大地減小了所需的元件，降低了生產(chǎn)成本。

3、特殊設(shè)計(jì)的光纖合束器，其輸出光纖芯徑接近輸入光纖的2倍，四條輸入光纖構(gòu)成的光纖束外徑約等于輸出光纖直徑，在熔融拉錐時(shí)，光纖束的橫截面幾乎沒(méi)有變化，因此，合束過(guò)程對(duì)輸入光纖的傳輸模式影響很小，從而最大程度的減小了集束損耗，每一路鈥激光輸出功率超過(guò)35W時(shí)，在合束器輸出端的輸出功率超過(guò)100W。

4、特殊設(shè)計(jì)的光纖合束器，使四路激光合束后，直接由醫(yī)用光纖輸出，滿足醫(yī)療器材的要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的光路簡(jiǎn)單的百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是用于形成光纖束的模具簡(jiǎn)圖。

圖3是光纖合束器的立體圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2和圖3所示的光路簡(jiǎn)單的百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)，包括四個(gè)同樣的鈥激光諧振腔5及其匯聚透鏡4和一個(gè)光纖合束器6，

鈥激光諧振腔5包括依次同軸放置的后腔鏡1、聚光腔2和輸出鏡3，匯聚透鏡4與后腔鏡1、聚光腔2和輸出鏡3也同軸放置，后腔鏡1和輸出鏡3為平面鏡，后腔鏡1是波長(zhǎng)為2.094微米的全反射鏡，輸出鏡3是波長(zhǎng)為2.094微米的部分反射鏡，聚光腔2是陶瓷腔或者石英腔，聚光腔2中安裝了激光晶體和氙燈，匯聚透鏡4是鍍有波長(zhǎng)為2.094微米增透膜的雙凸透鏡；

光纖合束器6有4條輸入光纖7、拉錐段和輸出光纖8，四條入射光纖7的入射端分別放置在四個(gè)匯聚透鏡4的焦點(diǎn)處，拉錐段的末端面為切割平面，該切割平面與輸出光纖8的裸纖進(jìn)行熔接，此熔接處前后2cm范圍內(nèi)涂覆有折射率為1.46的光纖用膠12，輸出光纖8為醫(yī)用鈥激光光纖，輸出光纖8的芯徑為輸入光纖7的芯徑的2倍；

每一個(gè)鈥激光諧振腔5中的輸出功率大于35W，光纖合束器6的輸出光纖8的輸出功率大于100W。

輸出光纖8的長(zhǎng)度不小于3米。

光纖合束器的制備方法如下：

1、將4條輸入光纖7的輸出端剝?nèi)ネ扛矊雍笱b入模具，組成光纖束；

2、將步驟1)所得到的光纖束在熔爐加熱的條件下緩慢適當(dāng)拉錐并最終拉制成一條單根光纖；

3、對(duì)步驟2)所得到的被拉制后的單根光纖一端進(jìn)行切割后將其與輸出光纖8的裸纖進(jìn)行熔接，輸出光纖8的芯徑為輸入光纖7的芯徑的2倍；

4、對(duì)步驟3)所得到熔接點(diǎn)前后2cm范圍內(nèi)用折射率為1.46的膠進(jìn)行涂覆。

百瓦級(jí)鈥激光系統(tǒng)的工作方法為：

(1)每一路鈥激光諧振腔依次放置了后腔鏡、聚光腔和輸出鏡，聚光腔截面為橢圓，一條激光晶體與氙燈分別位于聚光腔內(nèi)的橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)上。給聚光腔的氙燈加上一定的電信號(hào)后，氙燈發(fā)出的泵浦光直接的、或經(jīng)過(guò)聚光腔壁反射后，入射到激光晶體上；

(2)激光晶體吸收泵浦光后發(fā)出激光，后腔鏡的前表面和輸出鏡的后表面分別鍍了2.094微米的全反膜和部分反射膜，由后腔鏡、聚光腔和輸出鏡構(gòu)成的鈥激光諧振腔中，對(duì)波長(zhǎng)為2.094微米的、在光軸方向傳輸?shù)募す庾髯顑?yōu)先的放大，而把其它頻率和方向的光加以抑制，從輸出鏡輸出波長(zhǎng)為2.094微米的激光；

(3)4個(gè)鈥激光諧振腔輸出的激光分別經(jīng)過(guò)相應(yīng)的匯聚透鏡聚焦后，在透鏡焦點(diǎn)處進(jìn)入光纖合束器的輸入光纖，然后四路激光均從光纖合束器的輸出光纖輸出。

上述為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。