专利名称：用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，尤其涉及一种以双结构的铌酸锂晶体为变频晶体的全固态紫、红双色激光器。
背景技术：
光动力疗法〔Photodynamic therapy；PDT)是20世纪80年代初问世的一种不通过外科手术而是利用激光识别和杀灭癌细胞、轻柔无痛的治疗新技术。PDT的基本原理是施行疗法时先将特定的光敏物质注入体内，光敏物会选择性的滞留于肿瘤组织内，然后以蓝(或紫)光照射，肿瘤内的光敏物质会产生荧光，可以协助肿瘤的诊断及寻找肿瘤的位置及范围。再以红光照射，光敏物吸收光能，藉由光化学反应将光能转移给组织内的其他物质，产生细胞有毒性的自由基(free radicals)，或与组织细胞内的氧分子作用，形成对细胞有毒性的单一态氧(singlet Oxygen)，藉此达到选择性使癌细胞组织凋亡，达到治疗目的。光动力疗法虽然起步不久，但其作用机理上具高度选择性，能破坏肿瘤组织，而不伤害正常组织，因此它是一种极有潜在价值的局部治疗法。2000年，美国食品与药物管理局(FDA)与欧盟已核准光动力疗法运用于癌症治疗。此外，它也已经成功地用于动脉粥样硬化、眼底老年性黄斑变性、类风湿性关节炎、皮肤良性病变如鲜红斑痣等许多其他非肿瘤性的疾病治疗与诊断，疗效令人鼓舞。而本发明中设计的全固态紫、红双色激光器非常适宜于上述的光动力疗法，既可做诊断，又可做治疗，一机两用，具有重要的应用前景。相关的工作包括1992年7月，沈鸿元等人在J.Appl.Phys发表了″Nd∶YAlO3双波长激光器用LiIO3晶体倍频、和频产生413.7nm紫光相干辐射(Second-harmonicgeneration and sum-frequency mixing of double-wavelength Nd∶YAlO3laser to413.7nm violet coherent radiation in LiIO3crystal)″的文章，利用两块LiIO3晶体对固体Nd∶YAlO3双波长激光频率变换获得413.7nm紫色激光，能量较小，只有500μJ。
2002年3月，Y.F.Chen等人在Opt.Lett发表了″激光二极管泵浦的调Q Nd∶YVO4腔内倍频黄光激光器(Diode-pumped Q-switched Nd∶YVO4Yellow laser with intracavity sum-frequency mixing)″的文章，报导了用BBO做和频晶体获得黄光输出，当泵浦功率12.5W时，获得平均功率340mW黄光输出，峰值功率2kW。
2003年12月3日，中国专利公开了CN1459896A号″“红绿双波长激光器”专利申请，用LBO和KTP等非线性晶体将掺钕晶体1300nm和1000nm波段双波长激光倍频成红色和绿色激光。
2003年12月31日，中国专利公开了CN1464602A号“可见波段双波长固体激光器”专利申请，此专利涉及固体激光器设计领域。采用腔内放置两块非线性晶体同时进行倍频与和频的方案，利用红外激光泵浦，同时输出可见波段的双波长激光。
2002年10月，Y.F.Chen等人在Opt.Lett发表了″激光二极管泵浦Nd∶YVO4双波长激光器用PPLN单通和频获得高效的连续黄光产生(Efficient generation of cw yellow light by single-pass sum-frequency mixingof a diode pumped Nd∶YVO4dual-wavelength laser with periodically poledlithium niobate)″的文章，报导了用PPLN做和频晶体获得连续黄光输出，在基波功率1.064nm为1.2W、1.342nm为1.0W时，获得78mw的593nm连续黄光输出。
综上所述，这些研究与技术途径均不涉及应用于光动力疗法，到目前为止，尚未发现有专门用于光动力疗法的紫、红双色激光器的报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用掺Nd离子晶体激发双波长激光共振，特别是激发Nd∶YVO4晶体的1.064μm和1.342μm的双波长激光同时振荡，获得紫、红双色激光输出的用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现该用于光动力疗法的紫、红双色全固态激光器，包括由一半导体激光器为泵浦光源，掺Nd离子晶体前后表面镀有1.064μm和1.342μm减反膜，输入镜与1.342μm激光的平面输出腔镜、1.064μm激光的平面输出腔镜分别组成1.342μm、1.064μm双波长振荡的双波长激光谐振腔，1.064μm激光和1.342μm激光以直腔方式同时振荡并共线输出，声光开关置于腔内，再以一块能同时实现1.342μm激光倍频和1.342μm与0.671μm激光和频的双周期结构的PPLN晶体置于泵浦光路的控温炉中，放置于腔外。
半导体激光(LD)泵浦掺Nd离子晶体，从4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2能级跃迁的谱线中，选择设计双波长谐振腔，获得双波长基波同时输出，即1.06μm和1.34μm的两条谱线，然后针对此双波长基波设计双周期结构的介电晶体材料，该双周期结构晶体对掺Nd离子晶体发射的较长激光实现有效的倍频得到一种红光，再对该可见光与掺Nd离子晶体发射的较短的谱线进行和频，得到另外一种紫光，完成双色激光的同时输出。包括LD泵浦源，掺Nd离子激光晶体，同时产生双波长振荡的双波长谐振腔，以及能同时实现两个非线性频率变换过程(倍频、和频)的特定结构的变频晶体。该双结构PPLN可以对掺Nd离子激光晶体发射的较长波长激光实现有效的倍频得到一种可见光；然后对该可见光和掺Nd离子激光晶体发射的较短波长的谱线进行和频，得到另一更短波长的可见光；于是得到双色光同时输出。利用Nd∶YVO4晶体的优异的激光性能和它的两条发射谱线4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2，设计双波长谐振腔，获得1.064μm和1.342μm双波长基波同时输出，然后针对此双波长基波设计具有特定双周期结构的PPLN。该双周期结构PPLN可以对Nd∶YVO4发射的1.342μm激光实现有效的倍频得到红光(0.671μm)；对0.671μm的红光和Nd∶YVO4发射的1.064μm激光实现有效的和频，得到0.411μm的紫光。从而构造出能实现紫、红双色激光同时输出的小型全固态激光器。1.064μm激光和1.342μm激光以直腔方式(通过说明书附图可以看出，1.342μm激光在3、6之间振荡，1.064μm激光在3、7之间振荡)同时振荡并共线输出。腔内加入声光开关使1.342μm和1.064μm激光准连续输出，提高峰值功率密度和转换效率。双周期结构PPLN置于控温炉中，放置于腔外。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现本发明还可以采用不同基质的掺Nd离子激光晶体、选择不同的发射谱线同时谐振、使用不同的双周期结构变频材料、不同的变频材料结构参数实现两种可见光同时输出。
对掺Nd离子晶体发射的4F3/2→4I13/2跃迁谱线激光实现有效的倍频得到红光，对该红光与掺Nd离子晶体发射的4F3/2→4I11/2跃迁谱线激光实现和频得到紫光的能实现紫、红双色激光输出的全固态紫、红双色激光器。
掺Nd离子晶体激发4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2双波长同时振荡，所说的双波长同时振荡包括其它掺Nd离子晶体发射谱线4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2参与的双波长同时振荡，由双结构的周期电场极化的介电晶体同时实现两个频率变换过程，同时输出双波长可见光的全固态紫、红双色激光器。不同基质的掺Nd离子激光晶体，对应的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2的发射谱线的受激发射截面和对应波长与Nd∶YVO4有所不同，这意味着，对其它掺Nd晶体，适当调整平衡双波长共振损耗，也可以实现双波长共振，相应修改双结构变频材料的结构参数，它们也适用于本发明，只是产生的紫、红双色激光的波长会略有不同。如Nd∶YAP(Nd∶YAlO3)晶体，对应的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2的发射谱线波长为1.079μm和1.341μm，采用本发明的方法可以获得波长为0.6705μm红光、0.4135μm紫光。
用双周期结构的PPLN晶体，实现1.342μm激光的倍频，同时实现1.064μm激光与0.671μm激光的和频0.411μm产生过程，所用材料是指LiNbO3、LiTaO3、KTP、RTP等非线性光学材料。由于它们的折射率及色散关系不同，因此双周期结构设计的参数也有所不同。通常情况下，周期的光学超晶格材料只能用于倍频、和频或差频等单个非线性频率变换过程。要实现上述紫、红双色激光输出，PPLN晶体必须提供匹配λ1＝1.342μm倍频(产生λ2＝0.671μm红光)的倒格矢，匹配λ3＝1.064μm基波光与λ2＝0.671μm红光的和频(产生λ4＝0.411μm紫光)的倒格矢。如果分别由两块具有周期结构的LiNbO3来提供，对应的周期分别为Λ1、Λ2，满足如下准位相匹配条件2πλ1[2n(λ2,T)-2n(λ1,T)]=2πΛ1---(1)]]>2π[n(λ4,T)λ4-n(λ2,T)λ2-n(λ3,T)λ3]=2πΛ2---(2)]]>其中λ1，λ2，λ3，λ4分别对应于1.342μm，0.671μm，1.064μm和0.411μm的光波长。
本发明采用双周期结构设计的方法，即在同一片LiNbO3晶体上极化出前后两个周期结构，周期分别对应于Λ1、Λ2，分别提供实现1.342μm倍频的倒格矢与0.671μm和1.064μm和频的倒格矢。于是倍频与和频在一块晶片上实现，结构紧凑，调节方便，利于系统的小型化。设定温度为100℃；按照如下的sellmeier方程计算折射率ne(λ,T)=a1+b1*f(T)+a2+b2*f(T)λ2-[a3+b3*f(T)]2+a4+b4*f(T)λ2-a52-a6*λ2---(3)]]>其中参数a1＝5.35583，a2＝0.1004/3，a3＝0.20692，a4＝100，a5＝11.34927，a6＝1.5334*10-2，b1＝4.629*10-7b2＝3.862*10-8，b3＝-0.89*10-8，b4＝2.657*10-5f(T)＝(T-24.5)*(T+570.82)T为摄氏温度。
针对掺Nd离子晶体的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2跃迁，匹配两个频率变换过程产生紫、红两种可见光同时输出，改变结构参数和匹配温度，以准位相匹配方式同时产生紫、红激光及其各种颜色组合激光输出的所有全固态紫、红双色激光器。
本发明的优越性1.首次提出全固态Nd∶YVO4/PPLN 0.671μm和0.411μm紫、红双波长激光器，非常适合于医学上光动力疗法诊断和治疗对激光波长的特殊要求，紫光用于诊断，红光用于治疗，一机两用。
2.本发明采用的谐振腔结构可以同时产生1.064μm和1.342μm的激光振荡，直腔的结构简单，易于调节；而三镜腔结构易于抑制因双波长增益竞争而产生的输出功率不稳定性，改善双波共振脉冲的同步特性(时间重叠)。
3.本发明采用的双结构PPLN是一种特定的周期结构。可以根据需要，分别设计前后两个结构的周期，有效地提供两个倒格矢，匹配两个非线性频率变换过程，且对变频材料和入射基波都没有特殊限制。其结构易于得到和制备，具有很大的灵活性和实用性。
4、Nd∶YVO4晶体具有优异的激光性能，如吸收系数大，吸收带宽，受激发射截面大，输出为线偏振等。该晶体的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2跃迁都具有较大的发射截面，它们发射截面的比值也易于实现双波长同时振荡，获得高效的1.064μm和1.342μm激光同时输出。
全固态紫、红双色激光器，同时激发掺Nd离子激光晶体双波长激光共振，用一块双结构的周期电场极化的铌酸锂晶体PPLN(Periodically PoledLithium Niobate)实现倍频、和频的非线性频率转换过程，得到紫、红双色激光同时输出。紫光用于诊断，红光用于治疗，一机两用，器件结构紧凑，降低了器件制造、维护、调整的复杂性，也降低了制造和维护成本，提高了运转的稳定性和可靠性，具有重要的医学应用价值。
图1是本发明实施例的示意图。
其中1-半导体二极管激光器(LD)，2-光纤耦合和聚焦准直系统，3-输入镜，4-Nd∶YVO4晶体，5-声光开关，6-输出腔镜7-输出腔镜；8-会聚透镜，9-控温炉，10-双周期结构PPLN晶体。
具体实施例方式下面参照图1对本发明做进一步说明。
实施实例1制作一台用于光动力疗法的双周期结构PPLN全固态紫、红双色激光器。以一半导体二极管激光器(LD)1为泵浦源，输出波长为0.808μm，最大输出功率为15W，Nd∶YVO4晶体4前后表面镀上1.064μm和1.342μm减反膜，输入镜3对1.064μm和1.342μm双波长均高反，对0.808μm高透，与输出腔镜6组成1.342μm激光谐振腔，与输出腔镜7组成1.064μm激光谐振腔，声光开关5置于腔内，获得准连续的1.064μm和1.342μm激光，一块双周期结构PPLN 10(长约2cm)置于控温炉9中，放于腔外，调节温度，在匹配温度处得到紫、红双色激光的同时输出。
实施实例2制作一台用于光动力疗法的双周期结构PPLN全固态紫、红双色激光器，与实例1中不同的是，PPLN 10两端都镀以1.064μm和1.342μm减反膜及可见光减反膜，输入镜3镀以1.064μm、1.342μm和可见光高反膜，输出腔镜6对1.342μm镀以高反膜、对1.064μm和可见光镀以高透膜，输出腔镜7对1.064μm镀以高反膜、对可见光镀以高透膜。无需声光开关。将双周期结构PPLN置于输入镜3和激光输出腔镜6所组成的谐振腔内，实现腔内频率转换得到紫、红双色连续波激光同时输出。
权利要求
1.用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，包括由一半导体激光器为泵浦光源，其特征在于掺Nd离子晶体(4)前后表面镀有1.064μm和1.342μm减反膜，输入镜(3)与腔镜(6)、腔镜(7)分别组成1.342μm、1.064μm激光谐振腔，1.064μm激光和1.342μm激光以直腔方式同时振荡并共线输出，声光开关(5)置于腔内，再以一块双周期结构的周期电场极化的介电晶体(10)置于控温炉(9)中，放置于腔外。
2.根据权利要求1所述的用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，其特征在于对掺Nd离子晶体(4)发射的4F3/2→4I13/2跃迁谱线激光实现有效的倍频得到红光，对该红光与掺Nd离子晶体发射的4F3/2→4I11/2跃迁谱线激光实现和频得到紫光的能实现紫、红双色激光输出的全固态紫、红双色激光器。
3.根据权利要求1所述的用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，其特征在于掺Nd离子晶体(4)激发4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2双波长同时振荡，由双周期结构的PPLN晶体(10)同时实现两个频率变换过程，同时输出双波长可见光的全固态紫、红双色激光器。
4.根据权利要求3所述的用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，其特征在于用双周期结构的PPLN晶体(10)，实现1.342μm激光的倍频，同时实现1.064μm激光与0.671μm激光的和频0.411μm产生过程，所用材料是指LiNbO3、LiTaO3、KTP、RTP非线性光学材料。
5.根据权利要求1所述的用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，其特征在于针对掺Nd离子晶体(4)的4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2跃迁，匹配两个频率变换过程产生紫、红两种可见光同时输出，改变结构参数和匹配温度，以准位相匹配方式同时产生紫、红激光及其各种颜色组合激光输出的所有全固态紫、红双色激光器。
全文摘要
本发明提供一种用于光动力疗法的全固态紫、红双色激光器，包括由一半导体激光器为泵浦光源，掺Nd离子晶体前后表面镀有1.064μm和1.342μm减反膜，输入镜与腔镜(6)、腔镜(7)分别组成1.342μm、1.064μm激光谐振腔，1.064μm激光和1.342μm激光以直腔方式同时振荡并共线输出，声光调制器置于腔内，再以一块双周期结构的PPLN晶体置于控温炉中，放置于腔外。实际医疗应用中，紫光用于诊断，红光用于治疗，一机两用。
文档编号H01S3/08GK1618481SQ20041003646
公开日2005年5月25日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者何京良, 刘杰, 韩可桢, 范秀伟, 王慧田, 祝世宁, 朱永元 申请人:山东师范大学