Nd∶YAG激光器的特性及应用
激发波长532nm
任务名称：激发波长532nm一、引言光波长是光学领域中一个重要参数，波长为532nm的激光具有广泛的应用领域。
本文将探讨如何激发波长为532nm的光，并介绍相关的原理和技术。
二、532nm波长的激发原理2.1 激光介绍激光是一种高度聚焦的光束，具有高度的单色性和相干性。
通过激发特定的原子或分子，可以产生特定波长的激光。
2.2 532nm波长的激发原理波长为532nm的激光通常是由Nd:YAG（钕:钇铝石榴石）激光器产生的。
Nd:YAG激光器是一种固体激光器，采用了Nd离子作为激活介质。
激发ND:YAG晶体需要另外的激光源，例如532nm波长的二倍频晶体。
Nd:YAG晶体吸收532nm波长的激光能量，然后在晶体内部产生激光的振荡。
三、激发波长为532nm的方法3.1 二倍频技术二倍频技术是利用非线性光学晶体产生波长较短的光。
532nm波长的激光可以通过使用倍频晶体将波长为1064nm的激光转换而来。
大部分的Nd:YAG激光器都采用了此方法来产生532nm的激光。
3.2 光纤激光器光纤激光器也可以用于产生532nm波长的激光。
通过在光纤中注入特定的材料，可以实现对532nm波长的激发。
3.3 高频电源激励利用高频电源来激发波长为532nm的激光器也是一种常见的方法。
通过电子激发的方式，可以产生波长为532nm的激光。
3.4 气体激光器气体激光器也可以用于产生532nm波长的激光。
例如使用KTP（铁电晶体）来产生532nm的激光。
四、532nm波长的应用4.1 激光医疗532nm波长的激光在医疗领域中有广泛应用。
它可以用于激光治疗疾病，如眼科手术、皮肤病治疗等。
4.2 显示技术532nm波长的激光被广泛应用于显示技术中，如激光投影仪和激光显示器。
4.3 材料加工激光加工是532nm波长激光的重要应用之一。
它可以应用于材料切割、打孔、焊接等领域。
4.4 科学研究在科学研究中，532nm波长的激光可以用于光谱分析、光化学研究等。
Nd：YAG激光器调Q激光束的放大特性
Nd:YAG激光器调Q激光束的放大特性实验目的：1. 了解固体激光器的自由振荡输出特性2. 了解调Q技术以及调Q激光输出特性3. 了解固体激光器的应用4. 掌握固体激光器的光路调整实验原理：1. 自由振荡激光输出特性通常激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很大的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近，当低于阈值时又开始准备第二次振荡。
这使得自由振荡固体激光器的输出是由许多振幅、脉宽和间隔作随即变化的尖峰脉冲组成，尖峰脉宽非常窄（微秒量级），间隔数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续时间。
激光器的输出能量分散在这样一串脉冲中，因而不可能有很高的峰值功率，增大泵浦能量时也无助于峰值功率的提高，只会使小尖峰数量增加。
2. 调Q技术激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，因此可设法改变激光器的阈值来实现上能级积累大量的反转粒子。
由激光振荡阈值条件可知临界阈值与谐振腔Q值成反比。
Q 值为谐振腔的品质因数，当波长和腔长一定时，Q与谐振腔的损耗成反比，即损耗大，Q值就低，阈值高而不易起振；当损耗小，Q值就高，阈值低而易起振。
调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。
本实验通过Q 晶体改变谐振腔的阈值（或Q值）。
泵浦开始时，使光腔处于低Q值，即提高振荡阈值使激光器不产生激光振荡，于是上能级反转粒子数便可大量积累，当积累达到最大值时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立，在极短时间内上能级的反转粒子被消耗，受激辐射增强非常迅速，在腔的输出端形成一个峰值功率很高、脉冲宽度很窄的单一脉冲激光。
实验中所用Q晶体为Cr4+:YAG晶体，有自饱和吸收特性，对光的吸收损耗在其饱和之前很大，达到饱和之后则瞬间降低至接近于零，这样就起到了调Q的作用。
这是一种被动调Q技术。
实验装置1. He-Ne激光器2. 小孔光阑3. 1064nm全反凹面镜M14. Cr4+:YAG调Q晶体5. Nd:YAG振荡棒6. 输出镜M27. Nd:YAG放大棒8. 平板玻璃9. 能量计图1 实验光路示意图本实验采用两组Nd:Y AG晶体和泵浦氙灯，前组为振荡级，后组为放大级。
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用
Nd-YAG陶瓷激光器原理、性能与应用1 前言固体激光器是最重要的一种激光器，不但激活离子密度大，振荡频带宽，能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。
其体积小、效率高、性能稳定等特点使其成为当前光电子技术领域的一个研究热点。
对于固体激光器来说有3种重要的激光介质：单晶、玻璃和陶瓷。
单晶工作物质的激光器体积小，性能可靠、稳定，并适用于各种连续和脉冲激光器件。
但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小及掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。
多年来材料科学工作者一直试图用玻璃、微晶玻璃、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。
激光玻璃的突出优点是制备成本低，易实现大尺寸以及高的光学均匀性，但是，玻璃的热导率[一般低于1 W/(m·K)]远低于绝大多数激光晶体的，导致激光玻璃在以高平均功率工作时，材料内部产生大的热致双折射和光学畸变；这一点在强激光领域应用时表现得尤其突出，而且其激光效率与单晶材料相比也较低。
而且玻璃的硬度不够高、荧光线宽较宽和激光振荡阈值较高，不利于作为高性能的激光材料。
激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质量可控性强，尺寸大，形状自由度大以及可以实现多层多功能激光器等优点；和玻璃相比，透明陶瓷具有单色性好，结构组成更为理想，热导率高和可承受的辐射功率高等优点。
由于陶瓷是多晶，其内部的晶界、气孔、晶格的不完整性等都会导致材料的不透明性及增加光的散射损失，因此将其用于激光介质存在一定困难。
为了制备和单晶激光性能相当的高品质、高透明度的激光陶瓷，人们做了大量的研究工作。
在所有的材料中，立方晶系的晶体，譬如石榴石型的晶体和稀土倍半氧化物，它们在沿光轴方向上的折射率差等于零而且可以提供低对称性的格位，是制备透明陶瓷的最佳选择，其中最具代表性的是Nd:YAG 透明陶瓷。
2 激光的产生原理2.1 理论基础【波尔兹曼统计分布】根据统计力学原理，大量相同粒子(原子、离子、分子)集合处于热平衡温度下，粒子数按能级的分布服从波耳兹曼分布规律，即N 2/N1∝exp[-(E2- E1)/kT]其中N2、N1 分别为能级E2和E1 上的粒子数。
yag激光器工作原理
yag激光器工作原理YAG激光器工作原理激光器是一种能够产生高度聚焦、单色、相干光的装置。
YAG激光器是其中一种常见的激光器类型，它采用了YAG（氧化铝镱）晶体作为激活介质，通过光泵浦的方式来产生激光。
YAG晶体是一种具有优良光学性质的晶体材料，其化学式为Y3Al5O12。
由于其晶体结构的特殊性质，YAG晶体能够有效地将能量转换为激光光子。
在YAG激光器中，通常使用Nd：YAG晶体，其中掺杂了少量的钕元素（Nd）。
YAG激光器的工作原理可以分为三个主要步骤：光泵浦、激活和放大。
首先是光泵浦阶段。
为了激活YAG晶体并使其产生激光，需要通过外部能量的输入来激发晶体中的电子。
这个过程称为光泵浦。
常见的光泵浦方式有闪光灯泵浦和半导体泵浦。
其中，闪光灯泵浦使用强光闪光灯照射晶体，而半导体泵浦则通过电流通过半导体材料来产生激光。
接下来是激活阶段。
在光泵浦的作用下，部分YAG晶体内的钕元素被激发并跃迁到激发态。
这个跃迁过程是通过吸收外部能量使得钕元素内的电子从基态跃迁到激发态。
在激发态，钕元素的电子处于高能量状态并具有较长的寿命。
最后是放大阶段。
在激发态的钕元素中，电子会经历自发辐射的过程，从而跃迁回基态并释放出激光光子。
这些光子会引起其他的激发态钕元素的辐射跃迁，从而产生更多的激光光子。
通过在YAG晶体两端放置一个半透镜，可以实现激光的放大。
这是因为激光光子在晶体中来回反射，同时受到透镜的聚焦，从而形成高强度的激光束。
总结起来，YAG激光器的工作原理是通过光泵浦将外部能量输入到YAG晶体中，激发其中的钕元素，使其产生激光。
通过在晶体两端放置透镜，可以实现激光的放大。
YAG激光器由于其稳定性和可靠性，在医学、工业、科研等领域得到了广泛的应用。
实验1NdYAG固体激光器实验
hv21(a) 2 1 (b) 2 E 1(c) 图1、光与物质作用的吸收过程Nd ：YAG 固体激光器实验一、 实验内容与器件1、了解半导体激光器的工作原理和光电特性2、掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法二、 实验原理概述1. 激光产生原理光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。
如果一个原子，开始处于基态，在没有外来光子，它将保持不变，如果一个能量为hv 21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态E 2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E 1-E 2时才能被吸收。
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。
自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
处于激发态的原子，在外的光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。
只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
激光器主要有：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。
工作物质主要提供粒子数反转。
hv 21 2 E 1(a) E 2E 1(b)hv 21 hv 21图2、光与物质作用的受激辐射过程泵浦过程使粒子从基态E 1抽运到激发态E 3，E 3上的粒子通过无辐射跃迁（该过程粒子从高能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子），迅速转移到亚稳态E 2。
E 2是一个寿命较长的能级，这样处于E 2上的粒子不断积累，E 1上的粒子 又由于抽运过程而减少，从而实现E 2与E 1能级间的粒子数反转。
激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态，自发辐射产生的光子各个方向都有，偏离轴向的光子很快逸出腔外，只有沿轴向的光子，部分通过输出镜输出，部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放大，形成受激辐射的光放大即产生激光。
泵浦Nd：YAG激光器
LD侧面泵浦Nd：YAG激光器的研究摘要介绍了YAG晶体的性质以及与其他类似晶体的比较，介绍了固体激光器泵浦的两种方式:端面泵浦和侧面泵浦，并主要分析了侧面泵浦的优点。
设计和分析了一种侧面泵浦结构的固体激光器，通过选取合适激光晶体（Nd：YAG晶体），进行侧面泵浦。
在泵浦光反向冷却套侧壁镀高反射金膜，使激光棒侧向均匀泵浦，实现低阶膜输出。
对激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG 激光器的热效应进行了分析，通过热传导方程的推导和分析，得出YAG晶体内的温度分布情况，以及对各种可能的结果进行了数值模拟和分析，得到了一些影响YAG晶体内的温度分布的因素。
关键词：固体激光器；LD侧面泵浦；Nd：YAG晶体；热效应The Study on LD Side-pumped Nd：YAG LaserAbstractDescribed the nature of the YAG crystal and other similar comparison of crystal, introduced a solid-state laser pumped in two ways: end-pumped and side-pumped. And the main analysis of the advantages is on side-pumped. Design and analyse a side-pumped solid-state laser. By choosing a suitable laser crystal (Nd: YAG crystal), For side-pumped. In the reverse cooling pump sets highly reflective gold-plated wall membrane, So that the lateral uniformity of the laser rod pumped to achieve low film output. Of the laser diode side-pumped Nd: YAG laser thermal effects are analyzed. Heat conduction equation through the derivation and analysis within the YAG crystal temperature distribution, As well as the range of possible outcomes of a numerical simulation and analysis, have been some impact on the temperature inside the YAG crystal is a factor.Key words：solid state laser ; LD side-pump; Nd：YAG crystal；Thermal effect目录摘要 0ABSTRACT (1)1 绪论 (3)2 激光器 (4)2.1激光器简介 (4)2.1.1 什么是激光器 (4)2.1.2 激光器工作原理 (4)2.1.3 激光工作物质 (4)2.1.4 激励(泵浦)系统 (5)2.1.5 光学共振腔 (5)2．2固体激光器 (5)2.2.1 什么是固体激光器 (5)2.2.2 Nd:YAG晶体 (6)2.2.3 ND：YAG激光器 (7)2.3LD泵浦固体激光器 (7)2.3.1 LD泵浦固体激光器的优点 (7)2.3.2 侧面泵浦 (8)2.3.3 LD泵浦固体激光器的发展状况 (9)3 LD侧面泵浦ND：YAG激光器 (10)3.1LD侧面泵浦N D:YAG激光器的设计与分析 (10)3.1.1 阵列管泵浦源结构分析 (10)3.1.2 激光晶体棒选取 (10)3.1.3 聚光结构设计 (12)3.2模拟分析与推导 (12)3.2.1 泵浦高斯光强修正 (12)3.2.2 热传导方程与温度场 (13)3.2.3 激光棒内的温度分布 (13)3.2.4 激光棒内的热应力和热应力双折射 (14)3.3讨论 (17)4 总结 (18)致谢 (18)参考文献 (19)1 绪论世界上第一个激光器的成功演示距今已经40多年了。
Nd：YAG激光器
Nd：YAG激光器
佚名
【期刊名称】《《光机电信息》》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】Beamtech Optronics公司开发的DawaQ开关Nd：YAG激光器的激射波长为1064nm，功率为10～200nd，这种激光器采用了一种紧凑密封的工业封装。
由于使用了便利的“Quick Flashlamp Change”设计，Dawa能够产生二次、三次及四次谐波，也能够与光纤耦合。
因此这种激光器适合多种应用，例如粒子图像测速（PIV）、激光诱导荧光（LIF）、雷达以及微细加工技术。
【总页数】2页(P59-60)
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.13
【相关文献】
1.大功率1.3μm二极管泵浦Nd:YAG激光器研究 [J], 李星;张大为;华玉婷;赵书云;包照日格图
2.基于超薄层MoS_(2)可饱和吸收体的被动调Q固体Nd∶YAG激光器 [J], 付鑫鹏;付喜宏;姚聪;杨飞;张俊;彭航宇;秦莉;宁永强
3.氙灯泵浦的2.93 μm Cr,Er∶YAG激光器(特邀) [J], 刘彤宇;李英一;丁宇;蔡军;赵万利;鞠有伦
4.高温LDAs侧面脉冲泵浦Nd:YAG激光器 [J], 杨博达;刑政权;陈东林;李岩;石琳琳;徐英添;金亮;马晓辉
5.基于体布拉格光栅的Nd:YAG/Cr^(4+):YAG激光器波长调谐特性 [J], 蒙裴贝;齐明;荣微;李梦龙;王春辉;陶宇亮
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yag激光可行性报告
YAG激光可行性报告一、背景介绍YAG激光是一种常用于医疗、制造业和科研领域的激光技术。
YAG激光器采用YAG晶体作为增益介质，通过外加能量激发YAG晶体内的Nd离子，产生高功率激光。
YAG激光具有高能量密度、高可调性和较高的光束质量等优点，因此在多个领域有着广泛的应用前景。
二、技术原理YAG激光器的核心部件是YAG晶体，通过外部光源（如闪光灯或半导体激光器）对YAG晶体进行光学泵浦，激发Nd离子跃迁至激发态，然后通过受激辐射产生激光。
激光的波长通常为1064纳米，也可通过倍频或调Q技术获得其他波长的激光。
三、应用领域1.医疗: YAG激光可用于眼科手术，如激光角膜切割术和白内障手术。
激光能够精确切割组织，减少手术风险。
2.制造业: YAG激光可用于切割、焊接和打标等工艺。
由于其能量密度高，可实现高速、高精度加工。
3.科研: YAG激光在科学研究中有着重要作用，如激光光谱学、光学测量等领域。
4.其他: YAG激光还可用于军事、通信、环境监测等领域，具有广泛的应用前景。
四、市场前景随着制造业的发展和科技进步，对激光加工设备的需求不断增加。
YAG激光器由于其性能优越，在市场上有着广阔的发展空间。
未来几年，YAG激光器市场有望保持稳健增长。
五、竞争优势1.技术成熟: YAG激光技术经过多年发展，技术成熟稳定。
2.应用广泛: YAG激光在多个领域有着广泛的应用，市场需求旺盛。
3.性价比高: 相比其他激光技术，YAG激光器具有较高的性价比，受到市场青睐。
六、风险与挑战1.新技术挑战: 随着新技术的涌现，YAG激光技术可能面临市场竞争压力。
2.环保要求: 激光加工过程中产生的废气、废水等环保问题需要解决，增加生产成本。
七、结论综合分析，YAG激光技术具有广阔的应用前景，市场需求稳定增长。
然而，应注意市场竞争和环保问题对产业发展的影响，及时调整策略，保持技术领先，才能在激光器市场取得更大的成功。
八、参考资料1.张三, 激光技术在制造业中的应用, 机械工业出版社, 2018.2.李四, 激光眼科手术技术, 科学出版社, 2017.3.王五, 激光光谱学研究进展, 光学学报, 2019.。
Nd∶YAG激光器的特性及应用
激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
实验1NdYAG固体激光器实验
实验1NdYAG固体激光器实验hv21(a) 2 1 (b) 2 E 1(c) 图1、光与物质作⽤的吸收过程Nd ：YAG 固体激光器实验⼀、实验内容与器件1、了解半导体激光器的⼯作原理和光电特性2、掌握半导体泵浦固体激光器的⼯作原理和调试⽅法⼆、实验原理概述1. 激光产⽣原理光与物质的相互作⽤可以归结为光与原⼦的相互作⽤，有三种过程：吸收、⾃发辐射和受激辐射。
如果⼀个原⼦，开始处于基态，在没有外来光⼦，它将保持不变，如果⼀个能量为hv 21的光⼦接近，则它吸收这个光⼦，处于激发态E 2。
在此过程中不是所有的光⼦都能被原⼦吸收，只有当光⼦的能量正好等于原⼦的能级间隔E 1-E 2时才能被吸收。
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会⾃发地返回到基态，并放出光⼦。
⾃发辐射过程与外界作⽤⽆关，由于各个原⼦的辐射都是⾃发的、独⽴进⾏的，因⽽不同原⼦发出来的光⼦的发射⽅向和初相位是不相同的。
处于激发态的原⼦，在外的光⼦的影响下，会从⾼能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光⼦的形式发射出去。
只有外来光⼦的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光⼦与外来光⼦的频率、发射⽅向、偏振态和相位完全相同。
激光的产⽣主要依赖受激辐射过程。
激光器主要有：⼯作物质、谐振腔、泵浦源组成。
⼯作物质主要提供粒⼦数反转。
hv 21 2 E 1(a) E 2E 1(b)hv 21 hv 21图2、光与物质作⽤的受激辐射过程泵浦过程使粒⼦从基态E 1抽运到激发态E 3，E 3上的粒⼦通过⽆辐射跃迁（该过程粒⼦从⾼能级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光⼦），迅速转移到亚稳态E 2。
E 2是⼀个寿命较长的能级，这样处于E 2上的粒⼦不断积累，E 1上的粒⼦⼜由于抽运过程⽽减少，从⽽实现E 2与E 1能级间的粒⼦数反转。
激光产⽣必须有能提供光学正反馈的谐振腔。
处于激发态的粒⼦由于不稳定性⽽⾃发辐射到基态，⾃发辐射产⽣的光⼦各个⽅向都有，偏离轴向的光⼦很快逸出腔外，只有沿轴向的光⼦，部分通过输出镜输出，部分被反射回⼯作物质，在两个反射镜间往返多次被放⼤，形成受激辐射的光放⼤即产⽣激光。
NdYAG激光器的特性试验：电光调Q及倍频技术
、实验目地:1、掌握电光Q开关地原理及调试方法•2、学会电光Q开关装置地调试及主要参数地测试3、掌握倍频地基本原理和调试技能.4、了解影响倍频效率地主要因素.二、实验原理1.电光调Q调Q技术地发展和应用，是激光发展史上地一个重要突破.一般地固体脉冲激光器输出地光脉冲，其脉宽持续在几us甚至几ms,其峰值功率也只有 kw级水平,因此，压缩脉宽,增大峰值功率一直是激光技术所需解决地重要课题 . 调Q技术就是为了适应这种要求而发展起来地.b5E2RGbCAP调Q基本概念：用品质因数Q值来衡量激光器光学谐振腔地质量优劣，是对腔内损耗地一个量度.调Q技术中，品质因数Q定义为腔内贮存地能量与每秒钟损耗地能量之比，可表达为：式中V o为激光地中心频率.如用E表示腔内贮存地激光能量，丫为光在腔内走一个单程能量地损耗率•那么光在这一单程中对应地损耗能量为丫 E.用L表示腔长；n为折射率；c 为光速.则光在腔内走一个单程所用时间为nL/c.由此，光在腔内每秒钟损耗地能量为丫 Ec/nL.这样Q值可表示为p1EanqFDPw式中为真空中激光波长.可见Q值与损耗率总是成反比变化地，即损耗大Q 值就低；损耗小Q值就高.固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏地尖蜂脉冲序列, 从而阻碍了激光脉冲峰值功率地提高 .如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内地损耗增大 ,即提高振荡阈值 ,振荡不能形成 , 使激光工作物质上能级地粒子数大量积累 .当积累到最大值（饱和值时 >,突然使腔内损耗变小 ,Q 值突增.这时, 腔内会像雪崩一样以飞快地速度建立起极强地振荡 , 在短时间内反转粒子数大量被消耗 ,转变为腔内地光能量 ,并在透反镜端面耦合输出一个极强地激光脉冲 .通常把这种光脉冲称为巨脉冲•调节腔内地损耗实际上是调节Q值,调Q技术即由此而得名.也称为Q突变技术或Q开关技术.DXDiTa9E3d用不同地方法去控制不同地损耗，就形成了不同地调Q技术.有转镜调Q技术 , 电光调 Q 技术、可饱和染料调 Q 技术、声光调 Q 技术、透射式调 Q 技术 . RTCrpUDGiT本实验以电光Q开关激光器地原理、调整、特性测试为主要内容.利用晶体地电光效应制成地 Q 开关, 具有开关速度快；所获得激光脉冲峰值功率高 , 可达几Mw 至Gw脉冲宽度窄,一般可达ns至几十ns,器件地效率高,可达动态效率 1％, 器件输出功率稳定性较好 , 产生激光时间控制程度度高 , 便于与其它仪器联动,器件可以在高重复频率下工作等优点．所以这是一种已获广泛应用地 Q 开关 . 5PCzVD7HxA YAG棒在闪光灯地激励下产生无规则偏振光，通过偏振器后成为线偏振光，若起偏方向与KDP晶体地晶袖x（或y>方向一致，并在KDP上施加一个V1/4地外加电场.由于电光效应产生地电感应主轴X'和y '与入射偏振光地偏振方向成450角, 这时调制器起到了一个1/4 波片地作用 , 显然,线偏振光通过晶体后产生了n /2地位相差，可见往返一次产生地总相差为n ,线偏振光经这一次往返后偏振面旋转了90°, 不能通过偏振器 . 这样, 在调制晶体上加有 I/4 波长电压地情况下, 由介质偏振器和 KD*P 调制晶体组成地电光开关处于关闭状态 , 谐振腔地 Q 值很低 , 不能形成激光振荡 . jLBHrnAILg虽然这时整个器件处在低 Q值状态，但由于闪光灯一直在对 YAG棒进行抽运, 工作物质中亚稳态粒子数便得到足够多地积累 , 当粒子反转数达到最大时 , 突然去掉调制品体上地 l ／4 波长电压 , 即电光开关迅速被打开 , 沿谐振腔轴线方向传播地激光可自由通过调制晶体 ,而其偏振状态不发生任何变比 ,达时谐振腔处于高Q值状态，形成雪崩式激光发射.XHAQX74J0X2•倍频技术原子是由原子核和核外电子构成.当频率为w地光入射介质后，引起介质中原子地极化，即负电中心相对正电中心发生位移r形成电偶极矩er ,其中e是负电中心地电量.我们定义单位体积内原子偶极矩地总和为极化强度矢量P= Nm,N是单位体积内地原子数.极化强度矢量和入射场地关系式为LDAYtRyKfE其中 ------- f…分别称为线性极化率、二级非线性极化率、三级非线性极化率….并且在一般情况下-------- …,每增加一次极化,值减小七八个数量级•由于人射光是变化地,其振幅为——I ,所以极化强度也是变化地.根据电磁理论，变化地极化场可作为辐射源产生电磁波一一新地光波.在入射光地电场比较小时（比原于内地场强还小 >, -----）等极小,P与E成线性关系为----- 1 ,新地光波与入射光具有相同地频率,这就是通常地线性光学现象•但当入射光地电场较强时，不仅有线性现象，而且非线性现象也不同程度地表现出来•新地光波中不仅含有入射地基波频率，还有二次谐波、三次谐波等频率产生，形成能量转移，频率变换•这就是只有在高强度地激光出现以后，非线性光学才得到迅速发展地原因•设有下列两波同时作用于介质：Zzz6ZB2Ltk介质产生地极化强度应为二列光波地叠加.有尸=工⑵[如 cos（3] I 十&z）+X^cos 十-X tZi[j4?aos1（<»l t++盅 cos? 爲z）+ 24^,005 +jt（j）oos （ftjjt+fcjz）].经推导得出，二级非线性极化波应包含下面几种不同频率成分：P切=p眉5 [2〔附+局刃]，y （1J尸如=N-盅8时2（呼+Q）L吒,g = 十5”十％ + 丘訂工L从以上看出,二级效应中含有基频波地倍频分量（2 i＞. （2 2＞、和频分量（1十2＞、差频分量（1 —2＞和直流分量.故二级效应可用于实现倍频、和频、差频及参量振荡等过程.当只有一种频率为地光人射介质时，那么二级非线性效应就只有除基频外地一种频率（2 ＞地光波产生，称为二倍频或二次谐波 .dvzfvkwMIl为了获得最好地倍频效果，除了入射光要足够强＜功率密度高）、晶体地非线性极化细述要大外，还要使特定偏振方向地线偏振光以某一特定角度入射，这个特定地角度由相位匹配条件决定.rqyn14ZNXI从理论分析可得倍频效率地关系式如下L为倍频晶体地通光长度,只有当△ K= 2K1 — & = 4n /入i（n co -n2 co ＞=0,即n3 = n2o时,效率最高.我们将之称为位相匹配条件.EmxvxOtOco怎样实现相位匹配呢？对于介质，由于存在正常色散效应，是不能实现相位匹配地.对于各向异性晶体，由于存在双折射，可以利用不同偏振态之间地折射率关系实现相位匹配.SixE2yXPq5目前常用地负单轴晶体,如KDP它对基频光和倍频光地折射率可以用图 3 —1地折射率面来表示.图中实线是倍频光地折射率面，虚线是基频光地折射率面.球面为0光折射率面,椭球为e光折射率面.折射率面地定义为，它地每一根矢径长度＜从原点到曲面地距离）表示以此矢径方向为波法线方向地光波地折射率.从图中可以看出如果基频光矢o光,倍频光是e光，那么当波面沿着跟光轴成9角地方向传播时，二者折射率相同，9称为相位匹配角.这种方法成为第一类角度相位匹配，即图2- 1负单轴晶体地折射率面三、实验装置1•调Q技术图2-2实验装置图KDP:倍频晶体＜或KTPM1:输出镜＜输出透过率T=80%YAG闪光灯、聚光腔和 YAG棒组件B：布氏角偏振片Q:调Q晶体＜布氏角偏振片与调Q晶体组成调Q单元）M2:全反射镜＜M1和M2组成激光谐振腔）2•倍频技术实验装置见图3- 2,并说明如下:6图2-3实验装置①一④构成 YAG激光器振荡级•其中：①是 1.06微M全反射镜；②是DKDF电光调Q晶体及介质膜起偏器；③为 YAG激光器地主体•包括 YAG棒、氙灯、聚光腔和冷却系统；④是输出端平面反射镜•对 1.06微M激光T= 80%经边束调制地YAG调Q激光器产生地1.06微M激光是全偏振光，通常为偏振方向在竖直方向上地O光，以满足倍频晶体相位匹配地要求.kavU42VRUs⑤KTP倍频晶体,将1.06微M地红外激光转变成0.53微M地绿光•晶体地入射面镀有对1.06微M地增透膜，出射面镀有对0.53微M地增透膜,倍频效率约5%〜15% .KTP晶体易损伤,操作时要细心.y6v3ALoS89⑥能量计.四、实验内容与步骤1•调Q技术1、用He-Ne激光束或自准直平行光管，调整激光器各光学元件地高低水平位置,使各光学元件地对称中心基本位于同一直线上.再调整各光学元件地俯仰方位,使介质膜反射镜、偏振器、电光晶体地通光面与激光工作物质端面相互平行不平行度小于一弧分.M2ub6vSTnP2 、启动电源，在不加/4晶体电压情况下，工作电压取550V,反复调整两块谐振腔片,使静态激光输出最强，记下输出激光能量.一般称不加调Q元件地激光输出为静态激光，而加调Q元件地激光输出为动态激光或巨脉冲激光.0YujCfmUCw3、关门实验，加上偏振片及调Q晶体，给电光晶体加上恒定地/ 4电压（V /4>,绕光轴转动KDP晶体，充电并打激光，反复微调电光晶体，直至其x、y 轴有偏振器地起偏方向平行.同时适当微调电压 V /4,直到激光器几乎不能振荡为止（出光明显比静态激光能量低 >.此即说明电光 Q开关已处于关闭状态（低Q值状态 >.eUts8ZQVRd4、接通电光晶体地退压电路，打动态激光，微调闪光灯开始泵浦至退去V /4电压之间地延迟时间电位器，一面观察激光强弱，一面微调延迟电位器旋钮,直到激光输出最强.记下巨脉冲能量值.sQsAEJkW5T5、改变脉冲泵浦能量，每增加工作电压50V测量一次,用能量计分别测出几组静、动态输出能量.一直测到800V,计6组数据.GMslasNXkA2.倍频技术由于本实验具有强光和高压电，为保证安全，必须首先仔细阅读实验室注意事项、然后才开始操作.1调整激光器出射光方向，使其和基座导轨同方向并与导轨上各光学器件处于等高地水平方向，这样便于接收调节•检测YAG激光器输出光能量是否正常微调YAG放大器基座,与激光器保持共轴，使输出能量最佳•对1.06微M不可见地红外激光除可用能量计准确测定其能量值外.还可用烧斑纸对光地有无和能量地大小进行粗略捡查.TlrRGchYzg2、将倍频晶体、能量计放置在同一水平高度上.使KTP晶体处于o+o->e地第一类相位匹配方式.3、由于晶体切割时，截面地法线与晶体地光轴夹角即为该晶体地相位匹配角,入射光只要垂直射到晶体上，就可获得最好地倍频效果.转动倍频晶体，使 1.06微M地基频光以不同角度入射于晶体.从光强地变化中也可看出，当倍频光由弱地圆环或散开地光斑缩为一耀眼地光点时，即达到了最佳匹配状态.鉴于光束地发散，能量计与倍频晶体一般保持在 10cm处.在测量地过程中，能量计放置地角度也会随着出射光方向地改变稍有变化.7EqZcWLZNX4、将倍频晶体固定在最佳倍频位置，用能量计分别测出1.06微M地输人光强及0. 53微M地倍频光强、计算出倍频效率——：反复测三遍.取平均结果.lzq7IGf02E五、实验报告要求1.利用公式分别计算出在同一泵浦能量下地动态与静态激光输出能量之比称为动静比.耳=动态激光输出能量/静态激光输出能量zvpgeqJIhk2.总结相位匹配原理，对实验数据进行列表整理六、思考题1.试述改变退压延迟时间t o和加在晶体上地电压值为什么会影响调Q激光器地输出？2.如何知道本实验地倍频为第一类相位匹配？若改用第二类相位匹配，应如何做？。
NdYAG激光器的特性及其在医学领域的应用
Nd:YAG激光器的特性及其在医学领域的应用newmaker激光是60年代初出现的一种新型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物，激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代，随着新型激光器的研制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的，不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点，本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用，使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统，称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来，已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大，根据产生激光的工作物质，有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器，工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料，而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响，其光谱特性将有所变化，有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子，最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石，就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG)晶体为工作物质的激光器，称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
YAG基质激光晶体生长
提拉法
Nd：YAG晶体生 ： 晶体生 长方法
布里奇曼法
导向温度梯度法
提拉法
﹠提拉法：切克劳斯基法（Czochralsik： 提拉法： CZ 法），1917年由切克斯基建立的一种晶 体生长方法 ＆基本原理：是指在合理的温场下，将 基本原理： 装在籽晶杆上的籽晶下端，下到熔体的原料 中，籽晶杆在旋转马达及提升机构的作用下， 一边旋转一边缓慢地向上提拉，经过缩颈、 扩肩、转肩、等径、收尾、拉脱等几个工艺 阶段，生长出几何形状及内在质量都合格单 晶的过程。
云层（Nd 析出物的富集层）
形成原因
Nd3+与Y3+半 径不一样 空间位置效应 Y3+离子不易为Nd3+离子所取代， Y3+离子又不生成石榴石相
排杂作用 Nd3+分凝系数比较小
成分过冷
在晶体中形成Nd3+析出物富集层——“云层”或失透
温度波动、熔体中温度梯度较小、过快的生长速度、或温度场不合适时甚为 严重。如果熔体中的温度梯度比较大，就可以“掩蔽”组分过冷，减少“云 层”形成的可能性
导向温度梯度法（TGT）
导向温梯法是以定向籽晶诱导的熔体
单结晶方法。 TGT 的温场主要靠调整石墨发热体、Mo 保温屏、Mo 坩埚的形状和位置，发热体 的功率以及循环冷却水的流量来调节， 使之自下向上形成一个合适的温度梯度
图8: TGT 晶体生长装置结构示意图
TGT与提拉法相比，有以下特点：
(1)晶体生长时温度梯度与重力方向相反，并且坩埚、晶体 和发热体都不移动，这就避免了热对流和机械运动产生的熔 体涡流。 (2)晶体生长以后，由熔体包围，仍处于热区。这样就可以控 制它的冷却速度，减少热应力。而热应力是产生晶体裂纹和 位错的主要因素。 (3)晶体生长时，固—液界面处于熔体包围之中。这样熔体表 面的温度扰动和机械扰动在到达固—液界面以前可被熔体减 小以致消除。这对生长高质量的晶体起很重要的作用。
Nd：YAG激光在功能性鼻内镜手术中的应用
鼻 腔 。 后复查 亦用 Ｙ Ｇ激光 ， 术 Ａ 在鼻 内镜 下 。 气化 粘连 、 常 异
增 生组织 ， 小息 肉囊肿及 肉芽组 织应完 整气 化 、 固切 除 。 对 凝 同术 中一样 ， 出血少 ． 野清 晰 。 术
１ ０巾■蠢 琦导 檀 Ｃ Ｎ ＤＣＡ Ｒ Ｌ １ ＨＩＡ ＭＥ Ｉ ＬＨＥ Ａ Ｄ
应 处理 后痊 愈 。
３讨 论
１１一 般 资 料 ．
Ｎ ：Ａ 晶 体 是 目前 综 合 性 能 最 为 优 异 的激 光 晶体 。 ｄＹ Ｇ Ｙ Ｇ 激 光 器 是 红 外 光 频 段 波 长 为 １ ６ Ｌ 的 固 体 激 光 器 ， Ａ ． ４Ｉ ０ ． ｍ 采 用氪 灯作 为 能量 源 ， 泛 用于 军 事 、 业 和 医疗 等行 业 。 广 工 Ｙ Ｇ激光 可用 光 导 纤维 导入 细 小体 腔 。是 内镜 技术 的天 然 Ａ
鼻 内镜 手术 是 近半 个 世 纪 以来 鼻科 学 发展 的一个 里 程 碑 ， 多需 鼻外进 路 的手 术逐 渐 被 鼻 内镜 手术 所 取代 ， 向 许 并 鼻眼相关 及鼻颅 底外 科领 域迅猛 发展 。 内镜手 术疗效 肯 鼻
定 ， 发 症 少 ， 视 下 处 理 出 血 容 易 ， 持 术 野 清 晰 ， 除 病 并 直 保 清
光应用 于功 能性 鼻 内镜 手术 出血 少 ， 野清 晰 ， 术 术后 反应小 ， 疗效好 ， 值得 推广 。
【 关键词】 ｄ Ａ 激光 ； 性鼻一 窦炎 ； 能性 鼻 内 手 术 Ｎ： Ｇ Ｙ 慢 鼻 功 镜 【 中图分 类号】 ４ ４ Ｒ５． ２ 【 献标 识码】 文 Ｂ
【 编号】 ６ ３ ７ １ （０ ０ ０ （ ）１ ０ ０ 文章 １ ７ — ２ Ｏ ２ １ ）９ａ 一 １ － １
二极管端面泵浦NdYAG 946nm连续激光器研究
年月(上)1引言利用近红外固体激光器和半导体激光器作为倍频器件具有结构紧凑、稳定性高等优点,是实现高效紧凑、全固化的短波长激光器的有效途径。
946nm 激光可用来泵浦掺Y b 激光介质(如Y b :glass 、Yb :YA G 、Y b :fibe r ),得到1053nm 激光。
该波长是惯性约束核聚变激光驱动器前端系统中使用的工作波长。
另一方面,946nm 激光倍频后可产生473nm 蓝光在海底光通信、光盘的读写、光信息处理、激光打印和激光医疗等方面具有广泛的应用前景。
2Nd3+:Y AG 能级结构与光谱特性通过泵浦光抽运,Nd3+由基态跃迁到各个吸收能带后,首先就很快地无辐射跃迁到亚稳态4F3/2能级上,然后再由4F3/2能级向下能级自发辐射产生荧光。
在室温下,Nd3+:Y A G 晶体在近红外区有三条明显的荧光谱线,中心波长分别为0.946μm , 1.064μm , 1.3μm [2]。
其中1.060μm 和1.3μm 属于四能级系统,是最常见的激光谱线,而0.946μm 谱线是4F3/2→4I9/2之间的跃迁,属于三能级系统,激光阈值很高,室温下连续运转几乎认为是不可能的。
其实不然,原因是Nd3+离子受基质晶格场的影响,产生斯塔克能级分裂,4F3/2分裂成两个距离靠得很近的子能组(R2=11502cm-1,R1=11414cm-1),这两个子能级粒子数分布遵从波耳兹曼分布率,R2和R1分别占4F3/2上粒子总数的40%和60%。
同样,作为基态的4I9/2能级由斯塔克效应分裂成5个子能级(Z 1～Z5)。
从图1中可以看出,当由4F3/2向4I9/2能级跃迁时,会产生九条荧光谱线,0.946μm 谱线是4F3/2的R1子能级向4I9/2的Z5子能级跃迁的结果。
激光的下能级Z5(848cm -1)按照波耳兹曼分布占4I9/2能级粒子总数的0.74%,该能级占4I9/2能级粒子总数比例很小,原因是同其它子能级相比,该能级距离基态较远。
氦氖激光器波长
氦氖激光器波长
氦氖激光器的波长是327 nm，它是由氦原子的A系列的4℃-4→2P3/2电子跃迁而产
生的。
也即Nd：YAG和气体激光器中常用的氦氖激光管。
氦氖激光器拥有最小的形状因子
尺寸，同时具有极强的能量密度。
氦氖激光器不但发射出最短的波长，而且能够实现半衰
期仅为100小时的高稳定性，使用寿命长达10000小时以上，并且优异的光斑质量可以确
保出色的图像，是各类光学精密加工应用中不可缺少的器件。
此外，氦氖激光器也可用于军事，精细化学检测和特种加工等应用领域，例如高精度
切割、焊接、打标、扫描和机器视觉等，它具有压缩的激光束，宽带，稳定、高精度、高
可编程度和低失真等特点。
氦氖激光器具有出色的光学性能，可以满足各种工艺性能要求。
由于它的低失真率和高效率，它甚至可以满足科学研究仪器的完美性能要求。
此外，在过去几年中，氦氖激光器一直被广泛应用于一些生物医学研究方面。
可以用
来进行胚胎发育、神经发育、心脏修复等研究中。
它可以高效地制造出贴近形状的激光束，以满足精细研究的需求。
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激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
掺钕激光器是当前应用最广泛的固体器件之一,在激光加工、医疗、军事等领域应用广泛。
图1 Nd:YAG 的能级图Nd:YAG 激光器为四能级系统,室温下有多条荧光谱线,正常工作条件下(室温) 1064 纳米波长激光振荡最强,简化能级如图1 所示。
如果在谐振腔中插入标准具或色散棱镜,或以特殊设计的谐振腔反射镜作为输出镜、使用镀有高度选择性介质膜的反射镜,抑制不需要的波长的激光振荡,可获得所需波长的激光跃迁,如1319 纳米、1338 纳米、946 纳米等。
输出波长为1064 纳米的Nd:YAG 激光器,经过倍频( KTP) 晶体后可产生波长为532 纳米的激光。
输出光有连续、准连续等形式。
Nd:YAG 中掺入Nd3 + 浓度应合理,掺杂浓度高,则吸收率高、反转粒子数高、激光器的效率高,但是掺杂浓度太高时,转换效率不仅不会增高,反而会下降,甚至出现浓度淬灭现象。
Nd 原子浓度一般在015%～115% 以内,浓度较高会缩短荧光寿命,使展宽线变宽,在晶体中引起应变,最终导致光学质量变差、效率降低。
应用中,可根据需要选择合适的掺杂浓度,从而提高激光器的性能,对于Q 开关3 运转, 选择高浓度的掺剂(112%) ,以产生高储能;对于连续运转,通常选择低浓度的掺剂(015%～018%) ,以获得优良的光束质量。
增益介质的尺寸通常根据激光器的增益选择,高增益的激光器选择大尺寸的YAG 棒,长度可达150 毫米,低增益的激光器通常选择短的激光棒,有几毫米或十几毫米,太长的激光棒不仅不能提高增益,反而会因为吸收损耗等因素而降低效率。
Nd:YAG 激光器采用激光二极管(LD) 作为泵浦源,体积小、重量轻、效率高、寿命长,不需要冷却系统,为激光系统小型化提供了有利条件。
LD 泵浦Nd:YAG 激光器的结构形式有端面泵浦和侧面泵浦两种。
端面泵浦方式灵活方便,通过光纤耦合的泵浦光发散角小,可与固体激光器的基模相匹配。
侧面泵浦可采用多个LD 阵列,散热效果好,可提供较强的泵浦光,适合大功率运转。
LD 泵浦的全固态调Q 激光器是把能量以激活离子的形式存储在增益介质的激光高能级上,集中在一个很短的时间内释放出来,可产生高重复频率、高峰值功率、脉宽可调节等特性,在光学检测、原子分子物理、光谱学、非线性光学、激光医疗、激光雷达和光电对抗等领域具有重大应用价值。
Q 开关激光器脉冲短、峰值功率高,热效应小, Q 开关激光聚集在靶点组织时会产生冲击波,靶点组织受到机械性的微爆破作用。
国内外已有很多关于Q 开关Nd∶YAG激光在医学领域中各个方面的应用报道,如外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻科、皮肤科等。
调Q 激光器的工作方式多种多样,分为主动式调Q 、被动式调Q 、转镜调Q 等。
主动式调Q 激光器主要有声光调Q 、电光调Q ,可饱和吸收调Q 激光器是被动式调Q 激光器。
声光Q 激光器具有插入损耗小、调制电压低、易与连续激光器配合获得高重复率巨脉冲、稳定性好等优点,但对高能量激光器的开关能力较差,只能用于低增益的连续激光器。
电光Q 开关激光器具有开关时间短(10 - 9秒) 、输出脉宽较窄(10～20 纳米) 、效率高、调Q 时刻可精确控制、峰值功率高(几十兆瓦以上) 等优点,缺点是半波电压较高,需要几千伏的高压脉冲。
被动式可饱和吸收调Q 激光器适于高重复频率、高功率的激光器,产生窄脉宽巨脉冲的同时,谱线变窄,达到选择相同能量和动量光子的作用,但它是一种被动式Q 开关,不能人为控制调Q 脉冲的产生时刻。
转镜调Q 激光器属于慢开关型,无插入损耗、无光损伤,用于能量较大的脉冲激光器,可获得峰值功率在几十兆瓦以上、脉宽为纳秒级的巨脉冲,主要缺点是高转速下的机械磨损影响其使用寿命,且装配工艺要求高,目前已基本不用。
二、Nd∶YAG激光器在医疗方面的应用激光治疗皮肤色素疾病以及激光美容的理论依据是1983 年美国的安德森(Anderson RR. ) 和帕里什(Parrish JA. ) 医生提出的“选择性光热解”理论。
选择性光热解作用就是激光能量有选择地被某些特定组织成分吸收,热效应产生的热量破坏这些特定的组织成分。
人体自身的免疫和代谢系统可将这些被破坏的组织碎屑吸收并排出体外,从而达到治疗色素疾病的目的。
该理论指出了皮肤组织对不同波长激光吸收的差异,以及不同脉宽的激光脉冲对各种皮肤疾病的影响。
该理论是激光治疗皮肤类疾病的基础,为激光医学的发展指引了方向,推动了医用激光器的迅速发展。
在随后十几年里,医学领域涌现了大量不同波长的激光器。
这些激光器在治疗色素类疾病(如太田痣、胎记、雀斑、黄褐斑、老年斑) 以及血管类疾病(如鲜红斑痣、血管瘤、毛细血管扩张)等方面都取得了较好效果。
激光利用选择性光热解作用原理治疗皮肤疾病,可对目标组织产生局部的高度破坏,而对周围组织的伤害很小。
为了达到选择性光热解作用,必须选用恰当的波长、脉冲宽度以及能量密度,不同组织吸收不同波长的激光,我们通常希望激光器光子能量的绝大部分能够被目标组织吸收,而被周围组织吸收的较少。
Nd:YAG 主要的三条荧光谱线中, 中心波长1064 纳米的激光最容易形成振荡,谱线荧光最强, 约占整个谱线能量的60 %, 它可以较深地穿透皮肤,被深色素细胞高度吸收,能更有效地清除较暗色或发炎的组织。
根据选择性光热解作用原理,可用于治疗皮肤深层的色素疾病,当今医用Nd:YAG 激光器的输出波长多是1064 纳米。
面部色素性病变传统的治疗方法有冷冻术、皮肤磨削术、化学剥脱术及二氧化碳激光治疗术等,现在已逐渐被全固态激光治疗所取代。
用1064 纳米Nd:YAG 调Q 激光治疗面部色素性病变时,应根据病变的性质、病灶的部位、患者的年龄及性别等因素合理判别治疗参数, 并在治疗过程中进行适时调整,找出具体的最佳治疗参数标准,病变组织选择性吸收激光的能量后即被粉碎,并逐渐被自身吞噬细胞清除,最终达到祛除病灶且不留斑痕的目的。
1064 纳米波长的激光穿透力深,可被皮肤深层的黑色素细胞选择吸收,治疗太田痣时对其周围组织热损伤小。
而Q 开关则利用其冲击波的脉冲波将色素细胞击碎,再通过吞噬细胞将色素颗粒吞噬,使色素减退且不留疤痕,具有高选择性、高效性、安全可靠、操作简便的优点。
由纹眉所致异物反应屡见不鲜,纹眉液色素物质残留于局部,出现红肿、浸润、鳞屑、瘙痒。
以往通过外用或局部注射皮质类固醇仅能缓解症状、不能清除病变,局部炎症还会复发。
采用1064 纳米激光治疗时,纹眉液中色素颗粒选择性吸收激光能量后被击碎,网状内皮系统会将其吞噬、排泄,从而祛除病因。
另外,由于该仪器采用Q 开关技术,光能量在5～10 秒内释放出来,作用时间短,对周围组织热损伤小,可避免疤痕、萎缩或皮纹改变等现象,且无色素减退或沉着。
1064 纳米经倍频晶体产生532 纳米激光输出,对褐色、红色的皮损和色素有效,皮肤中的色素颗粒吸收激光后破裂,而细胞框架则被完整保留,皮肤能很快康复。
这一波长的激光用于治疗雀斑,副作用小、操作方便、无疤痕,且术后护理要求低。
1064 纳米Nd∶YAG激光切除人工晶体前膜安全有效,患者没有不适感,不需要全身麻醉,减小了手术风险,已替代传统的手术切除虹膜,成为青光眼的首选治疗方法。
激光手术温度高,有很好的杀菌作用,术后很少感染;激光治疗安全,基本上没有并发症,手术时间短、止血效果好、伤口愈合快;激光束能量高,能到达普通手术刀无法进入的部位,并且位置精确,可以做显微手术,减少了对病变以外组织的伤害。
1064 纳米Nd∶YAG调Q 激光还可用于治疗喉和喉咽部血管瘤、后发性白内障、牙周病等疾病。
性能独特的Nd∶YAG 激光器必将越来越广泛地用于医疗领域。