1.3xμm波段掺钕晶体激光治疗机

　　1　引　言

　　由于1. 3xμm波段激光易被水分子吸收并具有非常好的止血能力,在科研、医学和牙科应用中引起了人们广泛兴趣。国内外研究发现,虽然1. 3xμm波段激光的水吸收系数较10. 6μm CO2激光、2. 94μm Er∶YAG和2. 1μm Ho∶YAG激光小,但却是1. 064μm激光水吸收系数的10~20倍。由于人体组织60% ~70%是水,所以1. 3xμm波段激光在人体组织的穿透能力较1. 064μm Nd∶YAG激光浅得多,但较10. 6μm CO2激光稍深,在人体组织中的穿透能力适中[1, 2]。1. 3xμm波段激光还可用普通医用光纤传输,为医生在多种内窥镜的配合下实施人体多种病灶的激光内窥手术提供了方便。我们前期开发的1. 341μm Nd∶YAP激光治疗机已在耳鼻喉科、皮肤科、消化道疾病的临床应用获得较为理想的疗效,特别是对血管瘤等血管富集病灶的治疗,相对其他波长激光尤其具有优势。该波长激光兼具1. 064μm激光良好的凝固、止血作用和10. 6μm CO2激光优越的气化、切割功能[2, 3]。我们也用1. 338μmNd∶YAG激光进行切割生物组织试验,结果表明它的切割效果与1. 341μm激光相当,这与二者的波长相近、其水吸收系数相差不大相吻合。此外,我们也进行了1. 3414μm Nd∶YAP和1. 338μm Nd∶YAG脉冲激光的实验,分别获得了大于5J和3. 5J的长脉冲激光输出以及300mJ的调Q激光输出,这有望在牙科、皮肤科和激光美容等领域开展临床应用。

　　2　理论分析和装置设计

　　获得1. 3xμm波段激光的主要途径是利用掺入激光晶体中钕离子的能级跃迁产生的受激发射。Nd∶YAP晶体能级跃迁发射的激光波长为1341. 4nm,为了获得这一波长激光输出,必须抑制1079. 5nm强谱线的振荡。而Nd∶YAG晶体的能级跃迁发射的激光波长主要有1319nm和1338nm两条激光谱线,二者的跃迁截面相差很小,分别为比强线1064nm的跃迁截面小得多[4, 5],因此要获得1. 3xμm的相干辐射,必须抑制1064nm强谱线的激光振荡,而要获得1319nm或1338nm的单一谱线激光输出,除了必须抑制1064nm强谱线激光振荡的同时,还必须抑制另一条跃迁产生的同波段较强谱线的激光振荡。

　　我们研制的1338nm单一谱线以及1319nm和1338nm同时双波长Nd∶YAG激光,国内外尚未见到有具体功率及相关应用的报道;文献[6]所报道的1319nm波长激光的最大输出功率为日本Yoko报道的122W,他们采用的是双棒串接、32个20W输出的LD侧面泵浦。在我们前面的研究中[7, 8],我们通过对双波长激光竞争的理论分析和计算,确定了获得1. 3xμm波段单一谱线以及同时双波长激光的耦合率条件,并通过实验验证得到了一致性较好的结果。在此基础上,我们通过改善振荡腔型、改进泵浦匹配技术以及输出耦合率的优化设计、采用1. 2a%t高掺Nd3+的YAG棒,有效提高了激光效率和激光平均输出功率;采用优化的光纤耦合技术,上述各波长激光的光纤耦合效率均超过80%,最终研制了1319nm、1338nm单一谱线以及1319nm和1338nm同时双波长三种Nd∶YAG激光治疗机,在单灯单棒的条件下,激光光纤耦合输出平均功率均超过100W。我们研制的1341. 4nm Nd∶YAP连续激光输出功率则达到195W[9]。