3、國(guó)內(nèi)2μm波段固體激光材料及激光器的發(fā)展?fàn)顩r

    1991年起電子部11所展開了鈥激光晶體研究工作。采用感應(yīng)加熱提拉法生長(zhǎng)Cr,Tm,Ho:YAG晶體，解決了高效率Cr3+→Tm3+→Ho3+能量轉(zhuǎn)移和高光學(xué)質(zhì)量晶體生長(zhǎng)工藝等一系列關(guān)鍵技術(shù)。激光棒主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到：干涉條紋0.3條/25mm，無散射顆粒，單脈沖輸出能量2.3J。

    1995年華中理工大學(xué)的葉洪波等人研制出了在室溫下Ho:YAG激光器輸出的能量3J。實(shí)驗(yàn)中所用到的泵浦方式為脈沖氙燈泵浦，聚光腔是鍍銀單橢圓腔，冷卻方式為對(duì)冷卻水進(jìn)行恒溫控制，其溫度浮動(dòng)范圍為10±5oC。實(shí)驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)棒尺寸為φ5×93mm，諧振腔為平凹腔，腔長(zhǎng)280mm。全反鏡為曲面鏡，曲率為1m。輸出鏡為平面鏡,在輸出鏡透過率為29％，冷卻溫度為9oC，放電脈沖半寬度為360μs，激光器閾值為98.4J,單脈沖輸出在3J以上。 1997年中國(guó)計(jì)量學(xué)院光電子研究所的黃莉蕾等人，使用國(guó)產(chǎn)晶體Cr3+（2.3×1020cm-3），Tm3+（8.2×1020cm-3）, Ho3+（5.4×1020cm-3）:YAG。尺寸為φ6×100mm，采用單燈相交圓柱聚光腔，內(nèi)壁貼Ag箔拋光。諧振腔為平凹腔，輸出鏡曲率半徑為5m，透過率為25％，全反鏡對(duì)2.1激光反射率大于98％。用氣壓為2×105Pa的氙燈泵浦，頻率1Hz，冷卻水溫18～22oC，激光閾值為73～84J，獲得斜率效率為2～4％，單脈沖能量為0.8～1.4J [13]。

    1997年，安徽光機(jī)所的陳長(zhǎng)水等人進(jìn)行了開關(guān)Cr,Tm,Ho:YAG激光器的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了單脈沖能量60mJ的2.1μm的穩(wěn)定調(diào)激光輸出，通過倍頻途徑測(cè)得了其倍頻光（1.05μm）的脈沖半寬度35ns[14]。

    安徽光機(jī)所魯士平課題組研制的HJZ-1-10型鈥激光治療機(jī)于1997年12月在杭州通過了國(guó)家醫(yī)藥管理局用光學(xué)、激光、冷療設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心的新產(chǎn)品注冊(cè)檢測(cè)。經(jīng)過高溫55篊、低溫－40oC、濕度93％以及電絕緣強(qiáng)度等多種環(huán)境實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)格檢測(cè)，兩臺(tái)醫(yī)用鈥激光器所達(dá)到的指標(biāo)為：脈沖重復(fù)頻率為4～10Hz分檔可調(diào)，輸出平均功率為14W左右，輸出功率的不穩(wěn)定度為±2.0％，傳輸光纖的耦合效率大于65％。目前，這兩臺(tái)鈥激光治療機(jī)正在醫(yī)院里進(jìn)行臨床應(yīng)用研究[15]。 如上所述，目前國(guó)內(nèi)的鈥激光治療機(jī)，輸出平均功率14W左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外水平，不能滿足醫(yī)學(xué)臨床治療要求。

4、醫(yī)用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的特點(diǎn)

    人體組織中水的比例大約占70％，因而組織對(duì)光的吸收情況與水相似。水在中紅外波段有兩個(gè)強(qiáng)的吸收譜帶，分別為2.5～4.0μm和5.6～10μm。因此，當(dāng)激光與人體組織相互作用時(shí)，水對(duì)所用激光吸收系數(shù)的大小就決定了激光在組織中的穿透深度、損傷區(qū)域以及手術(shù)精度等Nd:YAG激光器的波長(zhǎng)為1.06μm，可以用石英光纖傳輸，在醫(yī)療方面有不少應(yīng)用。但是，由于水對(duì)它的吸收僅為0.1cm-1，在有些外科手術(shù)中，它的穿透深度較深，損傷區(qū)域較大，手術(shù)精度不高，因此不宜使用。Er:YAG激光波長(zhǎng)為2.94μm,水對(duì)它的吸收為3000cm-1，屬水的強(qiáng)吸收波段。對(duì)醫(yī)療應(yīng)用來說，鉺激光器是一個(gè)十分理想的光源，然而令人遺憾的是：鉺激光不能用石英光纖傳輸，能夠傳輸鉺激光的非石英光纖容易斷裂，防礙其臨床應(yīng)用。 Ho:YAG激光波長(zhǎng)為2.1μm，位于水較強(qiáng)吸收譜線。水對(duì)其吸收約為25cm-1，是水對(duì)Nd:YAG激光吸收的250倍。顯然，水對(duì)Ho:YAG激光的強(qiáng)吸收使其可以在大部分軟組織和硬組織中產(chǎn)生淺的穿透深度、高的手術(shù)精度和獨(dú)特的凝血作用，大大限制了損傷區(qū)域。在未來幾年中，它將逐步取代Nd:YAG激光器。雖然水對(duì)鈥激光的吸收只是水對(duì)鉺激光吸收的一百二十分之一，然而鈥激光能用低OH-的石英光纖傳輸，這就使鈥激光能有效地工作在氣體和液體環(huán)境中，為醫(yī)生切除軟骨和其它硬組織提供精確的途徑，使鈥激光成為現(xiàn)有激光內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中最適宜的光源[37]。鈥激光在軟組織中的外科手術(shù)精度與CO2激光相比較，可能略低于CO2激光的手術(shù)精度，然而它能為大部分組織提供更好的凝血功能。除此之外，二者之間的最大區(qū)別是CO2激光不能用石英光纖傳輸，只能借助于笨重的關(guān)節(jié)臂來導(dǎo)光，十分不便；而能用光纖傳輸?shù)拿}沖鈥激光則是切除和燒蝕軟骨以及其它硬的鈣化的組織的有效工具。因此有人稱鈥激光對(duì)于CO2激光來說具有挑戰(zhàn)性，在某些手術(shù)中鈥激光具有取代CO2激光的潛力。

5、大功率鈥激光器技術(shù)方案的提出

    根據(jù)上述鈥激光器在醫(yī)療中的具體應(yīng)用，我們提出了一種實(shí)現(xiàn)大功率輸出的燈泵鈥激光器實(shí)用化方案：對(duì)單路電源的放電信號(hào)進(jìn)行分頻處理，在軟硬件上實(shí)現(xiàn)單路電源改造成具有多條放電回路并且輪流等時(shí)間間隔工作的多路電源，最終實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電源供兩路或四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器輪流等時(shí)間間隔工作的設(shè)想。在水溫0oC，單脈沖注入能量100J,重頻20Hz時(shí)，雙路Cr,Tm,Ho:YAG激光器直接輸出功率有望突破35W，合光路后光纖末端輸出功率25W。該設(shè)計(jì)方案為同類激光器的研究與應(yīng)用提供了有利參考，具有一定的指導(dǎo)意義。

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