1 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室,北京 100084
2 密尔医疗科技(深圳)有限公司,广东 深圳 518000
3 福建医科大学附属三明第一医院,福建 福州 365000
4 莱凯医疗器械(北京)有限公司,北京 101300
激光自诞生以来就在众多领域中有着广泛应用,激光碎石技术就是其中之一。相比目前激光碎石技术的“金标准”钬激光器,掺铥碎石光纤激光器在近些年不断发展,而且逐步被证明可实现更快的碎石速率与粉末化碎石、产生较小的碎石反推力、允许更高的液体灌溉速率等手术优点,同时整机系统支持免水冷工作、高电光效率运转、全光纤高效耦合以及大幅度体积缩减,因此受到了越来越多的关注。本文从连续性、准连续型和纳秒短脉冲型掺铥光纤激光器三个角度出发,详细总结了掺铥光纤激光器的部分重要研究进展及其在碎石领域的研究,介绍了掺铥光纤激光器用于碎石的优势与原理,并展望了未来研究的方向和挑战。
激光器 掺铥光纤激光器 掺铥连续光纤激光器 掺铥准连续光纤激光器 掺铥纳秒短脉冲激光器 掺铥激光碎石 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500007
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
从被动调Q速率方程出发,理论上研究了准连续波激光二极管(LD)泵浦Yb∶KYW/Cr4+∶YAG激光器时泵浦参数对脉冲输出特性的影响,通过数值计算解析了调Q脉冲延时、脉冲宽度、子脉冲序列等特性与泵浦速率的关系,从而获得最优化泵浦光占空比,有效减少连续波泵浦产生的热效应。进一步,在实验上采用高重频LD泵浦源,通过调控泵浦参数实现了被动调Q激光的重复频率、脉冲延时、脉冲串子脉冲个数等输出特征的准确锁定和控制。当采用泵浦功率为15.6 W、占空比分别为6.50%、8.00%和9.65%时,获得单脉冲、双脉冲和三脉冲的稳定输出,提高了泵浦脉冲和激光脉冲的耦合共振,实验结果与理论计算吻合较好。
激光器与激光光学 被动调Q Yb∶KYW 准连续波泵浦 脉冲产生 脉冲串 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0714003
红外与激光工程
2023, 52(2): 20230049
1 深圳技术大学先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,广东 深圳 518118
2 深圳技术大学中德智能制造学院,广东 深圳 518118
3 深圳市人民医院,广东 深圳 518020
采用线型腔结构,实现了中心波长为1939.31 nm、脉宽在0~2000 μs可调、重复频率在0~2 kHz可调、最大平均输出功率为34.2 W的准连续掺铥光纤激光器,并利用此激光器在体外环境下开展结石消融量随激光脉宽与重复频率的变化规律的研究。结果显示:在相同时间内,当单脉冲能量相近时,增大脉冲重复频率(平均输出功率)有利于提高碎石速率;当平均输出功率接近时,单脉冲能量越大,石块消融量越大。在90 s的碎石时间内,石块经过31.8 W/0.053 J(250 μs)、33.1 W/0.11 J(500 μs)、33.5 W/0.22 J(1000 μs)、34.2 W/0.45 J(2000 μs)4组参数激光照射后的消融量分别为0.333,0.480,0.697,0.723 g,结石表面的最高水温分别为30.8,35.5,38.9,41.2 ℃。
激光光学 激光碎石 掺铥光纤激光器 准连续激光器 结石消融
大族激光科技产业集团股份有限公司,广东 深圳 518000
从准连续光纤激光器电源设计原理出发,分析了准连续光纤激光器的电源能量需求。根据能量守恒,通过控制储能电容能量的变化量,提出并分析了激光二极管电源驱动解决方案。基于先Boost升压、后Buck恒流的二级电路拓扑结构,研制出了一款高功率密度、高效率、低纹波的准连续光纤激光器电源系统。试验及整机批量的生产验证表明,电源系统满足了瞬间大电流输出的稳定、可靠要求,实现了输出激光能量的精确可控,对后续大功率准连续(QCW)光纤激光器的开发应用具有现实的借鉴和参考意义。
Buck恒流 电流闭环 准连续 Boost Boost Buck adjusted current current closed loop QCW
1 中国科学院半导体研究所 固态光电信息技术实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 中国科学院大学 未来技术学院, 北京 101408
4 中国科学院半导体研究所 集成光电子国家重点实验室, 北京 100083
光子晶体等人工微结构中出现的连续域束缚态(BIC)处于光锥以上却不与背景泄漏模耦合, 具有无限高的品质因数(Q值), 构建在BIC或准BIC工作的激光器具有低阈值的优点。而低对比度光栅常用于低成本激光器的模式调制和耦出。针对激光器简化三层平板结构, 提出利用上盖层刻蚀低对比度光栅诱导出Q值高达9.2×105的准BIC模式, 并发现激光腔中模式的Q值对有源层的厚度变化相比上盖层光栅刻蚀深度的变化更敏感, 且下盖层的厚度变化使Q值被周期性增强, 准BIC的Q值可以被增强到9.66×106。研究结果对光栅基的低阈值电注入面发射激光器的设计具有指导意义。
激光器 准连续域束缚态 低对比度光栅 品质因数 阈值 lasers quasi bound state in the continuum low-contrast grating Q factor threshold