本發(fā)明涉及及固體激光器和光聲成像，尤其涉及一種微型激光器及光學(xué)成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光聲成像技術(shù)是一種新型的成像技術(shù)，它結(jié)合了光學(xué)成像的高分辨率和超聲成像的高穿透深度的優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。不同的生物組織對(duì)特定波長的光具有較高的光學(xué)吸收系數(shù)，利用光學(xué)非線性效應(yīng)可以拓展輸出激光的光譜，有助于提高光聲成像效果。

2、傳統(tǒng)的光聲成像系統(tǒng)常采用主動(dòng)調(diào)q固體激光器作為激發(fā)光源，例如聲光調(diào)q和電光調(diào)q。這些主動(dòng)調(diào)q方法尺寸較大，成本較高；其中電光調(diào)q需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓，比較難實(shí)用化和小型化。

3、而現(xiàn)有的被動(dòng)調(diào)q固體激光器因輸出脈沖抖動(dòng)幅度較大，輸出穩(wěn)定性相對(duì)較低的問題，應(yīng)用在光聲成像系統(tǒng)上仍面臨一些挑戰(zhàn)，因此，發(fā)展脈沖穩(wěn)定、便攜式、低成本的被動(dòng)調(diào)q微片激光器具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有被動(dòng)調(diào)q固體激光器因輸出脈沖抖動(dòng)幅度較大的不足，提供一種微型激光器及光學(xué)成像系統(tǒng)，利用可編程脈沖電源調(diào)節(jié)脈沖泵浦光的能量、重頻和脈寬，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脈沖激光輸出，且輸出激光重頻與泵浦光調(diào)制信號(hào)的重頻一致，可直接利用可編程脈沖電源輸出的調(diào)制信號(hào)作為光聲成像系統(tǒng)的觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)低成本便攜式的光聲成像系統(tǒng)。

2、為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微型激光器，包括依次設(shè)置的可編程脈沖電源、激光二極管、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦鏡、激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡；所述激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡夾持固定在一起構(gòu)成激光諧振腔，所述激光晶體朝向所述第一聚焦鏡設(shè)置；

3、所述可編程脈沖電源與所述激光二極管連接，所述激光二極管的輸出端面、與所述準(zhǔn)直鏡、第一聚焦鏡、激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡設(shè)置在同一水平線上且均垂直放置；

4、所述可編程脈沖電源作為光聲成像系統(tǒng)的觸發(fā)源；所述可編程脈沖電源提供脈沖電流，所述激光二極管產(chǎn)生和脈沖電流同步的脈沖泵浦光；

5、所述準(zhǔn)直鏡和第一聚焦鏡分別用來準(zhǔn)直和聚焦脈沖泵浦光，所述脈沖泵浦光聚焦后的焦斑尺寸設(shè)置在幾十至幾百微米量級(jí)；所述脈沖泵浦光經(jīng)過所述準(zhǔn)直鏡和第一聚焦鏡后入射到激光諧振腔；

6、所述激光晶體遠(yuǎn)離所述可飽和吸收體的一側(cè)鍍有第一增透膜及第一高反膜，其靠近所述可飽和吸收體的一側(cè)有第二增透膜；所述非線性晶體的兩側(cè)面均鍍有第三增透膜；所述輸出耦合鏡與所述非線性晶體之間鍍有部分反射膜，所述部分反射膜作為激光諧振腔的輸出鏡。

7、在一較佳實(shí)施例中，所述可編程脈沖電源為恒流源，所述激光二極管為光纖耦合的激光二極管；

8、所述可編程脈沖電源最大輸出電流為15a，重頻0到20khz可調(diào)節(jié)，脈寬最小為20μs，可輸出內(nèi)部調(diào)制信號(hào)；

9、所述激光二極管輸出光束的中心波長為808nm；耦合光纖纖芯直徑為200μm，數(shù)值孔徑為0.22。

10、在一較佳實(shí)施例中，所述準(zhǔn)直鏡和第一聚焦鏡的焦距都為11mm。

11、在一較佳實(shí)施例中，所述第一增透膜、第二增透膜及第三增透膜的反射率大于99％；所述第一高反膜的反射率小于1％；所述部分反射膜的反射率為50％-98％。

12、在一較佳實(shí)施例中，所述激光晶體為摻雜稀土離子的激光晶體；所述激光晶體與可飽和吸收體鍵合成復(fù)合晶體。

13、在一較佳實(shí)施例中，所述激光晶體采用摻釹釔鋁石榴石晶體(nd:yag)、摻釹釩酸釔晶體(nd:yvo4)和摻鐿釔鋁石榴石晶體(yb:yag)其中一種晶體。

14、在一較佳實(shí)施例中，所述可飽和吸收體采用摻鉻釔鋁石榴石晶體(cr4+:yag)或二維納米材料可飽和吸收體或半導(dǎo)體可飽和吸收體(sesam)。

15、在一較佳實(shí)施例中，所述非線性晶體采用釩酸釔晶體(yvo4)、金剛石晶體、硝酸鋇晶體(bn)、鎢酸釓鉀晶體(kgw)、磷酸鈦氧鉀晶體(ktp)、β-硼酸鋇晶體(bbo)和三硼酸鋰晶體(lbo)其中一種晶體。

16、在一較佳實(shí)施例中，所述輸出耦合鏡的基質(zhì)采用熔融石英或藍(lán)寶石。

17、本發(fā)明還提供了一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括所述的微型激光器，該成像系統(tǒng)在所述微型激光器的后側(cè)依次設(shè)置有濾波片、第二聚焦鏡、第三聚焦鏡、反射鏡、物鏡、電動(dòng)位移平臺(tái)、亞克力盒、超聲換能器、放大濾波器、示波器、電腦；所述濾波片采用長通濾波片；

18、所述第二聚焦鏡、第三聚焦鏡構(gòu)成擴(kuò)束系統(tǒng)，用于放大所述脈沖泵浦光聚焦后的焦斑尺寸；

19、所述電動(dòng)位移平臺(tái)具備x-y軸的移動(dòng)；所述亞克力盒的底部由蓋玻片封裝，所述蓋玻片上放置樣品，所述樣品浸沒在水中；

20、所述超聲換能器的聚焦方式為點(diǎn)距焦。

21、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具備以下有益效果：

22、1.本發(fā)明提供一種適用于光聲成像的可觸發(fā)，手持式，多波長，低成本微型激光器裝置，通過控制可編程脈沖電源的重復(fù)頻率、脈寬以及電流大小實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脈沖激光輸出，輸出的多波長納秒脈沖激光作為光聲成像系統(tǒng)的激發(fā)光源，而可編程脈沖電源的調(diào)制信號(hào)則直接作為光聲成像系統(tǒng)的觸發(fā)源。

23、2.本發(fā)明的激光器通過被動(dòng)調(diào)q技術(shù)產(chǎn)生納秒級(jí)脈沖激光，適合作為光聲成像系統(tǒng)的激發(fā)光源；同時(shí)，該激光器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，有利于光聲成像系統(tǒng)的小型化和集成化。

24、3.本發(fā)明采用脈沖泵浦技術(shù)，產(chǎn)生的脈沖激光序列穩(wěn)定，且與泵浦光的調(diào)制信號(hào)同步，可直接將可編程脈沖電源輸出的調(diào)制信號(hào)作為光聲成像系統(tǒng)的觸發(fā)，不再需要利用光電探測(cè)器探測(cè)輸出激光。

25、4.本發(fā)明的激光器結(jié)合非線性晶體可以實(shí)現(xiàn)多波長激光，有利于進(jìn)行功能性光聲成像。

技術(shù)特征：

1.一種微型激光器，其特征在于：包括依次設(shè)置的可編程脈沖電源、激光二極管、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦鏡、激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡；所述激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡夾持固定在一起構(gòu)成激光諧振腔，所述激光晶體朝向所述第一聚焦鏡設(shè)置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述可編程脈沖電源為恒流源，所述激光二極管為光纖耦合的激光二極管；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述準(zhǔn)直鏡和第一聚焦鏡的焦距都為11mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述第一增透膜、第二增透膜及第三增透膜的反射率大于99％；所述第一高反膜的反射率小于1％；所述部分反射膜的反射率為50％-98％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述激光晶體為摻雜稀土離子的激光晶體；所述激光晶體與可飽和吸收體鍵合成復(fù)合晶體。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微型激光器，其特征在于：所述激光晶體采用摻釹釔鋁石榴石晶體(nd:yag)、摻釹釩酸釔晶體(nd:yvo4)和摻鐿釔鋁石榴石晶體(yb:yag)其中一種晶體。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微型激光器，其特征在于：所述可飽和吸收體采用摻鉻釔鋁石榴石晶體(cr4+:yag)或二維納米材料可飽和吸收體或半導(dǎo)體可飽和吸收體(sesam)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述非線性晶體采用釩酸釔晶體(yvo4)、金剛石晶體、硝酸鋇晶體(bn)、鎢酸釓鉀晶體(kgw)、磷酸鈦氧鉀晶體(ktp)、β-硼酸鋇晶體(bbo)和三硼酸鋰晶體(lbo)其中一種晶體。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型激光器，其特征在于：所述輸出耦合鏡的基質(zhì)采用熔融石英或藍(lán)寶石。

10.一種光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：包括權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的微型激光器，該成像系統(tǒng)在所述微型激光器的后側(cè)依次設(shè)置有濾波片、第二聚焦鏡、第三聚焦鏡、反射鏡、物鏡、電動(dòng)位移平臺(tái)、亞克力盒、超聲換能器、放大濾波器、示波器、電腦；所述濾波片采用長通濾波片；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種光學(xué)成像系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的微型激光器、濾波片、第二聚焦鏡、第三聚焦鏡、反射鏡、物鏡、電動(dòng)位移平臺(tái)、亞克力盒、超聲換能器、放大濾波器、示波器、電腦；所述微型激光器包括依次設(shè)置的可編程脈沖電源、激光二極管、準(zhǔn)直鏡、第一聚焦鏡以及由激光晶體、可飽和吸收體、非線性晶體和輸出耦合鏡構(gòu)成的激光諧振腔；所述可編程脈沖電源與所述激光二極管連接，所述激光二極管產(chǎn)生的脈沖泵浦光經(jīng)過準(zhǔn)直聚焦鏡后入射到激光諧振腔，通過控制可編程脈沖電源的重復(fù)頻率、脈寬以及電流大小實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脈沖激光輸出，輸出的多波長納秒脈沖激光作為光聲成像系統(tǒng)的激發(fā)光源，而可編程脈沖電源的調(diào)制信號(hào)則直接作為光聲成像系統(tǒng)的觸發(fā)源。

技術(shù)研發(fā)人員：何宏森,王漢捷,董俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15