文档介绍：西华师范大学光纤原理

固体激光材料与激光器的发展及应用
西华师范大学物理与电子信息学院

摘要:近年来 2μm 波段室温运行的固体激光器由于在医学、光通讯、激光雷达等方面的
重要的应用前景而引起学术界和商业界的广泛关注。本文详细介绍了 2μm 波段固体激光材
料及激光器的发展状况,阐述了医用 Cr,Tm,Ho:YAG 激光器的技术特点,最后提出了应用
2μm 波段固体激光材料研制大功率激光器的新思路,为同类激光器的研究与应用提供了有
利参考,具有一定的指导意义。
关键词:Cr,Tm,Ho:YAG 2μm 波段钬激光治疗机激光医疗

1、前言
与气体激光器相比,半导体泵浦固体激光器具有体积小、重量轻、供电简单、结构紧凑、便
于携带、便于维护和操作等优点。现在已用作手术治疗、肌肉组织焊接、牙科治疗、光镇痛
和光针灸等领域。2μm 波段恰恰处于水分子的吸收峰,输出波长为 2μm 的固体激光器是激
光手术的最佳波长。与通常的 Nd:YAG 激光()相比,人体对 2μm 激光的吸收效果
更好,激光切割能力大大提高,尤其对敏感组织,如肝、胃、结肠等软组织的烧蚀利切割效
果更加理想。此外石英光纤还可以传播 2μm 激光,这使得激光传导更加容易。目前半导体
激光器泵浦的 Ho∶YLF 激光器已做成结构紧凑、维护容易、便携式的医用器械。
虽然 2μm 激光器有着如此广泛而重要的应用前景,并且在相应领域已经得到了大范围的应
用,但是对于二极管泵浦 2μm 固体激光器深入的研究并不是伴随着激光器的产生而开始的,
其间经历了漫长的过程。

2、国外 2μm 波段固体激光材料及激光器的发展状况
(1)Ho:YAG 激光器
1965 年 Bell 实验室 Johnson 等人首先报道了 Ho:YAG 在液氮温度下实现振荡[1],使用的
晶体用熔盐法生长,晶体长度 25mm,输出三种不同的激光波长。输出波长时,
脉冲阈值为 44J;输出波长时,脉冲阈值为 1760J;输出波长时,脉
冲阈值为 410J。高阈值限制了 Ho:YAG 的应用。
(2)Er,Tm,Ho:YAG 激光器
Ho:YAG 激光器泵浦效率低是由于 Ho3+在 YAG 中只有几条弱吸收线。为了增加对灯泵能量
的吸收,1966 年 Johnson 等人采用 Er3+和 Tm3+来敏化 Ho3+,由于它们吸收和传递泵浦
能量,液氮温度下得到了 5%的闪光灯泵浦效率和 15W 的连续激光输出[2]。1975 年, Beck
等人报道了直径 4mm,长度 70mm 的晶体在液氮温度下连续输出 50W,斜率效率 %,
使用钨卤素灯作泵浦源[3]。1981 年 Barnes 等人在液氮温度下实现了脉冲激光振荡和放大,
TEM00 模输出 112mJ,斜率效率 %,放大输出 235mJ。晶体直径 4mm,长度 56mm,
晶体中 Ho3+、Tm3+、Er3+和 Y3+分别占、、和 [4]。
(3)Tm,Ho:YAG 激光器
1987 年 Fan 等人报道了用波长为二极管激光器泵浦