3、国内2μm波段固体激光材料及激光器的发展状况

    1991年起电子部11所展开了钬激光晶体研究工作。采用感应加热提拉法生长Cr,Tm,Ho:YAG晶体，解决了高效率Cr3+→Tm3+→Ho3+能量转移和高光学质量晶体生长工艺等一系列关键技术。激光棒主要技术指标达到：干涉条纹0.3条/25mm，无散射颗粒，单脉冲输出能量2.3J。

    1995年华中理工大学的叶洪波等人研制出了在室温下Ho:YAG激光器输出的能量3J。实验中所用到的泵浦方式为脉冲氙灯泵浦，聚光腔是镀银单椭圆腔，冷却方式为对冷却水进行恒温控制，其温度浮动范围为10±5oC。实验采用国产棒尺寸为φ5×93mm，谐振腔为平凹腔，腔长280mm。全反镜为曲面镜，曲率为1m。输出镜为平面镜,在输出镜透过率为29％，冷却温度为9oC，放电脉冲半宽度为360μs，激光器阈值为98.4J,单脉冲输出在3J以上。 1997年中国计量学院光电子研究所的黄莉蕾等人，使用国产晶体Cr3+（2.3×1020cm-3），Tm3+（8.2×1020cm-3）, Ho3+（5.4×1020cm-3）:YAG。尺寸为φ6×100mm，采用单灯相交圆柱聚光腔，内壁贴Ag箔抛光。谐振腔为平凹腔，输出镜曲率半径为5m，透过率为25％，全反镜对2.1激光反射率大于98％。用气压为2×105Pa的氙灯泵浦，频率1Hz，冷却水温18～22oC，激光阈值为73～84J，获得斜率效率为2～4％，单脉冲能量为0.8～1.4J [13]。

    1997年，安徽光机所的陈长水等人进行了开关Cr,Tm,Ho:YAG激光器的实验研究，获得了单脉冲能量60mJ的2.1μm的稳定调激光输出，通过倍频途径测得了其倍频光（1.05μm）的脉冲半宽度35ns[14]。

    安徽光机所鲁士平课题组研制的HJZ-1-10型钬激光治疗机于1997年12月在杭州通过了国家医药管理局用光学、激光、冷疗设备质量检测中心的新产品注册检测。经过高温55篊、低温－40oC、湿度93％以及电绝缘强度等多种环境实验的严格检测，两台医用钬激光器所达到的指标为：脉冲重复频率为4～10Hz分档可调，输出平均功率为14W左右，输出功率的不稳定度为±2.0％，传输光纤的耦合效率大于65％。目前，这两台钬激光治疗机正在医院里进行临床应用研究[15]。 如上所述，目前国内的钬激光治疗机，输出平均功率14W左右，远远低于国外水平，不能满足医学临床治疗要求。

4、医用Cr,Tm,Ho:YAG激光器的特点

    人体组织中水的比例大约占70％，因而组织对光的吸收情况与水相似。水在中红外波段有两个强的吸收谱带，分别为2.5～4.0μm和5.6～10μm。因此，当激光与人体组织相互作用时，水对所用激光吸收系数的大小就决定了激光在组织中的穿透深度、损伤区域以及手术精度等Nd:YAG激光器的波长为1.06μm，可以用石英光纤传输，在医疗方面有不少应用。但是，由于水对它的吸收仅为0.1cm-1，在有些外科手术中，它的穿透深度较深，损伤区域较大，手术精度不高，因此不宜使用。Er:YAG激光波长为2.94μm,水对它的吸收为3000cm-1，属水的强吸收波段。对医疗应用来说，铒激光器是一个十分理想的光源，然而令人遗憾的是：铒激光不能用石英光纤传输，能够传输铒激光的非石英光纤容易断裂，防碍其临床应用。 Ho:YAG激光波长为2.1μm，位于水较强吸收谱线。水对其吸收约为25cm-1，是水对Nd:YAG激光吸收的250倍。显然，水对Ho:YAG激光的强吸收使其可以在大部分软组织和硬组织中产生浅的穿透深度、高的手术精度和独特的凝血作用，大大限制了损伤区域。在未来几年中，它将逐步取代Nd:YAG激光器。虽然水对钬激光的吸收只是水对铒激光吸收的一百二十分之一，然而钬激光能用低OH-的石英光纤传输，这就使钬激光能有效地工作在气体和液体环境中，为医生切除软骨和其它硬组织提供精确的途径，使钬激光成为现有激光内窥镜系统中最适宜的光源[37]。钬激光在软组织中的外科手术精度与CO2激光相比较，可能略低于CO2激光的手术精度，然而它能为大部分组织提供更好的凝血功能。除此之外，二者之间的最大区别是CO2激光不能用石英光纤传输，只能借助于笨重的关节臂来导光，十分不便；而能用光纤传输的脉冲钬激光则是切除和烧蚀软骨以及其它硬的钙化的组织的有效工具。因此有人称钬激光对于CO2激光来说具有挑战性，在某些手术中钬激光具有取代CO2激光的潜力。

5、大功率钬激光器技术方案的提出

    根据上述钬激光器在医疗中的具体应用，我们提出了一种实现大功率输出的灯泵钬激光器实用化方案：对单路电源的放电信号进行分频处理，在软硬件上实现单路电源改造成具有多条放电回路并且轮流等时间间隔工作的多路电源，最终实现一台电源供两路或四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器轮流等时间间隔工作的设想。在水温0oC，单脉冲注入能量100J,重频20Hz时，双路Cr,Tm,Ho:YAG激光器直接输出功率有望突破35W，合光路后光纤末端输出功率25W。该设计方案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。

参考文献

[1]L.F.Johnson，J.E.Geuis，L.G.Van Uitert，et.al.Coherent oscillations from Tm3+,Ho3+,Yb3+ andEr3+ ions in yttrium aluminum garnet. Applied Physics Letters.1965，7(5)：127～129

[2]L.F.Johnson，J.E.Geusic，L.G.VanUitert et al. Efficient high-power coherent emission from Ho3+ ions in yttrium aluminum garnet assisted by energy transfer.Applied Physics Letters，1966，8(8)：200～202

[3]R.Beck,K.Gurs. Ho laser with 50W output and 6.5％slope efficiency.Journal of applied physics，1975，46(12)：5224～5225

[4]Norman P.Barnes，D.J.Gettemy.Pulsed Ho:YAG oscillator and amplifier. IEEE Journal of Quantum Electron，1981，17：1303～1304

[5]T.Y.Fan,R.L.Byer et al. Continuous wave operation at 2.1μm of a diode-laser-pumped, Ho:YAG laser at 300.Optics letters.，1987，12：678～680