激光器用于工業(yè)和醫(yī)療市場已有多年。最新的技術(shù)進(jìn)展表明激光器和光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用正不斷擴(kuò)大至多個專業(yè)領(lǐng)域，尤其是眼科和美容護(hù)理。
特別是在過去五年，脫毛和激光視力矯正等整容手術(shù)的需求在顯著增長，因?yàn)檫@些手術(shù)較為普遍，并得到了客戶的認(rèn)可。
這刺激了業(yè)界對高效激光和高強(qiáng)度脈沖燈的需求，從而推動了更緊湊、更溫和、更快以及更經(jīng)濟(jì)有效的新系統(tǒng)的發(fā)展。
泵室本身的結(jié)構(gòu)對激光設(shè)備的性能和耐用性非常關(guān)鍵，設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)效率最大化。
“傳統(tǒng)”材料的局限性意味著制造商需使用陶瓷材料來生產(chǎn)泵室。
例如，固態(tài)激光器中常見的鍍金鋁光學(xué)腔可能會因?yàn)榻鸬膭兟浠騽冸x損耗均勻反射率，從而降低激光效率。在這些應(yīng)用中，由釉面氧化鋁制成的泵室的使用壽命會延長5倍，且無需維護(hù)，這是因?yàn)槠洳牧咸匦元?dú)特，釉料和陶瓷之間的熱膨脹系數(shù)也相互匹配。
固態(tài)激光器和高強(qiáng)度燈
在固態(tài)激光器中，閃光燈和二極管通過光學(xué)泵送固態(tài)增益介質(zhì)，且需要較高的反射率，旨在最大限度地將輻射從光源轉(zhuǎn)移至激光棒中。
在這些應(yīng)用中，專用氧化鋁材料提供了理想的解決方案。通常這種材料擁有高純度（99.7%的氧化鋁）及多孔結(jié)構(gòu)，特別適用于使用紅寶石（波長：694nm）和Nd：YAG（波長：1064nm）晶體的激光器。對這一材料進(jìn)行單獨(dú)測試顯示了500nm到2000nm波長的反射率超過96%。
該材料結(jié)合了強(qiáng)大的微觀結(jié)構(gòu)及可控的孔隙率，以提供優(yōu)異的激光反射率。其反射率高度擴(kuò)散，該材料可作為將光反射及折射至泵室的大型輻射源反射器，在任何工作溫度下都擁有強(qiáng)大的導(dǎo)熱性和優(yōu)異的尺寸和電穩(wěn)定性。
波長比受激發(fā)射更長的泵輻射不會影響激光的輸出，但會使激光晶體溫度上升，導(dǎo)致光變形，從而影響激光的輸出質(zhì)量。
反射器往往通過水或液體來冷卻以防止這類情況發(fā)生，因此它需要承受流體的腐蝕作用，吸收其產(chǎn)生的熱量并保持尺寸的穩(wěn)定。可以上氧化鋁釉以進(jìn)一步增強(qiáng)反射率，密封孔隙，使冷卻液無法滲透到陶瓷激光腔中。其優(yōu)勢使得它能處理激光器常規(guī)工作中產(chǎn)生的應(yīng)力，同時還具有冷卻液耐腐蝕性作用。
黃釉陶反射器使用了專門的氧化釤釉，其中可見的黃色是紫色和靛青色的補(bǔ)充色，能有效地吸收約450nm的波長。
假設(shè)所需波長范圍內(nèi)的反射率約為98%，該釉的性能優(yōu)于980nm至1,064nm的黃色（GSY）及透明（GSO）釉料，這意味著三種釉的最佳反射力已將波長從500nm擴(kuò)展到2,000nm左右。
低功率固態(tài)激光器可使用由聚四氟乙烯（PTFE）制成的反射器。盡管比氧化鋁便宜，但PTFE比較軟，容易刮壞，這會降低反射率，尤其是在日常維護(hù)中。
二氧化碳（CO2）激光器
CO2激光器是最早開發(fā)的氣體激光器之一，至今仍是最強(qiáng)大最高效的激光器之一，廣泛用于磨皮等整容手術(shù)中，因?yàn)樗谏锝M織中更易吸收10,600nm的波長，它還能用于時尚界，如將圖案印到紡織品和皮革等非金屬基材中。
在CO2激光器中，波導(dǎo)將光子導(dǎo)入相干光束中，因此必須非常直且完全對齊。業(yè)界對更緊湊設(shè)備的需求還推動了Z字形折疊波導(dǎo)設(shè)計的發(fā)展，并改進(jìn)了性能/尺寸比。波導(dǎo)管的設(shè)計通常只占常規(guī)直線通道設(shè)計空間的三分之一。還縮減了含冷卻系統(tǒng)在內(nèi)的整個激光引擎的尺寸。該設(shè)計還提高了散熱效率，使激光器能在空氣或液體中冷卻。
鍍金鋁在過去一直效果良好，但設(shè)計師還意識到氧化鋁陶瓷也非常適用于該應(yīng)用。
由于機(jī)械強(qiáng)度高，所以它們能承受超過1000℃的工作溫度，并在10微米的波長下表現(xiàn)出極好的光學(xué)性能。
保持精確的尺寸公差是確保孔正確地引導(dǎo)光子束及保證氣體介質(zhì)密封的關(guān)鍵。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以制造復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)中還可擁有高度精確的凹槽。
CO2激光器的最新進(jìn)展是使用了專門的陶瓷材料——Deranox 970，它符合國際公認(rèn)的ASTM D2520標(biāo)準(zhǔn)，具有高介電常數(shù)和低損耗，這使其在電離或觸發(fā)探測器處于低頻時具有出色的穩(wěn)定性。
用于CO2激光器的金屬單針真空穿通件和連接器的陶瓷由相同材料制成，專為高性能和高可靠性設(shè)計，并能根據(jù)特定客戶的要求進(jìn)行配置。
現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用擁有個性化及要求極高的規(guī)格，這意味著標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在設(shè)計和使用方面并非總是適合。對這類有故障的產(chǎn)品不應(yīng)支持，因?yàn)樗鼈兛赡軙?dǎo)致整個激光系統(tǒng)無法運(yùn)行，并帶來損失慘重及突發(fā)的停機(jī)。
除了陶瓷材料外，金屬化油墨和釬焊合金的發(fā)展也使得材料制造商從一開始就與客戶合作開發(fā)完全集成的優(yōu)化的解決方案，他們精心挑選材料并整合到設(shè)計中，以在最苛刻的條件下保持長期可靠的性能。
準(zhǔn)分子激光器
準(zhǔn)分子激光器廣泛用于眼科手術(shù)和皮膚治療中，因?yàn)樗酃饬?qiáng)，系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)非常精確及精密的控制。生物物質(zhì)也能較好地吸收光。波長極短的UV光不會穿透目標(biāo)物表面，約10秒的極短的脈沖持續(xù)時間通過燒蝕而非燃燒來碎裂表面材料。其結(jié)果是幾乎沒有加熱或改變底層和周圍的材料。
人們對眼睛矯正手術(shù)的需求推動了激光原位角膜磨鑲術(shù)（LASIK）激光器的發(fā)展。該激光器能產(chǎn)生高重復(fù)性及持續(xù)時間短的光束脈沖流。由于其熱穩(wěn)定性，氧化鋁能應(yīng)付高脈沖率和反復(fù)的高溫沖擊。
準(zhǔn)分子激光器的泵腔通常能泵送多種氣體，如氟或氯及氬、氪或氙等惰性氣體。因此，該絕緣體必須堅韌且能耐強(qiáng)腐蝕性鹵素氣體。氧化鋁擁有20kV/mm優(yōu)異的介電強(qiáng)度，這使其成為絕佳的絕緣體。該絕緣體由96.7%-99.5%的純氧化鋁制造而成，并能精確地加工成各種形狀，以延長跟蹤距離，并為電氣穿通件準(zhǔn)確地定位及設(shè)置孔的大小。氧化鋁對腐蝕性鹵素還擁有惰性，同時該材料沒有污染激光氣體及降低絕緣體使用壽命的有機(jī)物。
正是擁有該純度水平，以及陶瓷激光組件的強(qiáng)度和通用性，這些材料在從反射器到真空穿通件和觸發(fā)器組件等醫(yī)療激光應(yīng)用中得到越來越廣泛的使用。其獨(dú)特的特性和功能可提供特定的性能屬性，這確保了規(guī)格師和設(shè)計師們?yōu)楦鞣N應(yīng)用帶來最佳性能和耐用性。
作者：摩根先進(jìn)材料有限公司 Raj Koria
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