准相位匹配光动力治疗及诊断激光光源 (1)技术领域
本发明有关一种激光系统装置，尤指一种适用于医学光动力治疗(Photodynamic Therapy；PDT)及诊断(photodynamic diagnosis；PDD)用的激光光源。
(2)背景技术
恶性肿瘤已跃为国人死亡主因之首。初期恶性肿瘤的准确诊断与及时治疗是良好愈后的前提。在恶性肿瘤诊断方面，以外加萤光染料作为光敏剂的萤光诊断法提供了相当可靠的诊断结果。此法即为习知的光动力诊断(photodynamicdiagnosis；PDD)法。一般使用的光敏剂，例如血紫质衍生物(hematoporphyrinderivative；HpDs)及血基质生物合成(hem-biosynthesis)的前驱药物5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid；ALA)等因对组织血管及新陈代谢增生活动甚为敏感，使得它们对于肿瘤组织有较高的累积以及停驻时间。由于这些光敏感剂在吸收特定波长光的能量后会散射出可检测的萤光，因此可用来作为病变组织的诊断工具。因为外加光感物质所产生的萤光较强，因此，可进一步发展造影的显像技术。血紫质衍生物及5-氨基酮戊酸等光敏剂配合特殊的光检测系统已被证实可有效检测于肺部、喉头、食道或膀胱等器官的早期癌症。例如，当这些光敏剂被波长于405-415奈米的蓝光激发时，他们将发射出容易被检测到的红光。
习知的光动力治疗(photodynamic therapy；PDT)法是一种新颖且可靠的癌症治疗法。该法是对病患施以外源性光敏化学物(同光动力诊断法所使用的光敏剂)使其肿瘤组织对非热源性光源产生敏感，进而达到破坏肿瘤组织地目的。这些光敏药物通常是化学惰性，选择性地只对肿瘤组织具有亲依性并仅吸收某些特定波长的光源。可以相信光动力治疗引发的组织伤害是经由第二类光化学反应所产生的单态氧细胞毒素所导致。由此看来，光动力治疗法是一种非侵害性的疗法且无遍及性或累积性毒性之虞。因此，光动力治疗法在治疗癌症的疗效上是由光敏剂的肿瘤定位性、光敏剂于组织内的浓度及分布情况、氧气含量及光敏剂的吸收光剂量所决定。在过去的十年里，第二代光敏剂的发展及光电科技的成就已促使光动力治疗法在治疗癌症上逐渐被接受为疗程模式。迄今，光敏剂血衍生物(PhotofrinR)已被许多国家核准作为上皮膀胱癌、食道癌、早期肺癌、胃癌及子宫颈癌等的光动力治疗疗剂。另外，美国食品及药物管理局(FDA)也已核准利用光动力治疗法作为干癣(使用LevulanR光敏剂)及老年黄斑病变(使用维视达VisudyneR光敏剂)的临床治疗。因此，光动力治疗以其独特的重复式光敏剂给予及光照射疗程优点而已成功地整合入多方位的治疗体中。
在现有技术中，光动力诊断及光动力治疗所使用的照射光源多为非同调光源如氙灯，抑或是某特殊波长的半导体激光。使用非同调光源，除了有热效应的问题外，其因需要装置一光学滤波器而衰减了诊断或治疗光波长的所需频谱功率。一般而言，要集中并传播一非同调光源到一特定的目标组织并非易事。因此，拥有较高频谱功率及较佳集束传播能力的半导体激光已渐渐在光动力诊断及光动力治疗上取代一般的非同调光源。然而，半导体激光所发射的波长可调性因材料特性的限制而被箝制，无法进行大幅度的波长调整，因此，其发射的波长恰为光敏剂所特定吸收者机率自然不大。此外，因半导体激光的激光发射区甚小，散热问题在其高功率运作时益形严重。
综合上述所论，目前光动力诊断及光动力治疗系统急需一高品质波长可调的激光源，藉以提升诊断的准确度与灵敏度及治疗的广泛性与彻底性。
(3)发明内容
本发明的主要目的是提供一种激光系统装置，利用准相位匹配技术实现波长转换及波长可调的激光产生，作为医用光动力诊断及光动力治疗系统的光源，用于提升诊断的准确度与灵敏度及治疗的广泛性与彻底性。
本发明提供一种激光系统装置，特别是适用于医学光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用激光光源，该激光系统装置包含：一激光泵源，其发射至少一个特定激光光波长，用于泵一激光共振腔系统内的一波长转换器；一波长转换器，其利用准相位匹配(QPM)技术，用于转换该激光泵源所发射的特定激光光波长至至少一个适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长；一激光共振腔系统，其腔内置有该波长转换器，用于增加该波长转换器经该激光泵源泵产生适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光强度输出；以及一光学传输输出器，其用于接收及传输该激光共振腔系统输出的激光光，并通过其末端的光学输出装置，对至少一特定目标点输出照射。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源与该激光共振腔系统之间还包含至少一个偶合透镜，以使该激光泵源得以经由该至少一个偶合透镜进入该激光共振腔系统。
根据上述构想，该偶合透镜可选择性地镀有泵激光波长抗反射膜以及具有特定曲率焦距，以接收与偶合该激光泵源的泵能量进入该激光共振腔系统。
根据上述构想，激光系统装置中该光学传输输出器，其是由至少一条光纤作为激光传输及至少一根光笔作为激光输出所组成。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统与该光学传输输出器之间还包含一透镜偶合系统，其具有至少一个透镜，用于有效偶合该激光共振腔系统输出的激光光进入一光学传输输出器。
根据上述构想，该透镜偶合系统与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体所构成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一温度调控器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一微米传动器所构成，用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体、一温度调控器及一微米传动器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度，并用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统可由一对激光腔镜组成的直式共振腔，其用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统可由一激光腔镜与一设置于该波长转换器所使用的准相位匹配晶体的激光输出端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由一设置于该波长转换器所使用的准相位匹配晶体的激光泵端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜与一激光腔镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由一对分别设置于该波长转换器所使用的准相位匹配晶体的激光泵端面与激光输出端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由四个激光腔镜组成的环式共振腔，其是用于单向共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统的架构可为一准相位匹配光参量振荡(OPO)器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统的架构可为一准相位匹配光参量振荡(OPO)器串级一非线性波长转换器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以倍频(SHG)技术制作而成。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以合频(SFG)技术制作而成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，另外至少一个准相位匹配晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，另外至少一个非线性晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器所使用的准相位匹配晶体可为周期性晶格极化反转铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)晶体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期并列制作而成，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量振荡(OPO)增益体。
根据上述构想，该单一准相位匹配晶体，其任一列光栅周期区间还包含有多个不同光栅周期区，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量振荡(OPO)增益体及多种非线性波长转换方式选择的增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期区段串级制作而成，其中一第一光栅周期区段作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，第二或其他光栅周期区段作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据本发明另一方面的一种激光系统装置，特别是适用于医学光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用激光光源，该激光系统装置包含：一激光泵源，其发射至少一个特定激光光波长，用于泵一激光共振腔系统内的一激光增益体；一激光增益体，用于吸收该激光泵源所发射的特定波长激光光并可因受激激发而产生另一特定波长的光子。一波长转换器，其利用准相位匹配(QPM)技术，用于转换该激光增益体所受激激发的特定光子波长至至少一个适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的光子波长；一激光共振腔系统，其系统内置有该激光增益体及该波长转换器，用于共振产生该激光增益体经该激光泵源泵后受激放大的特定波长激光并以此激光于系统内泵该波长转换器产生适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与强度输出；以及一光学传输输出器，其用于接收及传输该激光共振腔系统输出的激光光，并通过其末端的光学输出装置，对至少一特定目标点输出照射。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源与该激光共振腔系统之间还包含至少一个偶合透镜，以使该激光泵源得以经由该至少一个偶合透镜进入该激光共振腔系统。
根据上述构想，该偶合透镜可选择性地镀有泵激光波长抗反射膜以及具有特定曲率焦距，以接收与偶合该激光泵源的泵能量进入该激光共振腔系统。
根据上述构想，激光系统装置中该光学传输输出器，其是由至少一条光纤作为激光传输及至少一根光笔作为激光输出所组成。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统与该光学传输输出器之间还包含一透镜偶合系统，其是具有至少一个透镜，用于有效偶合该激光共振腔系统输出的激光光进入一光学传输输出器。
根据上述构想，该透镜偶合系统与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体所构成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一温度调控器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一微米传动器所构成，用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体、一温度调控器及一微米传动器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度，并用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由一对激光腔镜组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统可由一激光腔镜与一设置于该波长转换器所使用的准相位匹配晶体的激光输出端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由一设置于该激光增益体的激光泵端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜与一激光腔镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统是可由一对分别设置于该激光增益体的激光泵端面与该波长转换器所使用的准相位匹配晶体的激光输出端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜而组成的直式共振腔，其是用于共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统可以一直式共振腔偶合该直式共振腔外另一激光腔镜形成另一非共轴式共振腔，用于共振置于该非共轴式共振腔内的该激光增益体产生一特定波长激光，该特定波长激光于行经其直式共振腔内时，是转以直式共振轴方向泵该波长转换器产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长，其功率并于该直式共振腔内共振放大。
根据上述构想，该激光共振腔系统其直式共振腔外的另一激光腔镜可为一设置于该激光增益体的激光泵端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统可由四个激光腔镜组成的环式共振腔，其是用于单向共振产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统的架构可为一准相位匹配光参量振荡(OPO)器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置中该激光共振腔系统的架构可为一准相位匹配光参量振荡(OPO)器串级一非线性波长转换器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以倍频(SHG)技术制作而成。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以合频(SFG)技术制作而成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，另外至少一个准相位匹配晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，另外至少一个非线性晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器所使用的准相位匹配晶体可为周期性晶格极化反转铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)晶体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期并列制作而成，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量振荡(OPO)增益体。
根据上述构想，该单一准相位匹配晶体，其任一列光栅周期区间还包含有多个不同光栅周期区，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量振荡(OPO)增益体及多种非线性波长转换方式选择的增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期区段串级制作而成，其中一第一光栅周期区段作为准相位匹配光参量振荡(OPO)增益体，第二或其他光栅周期区段作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长808奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长809奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长808奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长809奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长808奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长809奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长808奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一半导体激光发射波长809奈米激光光，用于泵该激光增益体，是为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据本发明再一方面的一种激光系统装置，特别是适用于医学光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用激光光源，该激光系统装置是包含：一激光泵源，其是发射至少一个特定激光光波长，用于泵一波长转换器；一波长转换器，其是利用准相位匹配(QPM)技术，用于转换该激光泵源所发射的特定激光光波长至至少一个适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长；以及一光学传输输出器，其是用于接收及传输该激光共振腔系统输出的激光光，并通过其末端的光学输出装置，对至少一特定目标点输出照射。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源与该波长转换器之间还包含至少一个偶合透镜，以使该激光泵源得以经由该至少一个偶合透镜进入该激光共振腔系统。
根据上述构想，激光系统装置中该偶合透镜可选择性地镀有泵激光波长抗反射膜以及具有特定曲率焦距，以接收与偶合该激光泵源的泵能量进入该波长转换器。
根据上述构想，激光系统装置中该光学传输输出器，其是由至少一条光纤作为激光传输及至少一根光笔作为激光输出所组成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器与该光学传输输出器之间还包含一透镜偶合系统，其是具有至少一个透镜，用于有效偶合该波长转换器输出的激光光进入一光学传输输出器。
根据上述构想，该透镜偶合系统与该光学传输输出器之间可以光纤尾纤(fiber pigtail)技术偶合。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体所构成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一温度调控器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体及一微米传动器所构成，用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可由至少一准相位匹配晶体、一温度调控器及一微米传动器所构成，用于调控该准相位匹配晶体于特定温度，并用于选取该准相位匹配晶体其中的一光栅周期区间作非线性波长转换。
根据上述构想，激光系统装置其架构可为一准相位匹配光参量产生(OPG)器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，激光系统装置其架构可为一准相位匹配光参量振荡(OPO)器串级一非线性波长转换器，用于产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长与功率。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以倍频(SHG)技术制作而成。
根据上述构想，该非线性波长转换器可以合频(SFG)技术制作而成。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量产生(OPG)增益体，另外至少一个准相位匹配晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器还包含一个准相位匹配晶体作为准相位匹配光参量产生(OPG)增益体，另外至少一个非线性晶体作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器所使用的准相位匹配晶体可为周期性晶格极化反转铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)晶体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期并列制作而成，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量产生(OPG)增益体。
根据上述构想，该单一准相位匹配晶体，其任一列光栅周期区间还包含有多个不同光栅周期区，以作为提供多种准相位匹配方式选择的光参量产生(OPG)增益体及多种非线性波长转换方式选择的增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该波长转换器可为一单一准相位匹配晶体，其包含多个不同光栅周期区段串级制作而成，其中一第一光栅周期区段作为准相位匹配光参量产生(OPG)增益体，第二或其他光栅周期区段作为非线性波长转换增益体。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，该第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其中该第一光栅周期区段的光栅周期是在29.7-30.5微米范围，该第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米，另一第三光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
根据上述构想，激光系统装置中该激光泵源可为一掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光发射波长1.064微米激光光，用于泵该波长转换器，且其中该单一准相位匹配晶体是为一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，又其是并列两串级光栅周期区段，其中第一列其第一光栅周期区段的光栅周期是为29.7微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为11.3微米；而第二列其第一光栅周期区段的光栅周期是为30.5微米，其第二光栅周期区段的光栅周期是为12.4微米。
(4)附图说明
本发明借助下列附图及详细说明可获得一更深入的了解。
图1是本发明光动力治疗及诊断激光系统装置示意图。
图2是本发明光动力治疗及诊断激光系统中准相位匹配晶体的第一较佳结构例示意图。
图3是本发明光动力治疗及诊断激光系统中准相位匹配晶体的第二较佳结构例示意图。
图4是本发明光动力治疗及诊断激光系统中准相位匹配晶体的第三较佳结构例示意图。
图5是本发明光动力治疗及诊断激光系统的第一较佳实施例示意图。
图6是本发明光动力治疗及诊断激光系统的第二较佳实施例示意图。
图7是本发明光动力治疗及诊断激光系统的第三较佳实施例示意图。
图8是本发明光动力治疗及诊断激光系统的第四较佳实施例示意图。
(5)具体实施方式
本发明揭示的光动力治疗及诊断激光系统装置，是如图1所示，至少包含一激光系统2、一透镜偶合系统8及一光学传输输出器10、12。其中该激光系统2是由一泵激光4、一偶合透镜5及一波长转换器6所组成。该波长转换器6是用于转换该泵激光4所发射的特定波长至至少一适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。该转换产生的激光光再经由该透镜偶合系统8有效地聚焦进入该光学传输输出器的光纤10传输至该光学传输输出器的光笔系统12作适当的聚焦后输出至特定的目标点，例如施以光敏药物的肿瘤组织。本光动力治疗及诊断激光系统装置还可省却该透镜偶合系统8，而以光纤尾纤(fiber pigtail)技术直接偶合该激光系统2的激光输出至该光学传输输出器10、12。
请参照图2至图4，其是本发明光动力治疗及诊断激光系统装置的波长转换器6所采用的准相位匹配晶体14、20、28的较佳结构例。请参照图2，该准相位匹配晶体14为一单块(monolithic)串级式光栅周期的准相位匹配晶体，其是由一第一光栅周期区16与一第二光栅周期区18的准相位匹配晶体所构成。该串级式准相位匹配光栅周期结构是以接续的两种非线性波长转换过程来实现转换该泵激光4所发射的特定波长至至少一种适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。于实际实施时，该准相位匹配晶体14可以是一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，该第一光栅周期区16的晶格极化反转周期可为29.7微米，以作为一泵激光波长是为1064奈米的光学参量增益体，产生一波长是为1562.7奈米的信号(signal)光及其一伴随产生的波长是为3334.1奈米的闲置(idler)光。而该第二光栅周期区18的晶格极化反转周期可为11.3微米，以作为一合频产生(SFG)的非线性光学介质，产生由该波长1064奈米的泵激光光与该第一光栅周期区16光学参量产生的该波长1562.7奈米的信号(signal)光合频的波长633奈米光。该波长633奈米光是适用于激发五-氨基酮戊酸或血衍生物等光动力治疗(PDT)用光敏剂的激光光波长之一。另外，同上述实施架构下，该第一光栅周期区16的晶格极化反转周期又可为30.5微米，以为光学参量产生波长1683.8奈米的信号(signal)光。而该第二光栅周期区18的晶格极化反转周期又可为12.4微米，以为该泵光与该信号光的合频产生波长652奈米光，是为另一适用于另一光敏感物质Foscan的光动力治疗(PDT)用激光光波长之一。
请再参照图3，本发明激光系统装置的波长转换器6，其所采用的准相位匹配晶体的另一较佳实施结构是为该准相位匹配晶体20为一单块(monolithic)串级式光栅周期的准相位匹配晶体，其是由一第一光栅周期区22、一第二光栅周期区24及一第三光栅周期区26的准相位匹配晶体所构成。该串级式准相位匹配光栅周期结构是以接续的至少两种非线性波长转换过程来实现转换该泵激光4所发射的特定波长至至少一种适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。于实际实施时，该准相位匹配晶体20可以是一周期性晶格极化反转铌酸锂(PPLN)晶体，该第一光栅周期区22的晶格极化反转周期可为29.7至30.5微米之间，以作为一泵激光波长是为1064奈米的光学参量增益体，并于该准相位匹配晶体20的一第一温度时产生一波长是为1562.7奈米或一第二温度时产生一波长是为1683.8奈米的信号(signal)光及其一伴随产生的波长是为3334.1奈米(于该第一温度时)或2890.6奈米(于该第二温度时)的闲置(idler)光。而该第二光栅周期区24的晶格极化反转周期可为11.3微米，以作为一合频产生(SFG)的非线性光学介质，产生由该波长1064奈米的泵激光光与该第一光栅周期区22于该第一温度时光学参量产生的该波长1562.7奈米的信号(signal)光合频的波长633奈米光。而该第三光栅周期区26的晶格极化反转周期可为12.4微米，以作为一合频产生(SFG)的非线性光学介质，产生由该波长1064奈米的泵激光光与该第一光栅周期区22于该第二温度时光学参量产生的该波长1683.8奈米的信号(signal)光合频的波长652奈米光。该波长633奈米与652奈米光是如上述适用于光动力治疗(PDT)用的激光光波长。
请再参照图4，本发明激光系统装置的波长转换器6，其所采用的准相位匹配晶体的又一较佳实施结构是为该准相位匹配晶体28为一单块(monolithic)并列式光栅周期的准相位匹配晶体，其是由多个同前述的准相位匹配晶体14结构于单块晶体上所并列构成。显见，该并列式准相位匹配光栅周期结构，其任一列是为一单个串级式光栅周期的准相位匹配晶体14，该结构的功能、原理与实施应用已如前例所详述，在此不再赘述。于实际实施时，该准相位匹配晶体28的一第一列其一第一光栅周期区的晶格极化反转周期可为29.7微米，而其一第二光栅周期区的晶格极化反转周期可为11.3微米。又准相位匹配晶体28的一第二列其一第一光栅周期区的晶格极化反转周期可为30.5微米，而其一第二光栅周期区的晶格极化反转周期可为12.4微米。依前例所述，于该泵激光4所发射的特定波长是为1064奈米时，入射该第一列与入射该第二列将分别产生一波长为633奈米及一波长为652奈米的激光光。因该并列式光栅周期的准相位匹配晶体28，其是由多个串级式光栅周期的准相位匹配晶体14所构成，其将可产生多个适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。
本发明所揭示结构的准相位匹配晶体14、20、28，其优点是利用准相位匹配结构的可设计及加工特性，得以转换任一可获得的泵激光其发射的特定波长原先并不适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)。因此，本发明将使得高品质、合适功率的泵激光光源不受限于其原有的特定发射的波长与传统非线性波长转换能力的不足，得以应用在光动力治疗及诊断上，提升诊断的准确度与灵敏度及治疗的广泛性与彻底性。
请参照图5至图8，其是本发明光动力治疗及诊断激光系统装置中该激光系统2的较佳实施例。如前所述，该激光系统2是由该泵激光4及该波长转换器6所组成。而该波长转换器6，其较佳实施结构是以准相位匹配晶体14、20、28所构成，用于转换该泵激光4所发射的特定波长至至少一适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。图5至图8所举激光系统2的较佳实施例中，一波长转换器39、51、63、79还包含一激光共振腔系统用于增加一准相位匹配晶体44、56、72、90经一泵激光38、50、62、78经由一偶合透镜43、55、71、87适当集束泵产生适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光强度输出。该激光共振腔系统可由一对激光共振腔镜40、42组成的直式共振腔，如图5所示，或由一对分别设置于该准相位匹配晶体56的激光泵端面与激光输出端面的适当反射或穿透光学介电镀膜镜52、54而组成的直式共振腔，如图6所示。该激光共振腔系统是用于共振该准相位匹配晶体44、56经该泵激光38、50经由一偶合透镜43、55适当集束泵产生的至少一激光光波长。当该准相位匹配晶体44、56的实施结构是与前述准相位匹配晶体14、20、28相同或其类似时；如前述该准相位匹配晶体14、20、28的实施例说明，该共振产生的激光光波长可经该准相位匹配晶体44、56的另一非线性波长转换过程产生至少一适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。又本实施例中，该准相位匹配晶体44、56是安置于一温度控制器46、58上，使其晶体温度得以调变并控制在至少一个定值，用于准确产生至少一适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。该温度控制器46、58更是安置于一微米传动器48、60所传动的平台上，使得该准相位匹配晶体44、56的多种光栅周期结构；特别是如所举并列式光栅周期结构的准相位匹配晶体28，得以被依序泵而依序产生多种的一适用于光动力治疗(PDT)或诊断(PDD)用的激光光波长。
图7是所举激光系统2的另一较佳实施例，其中该波长转换器63所包含的激光共振腔系统是由四个激光腔镜64、66、68、70所组成的环式共振腔，其是用于单向共振该准相位匹配晶体72经该泵激光62泵产生的至少一激光光波长。本较佳实施例中所使用的泵激光62、偶合透镜71、准相位匹配晶体72、温度控制器74、微米传动器76，其功能、原理与实施应用皆与上例所述相同，在此不再赘述。
就上述所举实施例中，直式共振腔因系统较为简单，故有较低的系统损失及泵阀值等优点。而环式共振腔因使用四面激光腔镜，系统损失率较高，因此泵阀值也变高，然而其独特优点是输出为高品质的单纵模光，激光线宽约可数十倍小于直式共振腔系统。
图8是所举激光系统2的又一较佳实施例，其中该波长转换器79所包含的激光共振腔系统是由一对激光共振腔镜84、86所组成的一直式共振腔，其偶合该直式共振腔外另一激光腔镜82形成另一非共轴式共振腔(亦即由激光腔镜82、84所组成)。该非共轴式共振腔是用于共振一激光增益体80经该泵激光78泵产生的一特定波长激光。经由一特定波长反射镜88，该特定波长激光于行经该直式共振腔内时，是转以直式共振轴方向泵该准相位匹配晶体90产生至少一适用于光动力治疗(PDT)及诊断(PDD)用的激光光波长，其功率并于该直式共振腔内共振放大。本较佳实施例中所使用的偶合透镜87、准相位匹配晶体90、温度控制器92、微米传动器94，其功能、原理与实施应用皆与上例所述相同，在此不再赘述。
此外，因图8所举的较佳实施例是以所谓腔内泵方式泵该准相位匹配晶体90，相较于前述图5至图7所举的较佳实施例是以腔外泵方式，其优点为系统对整体泵功率的需求较低，因此转换效率较高。但也因本较佳实施结构包含一非共轴式共振腔，结构较一般直式共振腔复杂且系统对光也将较困难。
于实际实施时，该泵激光38、50、62可为一约11瓦、波长1064奈米的掺钕激光，或该泵激光78可为一约25瓦、波长808奈米的半导体激光，而该激光增益体80可为一掺钕激光晶体(如掺钕钇铝石榴石晶体)。又该波长转换 39、51、63、79中的准相位匹配晶体44、56、72、90可为该准相位匹配晶体14的结构，当其第一光栅周期区16的晶格极化反转周期为29.7微米、长度为五公分，而其第二光栅周期区18的晶格极化反转周期为11.3微米、长度为一公分时，该激光系统2将产生约2瓦的633奈米激光光，其是适用于光动力治疗(PDT)用的激光光波长与功率。
综上所述，本发明提供一种激光系统装置，利用准相位匹配技术实现波长转换及波长可调的激光产生，并以巧思设计的激光共振腔系统增加激光的输出功率强度，确实已符合医用光动力诊断及光动力治疗系统渴需的高品质波长可调的激光源要求，对于提升诊断的准确度与灵敏度及治疗的广泛性与彻底性极具贡献，因此可实现发展本发明的目的。