980nm高功率垂直腔面发射激光手术刀制造技术

本实用新型专利技术涉及垂直腔面发射激光器在医学领域的应用。包括：电源１、制冷器２、半导体激光器３、聚焦透镜４、分束器５、输出耦合透镜６、刀头７、透镜８、探测器９、整形透镜１０、９８０ｎｍ垂直腔面发射激光器１１、温度检测部件１２、放大器１３、Ａ／Ｄ转换器１４、驱动电源１５、ＣＰＵ控制１６、Ｄ／Ａ转换１７、温控电路１８。本实用新型专利技术采用大窗口垂直腔面发射激光器件结构和出光窗口小于管芯台面的方案，实现均匀的注入电流，器件有圆形发光区，获得圆对称光束，其发散角小于１０度，利于耦合，简化光束整形系统，使透镜组整形系统简化到单片透镜整形，解决整机结构复杂，大大降低了整机成本，操作大为简化。本实用新型专利技术可用于医学手术，如皮肤科、牙科、眼科、脑外科、妇科等。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于医用半导体激光器领域，涉及垂直腔面发射激光器在医学领域的应用。
技术介绍
半导体激光手术刀是一种利用半导体激光器所产生的连续输出光对人体组织部分进行切割的一种光刀，它的核心部分是以III-V族元素所构成的P-N结注入式半导体激光器。半导体激光手术刀以其灵活的波长选择性，大功率输出，操作简便，不需水冷，体积小，重量轻等优势得到医学界的普遍欢迎。从光与人体组织的相互作用看，红外光能够激发分子的特定振动和旋转模式，这种动力学激发方式最显著的宏观效果是热效应，因而十分有利于手术中的汽化、烧蚀以及凝血等，所以目前常用的高功率激光手术刀都工作于红外波段。常见的有CO2激光手术刀和Nd:YAG激光手术刀，与新出现的半导体激光手术刀相比，它们在医疗效果和仪器性能方面各有优势CO2激光手术刀波长10.6μm，从医疗效果看，该特定波长能被软组织强烈吸收，所以CO2激光手术刀常被用作切割和蒸发组织。缺点是穿透深度浅，凝血效果差。从仪器性能看，最大的缺点是10.6μm的激光没有合适的传光光纤，所以不能进行腔内手术，只能通过导光臂进行体表手术(目前已有研制出的10.6μm的传光光纤，但价格昂贵，国内尚未应用)。同时，CO2激光手术刀存在高压、体积大、需水冷以及难以方便地进行脉冲调制的问题也限制了它的应用。Nd:YAG激光手术刀波长1.06μm，从医疗效果看，此波长具有好的切割效果和凝血效果，且能被石英光纤很好地传输，可以进行介入式低创伤手术，所以是目前应用范围最广的激光医疗机。存在的问题是穿透能力强，若使用不当则可能烧伤正常组织，侧向散射大，易形成周边组织水肿。从仪器性能看，仍存在体积大、启动慢、噪声大、转换效率低，需水冷以及寿命维护方面的问题。半导体激光手术刀目前常用波长为808nm或980nm，从医疗效果看，980nm波长切割效果明显优于Nd:YAG激光手术刀，凝血效果与Nd:YAG激光手术刀接近，有配套齐全的各种传光光纤。从仪器性能看，半导体激光医疗机有着转换效率高，无需水冷，体积小，重量轻，能方便进行脉冲方式工作以及单相电源工作等优点。综上所述，半导体激光手术刀与Nd:YAG激光手术刀和CO2激光手术刀相比具有很多优势并将成为外科手术中的主流。临床使用的激光刀，要求既有良好的凝固作用又有高效的切割能力，CO2激光切割能力强但凝固作用弱，不便由光纤输出，所以只能用于体外的切割和气化手术。光纤输出是近红外激光的优势，但它们的气化能力相对较差，这会增加损伤范围。InGaAs激光无论是凝固作用还是气化作用都强于GaAlAs激光和Nd:YAG激光，表现出较强的生物热效应。另一方面，980nm波长激光的散射系数小于808nm波长激光，散射不仅造成工作能量的损耗，而且对侧向组织的辐射会造成不必要的损伤。输出波长为980nm的InGaAs激光器可以作为高功率半导体激光手术刀的较为理想光源。边发射半导体激光器的光束为椭圆型光束，因此需要一套复杂的光束整形系统，使得整机的结构比较复杂。本技术的详细内容
技术介绍
中边发射半导体激光器需要复杂光束整形系统致使整机结构复杂的问题，为了解决上述
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存在的问题，本技术将选择具有圆形对称光束特点的垂直腔面发射激光器作光源，提供一种980nm高功率垂直腔面发射激光手术刀。本技术的980nm高功率垂直腔面发射激光器的激光手术刀包括电源、制冷器、半导体激光器、聚焦透镜、分束器、输出耦合透镜、刀头、透镜、探测器、整形透镜、980nm垂直腔面发射激光器、温度检测部件、放大器、A/D转换器、驱动电源、CPU控制、D/A转换、温控电路，980nm垂直腔面发射激光器的输出端与温度检测部件的输入端连接，980nm垂直腔面发射激光器的输入端与驱动电源的输出端连接，980nm垂直腔面发射激光器发射的激光照射到整形透镜。980nm垂直腔面发射激光器包括管芯、散热片、热沉、出水孔、进水孔、微通道散热器、正电极、负电极和出光窗口，管芯p面通过焊料固定在散热片的上端面，散热片下端面与热沉的上端面固定连接，在微通道散热器的本体上有出水孔和进水孔，热沉的下端面与微通道散热器的上端面固定连接，散热片的侧面和热沉的上端面固定连接正电极，管芯n面与负电极的下端面和出光窗口的下端面固定连接，出光窗口位于负电极的里面。出光窗口的直径范围选择在100微米到700微米。本技术工作时半导体激光器由电源驱动产生参考光经聚焦透镜聚焦后再经过分束器反射后送入输出耦合透镜照射到刀头，980nm垂直腔面发射激光器由驱动电源驱动控制工作，制冷器在温控电路和D/A转换控制下给激光器制冷，由温度检测部件检测激光器的工作温度后经A/D转换器送入CPU控制后，反馈信号经D/A转换再分送驱动电源和温控电路，形成温度的闭环控制，980nm垂直腔面发射激光器产生的激光信号经整形透镜后进入分束器分成两部分，一部分进入输出耦合透镜输出，另一部分进入探测器，然后由放大器到A/D转换然后进入CPU控制，控制激光器的输出功率。由980nm垂直腔面发射激光器产生的治疗激光和半导体激光器产生的参考光分别通过聚焦透镜和整形透镜后，由分束器送入输出耦合透镜后使刀头工作。本技术采用大出光窗口(100-700微米直径)垂直腔面发射激光器件结构，采用出光窗口小于管芯台面的设计方案，可以实现比较均匀的注入电流分布，使器件有圆形均匀的发光区，从而获得圆对称光束质量，其发散角小于10度，利于光束耦合。而
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边发射激光器的输出光束是椭圆形，其中一个方向的发散角大于30度，不便于光束耦合。本技术采用大出光窗口的垂直腔面发射激光器后，便于光束整形，简化了光束整形系统，使原来的透镜组整形系统简化到单片的透镜整形就可以达到使用要求，解决了
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中存在的整机结构复杂问题，大大降低了整机的成本，并且使操作也大为简化。本技术可以用于医学手术方面，如皮肤科、牙科、眼科、脑外科、妇科等。附图说明图1是本技术结构示意图图2是本技术980nm高功率垂直腔面发射激光器主视图具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进一步说明，但本技术不限于这些实施例。图1所示，包括电源1、制冷器2、半导体激光器3、聚焦透镜4、分束器5、输出耦合透镜6、刀头7、透镜8、探测器9、整形透镜10、980nm垂直腔面发射激光器11、温度检测部件12、放大器13、A/D转换器14、驱动电源15、CPU控制16、D/A转换17、温控电路18。实施例1在本实施例中980nm垂直腔面发射激光器11所发出的光为治疗用半导体激光，波长为980nm，采用单管底发射结构。电源1采用恒流源。制冷器2采用半导体制冷器，型号为TEC1-12703T125。半导体激光器3是导引光源，980nm高功率垂直腔面发射半导体激光器所发出的光为红外光，且为治疗用半导体激光，由于红外光不可见所以加入波长为670nm的半导体激光器3作导引光，由于它是低功率半导体激光器，可由简单的硬件电路驱动，只需要通过开通切断电源即可，无需降温，无需调节功率。聚焦透镜4采用单片透镜，用光学玻璃制成。分束器5由石英材料制成。输出耦合透镜6是单片透镜，采用光学玻璃制成。刀头7采用蓝宝石材料制成。透镜8是单片结构，采用光学玻璃材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
９８０ｎｍ高功率垂直腔面发射激光手术刀，包括：电源（１）、制冷器（２）、半导体激光器（３）、聚焦透镜（４）、分束器（５）、输出耦合透镜（６）、刀头（７）、透镜（８）、探测器（９）、整形透镜（１０）、温度检测部件（１２）、放大器（１３）、Ａ／Ｄ转换器（１４）、驱动电源（１５）、ＣＰＵ控制（１６）、Ｄ／Ａ转换（１７）、温控电路（１８），其特征在于还包括：９８０ｎｍ垂直腔面发射激光器（１１），９８０ｎｍ垂直腔面发射激光器（１１）的输出端与温度检测部件（１２）的输入端连接，９８０ｎｍ垂直腔面发射激光器（１１）的输入端与驱动电源（１５）的输出端连接，９８０ｎｍ垂直腔面发射激光器（１１）发射的激光照射到整形透镜（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宁永强，晏长岭，秦莉，孙艳芳，金珍花，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]