一種高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有單色性、相干性，目前已經(jīng)應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中，如通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及檢索、娛樂、科學(xué)研究等。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，已經(jīng)有大量的研究證明高能量脈沖激光在外科手術(shù)中能夠有效去除多余組織，例如黃斑病變導(dǎo)致的視網(wǎng)膜下疤痕組織或者增生的血管。
[0003]目前許多商業(yè)化的醫(yī)療激光通過選擇性光熱效應(yīng)來治療多樣化的皮膚性問題和疾病，如血管增生、鮮紅斑痣胎記和色素沉著病變。其原理是在真皮層、表皮層中，某些特定的組織結(jié)構(gòu)對(duì)特定波長的激光有選擇性吸收，從而達(dá)到局部加熱的效果來使某些蛋白質(zhì)變性或者裂解色素。為了使這些組織結(jié)構(gòu)能夠迅速升溫并防止激光能量擴(kuò)散損失而傷害到周圍組織，要求激光以脈沖的形式打到病變部位，這個(gè)脈沖時(shí)間由病變組織的熱弛豫時(shí)間決定。例如治療鮮紅斑痣胎記中的微血管需要脈寬為幾個(gè)毫秒或是小于一個(gè)毫秒的脈沖激光。
[0004]當(dāng)激光的脈寬進(jìn)一步減小，激光對(duì)組織的作用將從光熱作用變?yōu)楣鈾C(jī)械作用。光機(jī)械作用要求激光脈寬小于聲波穿過病變組織的時(shí)間，高強(qiáng)度的激光將在病變組織內(nèi)產(chǎn)生高強(qiáng)度的光壓，達(dá)到病變組織裂解的效果。這種效應(yīng)非常適用于色素沉著病變，包括紋身、鮮紅斑痣和其他胎記，因?yàn)槿梭w的自身免疫系統(tǒng)能夠清除小于1微米的顆粒，對(duì)于紋身而言，其色素顆粒尺寸約為1?10微米，超短脈沖激光能夠使它們裂解成小于1微米的顆粒，從而達(dá)到治療的效果。由于聲波在固體媒介中傳播的速度約為3000m/s，所以要求用于治療色素沉著病變的激光脈寬小于1納秒。
[0005]為了能夠達(dá)到治療的效果，在減小激光脈寬的同時(shí)仍要保證單脈沖下足夠的能量密度(單位面積上的能量)，如果增加光斑直徑則需要更高的但脈沖能量，然而目前能夠達(dá)到這樣要求的激光設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)昂貴。1993年，Sierra和Russell開發(fā)了能夠輸出單脈沖能量為100mJ激光器，但是它受到許多器件上的限制且要求偏置電壓高達(dá)5000V且頻率到達(dá)GHz的數(shù)量級(jí)。后經(jīng)美國Cynosure公司的Daniel Hohm等人的改進(jìn)和開發(fā)，他們制造出脈寬為500ps?900ps、單脈沖能量達(dá)150mJ?200mJ、光斑直徑約3mm的皮秒激光器；但是這種激光器產(chǎn)生的激光能量低，不能達(dá)到治療效果，無法應(yīng)用到色素病變的治療中?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了提高激光的能量密度，通過改變激光器的結(jié)構(gòu)，以提高單脈沖的能量；并且此種設(shè)備造價(jià)昂貴且重復(fù)頻率較低(5Hz)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種改進(jìn)了的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，裝備了振鏡系統(tǒng)并配合凸透鏡，克服了以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型的高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)包括:控制系統(tǒng)、栗浦源、長聚焦透鏡組和低速掃描振鏡組；其中，栗浦源和低速掃描振鏡組分別連接至控制系統(tǒng)；栗浦源發(fā)射皮秒脈沖激光束；激光束由長聚焦透鏡組聚焦；激光束經(jīng)過低速掃描振鏡組進(jìn)行低速二維掃描，入射至掃描位置；掃描位置于處長聚焦透鏡組的焦點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型在栗浦源前設(shè)置長聚焦透鏡組，栗浦源發(fā)出固定頻率的皮秒脈沖激光束，通過長聚焦透鏡組，對(duì)原本直徑較大的激光束進(jìn)行聚焦，從而提高了單位面積內(nèi)激光的能量密度。
[0010]本實(shí)用新型還包括反射鏡，反射鏡設(shè)置在長聚焦透鏡組與低速掃描振鏡組之間，來自長聚焦透鏡組的激光束經(jīng)反射鏡反射至低速掃描振鏡組，改變激光束光路，從而壓縮光路，減小系統(tǒng)的體積。
[0011]低速掃描振鏡組包括兩路掃描振鏡，第一掃描振鏡和第二掃描振鏡，兩路掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)軸互相垂直，上位機(jī)下發(fā)掃描路徑至控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)兩路掃描振鏡進(jìn)行激光掃描，從而實(shí)現(xiàn)二維掃描。
[0012]栗浦源采用780nm或810nm的半導(dǎo)體激光器。
[0013]進(jìn)一步，本實(shí)用新型還包括4f光學(xué)系統(tǒng)，4f光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在第一掃描振鏡與第二掃描振鏡之間，以改變兩路掃描振鏡之間相對(duì)的位置關(guān)系。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0015]本實(shí)用新型在栗浦源前設(shè)置長聚焦透鏡組，對(duì)原本直徑較大的激光束進(jìn)行聚焦，經(jīng)過低速掃描振鏡實(shí)現(xiàn)二維掃描；通過長聚焦透鏡組與低速掃描振鏡組的配合，使造價(jià)低廉的低能量密度的皮秒激光器能夠產(chǎn)生光斑形狀可變、能量密度大的激光光斑，經(jīng)濟(jì)性好；另外，本實(shí)用新型所使用的栗浦源為780nm或810nm的半導(dǎo)體激光器，相比755nm的翠綠寶石激光價(jià)格更加低廉，其對(duì)于色素沉著病變?nèi)杂休^好的治療效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，本實(shí)施例的高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)包括:控制系統(tǒng)、栗浦源1、長聚焦透鏡組2、反射鏡3、低速掃描振鏡組以及4f光學(xué)系統(tǒng)5 ;其中，栗浦源1和低速掃描振鏡組分別連接至控制系統(tǒng)；栗浦源1發(fā)射皮秒脈沖激光束；由長聚焦透鏡組2聚焦；經(jīng)反射鏡3改變激光束光路；激光束分別經(jīng)過第一掃描振鏡和第二掃描振鏡41和42，進(jìn)行低速二維掃描，入射至掃描位置；掃描位置于處長聚焦透鏡組的焦點(diǎn)；4f光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在第一掃描振鏡與第二掃描振鏡之間。
[0019]4f光學(xué)系統(tǒng)包括兩個(gè)焦距同為f的凸透鏡，同軸相距2f，物距為f，像距也為f。第一掃描振鏡41與第二掃描振鏡42之間的距離為4f，長聚焦透鏡組2與反射鏡3之間的距離為D。，反射鏡3與第一掃描振鏡41之間的距離為Di，第二掃描振鏡42與掃描位置之間的距離為D2，D0+D1+4f+D2= F，其中，F(xiàn)為長聚焦透鏡組2的焦距。
[0020]上位機(jī)通過相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，生成時(shí)序相關(guān)的掃描指令，通過通訊接口傳輸至控制系統(tǒng)并儲(chǔ)存；控制系統(tǒng)收到上位機(jī)的掃描命令后開啟栗浦源發(fā)出皮秒脈沖激光束，激光束經(jīng)過長聚焦透鏡組聚焦，經(jīng)由反射鏡到達(dá)低速掃描振鏡組，通過二維掃描在掃描位置上形成預(yù)設(shè)的圖形或圖案。
[0021]最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，其特征在于，所述皮秒激光器末端光路系統(tǒng)包括:控制系統(tǒng)、栗浦源、長聚焦透鏡組和低速掃描振鏡組；其中，所述栗浦源和低速掃描振鏡組分別連接至控制系統(tǒng)；所述栗浦源發(fā)射皮秒脈沖激光束；所述激光束由長聚焦透鏡組聚焦；所述激光束經(jīng)過低速掃描振鏡組進(jìn)行低速二維掃描，入射至掃描位置；所述掃描位置于處長聚焦透鏡組的焦點(diǎn)。2.如權(quán)利要求1所述的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，其特征在于，還包括反射鏡，所述反射鏡設(shè)置在長聚焦透鏡組與低速掃描振鏡組之間。3.如權(quán)利要求1所述的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，其特征在于，所述低速掃描振鏡組包括兩路掃描振鏡，第一掃描振鏡和第二掃描振鏡，兩路掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)軸互相垂直。4.如權(quán)利要求1所述的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，所述栗浦源采用780nm或810nm的半導(dǎo)體激光器。5.如權(quán)利要求1所述的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)，還包括4f光學(xué)系統(tǒng)，所述4f光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在第一掃描振鏡與第二掃描振鏡之間。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高能量密度的皮秒激光器末端光路系統(tǒng)。本實(shí)用新型的末端光路系統(tǒng)包括：控制系統(tǒng)、泵浦源、長聚焦透鏡組和低速掃描振鏡組；本實(shí)用新型在泵浦源前設(shè)置長聚焦透鏡組，對(duì)原本直徑較大的激光束進(jìn)行聚焦，經(jīng)過低速掃描振鏡實(shí)現(xiàn)二維掃描；通過長聚焦透鏡組與低速掃描振鏡組的配合，使造價(jià)低廉的低能量密度的皮秒激光器能夠產(chǎn)生光斑形狀可變、能量密度大的激光光斑，經(jīng)濟(jì)性好；另外，本實(shí)用新型所使用的泵浦源為780nm或810nm的半導(dǎo)體激光器，相比755nm的翠綠寶石激光價(jià)格更加低廉，其對(duì)于色素沉著病變?nèi)杂休^好的治療效果。
【IPC分類】G02F1/35
【公開號(hào)】CN205038426
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520752554
【發(fā)明人】任秋實(shí), 劉曦, 于澤寬, 楊昆, 李文昭, 江曉蕓, 王國鶴, 周坤
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日