CN102038538B - 一种多用途大功率半导体激光治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途大功率半导体激光治疗仪，包括主控模块、冷却控制装置、显示控制装置、开关控制装置、电源杂波滤波器、AC-DC电源模块、多相恒流控制模块和多波长大功率半导体激光器，多波长大功率半导体激光器包括光学组件装置、光纤连接器及至少两组具有不同波长的巴条阵列组；各巴条阵列组的电极工作状态受控于主控模块，巴条阵列组上的激光光束经整形、偏振、聚焦、准直后，耦合到光纤连接器的中心轴线上，再通过光纤连接器分时或同时输出多波长的激光光束。本发明能够输出多波长的激光光束，其解决了在半导体激光器上的单个光纤连接器输出多波长激光束的技术难题，满足了激光医学临床应用的需求，真正实现了一机多用。

Description

一种多用途大功率半导体激光治疗仪

技术领域

本发明涉及一种激光治疗仪，特别是涉及一种用在激光医学手术治疗领域的多用途大功率半导体激光治疗仪。

背景技术

在激光医学领域的应用上，大功率激光器多采用掺杂晶体作为激发介质，激发光源为灯泵或半导体泵浦源。然而，上述大功率激光器存在光学结构复杂、光电转化率较低、寿命短、稳定性差、体积大、价格高等问题。目前，在大功率激光医疗设备上，几乎是使用单波长固体激光器，存在一定临床应用的缺陷。

近年来，半导体激光技术得到迅速发展。半导体激光器具有体积小、光电转化率高、激光波长选择范围广泛及光电效率可达30-50%等特点，特别是单巴条封装的半导体激光器，其输出功率可高达数十瓦级，其应用空间广泛。目前，在激光医学上针对不同病症所采用的不同波长的激光的疗效得到充分的认可，特别是接近血红蛋白吸收波峰处（980nm左右）和水吸收波峰处（如1470nm左右或1940nm左右）的波长的半导体激光技术，在泌尿外科肿瘤及良性前列腺肥大症状上的激光手术的应用倍受关注。然而，目前的半导体激光技术在医学上的应用仍存在诸多技术上的不足：在百瓦级大功率半导体激光器上单光纤连接器输出端上难以获得多波长的激光束，满足不了激光医学临床应用手术及治疗的需求，难以解决一机多用等技术问题。因此，仍需加大研究力度以解决半导体激光技术在医学上的诸多技术不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够输出多波长的激光光束的实现一机多用效果的多用途大功率半导体激光治疗仪，该多用途大功率半导体激光治疗仪解决了在半导体激光器上的单个光纤连接器输出多波长激光束的技术难题并且满足了激光医学临床应用的需求。

本发明的技术方案是：

一种多用途大功率半导体激光治疗仪，包括主控模块、冷却控制装置、显示控制装置、开关控制装置以及电源杂波滤波器、AC-DC电源模块；其还包括多相恒流控制模块和多波长大功率半导体激光器，所述多波长大功率半导体激光器包括光学组件装置、光纤连接器以及至少两组具有不同波长的巴条阵列组，其中一组巴条阵列组固定在光纤连接器的中心轴线X位置上或固定在中心轴线X的其中一侧以及剩下的其他各巴条阵列组固定在Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧，所述的Y轴和Z轴分别指的是以中心轴线X、Y轴、Z轴形成的三维坐标系统的其中一条轴；多相恒流控制模块的输出端分别与上述的各巴条阵列组的电极连接，各巴条阵列组的电极工作状态受控于主控模块的控制，各组巴条阵列组上的激光光束经过光学组件装置进行偏振、整形、聚焦、准直后，耦合到光纤连接器的中心轴线X上，再通过光纤连接器分时或同时输出多波长的激光光束；所述主控模块分别与多波长大功率半导体激光器、多相恒流控制模块、显示控制装置、开关控制装置、冷却控制装置连接，以及多波长大功率半导体激光器还与冷却控制装置连接，以及AC-DC电源模块分别与主控模块、多相恒流控制模块、显示控制装置、冷却控制装置连接，以及电源杂波滤波器并联于AC-DC电源模块的输入端。

优选地，所述巴条阵列组的波长为405nm～3000nm之间，以及功率为5mW～300W之间。

优选地，所述光学组件装置包括一个光学聚焦镜组以及都与巴条阵列组的组数相同的微光学透镜组和单色镜片；所述光学聚焦镜组设在光纤连接器的中心轴线X位置上，各巴条阵列组上的激光光束经过光学聚焦镜组进行偏振、整形、聚焦、准直后再耦合到光纤连接器的中心轴线X上；所述微光学透镜组紧贴在相应的巴条阵列组的出光处；各单色镜片都固定在光纤连接器的中心轴线X位置上，以及位于Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧的所有巴条阵列组上的激光光束分别与相应的单色镜片之间形成°并且激光光束的发射方向沿着光纤连接器的中心轴线X输出方向；在各单色镜片的一面镀有与相应的巴条阵列组的波长相同的全反射膜，与所述位于Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧的巴条阵列组相对应的单色镜片上的全反射膜的面与相应巴条阵列组光束形成°，以及与所述位于光纤连接器中心轴线X位置的巴条阵列组相对应的单色镜片上的全反射膜面向光纤连接器的中心轴线X输出方向并且该全反射膜与上述位于光纤连接器中心轴线X位置上的巴条阵列组的光束之间形成垂直角度。

优选地，其还包括安装在所述光学聚焦镜组与光纤连接器之间的可置换保护窗口，各巴条阵列组上的激光光束经过光学聚焦镜组进行偏振、整形、聚焦、准直后，先经过该可置换保护窗口再耦合到光纤连接器的中心轴线X上。

优选地，其还包括基板，各巴条阵列组分别固定在该基板上； 所述基板为一带液体微通道结构的基板，液体微通道结构带有进液连接器和出液连接器并且进液连接器、出液连接器分别与冷却控制装置连接；或所述基板为一铜质基板，在铜质基板的一面紧贴有热电冷却器，热电冷却器与冷却控制装置连接。

优选地，在所述基板上设有多个用于检测巴条阵列组工作温度的温度传感器并且上述温度传感器还用于为恒温控制和过温报警提供温度检测采样信号，温度传感器与主控模块连接。

优选地，所述多相恒流控制模块包括多相开关稳压控制器以及与所述巴条阵列组的组数相同的由霍尔电流传感器、比例放大器组成的电路。

优选地，所述电源杂波滤波器是由磁性材料的电感器及电容器组成的电源杂波滤波器。

优选地，在所述光纤连接器的通道中设有光功率传感器，该光功率传感器用于为外部提供激光功率反馈采样信号，光功率传感器与主控模块连接。 

优选地，所述开关控制装置为脚踏开关控制装置，该脚踏开关控制装置为无线控制模式的脚踏开关控制装置或为有线控制模式的脚踏开关控制装置。

本发明具有以下有益效果：

（1）在本发明的技术方案中，通过增设多相恒流控制模块和多波长大功率半导体激光器，并且多波长大功率半导体激光器包括光纤连接器、光学组件装置以及至少两组具有不同波长的巴条阵列组，因此，在主控模块的控制下，各组巴条阵列组上的激光光束经过光学组件装置进行偏振、整形、聚焦、准直后，耦合到光纤连接器的中心轴线上，就能够通过光纤连接器分时或同时输出多波长的激光光束。故本发明的一种多用途大功率半导体激光治疗仪解决了在半导体激光器上的单个光纤连接器输出多波长激光束的技术难题，满足了激光医学临床应用的需求，真正实现了一机多用。

（2）在本发明的技术方案中，通过采用巴条组成的巴条阵列组，通过光学组件装置对激光光束的偏振、整形、合束、聚焦准直，从而本发明可提高单位面积的填充因子，可使本发明的多用途大功率半导体激光治疗仪的输出功率达到百瓦级以上。

（3）在本发明的技术方案中，多相恒流控制模块包括多相开关稳压控制器以及多个由霍尔电流传感器、比例放大器组成的电路，故其具有高效率、低纹波、大电流的特性，其区别于常用的激光器恒流驱动的技术。在本发明中，通过主控模块控制多相恒流控制模块工作，进一步地，可使巴条阵列组分别运行连续和脉冲两种工作模式，从而保证了各巴条阵列组在预置值的恒定电流下控制工作。

（4）另外，在本发明的技术方案中，微光学透镜组紧贴在巴条阵列组出光处，其具有改变巴条阵列组的微笑效应的作用；温度传感器可用于检测巴条阵列组工作温度；光功率传感器能够为外部提供激光功率反馈采样信号。

附图说明

图1为本发明的电路方框图；

图2为本发明所述的多波长大功率半导体激光器部分的结构示意图；

图3为本发明所述的多相恒流控制模块部分的电路方框图。

其中：

10. 交流电，20. 多波长大功率半导体激光器，201. 巴条阵列组，202. 光纤连接器，X. 中心轴线，203. 光学组件装置，2031. 光学聚焦镜组，2032. 微光学透镜组，2033. 单色镜片，204. 温度传感器,30. AC-DC电源模块，40. 多相恒流控制模块，401. 多相开关稳压控制器, 402. 比例放大器，403. 霍尔电流传感器, 50. 主控模块，60. 电源杂波滤波器，70. 显示控制装置，80. 开关控制装置，90. 光功率传感器，100. 冷却控制装置,110. 基板，1101. 进液连接器，1102. 出液连接器，120. 可置换保护窗口。

具体实施方式

   下面结合附图对本发明作进一步说明。

参阅图1，它是本发明的电路方框图。一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其包括多波长大功率半导体激光器20、AC-DC电源模块30、多相恒流控制模块40、主控模块50、电源杂波滤波器60、显示控制装置70、开关控制装置80、冷却控制装置100，其中，多波长大功率半导体激光器20包括光纤连接器202、光学组件装置203以及至少两组具有不同波长的巴条阵列组201，如巴条阵列组201有两组、三组、十组等等；主控模块50分别与多波长大功率半导体激光器20、多相恒流控制模块40、显示控制装置70、开关控制装置80、冷却控制装置100连接，以及多波长大功率半导体激光器20还分别与多相恒流控制模块40、冷却控制装置100连接，以及AC-DC电源模块30分别与主控模块50、多相恒流控制模块40、显示控制装置70、冷却控制装置100连接，以及电源杂波滤波器60并联于电力电源入口端。

在本发明中，其中一组巴条阵列组201固定在光纤连接器202的中心轴线X位置上或固定在中心轴线X的其中一侧以及剩下的其他巴条阵列组201固定在Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧，所述的Y轴和Z轴分别指的是以中心轴线X、Y轴、Z轴形成的三维坐标系统的其中一条轴。例如，当具有三组巴条阵列组201时，其中一组巴条阵列组201固定在光纤连接器202的中心轴线X位置上，以及另外两组巴条阵列组201可分别固定在Y轴两侧、或者两组巴条阵列组201都固定在Y轴同一侧、或一组巴条阵列组201固定在Z轴的上侧及另一组巴条阵列组201固定在Z轴的下侧、或者两组巴条阵列组201都同时固定在Z轴的上侧或下侧。多相恒流控制模块40的输出端分别与上述三组巴条阵列组201的电极连接。各巴条阵列组201的电极工作状态受控于主控模块50的控制。

在本发明中，各组巴条阵列组201上的激光光束经过光学组件装置203进行偏振、整形、聚焦、准直后，耦合到光纤连接器202的中心轴线X上，再通过光纤连接器202分时或同时输出多波长的激光光束。

参阅图2，它是本发明所述的多波长大功率半导体激光器部分的结构示意图。多波长大功率半导体激光器20：多波长大功率半导体激光器20包括光纤连接器202、光学组件装置203以及至少两组具有不同波长的巴条阵列组201。

巴条阵列组201：巴条阵列组201可为两组、三组、十组等，如图2中巴条阵列组201为三组。巴条阵列组201的波长为405nm～3000nm之间，如医学常用的波长405nm、630nm、670nm、980nm、1064nm、1470nm、1940nm、2340nm、2880nm等，功率为5mW～300W。

光学组件装置203：光学组件装置203包括一个光学聚焦镜组2031以及都与巴条阵列组201的组数相同的微光学透镜组2032和单色镜片2033，即若具有三组不同波长的巴条阵列组201，那么微光学透镜组2032和单色镜片2033的数量都为三个。光学聚焦镜组2031设在光纤连接器202的中心轴线X位置上，各组巴条阵列组201上的激光光束经过光学聚焦镜组2031进行偏振、整形、聚焦、准直后再耦合到光纤连接器202的中心轴线X上。微光学透镜组块2032紧贴在相应的巴条阵列组201的出光处。各单色镜片2033都固定在光纤连接器202的中心轴线X位置上，以及位于光纤连接器202的中心轴线X同一侧或两侧的所有巴条阵列组201上的激光光束分别与相应的单色镜片2033之间形成45°并且激光光束的发射方向沿着光纤连接器202的中心轴线X输出方向。在各单色镜片2033的一面镀有与相应的巴条阵列组201的波长相同的全反射膜，与所述位于光纤连接器202的中心轴线X同一侧或两侧的巴条阵列组201相对应的单色镜片2033上的全反射膜的面与相应巴条阵列组光束形成45°，以及与所述位于光纤连接器202中心轴线X位置的巴条阵列组201相对应的单色镜片2033上的全反射膜面向光纤连接器202的中心轴线X输出方向并且该全反射膜与上述位于光纤连接器202中心轴线X位置上的巴条阵列组201的光束之间形成垂直角度。

作为进一步改进，在本发明中，在光学聚焦镜组2031与光纤连接器202之间安装有一个可置换保护窗口120，见图2，各巴条阵列组201上的激光光束经过光学聚焦镜组2031进行偏振、整形、聚焦、准直后，先经可置换保护窗口120后再耦合到光纤连接器202的中心轴线X上。

作为进一步改进，在本发明中，其还包括一个基板110，见图2，各巴条阵列组201分别固定在该基板110上。其中，基板110可为一带液体微通道结构的基板，液体微通道结构带有进液连接器1101和出液连接器1102并且进液连接器1101、出液连接器1102分别与冷却控制装置100连接；或基板110也可为一铜质基板，一热电冷却器紧贴在铜质基板的一面，该热电冷却器与冷却控制装置100连接。另外，在基板110上设有多个用于检测巴条阵列组201工作温度的温度传感器204并且上述温度传感器204还用于为恒温控制和过温报警提供温度检测采样信号。此外，还可在基板110上设有其他各种检测传感器等等，各检测传感器分别与主控模块50连接。

参阅图3，它是本发明所述的多相恒流控制模块部分的电路方框图。多相恒流控制模块40包括多相开关稳压控制器401以及与所述巴条阵列组201的组数相同的由霍尔电流传感器403、比例放大器402组成的电路，即若具有三组不同波长的巴条阵列组201，那么由霍尔电流传感器403、比例放大器402组成的电路也为三个。在上述的由霍尔电流传感器403、比例放大器402组成的电路中，霍尔电流传感器403用于检测巴条阵列组201的电流变化值，霍尔电流传感器403输出信号给比例放大器402，以及比例放大器402的输出端连接多相开关稳压控制器401的电流控制端而形成闭环回路。每一由霍尔电流传感器403、比例放大器402组成的电路都与一巴条阵列组201相对应，每一巴条阵列组201的负极经相应的霍尔电流传感器403后与多相开关稳压控制器401的一输入端连接，以及该巴条阵列组201的正极与多相开关稳压控制器401的一输出端连接。

作为进一步改进，在本发明中，电源杂波滤波器60是由同轴非晶态环形螺线管式软磁性材料的电感器及电容器组成的无源并联电源杂波滤波器，见图1，其中，该电源杂波滤波器60并联于电力电源入口端，如电源杂波滤波器60与交流电10并联。

作为进一步改进，在本发明中，在光纤连接器202的通道中设有光功率传感器90，见图2，该光功率传感器90用于为外部提供激光功率反馈采样信号，光功率传感器90与主控模块50连接。 

作为进一步改进，在本发明中，开关控制装置80为脚踏开关控制装置，该脚踏开关控制装置为无线控制模式的脚踏开关控制装置或为有线控制模式的脚踏开关控制装置。另外，显示控制装置70可为触摸式显示控制装置等等。

上述的实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种多用途大功率半导体激光治疗仪，包括：

主控模块(50)、冷却控制装置(100)、显示控制装置(70)、开关控制装置(80)以及电源杂波滤波器(60)、AC-DC电源模块(30)；

其特征在于，还包括：

多相恒流控制模块(40)和多波长大功率半导体激光器(20)，所述多波长大功率半导体激光器(20)包括光学组件装置(203)、光纤连接器(202)以及至少两组具有不同波长的巴条阵列组(201)，其中一组巴条阵列组(201)固定在光纤连接器(202)的中心轴线(X)位置上或固定在中心轴线(X)的其中一侧以及剩下的其他各巴条阵列组(201)固定在Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧，所述的Y轴和Z轴分别指的是以中心轴线(X)、Y轴、Z轴形成的三维坐标系统的其中一条轴；多相恒流控制模块(40)的输出端分别与上述的各巴条阵列组(201)的电极连接，各巴条阵列组(201)的电极工作状态受控于主控模块(50)的控制，各组巴条阵列组(201)上的激光光束经过光学组件装置(203)进行偏振、整形、聚焦、准直后，耦合到光纤连接器(202)的中心轴线(X)上，再通过光纤连接器(202)分时或同时输出多波长的激光光束；

所述主控模块(50)分别与多波长大功率半导体激光器(20)、多相恒流控制模块(40)、显示控制装置(70)、开关控制装置(80)、冷却控制装置(100)连接，以及多波长大功率半导体激光器(20)还与冷却控制装置(100)连接，以及AC-DC电源模块(30)分别与主控模块(50)、多相恒流控制模块(40)、显示控制装置(70)、冷却控制装置(100)连接，以及电源杂波滤波器(60)并联于AC-DC电源模块(30)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

所述巴条阵列组(201)的波长为405nm～3000nm之间，以及功率为5mW～300W之间。

3.根据权利要求1所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

所述光学组件装置(203)包括一个光学聚焦镜组(2031)以及都与巴条阵列组(201)的组数相同的微光学透镜组(2032)和单色镜片(2033)；

所述光学聚焦镜组(2031)设在光纤连接器(202)的中心轴线(X)位置上，各巴条阵列组(201)上的激光光束经过光学聚焦镜组(2031)进行偏振、整形、聚焦、准直后再耦合到光纤连接器(202)的中心轴线(X)上；

所述微光学透镜组(2032)紧贴在相应的巴条阵列组(201)的出光处；

各单色镜片(2033)都固定在光纤连接器(202)的中心轴线(X)位置上，以及位于Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧的所有巴条阵列组(201)上的激光光束分别与相应的单色镜片(2033)之间形成45°并且激光光束的发射方向沿着光纤连接器(202)的中心轴线(X)输出方向；

在各单色镜片(2033)的一面镀有与相应的巴条阵列组(201)的波长相同的全反射膜，与所述位于Y轴一侧或两侧、或Z轴的上侧或下侧的巴条阵列组(201)相对应的单色镜片(2033)上的全反射膜的面与相应巴条阵列组光束形成45°，以及与所述位于光纤连接器(202)中心轴线(X)位置的巴条阵列组(201)相对应的单色镜片(2033)上的全反射膜面向光纤连接器(202)的中心轴线(X)输出方向并且该全反射膜与上述位于光纤连接器(202)中心轴线(X)位置上的巴条阵列组(201)的光束之间形成垂直角度。

4.根据权利要求3所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于，还包括：安装在所述光学聚焦镜组(2031)与光纤连接器(202)之间的可置换保护窗(120)，各巴条阵列组(201)上的激光光束经过光学聚焦镜组(2031)进行偏振、整形、聚焦、准直后，先经过该可置换保护窗(120)再耦合到光纤连接器(202)的中心轴线(X)上。

5.根据权利要求1所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于，还包括：

基板(110)，各巴条阵列组(201)分别固定在该基板(110)上；

所述基板(110)为一带液体微通道结构的基板，液体微通道结构带有进液连接器(1101)和出液连接器(1102)并且进液连接器(1101)、出液连接器(1102)分别与冷却控制装置(100)连接；或所述基板(110)为一铜质基板，在铜质基板的一面紧贴有热电冷却器，热电冷却器与冷却控制装置(100)连接。

6.根据权利要求5所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

在所述基板(110)上设有多个用于检测巴条阵列组(201)工作温度的温度传感器(204)并且上述温度传感器(204)还用于为恒温控制和过温报警提供温度检测采样信号，温度传感器(204)与主控模块(50)连接。

7.根据权利要求1所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

所述多相恒流控制模块(40)包括多相开关稳压控制器(401)以及与所述巴条阵列组(201)的组数相同的由霍尔电流传感器(403)、比例放大器(402)组成的电路。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

所述电源杂波滤波器(60)是由磁性材料的电感器及电容器组成的电源杂波滤波器。

9.根据权利要求1至7任一项所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

在所述光纤连接器(202)的通道中设有光功率传感器(90)，该光功率传感器(90)用于为外部提供激光功率反馈采样信号，光功率传感器(90)与主控模块(50)连接。

10.根据权利要求1至7任一项所述的一种多用途大功率半导体激光治疗仪，其特征在于：

所述开关控制装置(80)为脚踏开关控制装置，该脚踏开关控制装置为无线控制模式的脚踏开关控制装置或为有线控制模式的脚踏开关控制装置。

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