CN102946053B - 医疗美容用半导体激光器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种医疗美容用半导体激光器模块，包括由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导、位于光波导出光口端的凸台形的透明的接触窗、以及用以对接触窗进行传导冷却的制冷块；所述制冷块分为基底部和位于基底部上方的中空型头部，该中空型头部的前部将接触窗的侧壁整体贴合扣紧，在制冷块的基底部下方设置热电半导体制冷器；光波导与固定块的接触面上设置有中心为空的垫片；在制冷块的基底部包覆有隔热套。本发明采用独特的制冷结构设计，使得与皮肤直接接触的工作端面温度能够接近冰点，且结构紧凑、稳定。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器应用领域，具体涉及一种高功率半导体激光器光源系统，适用于激光医疗。
背景技术
激光医疗作为激光应用的一个重要领域，发展非常迅速，逐步走向成熟。半导体激光器因具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、波长覆盖广的特点，特别适用于医疗设备的制造。
目前商业应用的激光脱毛系统有：红宝石激光器(波长694nm)，翠绿宝石激光器(波长755nm)，半导体激光器(波长810nm)和调Q掺钕钇铝石榴石激光器(波长1064nm)。其中半导体激光器脱毛已被证实是一种安全和有效的激光脱毛方式。
据估计，2010年内全球范围内进行的激光脱毛手术达500万人次。半导体激光在美容领域的另一个重要应用是皮肤重建手术，用于除皱、嫩肤。激光被真皮胶原组织中的水分吸收，产生热效应，刺激胶原蛋白的再生和重塑，使皮肤变得光滑细嫩，恢复弹性。此外，激光还可用于治疗雀斑、外伤性色素沉着、祛除纹身、纹眉、眼线等黑、蓝色素病变
眼科中最常用的的热源是半导体激光器，半导体激光器可用于治疗各种难治性青光眼、硅油注入术后难治性高眼压，以及视网膜的光凝和固定等。
随着半导体激光技术的发展成熟，自身特有的优势不断增大，其在医疗领域的应用也在不断拓展，几乎覆盖了其它激光器的应用范围。它不仅弥补了高能CO激光不易光纤传输、操作不便的缺点，而且弥补了灯泵浦固体激光器效率低、散热麻烦的缺点，有望成为医用激光的主流。
中国专利授权公告号为CN1452465公开了日本雅芒有限公司实用新型的激光脱毛装置。该装置采用输出功率5mW-1500mw，波长600nm-1600nm的半导体激光器进行脱毛，因为系统输出功率低，光斑尺寸小，波长输出也不可调，脱毛效率非常低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的缺点，提供一种医疗美容用半导体激光器模块，本发明接触窗可以直接与皮肤接触。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
医疗美容用半导体激光器模块，包括
由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、
位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导、
位于光波导出光口端的凸台形的透明的接触窗、以及
用以对接触窗进行传导冷却的制冷块；
所述制冷块分为基底部和位于基底部上方的中空型头部，该中空型头部的前部将接触窗的侧壁整体贴合扣紧，在中空型头部的空腔内固定有中空套筒，中空套筒的前端顶紧接触窗的后端面；光波导出光口端位于中空套筒内，并与中空套筒之间留有空气隙；
在制冷块的基底部下方设置热电半导体制冷器，热电半导体制冷器(TEC)下方设置有第一通水块；半导体激光器阵列安装有用于散热的第二通水块；
光波导通过安装于制冷块的基底部或第一通水块上的一对槽型固定块夹持固定，该对槽型固定块通过螺钉穿接固定，光波导与固定块的接触面上设置有中心为空的垫片；
在上述制冷块的基底部包覆有隔热套。
基于上述基本技术方案，本发明还做了如下优化限定和改进。
在制冷块的基底部和/或第一通水块表面设置有用以引导积水排出的导流槽。
上述第一通水块与第二通水块内的液冷通道相串联或者相互独立。
上述光波导整体为圆柱、圆台、棱柱或棱台形。
上述光波导的材料可以是金属，则光波导为空心，且光波导内表面镀有反射膜；光波导的材料也可以是透明材料，如玻璃、树脂、蓝宝石、金刚石等，则光波导既可以为实心，也可以为空心。
上述光波导位于半导体激光器阵列发光面前端，距离半导体激光器阵列发光面0.5-5.0毫米。
上述接触窗的材料可以是蓝宝石或者K9玻璃、石英玻璃、金刚石等。
上述制冷块的材料可以是金属材料，如铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢等，也可以是金刚石。
上述第一通水块和第二通水块的材料可以是铜，铝，不锈钢，硬质阳极化铝，塑料。
上述的半导体激光器是将激光器芯片封装在芯片热沉上，芯片热沉可以是微通道热沉、宏通道热沉或者金属块；激光器芯片可以是单发光点芯片，也可以是多发光点芯片。
本发明具有以下有益效果：
1、通常半导体激光器阵列中巴条快轴方向的快轴发散角为30～40度，慢轴发散角为5～10度；使用光波导传输激光，限制光束发散，光束在光波导内通过多次反射，最终出射的光斑被匀化，因此得到均匀光斑。
2、采用独特的制冷结构设计，使得与皮肤直接接触的工作端面温度能够接近冰点，且结构紧凑、稳定。
3、采用热电半导体制冷器(TEC)作为冷却源，调节制冷块的温度对接触窗进行制冷，冷却温度可低至5℃左右(冰点)，有效减小了治疗时的痛楚。
4、匹配设置具有液冷通道的通水块，散热效率高；另外，热电半导体制冷器下的通水块也可以与半导体激光器阵列等其他部件的液冷通道整体构成一个串联通道，半导体激光器阵列和半导体热电制冷器(TEC)冷却水路为串联结构，通过通水块连接，结构简单，克服了传统并联水路各支路水路不可控制的缺点，有效保证了半导体激光器的冷却，使得激光器工作更稳定可靠。
5、接触窗采用凸台设计，杜绝了治疗时辅助物品如冷凝胶等的进入，使得激光器工作更稳定可靠；同时接触窗更换简便，使用时能够与皮肤贴合，接触部温度接近冰点，既有效地保护了正常皮肤不受热损伤，减轻疼痛，又可增加治疗能量，提高疗效；同时接触窗下压皮肤，使毛囊倒伏，使激光的吸收量增加30％-40％。
6、制冷块对接触窗制冷，需要制冷块头部温度很低，而对于制冷块尾部，又不能温度太低，制冷块尾部温度很低，光波导的温度也将很低在光波导入光处将会结露，结露形成水雾，将会污染半导体激光器，使半导体激光器失效。考虑到产品工作时的部位温差特点，在靠近制冷部位设置绝热保温套(层)，避免受冷结露、积水。
7、在通水块(以及制冷块上)设置导流槽，使结露形成的积水可以通过导流槽导出而避免对半导体激光器的污染。
8、在制冷块中空头部设置中空套筒，光波导出光端包裹在中空套筒内，并与中空套筒之间留有空气隙；可以使光波导可能产生的漏光只在中空套筒内反射，避免漏出的激光打在制冷块上影响制冷块对皮肤接触部(接触窗口)的制冷效果，同时中空套筒也起到对接触窗的顶紧作用。
9、光波导通过固定块夹持固定，光波导与固定块的接触部为竖直平面或水平平面，以利于稳定夹持固定，固定块可设置于制冷块基底部和/第一通水块上。
10、在固定块与光波导间设置垫片，两个固定块通过螺钉连接固定，防止固定块将光波导压碎；垫片中心可以为空，连接固定块和光波导，减小垫片与光波导接触面积，不影响光波导内的激光进行全反射。
附图说明
图1为本发明实施例的剖视结构示意图。
图2为本发明的立体示意图。
图3为本发明接触窗与制冷块的连接示意图。
附图标号说明：
1-半导体激光器阵列；2-光波导；3-接触窗；4-制冷块；5-半导体热电制冷器；6-第一通水块；7-激光芯片；8-芯片热沉；9-隔热套；10-第一固定块；11-第二固定块；12-垫片；13-中空套筒；14-绝缘垫层；15-导流槽；16-第二通水块；17-进水口；18-出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和图2，医疗美容用半导体激光器模块，包括由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导、位于光波导出光口端的凸台形的透明的接触窗、以及用以对接触窗进行传导冷却的制冷块。
制冷块分为基底部和位于基底部上方的中空型头部，该中空型头部的前部将接触窗的侧壁整体贴合扣紧，在中空型头部的空腔内固定有中空套筒，中空套筒的前端顶紧接触窗的后端面；光波导出光口端位于中空套筒内，并与中空套筒之间留有空气隙。制冷块的基底部包覆有隔热套。
在制冷块的基底部下方设置热电半导体制冷器，热电半导体制冷器(TEC)下方设置有第一通水块；半导体激光器阵列安装有用于散热的第二通水块。第一通水块与第二通水块内的液冷通道可以各自独立，最好相串联。通水块的较佳选材为铜，铝，不锈钢，硬质阳极化铝或塑料。
光波导通过安装于制冷块的基底部或第一通水块上的一对槽型固定块夹持固定，该对槽型固定块通过螺钉穿接固定，光波导与固定块的接触面上设置有中心为空的垫片。该垫片的具体形式可以类似于垫圈，也可以是横截面为多边形框、椭圆框的结构。
该中空垫片为柔性材料，较佳选材为聚甲醛、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺或硫化橡胶。
在制冷块的基底部和/或第一通水块表面还设置有用以引导积水排出的导流槽。
根据实际应用需要，光波导的材料可以是金属，则光波导为空心，且光波导内四个面均镀有反射膜；光波导的材料也可以是透明材料，如玻璃、树脂、蓝宝石、金刚石等，则光波导既可以为实心，也可以为空心。如需要进一步提高能量密度，光波导可以采用具有光束汇聚作用的棱台形或圆台形。
光波导位于半导体激光器阵列发光面前端，距离半导体激光器阵列发光面0.5-5.0毫米。
接触窗的材料可以是蓝宝石或者K9玻璃、石英玻璃、金刚石等。
制冷块的材料可以是金属材料，如铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢等，也可以是金刚石。
第一通水块和第二通水块的材料可以是铜，铝，不锈钢，硬质阳极化铝，塑料。
半导体激光器是将激光器芯片封装在芯片热沉上，芯片热沉可以是微通道热沉、宏通道热沉或者金属块；激光器芯片可以是单发光点芯片，也可以是多发光点芯片。
若采用本发明进行激光脱毛，则半导体激光器阵列1的输出功率为200W以上即可。
Claims (10)
1.医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：包括
由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、
位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导、
位于光波导出光口端的凸台形的透明的接触窗、以及
用以对接触窗进行传导冷却的制冷块；
所述制冷块分为基底部和位于基底部上方的中空型头部，该中空型头部的前部将接触窗的侧壁整体贴合扣紧，在中空型头部的空腔内固定有中空套筒，中空套筒的前端顶紧接触窗的后端面；光波导出光口端位于中空套筒内，并与中空套筒之间留有空气隙；
在制冷块的基底部下方设置热电半导体制冷器，热电半导体制冷器下方设置有第一通水块；半导体激光器阵列安装有用于散热的第二通水块；
所述光波导整体为圆柱、圆台、棱柱或棱台形；光波导通过安装于制冷块的基底部或第一通水块上的一对槽型固定块夹持固定，所述一对槽型固定块通过螺钉穿接固定，光波导与固定块的接触面上设置有中心为空的垫片；
在制冷块的基底部包覆有隔热套。
2.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：在制冷块的基底部和/或第一通水块表面设置有用以引导积水排出的导流槽。
3.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：所述第一通水块与第二通水块内的液冷通道相串联或者相互独立。
4.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：所述光波导位于半导体激光器阵列发光面前端，距离半导体激光器阵列发光面0.5-5.0毫米。
5.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：接触窗的材料为蓝宝石、K9玻璃、石英玻璃或者金刚石。
6.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：制冷块的材料为铜、铝、铁、不锈钢或者金刚石。
7.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：制冷块的材料为镀金铜或镀金铝。
8.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：第一通水块和第二通水块的材料为铜、铝、不锈钢或者塑料。
9.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：第一通水块和第二通水块的材料为硬质阳极化铝。
10.根据权利要求1所述的医疗美容用半导体激光器模块，其特征在于：所述的半导体激光器是将激光器芯片封装在芯片热沉上，芯片热沉为微通道热沉、宏通道热沉或者金属块；激光器芯片为单发光点芯片或者多发光点芯片。
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