CN102961829B - 一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统 - Google Patents

一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统 Download PDF

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本发明提供一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，出光处为线性光斑，大大提高工作时的光斑功率密度。该半导体激光器系统包括半导体激光器阵列、用以对半导体激光器发出的光进行快轴准直或快慢轴同时准直的准直镜、光波导或一对内侧镀有高反膜的挡光板、贴靠在光波导出光口端的透明的接触窗、一对制冷块、以及第一通水块；第一通水块分为基底部和位于基底部上方的U型头部，光波导的中部和后部嵌于U型头部内；一对制冷块向光波导的前部延伸，并包裹接触窗侧壁和光波导前部。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

一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统
技术领域
本发明属于半导体激光器应用领域，涉及一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统。
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CO2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，提供一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，出光处为线性光斑，大大提高工作时的光斑功率密度。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，包括
由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、
用以对半导体激光器发出的光进行快轴准直或快慢轴同时准直的准直镜、
位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导或垂直于慢轴方向设置的一对内侧镀有高反膜的挡光板、
贴靠在光波导出光口端的透明的接触窗、
用以对接触窗进行传导冷却的一对制冷块、以及
第一通水块；
所述第一通水块分为基底部和位于基底部上方的U型头部，光波导的中部和后部嵌于U型头部内，在相应的光波导上方设置有固定块以压紧固定光波导；
光波导与U型头部的侧壁之间留有空隙，在U型头部的外侧依次对称设置有一对热电半导体制冷器(TEC)以及一对制冷块，所述一对制冷块向光波导的前部延伸，并包裹接触窗侧壁和光波导前部。
基于上述基本技术方案，本发明还进行了如下优化限定和改进。
上述光波导整体为棱柱或棱台形。
上述光波导的材料优选蓝宝石、K9玻璃、金刚石；挡光板的材料优选铜镀金或铜镀银。
上述接触窗的材料可以是蓝宝石、K9玻璃、石英玻璃、金刚石等。
上述制冷块的前端与接触窗整体为凸台型。
上述接触窗和光波导为蓝宝石一体件。
上述半导体激光器阵列安装于第二通水块上；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巴条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、在激光芯片上安装有准直镜(主要是快轴准直镜)，可将发散角压缩，同时经过光波导，限制慢轴方向的发散；在半导体激光器的发光面前端垂直于慢轴方向设置挡光板，也可以限制慢轴方向的光；最终在光波导出口得到条形光斑，使得每条光斑能量密度达到激光医疗的需求，通过一次扫描即能达到采用均匀光斑多次照射的同等甚至更优效果。
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％。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的光斑示意图。
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(TEC)；6第一通水块；7激光芯片；8第二通水块；9进水口；10出水口；11固定块；12准直镜；13芯片热沉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述。
参见图1本发明的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，包括由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、用以对半导体激光器发出的光进行快轴准直或快慢轴同时准直的准直镜、位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导或垂直于慢轴方向设置的一对内侧镀有高反膜的挡光板、贴靠在光波导出光口端的透明的接触窗、用以对接触窗进行传导冷却的一对制冷块、以及第一通水块。
第一通水块分为基底部和位于基底部上方的U型头部，光波导的中部和后部嵌于U型头部内，在相应的光波导上方设置有固定块以压紧固定光波导。
光波导与U型头部的侧壁之间留有空隙，在U型头部的外侧依次对称设置有一对热电半导体制冷器(TEC)以及一对制冷块，所述一对制冷块向光波导的前部延伸，并包裹接触窗侧壁和光波导前部。
光波导整体为圆柱、圆台、棱柱或棱台形，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。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。光波导优选蓝宝石、K9玻璃、金刚石。
若采用挡光板，则挡光板的材料优选铜镀金或铜镀银。
接触窗的材料可以是蓝宝石、K9玻璃、石英玻璃、金刚石等。
制冷块的前端与接触窗整体最好为凸台型。
接触窗和光波导可以做成蓝宝石一体件，效果最佳。
半导体激光器阵列安装于第二通水块上；第一通水块与第二通水块内的液冷通道相互独立，最好相串联构成一个整体回路。
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。
本发明采用的半导体激光器是将激光器巴条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)

1.一种带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，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、
用以对半导体激光器发出的光进行快轴准直或快慢轴同时准直的准直镜、
位于半导体激光器阵列发光面前端的光波导或垂直于慢轴方向设置的一对内侧镀有高反膜的挡光板、
贴靠在光波导出光口端的透明的接触窗、
用以对接触窗进行传导冷却的一对制冷块、以及
第一通水块；
所述第一通水块分为基底部和位于基底部上方的U型头部，光波导的中部和后部嵌于U型头部内，在相应的光波导上方设置有固定块以压紧固定光波导；
光波导与U型头部的侧壁之间留有空隙，在U型头部的外侧依次对称设置有一对热电半导体制冷器以及一对制冷块，所述一对制冷块向光波导的前部延伸，并包裹接触窗侧壁和光波导前部。
2.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：所述光波导整体为棱柱或棱台形。
3.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：光波导的材料为蓝宝石、K9玻璃或金刚石；挡光板的材料为铜镀金或铜镀银。
4.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，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。
5.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：制冷块的前端与接触窗整体为凸台型。
6.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：接触窗和光波导为蓝宝石一体件。
7.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：半导体激光器阵列安装于第二通水块上；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。
8.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：制冷块的材料为铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢或者金刚石。
9.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，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，硬质阳极化铝或者塑料。
10.根据权利要求1所述的带准直的双侧制冷型医疗美容用半导体激光器系统，其特征在于：所述的半导体激光器是将激光器巴条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；激光器巴条芯片为单发光点芯片或者多发光点芯片。
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