CN102973316B - 用于激光医疗美容的半导体激光器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其接触窗可以直接与皮肤接触。该用于激光医疗美容的半导体激光器系统，包括半导体激光器阵列、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设置一个内表面镀有高反膜的中空套筒，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隙。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，具体涉及用于激光医疗美容的半导体激光器系统。
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，提供用于激光医疗美容的半导体激光器系统，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：
用于激光医疗美容的半导体激光器系统，包括
由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列、
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设置一个内表面镀有高反膜的中空套筒，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。
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。
上述中空套筒通过点接触方式(比如螺纹连接)与中空型头部的内壁连接固定。
上述中空套筒的材料最好采用铜，相应的高反膜为镀金或镀银层。
上述第一通水块与第二通水块内的液冷通道可以各自独立，也可以相串联。
上述光波导整体为棱柱、棱台、圆柱或圆台形。
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，以蓝宝石为最佳。
上述接触窗和光波导为蓝宝石或金刚石制成的一体件。
上述制冷块的材料最好采用铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢或者金刚石。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。
上述光波导通过固定块夹持固定在制冷块的基底部或第一通水块上。
上述的半导体激光器可以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、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。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图；
图2是本发明制冷块的中空型头部与接触窗连接图。
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通水块；7激光器芯片；8芯片热沉；9进水口；10出水口；11中空套筒；12第一固定块；13第二固定块。
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，本发明的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，包括由多个半导体激光器叠加形成的半导体激光器阵列1、位于半导体激光器阵列1发光面前端的光波导2、位于光波导出光口端的凸台形的透明的接触窗3、以及用以对接触窗3进行传导冷却的制冷块4。
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。
根据实际应用需要，光波导2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2可以采用具有光束汇聚作用的棱台形或圆台形。
制冷块4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3的侧壁整体贴合扣紧，在中空型头部的空腔内固定设置一个内表面镀有高反膜的中空套筒11，中空套筒11的前端顶紧接触窗3的后端面；光波导2出光口端位于中空套筒11内，并与中空套筒之间留有空隙；
在制冷块4的基底部下方设置热电半导体制冷器5，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，这两个通水块内的液冷通道可以各自独立，最好相串联。两个通水块也可以直接做成一体的通水块6。这样，冷却介质由进水口9流入，最后再由出水口10流出。
中空套筒11可以与中空型头部的内壁以螺纹连接的方式固定。中空套筒的材料优选铜，相应的高反膜为镀金或镀银层。
光波导通过第一固定块12和第二固定块13共同夹持固定在制冷块的基底部或第一通水块上。固定块一般采用槽型。
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，以蓝宝石为最佳。接触窗和光波导的优选匹配为蓝宝石或金刚石制成的一体件。
制冷块的材料最好采用铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢或者金刚石。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。
每个半导体激光器可以是将激光器芯片7封装在芯片热沉8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。
Claims (10)
1.用于激光医疗美容的半导体激光器系统，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、
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设置一个内表面镀有高反膜的中空套筒，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。
2.根据权利要求1所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述中空套筒通过点接触方式与中空型头部的内壁连接固定。
3.根据权利要求1或2所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述中空套筒的材料为铜，相应的高反膜为镀金或镀银层。
4.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述第一通水块与第二通水块内的液冷通道各自独立或相串联。
5.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述光波导整体为棱柱、棱台、圆柱或圆台形。
6.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，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。
7.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述接触窗的材料为蓝宝石、K9玻璃、石英玻璃或者金刚石。
8.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述接触窗和光波导为蓝宝石或金刚石制成的一体件。
9.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述制冷块的材料为铜，铝，铁，镀金铜，镀金铝，不锈钢或者金刚石；所述第一通水块和第二通水块的材料为铜，铝，不锈钢，硬质阳极化铝或塑料。
10.根据权利要求3所述的用于激光医疗美容的半导体激光器系统，其特征在于：所述光波导是通过固定块夹持固定在制冷块的基底部或第一通水块上。
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