CN109106445A - 光学元件、半导体激光元件及半导体激光医疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元件、半导体激光元件及半导体激光医疗装置，包括第一导光腔和第二导光腔，所述第一导光腔和第二导光腔分别具有入射端和出射端，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端互为对接结构，所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面均为凹陷的几何形状，光束分别在所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面发生偏转，反射到第一导光腔和第二导光腔的内表面，从所述第一导光腔的出射端和所述第二导光腔的出射端射出。实现了电子元件的导光腔两端灵活地输出不同光斑。

Description

光学元件、半导体激光元件及半导体激光医疗装置

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，具体而言，涉及一种光学元件、半导体激光元件及半导体激光医疗装置。

背景技术

半导体激光医疗器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低的优点，已经广泛应用于医疗领域，比如激光脱毛、激光理疗、激光溶脂等其他激光医疗领域。

现有半导体激光医疗设备的结构多为垂直激光器阵列加上光学系统组成，光学系统一般采用常规快慢轴压缩与光波导实现，系统结构较为复杂、体积较长，不利于市场推广。并且，目前一种激光医疗设备对应一种光斑，一种激光医疗设备只有一种波长及应用，在需要使用不同光斑时，需要更换不同的激光医疗设备，导致设备结构复杂，成本也较高，难以满足目前对高灵活性激光医疗设备的需求。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种光学元件，其能够利用两种导光腔灵活的输出不同的光斑。

本发明的第二个目的在于提供一种半导体激光元件，其能够利用两种导光腔灵活的输出各种功率或波长的光斑。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明第一方面提供了一种光学元件，包括第一导光腔和第二导光腔，所述第一导光腔和第二导光腔分别具有入射端和出射端，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端互为对接结构，所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面均为凹陷的几何形状，光束分别在所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面发生偏转，反射到第一导光腔和第二导光腔的内表面，从所述第一导光腔的出射端和所述第二导光腔的出射端射出。

在本发明实施例中，所述对接结构包括平分对接结构或者非平分对接结构。

在本发明实施例中，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端均设置为半圆凸台和与所述半圆凸台平分对接的半圆缺口，所述半圆凸台上设置有凹槽，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端通过所述半圆缺口与所述凹槽相互配合。

在本发明实施例中，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端均设置有锯齿状结构和与所述锯齿状结构配合的凹槽，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端通过所述锯齿状结构和所述凹槽相互配合。

在本发明实施例中，所述第一导光腔与所述第二导光腔的为异型或者同型。

本发明第二方面提供了一种半导体激光元件，包括激光光源、环状热沉和第一方面所述的光学元件，所述激光光源包括第一激光光源和第二激光光源，所述第一激光光源和所述第二激光光源设置在所述环状热沉的内侧面，所述环状热沉套设在所述对接结构上。

在本发明实施例中，所述第一导光腔和所述第二导光腔分别用于反射所述第一激光光源和所述第二激光光源发出的光。

在本发明实施例中，所述第一激光光源与所述第二激光光源包括不同或者相同组合方式的功率模块和波长模块，分别连续分布或者间隔分布在环状热沉上。

本发明第三方面提供了一种半导体激光医疗装置，包括外壳、两个保护窗和第二方面所述的半导体激光元件，所述半导体激光元件放置在所述外壳内，两个保护窗分别设置在所述外壳的两端。

在本发明实施例中，还包括：水电路结构，所述水电路结构包括电路结构和水路结构，所述电路结构与所述环状热沉电连接，所述水路结构独立于所述电路结构设置在所述外壳内部，所述水路结构设置有半导体制冷片。

本发明提供的光学元件、半导体激光元件及半导体激光医疗装置，通过将第一导光腔和第二导光腔的相对端的内表面设置为凹陷的几何形状，光束分别在所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面发生偏转，反射到第一导光腔和第二导光腔的内表面，从所述第一导光腔的出射端和所述第二导光腔的出射端射出，实现了一个光学元件两端灵活地输出不同光斑，可以应用在不同的医疗领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例光学元件的整体结构示意图；

图2为本发明实施例光学元件的光路图一；

图3为本发明实施例光学元件的光路图二；

图4为本发明实施例光学元件的局部示意图一；

图5为本发明实施例光学元件的局部示意图二；

图6为本发明实施例光学元件的局部示意图三；

图7为本发明实施例光学元件的光路图三；

图8为本发明实施例光学元件的局部示意图四；

图9为本发明实施例光学元件的局部示意图五；

图10为本发明实施例半导体激光元件的整体结构示意图；

图11为本发明实施例半导体激光件的激光光源分布图一；

图12为本发明实施例半导体激光件的激光光源分布图二；

图13为本发明实施例半导体激光件的激光光源分布图三；

图14为本发明实施例半导体激光件的激光光源分布图四；

图15为本发明实施例半导体激光医疗装置的整体结构示意图。

图标：1－光学元件；2－半导体激光元件；3－半导体激光医疗装置；11－第一导光腔；12－半圆凸台；13－第二导光腔；14－平分对接结构；15－凹陷的几何形状；16－非平分对接结构；17－半圆缺口；20－激光光源；21－第一激光光源；22－光束；23－第二激光光源；30－环状热沉；40－外壳；50－保护窗；60－水电路结构；61－电路结构；63－水路结构；111－入射端；131－出射端；112－锯齿状结构；133－凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1－图3，本实施例提供一种光学元件1，包括第一导光腔11和第二导光腔13，所述第一导光腔11和第二导光腔13分别具有入射端111和出射端131，所述第一导光腔11的入射端111与所述第二导光腔13的入射端111互为对接结构，所述第一导光腔11的入射端111和所述第二导光腔13的入射端111的内表面均为凹陷的几何形状15，光束22分别在所述第一导光腔11的入射端111和所述第二导光腔13的入射端111的内表面发生偏转，反射到第一导光腔11和第二导光腔13的内表面，从所述第一导光腔11的出射端131和所述第二导光腔13的出射端131射出。

需要说明的是，第一，上述第一导光腔11的入射端111和第二导光腔13的入射端111的内表面设计为凹陷的几何形状15，主要考虑的是为了让入射到凹陷的几何形状15的激光的光轴朝向第一导光腔11和第二导光腔13的出射端131偏转，以使其射出。

所述凹陷的几何形状15，包括但不限于：锥面、或球面、抛物面、或双曲面、或椭球面、或自由曲面。

第二，所述第一导光腔11和所述第二导光腔13的相对端可以是相互配合的对接结构，这里所述的“配合”，并非严格意义上的机械配合，在可满足本发明技术目的的前提下，基本或大致上类似机械配合的方案也应在公开范围之内。也就是说，只要能使所述第一导光腔11和所述第二导光腔13实现相互匹配对接或基本相互匹配对接即可，其对接的形状可以是方形、圆形、三角形等几何图形的对接结构，但不限于上述形状的结构。所述第一导光腔11和所述第二导光腔13的材质可以为现有光学器件的各种可用材质，在能够实现其技术功能的前提下，可以包括但不限于：塑料、或树脂、或玻璃等。

第三，本发明实施例中，在第一导光腔11和第二导光腔13的对接面处，可留有一定间隙或在对接面处镀膜，以防止产生光路串扰，这样即使第一导光腔11和第二导光腔13对接配合，但两者的光路仍然互相独立，不会产生光路串扰和干涉现象。

第四，本发明实施例中，第一导光腔11和第二导光腔13的外侧接收激光的面为全透光的，以使得激光能够全部投射到入射端111的内表面；第一导光腔11和第二导光腔13的出射端131也为全透光的，以使得经过全反射后的激光能够从出射端131全部射出，第一导光腔11和第二导光腔13的其他内侧面满足全反射条件。

补充说明：为了避免引起歧义，本发明所述的第一导光腔11的入射端111和第二导光腔13的入射端111，定义为：第一导光腔11和第二导光腔13的凹陷的几何形状15所在的一端，即可理解为第一导光腔11和第二导光腔13的轴向；而上一段中提到的“第一导光腔11和第二导光腔13的外侧接收激光的面”，则定义其为“激光接收端”，即可理解为第一导光腔11和第二导光腔13的径向。

第五，本发明提供的一种光学元件1，通过第一导光腔11和第二导光腔13的形状不同，例如可以为第一导光腔11和第二导光腔13的出射端131分别为较大的圆形光斑、较小的方形光斑，基于此可以实现光学元件1的两端能够同时输出不同大小、或不同形状的光斑，进而可以灵活应用在不同的医疗领域，例如，一端可根据光斑特性及形态应用于激光溶脂，另一端可根据光斑特性及形态适应性应用于激光脱毛或嫩肤等。

请参照图4－图6，在本实施例中，所述对接结构包括平分对接结构14或者非平分对接结构16。

请参照图4、图5和图7，在本实施例中，所述第一导光腔11的入射端111与所述第二导光腔13的入射端111均设置为半圆凸台12和与所述半圆凸台12平分对接的半圆缺口17，所述半圆凸台12上设置有凹槽133，所述第一导光腔11的入射端111与所述第二导光腔13的入射端111通过所述半圆缺口17与所述凹槽133相互配合。在本实施例中，凹槽133为外侧的结构，其相反的内表面即为凹陷的几何形状15。

可选的，请参照图6，所述第一导光腔11的对接结构为三分之一圆或四分之一圆，所述第二导光腔13的对接结构为三分之二圆或四分之三圆，所述第一导光腔11与所述第二导光腔13的相对端通过所述非平分对接结构16相互配合，不限于以上非平分对接结构16，只要对接部分能够相互匹配即可。

请参照图8和图9，在本实施例中，所述第一导光腔11的入射端111与所述第二导光腔13的入射端111均设置有锯齿状结构112和与所述锯齿状结构112配合的凹槽133，所述第一导光腔11的入射端111与所述第二导光腔13的入射端111通过所述锯齿状结构112和所述凹槽133相互配合。

请参照图1、图8和图9，所述第一导光腔11与所述第二导光腔13的异型或者同型。

请参照图1，具体的，第一导光腔11与所述第二导光腔13的长度和腔体直径均相同，所述第一导光腔11与所述第二导光腔13的功能可以相同，也可以不同，比如应用在激光脱毛、激光理疗和激光溶脂等领域。

请参照图8至图9，具体的，第一导光腔11与所述第二导光腔13的长度、腔体、直径等均不相同，例如：所述第一导光腔11的长度小于所述第二导光腔13的长度；所述第一导光腔11远离所述第二导光腔13的腔体直径小于靠近所述第二导光腔13的腔体直径；所述第二导光腔13远离所述第一导光腔11的腔体直径小于靠近所述第一导光腔11的腔体直径。所述第一导光腔11与所述第二导光腔13可以根据设置的长度和腔体直径不相同实现不同的功能，比如应用在激光脱毛、激光理疗和激光溶脂等领域。

第二实施例

请参照图10，本实施例提供一种半导体激光元件2，包括激光光源20、环状热沉30和第一实施例所述的光学元件1，所述激光光源20包括第一激光光源21和第二激光光源23，所述第一激光光源21和所述第二激光光源23设置在所述环状热沉30的内侧面，所述环状热沉30套设在所述对接结构上。

请参照图7和图10，所述第一导光腔11和所述第二导光腔13分别用于反射所述第一激光光源21和所述第二激光光源23发出的光。即所述第一导光腔11和所述第二导光腔13会将环状热沉30上的第一激光光源21和第二激光光源23的光轴发生偏转，偏转角度为大于0°，小于等于180°。

请参照图11至图14，在本实施例中，所述第一激光光源21与所述第二激光光源23包括不同或者相同组合方式的功率模块和波长模块，分别连续分布或者间隔分布在环状热沉30上。

可选的，所述第一激光光源21与所述第二激光光源23根据不同或者相同功能模块和波长模块的第一种组合方式为：第一激光光源21与第二激光光源23均为不同功率模块的光源，且不同波长模块的光源；第二种组合方式为：第一激光光源21与第二激光光源23为相同功率模块的光源，但不同波长模块的光源；第三种组合方式为：第一激光光源21与第二激光光源23均为不同功率模块的光源，但相同波长模块的光源；第四种组合方式为：第一激光光源21与第二激光光源23均为相同功率模块的光源且相同波长模块的光源，具体可以根据实际应用情况来对第一激光光源21和第二激光光源23进行不同的组合。

第三实施例

请参照图15，本实施例提供了一种半导体激光医疗装置3，包括外壳40、两个保护窗50和第二实施例所述的半导体激光元件2，所述半导体激光元件2放置在所述外壳40内，两个保护窗50分别设置在所述外壳40的两端。

所述半导体激光医疗装置3还包括：水电路结构60，所述水电路结构60包括电路结构61和水路结构63，所述电路结构61与所述环状热沉30电连接，所述水路结构63独立于所述电路结构61设置在所述外壳40内部。所述水路结构63设置有半导体制冷片。所述半导体激光元件2具体结构包含第一实施例中的全部可选技术方案，至少具有第一实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

具体使用时，请参照图6和图15，所述第一导光腔11和所述第二导光腔13的相对端的内表面为凹陷的几何形状15，环状光源射入凹陷的几何形状15并经过该凹陷的几何形状15进行反射或全反射，从所述第一导光腔11和所述第二导光腔13的保护窗50方向射出，实现了灵活输出不同光斑、且适应不同应用的医疗装置。

第四实施例

本实施例提供第一方面的另一种光学元件，该光学元件具有一个导光腔(该实施例未在附图中示出)，所述导光腔具有入射端和出射端，所述导光腔的入射端的内表面为凹陷的几何形状，光束在所述导光腔的入射端的内表面发生偏转，反射到导光腔内表面，从所述导光腔的出射端射出。

上述导光腔的外侧接收激光的面为全透光的，以使得激光能够全部投射到入射端的内表面；导光腔的出射端也为全透光的，以使得经过全反射后的激光能够从出射端全部射出，导光腔的其他内侧面满足全反射条件。所述导光腔的出射端为较大的圆形光斑或较小的方形光斑，可以应用于相应医学领域。

所述导光腔的材质可以为现有光学器件的各种可用材质，在能够实现其技术功能的前提下，可以包括但不限于：塑料、或树脂、或玻璃等。

半导体激光元件的环状热沉套设在上述导光腔的入射端，激光光源设置在环状热沉的内侧面，所述导光腔用于反射所述激光光源发出的光。即所述导光腔会将环状热沉上的激光光源的光轴发生偏转，偏转角度为大于0°，小于180°。

半导体激光医疗装置包括外壳、一个保护窗和上述半导体激光元件，所述半导体激光元件放置在外壳内，保护窗设置在对应导光腔出射端的所述外壳的一侧。

所述半导体激光医疗装置还包括：水电路结构，所述水电路结构包括电路结构和水路结构，所述电路结构与所述环状热沉电连接，所述水路结构独立于所述电路结构设置在所述外壳内部。所述水路结构设置有半导体制冷片。

具体使用时，所述导光腔的内表面为凹面，环状光源射入凹面并经过该凹面的反面进行反射或全反射，从所述导光腔的保护窗方向射出，实现了输出应用于特定医疗环境的光斑。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学元件，其特征在于，包括第一导光腔和第二导光腔，所述第一导光腔和第二导光腔分别具有入射端和出射端，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端互为对接结构，所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面均为凹陷的几何形状，光束分别在所述第一导光腔的入射端和所述第二导光腔的入射端的内表面发生偏转，反射到第一导光腔和第二导光腔的内表面，从所述第一导光腔的出射端和所述第二导光腔的出射端射出。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述对接结构包括平分对接结构或者非平分对接结构。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端均设置为半圆凸台和与所述半圆凸台平分对接的半圆缺口，所述半圆凸台上设置有凹槽，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端通过所述半圆缺口与所述凹槽相互配合。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端均设置有锯齿状结构和与所述锯齿状结构配合的凹槽，所述第一导光腔的入射端与所述第二导光腔的入射端通过所述锯齿状结构和所述凹槽相互配合。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一导光腔与所述第二导光腔的为异型或者同型。

6.一种半导体激光元件，其特征在于，包括激光光源、环状热沉和如权利要求1－5任意一项所述的光学元件，所述激光光源包括第一激光光源和第二激光光源，所述第一激光光源和所述第二激光光源设置在所述环状热沉的内侧面，所述环状热沉套设在所述对接结构上。

7.根据权利要求6所述的半导体激光元件，其特征在于，所述第一导光腔和所述第二导光腔分别用于反射所述第一激光光源和所述第二激光光源发出的光。

8.根据权利要求7所述的半导体激光元件，其特征在于，所述第一激光光源与所述第二激光光源包括不同或者相同组合方式的功率模块和波长模块，分别连续分布或者间隔分布在环状热沉上。

9.一种半导体激光医疗装置，其特征在于，包括外壳、两个保护窗和如权利要求6－8任意一项所述的半导体激光元件，所述半导体激光元件放置在所述外壳内，两个保护窗分别设置在所述外壳的两端。

10.根据权利要求9所述的半导体激光医疗装置，其特征在于，还包括：水电路结构，所述水电路结构包括电路结构和水路结构，所述电路结构与所述环状热沉电连接，所述水路结构独立于所述电路结构设置在所述外壳内部，所述水路结构设置有半导体制冷片。