CN113116516A - 激光耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种激光耦合装置。所述装置包括：聚焦模块、匀光模块、分光模块；聚焦模块，用于接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至匀光模块；匀光模块，用于对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；分光模块，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至光纤中。采用本方法能够在将激光脉冲耦合进导管光纤中时，避免能量损失。
Description
技术领域
本申请涉及激光技术领域，特别是涉及一种激光耦合装置。
背景技术
激光消融技术越来越多的用于医疗领域治疗动脉粥样硬化等心血管疾病，该技术是利用高能激光脉冲与人体组织的光化学作用、光热作用、光机械作用等机制消除病变斑块。激光消融技术中最主要的是需要将激光脉冲耦合进导管光纤中，由导管光纤将激光脉冲引导至病灶位置。
现有技术在进行激光耦合时，是在激光器产生激光脉冲后，将激光脉冲直接耦合至导管光纤上。因此，现有技术在激光耦合过程中存在能量损失的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免能量损失的激光耦合装置。
一种激光耦合装置，该激光耦合装置包括：聚焦模块、匀光模块、分光模块；
聚焦模块，用于接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至匀光模块；
匀光模块，用于对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；
分光模块，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至光纤中。
在其中一个实施例中，聚焦模块包括：透镜或者透镜阵列。
在其中一个实施例中，匀光模块包括：BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒的任意一种。
在其中一个实施例中，匀光模块的输入截面的直径大于或等于聚焦后的激光脉冲的光斑的直径。
在其中一个实施例中，分光模块包括光纤分路器。
在其中一个实施例中，光纤分路器包括：第一输入光纤和第二输入光纤；第一输入光纤包括一根大芯径光纤；第二输入光纤包括多根导管光纤；第一输入光纤的输出端与第二输入光纤的输入端连接；
第一输入光纤，用于接收均匀的激光脉冲；
第二输入光纤，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至第二输入光纤中。
在其中一个实施例中，第二输入光纤包括第一段导管光纤和第二段导管光纤；第一段导管光纤的输出端与第二段导管光纤的输入端连接；
第一段导管光纤以蜂窝式均匀排布；
第二段导管光纤以圆环式排布。
在其中一个实施例中，匀光模块与分光模块通过熔融的方式连接。
在其中一个实施例中，匀光模块与分光模块通过插拔的方式连接。
上述激光耦合装置，通过包括聚焦模块、匀光模块、分光模块的激光耦合装置；聚焦模块接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至匀光模块；匀光模块对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；分光模块将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至光纤中。聚焦模块能够将激光发生器产生的激光脉冲进行聚焦，将激光脉冲聚焦于匀光模块上的一点，并通过匀光模块将聚焦于一点的激光脉冲可以实现均匀分布，分光模块可以将均匀分布的激光脉冲进行分路并耦合进光纤中，进而确保了各光纤中接收到的激光脉冲的能量相等，能够避免在激光发生器产生激光脉冲后，直接将激光脉冲耦合进光纤中时，部分激光脉冲并未耦合进光纤中而造成的激光脉冲能量的损失。
附图说明
图1为一个实施例中激光耦合装置的结构框图；
图2为一个实施例中光纤分路器的结构框图；
图3为一个实施例中第二输入光纤的结构框图；
图4为一个实施例中光管光纤的排布方式；
图5为一个实施例中光管光纤的排布方式；
图6为另一个实施例中激光耦合装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在一个实施例中，图1为激光耦合装置的结构图，如图1所示，提供了一种激光耦合装置，包括聚焦模块101、匀光模块102、分光模块103；
聚焦模块101，用于接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至匀光模块；
匀光模块102，用于对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；
分光模块103，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至光纤中。
其中，激光脉冲典型的波长为300nm至400nm之间，激光发生器可以包括但不限于准分子激光器、半导体激光器、光纤激光器等。
其中，聚焦模块可以包括塑胶透镜、玻璃透镜、凸透镜等，在此不加以限制。匀光模块可以包括BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒等具备匀光特性且耐受300nm至400nm波段激光损伤的材料，在此不加以限制。分光模块包括光纤分路器，也可以包括光分路器，在此不加以限制。
具体地，以激光产生器产生的波长为355nm的激光脉冲为例，聚光模块可以在接收到多个波长为355nm的激光脉冲后，可以对多个波长为355nm的激光脉冲进行聚焦，使其在匀光模块的输入截面上聚焦为一个光斑，较为典型的光斑能量分布为高斯分布，光斑的中心最亮，越靠近光斑的边界，则亮度逐渐减弱。
为了使光纤中分配得到能量相等的激光脉冲，则需要对聚焦后的激光脉冲通过匀光模块，将符合高斯分布的激光脉冲转换为符合平顶分布的激光脉冲；即通过匀光模块的匀光特性，使聚焦后的激光脉冲在匀光模块的输出截面体现为亮度均匀分布的光斑。在匀光模块对聚焦后的激光脉冲进行匀光后，则可以将均匀分布的激光脉冲传输至与匀光模块紧密连接的分光模块中。
当分光模块接收到匀光模块传输的均匀分布的激光脉冲后，通过分光模块中的多根相同的且紧密排列的光纤对均匀分布的激光脉冲进行分光，并将激光脉冲传导至目标位置。在本实施例中，通过包括聚焦模块、匀光模块、分光模块的激光耦合装置；聚焦模块接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至匀光模块；匀光模块对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；分光模块将均匀的激光脉冲进行分光耦合至多根光纤中。聚焦模块能够将激光发生器产生的激光脉冲进行聚焦，将激光脉冲聚焦于匀光模块上的一点，避免了激光脉冲扩散导致的能量损失，并通过匀光模块将聚焦于一点的激光脉冲可以实现均匀分布，分光模块可以将均匀分布的激光脉冲进行分路，且确保各光纤中接收到的激光脉冲的能量相等。
上述实施例对激光耦合装置进行了说明，在激光发生器产生激光脉冲后，将激光脉冲耦合进光纤中，为了避免激光发生器产生的激光脉冲不能完全耦合进光纤中，首先可以通过聚焦模块将激光脉冲进行聚焦，在一个实施例中，聚焦模块包括：透镜或者透镜阵列。
具体地，聚焦模块可以包括一个透镜，也可以包括多个透镜组成的阵列，在此不加以限制。其中，透镜可以包括：塑胶透镜、玻璃透镜、双凸透镜、平凸透镜、凹凸透镜等，在此不加以限制。其中，若聚焦模块为透镜阵列，其阵列可以包括圆形阵列、正方形阵列、长方形阵列、菱形阵列等，在此不加以限制。
在本实施例中，聚焦模块包括透镜或者透镜阵列，由于透镜自身聚焦的特性，可以将激光发生器产生的激光脉冲进行聚焦于匀光模块上的一点，使激光产生器产生的激光能够全部进行聚焦，从而不会造成激光脉冲的能量损失。
上述实施例对激光耦合装置的聚焦模块进行了说明，由于聚焦后的激光脉冲一般为高斯分布，需要将其转换为平顶分布，因此需要匀光模块实现，现以一个实施例对匀光模块进一步说明，在一个实施例中，匀光模块包括：BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒的任意一种。
具体地，匀光模块接收到聚焦模块对激光发生器产生的激光脉冲进行聚焦后的激光脉冲后，匀光模块可以通过其本身的匀光特性将聚焦后的激光脉冲转换为能量分布均匀的激光脉冲。其中，匀光模块可以为BBO晶体棒；或者匀光模块可以为LBO晶体棒；或者匀光模块可以为BIBO晶体棒。
在本实施例中，匀光模块包括：BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒的任意一种，BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒对于300nm至400nm的激光脉冲具有较高的损伤阈值，且均具有良好的匀光特性，可以将聚焦后的激光脉冲转换为能量分布均匀的激光脉冲，进而实现将均匀的激光脉冲通过分光模块耦合进各个光纤中。
上述实施例对匀光模块进行了说明，在匀光模块将聚焦后的激光脉冲进行匀光时，为了确保聚焦后的激光脉冲可以传输至匀光模块，匀光模块的输入面积应大于聚焦后的激光脉冲的光斑的直径，现以一个实施例进行说明，在一个实施例中，匀光模块的输入截面的直径大于或等于聚焦后的激光脉冲的光斑的直径。
具体地，在激光耦合装置中，为了避免激光脉冲的能量损失，在设置匀光模块时，需要考虑匀光模块的输入截面是否可以将聚焦后的激光脉冲全部接收，因此，本实施例中匀光模块的输入截面的直径必须大于聚焦后的激光脉冲的形成的光斑的直径。示例地，若聚焦后的激光脉冲形成的光斑的直径为0.1毫米，则，匀光模块的输入截面的直径可以为0.2毫米。
在本实施例中，由于匀光模块的输入截面的直径大于或等于聚焦后的激光脉冲的光斑的直径。能够将聚焦后的激光脉冲全部进行匀光，得到均匀的激光脉冲，进而可以避免在将激光脉冲耦合进导管光纤时，由于没有接收到全部的激光脉冲而造成激光脉冲的能量损失。
上述实施例对匀光装置进行了说明，在对聚焦后的激光脉冲进行匀光后，则可以对匀光后的激光脉冲进行分光，为了确保分光时尽可能使激光脉冲不产生能量损失，分光模块的输入截面的面积需要大于匀光模块输出截面的面积，现以一个实施例进行说明，在一个实施例中，匀光模块的输出截面的面积小于或等于分光模块的输入截面的面积。
具体地，在激光耦合装置中，为了避免激光脉冲的能量损失，在设置分光模块时，需要考虑分光模块的输入截面是否可以将进行匀光后的均匀的激光脉冲全部接收，因此，本实施例中匀光模块的输出截面的面积必须小于分光模块的输入截面的面积。示例地，若匀光模块的输出截面的面积为0.1平方毫米，则，分光模块的输入截面的面积为0.12平方毫米。
在本实施例中，由于匀光模块的输出截面的面积小于或等于分光模块的输入截面的面积。能够确保全部接收匀光模块进行匀光后的均匀的激光脉冲，不会造成匀光模块进行匀光后的均匀的激光脉冲中的部分激光脉冲无法传输至分光模块中，从而造成激光脉冲能量的损失。
上述实施例对激光耦合装置进行了说明，现以一个实施例对分光模块进一步进行说明，在一个实施例中，分光模块包括光纤分路器。
具体地，光纤分路器可以包括熔融拉锥型光纤分路器和平面波导型光纤分路器，在此不加以限制。本方案优选技术较为成熟的熔融拉锥型光纤分路器。其中，熔融拉锥型光纤分路器是将多根光纤扭转打结在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，后续在形成的光纤束锥体的束腰位置进行切割并熔接上一个大芯径光纤，最终形成一端为多根光纤，另一端为一根光纤的结构。
在本实施例中，由于分光模块包括光纤分路器。能够实现将匀光后的分布均匀的激光脉冲划分为能量相等多个激光脉冲，并耦合进光纤中，这种光纤分路器进行分光简单有效。
上述实施例对分光模块进行了说明，分光模块包括光纤分路器，现以一个实施例对光纤分路器进一步说明，在一个实施例中，如图2所示，光纤分路器包括：第一输入光纤201和第二输入光纤202；第一输入光纤201包括一根大芯径光纤；第二输入光纤202包括多根导管光纤；输入光纤201的输出端与输出光纤202的输入端连接；
第一输入光纤201，用于接收均匀的激光脉冲；
第二输入光纤202，将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至第二输入光纤中。其中，第一输入光纤为一根大芯径光纤；第二输入光纤为一个导管包裹着的由多根光纤构成的导管光纤；导管光纤用于将接收激光脉冲并将激光脉冲引导至病人病灶的光纤。
具体地，光纤分路器包括两部分光纤，第一输入光纤和第二输入光纤，第一输入光纤中包括一根大芯径光纤，这一大芯径光纤的输入端与匀光模块的输出截面连接，且这一导管光纤的输入截面面积可以等于匀光模块的输出截面的面积，在第一输入光纤接收到分布均匀的激光脉冲后，传输至紧密排布的多根导管光纤束中，即传输至第二输入光纤中。在本实施例中，由于光纤分路器包括第一输入光纤和第二输入光纤；第一输入光纤包括一根大芯径光纤；第二输入光纤包括多根导管光纤；第一输入光纤的输出端与第二输入光纤的输入端连接；第一输入光纤接收均匀的激光脉冲；第二输入光纤将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至第二输入光纤中。能够将激光脉冲分为多个能量相同的激光脉冲并耦合进导管光纤中。
上述实施例对光纤分路器进行了说明，在光纤分路器中的第二输入光纤由多根导管光纤组成，现以一个实施例对多根导管光纤的排布方式进行说明，在一个实施例中，如图3所示，第二输入光纤202包括第一段导管光纤301和第二段导管光纤302；第一段导管光纤301的输出端与所述第二段导管光纤302的输入端连接；
第一段导管光纤301以蜂窝式均匀排布；
第二段导管光纤302以圆环式排布。
具体地，第二输入光纤为导管包裹着的由多根光纤构成的光纤束，第一段导管光纤中导管包裹着的光纤排布方式为如图4所示的蜂窝式均匀紧密排布；第二段导管光纤中的导管包裹着的光纤排布方式为如图5所示的圆环式排布，在圆环的中空位置，可以用于穿导丝，导丝可以在血管中寻找到病灶，激光耦合装置顺着导丝即可到达病灶位置。
在本实施例中，由于第二输入光纤包括第一段导管光纤和第二段导管光纤；第一段导管光纤的输出端与第二段导管光纤的输入端连接；第一段导管光纤以蜂窝式均匀排布；第二段导管光纤以圆环式排布。第一段导管光纤以蜂窝式排布，可以将均匀的激光脉冲进行分光并耦合进第一段导管光纤中进而传输至第二段导管光纤中，并且第二段导管光纤能够实现与导丝的连接，根据导丝的指引将导管光纤引至病灶处，实现激光消融病灶。
上述实施例对激光耦合装置进行了说明，在激光耦合装置中，匀光模块与分光模块进行连接时，可以采用不同的方式进行连接，现以一个实施例对匀光模块与分光模块的连接方式进行说明，在一个实施例中，匀光模块与分光模块通过熔融的方式连接。
具体地，匀光模块与分光模块之间需要紧密连接固定，匀光模块与分光模块可以通过将匀光模块的输出端与分光模块的输入端进行熔融连接。
在本实施例中，由于匀光模块与分光模块通过熔融的方式连接。能够将匀光模块与分光模块紧密连接，不会造成激光脉冲的能量损耗。
上述实施例对激光耦合装置进行了说明，在激光耦合装置中，匀光模块与分光模块进行连接时，可以采用不同的方式进行连接，现以一个实施例对匀光模块与分光模块的连接方式进行说明，在一个实施例中，匀光模块与分光模块通过插拔的方式连接。
具体地，匀光模块与分光模块之间需要紧密连接固定，匀光模块与分光模块可以通过将匀光模块的输出端与分光模块的输入端设置可进行插拔连接的插口，可以通过插口将匀光模块与分光模块连接。
在本实施例中，由于匀光模块与分光模块通过插拔的方式连接。能够将匀光模块与分光模块紧密连接，不会造成激光脉冲的能量损耗，且插拔式便于安装。
为了便于本领域技术人员的理解，现以一个实施例对激光耦合装置进行说明，在一个实施例中，如图6所示，激光耦合装置包括：透镜601、BBO晶体棒602、光纤分路器603；
透镜601，用于接收激光脉冲，并对激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至BBO晶体棒；
BBO晶体棒602，用于对聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至光纤分路器；
光纤分路器603，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至导管光纤中。
其中，BBO晶体棒的输入截面的直径大于或等于聚焦后的激光脉冲的光斑的直径。BBO晶体棒的输出截面的面积小于或等于光纤分路器的输入截面的面积。BBO晶体棒与光纤分路器通过熔融的方式连接。
光纤分路器包括：第一输入光纤和第二输入光纤；第一输入光纤包括一根大芯径光纤；第二输入光纤包括多根导管光纤；第一输入光纤的输出端与所述第二输入光纤的输入端连接；第一输入光纤，用于接收均匀的激光脉冲；第二输入光纤，用于将均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至第二输入光纤中。第二输入光纤包括第一段导管光纤和第二段导管光纤；第一段导管光纤的输出端与第二段导管光纤的输入端连接；第一段导管光纤以蜂窝式均匀排布；第二段导管光纤以圆环式排布。
本实施例提供的激光耦合装置的具体描述可参见上述实施例种激光耦合装置的描述，在此不进行赘述。
在本实施例中，透镜能够将激光发生器产生的激光脉冲进行聚焦，将激光脉冲聚焦于BBO晶体棒输入截面上的一点，并通过BBO晶体棒将聚焦于一点的激光脉冲可以实现均匀分布，光纤分路器可以将均匀分布的激光脉冲进行分路并耦合进光纤中，进而确保了各光纤中接收到的激光脉冲的能量相等，能够避免在激光发生器产生激光脉冲后，直接将激光脉冲耦合进光纤中时，部分激光脉冲并未耦合进光纤中而造成的激光脉冲能量的损失。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种激光耦合装置，其特征在于，所述激光耦合装置包括：聚焦模块、匀光模块、分光模块；
所述聚焦模块，用于接收激光脉冲，并对所述激光脉冲进行聚焦，将聚焦后的激光脉冲传输至所述匀光模块；
所述匀光模块，用于对所述聚焦后的激光脉冲进行匀光处理，并将均匀的激光脉冲传输至分光模块；
所述分光模块，用于将所述均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至光纤中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚焦模块包括：透镜或者透镜阵列。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述匀光模块包括：BBO晶体棒、LBO晶体棒和BIBO晶体棒的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述匀光模块的输入截面的直径大于或等于所述聚焦后的激光脉冲的光斑的直径。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述匀光模块的输出截面的面积小于或等于所述分光模块的输入截面的面积。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述分光模块包括光纤分路器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光纤分路器包括：第一输入光纤和第二输入光纤；所述第一输入光纤包括一根大芯径光纤；所述第二输入光纤包括多根导管光纤；所述第一输入光纤的输出端与所述第二输入光纤的输入端连接；
所述第一输入光纤，用于接收所述均匀的激光脉冲；
所述第二输入光纤，用于将所述均匀的激光脉冲进行分光后，耦合至所述第二输入光纤中。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二输入光纤包括第一段导管光纤和第二段导管光纤；所述第一段导管光纤的输出端与所述第二段导管光纤的输入端连接；
所述第一段导管光纤以蜂窝式均匀排布；
所述第二段导管光纤以圆环式排布。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述匀光模块与所述分光模块通过熔融的方式连接。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述匀光模块与所述分光模块通过插拔的方式连接。
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