CN113288418B - 一种波长可调谐的激光手术刀 - Google Patents
一种波长可调谐的激光手术刀 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113288418B CN113288418B CN202110561522.9A CN202110561522A CN113288418B CN 113288418 B CN113288418 B CN 113288418B CN 202110561522 A CN202110561522 A CN 202110561522A CN 113288418 B CN113288418 B CN 113288418B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- frequency conversion
- light
- gain
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 34
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 29
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 15
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- MRZMQYCKIIJOSW-UHFFFAOYSA-N germanium zinc Chemical compound [Zn].[Ge] MRZMQYCKIIJOSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000003174 Brain Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000009297 electrocoagulation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 208000037959 spinal tumor Diseases 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
- A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
- A61B2018/00577—Ablation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
- A61B2018/00601—Cutting
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明实施方式提供的一种波长可调谐的激光手术刀，该装置包括依次光学共轴放置的第一高反镜、至少两个激光增益模块、相位调制器、偏振片、变频镜、变频晶体和第二高反镜，以及光束整形模块、光束导引模块、手持输出端模块和控制器。通过基频光源腔内增益谱线的调控，以及变频晶体的相位匹配角度调节，实现6μm～8μm波段激光波长调节。与现有波长调节技术相比，本发明可增大波长调节范围，同时实现波长调节过程中的功率稳定，波动性控制在小于1％。
Description
技术领域
本发明涉及医疗仪器技术领域，特别涉及一种波长可调谐的激光手术刀。
背景技术
高精度、低附带损伤激光可作为激光刀，在组织细胞分离、精准外科手术等生物、医疗领域具有重要应用价值。脑/脊椎肿瘤严重影响人类神经系统的功能及生命，其及时发现与清除极为重要，由于神经中枢血管丰富，手术过程中对重要功能区的神经中枢、血管等的附带损伤将影响患者生存质量甚至生命。6.45μm激光由于对水和蛋白质的特殊效应而受到广泛关注，基于其作用时产生的蛋白质结构变性与水吸收提供爆破力双重效应结合的激光消融机理，该波长激光用于神经中枢组织和眼部等部位切割时的附带损伤极小、可达单细胞量级；如与传统手术刀、电凝、以及紫外、可见、近红外～1μm、中远红外3μm、10.6μm等激光相比，6.45μm激光切口清晰，其切除精度可达单细胞量级、附带损伤μm量级，是脑/脊椎微创手术的理想选择。
固体激光变频技术结构紧凑、稳定性高，可实现手术室台面运行，适合临床操作，是获得6.45μm激光最有发展前景的技术手段之一。固体激光变频技术可以通过调节变频晶体的相位匹配角度实现6.45μm激光波长调节，但该波长调节技术问题为：受限于晶体口径及晶体损伤阈值波长调谐范围短。增大晶体口径，可以增加波长调节范围，不足之处在于，一方面晶体口径的增大需要通过更换晶体实现，将导致成本线性增大，另一方面，角度偏差增大将导致输出功率下降，影响激光手术刀的输出性能。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提供了一种波长可调谐的激光手术刀，该装置包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜、至少两个激光增益模块、相位调制器、偏振片、变频镜、变频晶体和第二高反镜；以及光束导引模块、光束整形模块、手持输出端模块，控制器；
激光增益模块用于在泵浦条件下产生激光；
第一高反镜和第二高反镜用于构成2μm波段激光谐振腔实现激光往返振荡，第一高反镜和第二高反镜的腔内均镀有对于2μm波段的p光和2μm波段的s光高反射率的膜层；第二高反镜的腔内同时镀有2μm～4μm反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm的部分输出膜；变频镜两侧镀有2μm波段激光增透膜，且靠近变频晶体的一侧镀有2μm～4μm波段和6μm～8μm波段反射率大于90％的高反膜；
偏振片镀有对于2μm波段的s光高反射率和对于2μm波段的p光高透过率的膜层，用于分离p光和s光并实现激光输出；
其中，至少两个激光增益模块中的至少一个激光增益模块通过控制温度场实现旋光量调节，以用作相位调制功能，与相位调制器共同调节腔内p光和s光的相位延迟量，实现增益损耗比精密调控；
第二高反镜输出的变频激光经过光束导引模块后注入进光束整形模块，然后由手持输出端模块输出；
控制器用于调节激光输出功率和波长。
可选地，激光增益模块的增益介质为Tm:YAG晶体。
可选地，10％～20％高输出耦合率条件下，实现2.02μm强增益谱线激光输出；3％～8％低输出耦合率条件下，实现2.07μm处弱增益谱线增强及1.95μm、2.02μm强增益谱线抑制。
可选地，光束导引模块为导光臂或光纤；
手持输出端模块为穿刺针或激光笔刀。
可选地，变频晶体为ZGP中红外晶体。
可选地，波长可调谐的激光手术刀的2μm波段激光的输出过程为：
至少两个激光增益模块在泵浦条件下产生2μm波段辐射激光，其中至少一个激光增益模块通过控制温度场实现旋光调节；辐射激光在第一高反镜和第二高反镜构成的谐振腔内往返传输，实现2μm波段增益激光振荡；增益激光经过至少两个激光增益模块、相位调制器时，分别产生旋光，其中具有相位调制功能的激光增益模块的旋光量与激光装置的工作参数相关；累积旋光后的增益激光通过偏振片在p光和s光两个方向分解，沿不同方向传输；p光继续在高反镜构成的激光谐振腔内往返传输；s光折返传输至激光谐振腔外，形成损耗或者有效激光输出；
2μm波段激光的有效激光输出的过程为：
低电流工作状态下，调节至少一个激光增益模块的旋光量，实现激光输出；调节相位调制器的旋光量，至激光输出最大值位置；等步长增加电流，每个电流条件下重复上述调节过程，至预先设定的2μm波段特定波长，实现第一次波长调节；
有效的变频激光输出的过程为：
2μm激光谐振腔内每次激光往返振荡经过变频晶体均发生频率变换，产生变频激光；变频激光在变频镜和第二高反镜之间反馈振荡实现变频激光的产生及放大,并通过第二高反镜输出变频激光；改变变频晶体的角度，使变频激光的波长至预先设定的6μm～8μm波段特定波长，实现第二次波长调节。
可选地，还包括指示激光产生器和导引镜，导引镜设置于第二高反镜沿光路方向的一侧，指示激光产生器用于产生指示激光，指示激光经导引镜反射后与激光光束重合并入射至导引模块。
可选地，指示激光为可见光波段激光。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明实施方式提供的一种波长可调谐的激光手术刀，通过2μm基频光源腔内增益谱线的调控，以及变频晶体的相位匹配角度调节，实现6μm～8μm波段激光波长调节。与现有波长调节技术相比，本发明可增大波长调节范围，同时实现波长调节过程中的功率稳定，波动性控制在小于1％。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种波长可调谐的激光手术刀的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的另一种波长可调谐的激光手术刀的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的又一种波长可调谐的激光手术刀的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种波长可调谐的激光手术刀装置，请参阅图1所示，图1为本发明实施例提供的一种波长可调谐的激光手术刀装置的结构示意图。本发明实施例的一种波长可调谐的激光手术刀装置包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜2-1，至少两个激光增益模块1，相位调制器3，偏振片4，变频镜5，变频晶体6和第二高反镜2-2；还包括光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9和控制器10。光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9依次连接并光学共轴，且连接处可任意角度调节。控制器10与两个激光增益模块1连接，用于调节激光输出。
激光增益模块1用于在泵浦条件下产生激光；
第一高反镜2-1和第二高反镜2-2用于构成激光谐振腔实现激光往返振荡，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内均镀有对于2μm波段的p光和2μm波段的s光高反射率的膜层；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm波段反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm波段的部分输出膜；变频镜5镀有2μm波段激光增透膜，以及镀有2μm～4μm波段和6μm～8μm波段反射率大于90％的高反膜。本申请中的2μm波段激光是指波长在1.9μm～2.1μm范围内的激光。
偏振片4镀有对于2μm波段的s光高反射率和对于2μm波段的p光高透过率的膜层，用于分离p光和s光并实现激光输出。
本申请中高反是指反射率为大于90％，高透是指透过率为大于90％。部分输出膜是指具有预设反射率和透射率的膜，具体数值可以根据实际需求设定。增透膜是指大于90％透过率的膜。
其中，至少两个激光增益模块1中的至少一个激光增益模块1通过控制温度场实现对其余的一个或多个激光增益模块1进行旋光量调节，以用作相位调制功能，与相位调制器3共同作用，调节腔内p光和s光的相位延迟量，实现增益损耗比精密调控。
第二高反镜2-2输出的变频激光经过光束导引模块7后注入光束整形模块8，然后由手持输出端模块9输出。
使用者通过控制器10设置输入电流和激光增益模块1的温度等参数，调节2μm波段激光输出功率和波长进而调节变频激光输出功率和波长；使激光输出功率和波长满足预设要求，该激光可以作用于生物组织，通过激光消融原理去除病灶。
本实施例的波长可调谐的激光手术刀，激光增益模块1在泵浦条件下可以产生2μm波段的激光，并通过至少一个激光增益模块1的温度场的控制实现旋光调节，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内镀有2μm波段的p光和2μm波段的s光的高反射率的膜层，以保证2μm波段的激光在谐振腔内完成振荡；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm波段反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm波段的部分输出膜，以使激光完成变频；变频镜5朝向变频晶体6的一侧镀有6μm～8μm波段的激光增透膜，以使2μm波段激光在变频镜5，变频晶体6和高反镜2-2之间振荡并实现变频，产生6μm～8μm波段激光输出，变频激光经第二高反镜2-2出射后，再经过光束导引模块7和光束整形模块8后，经手持终端模块9输出。
本实施例的波长可调谐的激光手术刀，通过2μm波段基频光源腔内增益谱线的调控，以及变频晶体的相位匹配角度调节，来实现6μm～8μm波段激光波长调节。与现有波长调节技术相比，本发明可通过2μm基频光源腔内增益谱线的调控，以及变频晶体的相位匹配角度调节，实现6μm～8μm波段激光波长调节，增大波长调节范围，同时实现波长调节过程中的功率稳定，波动性控制在小于1％。本实施例的波长可调谐的激光手术刀，波长调节范围较大，不用通过更换大口径的晶体实现大波长范围的调节，提升设备的使用兼容性，降低成本。
根据本发明实施例提供的一种波长可调谐的激光手术刀，其工作过程为：
所述至少两个激光增益模块1在泵浦条件下产生2μm波段辐射激光，其中至少一个所述激光增益模块1通过控制温度场实现旋光调节；所述辐射激光在所述第一高反镜2-1和所述第二高反镜2-2构成的谐振腔内往返传输，实现2μm波段增益激光振荡；所述增益激光经过所述至少两个激光增益模块1、相位调制器3时，分别产生旋光，其中具有相位调制功能的激光增益模块1的旋光量与所述激光装置的工作参数相关；该工作参数可以包括泵浦源的温度、功率以及增益介质尺寸，具体工作参数可以由本领域技术人员根据需求设定。累积旋光后的增益激光通过偏振片3在p光和s光两个方向分解，沿不同方向传输；所述p光继续在高反镜2构成的激光谐振腔内往返传输；所述s光折返传输至激光谐振腔外，形成损耗或者有效激光输出；
所述2μm波段有效激光输出的过程为：
低电流工作状态下，调节至少一个激光增益模块1的旋光量，实现激光输出；调节相位调制器3的旋光量，至激光输出最大值位置；等步长增加电流，每个电流条件下重复上述调节过程，至预先设定的2μm波段特定波长，实现第一次波长调节。其中，旋光量与增加的电流量可以由本领域技术人员根据需要设定，在此不做限定。
有效的变频激光输出的过程为：
所述2μm激光谐振腔内每次激光往返振荡经过变频晶体6均发生频率变换，产生变频激光；所述变频激光在变频镜5和第二高反镜2-2之间反馈振荡实现变频激光的产生及放大,并通过第二高反镜2-2输出变频激光；改变变频晶体6的角度，使变频激光的波长至预先设定的6μm～8μm波段特定波长，实现第二次波长调节。
使用者根据手术需要通过控制器10设置输入电流和激光增益模块1的温度等参数，进而调节手术刀输出至预设的波长和功率，然后通过手持输出端模块9，使激光作用在患者病灶处通过激光消融原理去除病灶。
下面以几个具体实施例对本发明的波长可调谐的激光手术刀进行详细说明。
实施例1
图1为本实施例1提供的一种波长可调谐的激光手术刀，本发明实施例1的一种波长可调谐的激光手术刀装置包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜2-1，两个激光增益模块1，相位调制器3，偏振片4，变频镜5，变频晶体6和第二高反镜2-2；还包括光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9和控制器10。光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9依次连接并光学共轴，且连接处可任意角度旋转调节。控制器10与两个激光增益模块1连接，用于调节激光输出。
激光增益模块1用于在泵浦条件下产生激光；
第一高反镜2-1和第二高反镜2-2用于构成激光谐振腔实现激光往返振荡，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内均镀有对于2.02μm和2.07μm波长的p光和2.02μm和2.07μm波长的s光高反射率的膜层；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm波段反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm波段的部分输出膜；变频镜5的两侧镀有2.02μm和2.07μm波长激光增透膜，且靠近变频晶体6的一侧镀有2μm～4μm和6μm～8μm波段反射率大于90％的高反膜；
偏振片4镀有对于2.02μm和2.07μm波长的s光高反射率和对于2.02μm和2.07μm波长的p光高透过率的膜层，用于分离p光和s光并实现激光输出；
变频晶体6为ZGP(磷化锗锌)中红外晶体，尺寸为3*3*30mm，切割角为[θ,φ]＝[76.4°，45°]，激光入射角度调节范围为±15°。
光束导引模块7为导光臂，光束整形模块8由双整形透镜组成。
本实施例的波长可调谐的激光手术刀，激光增益模块1在泵浦条件下产生2μm波段的激光，并通过一个激光增益模块1通过控制温度场实现旋光量调节，以用作相位调制功能，与相位调制器3调节腔内p光和s光的相位延迟量，实现增益损耗比精密调控，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内镀有2μm波段的p光和2μm波段的s光的高反射率的膜层，以保证2μm波段的激光在谐振腔内完成振荡输出；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm波段反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm波段的部分输出膜，以使激光完成变频；变频镜5朝向变频晶体6的一侧镀有6μm～8μm波段的激光增透膜，以使2μm波段激光在变频镜5，变频晶体6和高反镜2-2之间振荡并实现变频，产生6μm～8μm波段激光输出，变频激光经第二高反镜2-2出射后，再经过光束导引模块7和光束整形模块8后，经手持输出端模块9输出。
使用者通过控制器10设置输入电流和激光增益模块1的温度等参数，调节2μm波段激光输出功率和波长，进而调节变频激光输出功率和波长；使激光输出功率和波长满足预设要求，该激光可以作用于生物组织，通过激光消融原理去除病灶。
根据本发明实施例提供的一种波长可调谐的激光手术刀装置，其工作过程为：
所述两个激光增益模块1在泵浦条件下产生2.02μm或2.07μm波长辐射激光，其中一个所述激光增益模块1通过控制温度场实现旋光调节；所述辐射激光在所述第一高反镜2-1和所述第二高反镜2-2构成的谐振腔内往返传输，实现2.02μm或2.07μm波长增益激光振荡；所述增益激光经过所述两个激光增益模块1、相位调制器3时，分别产生旋光，其中具有相位调制功能的激光增益模块1的旋光量与所述激光装置的工作参数相关；累积旋光后的增益激光通过偏振片3在p光和s光两个方向分解，沿不同方向传输；所述p光继续在高反镜2构成的激光谐振腔内往返传输；所述s光折返传输至激光谐振腔外，形成有效激光输出。
所述2.07μm波长有效激光输出的过程为：
低电流工作状态下，调节一个激光增益模块1的旋光量，实现激光输出；调节相位调制器3的旋光量，至激光输出最大值位置；等步长增加电流，每个电流条件下重复上述调节过程，至3％～8％低输出耦合率条件，实现预先设定的2.07μm波长弱增益谱线增强，实现第一次波长调节。
有效的变频激光输出的过程为：
所述2.07μm激光谐振腔内每次激光往返振荡经过变频晶体6均发生频率变换，产生变频激光；所述变频激光在变频镜5和第二高反镜2-2之间反馈振荡实现变频激光的产生及放大,并通过第二高反镜2-2输出变频激光；通过调节变频晶体6的角度，可以实现6.27μm～6.57μm波长变频输出，波长调节范围Δλ＝300nm，实现第二次波长调节。
在10％～20％高输出耦合率条件下，实现2.02μm波长强增益谱线有效激光输出，变频有效激光输出的波长范围为6.27μm～6.70μm，波长调节范围扩展至Δλ＝430nm，在无需增大晶体口径的情况下增加了130nm的波长调节范围。
使用者根据手术需要调节本装置输出至理想的波长和功率，然后通过手持输出端模块9，使变频激光作用在患者病灶处通过激光消融原理去除病灶。本实施例中，手持输出终端模块9可以为穿刺针或激光笔刀。
实施例2
图2为本实施例2提供的一种波长可调谐的激光手术刀装置，本发明实施例2的一种波长可调谐的激光手术刀装置包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜2-1，两个激光增益模块1，相位调制器3，偏振片4，变频镜5，变频晶体6和第二高反镜2-2；还包括光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9，控制器10，指示激光产生器11，导引镜12。指示激光产生器11用于产生指示激光11-1。光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9依次连接并光学共轴，且连接处可任意角度调节。控制器10与两个激光增益模块1连接，用于调节激光输出；导引镜12放置于第二高反镜2-2与光束导引模块7之间，与激光光束呈45°放置。
激光增益模块1用于在泵浦条件下产生激光；
第一高反镜2-1和第二高反镜2-2用于构成激光谐振腔实现激光往返振荡，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内均镀有对于2.02μm和2.07μm波长的p光和2.02μm和2.07μm波长的s光高反射率的膜层；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm反射率大于90％的高反膜和6μm～7μm的部分输出膜；变频镜5镀有2.02μm和2.07μm波长激光增透膜，并在靠近变频晶体6的一侧镀有2μm～4μm和6μm～8μm波段反射率大于90％的高反膜。
偏振片4镀有对于2.02μm和2.07μm波长的s光高反射率和对于2.02μm和2.07μm波长的p光高透过率的膜层，用于分离p光和s光并实现激光输出。
变频晶体6为中红外ZGP(磷化锗锌)晶体，其尺寸为3*3*30mm，切割角为[θ,φ]＝[78°，45°]，激光入射角度调节范围为±15°。
光束导引模块7为导光臂，光束整形模块8由双整形透镜组成。
导引镜12镀有6μm～8μm波段激光增透膜，且靠近光束导引模块7的面镀有对632.8nm波长激光反射率大于90％的高反膜。
指示激光11-1为632.8nm氦氖激光，对生物组织无害，其通过导引镜12反射后与激光光束重合并入射到光束导引模块7中，最后与激光光束重合从手持输出端模块9射出，用于指引使用者将激光准确作用于患者病灶处。本实施例的波长可调谐的激光手术刀，激光增益模块1在泵浦条件下可以产生2μm波段的激光，并通过一个激光增益模块1通过控制温度场实现旋光量调节，以用作相位调制功能，与相位调制器3调节腔内p光和s光的相位延迟量，实现增益损耗比精密调控，第一高反镜2-1和第二高反镜2-2的腔内镀有2μm波段的p光和2μm波段的s光的高反射率的膜层，以保证2μm波段的激光在谐振腔内完成振荡输出；第二高反镜2-2的腔内同时镀有2μm～4μm波段反射率大于90％的高反膜和6μm～8μm波段的部分输出膜，以使激光完成变频；变频镜5朝向变频晶体6的一侧镀有6μm～8μm波段的激光增透膜，以使2μm波段激光在变频镜5，变频晶体6和高反镜2-2之间振荡并实现变频，产生6μm～8μm波段激光输出，变频激光经第二高反镜2-2出射后，再经过光束导引模块7和光束整形模块8后，经手持输出端模块9输出。
使用者通过控制器10设置输入电流和激光增益模块1的温度等参数，调节2μm波段激光输出功率和波长，进而调节变频激光输出功率和波长；使激光输出功率和波长满足预设要求，该激光可以作用于生物组织，通过激光消融原理去除病灶。
根据本发明实施例提供的一种波长可调谐的激光手术刀装置，其工作过程为：
所述两个激光增益模块1在泵浦条件下产生2.02μm或2.07μm波长辐射激光，其中一个所述激光增益模块1通过控制温度场实现旋光调节；所述辐射激光在所述第一高反镜2-1和所述第二高反镜2-2构成的谐振腔内往返传输，实现2.02μm或2.07μm波长增益激光振荡；所述增益激光经过所述两个激光增益模块1、相位调制器3时，分别产生旋光，其中具有相位调制功能的激光增益模块1的旋光量与所述激光装置的工作参数相关；累积旋光后的增益激光通过偏振片3在p光和s光两个方向分解，沿不同方向传输；所述p光继续在高反镜2构成的激光谐振腔内往返传输；所述s光折返传输至激光谐振腔外，形成有效激光输出；
所述2.07μm波长有效激光输出的过程为：
低电流工作状态下，调节一个激光增益模块1的旋光量，实现激光输出；调节相位调制器3的旋光量，至激光输出最大值位置；等步长增加电流，每个电流条件下重复上述调节过程，至3％～8％低输出耦合率条件，实现预先设定的2.07μm波长弱增益谱线增强，实现第一次波长调节。
有效的变频激光输出的过程为：
所述2.07μm激光谐振腔内每次激光往返振荡经过变频晶体6均发生频率变换，产生变频激光；所述变频激光在变频镜5和第二高反镜2-2之间反馈振荡实现变频激光的产生及放大,并通过第二高反镜2-2输出变频激光；通过调节变频晶体6的角度，可以实现6.10μm～8.90μm波长变频输出，波长调节范围Δλ＝2800nm，实现第二次波长调节。
在10％～20％高输出耦合率条件下，实现2.02μm波长强增益谱线有效激光输出，变频有效激光输出的波长范围为6.10μm～8.90μm，波长调节范围Δλ＝2800nm。
使用者根据手术需要调节本装置输出至理想的波长和功率，然后通过手持输出端模块9，在632.8nm波长指示激光11-1的引导下使变频激光作用在患者病灶处通过激光消融原理去除病灶。
实施例3
图3为本实施例3提供的一种波长可调谐的激光手术刀装置，本发明实施例3的一种波长可调谐的激光手术刀装置包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜2-1，两个激光增益模块1，相位调制器3，偏振片4，变频镜5，变频晶体6和第二高反镜2-2；还包括光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9，控制器10，指示激光产生器11，导引镜12。指示激光产生器11用于产生指示激光11-1。光束导引模块7、光束整形模块8、手持输出端模块9依次连接并光学共轴，且连接处可任意角度调节。控制器10与两个激光增益模块1连接，用于调节激光输出；导引镜12放置于第二高反镜2-2与光束导引模块7之间，与激光光束呈45°放置。
本实施例中，光束导引模块为6μm～8μm波段光纤。
其它未提及项同实施例2，工作过程同实施例2。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，包括：
依次光学共轴放置的第一高反镜（2-1）、至少两个激光增益模块（1）、相位调制器（3）、偏振片（4）、变频镜（5）、变频晶体（6）和第二高反镜（2-2）；以及光束导引模块（7）、光束整形模块（8）、手持输出端模块（9），控制器（10）；
所述激光增益模块（1）用于在泵浦条件下产生激光，所述激光增益模块（1）的增益介质（1-1）为Tm:YAG晶体；
所述第一高反镜（2-1）和所述第二高反镜（2-2）用于构成2μm波段激光谐振腔实现激光往返振荡，所述第一高反镜（2-1）和所述第二高反镜（2-2）的腔内均镀有对于2μm波段的p光和2μm波段的s光高反射率的膜层；第二高反镜（2-2）的腔内同时镀有2μm~4μm反射率大于90%的高反膜和6μm~8μm的部分输出膜；变频镜（5）两侧镀有2μm波段激光增透膜，且靠近所述变频晶体（6）的一侧镀有2μm~4μm波段和6μm~8μm波段反射率大于90%的高反膜；
所述偏振片（4）镀有对于2μm波段的s光高反射率和对于2μm波段的p光高透过率的膜层，用于分离p光和s光并实现激光输出；
其中，所述至少两个激光增益模块（1）中的至少一个激光增益模块（1）通过控制温度场实现旋光量调节，以用作相位调制功能，与所述相位调制器（3）共同调节腔内p光和s光的相位延迟量，实现增益损耗比精密调控；
至少两个激光增益模块（1）在10%~20%高输出耦合率条件下，实现2.02μm强增益谱线激光输出；
至少两个激光增益模块（1）在3%~8%低输出耦合率条件下，实现2.07μm处弱增益谱线增强及1.95μm、2.02μm强增益谱线抑制；
第二高反镜（2-2）输出的变频激光经过光束导引模块（7）后注入进光束整形模块（8），然后由手持输出端模块（9）输出；
控制器（10）用于调节激光输出功率和波长。
2.根据权利要求1所述的波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，所述光束导引模块（7）为导光臂或光纤；
所述手持输出端模块（9）为穿刺针或激光笔刀。
3.根据权利要求1所述的波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，所述变频晶体（6）为ZGP中红外晶体。
4.根据权利要求1所述的波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，所述波长可调谐的激光手术刀的2μm波段激光的输出过程为：
所述至少两个激光增益模块（1）在泵浦条件下产生2μm波段辐射激光，其中至少一个所述激光增益模块（1）通过控制温度场实现旋光调节；所述辐射激光在所述第一高反镜（2-1）和所述第二高反镜（2-2）构成的谐振腔内往返传输，实现2μm波段增益激光振荡；所述增益激光经过所述至少两个激光增益模块（1）、相位调制器（3）时，分别产生旋光，其中具有相位调制功能的激光增益模块（1）的旋光量与激光装置的工作参数相关；累积旋光后的增益激光通过偏振片（4）在p光和s光两个方向分解，沿不同方向传输；所述p光继续在高反镜构成的激光谐振腔内往返传输；所述s光折返传输至激光谐振腔外，形成损耗或者有效激光输出；
所述2μm波段激光的有效激光输出的过程为：
低电流工作状态下，调节至少一个激光增益模块（1）的旋光量，实现激光输出；调节相位调制器（3）的旋光量，至激光输出最大值位置；等步长增加电流，每个电流条件下重复上述调节过程，至预先设定的2μm波段特定波长，实现第一次波长调节；
有效的所述变频激光输出的过程为：
2μm激光谐振腔内每次激光往返振荡经过变频晶体（6）均发生频率变换，产生变频激光；所述变频激光在变频镜（5）和第二高反镜（2-2）之间反馈振荡实现变频激光的产生及放大,并通过第二高反镜（2-2）输出变频激光；改变变频晶体（6）的角度，使所述变频激光的波长至预先设定的6μm~8μm波段特定波长，实现第二次波长调节。
5.根据权利要求1至4任一项所述的波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，还包括指示激光产生器（11）和导引镜（12），所述导引镜（12）设置于所述第二高反镜（2-2）沿光路方向的一侧，所述指示激光产生器（11）用于产生指示激光（11-1），所述指示激光（11-1）经所述导引镜（12）反射后与激光光束重合并入射至所述导引模块（7）。
6.根据权利要求5所述的波长可调谐的激光手术刀，其特征在于，所述指示激光为可见光波段激光。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110561522.9A CN113288418B (zh) | 2021-05-22 | 2021-05-22 | 一种波长可调谐的激光手术刀 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110561522.9A CN113288418B (zh) | 2021-05-22 | 2021-05-22 | 一种波长可调谐的激光手术刀 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113288418A CN113288418A (zh) | 2021-08-24 |
| CN113288418B true CN113288418B (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=77324043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110561522.9A Active CN113288418B (zh) | 2021-05-22 | 2021-05-22 | 一种波长可调谐的激光手术刀 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113288418B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114447747A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-05-06 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种双波长激光器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5206867A (en) * | 1992-01-31 | 1993-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Suppression of relaxation oscillations in flashpumped, two-micron tunable solid state lasers |
| US5912910A (en) * | 1996-05-17 | 1999-06-15 | Sdl, Inc. | High power pumped mid-IR wavelength systems using nonlinear frequency mixing (NFM) devices |
| CN101938086A (zh) * | 2010-08-25 | 2011-01-05 | 南京大学 | 级联超晶格锁模激光器的构造方法 |
| CN108539568A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-09-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种单向行波环形2μm单频可调谐固体激光器 |
| CN112803233A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 厦门大学 | 基于多阶金刚石拉曼的中红外激光发生方法和可调谐中红外激光器 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19855801A1 (de) * | 1998-12-03 | 2000-06-15 | Astrid Schastak Fa | Breitstrahl-Oszillator-Verstärker-Anordnung |
| KR100577931B1 (ko) * | 2003-09-06 | 2006-05-10 | 한국전자통신연구원 | 변조 주파수 가변형 광 발진기 |
| US7586960B2 (en) * | 2007-01-23 | 2009-09-08 | Corning Incorporated | Forced wavelength chirping in semiconductor lasers |
| CN100581498C (zh) * | 2007-03-12 | 2010-01-20 | 王峙皓 | 1064nm半导体激光治疗仪 |
| US7742509B2 (en) * | 2008-09-25 | 2010-06-22 | Photop Technologies | Single-longitudinal mode laser with orthogonal-polarization traveling-wave mode |
| CN201806781U (zh) * | 2010-09-17 | 2011-04-27 | 武汉嘉铭激光有限公司 | 一种光纤再传输式光纤激光器手术装置 |
| CN102969648B (zh) * | 2012-12-11 | 2014-11-05 | 苏州镭创光电技术有限公司 | 基于腔内频率变换的大功率中红外激光器 |
| CN103166102A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-19 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 低电压驱动电光晶体的激光器 |
| CN108258575B (zh) * | 2017-12-30 | 2020-05-19 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种高转换效率的长波红外光学参量振荡器 |
| CN111697425A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-22 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 人眼安全波段级联倍频光学参量振荡器 |
-
2021
- 2021-05-22 CN CN202110561522.9A patent/CN113288418B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5206867A (en) * | 1992-01-31 | 1993-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Suppression of relaxation oscillations in flashpumped, two-micron tunable solid state lasers |
| US5912910A (en) * | 1996-05-17 | 1999-06-15 | Sdl, Inc. | High power pumped mid-IR wavelength systems using nonlinear frequency mixing (NFM) devices |
| CN101938086A (zh) * | 2010-08-25 | 2011-01-05 | 南京大学 | 级联超晶格锁模激光器的构造方法 |
| CN108539568A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-09-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种单向行波环形2μm单频可调谐固体激光器 |
| CN112803233A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 厦门大学 | 基于多阶金刚石拉曼的中红外激光发生方法和可调谐中红外激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113288418A (zh) | 2021-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6757310B2 (en) | Solid-state laser for customized cornea ablation | |
| CN113288418B (zh) | 一种波长可调谐的激光手术刀 | |
| US3750670A (en) | Laser cauterizer | |
| KR20090119210A (ko) | 다중 공진 광섬유 레이저 시스템 | |
| US5325393A (en) | Dual laser resonator and beam combiner | |
| CN108429125A (zh) | 一种腔内泵浦声光调q掺钬固体激光器 | |
| CN101820132A (zh) | 全固态医用双共振腔内和频黄光激光器 | |
| US4821272A (en) | Single mirror integral raman laser | |
| CN103830846A (zh) | 一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪 | |
| EP0199793B1 (en) | Single mirror integral raman laser | |
| CN116526275A (zh) | 基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置及方法 | |
| CN211743670U (zh) | 一种能够输出多路不同波长的多波长激光器 | |
| CN203235152U (zh) | 一种腔内倍频全固体拉曼黄橙激光皮肤血管性病变治疗仪 | |
| CN109950779B (zh) | 用于激光眼底光凝治疗的五波长激光光源 | |
| CN114498278A (zh) | 一种医用激光器及激光系统 | |
| CN113872030A (zh) | 一种266nm脉冲固体激光器 | |
| CN112260050A (zh) | 一种高阶横模绿光固体激光器 | |
| CN116031742B (zh) | 用于脉冲激光器的多功能可饱和吸收元件及其使用方法 | |
| CN206076723U (zh) | 一种基于单泵浦或双泵浦的双波长可调激光器 | |
| CN113346348B (zh) | 一种超低附带损伤的激光手术刀 | |
| US20240108409A1 (en) | Multi-wavelength laser device for photocoagulation surgery | |
| CN220934586U (zh) | 一种两级放大的中红外飞秒激光器 | |
| CN220066399U (zh) | 一种脉冲时序可调控的激光产生装置 | |
| EP4002609A1 (en) | Solid-state laser system | |
| CN220628481U (zh) | 一种激光光凝仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 29 East Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing 100190 Applicant after: Technical Institute of Physics and Chemistry Chinese Academy of Sciences Applicant after: Qilu Zhongke Institute of optical physics and Engineering Technology Address before: No. 29 East Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing 100190 Applicant before: Technical Institute of Physics and Chemistry Chinese Academy of Sciences |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240130 Address after: Building 608, Building 4, Institute of International Finance, University of Science and Technology of China, No. 1789 Guangxi Road, Baohe District, Hefei City, Anhui Province, 230000 Patentee after: Zhongke Liangguang (Hefei) Medical Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: No. 29 East Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing 100190 Patentee before: Technical Institute of Physics and Chemistry Chinese Academy of Sciences Country or region before: China Patentee before: Qilu Zhongke Institute of optical physics and Engineering Technology |