CN113694397A - 一种组合式多波长激光器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种组合式多波长激光器，内设有激光模块、供电模块及通讯模块，供电模块用于为激光模块与通讯模块供电，供电模块包括供电控制器、供电总线及独立电源连接件，供电控制器通过供电总线连接独立电源连接件，供电总线上设有导电分线，导电分线的外端设有导线连接件；通信模块包括通信控制器、通信总线及独立通信连接件，通信控制器通过通信总线连接独立通讯连接件，通信总线上设有通信分线，通信分线的外端设有通信连接件。本发明使通信模块与供电模块均设有分支线路，使多个激光器能够并联互通，任意一个激光器的独立通信与独立供电就能操控多个激光器，实现多波长发射、激光器可拆卸、波长可切换功能的光动力治疗激光器。

Description

一种组合式多波长激光器

技术领域

本发明实施例涉及激光器技术领域，具体涉及一种组合式多波长激光器。

背景技术

光动力疗法(Photodynamic Therapy，PDT)是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其作用基础是光动力效应。这是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。其过程是，特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。相比传统疗法，光动力疗法具有创伤小、靶向性好、无耐药和毒副作用的优点。

照射光常采用可见红光。大多数光敏剂能强烈吸收630nm或长于630nm的光。激光是最方便和可携带性光源，具相干性(coherent)和单色性，即产生高能量的单一波长的光波，输出功率可被精确调控，能直接通过纤维光缆，引入中空器官和深在肿瘤内。二极管激光比之金属蒸汽激光或色调(tuned-dye)激光便宜，可携带，因此常采用。光动力的治疗时间与光敏剂吸收光能力和光传递能量给氧的效力有关。

根据治疗中的适应症和光敏剂种类的不同，激光波长和所需能量也不同。例如，Photofrin是一种用于胃癌和膀胱癌的光敏剂，其激发波长为630nm；Metvix是用于基底细胞癌的光敏剂，激发波长为635nm；Foscan是用于头颈部肿瘤的光敏剂，激发波长为652nm；Purlytin是用于乳腺癌和前列腺癌的光敏剂，激发波长为664nm；Talaporfin是用于实体肿瘤的广普光敏剂，激发波长为664nm；Verteporfin是用于基底细胞癌的光敏剂，激发波长为689nm；Lutex是用于前列腺和脑癌的光敏剂，激发波长为732nm。

根据美国癌症协会总结的激光在医疗中的优略点，激光用于医学治疗的最大问题是激光器的结构复杂，价格高昂，使用步骤繁琐，医护人员对于医疗激光器的使用普遍存在培训不足和使用时的畏惧心理，严重阻碍了激光治疗仪器在医疗中的普及推广。尤其对于光动力治疗这种疗法，光敏剂和适用症的种类都非常多，还不断有新型光敏剂在市场上推出，普通不具备激光常识的医护人员在更换激光器、更换激光波长时往往束手无策或者很容易犯错。

目前市场上还没有能够进行多波长发射、可拆卸及波长切换的光动力治疗激光器。例如DIOMED公司的DIOMED 630PDT Laser是一种专用于Photofrin药物的光动力激光，发射波长为630nm；桂林兴达公司生成的XD-635AB光动力激光治疗仪的发射波长为630nm，通过光学输出，光纤芯径为400um。光动力治疗仪器中使用的激光器一般为半导体激光器，通过光纤耦合输出，半导体激光器与光纤耦合输出接口、光纤与光纤耦合输出端口需要精密的机械配合才可实现较高的耦合效率，因此一般采用的都是通过机械螺纹拧紧的固定结构。除非专业人员采用专业工具，半导体激光器在治疗仪中难以进行更换。当采用不同波长的半导体激光器组成一台治疗仪后，其光纤接出具有多个端口，很难进行灵活的波长切换。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种组合式多波长激光器，实现多波长发射、激光器可拆卸、波长可切换功能的光动力治疗激光器。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种组合式多波长激光器，所述组合式多波长激光器内设有激光模块、供电模块及通讯模块，所述供电模块用于为激光模块与通讯模块供电，其特征在于：所述供电模块包括供电控制器、供电总线及独立电源连接件，所述供电控制器通过供电总线连接独立电源连接件，所述供电总线上设有导电分线，所述导电分线的外端设有导线连接件；所述通信模块包括通信控制器、通信总线及独立通信连接件，所述通信控制器通过通信总线连接独立通讯连接件，所述通信总线上设有通信分线，所述通信分线的外端设有通信连接件。

进一步地，所述供电总线上设有两组导电分线，其中一组导电分线连接第一导线连接件，另一组导电分线连接第二导线连接件，所述第一导线连接件与第二导线连接件之间互为匹配连接关系。

进一步地，所述通信总线上设有两组通信分线，其中一组通信分线连接第一通信连接件，另一组通信分线连接第二通信连接件，所述第一通信连接件与第二通信连接件之间互为匹配连接关系。

进一步地，所述组合式多波长激光器的外部设有机械连接件，所述机械连接件用于两个组合式波长激光器之间的固定连接。

进一步地，所述机械连接件内设有可旋转的磁体及控制磁体旋转的旋转结构，所述磁体上设有磁面与非磁面，所述机械连接件的连接侧设有暴露磁体的槽状结构。

进一步地，所述旋转结构包括位于磁体两侧的旋转轴，所述旋转轴与机械连接件之间旋转连接，所述旋转轴内设有非圆形凹槽，所述机械连接件上设有暴露非圆形凹槽的通孔，所述非圆形凹槽内插入摇把。

进一步地，所述旋转轴上设有限位凸起，所述机械连接件上设有与限位凸起相配合的弧形槽，所述弧形槽的弧度与磁体的旋转角度所对应的弧度相同。

进一步地，所述电源连接件或通信连接件设在机械连接件上。

进一步地，所述旋转轴上设有主动齿轮，所述主动齿轮啮合从动齿条，所述从动齿条固定在绝缘底座的一侧，所述并联供电连接件或并联通信连接件安装在绝缘底座上。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例所述的一种组合式多波长激光器内设激光模块、供电模块及通讯模块，使通信模块分析、处理上位机的控制信号并发送给供电模块，供电模块根据控制信号控制或调节激光模块的供电情况，通信模块与供电模块均设有分支线路，使多个激光器能够并联互通，任意一个激光器的独立通信与独立供电就能操控多个激光器，从而实现多波长发射、激光器可拆卸、波长可切换功能的光动力治疗激光器。

本发明实施例所述的一种组合式多波长激光器的外形和输出接口保持统一，可以通过机械连接件进行安装，实现方便的拆卸和更换，再通过激光阵列输出的多波长激光通过多根光纤输出到波长切换器中，波长切换器具有一根输出光纤，输入的多跟光纤中的一根光纤通过机械结构与输出的光纤进行耦合，通过切换输入光纤与输出光纤的耦合，切换输出激光波长，波长切换器还可具有多个输出光纤，同样的原理实现输入波长与输出波长的切换，从而实现多波长发射、激光器可拆卸、波长可切换功能的光动力治疗激光器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一实施例提供的一种组合式多波长激光器的系统结构图；

图2为图1的系统方框图；

图3为本发明另一实施例提供的一种组合式多波长激光器的系统结构图；

图4为图3中所述组合式多波长激光器的并联组合应用的系统结构图；

图5为本发明一实施例提供的一种组合式多波长激光器的产品正面图；

图6为本发明一实施例提供的一种组合式多波长激光器的产品背面图；

图7为本发明一实施例提供的一种组合式多波长激光器的产品并联组合图；

图8为本发明一实施例提供的一种组合式多波长激光器的机械连接件的产品结构图；

图9为图8中磁体的两个状态图，图中状态A为非吸合状态，状态B为吸合状态；

图10为本发明一实施例提供的机械连接件的内部结构图；

图11为本发明一实施例提供的机械连接件的磁体状态图；

图12为本发明另一实施例提供的机械连接件的磁体状态图；

图13为本发明另一实施例提供的机械连接件的内部结构图。

图中：

1、激光模块；2、光纤接口；3、散热风扇；4、供电控制器；5、供电总线；6、独立供电连接件；7、供电分线；8、并联供电连接件；9、供电指示灯；10、出光指示灯；11、通信控制器；12、通信总线；13、独立通信连接件；14、通信分线；15、并联通信连接件；16、机械连接件；17、磁体；18、磁面；19、非磁面；20、槽状结构；21、旋转轴；22、非圆形凹槽；23、摇把；24、弧形凸起；25、长方形凸起；26、弧形槽；27、主动齿轮；28、绝缘底座；29、从动齿条；30、第一并联供电连接件；31、第二并联供电连接件；32、第一并联通信连接件；33、第二并联通信连接件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

如图1-2所示，一种组合式多波长激光器，所述组合式多波长激光器内设有激光模块1、供电模块及通讯模块，所述供电模块用于为激光模块1与通讯模块供电，所述通信模块用于分析、处理上位机的控制信号并发送给供电模块，供电模块根据控制信号控制或调节激光模块1的供电情况，本实施例中供电模块分别连接激光模块1与通信模块。

本实施例中所述激光模块1采用波长为635nm、输出功率100mW、蝶形封装、光纤引出的半导体激光器，所述激光模块1的供电电压为0-10V，最大供电电流为0.2A。如图5-6所示，所述激光模块1的输出光纤与激光器的光纤接口2连接，所述光纤接口2可为SMA 905接口或者FC/PC接口，光纤接口2可设置在激光器的前面板上。所述激光模块1安装在一块具有半导体制冷器(Thermo Electric Cooler，简称TEC)和散热片的装置上，激光器的前后均有能够空气流动的散热窗，激光器内设有散热风扇3。

所述供电模块包括供电控制器4、供电总线5及独立供电连接件6，所述供电控制器4内置供电芯片，用于根据上位机传输的控制信号将外置直流电源通过供电总线5传输的电压和电流分配给激光模块1，并进行功率控制，本实施例中所述供电控制器4可将24V电压降压为0-10V后提供给激光模块1。所述供电芯片还可用于温控，以控制TEC的温度以及散热风扇3的启闭。所述供电控制器4通过供电总线5连接独立供电连接件6，所述独立供电连接件6为激光器的独立供电接口，所述独立供电连接件6连接外置电源。

所述供电总线5上设有供电分线7，所述供电分线7的外端设有并联供电连接件8，所述并联供电连接件8为激光器之间共联供电接头，用于在需要更多不同的波长和功率激光输出时将多个激光器进行组合，使用并联供电连接件8连接多个激光器，仅需一个外置电源供电就能为多个激光器供电，实现单电源控制多激光组合的技术效果。所述并联供电连接件8与供电分线7一一对应，若供电分线7的数量是1个，则每个激光器仅能外接1个激光器，本实施例中供电分线7的数量优选于2-5个，须保留激光器的一侧用于发射激光，以2个为例，一个激光器可同时并联两个激光器，形成3个不同功率、波长的激光器组合，位于两侧的激光器也能够在连接附加的激光器，以此类推，形成多激光器组合。本技术由于采用总线供电，总线上电压恒定，激光模块通过总线供电连接为并联方式，移除或增加激光模块的数量，不会影响总线电压，只会改变总线电流，因此只要电源额定输出电流大于全部激光模块需要电流就能实现供电平稳。

所述并联供电连接件8的连接形式包括2中，一种为面贴合连接，如平面贴合、斜面贴合、球面贴合等；另一种为多平面匹配，如凹凸槽匹配、插接匹配等。其中，如图3所示，有匹配关系情况下需要供电总线5上设有两组导电分线，两组导电分线分别连接不同的并联供电连接件8，如一组导电分线连接第一并联供电连接件30，另一组导电分线连接第二并联供电连接件31，第一并联供电连接件30与第二并联供电连接件31之间具有匹配关系，从而能够实现多个激光器之间的供电并联。

具体的，如图4、7所示，在需要更多波长和功率激光输出时，需要将多个激光器进行组合，激光器的波长分别为405nm、635nm、680nm，3个激光器的输出激光功率均为100mW，全部激光器的最大电功率需求为3W。将其中一个激光器(例如405nm)的独立供电接口连接12V、1A的直流电源，该直流电源能够满足4个激光器的工作需求。第二个激光器(例如635nm)与第一个激光器(405nm)的并联供电连接件8相互连接，第三个模块(680nm)可连接第一个激光器或第二个激光器，其连接方式同前，最终形成3个激光器的并联供电，三台激光器通过一个电源供电，可同时输出多波长激光。如所述激光模块1的供电电压为0-10V，最大供电电流为0.2A，独立供电连接件6连接一个电压为12V、最大供电电流为1A的外置直流电源，该直流电源能够满足之多4个激光器并联组合的供电需求。

在需要更多激光波长时(例如780nm)，可将新增的激光器(780nm)与上述激光器组合中任意具有闲置并联供电连接件8的激光器相连，组成4个激光器的并联供电。若需要连接超出电源供电范围的更多模块时，可在任意一个激光器的独立供电接口(独立供电连接件6)上再连接一个直流电源，实现更多的模块的接入。另外，在需要更换其中的一个单元模块时(例如当其中一个模块损坏，或者需要不同的波长和功率时)，可断开该激光器的并联供电连接件8，更换或取出该激光器。

所述激光器上可设置供电指示灯9和出光指示灯10，所述供电指示灯9和出光指示灯10均与供电控制器4连接，供电控制器4控制供电指示灯9和出光指示灯10的启闭，供电指示灯9用于展示激光器是否处于供电状态，出光指示灯10用于展示激光器是否处于出光状态。

如图1-2所示，所述通信模块包括通信控制器11、通信总线12及独立通信连接件13，所述通信控制器11通过通信总线12连接独立通讯连接件，所述通信总线12上设有通信分线14，所述通信分线14的外端设有并联通信连接件15。独立通信连接件13为激光器的独立通信接口，其连接上位机提供串口控制信号，通信控制器11通过独立通信连接件13接收上位机的控制信号，并分析处理上位机的串口信号，发送给供电模块，如供电控制器4设置0-10V电压给激光器，实现控制激光器的功率。本技术由于采用总线通信，增加或移除激光模块时系统的通信方式不会发生变化，每个激光器内部的控制芯片内有独立的编号，根据通信编号识别激光模块。

所述并联通信连接件15的连接形式包括2中，一种为面贴合连接，如平面贴合、斜面贴合、球面贴合等；另一种为多平面匹配，如凹凸槽匹配、插接匹配等。其中，如图3所示，有匹配关系情况下需要通信总线12上设有两组通信分线14，两组通信分线14分别连接不同的并联通信连接件15，如一组通信分线14连接第一并联通信连接件32，另一组通信分线14连接第二并联通信连接件33，第一并联通信连接件32与第二并联通信连接件33之间具有匹配关系，从而能够实现多个激光器之间的通信并联。如图4、7所示，如前述3个激光器组合并联的例子中，将其中一个激光器的独立通信连接件13与上位机连接，其与激光器的并联通信连接件15与该激光器相连，形成多个激光器的并联通信组合，实现一个通信总线12连接多个激光器并实现通信交互。

激光器之间的连接需要稳固性，因此激光器之间需要增加物理固定连接方式，本实施例中所述组合式多波长激光器的外部设有可方便拆卸的机械连接件16，例如卡口、磁吸方式等，所述机械连接件16用于两个组合式波长激光器之间的固定连接。本实施例中优选于磁吸方式，具体如下：

如图8-9所示，所述机械连接件16内设有可旋转的磁体17及控制磁体17旋转的旋转结构，所述磁体17上设有磁面18与非磁面19，所述非磁面19可为无磁面18或磁性中和的面，所述机械连接件16的连接侧设有暴露磁体17的槽状结构20。所述旋转结构控制磁体17旋转，磁体17因旋转而在槽状结构20中暴露的面不同，在磁面18与非磁面19之间切换，实现磁吸可控。具体的，如图9中的状态A，磁体17的非磁面19暴露在槽状结构20内，此时磁极距离表面远，磁吸力量变小，无法吸合；如图9中的状态B，旋转磁体1790°后，磁体17的磁面18暴露在槽状结构20内，此时磁极距离表面近，磁吸力量变大，产生吸合作用。

如图8、10所示，所述旋转结构包括位于磁体17两侧的旋转轴21，所述旋转轴21可与磁体17为一体结构，旋转轴21的轴径优选于小于磁体17，可更好的固定磁体17的轴向运动。所述旋转轴21与机械连接件16之间旋转连接，所述旋转轴21内设有非圆形凹槽22，所述机械连接件16上设有暴露非圆形凹槽22的通孔，所述非圆形凹槽22内插入摇把23，所述摇把23插入到非圆形凹槽22内并与其嵌合，旋转摇把23，可控制磁体17旋转。

所述旋转轴21上设有限位凸起，所述机械连接件16上设有与限位凸起相配合的弧形槽26，所述弧形槽26的弧度与磁体17的旋转角度所对应的弧度相同。所述限位凸起可为弧形凸起24或长方形凸起25，所述机械连接件16上设有供限位凸起移动的弧形空间，所述弧形空间的弧度对应磁体17的允许旋转范围。具体的，如图11所示，当磁体17被旋转到状态A时，非磁面19暴露在槽状结构20内，不产生吸合作用，长方形凸起25被阻挡，无法继续旋转，使磁体17精准的定位在非吸合的状态；当磁体17被旋转到状态B时，磁面18暴露在槽状结构20内，产生吸合作用，长方形凸起25被阻挡，无法继续旋转，使磁体17精准的定位在吸合状态。

如图12所示，本实施例中优选于弧形凸起24，弧形凸起24不仅具有轴向限位功能，还具有因随着磁体17旋转过程中旋转轴21的半径增加，使旋转轴21与机械连接件16之间的缝隙越来越小，二者之间由间隙连接变为过盈连接，最终通过挤压固定旋转轴21，使旋转轴21必须通过较大的外力才能够转动，防止在连接过程中因外力因素使两个激光器之间连接断开的情况。当磁体17被旋转到状态A时，非磁面19暴露在槽状结构20内，不产生吸合作用，弧形凸起24被卡在弧形槽26的一侧，使磁体17无法继续旋转，被精准的定位在非吸合的状态，只有强大外力才能够使磁体17转动；当磁体17被旋转到状态B时，磁面18暴露在槽状结构20内，产生吸合作用，弧形凸起24被卡在弧形槽26的另一侧，无法继续旋转，使磁体17精准的定位在吸合状态，只有强大外力才能够使磁体17转动。

如图8所示，为了增加两个激光器的并联供电连接件8之间的连接，将并联供电连接件8设在机械连接件16上，使并联供电连接件8处于机械连接件16连接最紧密处的周围，最大程度保证了并联供电连接件8之间连接的稳固性。本实施例中并联供电连接件8为设置在机械连接件16上的供电接触电极，供电接触电极的侧面由绝缘体(如塑料)包裹，使其与磁体17绝缘。

如图8所示，为了增加两个激光器的并联通信连接件15之间的连接，将并联通信连接件15设在机械连接件16上，使并联通信连接件15处于机械连接件16连接最紧密处的周围，最大程度保证了并联通信连接件15之间连接的稳固性。本实施例中并联通信连接件15为设置在机械连接件16上的通信接触电极，通信接触电极的侧面由绝缘体(如塑料)包裹，使其与磁体17绝缘。

如图13所示，为了实现机械连接件16断开之前就断开并联供电连接件8或并联通信连接件15的连接，在旋转轴21上增加主动齿轮27，所述并联供电连接件8或并联通信连接件15均安装在绝缘底座28上，所述绝缘底座28上设有与主动齿轮27相啮合的从动齿条29，实现绝缘底座28的上下移动。当控制磁体17旋转以断开磁体17连接时，旋转磁体17的同时，旋转轴21带动主动齿轮27旋转，主动齿轮27带动从动齿条29向下移动，即绝缘底座28向下移动，实现二个并联供电连接件8或二个并联通信连接件15之间存在较大空间，从而断开二者的连接，实现激光器在机械断开之前电路或通信的提前断开，保证了设备运行的安全性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种组合式多波长激光器，所述组合式多波长激光器内设有激光模块、供电模块及通讯模块，所述供电模块用于为激光模块与通讯模块供电，其特征在于：所述供电模块包括供电控制器、供电总线及独立电源连接件，所述供电控制器通过供电总线连接独立电源连接件，所述供电总线上设有导电分线，所述导电分线的外端设有导线连接件；

所述通信模块包括通信控制器、通信总线及独立通信连接件，所述通信控制器通过通信总线连接独立通讯连接件，所述通信总线上设有通信分线，所述通信分线的外端设有通信连接件。

2.根据权利要求1所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述供电总线上设有两组导电分线，其中一组导电分线连接第一导线连接件，另一组导电分线连接第二导线连接件，所述第一导线连接件与第二导线连接件之间互为匹配连接关系。

3.根据权利要求1所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述通信总线上设有两组通信分线，其中一组通信分线连接第一通信连接件，另一组通信分线连接第二通信连接件，所述第一通信连接件与第二通信连接件之间互为匹配连接关系。

4.根据权利要求1所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述组合式多波长激光器的外部设有机械连接件，所述机械连接件用于两个组合式波长激光器之间的固定连接。

5.根据权利要求4所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述机械连接件内设有可旋转的磁体及控制磁体旋转的旋转结构，所述磁体上设有磁面与非磁面，所述机械连接件的连接侧设有暴露磁体的槽状结构。

6.根据权利要求5所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述旋转结构包括位于磁体两侧的旋转轴，所述旋转轴与机械连接件之间旋转连接，所述旋转轴内设有非圆形凹槽，所述机械连接件上设有暴露非圆形凹槽的通孔，所述非圆形凹槽内插入摇把。

7.根据权利要求6所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述旋转轴上设有限位凸起，所述机械连接件上设有与限位凸起相配合的弧形槽，所述弧形槽的弧度与磁体的旋转角度所对应的弧度相同。

8.根据权利要求6所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述电源连接件或通信连接件设在机械连接件上。

9.根据权利要求8所述的组合式多波长激光器，其特征在于：所述旋转轴上设有主动齿轮，所述主动齿轮啮合从动齿条，所述从动齿条固定在绝缘底座的一侧，所述并联供电连接件或并联通信连接件安装在绝缘底座上。

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