CN116560003B - 激光光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光光纤及其制造方法。激光光纤包括：具有裸露末段的光纤本体，所述末段包括纤芯和包覆所述纤芯的包层；与所述末段的端面结合的无芯光纤，所述无芯光纤的至少部分周面是漫反射面；以及保护套，包裹所述无芯光纤和至少部分所述末段。

Description

激光光纤及其制造方法

技术领域

本发明主要涉及激光光纤，尤其涉及一种激光光纤及其制造方法。

背景技术

在激光消融过程中，光纤插入人体内部，激光器产生的激光通过光纤传递到人体内待消融区域，激光能量转换为热能，加热待消融区域使组织细胞死亡。激光消融手术期望激光末段有更大消融面积，即激光辐照面积大并且向周边发射，从而一次性加热更多组织。

现有激光消融装置中，激光光纤输出端通常为平角，激光沿光纤方向呈细长的锥形，这种光纤只能够直接加热输出端前部的组织。一些改进激光光纤包括侧射光纤和环状光纤。侧射光纤能够使激光输出垂直于光纤，依然是一个细长锥形，辐照面积很小。环状光纤用锥形的前端，将激光输出处理成360°的环状，其宽度依然不能够满足激光消融手术的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供激光光纤及其制造方法，向光纤周边辐射激光，增大光纤的激光辐照面积。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光光纤，包括：具有裸露末段的光纤本体，所述末段包括纤芯和包覆所述纤芯的包层；与所述末段的端面结合的无芯光纤，所述无芯光纤的至少部分周面是漫反射面；以及保护套，包裹所述无芯光纤和至少部分所述末段。

在本发明的一实施例中，所述末段为将所述光纤本体的末端上的涂覆层和保护层去除获得。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤具有平面的第一端面，所述第一端面和所述末段的端面贴合。

在本发明的一实施例中，所述漫反射面是经腐蚀而毛化的粗糙表面。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤的直径与所述末段的所述包层直径相同。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤的至少部分周面为沿着圆周方向预定圆心角的周面。

在本发明的一实施例中，所述保护套与所述无芯光纤之间有间隙，且与所述末段结合。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤包括沿长度方向的多个分段，每个分段的滤除效率η_i按如下方式计算：

其中P₀为总输入功率，ρ为前向光比例，L为无芯光纤总长度，l_i为每个分段的长度，P_i为每个分段的输入功率，i为分段序号。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤的每个分段是经不同腐蚀时间进行腐蚀，且腐蚀时间按照如下方式确定：通过试验的方式预先得到每个分段的不同腐蚀时间和滤除效率的对应关系，再根据公式计算得到每个分段的滤除效率η_i，并进一步根据每个分段的所涉滤除效率η_i、以及腐蚀时间和滤除效率的对应关系，计算得到每个分段的腐蚀时间。

本发明还提出一种激光光纤的制造方法，包括以下步骤：将光纤本体的末端去除涂覆层和保护层，露出包层和纤芯；在所述末段的端面结合无芯光纤；将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀而毛化以形成粗糙表面；以及在所述无芯光纤和至少部分所述末段上包裹保护套。

在本发明的一实施例中，所述无芯光纤的直径与所述末段的所述包层直径相同。

在本发明的一实施例中，包裹所述保护套时，所述保护套与所述无芯光纤之间有间隙，且与所述末段结合。

在本发明的一实施例中，将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀而毛化以形成粗糙表面的步骤包括：

预先通过试验获得不同滤除效率和腐蚀时间的对应关系；

将无芯光纤的沿长度方向分为多个分段，并根据每个分段的滤除效率和所述对应关系确定每个分段的腐蚀时间；

按照每个分段的腐蚀时间对所述无芯光纤的各个分段进行腐蚀；

其中每个分段的滤除效率η_i按如下方式计算：

其中P₀为总输入功率，ρ为前向光比例，L为无芯光纤总长度，l_i为每个分段的长度，P_i为每个分段的输入功率，i为分段序号。

与现有技术相比，本发明将光纤末段的涂覆层和保护层剥离，并结合熔接一段经腐蚀的无芯光纤，从而能尽可能将激光均用于侧向发散，增大了光纤的激光辐照面积。进一步，本发明将无芯光纤分成若干段，每一段的滤除效率不同，但是无芯光纤的整段输出效率是一致的，从而使得无芯光纤整段的发散光均匀。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本申请一实施例的激光光纤整体示意图。

图2是本申请一实施例的激光光纤输出端剖视图。

图3是本申请一实施例的无芯光纤的出光示意图。

图4是本申请一实施例的部分周面为漫反射面的示意图。

图5是本申请另一实施例的部分周面为漫反射面示意图。

图6是本申请一实施例的激光光纤的出光示意图。

图7是本申请一实施例的激光光纤分段滤除效率示意图。

图8是本申请一实施例的激光光纤的制造方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

图1是本申请一实施例的激光光纤整体示意图。参考图1所示，本实施例的激光光纤10主要包括本体11和连接器12。连接器12设在本体11一端，用于从如激光器的外部输入激光。本体11典型地包括从内到外的纤芯、包层、涂覆层和保护层，用于传输激光。纤芯的材料例如为石英，包层的材料例如为掺氟石英，涂覆层的材料例如为聚酰亚胺，保护层例如为聚四氟乙烯。然而可以理解，本申请并不以此为限，而是可以使用已知的其他材料。图2是本申请一实施例的激光光纤输出端剖视图。参考图2所示，本体11另一端为输出端，用于向周边辐射激光。本体11具有裸露的末段13，其包括纤芯13a和包覆纤芯13a的包层13b。也就是说，本体的涂覆层和保护层已去除。一段无芯光纤14的第一端面14a(参考图3)与末段13的端面13c结合。结合的方式例如是熔接。无芯光纤14是折射率一致的光纤，其典型地由一种材料，如石英构成。在一个实施例中，无芯光纤14的直径与末段13的包层13b直径相同，这样来自末段13的激光基本上能够传导到无芯光纤14中，也即其作用在于使沿纤芯13a的轴向激光进入无芯光纤14，以将轴向传播的激光转化为从无芯光纤14处向侧方发射的激光，扩大激光传播的范围至无芯光纤14的周面14c。进一步，无芯光纤14的部分或全部周面14c是漫反射面以配合激光的侧方发射，其出光示意图如图3所示。在一个示例中，周面14a是经腐蚀的粗糙表面，以破坏全反射机制。可以使用腐蚀剂对无芯光纤14周面进行腐蚀，而将其表面做毛化处理。在此，无芯光纤14的全部周面是其沿着圆周方向和轴向的全部周面。在一个实施例中，无芯光纤14的部分周面是其沿着圆周方向预定圆心角(如180°、270°、360°等)的周面。图4显示圆心角α为270°的示例，在此示例中一部分周面14c1为漫反射面，而另一部分周面14c2仍为全反射面。无芯光纤14的第二端面(即前端面)14b切平角处理。为了保护因毛化而脆弱的无芯光纤14，一个保护套15包裹无芯光纤14和至少部分末段12。在一个实施例中，保护套15与无芯光纤14(无芯光纤14的外表面)之间有间隙S，且与末段13结合。间隙S分布在无芯光纤14的整个周面14c、第二端面14b与保护套15内表面之间，这样无芯光纤14与保护套15之间没有接触，不容易损坏而避免影响光纤的光学性质。保护套15与末段13之间使用医用胶水16结合。在一个实施例中，保护套15的材质也为石英。

在另一个实施例中，无芯光纤14的部分周面是其沿着轴向方向预定长度的周面。例如图5所示，一部分周面14c3为漫反射面，另一部分周面14c4为全反射面。通常漫反射面位于无芯光纤14的前部或后部。

图4和图5的实施例可以结合，即漫反射面对应的部分周面是位于轴向方向预定长度且对应预定圆心角。

参考图3和图6所示，本实施例在本体11的末段13结合经腐蚀而具有粗糙周面的无芯光纤14，从而形成漫反射表面，这样激光就可以除了在第二端面14b形成锥形的前向发光区A，还会从无芯光纤14处向侧方发散，形成具有一定宽度的圆柱形侧向发光区B，因而增大光纤的激光辐照面积。进一步，通过设计对无芯光纤14的腐蚀，可以控制前向光与侧向光的分配，从而设计不同产品，满足不同的前向消融需求。

在一个实施例中，无芯光纤14的侧向出光是均匀的，为此目的本案实施例采用非均匀腐蚀来优化腐蚀效果，也即，通过试验的方式预先得到无芯光纤的确定长度的每个分段的不同腐蚀时间和滤除效率的对应关系，再根据公式计算得到每个分段的滤除效率η_i，并进一步根据每个分段的所涉滤除效率η_i、以及腐蚀时间和滤除效率的对应关系，计算得到无芯光纤每一段的腐蚀时间t。下面描述详细过程。

先通过试验的方式可预先得到不同确定长度L的无芯光纤的腐蚀时间t和η的对应关系。

该过程中，使用无芯光纤中段剥除一段涂覆层，腐蚀固定长度L，梯度时间t。将腐蚀样品接入测试光源中，测量输入功率P_输入和输出功率P_剩余，P_输入＝P_剩余+P_滤除。其中，P_滤除为从腐蚀表面射出的功率。

设ρ为前向光比例，则

光在经腐蚀无芯光纤中的总滤除效率IL(即损耗)的单位为dB，则有：

经腐蚀无芯光纤单位长度的滤除效率为：

通过设计多组试验，并根据以上过程原理，可得到确定长度L的无芯光纤每一分段的滤除效率η及相应的不同腐蚀时间t的对应关系。

由此，在一段滤除效率为η_i、长度为l_i的腐蚀光纤上的滤除功率P_滤除为：

根据不同总滤除效率来确定各个分段的滤除效率，i为分段序号。例如需要前向光比例为ρ，那么就需要在经腐蚀无芯光纤中均匀地滤除1-ρ的激光。将经无芯光纤的腐蚀区域分段，其中一段l_i的设计滤除功率为：

针对l_i段，其输入功率P_i为总输入功率P₀减去前段的滤除功率之和：

综上，可得

根据这一公式1，可以求得每一段l_i滤除效率ηi。

以图7为例，将无芯光纤14除前端以外的部分分为5段，假设前向光比例ρ为10％，则需要滤除光比例1-ρ＝90％。为了能够滤除90％，需要每一段滤除18％。

因此以无芯光纤第一段l₁为例，按照公式1进行计算。此时，为18％，在此第一段输入功率P₀即为已知的总输入功率。

由此，为已知，l_i即每段的长度为已知，因而此时第一段的η₁即求得；依次类推即可得到所有的η_i。

当通过公式1求得无芯光纤每一段的η时，通过查表或自动化程序分析计算的方式可得知该段对应的腐蚀时间t，从而对每一段的无芯光纤进行相应时间的腐蚀，最终得到各段输出功率一致的无芯光纤，也即得到发散均匀的激光输出。

原则上，无芯光纤切分的分段越小，柱形激光输出越平均、越细腻。但是考虑到实际的工艺及控制难度，切分成每段3mm或以上的小段。

本申请的激光光纤可以用于激光消融装置。激光消融装置包括激光光纤、激光器等部件，在此不再展开描述与本申请重点无关的部件。

图8是本申请一实施例的激光光纤的制造方法流程图。参考图8所示，归纳而言，本申请的激光光纤的制造方法包括如下步骤。

在步骤801，将光纤本体的末端去除涂覆层和保护层，露出包层和纤芯，得到具有裸露末段的光纤本体。

参考图2所示，将光纤本体11的末端去除涂覆层和保护层，露出包层13a和纤芯13b，得到末段13。

在步骤802，在末段13的端面结合无芯光纤。

参考图2所示，在末段13的端面13c结合无芯光纤14，并且将无芯光纤14的端面14b切平角处理。结合的方式例如是熔接。这一步骤先行执行，可以让末段13为无芯光纤14提供支撑。

在步骤803，将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀以形成粗糙表面。

在此，腐蚀剂一般选用含氟的腐蚀剂，可以使用稀释的氢氟酸或玻璃蒙砂膏(有效成分为氟化铵)。本申请对腐蚀剂的浓度不做限定，可根据腐蚀液浓度来调整腐蚀时间。

在此，无芯光纤14的全部周面是其沿着圆周方向和轴向的全部周面。在一个实施例中，无芯光纤14的部分周面是其沿着圆周方向预定圆心角(如180°、270°)的周面，如图4所示。在腐蚀时，可以选择性腐蚀无芯光纤14一定圆心角的周面，而不腐蚀其他角度的周面。在另一个实施例中，无芯光纤14的部分周面是其沿着轴向方向预定长度的周面，如例如图5所示。或者，部分周面是位于轴向方向预定长度且对应预定圆心角。

在步骤504，在无芯光纤14和至少部分末段13上包裹保护套。

如图2所示，在无芯光纤14和至少部分末段13上包裹保护套15。保护套15与末段13之间使用医用胶水16结合。

在一个实施例中，预先通过试验获得不同滤除效率和腐蚀时间的对应关系，而在步骤803将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀时，沿长度方向分为多个分段，并根据每个分段的滤除效率和前述对应关系确定腐蚀时间，再按照每个分段的腐蚀时间对无芯光纤的各个分段进行腐蚀。

其中每个分段的滤除效率η_i按如下方式计算：

其中P₀为总输入功率，ρ为前向光比例，L为无芯光纤总长度，l_i为每个分段的长度，P_i为每个分段的输入功率。

通过这一非均匀的腐蚀方式，可以使得无芯光纤各段的侧向出光功率相等，实现出光均匀。

本方法的其他细节可参考前文的激光光纤的实施例，在此不再展开。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种激光光纤，包括：

具有裸露末段的光纤本体，所述末段包括纤芯和包覆所述纤芯的包层；

与所述末段的端面结合的无芯光纤，所述无芯光纤的至少部分周面是漫反射面；以及

保护套，包裹所述无芯光纤和至少部分所述末段；其中，

所述无芯光纤包括沿长度方向布设的多个分段，每个分段的滤除效率η_i的计算公式为：

P₀为总输入功率，ρ为前向光比例，L为无芯光纤总长度，l_i为每个分段的长度，P_i为每个分段的输入功率，i为分段序号。

2.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述末段为将所述光纤本体的末端上的涂覆层和保护层去除获得。

3.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述无芯光纤具有平面的第一端面，所述第一端面和所述末段的端面贴合。

4.权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述漫反射面是经腐蚀而毛化的粗糙表面。

5.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述无芯光纤的直径与所述末段的所述包层直径相同。

6.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述无芯光纤的至少部分周面为其沿着圆周方向预定圆心角的周面。

7.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述保护套与所述无芯光纤之间有间隙，且与所述末段结合。

8.如权利要求1所述的激光光纤，其特征在于，所述无芯光纤的每个分段是经不同腐蚀时间进行腐蚀，且腐蚀时间按照如下方式确定：通过试验的方式预先得到每个分段的不同腐蚀时间和滤除效率的对应关系，再根据公式计算得到每个分段的滤除效率η_i，并进一步根据每个分段的所涉滤除效率η_i、以及腐蚀时间和滤除效率的对应关系，计算得到每个分段的腐蚀时间。

9.一种激光光纤的制造方法，包括以下步骤：

将光纤本体的末端去除涂覆层和保护层，露出包层和纤芯，得到末段；

在所述末段的端面结合无芯光纤；

将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀而毛化以形成粗糙表面；以及

在所述无芯光纤和至少部分所述末段上包裹保护套；其中，

将无芯光纤的至少部分周面进行腐蚀而毛化以形成粗糙表面的步骤包括：

预先通过试验获得不同滤除效率和腐蚀时间的对应关系；

将无芯光纤的沿长度方向分为多个分段，并根据每个分段的滤除效率和所述对应关系确定每个分段的腐蚀时间；

按照每个分段的腐蚀时间对所述无芯光纤的各个分段进行腐蚀；

其中每个分段的滤除效率η_i按如下方式计算：

其中，P₀为总输入功率，ρ为前向光比例，L为无芯光纤总长度，l_i为每个分段的长度，P_i为每个分段的输入功率，i为分段序号。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无芯光纤的直径与所述末段的所述包层直径相同。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包裹所述保护套时，所述保护套与所述无芯光纤之间有间隙，且与所述末段结合。