CN116847798A - 具有高角度照明输出的单光纤照明激光探针 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种光纤和一种具有容置该光纤的探针尖端的激光探针组件。在某些方面，光纤包括芯部、围绕芯部的外包层、以及在光纤的近端和/或远端处的端面。芯部被配置为传输激光束，而芯部和外包层都被配置为传输照明光。在某些方面，与至少外包层的截面相对应的端面的表面区域用粗糙化或抛光工艺处理，以调节光纤的照明光输出角度。使用一种被配置为传输激光束以及广角照明光的光纤，允许实现更加紧凑的光纤和探针尖端，从而允许实现需要更狭窄的探针的医疗手术。

Description

具有高角度照明输出的单光纤照明激光探针
优先权声明
本申请要求发明人为Chenguang Diao、Ronald T.Smith和Alireza Mirsepassi于2021年2月23日提交的名称为“SINGLE FIBER ILLUMINATED LASER PROBE WITH HIGH-ANGLE ILLUMINATION OUTPUT”的美国临时专利申请序列号63/152,412的优先权权益，该美国临时专利申请特此通过援引以其全文并入本文，就如同在本文做了充分和完整的阐述一样。
技术领域
本公开涉及用于外科手术的小规格仪器，更具体地说，涉及一种用于在眼科外科手术期间同时传输照明光和激光束的光纤。
背景技术
在各种各样的医疗手术中，使用激光来辅助手术并治疗患者的解剖学结构。例如，在激光光凝中，激光探针被用于烧灼视网膜上的血管。一些激光探针包括光纤缆线，光纤缆线包含用于向手术部位输送激光的一根光纤、以及单独的光纤，该单独的光纤用于在眼睛手术期间(例如在双眼手术期间)同时输送照明光。在这种情况下，两根光纤中的一根光纤连接到激光源以输送激光束，而另一根光纤连接到照明源以输送照明光。然后，这两根光纤被组合起来并紧紧地包在光纤缆线的管内，以最小化光纤缆线的尺寸，以及因此最小化放置光纤缆线的探针尖端的尺寸。使用具有较小规格尺寸的探针尖端是有利的，因为这有助于最小化眼睛上的切口尺寸(例如，微创眼睛手术)，并帮助患者在手术后更快地恢复。
然而，包含激光光纤以及照明光纤的光纤缆线仅可以制作得这么狭窄，因为必须有空间让照明光纤和激光光纤并排放置在管内。两根光纤本身变狭窄会导致激光耦合效率降低，并且没有足够的照明来执行医疗手术。进一步，用于集成两根单独的光纤(其中一根光纤用于激光束，并且另一根光纤用于照明光)的探针的制造很复杂，而且制造探针的成本很高。此外，由于照明光所使用的塑料光纤、以及用于在探针的远端处将光纤结合在一起的粘合剂，在高激光功率下，探针的热鲁棒性是一个问题。
因此，本领域需要的是一种改进的单光纤照明激光探针，该单光纤照明激光探针具有高角度的照明输出，同时保持高激光耦合效率。
发明内容
根据某些实施例，提供了一种激光探针组件，包括形状和尺寸设置为供使用者抓握的探针本体、以及容置具有近端面和与近端面相反的远端面的光纤的探针尖端。光纤进一步包括芯部、周向地围绕芯部的外包层、以及周向地围绕外包层的涂层。芯部被配置为传输激光束和照明光。外包层被配置为传输照明光。光纤的近端面或远端面的对应于外包层的至少一个表面区域被粗糙化。
根据某些实施例，提供了一种光纤，包括在光纤的近端处的近端面和在光纤的远端处的远端面。光纤进一步包括芯部、周向地围绕芯部的外包层、以及周向地围绕外包层的涂层。芯部被配置为传输激光束和照明光。外包层被配置为传输照明光。光纤的近端面或远端面的对应于外包层的至少一个表面区域被粗糙化。
附图说明
为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考实施例来对以上简要概括的本公开进行更具体描述，在附图中图示了其中一些实施例。然而，要注意，附图仅图示了示例性实施例，因此不应被视为限制其范围，并且可以允许其他同等有效的实施例。
图1A图示了根据本公开的某些实施例的用于生成激光和照明光束以输送到手术靶的系统的平面图。
图1B图示了根据本公开的某些实施例的手术激光系统的示意性平面图。
图2图示了根据本公开的某些实施例的探针的平面图。
图3A至图3B图示了根据本公开的某些实施例的光纤的不同视图。
图4图示了根据本公开的某些实施例的光纤端面的剖视前视图。
图5图示了根据本公开的某些实施例的具有内包层的光纤端面的剖视前视图。
图6图示了根据本公开的某些实施例的探针尖端和光纤的部分剖视图。
图7图示了根据本公开的某些实施例的光纤端面的剖视前视图。
图8图示了根据本公开的某些实施例的具有内包层的光纤端面的剖视前视图。
图9A至图9C图示了根据本公开的某些实施例的光纤的示意性剖视图。
图10图示了根据本公开的某些实施例的形成光纤的方法的流程图。
图11A至图11C图示了根据本公开的某些实施例的对应于图10的方法的不同操作的光纤的不同状态。
图12A至图12B图示了根据本公开的某些实施例的光纤的不同视图。
图13图示了根据本公开的某些实施例的具有内包层的光纤的侧视剖视图。
图14图示了根据本公开的某些实施例的形成光纤的方法的流程图。
图15A至图15C图示了根据本公开的某些实施例的在图14的方法的不同操作处光纤的不同状态。
为了便于理解，在可能的情况下已使用相同的附图标记来指代各图所共有的相同元件。可以设想到，一个实施例的元件和特征可以有益地结合在其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
在以下描述中，通过举例的方式来阐述细节以便于理解所公开的主题。然而，对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，所公开的实施方式是示例性的并且不是所有可能的实施方式的穷举。因此，应理解的是，提及所描述的示例并不旨在限制本公开的范围。本公开所涉及的技术领域内的技术人员通常完全能够设想到对所描述的装置、器械、方法的任何改变和进一步修改、以及本公开的原理的任何进一步应用。具体而言，完全会设想到，针对一种实现方式描述的特征、部件和/或步骤可以与针对本公开的其他实现方式描述的特征、部件和/或步骤相组合。
本公开的实施例总体上涉及用于外科手术的光纤和激光探针组件。光纤包括传输激光束的芯部、以及传输照明光的芯部和围绕该芯部的外包层。激光探针组件包括光纤，并且激光探针组件允许使用者在单根光纤中同时引导激光束和照明光。另外，光纤的一个或多个端面(例如，表面)可以被处理，以增大光纤的照明输出(例如，扩展)角度。一般来说，端面可以用两种方式中的至少一种方式被处理以达到这种效果。在某些示例中，光纤的一个或多个端面用粗糙化工艺处理，以增加处理后的端面的照明光散射特性。在某些示例中，一个或多个端面通过抛光工艺而有角度，以增加处理后的端面的照明光散射特性。端面处理，无论是否其包括粗糙化和/或成角度，都可以被限制在一个或多个端面中的对应外包层的表面区域，因此仅影响照明光从光纤的传播。相应地，光纤的照明输出角度可以增大，而激光束效率和激光光斑尺寸保持不受影响，以保持光凝性能。激光和照明光在同一根光纤中传输与处理后的端面的组合产生照明得到改进的更加紧凑的光纤缆线，从而允许在需要较小规格探针的医疗手术期间增强可视性。本公开的实施例可能尤其有用，但不限于可以同时传输激光和广角照明光的光纤。
如本文中所使用的，术语“约”可以指与标称值有+/-10％的变化。应理解的是，这种变化可以包括在本文提供的任何值中。
图1A图示了根据本公开的某些实施例的用于生成照明光束以及激光束以输送到手术靶的系统100的平面图。如图所示，系统100包括手术激光系统102和探针108。系统100产生照明光束150和激光束113，以例如输送到患者的眼睛125的视网膜120。
手术激光系统102包括用于生成可以在眼科手术期间使用的激光束的多个激光源(例如，一个或多个激光源)。相应地，手术激光系统102可以是被配置为生成激光束113(例如，手术治疗光束)的眼科手术激光系统。使用者，比如外科医生或其他医疗从业人员，可以控制手术激光系统102(例如，通过脚踏开关、语音命令、手术控制台等)以发射激光束113来治疗患者的解剖学结构，例如，执行光凝。在一些情况下，手术激光系统102包括端口，并且照明光束150和激光束113可以通过手术激光系统102中的端口来发射。
系统100可以通过包含在光纤缆线110中的光纤将激光束113和照明光150从端口输送到探针108，该光纤缆线的近端通过端口适配器114耦合到手术激光系统102的端口。如图所示，探针108包括探针本体112、探针尖端140、以及探针尖端的远端145。在操作中，手术激光系统102的激光源生成激光束113，而照明光源生成照明光150。手术激光系统102将激光束113和照明光150复合成复合光束152。复合光束152被引导到手术激光系统102的透镜上，以将复合光束聚焦到在光纤缆线110内的光纤的近端的接口平面上，使得复合光束沿光纤的整个长度传输。光纤的近端的接口平面被插入端口适配器114的套圈暴露，光纤缆线110通过该端口适配器连接到手术激光系统102。
复合光束152被光纤传输到设置在光纤缆线110的远端处的探针108。复合光束152离开探针尖端145并被投射到视网膜120上。因此，手术激光系统102被配置为通过光纤缆线110的光纤将复合光束152输送到视网膜120。复合光束152包括用于手术过程的激光束113以及用于在手术中帮助使用者的照明光150，但是与激光束113相关联的光束更狭窄。
请注意，在这里，部件的远端是指更靠近患者身体、或者从激光探针112发射出激光束113的一端。另一方面，部件的近端是指背朝患者身体或者靠近例如手术激光源102的一端。
图1B图示了根据本公开的某些实施例的手术激光系统102的平面图。如图所示，手术激光系统102包括第一透镜104(例如，准直透镜)、分束器107、光纤缆线110、第二透镜105(例如，聚焦透镜)、照明光源103以及激光源109。分束器107位于第一透镜104的下游，第二透镜105位于分束器107的下游，以及光纤缆线110位于第二透镜105的下游。
照明光源103发射照明光150。照明光150可以是任何光谱的光，包括但不限于可见光或白光。照明光源103可以是发光二极管(LED)、宽带激光器、或非相干光源，比如氙气或卤素光源。如图所示，照明光150被第一透镜104准直，使得照明光150被转换为具有平行光线的光束。第一透镜104可以是任何透镜，包括平凸透镜或双凸透镜。分束器107允许照明光150穿过分束器107，其中有一小部分光从分束器上反射。然后，照明光150被第二透镜105聚焦，如图所示。第二透镜105可以是用于聚焦光的任何透镜，包括平凸透镜或双凸透镜。照明光150和激光束113被聚焦并作为复合光束152入射到光纤缆线110上，这将在下面更详细地描述。
第二透镜105将复合光束152聚焦到包含在光纤缆线110内的光纤的近端的接口平面。如图所示，光纤缆线110通过端口适配器114耦合到手术激光系统102，该端口适配器接收套圈115，该套圈暴露包含在光纤缆线110内的光纤的近端的接口平面。更具体地说，光纤的近端的接口平面通过套圈115的开口117被暴露。第二透镜105将复合光束152聚焦到光纤的近端的接口平面上，使得复合光束通过光纤传播到与缆线110耦合的手术探针(例如，图1A的探针108)的远端。
光纤缆线110可以包括在一些实施例中具有芯部、外包层和涂层的光纤(例如，光纤300，其部分311在图4中示出)。在这种实施例中，第二透镜105被配置为将照明光150聚焦到芯部和外包层上，在这种情况下，外包层和芯部都传输照明光150。
在又一些其它实施例中，光纤缆线110可以包括具有芯部、内包层、外包层和涂层的光纤(例如，光纤500，其部分511在图5中示出)。在这种实施例中，照明光150被聚焦在芯部、内包层和外包层上，在这种情况下，芯部、内包层和外包层都传输照明光150。
激光源109发射激光束113。激光束113可以具有任何所需的波长，比如约532nm(纳米)至约635nm的波长。激光源109可以发射使用者所需的各种波长。激光束113被分束器107反射到聚焦透镜105上。然后，激光束113被第二透镜105聚焦到光纤缆线110的近端的接口平面上，作为复合光束152的一部分。激光束113被光纤缆线110的芯部传输。手术激光系统102将照明光150和激光束113作为复合光束152提供给光纤缆线110。因此，光纤缆线110中的单根光纤，包括芯部和外包层，能够在同一根光纤中同时传输激光束113(通过芯部)和照明光150(通过外包层和芯部)。
图2图示了根据本公开的某些实施例的探针108的平面图。如上所述，探针108包括手柄或探针本体112，其形状和尺寸被设置为供使用者抓握。从探针本体112延伸出来的是具有远端145的探针尖端140。光纤缆线110典型地包括光纤(例如，图3的光纤300，图5的光纤500等)，光纤被用于在处理期间保护光纤的聚氯乙烯(PVC)管围绕。光纤延伸通过探针本体112并延伸到探针尖端140。复合光束152(如图1A所示)从光纤的远端出射，由此从探针尖端140的远端145到视网膜。在一些实施例中，探针尖端140包括第一直线部分250和第二弯曲部分251。第一直线部分250包括探针尖端的套筒，而第二弯曲部分251包括围绕光纤的管。图2的实施例只是作为一个示例示出。在其他示例中，探针尖端可以包括第一直线部分250和第二弯曲部分251，但没有套筒。如本领域的普通技术人员可以理解的，各种其他配置也是可能的，并且没有超出本公开的范围。
图3A至图3B图示了根据本公开的某些实施例的光纤300。如图所示，光纤300包括芯部302、外包层304、涂层306(例如，低折射率包层)和缓冲层308。缓冲层308可以包括塑料，比如乙烯-四氟乙烯(ETFE)。缓冲层308在光纤300的近端310处被剥离，使得光纤300的近端310可以插入套圈中。根据一些实施例，缓冲层也在光纤300的远端312处被剥离，使得光纤300的远端312可以插入探针尖端140。
图4图示了根据本公开的某些实施例的光纤300的端面311的剖视前视图。端面311可以是光纤300的近端面或远端面，例如，位于近端310或远端312。端面311包括设置在外包层304中的芯部302，并且外包层304包括可以包括熔融石英的材料。然而，请注意，端面311不包括缓冲层308，因为缓冲层308已从端部310、312周围剥离。由手术激光系统102的激光源提供的激光束113(如图1A所示)被引导到光纤300的芯部302。因此，芯部302将激光束113沿光纤300的长度传导。芯部302和外包层304都可以包括熔融石英。然而，芯部302被掺有掺杂剂，增加了芯部302的折射率。因此，芯部302的折射率大于外包层304的折射率，使得沿芯部302行进的激光束113被包含在芯部302内，并被阻止从芯部302逸出到外包层304中。在一个示例中，掺杂剂可以包括锗(Ge)。芯部302和外包层304都可以传输来自手术激光系统102的照明光150(如图1A所示)。因此，包括芯部302和外包层304的单根光纤能够同时传输激光束113(通过芯部302)和照明光150(通过外包层304和芯部302)。此外，使用熔融石英来传输照明光150，比如在图3的光纤300或图5的光纤500中，与由传统塑料制成的常规照明光纤相比，会使光纤的热稳定性更高，而且不需要使用粘合剂来结合两根光纤，这使光纤的热鲁棒性更高。
在外包层304上形成涂层306。应注意，涂层306也可以被称为包层306。在一些情况下，涂层306是硬质聚合物涂层。在其他情况下，涂层306是由其他材料形成的，比如丙烯酸酯。涂层306的折射率小于外包层304的折射率，使得沿外包层304行进的照明光150被包含在外包层304内，并被阻止从外包层304逸出到涂层306中。在某些实施例中，外包层304与涂层306之间的数值孔径(NA)大于约0.5，以提供在某些手术情况下所需的宽广照明。
图5图示了根据本公开的某些实施例的具有内包层503的另一根光纤500的端面511的剖视前视图。端面511可以位于光纤500的近端或远端，其中光纤的缓冲层已被剥离。在图5中，内包层503围绕芯部502，并且外包层304围绕内包层503。根据一些实施例，内包层503可以包括掺有掺杂剂的熔融石英，掺杂剂包括氟、氯、硼或以上的任何组合。掺杂剂改变了内包层503的光学特性，例如，折射率。在某些实施例中，芯部502与内包层503之间的NA为约0.20到约0.30，比如是约0.22。内包层503通过引起激光束113的部分或全内反射使激光束113不进入外包层304，因此使激光束113保持在芯部502内。如上所述，在图5的示例中，照明光150被手术激光系统聚焦到芯部502、内包层503和外包层304上，而激光束113被聚焦到芯部502上。
参考图4和图5，在某些实施例中，芯部302、502的直径为约70μm到约80μm，外包层304的外径为约290μm到约300μm，而涂层306的外径为约320μm到约330μm。根据一个实施例，芯部302、502的中心302c、502c的位置与外包层304的中心304c的位置大致相同。
图6图示了根据本公开的某些实施例的探针尖端140的部分剖视图。光纤(例如光纤500)的远端512被管602部分地围绕，并且管被探针尖端140的套筒624围绕。管602可以包括任何合适的材料，例如，镍钛诺、镍钛、不锈钢、MP35N(例如，镍钴基合金)、或其他合金。套筒624可以包括例如不锈钢。在图6的示例中，光纤的远端512和围绕光纤的管602的远端延伸到探针尖端140的套筒624的远端之外。因此，探针尖端140的第一直线部分250包括套筒624，而探针尖端的第二曲线部分251不包括套筒，但是远端512仍被第二曲线部分中的管602围绕。在其他实施例中，套筒624延伸以覆盖整个探针尖端140的整个远端512。在其他实施例中，探针尖端140包括管602，而不包括套筒624。尽管图6中图示的远端512包括内包层503，但光纤缆线反而可以类似于图4中的实施例(不包括内包层)，而不损失任何一般性。如上所述，图6的实施例只是作为一个示例示出。本领域的普通技术人员可以认识到具有不同配置的其他实施例(例如，完全直的探针尖端，或探针尖端的远端与光纤500和管602的远端平齐)，这也不超出本公开的范围。
图7图示了根据本公开的某些实施例的光纤的端面711的剖视前视图。端面711可以是光纤300的远端面和/或近端面，其被部分地经过端面粗糙化处理以增加光纤的照明光输出角。端面711，与图4中描绘的端面311相似，包括被外包层304周向地围绕的芯部302、以及被涂层306周向地围绕的外包层304。如图所示，端面711的对应于外包层304和/或涂层306的截面的表面区域被至少部分地粗糙化或粗化(由阴影标记720表示)，而端面711的对应于至少芯部302的截面的表面区域是基本上光滑的。粗糙化的表面区域可以在制造过程中形成，其中端面711被选择地经过颗粒磨蚀处理中，下面将详细介绍。颗粒磨蚀处理形成了光散射特性增大的表面区域。然而，在上述制造过程中，光滑(例如，平坦)的表面区域未被处理，以确保基本上均匀的表面平面，因此保持其光传输特性。在某些实施例中，光滑或未处理的表面区域的直径与芯部302的直径大致相同或比其略大。
如上所述，激光，比如激光束113，在芯部302内传播，而照明光，比如照明光束150，同时在芯部302和外包层304内传播。相应地，通过粗糙化与外包层304和/或涂层306的截面相对应的端面711的表面区域，增加或拓宽端面711处的照明光角度扩展，因此增大光纤的整体照明光输出角度。在某些实施例中，与两个端面都未处理的光纤相比，具有至少一个处理后的端面711的光纤的照明光输出角度在约0.05NA到约0.25NA之间、比如在约0.1NA到约0.2NA之间增加。另外，通过使端面711的对应于芯部302的截面的表面区域基本上光滑，激光束113的激光束效率和光斑尺寸(其仅通过芯部302传播)保持不受影响，因此保持光凝效率，同时改善照明光扩展角度。
图8图示了根据本公开的某些实施例的部分地经过端面粗糙化处理以改善光纤的照明光输出角度的另一根光纤的端面811的前视图。端面811可以是光纤500的远端面或近端面，并包括周向地围绕芯部502的内包层503、周向地围绕内包层503的外包层304、以及周向地围绕外包层304的涂层306。如图所示，端面811的对应于外包层304和/或涂层306的截面的表面区域经过粗糙度处理(由阴影标记720表示)，以增加其照明光角度扩展。然而，端面811的对应于至少芯部502和内包层503的截面的表面区域基本上保持光滑或未处理，以保持在芯部502内传播的激光束113的激光束效率和光斑尺寸。在某些实施例中，光滑或未处理的表面区域的直径基本上与内包层503的直径相同或比其更大。
在某些实施例中，端面711、811的粗糙化的表面区域包括具有在约1.5μm与约6μm之间的深度或幅度的特征。在某些实施例中，粗糙化的表面区域占端面711、811的总表面区域的至少约50％，比如总表面区域的至少约80％，比如总表面区域的至少约90％。
为了进一步说明，图9A至图9C图示了照明光和激光传播通过几根光纤的近端面911A和远端面911B的示意性剖视图，类似于上述的光纤300和500。图9A图示了光纤900，其中近端面911A和远端面911B都未被粗糙化。如图所示，激光束射线113a在近端面911A处进入芯部302，在芯部302内以最小入射角L反射，并在远端面911B处以相对于光纤中心轴线的输出角α离开芯部302。同时，照明光线150a在近端面911A处进入外包层304，在外包层304内以最小入射角I1反射，并在远端面911B处以相对于光纤中心轴线的输出角离开外包层304。
图9B图示了光纤901，其中近端面911A的对应于外包层304的截面的表面区域被粗糙化(由锯齿状边缘920表示)，从而引起穿过其并进入光纤的照明光线150a的漫散射(例如，增加的角度扩展)。漫散射的照明光线150a在外包层304内具有小于角度I1的最小入射角I2，因此以大于输出角的输出角/>离开外包层304。然而，进入并传播通过芯部302的激光线113a保持最小入射角L，因此，也保持输出角α，从而保证了激光束质量。
图9C图示了光纤902，其中远端面911B的对应于外包层304的截面的表面区域被粗糙化(由锯齿状边缘920表示)。相应地，在外包层304内反射的照明光线150a具有与图9A中相同的最小入射角I1，但由于粗糙化的表面所引起的漫散射，照明光线150a在远端面911B处以大于输出角的输出角/>离开外包层304。与图9B类似，传播通过芯部302的激光线113a保持最小入射角L和输出角α，因为远端面或近端面911A、911B处的、与芯部302相对应的表面区域都未被粗糙化。相应地，与图9B类似，在光纤902的远端面911B处的照明光线150a的角度扩展增加，而激光束光斑尺寸和效率被保留。
然而，应当注意的是，尽管在图9B和图9C中的每个中光纤的仅一个端面被粗糙化，但在某些实施例中，光纤的两个端面都可以被粗糙化以实现光纤的所需照明光输出角度。另外，光纤的每个端面可以被粗糙化到不同的粗糙度水平或粗糙度程度。与具有单个粗糙化端面或具有粗糙度水平相似的两个端面相比，端面之间粗糙度水平的差异或变化可以有助于照明光的更高角度扩展。在某些示例中，远端面被粗糙化到比近端面更大的程度，与仅粗糙化远端面相比，在空气和盐水介质中输出更高的角度扩展，同时还保持与仅粗糙化近端面相似的照明光吞吐量。
图10图示了根据本公开的某些实施例的用于处理光纤的端面以增大其照明光输出角度的方法1000的流程图。图11A至图11C示意性图示了在图10中表示的方法1000的不同阶段处光纤的端面1111的前视图。因此，为了清楚起见，图10和图11A至图11C在这里一起描述。
可以利用该方法1000来形成上述的端面711、811。在某些实施例中，光纤的远端面或近端面中的仅一个根据本文所述的方法被处理。在某些其他实施例中，光纤的远端面和近端面都被处理。一般来说，方法1000从操作1010和图11A开始，其中将掩模1130施加到端面1111的对应于至少芯部(芯部502在图11C中示出)的截面的表面区域，并且在某些实施例中，施加到光纤的内包层(例如，内包层503)。例如，掩模1130可以具有与芯部302或内包层503的直径基本上相同或大于其的直径。在某些实施例中，掩模1130包括粘合剂，比如UV粘合剂或环氧树脂，该粘合剂在施加到端面1111后就通过将掩模1130暴露于UV光而固化。在施加掩模1130之前，端面1111可以被抛光平坦，以有助于掩模1130的更好粘附和/或形成更多的镜面表面，以实现激光束113到芯部502或从芯部的最佳传播。
在操作1020和图11B处，掩蔽的端面1111经过颗粒磨蚀工艺，比如利用直径在约10μm与约20μm之间、比如约12μm的氧化铝(AlO2)颗粒的喷砂工艺。结果，端面1111的暴露的表面区域，例如，端面1111的对应于光纤的外包层(例如，外包层304)和涂层(例如，涂层306)的截面的表面区域被颗粒磨蚀工艺至少部分地粗糙化或粗化(在图11B中表示为阴影标记1120)，而由掩模1130保护的表面区域，例如，与光纤的芯部的截面相对应的表面区域，不受影响。由端面1111引起的照明光散射的量与其粗糙度水平或粗糙度程度相关。因此，增加经过颗粒磨蚀工艺的时间或增加颗粒磨蚀端面1111的速度可以增加由端面1111引起的照明光散射的量。如前所述，在光纤的远端面和近端面都被处理的实施例中，近端和远端中每一个的粗糙度程度可以不同。例如，近端可以被相对轻度地粗糙化，而远端被相对重度地粗糙化，反之亦然。与具有单个粗糙化端面或具有粗糙度水平相似的两个端面相比，端面之间粗糙度水平的差异可以有助于照明光的更高角度扩展。
在颗粒磨蚀工艺之后，在操作1030和图11C处，去除掩模1130并清洁端面1111。例如，端面1111经过利用酒精溶液的超声波清洁工艺，以去除掩模1130并清洁端面1111。所得的端面1111包括与光纤的至少芯部的截面相对应的基本上平面的表面区域、以及与至少外包层的截面相对应的粗糙化的表面区域(在图11C中表示为阴影标记1120)。
如前所述，光纤的端面可以用两种方式中的至少一种方式被处理以增大光纤缆线的照明输出角度。除了经过参考图7至图11C所述的粗糙化工艺之外，光纤的一个或多个端面可以通过抛光工艺而成角度或成有斜面的，以增加光纤的照明光散射特性。
图12A和图12B分别图示了根据本公开的某些实施例的具有基本上截圆锥形端面1211的光纤的斜面端部1212的立体图和部分剖视图。端部1212可以是光纤300的远端或近端，其被经过成角度抛光工艺，以增大光纤的照明光输出角度。端部1212，与图4中描绘的部分311相似，包括被外包层304周向地围绕的芯部302，并且外包层304被涂层306周向地围绕。端面1211的对应于至少芯部302的截面的表面区域1214是平面的，并且相对于端部1212的中心轴线1240基本上正交。在某些实施例中，端部1212的平面表面区域1214对应于芯部302的整个截面、以及外包层304的截面的一部分。例如，端部1212的平面表面区域1214可以具有与芯部302的直径基本上相同或大于其的直径，比如比芯部302的直径大了约20％至约40％之间的直径。
另一方面，端面1211的对应于外包层304的截面的表面区域1216相对于平面表面区域1214成角度。有角度的表面区域1216相对于平面表面区域1214呈角度θ设置。在某些实施例中，相对于平面表面区域1214的角度θ在约0°与约20°之间。在某些其他实施例中，相对于平面表面区域1214的角度θ在约60°与约80°之间。其他角度也是可以设想的(例如，相对于表面区域1314的角度θ可以在约20°与约60°之间)。平面表面区域1214和有角度的表面区域1216一起形成端面1211的截圆锥形形状。
端部1212的斜面结构的功能类似于上文参考图7至图11C描述的粗糙化的表面区域，并增大了光纤的照明光输出角度。如上所述，激光，比如激光束113，通过端面1211的平面表面区域1214传输进出芯部302，因此保持不受端部1212的斜面结构的影响。然而，照明光，比如照明光束150，被传输进出芯部302和外包层304。因此，穿过外包层304的照明光被有角度的表面区域1216折射，与平面端面表面相比，增加了端面1211处的照明光角度扩展。在端面1211处的照明光角度扩展的增加整体增大了光纤的照明光输出角度。相应地，光纤的照明光输出角度可以通过增大或减小表面区域1216相对于表面区域1214的角度来调节，同时保留激光束质量。在某些实施例中，与具有两个平面(例如，完全平坦的)端面的光纤相比，具有至少一个斜面端部1212的光纤的照明光输出角度在约0.05NA与约0.25NA之间增加、比如在约0.1NA与约0.2NA之间增加。
图13图示了根据本公开的某些实施例的具有有角度的端面1311以增加光纤的照明输出角度的光纤的另一个斜面端部1312的部分剖视图。端面1311可以是图5中描绘的光纤500的远端面或近端面，并包括周向地围绕芯部502的内包层503、周向地围绕内包层503的外包层304、以及周向地围绕外包层304的涂层306。端面1311的对应于至少芯部502和内包层503的截面的表面区域1314是平面的，并且相对于端部1312的中心轴线1340基本上正交。在某些实施例中，端部1312的平面表面区域1314对应于芯部502和内包层503的整个截面、以及外包层304的截面的一部分。例如，平面表面区域1314可以具有与内包层503的直径基本上相同或大于其的直径，比如比内包层503的直径大了约20％至约40％之间的直径。
端面1311的对应于外包层304和/或涂层306的截面的表面区域1316相对于表面区域1314呈角度θ设置。在某些实施例中，相对于表面区域1314的角度θ在约0°与约20°之间。在某些其他实施例中，角度θ相对于表面区域1314在约60°与约80°之间。其他角度也是可以设想的(例如，相对于表面区域1314的角度θ可以在约20°与约60°之间)。表面区域1316的角度的功能是调节穿过其的照明光150的角度扩展。
尽管在图12A至图13中被描绘为镜面表面，但在某些实施例中，有角度的表面区域1216和1316可以被粗糙化(例如，使用上述技术)以进一步增加穿过其的照明光150的角度扩展。在某些实施例中，有角度的表面区域1216和1316是非直线截断的(例如，斜面端面1211和1311的截面包括表面区域1216和1316的非直线边缘)。例如，在某些实施例中，有角度的表面区域1216、1316在形态上是波浪形的或起伏的，以使穿过其的照明光150的角度扩展更大。
图14图示了根据本公开的某些实施例的用于抛光光纤的端部以形成斜面端面并增加其照明光输出角度的方法1400的流程图。图15A至图15C示意性图示了在图14中表示的方法1400的不同阶段处光纤的端部1512的剖视图。因此，为了清楚起见，图14和图15A至图15C在这里一起描述。
可以利用该方法1400来形成具有上述端面1211、1311的端部1212和1312。在某些实施例中，光纤的远端面或近端面中的仅一个根据本文所述的方法被抛光。在某些其他实施例中，光纤的远端面和近端面都被抛光。一般来说，方法1400从操作1410和图15A开始，其中从光纤上剥离护套1508，比如缓冲层308(光纤的端部1512在图15A中示出)。在某些示例中，护套1508由塑料形成，塑料是比如ETFE。
在操作1420和图15B处，端部1512沿端面1511的周向边缘被抛光，以形成有角度的表面区域1516。在操作1420处的抛光工艺以一个或多个所需的角度执行，以形成相对于平面顶部表面区域1514至少具有角度θ的有角度的表面区域1516。平面表面区域1514和有角度的表面区域1516可以一起形成端面1511的斜面形状。在某些实施例中，如上所述，抛光工艺以多个所需的角度执行，以形成具有非直线锥度的有角度的表面区域1516。增加有角度的表面区域1516的非直线性可以增加由此引起的照明光散射量，并且因此，可以通过修改表面区域1516的直线性(例如，相对于表面区域1514的角度数量)来调节端面1511处的角度扩展程度。
在一些示例中，有角度的表面区域1516被抛光成相对于平面表面区域1514具有约0°与约20°之间的角度θ。在一些示例中，有角度的表面区域1516被抛光成相对于平面表面区域1514具有约60°与约80°之间的角度θ。其他角度也是可以设想的(例如，相对于平面表面区域1514的角度θ可以在约20°与约60°之间)。在光纤的远端和近端都有斜面的实施例中，近端和远端中每一个的角度的数量和程度可以不同。端部之间的斜面的差异可以有助于光纤发射的照明光的更高角度扩展。
在形成有角度的表面区域1516后，端部1512的平面表面区域1514在操作1430和图15C处使用平面抛光工艺进行抛光和清洁。平面抛光工艺确保了平面表面区域1514的镜面性，并进一步确保了平面表面区域1514至少包括芯部302的整个截面，因此保留从中发射的激光束113的质量。一般来说，操作1430处的抛光工艺可以利用与操作1420相同的抛光系统来执行，比如具有抛光压板或板的机械光纤抛光机。所得的端面1511包括与至少光纤的芯部302的截面相对应的基本上平面的表面区域1514、以及与至少外包层304的截面相对应的有角度的表面区域1516。
如上所述，光纤缆线既能够通过芯部传输激光束，又能够通过芯部和外包层传输照明光。光纤缆线不具有用于照明光和激光束的两根单独的光纤，而是具有一根光纤，该光纤包括传输激光束的芯部、以及传输照明光的该芯部和外包层。光纤缆线可以用在一种用于医疗手术的系统中，该系统既提供用于烧灼或燃烧的激光束，又提供用于帮助使用者执行该手术的照明光。
使用组合的芯部和外包层来同时传输激光束和照明光，产生更紧凑的光纤，并消除了将两根光纤粘在一起的需要。更狭窄的光纤对于需要更细的探针尖端的医疗手术很有用。此外，由于没有热不稳定的粘合剂，光纤缆线比传统光纤缆线的热稳定性更高。在光纤缆线中使用单根光纤消除了对两个连接器(每根光纤一个连接器)的需要，因此仅需要一个连接器，这降低了制造和劳动成本，因为不需要处理对两根光纤的组装。
另外，在光纤的一个或两个端面上处理与外包层相对应的表面区域，能够实现具有大照明输出角度的紧凑光纤，同时保持光纤的激光束性能。通过粗糙化或抛光工艺处理光纤的一个或两个端面，以在芯部周围形成粗糙化或有角度的表面。粗糙化或有角度的表面增加了通过其传输的照明光的角度扩展，而不影响激光束向或从芯部的传输，因此使光纤的照明输出角度增加而不影响激光效率。相应地，单根紧凑的光纤可以用于需要较大照明扩展角度的医疗手术。
示例性实施例
实施例1：一种手术激光系统，包括：照明光源，该照明光源被配置为将照明光发射到聚焦透镜上；激光源，该激光源被配置为将激光束发射到聚焦透镜上；聚焦透镜，该聚焦透镜被配置为：将照明光聚焦到耦合到手术激光系统的光纤的芯部和外包层上；以及将激光束聚焦到光纤的芯部上，其中，光纤位于聚焦透镜的下游，该光纤包括：在光纤的近端处的近端面，该近端耦合到手术激光系统；在光纤的远端处的远端面，该远端耦合到激光探针组件；芯部，该芯部被配置为传输照明光和激光束；以及外包层，该外包层周向地围绕芯部并被配置为传输照明光，其中，近端面或远端面的对应于外包层的至少一个表面区域被粗糙化。
实施例2：如上述实施例1所述的手术激光系统，其中，粗糙化的表面区域包括光纤的近端面或远端面的总面积的至少50％。
实施例3：如上述实施例2所述的手术激光系统，其中，粗糙化的表面区域包括光纤的近端面或远端面的总面积的至少80％。
实施例4：如上述实施例1所述的手术激光系统，其中，近端面和远端面中的每一个的对应于外包层的表面区域被粗糙化。
实施例5：如上述实施例4所述的手术激光系统，其中，近端面的粗糙化的表面区域的粗糙度水平与远端面的粗糙化的表面区域的粗糙度水平不同。
实施例6：如上述实施例1所述的手术激光系统，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
实施例7：如上述实施例1所述的手术激光系统，其中，近端面和远端面的对应于芯部的表面区域未被粗糙化。
实施例8：一种激光探针组件，包括：探针本体，该探针本体的形状和尺寸被设置为供使用者抓握；以及探针尖端，该探针尖端容置光纤，该光纤具有近端面和与该近端面相反的远端面，该光纤进一步包括：芯部，该芯部被配置为传输激光束和照明光；外包层，该外包层周向地围绕芯部并被配置为传输照明光，其中近端面或远端面中的对应于外包层的至少一个表面区域相对于与芯部相对应的平面表面区域成角度；以及涂层，该涂层周向地围绕外包层。
实施例9：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约0°与约30°之间的角度设置。
实施例10：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约30°与约60°之间的角度设置。
实施例11：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约60°与约90°之间的角度设置。
实施例12：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，有角度的表面区域包括非直线锥度。
实施例13：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，有角度的表面区域被进一步粗糙化。
实施例14：如上述实施例8所述的激光探针组件，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
实施例15：一种光纤，包括：在光纤的近端处的近端面；在光纤的远端处的远端面；芯部，该芯部被配置为传输激光束和照明光；外包层，该外包层周向地围绕芯部并被配置为传输照明光，其中近端面或远端面中的对应于外包层的至少一个表面区域相对于与芯部相对应的平面表面区域成角度；以及涂层，该涂层周向地围绕外包层。
实施例16：如上述实施例15所述的光纤，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约0°与约30°之间的角度设置。
实施例17：如上述实施例15所述的光纤，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约30°与约60°之间的角度设置。
实施例18：如上述实施例15所述的光纤，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约60°与约90°之间的角度设置。
实施例19：如上述实施例15所述的光纤，其中，有角度的表面区域包括非直线锥度。
实施例20：如上述实施例15所述的光纤，其中，有角度的表面区域被进一步粗糙化。
实施例21：如上述实施例15所述的光纤，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
实施例22：一种手术激光系统，包括：照明光源，该照明光源被配置为将照明光发射到聚焦透镜上；激光源，该激光源被配置为将激光束发射到聚焦透镜上；聚焦透镜，该聚焦透镜被配置为：将照明光聚焦到耦合到手术激光系统的光纤的芯部和外包层上；以及将激光束聚焦到光纤的芯部上，其中，光纤位于聚焦透镜的下游，该光纤包括：在光纤的近端处的近端面，该近端耦合到手术激光系统；在光纤的远端处的远端面，该远端耦合到激光探针组件；芯部，该芯部被配置为传输照明光和激光束；以及外包层，周向地围绕芯部并被配置为传输照明光，其中，近端面或远端面的对应于外包层的至少一个表面区域相对于与芯部相对应的平面表面区域有角度。
实施例23：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约0°与约30°之间的角度设置。
实施例24：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约30°与约60°之间的角度设置。
实施例25：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约60°与约90°之间的角度设置。
实施例26：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，有角度的表面区域包括非直线锥度。
实施例27：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，有角度的表面区域被进一步粗糙化。
实施例28：如上述实施例22所述的手术激光系统，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
实施例29：一种形成光纤的方法，该光纤包括：在光纤的近端处的近端面；在光纤的远端处的远端面；芯部，该芯部被配置为传输激光束和照明光；外包层，该外包层周向地围绕芯部并被配置为传输照明光；以及涂层，该涂层其周向地围绕外包层；该方法包括：将掩模施加到光纤的近端面或远端面的对应于芯部的表面区域；使掩蔽的端面经过颗粒磨蚀工艺，以使掩蔽的端面的对应于外包层的至少一个表面区域粗糙化；以及清洁掩蔽的端面以去除掩模。
实施例30：如上述实施例29所述的方法，其中，粗糙化的表面区域包括光纤的近端面或远端面的总面积的至少50％。
实施例31：如上述实施例30所述的方法，其中，粗糙化的表面区域包括光纤的近端面或远端面的总面积的至少80％。
实施例32：如上述实施例29所述的方法，其中，近端面和远端面中的每一个的对应于外包层的表面区域被粗糙化。
实施例33：如上述实施例32所述的方法，其中，近端面的粗糙化的表面区域的粗糙度水平与远端面的粗糙化的表面区域的粗糙度水平不同。
实施例34：如上述实施例29所述的方法，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
实施例35：如上述实施例29所述的方法，其中，近端面和远端面的对应于芯部的表面区域未被粗糙化。
实施例36：一种形成光纤的方法，该光纤包括：在光纤的近端处的近端面；在光纤的远端处的远端面；芯部，该芯部被配置为传输激光束和照明光；外包层，该外包层周向地围绕芯部并被配置为传输照明光；以及涂层，该涂层其周向地围绕外包层；该方法包括：将近端面或远端面的周向边缘暴露于成角度抛光工艺，以形成与外包层相对应的表面区域，该表面区域相对于与芯部相对应的平面表面区域有角度；以及使平面表面区域经过平面抛光工艺。
实施例37：如上述实施例36所述的方法，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约0°与约30°之间的角度设置。
实施例38：如上述实施例36所述的方法，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约30°与约60°之间的角度设置。
实施例39：如上述实施例36所述的方法，其中，有角度的表面区域相对于平面表面区域呈在约60°与约90°之间的角度设置。
实施例40：如上述实施例36所述的方法，其中，有角度的表面区域包括非直线锥度。
实施例41：如上述实施例36所述的方法，其中，有角度的表面区域被进一步粗糙化。
实施例42：如上述实施例36所述的方法，其中，光纤进一步包括设置在芯部与外包层之间的内包层。
以上公开的主题应认为是说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有此类修改、增强、以及落入本公开的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本公开的范围将由以下权利要求及其等效物的最广泛允许的解释来确定，并且不应当受限于或局限于前述详细描述。

Claims (14)

1.一种激光探针组件，包括：
探针本体，所述探针本体的形状和尺寸被设置为供使用者抓握；以及
探针尖端，所述探针尖端容纳光纤，所述光纤具有近端面和与所述近端面相反的远端面，所述光纤进一步包括：
芯部，所述芯部被配置为传输激光束和照明光；
外包层，所述外包层周向地围绕所述芯部并被配置为传输所述照明光，其中，所述近端面或所述远端面的对应于所述外包层的至少一个表面区域被粗糙化；以及
涂层，所述涂层周向地围绕所述外包层。
2.如权利要求1所述的激光探针组件，其中，被粗糙化的表面区域包括所述光纤的近端面或远端面的总面积的至少50％。
3.如权利要求2所述的激光探针组件，其中，被粗糙化的表面区域包括所述光纤的近端面或远端面的总面积的至少80％。
4.如权利要求1所述的激光探针组件，其中，所述近端面和所述远端面中的每一个的对应于所述外包层的表面区域被粗糙化。
5.如权利要求4所述的激光探针组件，其中，所述近端面的被粗糙化的表面区域的粗糙度水平与所述远端面的被粗糙化的表面区域的粗糙度水平不同。
6.如权利要求1所述的激光探针组件，其中：
所述光纤进一步包括设置在所述芯部与所述外包层之间的内包层。
7.如权利要求1所述的激光探针组件，其中，所述近端面和所述远端面的对应于所述芯部的表面区域未被粗糙化。
8.一种光纤，包括：
在所述光纤的近端处的近端面；
在所述光纤的远端处的远端面；
芯部，所述芯部被配置为传输激光束和照明光；
外包层，所述外包层周向地围绕所述芯部并被配置为传输所述照明光，其中，所述近端面或所述远端面的对应于所述外包层的至少一个表面区域被粗糙化；以及
涂层，所述涂层周向地围绕所述外包层。
9.如权利要求8所述的光纤，其中，被粗糙化的表面区域包括所述光纤的近端面或远端面的总面积的至少50％。
10.如权利要求9所述的光纤，其中，被粗糙化的表面区域包括所述光纤的近端面或远端面的总面积的至少80％。
11.如权利要求8所述的光纤，其中，所述近端面和所述远端面中的每一个的对应于所述外包层的表面区域被粗糙化。
12.如权利要求11所述的光纤，其中，所述近端面的被粗糙化的表面区域的粗糙度水平与所述远端面的被粗糙化的表面区域的粗糙度水平不同。
13.如权利要求8所述的光纤，其中：
所述光纤进一步包括设置在所述芯部与所述外包层之间的内包层。
14.如权利要求8所述的光纤，其中，所述近端面和所述远端面的对应于所述芯部的表面区域未被粗糙化。
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