CN117442333A - 一种复合波长半导体激光手术系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种复合波长半导体激光手术系统，包括高功率激光模块、控制模块，高功率激光模块通过光纤模块和耦合模块的一端连接，耦合模块另一端连接医用激光光纤，高功率激光模块和控制模块电连接，高功率激光模块采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm；高功率激光模块采用半导体激光二极管bar条或多个单管半导体激光二极管，半导体激光二极管bar条采用1930nm和430nm的半导体激光，单管半导体激光二极管采用1930nm和430nm的半导体激光。本发明的优点是采用了生物组织吸收波长最优吸收峰，不仅可以显著提高手术的切割效率，而且极大地扩展激光手术的应用范围，具有安全可靠、热损伤小、整体设备成本低、维护简单、体积小的特点。

Description

一种复合波长半导体激光手术系统
技术领域
本发明属于激光手术的技术领域，并且特别涉及一种复合波长半导体激光手术系统。
背景技术
激光手术采用血红蛋白的吸收峰或者水的吸收峰，通过血红蛋白或水对激光能量的强烈吸收产生瞬间高热来凝固、汽化、碳化生物组织达到激光止血、消融和切割的手术目的。采用血红蛋白吸收峰适合于含血量丰富的生物组织，也适用在水环境下开展手术，目前有405nm、450nm或者532nm。采用水的吸收峰则适合其他生物组织，目前通常采用808nm、980nm、1064nm和1472nm等的激光波长。
中国发明专利公告号为CN105167847B提出采用440nm-460nm的半导体激光波长作为手术切割波长，采用808nm、980nm和1470nm中一种或组合激光波长作为手术止血波长；中国发明专利公告号为CN113314936B提出采用400nm-700nm和/或950nm-990nm和/或1064nm和/或2000nm-2200nm和/或6400nm-6500nm中任意两种或者两种以上开展更加精准的激光手术，其采用的激光器结构极其复杂，例如包含三个谐振腔，还包括非线性光学匹配对准等，一方面技术难度非常高，另一方面维护将非常困难；中国发明专利申请号为CN108175499A提出采用2940nm或者2790nm的铒光纤激光波长作为手术切割波长，采用405nm-420nm的紫光半导体激光波长作为手术止血波长。中国发明专利公告号为CN108175499B和CN105167847A提出的切割波长和止血波长，均不是最优的血红蛋白吸收峰和水的吸收峰。
目前1930nm半导体激光波长已经商用化，为水的吸收峰，该波长的水吸收系数远高于目前通常采用的1470nm、808nm、980nm和1064nm等，例如1930nm的水吸收系数是1470nm的4倍，是980nm的250倍以上。临床研究已经证明在静脉内激光消融(EVLA)中波长为1940nm的铥光纤激光比1470nm激光具有更好的手术效果。1930nm和1940nm的波长相近，对水的吸收系数也几乎一致，分别为129cm-1和135cm-1，应具有几乎一致的手术效果，因此1930nm激光波长不仅可以用于生物组织切割，还可用于静脉内激光消融术。430nm波长的半导体激光也已经商用化，为血红蛋白的吸收峰430nm，吸收高于现有的405nm和450nm，例如430nm的血红蛋白吸收系数为450nm的4.5倍，是405nm的1.5倍。405nm的光子能量比430nm和450nm更高，具有一定的生物组织危害风险，因此血红蛋白吸收峰430nm±9nm是最优的激光手术波段，目前最优的激光波长是430nm。
在现有技术中，一些技术采用430nm±9nm的激光无法用于静脉曲张手术，采用1930nm±40nm的激光无法用于水环境下的手术，例如前列腺手术等。因此需要一种既可以用于静脉曲张手术，也可以用于水环境下手术的激光手术系统，从而极大的扩展激光手术的应用范围，例如用于内窥镜手术、高含血量的生物组织手术、水环境下的手术、开放手术和牙科手术等。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种复合波长半导体激光手术系统，提出采用以水吸收峰1930nm±40nm和以血红蛋白吸收峰430nm±9nm为复合波长的高功率半导体激光系统，以解决上述技术背景中的问题。
本发明提出了一种复合波长半导体激光手术系统，包括高功率激光模块、控制模块，高功率激光模块通过光纤模块和耦合模块的一端连接，耦合模块另一端连接医用光纤，高功率激光模块和控制模块电连接，高功率激光模块采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm；高功率激光模块采用半导体激光二极管bar条或多个单管半导体激光二极管，半导体激光二极管bar条采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，半导体激光二极管bar条为L根1930nm±40nm激光二极管bar条和K根430nm±9nm激光二极管bar条组成，半导体激光二极管bar条为一维线阵列，每根半导体激光二极管bar条由若干个发光单元构成；单管半导体激光二极管采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，单管半导体激光二极管为L支1930nm±40nm单管激光二极管和K支430nm±9nm单管激光二极管组成。
通过上述技术方案，凭借该复合波长半导体激光手术系统，可实现不仅显著提高手术的切割效率，而且极大地扩展激光手术的应用范围，如既可以用于静脉曲张手术，又可以用于水环境下的手术；由于水和血红蛋白的吸收峰分别在1930nm和430nm附近，该复合波长半导体激光手术系统激光输出波长范围为1930nm±40nm或者430nm±9nm，采用了生物组织吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小；且高功率激光模块通过采用半导体激光二极管bar条或多个单管半导体激光二极管，光源不需要过多复杂的结构和技术便可以实现满足手术要求的输出功率，可实现整体设备成本低、维护简单、体积小的特点。
进一步优选地，L根1930nm±40nm半导体激光二极管bar条和K根430nm±9nm半导体激光二极管bar条输出的发射光斑分别通过L条和K条整形微透镜阵列整形，并通过L个和K个耦合透镜耦合进入光纤模块，整形微透镜阵列为与半导体激光二极管bar条一一对应的一维线阵列，由若干个整形微透镜构成，430nm的半导体激光二极管bar条输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。
通过上述技术方案，凭借该1930nm±40nm半导体激光二极管bar条和430nm±9nm半导体激光二极管bar条以及整形微透镜阵列均为一维线阵列的设置，便于实现高耦合效率；整形微透镜阵列用于减小半导体激光二极管bar条输出的发射光斑的快慢轴发散角，使经过整形微透镜阵列整形的发射光斑光束参数积小于之后连接的输入耦合光纤，并通过耦合透镜耦合进入光纤模块；且430nm的半导体激光二极管bar条输出的激光波长为421nm或430nm或439nm，采用了血红蛋白吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小。
进一步优选地，L支1930nm±40nm单管半导体激光二极管和K支430nm±9nm单管半导体激光二极管通过多个反射镜将多条激光耦合束为一束光输出到聚焦透镜，并通过聚焦透镜耦合进入光纤模块，且430nm的单管半导体激光二极管输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。
通过上述技术方案，凭借该1930nm±40nm单管半导体激光二极管和430nm±9nm单管半导体激光二极管通过反射镜的反射作用，可以实现对多路分立的单管半导体激光二极管发射的多束激光的整形和排列，多束激光经过反射镜反射至对应的聚焦透镜，且多束经过反射的激光线路汇聚成一束空间光进入聚焦透镜，从而利用多单管合束技术显著提升激光输出功率；且430nm的单管半导体激光二极管输出的激光波长为421nm或430nm或439nm，采用了血红蛋白吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小。
优选地，光纤模块包括输入耦合光纤，输入耦合光纤的数量根据半导体激光二极管bar条的数量或者单管半导体激光二极管的数量而不同，多根输入耦合光纤直接插入第一插芯或者经过光纤功率合束器耦合进入较粗芯径的单根输出耦合光纤，且连接光纤功率合束器的输出耦合光纤的直径大于输入耦合光纤的直径2倍以上，输入耦合光纤的数量可达到7根。
通过上述技术方案，多根输入耦合光纤直接插入第一插芯可实现多单管空间耦合技术，凭借该光纤功率合束器和多单管空间耦合技术可实现多个低功率单管半导体激光二极管的高功率耦合，即可达到同时将7根输入耦合光纤合束为一根输出耦合光纤。
优选地，还包括散热模块，散热模块包括热敏电阻、热电制冷单元，热敏电阻设于高功率激光模块的侧面，热电制冷单元设于高功率激光模块的底部，散热模块还包括散热块，散热块包括多条金属叶片，热敏电阻和热电制冷单元驱动控制模块通过比例-积分-微分算法控制高功率激光模块的温度，控制模块与热敏电阻、热电制冷单元电连接。
通过上述技术方案，凭借该热敏电阻和热电制冷单元的设置，高功率激光模块工作的热量可通过热电制冷单元转移至散热块，散热块将热量排出去，热敏电阻和热电制冷单元可驱动控制模块通过比例-积分-微分算法实现高精度的温度控制，从而确保高功率激光模块的工作温度，使高功率激光模块的工作时达到激光高效稳定运行，保证设备的使用安全，增加设备的使用年限。
优选地，耦合模块包括指示激光模块，指示激光模块采用532nm或660nm的指示激光，光功率小于5mW，耦合模块两侧设有第一插孔和第二插孔，第一插芯与第一插孔配合和连接，医用光纤的输入端设有与第二插孔配合和连接的第二插芯，耦合模块内部靠近插孔水平方向和靠近指示激光模块的竖直方向均设有准直透镜，指示激光模块通过准直透镜将指示激光传递到45°二向色镜，45°二向色镜反射指示激光以及透射手术激光。
通过上述技术方案，凭借该指示激光模块可实现人眼不可见手术激光的指示和手术过程中的工作位置定位，指示激光的波长采用可见光便于指示；准直透镜的设置可实现激光的准直，便于远距离传输激光；通过该插孔和插芯相配合的设置可实现光纤模块、耦合模块、医用光纤三者的连接；45°二向色镜的设置可实现手术激光的透射和可见指示光的反射，实现手术激光和指示激光的同轴输出。
优选地，还包括脚踏开关，脚踏开关包括单脚踏开关和双联脚踏开关，单脚踏开关为切除脚踏开关，双联脚踏开关分为消融脚踏开关和止血脚踏开关，控制模块与单脚踏开关、双联脚踏开关电连接。
通过上述技术方案，凭借该单脚踏开关的设置可实现高功率半导体激光的高功率连续输出，用于生物组织切割手术；凭借该双联脚踏开关的设置可实现准连续输出和单次触发模式，通过启动消融脚踏开关可驱动控制模块控制高功率激光模块准连续输出模式，用于静脉内激光消融(EVLA)；通过启动止血脚踏开关可驱动控制模块控制高功率激光模块单次触发模式，用于手术止血。
优选地，医用光纤采用200μm、300μm、400μm、600μm、800μm芯径中的一种的激光手术光纤，输出激光波长为1930nm±40nm和430nm±9nm，激光功率为2.7W到70W。
通过上述技术方案，凭借该不同芯径的激光手术光纤可便于实现不同的手术需求；激光输出功率和波长可满足多种对应的手术需求。
优选地，控制模块包括激光电源，激光电源驱动高功率激光模块运行，从而控制高功率激光模块的总输出光功率和输出模式。
通过上述技术方案，凭借该激光电源的设置可实现控制模块驱动高功率激光模块的运行。
优选地，控制模块还包括1930nm±40nm和430nm±9nm的激光功率比例调节装置，激光功率比例调节装置根据具体的生物组织类型调节对应的两种波长激光功率比例。
通过上述技术方案，采用适当的1930nm±40nm和430nm±9nm激光功率比值，将极大的提高手术切割效率,针对含水量大的生物组织，1930nm±40nm的激光功率占主要比例；针对含血量大的生物组织，430nm±9nm的激光功率占主要比例，建立针对不同生物组织的优化比例数据库，可以达到最优的切割效率。
与现有技术相比，本发明的有益成果在于：
1、提出了一种复合波长半导体激光手术系统，高功率激光模块有L(L为正整数)支1930nm±40nm单管激光二极管和K(K为正整数)支430nm±9nm单管激光二极管组成，水和血红蛋白的吸收峰分别在1930nm和430nm附近，该复合波长半导体激光手术系统激光输出波长为1930nm±40nm或者430nm±9nm，采用了生物组织吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小；不仅显著提高手术的切割效率，而且极大地扩展激光手术的应用范围，整体设备成本低、维护简单、体积小。
2、提出了采用多单管空间耦合技术和光纤功率合束器实现多个低功率单管半导体激光二极管的高效率耦合；
3、提出了高功率激光模块采用半导体激光二极管bar条耦合技术或者多个低功率单管半导体激光二极管耦合技术实现大功率的半导体激光输出；
4、提出了控制模块包括1930nm±40nm和430nm±9nm的激光功率比例调节装置，能够根据具体的生物组织类型选择合适的两种波长激光功率比例，通过采用适当的1930nm±40nm和430nm±9nm激光功率比值，将极大的提高手术切割效率，针对含水量大的生物组织，1930nm±40nm的激光功率占主要比例；针对含血量大的生物组织，430nm±9nm的激光功率占主要比例，建立针对不同生物组织的优化比例数据库，可以达到最优的切割效率；
5、提出了散热模块，包括热敏电阻，热电制冷模块、散热块，热敏电阻和热电制冷模块和控制模块电连接，利用比例-积分-微分方法控制高功率激光模块的温度，使高功率激光模块的工作温度处于合适的范围；
6、提出了耦合模块集成可见指示光，可实现人眼不可见手术激光的指示和手术过程中的工作位置定位，45度二向色镜实现手术激光和指示激光的同轴输出；
7、提出了单脚踏开关实现高功率半导体激光的高功率连续输出，用于生物组织切割手术；双联脚踏开关实现准连续输出和单次触发模式，准连续输出模式用于静脉内激光消融，激光脉宽为1s，激光熄灭时间段为1s，以周期为2s的准连续方式运行，激光功率由血管的外径决定，外径越大，激光功率越大；单次触发模式用于手术止血，当脚踏开关闭合时，只能触发一个激光脉冲，脉冲宽度和激光功率值有关，激光功率越高，脉冲宽度越短。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是水吸收系数示意图；
图2是血红蛋白吸收系数示意图；
图3是根据本发明的一个具体的实施例的复合波长半导体激光手术系统的结构示意图；
图4是根据本发明的一个具体的实施例的包含半导体激光二极管bar条的高功率激光模块的结构示意图和光纤模块的局部结构示意图；
图5是根据本发明的一个具体的实施例的包含单管半导体激光二极管的高功率激光模块的结构示意图和光纤模块的局部结构示意图；
图6a是根据本发明的一个具体的实施例的光纤模块的结构示意图；
图6b是根据本发明的一个具体的实施例的包含光纤功率合束器的光纤模块的结构示意图；
图7是根据本发明的一个具体的实施例的耦合模块的结构示意图。
图中各编号的含义：1-高功率激光模块、11-半导体激光二极管bar条、111-发光单元、12-整形微透镜阵列、121-整形微透镜、13-耦合透镜、14-单管半导体激光二极管、15-反射镜、16-聚焦透镜、2-光纤模块、21-输入耦合光纤、22-第一插芯、23-光纤功率合束器、24-输出耦合光纤、3-耦合模块、31-指示激光模块、32-第一插孔、33-第二插孔、34-准直透镜、35-45°二向色镜、4-医用光纤、5-控制模块、6-脚踏开关、61-单脚踏开关、62-双联脚踏开关、7-散热模块、71-热敏电阻、72-热电制冷单元、73-散热块、8-电缆。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。
本发明提出了一种复合波长半导体激光手术系统，图3示出了本发明的一个具体的实施例的复合波长半导体激光手术系统的结构示意图，如图3所示，该复合波长半导体激光手术系统包括高功率激光模块1、控制模块5，高功率激光模块1通过光纤模块2和耦合模块3的一端连接，耦合模块3另一端连接医用光纤4，高功率激光模块1和控制模块5通过电缆8连接，高功率激光模块1采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm。通过该复合波长半导体激光手术系统，可实现不仅显著提高手术的切割效率，而且极大地扩展激光手术的应用范围，如既可以用于静脉曲张手术，又可以用于水环境下的手术；图1和图2分别示出了水、血红蛋白吸收系数示意图，如图1和图2所示，由于水和血红蛋白的吸收峰分别在1930nm和430nm附近，该复合波长半导体激光手术系统激光输出波长范围为1930nm±40nm或者430nm±9nm，采用了生物组织吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小。
在具体的实施例中，还包括散热模块7，散热模块7包括热敏电阻71、热电制冷单元72，热敏电阻71设于高功率激光模块1的侧面，热电制冷单元72设于高功率激光模块1的底部，散热模块7还包括散热块73，散热块73包括多条金属叶片，热敏电阻71和热电制冷单元72驱动控制模块5通过比例-积分-微分算法控制高功率激光模块1的温度，控制模块5与热敏电阻71、热电制冷单元72电连接。通过该热敏电阻71和热电制冷单元72的设置，高功率激光模块1工作的热量可通过热电制冷单元72转移至散热块73，散热块73将热量排出去，热敏电阻71和热电制冷单元72可驱动控制模块5通过比例-积分-微分算法实现高精度的温度控制，从而确保高功率激光模块1的工作温度，使高功率激光模块1的工作时达到激光高效稳定运行，保证设备的使用安全，增加设备的使用年限。
在具体的实施例中，还包括脚踏开关6，脚踏开关6包括单脚踏开关61和双联脚踏开关62，控制模块5与单脚踏开关61、双联脚踏开关62通过电缆8连接。单脚踏开关61为切除脚踏开关，通过该单脚踏开关61的设置可实现高功率半导体激光的高功率连续输出，用于生物组织切割手术。双联脚踏开关62分为消融脚踏开关和止血脚踏开关，启动消融脚踏开关可驱动控制模块5控制高功率激光模块1准连续输出模式，准连续输出模式下激光脉宽为1s，激光熄灭时间段为1s,以周期为2s的准连续方式运行，用于静脉内激光消融，激光功率由血管的外径决定，外径越大，激光功率越大；启动止血脚踏开关可驱动控制模块5控制高功率激光模块1单次触发模式，用于手术止血，当止血脚踏开关启动时，只能触发一个激光脉冲，脉冲宽度和激光功率值有关，激光功率越高，脉冲宽度越短。
在具体的实施例中，医用光纤4输出2.7W-70W的高功率激光，输出激光波长为1930nm±40nm和430nm±9nm，采用芯径为200μm，300μm，400μm，600μm或者800μm其中一种医用光纤4。其中200μm医用光纤4的芯径为200μm，包层直径为220μm；300μm医用光纤4的芯径为300μm，包层直径为330μm；400μm医用光纤4的芯径为400μm，包层直径为440μm；600μm医用光纤4的芯径直径为600μm，包层直径为660μm；800μm医用光纤4的芯径直径为800μm，包层直径为880μm。不同芯径的激光手术光纤可便于实现不同的手术需求；激光输出功率和波长可满足多种对应的手术需求。具体地，当开展静脉内激光消融手术时，医用光纤4需标明长度和刻度，刻度的最小单位需小于等于1mm。
在具体的实施例中，控制模块5包括激光电源，激光电源驱动高功率激光模块1运行，从而控制高功率激光模块1的总输出光功率和输出模式，控制模块5还包括1930nm±40nm和430nm±9nm的激光功率比例调节装置，激光功率比例调节装置根据具体的生物组织类型调节对应的两种波长激光功率比例。通过采用适当的1930nm±40nm和430nm±9nm激光功率比值，将极大的提高手术切割效率,针对含水量大的生物组织，1930nm±40nm的激光功率占主要比例；针对含血量大的生物组织，430nm±9nm的激光功率占主要比例，建立针对不同生物组织的优化比例数据库，可以达到最优的切割效率。
进一步参见图4，高功率激光模块1采用半导体激光二极管bar条11，半导体激光二极管bar条11采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，半导体激光二极管bar条11为L根1930nm±40nm激光二极管bar条和K根430nm±9nm激光二极管bar条组成，半导体激光二极管bar条11为一维线阵列，每根半导体激光二极管bar条11由若干个发光单元111构成。高功率激光模块1通过采用半导体激光二极管bar条11，光源不需要过多复杂的结构和技术便可以实现满足手术要求的输出功率，可实现整体设备成本低、维护简单、体积小的特点。
具体地，L根1930nm±40nm半导体激光二极管bar条11和K根430nm±9nm半导体激光二极管bar条11输出的发射光斑分别通过L条和K条整形微透镜阵列12整形，并通过L个和K个耦合透镜13耦合进入光纤模块2，整形微透镜阵列12为与半导体激光二极管bar条11一一对应的一维线阵列，由若干个整形微透镜121构成，430nm的半导体激光二极管bar条11输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。通过该1930nm±40nm半导体激光二极管bar条11和430nm±9nm半导体激光二极管bar条11以及整形微透镜阵列12均为一维线阵列的设置，便于实现高耦合效率；整形微透镜阵列12用于减小半导体激光二极管bar条11输出的发射光斑的快慢轴发散角，使经过整形微透镜阵列12整形的发射光斑光束参数积小于其之后连接的输入耦合光纤21，并通过耦合透镜13耦合进入光纤模块2；且430nm的半导体激光二极管bar条11输出的激光波长为421nm或430nm或439nm，采用了血红蛋白吸收波长最优吸收峰，激光波长离能量吸收峰越近，能量吸收越快，穿透深度越浅，被照射的生物组织可被迅速汽化，从而使得热损伤最小。
进一步参见图5，高功率激光模块1还可以采用多个单管半导体激光二极管14，单管半导体激光二极管14采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，单管半导体激光二极管14为L支1930nm±40nm单管激光二极管和K支430nm±9nm单管激光二极管组成。高功率激光模块1通过采用多个单管半导体激光二极管14，光源不需要过多复杂的结构和技术便可以实现满足手术要求的输出功率，可实现整体设备成本低、维护简单、体积小的特点。
具体地，L支1930nm±40nm单管半导体激光二极管14和K支430nm±9nm单管半导体激光二极管14通过多个反射镜15将多条激光耦合束为一束光输出到聚焦透镜16，并通过聚焦透镜16耦合进入光纤模块2，且430nm的单管半导体激光二极管14输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。该1930nm±40nm单管半导体激光二极管14和430nm±9nm单管半导体激光二极管14通过反射镜15的反射作用，可以实现对多路分立的单管半导体激光二极管14发射的多束激光的整形和排列，多束激光经过反射镜15反射至对应的聚焦透镜16，且多束经过反射的激光线路汇聚成一束空间光进入聚焦透镜16，从而利用多单管合束技术显著提升激光输出功率；且430nm的单管半导体激光二极管14输出的激光波长为421nm或430nm或439nm，采用了血红蛋白吸收波长最优吸收峰，激光的吸收越高，生物组织的热效应越集中，一方面提高切割效率，另一方面能够降低对周围正常组织的损害。
请参见图6a，光纤模块2包括输入耦合光纤21，输入耦合光纤21的数量根据半导体激光二极管bar条11的数量或者单管半导体激光二极管14的数量而不同，多根输入耦合光纤21直接插入第一插芯22，输入耦合光纤21的数量可达到7根。多根输入耦合光纤21直接插入第一插芯22可实现多单管空间耦合技术，通过该多单管空间耦合技术可实现多个低功率单管半导体激光二极管14的高功率耦合，即可达到同时将7根输入耦合光纤21合束为一根光纤。
请参见图6b，光纤模块2包括输入耦合光纤21，输入耦合光纤21的数量根据半导体激光二极管bar条11的数量或者单管半导体激光二极管14的数量而不同，多根输入耦合光纤21经过光纤功率合束器23耦合进入较粗芯径的单根输出耦合光纤24，且连接光纤功率合束器23的输出耦合光纤24的直径大于输入耦合光纤21的直径2倍以上，输入耦合光纤21的数量可达到7根。通过该光纤功率合束器23可实现多个低功率单管半导体激光二极管14的高功率耦合，即可达到同时将7根输入耦合光纤21合束为一根输出耦合光纤24。
请参见图7，耦合模块3内部靠近插孔水平方向和靠近指示激光模块31的竖直方向均设有准直透镜34，指示激光模块31通过准直透镜34将指示激光传递到45°二向色镜35，45°二向色镜35反射指示激光以及透射手术激光。准直透镜34的设置可实现激光的准直，便于远距离传输激光；45°二向色镜35的设置可实现手术激光和指示激光的同轴输出。
需要说明的是，在本实施例中，耦合模块3包括指示激光模块31，指示激光模块31采用532nm或660nm的指示激光，光功率小于5mW，通过该指示激光模块31可实现人眼不可见手术激光的指示和手术过程中的工作位置定位，指示激光的波长采用可见光便于指示。
在其他实施例中，指示激光模块31光功率小于5mW，波长还可以根据需求采用其他可见光波长，只要指示激光的波长范围符合在400nm-760nm的可见光波长，满足可实现指示作用即可，因此可根据具体需求进行设置。
在一个具体的实施例中，耦合模块3两侧设有第一插孔32和第二插孔33，第一插芯22与第一插孔32配合和连接，医用光纤4的输入端设有与第二插孔33配合和相连的第二插芯。通过该插孔和插芯相配合的设置可实现光纤模块2、耦合模块3、医用光纤4三者的连接。
需要说明的是，在本实施例中，第一插孔32和第二插孔33采用的型号为SMA905插孔，第一插芯22和第二插芯采用的型号为SMA905插芯。在其他实施例中，第一插孔32和第二插孔33、第一插芯22和第二插芯采用的型号可采用其他型号，因此可根据具体需求进行设置。
下面基于不同的高功率激光模块1提供如下实施例：
实施例一:
具体参见图3及图4，高功率激光模块1采用4根1930nm的半导体激光二极管bar条11和3根430nm的半导体激光二极管bar条11耦合。每根bar条由10个发光单元111构成，单根bar条的发光长度为5mm，经过整形微透镜阵列12整形和耦合透镜13聚焦后耦合进入输入耦合光纤21，输入耦合光纤21的芯径为100μm，包层直径110μm，耦合效率能够达到80％，1930nm发光单元111输出光功率为0.8W，430nm发光单元111的输出光功率为1.5W，因此单根1930nm输入耦合光纤21和单根430nm输入耦合光纤21的激光功率分别为6.4W和12W。
在本实施例中，采用7*1光纤功率合束器23实现7路激光的耦合输出，输出耦合光纤24芯径为300μm,光纤功率合束器23的耦合效率可达95％，因此经过光纤功率合束器23后的输出耦合光纤24的激光功率为56.5W，从而实现大于55W的高功率激光输出。
在本实施例中，医用光纤4选择芯径300μm或者芯径400μm的光纤，通过耦合模块3和芯径300μm的输出耦合光纤24连接，耦合模块3的耦合效率可达95％，因此可以获得55.6W的激光输出，能够满足激光手术的目的。
实施例二：
具体参见图3及图5，单个1930nm单管半导体激光二极管14的发射功率为0.8W，采用10个单管半导体激光二极管14耦合进入100μm芯径的输入耦合光纤21(包层直径为110μm)，耦合效率可达90％,因此单根输入耦合光纤21的功率可达7.2W。单个430nm单管半导体激光二极管14的发射功率为1.5W，采用10个单管半导体激光二极管14通过反射镜15将多条激光耦合束为一束光输出到聚焦透镜16，并通过聚焦透镜16耦合进入100μm芯径的输入耦合光纤21(包层直径为110μm)，耦合效率可达90％，因此单根输入耦合光纤21的功率可达13.5W。
在本实施例中，采用7*1光纤功率合束器23实现7路激光的耦合输出，输出耦合光纤24选择300μm芯径，光纤功率合束器23的耦合效率可达95％，因此经过光纤功率合束器23后的输出耦合光纤24的激光功率为65.8W，从而实现大于60W的高功率激光输出。
在本实施例中，医用光纤4选择300μm芯径或者400μm芯径的光纤，通过耦合模块3和300μm芯径的输出耦合光纤24连接，耦合模块3的耦合效率可达95％，因此可以获得62.5W的激光输出，能够满足激光手术的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，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。此外，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“其他实施例”、“具体的实施例”、“本实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合和组合。显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (10)

1.一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，包括高功率激光模块、控制模块，所述高功率激光模块通过光纤模块和耦合模块的一端连接，所述耦合模块另一端连接医用光纤，所述高功率激光模块和所述控制模块电连接，所述高功率激光模块采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm；
所述高功率激光模块采用半导体激光二极管bar条或多个单管半导体激光二极管，所述半导体激光二极管bar条采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，所述半导体激光二极管bar条为L根1930nm±40nm激光二极管bar条和K根430nm±9nm激光二极管bar条组成，所述半导体激光二极管bar条为一维线阵列，每根所述半导体激光二极管bar条由若干个发光单元构成；
所述单管半导体激光二极管采用1930nm和430nm的半导体激光，激光输出波长范围为1930nm±40nm和430nm±9nm，所述单管半导体激光二极管为L支1930nm±40nm单管激光二极管和K支430nm±9nm单管激光二极管组成。
2.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述L根1930nm±40nm半导体激光二极管bar条和所述K根430nm±9nm半导体激光二极管bar条输出的发射光斑分别通过L条和K条整形微透镜阵列整形，并通过L个和K个耦合透镜耦合进入所述光纤模块，所述整形微透镜阵列为与所述半导体激光二极管bar条一一对应的一维线阵列，由若干个整形微透镜构成，且430nm的半导体激光二极管bar条输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。
3.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述L支1930nm±40nm单管半导体激光二极管和所述K支430nm±9nm单管半导体激光二极管通过多个反射镜将多条激光耦合束为一束光输出到聚焦透镜，并通过所述聚焦透镜耦合进入所述光纤模块，且430nm的单管半导体激光二极管输出的激光波长为421nm或430nm或439nm。
4.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述光纤模块包括输入耦合光纤，所述输入耦合光纤的数量根据所述半导体激光二极管bar条的数量或者所述单管半导体激光二极管的数量而不同，多根所述输入耦合光纤直接插入第一插芯或者经过光纤功率合束器耦合进入较粗芯径的单根输出耦合光纤，且连接所述光纤功率合束器的所述输出耦合光纤的直径大于所述输入耦合光纤的直径2倍以上，所述输入耦合光纤的数量可达到7根。
5.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，还包括散热模块，所述散热模块包括热敏电阻、热电制冷单元，所述热敏电阻设于所述高功率激光模块的侧面，所述热电制冷单元设于所述高功率激光模块的底部，所述散热模块还包括散热块，所述散热块包括多条金属叶片，所述热敏电阻和所述热电制冷单元驱动所述控制模块通过比例-积分-微分算法控制所述高功率激光模块的温度，所述控制模块与所述热敏电阻、所述热电制冷单元电连接。
6.根据权利要求4所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述耦合模块包括指示激光模块，所述指示激光模块采用532nm或660nm的指示激光，光功率小于5mW，所述耦合模块两侧设有第一插孔和第二插孔，所述第一插芯与所述第一插孔配合和连接，所述医用光纤的输入端设有与所述第二插孔配合和连接的第二插芯，所述耦合模块内部靠近所述插孔水平方向和靠近所述指示激光模块的竖直方向均设有准直透镜，所述指示激光模块通过所述准直透镜将所述指示激光传递到45°二向色镜，所述45°二向色镜反射所述指示激光以及透射手术激光。
7.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，还包括脚踏开关，所述脚踏开关包括单脚踏开关和双联脚踏开关，所述单脚踏开关为切除脚踏开关，所述双联脚踏开关分为消融脚踏开关和止血脚踏开关，所述控制模块与所述单脚踏开关、所述双联脚踏开关电连接。
8.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述医用光纤采用200μm、300μm、400μm、600μm、800μm芯径中的一种的激光手术光纤，输出激光波长为1930nm±40nm和430nm±9nm，激光功率为2.7W到70W。
9.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述控制模块包括激光电源，所述激光电源驱动所述高功率激光模块运行，从而控制所述高功率激光模块的总输出光功率和输出模式。
10.根据权利要求1所述的一种复合波长半导体激光手术系统，其特征在于，所述控制模块还包括1930nm±40nm和430nm±9nm的激光功率比例调节装置，所述激光功率比例调节装置根据具体的生物组织类型调节对应的两种波长激光功率比例。
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