RU2780714C1 - Волоконный лазер для медицины - Google Patents
Волоконный лазер для медицины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780714C1 RU2780714C1 RU2022102010A RU2022102010A RU2780714C1 RU 2780714 C1 RU2780714 C1 RU 2780714C1 RU 2022102010 A RU2022102010 A RU 2022102010A RU 2022102010 A RU2022102010 A RU 2022102010A RU 2780714 C1 RU2780714 C1 RU 2780714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- laser
- output
- pump
- selective
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 239000003814 drug Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003595 spectral Effects 0.000 claims abstract description 13
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 claims abstract description 9
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 210000003666 Nerve Fibers, Myelinated Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N thulium Chemical compound [Tm] FRNOGLGSGLTDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике. Оптическая схема волоконного лазера для медицины содержит лазерные модули накачки, содержащие лазерные диоды накачки, глухое и выходное селективные зеркала, резонатор, источник подсветки, активное волокно и волоконный спектральный уплотнитель, расположенный перед глухим селективным зеркалом, через который оптически связан с источником подсветки. Резонатор выполнен волоконно-оптическим, образованным селективными зеркалами глухим и выходным, выполненными в виде волоконных брегговских решеток, при этом выходное селективное зеркало выполнено с коэффициентом отражения в интервале от 5 до 20%, волоконно-оптическими объединителями накачки, соединенными с лазерными модулями накачки и активным волокном, волоконно-оптическим стриппером оболочки и оптическим узлом вывода излучения, расположенным в выходной части волоконного лазера и включающим маломодовое волокно, в качестве которого использовано одномодовое волокно, соединенное с защитным элементом, выполненным в виде кварцевого наконечника и оптически связанным с коллиматором, который соединен с многомодовым волокном. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике. Лазеры находят широкое применение в хирургии, урологии, литотрипсии, косметологии. В ряде медицинских приложений требуется применение специфичных длин волн лазерного излучения, например в области спектра 1.94 мкм, соответствующей пику поглощения в воде, крови, гемоглобине, мягких тканях. При проведении операций литотрипсии требуемая мощность лазерного излучения должна быть более 100 Вт. Волоконные тулиевые лазеры, обладающие высоким КПД (до 60%) по мощности накачки, надежностью, малыми габаритами, работают в области спектра 1.9-2.1 мкм и прекрасно подходят для этих приложений.
Возможный диапазон перестройки длины волны генерации в волоконном лазере определяется спектральной полосой усиления в активном волокне. Получение стабильной генерации лазерного излучения на краю спектральной полосы усиления требует повышенной защиты активной среды от излучения отраженного поверхностью облучаемых объектов, составных частей лазера. Низкий коэффициент усиления на рабочей длине волны может приводить к срыву генерации в спектральную область с большим усилением. Развитие "паразитной" генерации, вероятность появления которой растет с повышением мощности лазерного излучения, может привести к выходу из строя оптических элементов лазера. Для защиты активной среды лазера от отраженных сигналов применяют оптоволоконные изоляторы. Оптоволоконные изоляторы вносят дополнительные потери мощности лазерного излучения, доходящие по уровню сигнала до 0.8-1.5 дБ. Кроме того их предельная мощность ограничена величиной ~ 50…100 Вт, чего не достаточно для проведения операции литотрипсии, требующих выходной мощности лазерного излучения более 100 Вт.
Известно техническое решение, описанное в патенте РФ на изобретение №2045298, опубл. 10.01.2012 г., МПК A61N-5/06, А61В-17/36, под названием «Медицинское лазерное устройство», содержащее глухое и выходное селективные зеркала, резонатор, измеритель мощности излучения, источник подсветки, блок управления и выпрямитель,
К недостаткам этого устройства следует отнести:
- использование твердотельного лазера существенно увеличивает массо-габаритные характеристики лазера и его стоимость;
- твердотельные лазеры имеют КПД в несколько раз меньший, чем в волоконном;
- излучение твердотельного лазера при вводе в волокно может претерпевать потери до 50%.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбранным в качестве прототипа устройства является техническое решение, описанное в патенте РФ на изобретение №2682628, опубл. 19.03.2019 г., МПК A61N-5/067, под названием «Волоконный лазер для медицины», содержащий глухое и выходное селективные зеркала, измеритель мощности излучения, источник подсветки, блок управления, выпрямитель, лазерные диоды накачки, волоконно-оптические объединители накачки, соединенные с лазерными диодами накачки и активным волокном, стриппер оболочки, резонатор, выполненный волоконно-оптическим и образованный селективными зеркалами в виде волоконных брегговских решеток, выходная из которых выполнена с коэффициентом отражения в интервале от 5 до 20%.
К недостаткам этого устройства следует отнести:
- ограничение выходной мощности лазерного излучения применяемым в схеме лазера оптоволоконным изолятором;
- низкий КПД из-за потерь мощности лазерного излучения на изоляторе;
- применение в выходной части волоконно-оптического делителя, ограничивающего выходную мощность лазерного излучения и не имеющего спектрального разделения.
Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей с уменьшением массогабаритных характеристик и улучшением качественных характеристик, а именно увеличение выходной мощности и эффективности лазера.
Техническим результатом является повышение КПД лазера и увеличение выходной мощности лазерного излучения за счет новой схемы лазера со сниженной потерей мощности и высокой защитой от отраженного излучения.
Это достигается тем, что волоконный лазер для медицины, содержащим глухое и выходное селективные зеркала, измеритель мощности излучения, источник подсветки, блок управления, выпрямитель, лазерные диоды накачки, волоконно-оптические объединители накачки, соединенные с лазерными диодами накачки и активным волокном, стриппер оболочки, резонатор, выполненный волоконно-оптическим и образованный селективными зеркалами в виде волоконных брегговских решеток, выходная из которых выполнена с коэффициентом отражения в интервале от 5 до 20%, согласно изобретению, снабжен волоконным спектральным уплотнителем, оптически связанным с источником подсветки и расположенным перед глухим селективным зеркалом, и оптическим узлом вывода излучения, расположенным в выходной части лазера и включающим маломодовое волокно, соединенное с защитным элементом, оптически связанным с коллиматором, который соединен с многомодовым волокном, при этом лазерные диоды накачки объединены в лазерные модули накачки.
Кроме того, с целью уменьшения потерь излучения на поверхности оптического узла вывода излучениянанесено просветляющее покрытие.
Кроме того, с целью дополнительной защиты выходного торца многомодового волокна, защитный элемент выполнен в виде кварцевого наконечника.
Кроме того, с целью увеличения защиты активной среды лазера от обратного отраженного излучения, в качестве маломодового волокна использовано одномодовое волокно.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Предложенное техническое решение проиллюстрировано на следующих чертежах:
на фиг. 1 представлена оптическая схема лазера;
на фиг. 2 представлена схема оптического узла вывода излучения.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - лазерные модули накачки;
2 - глухое селективное зеркало;
3 - волоконно-оптические объединители накачки;
4 - активное волокно;
5 - волоконно-оптические объединители накачки;
6 - выходное селективное зеркало;
7 - источник подсветки;
8 - волоконный спектральный уплотнитель;
9 - волоконно-оптический стриппер оболочки;
10 - оптический узел вывода излучения;
11 - маломодовое волокно;
12 - защитный элемент;
13 - коллиматор;
14 - многомодовое волокно.
Оптическая схема волоконного лазера для медицины (фиг. 1) содержит лазерные модули накачки 1, содержащие лазерные диоды накачки, глухое 2 и выходное 6 селективные зеркала, резонатор, источник подсветки 7, активное волокно 4 и волоконный спектральный уплотнитель 8, расположенный перед глухим селективным зеркалом 2, через который оптически связан с источником подсветки 7. Резонатор выполнен волоконно-оптическим, образованным селективными зеркалами глухим 2 и выходным 6, выполненными в виде волоконных брегговских решеток, при этом выходное селективное зеркало 6 выполнено с коэффициентом отражения в интервале от 5 до 20%, волоконно-оптическими объединителями накачки 3, и 5, соединенными с лазерными модулями накачки 1 и активным волокном 4, волоконно-оптическим стриппером оболочки 9 и оптическим узлом вывода излучения 10, расположенным в выходной части волоконного лазера и включающим маломодовое волокно 11, в качестве которого использовано одномодовое волокно, соединенное с защитным элементом 12, выполненным в виде кварцевого наконечника и оптически связанным с коллиматором 13, который соединен с многомодовым волокном 14 (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом.
Накачку активного волокна 4 осуществляют лазерными модулями накачки 1 с волоконными выводами по оболочке через волоконно-оптические объединители накачки 3 и 5. Резонатор выполнен волоконно-оптическим и образован селективными зеркалами глухим 2 и выходным 6, выполненными в виде волоконных брегговских решеток. Оптимальный коэффициент отражения выходного селективного зеркала 6 лежит в диапазоне от 5 до 20%. Нижняя граница 5% обусловлена созданием обратной связи в резонаторе от торца волокна посредством френелевского отражения (4.6%), вследствие чего волоконный лазер может генерировать излучение на благоприятной ему длине волны в области 1970 нм. Верхняя граница 20% обусловлена спадом эффективности.
Непоглощенную мощность излучения накачки выводят волоконно-оптическим стриппером оболочки 9. Ввод излучения источника подсветки 7 осуществляют волоконным спектральным уплотнителем 8, расположенным перед глухим селективным зеркалом 2. Выходное излучение выводят через оптический узел вывода излучения 10, при этом излучение из маломодового волокна 11, с помощью оптического коллиматора 13, вводят в многомодовое волокно 14 на выходе волоконного лазера. В качестве многомодового волокна 14 используют транспортное волокно подсоединяемого к волоконному лазеру медицинского инструмента. Эффективную защиту элементов волоконного лазера для медицины от излучения, отраженного облучаемыми образцами, осуществляют за счет различия модового состава используемых волокон 11 и 14. Без учета потерь мощности при прохождении сигнала лазерного излучения из маломодового волокна 11 в многомодовое волокно 14 величину оптической развязки (Р) оптического узла вывода излучения 10 можно оценить как:
где dл - диаметр сердцевины маломодового волокна лазера 11, Dи - диаметр сердцевины многомодового волокна 14.
Для волокна 11 с диаметром сердцевины 10 мкм и применяемого многомодового волокна 14 с диаметром сердцевины 150 мкм, развязка составит 23.5 дБ.
Для дополнительной защиты выходного торца многомодового волокна 14 волоконного лазера для медицины используют защитный элемент 12, выполненный в виде кварцевого наконечника. Для уменьшения потерь излучения на оптические поверхности узла излучения 10 наносят просветляющие покрытия.
Рассматриваемая схема волоконного лазера для медицины позволяет снизить потери мощности лазерного излучения, защитить элементы волоконного лазера от отраженного излучения, а так же защитить выходную часть волоконного лазера для медицины от механических повреждений, возникающих при подсоединении к лазеру транспортного волокна медицинского инструмента.
Наличие в схеме волоконного лазера волоконного спектрального уплотнителя позволило снизить потери при выводе лазерного излучения и более эффективно вводить излучение подсветки.
Экспериментальные исследования показали, что предложенная схема волоконного лазера для медицины обеспечивает отсутствие срыва генерации при выходной мощности лазерного излучения более 100 Вт и повышение КПД лазера на 15%.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность волоконного лазера для медицины и способность достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Claims (4)
1. Волоконный лазер для медицины, содержащий глухое и выходное селективные зеркала, измеритель мощности излучения, источник подсветки, блок управления, выпрямитель, лазерные диоды накачки, волоконно-оптические объединители накачки, соединенные с лазерными диодами накачки и активным волокном, стриппер оболочки, резонатор, выполненный волоконно-оптическим и образованный селективными зеркалами в виде волоконных брегговских решеток, выходная из которых выполнена с коэффициентом отражения в интервале от 5 до 20%, отличающийся тем, что он снабжен волоконным спектральным уплотнителем, оптически связанным с источником подсветки и расположенным перед глухим селективным зеркалом, и оптическим узлом вывода излучения, расположенным в выходной части лазера и включающим маломодовое волокно, соединенное с защитным элементом, оптически связанным с коллиматором, который соединен с многомодовым волокном, при этом лазерные диоды накачки объединены в лазерные модули накачки.
2. Волоконный лазер для медицины по п.1, отличающийся тем, что на поверхности оптического узла вывода излучения нанесено просветляющее покрытие.
3. Волоконный лазер для медицины по п.1, отличающийся тем, что защитный элемент выполнен в виде кварцевого наконечника.
4. Волоконный лазер для медицины по п.1, отличающийся тем, что в качестве маломодового волокна использовано одномодовое волокно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2022/000274 WO2023146431A1 (ru) | 2022-01-28 | 2022-09-09 | Волоконный лазер для медицины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780714C1 true RU2780714C1 (ru) | 2022-09-29 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2234242C2 (ru) * | 2002-03-19 | 2004-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ определения состояния биологической ткани и диагностическая система для его реализации |
RU2419182C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2011-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Способ получения инфракрасного излучения и устройство для его осуществления |
RU132926U1 (ru) * | 2013-03-29 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" имени М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Одночастотный перестраиваемый лазер |
WO2017011706A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Nuburu, Inc. | Applications, methods and systems for a laser deliver addressable array |
RU2682628C1 (ru) * | 2018-03-06 | 2019-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Волоконный лазер для медицины |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2234242C2 (ru) * | 2002-03-19 | 2004-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Способ определения состояния биологической ткани и диагностическая система для его реализации |
RU2419182C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2011-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Способ получения инфракрасного излучения и устройство для его осуществления |
RU132926U1 (ru) * | 2013-03-29 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" имени М.Ф. Стельмаха" (ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") | Одночастотный перестраиваемый лазер |
WO2017011706A1 (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Nuburu, Inc. | Applications, methods and systems for a laser deliver addressable array |
RU2682628C1 (ru) * | 2018-03-06 | 2019-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Волоконный лазер для медицины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9431786B2 (en) | System and method for a delivery fiber for isolation against back reflections | |
JP3247292B2 (ja) | 光通信システム | |
JP6007237B2 (ja) | ファイバレーザ装置およびレーザ光照射位置の位置決め方法 | |
EP1935068B1 (en) | Optical fibre laser | |
RU2727588C1 (ru) | Устройство световой обработки ткани | |
KR20120023651A (ko) | 고?전력 직렬 라만 섬유 레이저들에서 백워드 레이징을 억제하는 시스템들 및 기법들 | |
US20120217375A1 (en) | Fiber lasers for producing amplified laser pulses with reduced non-linearity | |
WO2023146431A1 (ru) | Волоконный лазер для медицины | |
US6999481B1 (en) | Method and device for reducing the pump light in a sheat-pumped fiber laser output | |
RU2780714C1 (ru) | Волоконный лазер для медицины | |
RU2717254C1 (ru) | Волоконный лазер для накачки активных элементов | |
JP2016507892A (ja) | 光の波長放出を狭幅化するためのシステムおよび方法 | |
Esterowitz et al. | Rare earth doped IR fiber lasers for medical applications | |
JP2007027511A (ja) | 蛍光性ガラス、光導波路、光ファイバ、光コヒーレンストモグラフィ装置、及び光ファイバレーザ | |
JP2007221037A (ja) | 光増幅器、ファイバレーザ及び反射光除去方法 | |
CN106684681A (zh) | 单泵浦中近红外双波段光纤激光器及稳定输出方法 | |
EP1487071B1 (en) | Optical fiber laser and laser light emitting method | |
US8928971B2 (en) | High-power optical fibre laser | |
US7233724B2 (en) | Long period bragg grating optical signal attenuation | |
JP5014640B2 (ja) | マルチモードファイバ、光増幅器及びファイバレーザ | |
US9166357B1 (en) | Fiber laser system and method | |
CN211743660U (zh) | 一种基于非相干组束的光纤激光器系统 | |
US20240039232A1 (en) | Fibre laser assembly and method for generating high power laser radiation | |
CN214478413U (zh) | 基于光纤随机光栅的2μm波段柱矢量光纤随机激光器 | |
US20030039293A1 (en) | Eye safe monolithic compact laser |