WO2014182199A1 - Лазерная установка - Google Patents

Лазерная установка Download PDF

Info

Publication number
WO2014182199A1
WO2014182199A1 PCT/RU2014/000328 RU2014000328W WO2014182199A1 WO 2014182199 A1 WO2014182199 A1 WO 2014182199A1 RU 2014000328 W RU2014000328 W RU 2014000328W WO 2014182199 A1 WO2014182199 A1 WO 2014182199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
diode
radiation
modulator
generation
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000328
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Олег Николаевич ЕРЕМЕЙКИН
Александр Павлович САВИКИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МеЛСиТек"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МеЛСиТек" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МеЛСиТек"
Publication of WO2014182199A1 publication Critical patent/WO2014182199A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/203—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser applying laser energy to the outside of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/117—Q-switching using intracavity acousto-optic devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00137—Details of operation mode
    • A61B2017/00154—Details of operation mode pulsed
    • A61B2017/00172—Pulse trains, bursts, intermittent continuous operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2065—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths
    • A61B2018/207—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths mixing two wavelengths
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2065—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths
    • A61B2018/2075—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths mixing three wavelengths
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0659—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used infrared
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0662—Visible light
    • A61N2005/0663—Coloured light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0616—Skin treatment other than tanning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0813—Configuration of resonator
    • H01S3/0815—Configuration of resonator having 3 reflectors, e.g. V-shaped resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094076—Pulsed or modulated pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H01S3/2391—Parallel arrangements emitting at different wavelengths

Definitions

  • the utility model relates to the field of medicine and cosmetology, namely to laser installations, and can be used for therapeutic and / or surgical exposure to laser radiation of various modes.
  • a device for laser surgery comprising a laser and a laser radiation supply system, is made in the form of an articulated fiber, a laser beam shaper, as well as a distribution mirror, an output link of an additional shaper [A.S. USSR N 936932, IPC A 61 N 5/00, A 61 B 6/08, 06/23/1982].
  • a device for biomedical treatment of biological systems comprising a radiation unit with a radiation parameter generation system including a pulse generator, the radiation unit including one or more laser emitters, and the system for generating radiation parameters is equipped with low-frequency and high-frequency frequency dividers, a matching circuit, a switching unit, a frequency control unit, a power level control unit and a pulse generating unit c, while the working inputs of the low-frequency and high-frequency dividers are connected to a pulse generator, their control inputs are connected to the corresponding outputs of the frequency control unit, and the working outputs of the low-frequency and high-frequency dividers are connected via the matching circuit and are directly connected to the working inputs of the switching unit, the control input of which connected to the first output of the power level control unit, and the output to the first input of the pulse forming unit, the second input of which is connected to the control the output of the high-frequency frequency
  • a laser unit was selected as a prototype [RF Patent N ° 2097075, IPC A61N5 / 06, A61 B17 / 36, 27.1 1.1997], which contains emitters of the main and alignment lasers with power and cooling sources and a laser radiation supply system, while it is equipped with passive laser a shutter installed in the resonator of the main laser emitter with the possibility of reciprocating movement from the cavity of the resonator, a second harmonic generator installed at the outlet of the resonator with the possibility of reciprocating movement to the side of the laser radiation axis by a controlled mirror installed by the reflecting surface to the output of the second harmonic generator with an inclination to its optical axis with the possibility of reciprocating movement away from the axis of the laser radiation, stationary feces set to its reflecting surface of the reflecting surface controllable mirror and intersecting the laser axis, for successive fixed mirror focusing lens and a tunable laser, the axis of symmetry of which are located on the laser axis and a second summing laser system
  • the known installation provides only four operating modes (surgical and three therapeutic), in addition, the instability of the energy of individual pulses in the bursts of generation pulses associated with the presence of time dependences of the thermal lens and the temperature of the pump source distorts for a long time the amount of dosed radiation acting on the biological object, which can lead to unwanted damage.
  • tube pumping is characterized by instability of the average radiation power and instability of the energy value from pulse to pulse reaching ⁇ 15%.
  • This parameter (reproducibility of the generation parameters of laser radiation: average and pulse power, energy of pulses in a packet) is not decisive in technical areas, but, for example, in cosmetology (treatment of vascular pathology of the skin, photodynamic therapy, etc.), a delicate effect on the biological tissue, which is determined by the reproducibility of the dosing of the irradiation power.
  • the objective of the utility model was to expand the functionality associated with an increase in the regimes of laser radiation, and to ensure reproducibility of the amount of dosed radiation, taking into account the selective sensitivity of tissues to different wavelengths.
  • This problem is solved by a laser installation containing a solid-state laser emitter with a power source, a laser radiation supply system, a second harmonic generator installed at the output of the resonator with the possibility of reciprocating movement away from the laser radiation axis, in which, according to the proposal, at least one diode laser with a pump source function as a part of a solid-state laser emitter, a modulator and a control unit for the modulator and power of the diode laser, at The installation is equipped with controlled mirrors with the possibility of outputting the diode laser radiation into the laser radiation supply system, and the control unit is configured to turn on the diode laser in the idle current mode.
  • the output mirror of the resonator with the possibility of reciprocating movement away from the axis of the laser radiation, and use a KTP crystal installed between two mirrors as the second harmonic generator: the first mirror with a high reflection coefficient to the second harmonic and high transmittance of the first harmonic, second mirror with high transmittance of the second harmonic and with a high reflection coefficient of the first harmonic - which ensures the implementation of the intracavity mode doubled Ia frequency.
  • the wavelength at the first harmonic is 1064 nm
  • at the second harmonic is 532 nm.
  • FIG. 1 shows a general block diagram of a laser installation
  • FIG. 2 is a block diagram of a setup in operation at a second harmonic wavelength, for example 532 nm
  • FIG. 3 is a block diagram of an apparatus in operation at a wavelength of a diode laser, for example 808 nm
  • in FIG. 4 is a block diagram of an apparatus in operation at a first harmonic wavelength, for example 1064 nm
  • in fig. 5 shows an algorithm for turning on the power supply of a laser diode and controlling a modulator for generation at a second harmonic wavelength, for example 532 nm
  • FIG. 5 shows an algorithm for turning on the power supply of a laser diode and controlling a modulator for generation at a second harmonic wavelength, for example 532 nm
  • the laser setup contains a diode laser 1 (a line of diode lasers; an array of diode lasers with a generation wavelength corresponding to one of the absorption lines of the active medium, for example, for an Nd: YAG crystal laser — 808 nm), which serves to excite the active medium.
  • a diode laser 1 a line of diode lasers; an array of diode lasers with a generation wavelength corresponding to one of the absorption lines of the active medium, for example, for an Nd: YAG crystal laser — 808 nm
  • fiber output 13 active medium 5, for example, yttrium aluminum garnet doped with neodymium ions Nd: YAG 5 located in the resonator, formed by a deaf mirror 6 having a curvature to compensate for the thermal lens, an output mirror 8, and a dichroic mirror 4.
  • a modulator 7 (acousto-optical or electro-optical) is used to obtain a pulse-periodic generation mode.
  • the output mirror 8 has the possibility of reciprocating movement away from the axis of the laser radiation to change the generation mode from the wavelength of the first harmonic, for example, 1064 nm to the wavelength of the second harmonic, for example, 532 nm.
  • a nonlinear crystal 10 is used, for example, TP located between a blind mirror 1 1 at a wavelength of the first harmonic, for example, 1064 nm and a blind mirror 9 at a wavelength of the second harmonic 532 nm.
  • Mirror 12 is used to output radiation generation.
  • the output of radiation at all three wavelengths is carried out in a single summing system (optical fiber 13).
  • the power module 14 provides power to all nodes of the device.
  • the control unit 15 is a microprocessor unit that controls all the moving elements of the device, the voltage at the modulator 7 and the laser diode 1, the temperature of the radiation sources. To ensure the operation of the installation, switching on using the “Start” pedal (not shown) is most suitable.
  • Installation work is carried out in the following modes.
  • the second harmonic generator (for example, KTP crystal 10, mirrors 9 and 1 1) is installed in the path of the beam:
  • the mode is pulse-periodic, with a modulator.
  • the idle current of the laser diode 1 is initially set, the value of which should not exceed the threshold value (so that the laser generation).
  • the installation switches to the operating mode of power supply for the laser diode 1, and the control unit 15 of the modulator 7 turns on the pulsed low-frequency voltage.
  • a pulse-periodic generation mode is formed.
  • the pulse duration is 10ns 100ns, depending on the generation frequency and the type of modulator.
  • the pulse repetition rate can vary in the range from 0.1 Hz to 100 kHz.
  • the pulse duration is 10ns + 100ns.
  • the pulse repetition rate can vary in the range from 0.1 Hz to 100 kHz, the duration of the burst and the duration of the pause between the bursts can vary in the range of 1-10,000 ms.
  • Pulse-periodic mode Initially, the idle current mode of diode laser 1 is set, the value of which should not exceed the threshold value (so that generation does not occur). After pressing the “Start” pedal, the power of the diode laser 1 periodically switches to the operating mode. As a result, a pulse-periodic generation mode is formed.
  • the pulse duration and the duration of the pause between pulses can vary in the range of 1-20000 ms.
  • the generation of a single pulse Initially, the idle current mode of diode laser 1 is set, the value of which should not exceed the threshold value (so that generation does not occur). After pressing the “Start” pedal, a single pulse of the operating voltage of the diode laser 1 is turned on. As a result, a single pulse generation mode is generated.
  • the pulse duration can vary in the range of 1-20000 ms.
  • the operation of the installation at a wavelength of the first harmonic, for example, 1064 nm (Fig. 4).
  • the resonator mirror 8 is installed in the path of the beam, and the second harmonic generator (crystal TP 10, mirrors 9, 1 1) is diverted to the side.
  • Pulse-periodic without a modulator. Initially, the idle current mode of the diode laser 1 is set, the value of which should not exceed the threshold value (so that laser generation does not occur). After pressing the “Start” pedal, the power of the diode laser 1 periodically switches to the operating mode. As a result, a pulse-periodic lasing regime is formed. Pulse Duration and Pause Duration between pulses can vary in the range of 1-20000 ms.
  • Pulse-periodic with a modulator. Initially, the idle current mode of the laser diode 1 is set, the value of which should not exceed the threshold value (so that laser generation does not occur). After pressing the “Start” pedal, the installation switches to the operating mode of the diode laser 1, in the control unit 15 of the modulator 7, a pulsed low-frequency control voltage is turned on. As a result, a pulse-periodic generation mode is formed.
  • the pulse duration is 10ns 100ns.
  • the pulse repetition rate can vary in the range from 0.1 Hz to 10 kHz.
  • the generation of bursts of pulses (Fig. 6). Initially, the idle current mode of the diode laser 1 is set, the value of which should not exceed the threshold value (so that laser generation does not occur). After pressing the “Start” pedal, the installation enters the operating mode of power supply to the diode laser 1, and a blocking voltage is set on the modulator 7. After a time interval (At), determined by the heating time of the diode laser 1 and the working medium in the control unit 15 of the modulator 7, a pulsed low-frequency control voltage is turned on. As a result, a mode of generation of bursts of pulses with the same energy of individual pulses in a packet is formed. The pulse duration is 10ns 100ns. The pulse repetition rate can vary in the range from 0.1 Hz to 100 kHz, the duration of the burst and the duration of the pause between the bursts can vary in the range of 1-10,000 ms.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к лазерной технике. Лазерная установка содержит излучатель твердотельного лазера с источником питания, систему подведения лазерного излучения, генератор второй гармоники, установленный на выходе из резонатора с возможностью возвратно- поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения. В лазерной установке имеется диодный лазер с функцией источника накачки в составе излучателя твердотельного лазера, модулятор и блок управления модулятором и питанием диодной линейки. При этом установка снабжена управляемыми зеркалами с возможностью вывода излучения диодного лазера в систему подведения лазерного излучения, а блок управления выполнен с возможностью включения диодного лазера в режиме холостого тока. Технический результат заключается в обеспечении возможности расширения функциональных возможностей за счет увеличения количества режимов лазерного излучения.

Description

ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА
Полезная модель относится к области медицины и косметологии, а именно к лазерным установкам, и может быть использована для терапевтического и/или хирургического воздействия лазерным излучением различных режимов.
Известно устройство для лазерной хирургии, содержащее лазер и систему подведения лазерного излучения, выполненную в виде шарнирного световода, формирователя лазерного пучка, а также распределительного зеркала, выходного звена дополнительного формирователя [А.с. СССР N 936932, МПК А 61 N 5/00, А 61 В 6/08, 23.06.1982 г.].
Известно устройство для медикобиологической обработки биологических систем [Патент РФ .4° 2053819, МПК A61N5/06, 10.02.1996 г.], содержащее блок излучения с системой формирования параметров излучения, включающей импульсный генератор, при этом блок излучения включает в себя один или несколько лазерных излучателей, а система формирования параметров излучения снабжена низкочастотным и высокочастотным делителями частоты, схемой совпадения, блоком коммутации, блоком управления частотой, блоком управления уровнем мощности и блоком формирования импульсов, при этом рабочие входы низкочастотного и высокочастотного делителей частоты подключены к импульсному генератору, управляющие их входы подключены к соответствующим выходам блока управления частотой, а рабочие выходы низкочастотного и высокочастотного делителей частоты через схему совпадения и непосредственно подключены к рабочим входам блока коммутации, управляющий вход которого связан с первым выходом блока управления уровнем мощности, а выход - с первым входом блока формирования импульсов, второй вход которого связан с управляющим выходом высокочастотного делителя частоты, причем управляющий выход блока управления частотой подключен ко входу блока управления уровнем мощности, второй выход которого связан со вторым управляющим входом высокочастотного делителя частоты.
В качестве прототипа выбрана лазерная установка [Патент РФ N° 2097075, МПК A61N5/06, А61 В17/36, 27.1 1.1997 г.], содержащая излучатели основного и юстировочного лазеров с источниками питания и охлаждения и систему подведения лазерного излучения, при этом она снабжена пассивным лазерным затвором, установленным в резонаторе излучателя основного лазера с возможностью возвратно-поступательного перемещения из полости резонатора, генератором второй гармоники, установленным на выходе из резонатора с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения управляемым зеркалом, установленным отражающей поверхностью к выходу генератора второй гармоники с наклоном к его оптической оси с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения, неподвижным зеркалом, установленным своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности управляемого зеркала и пересекающим ось лазерного излучения, последовательно расположенными за неподвижным зеркалом фокусирующей линзой и перестраиваемым лазером, оси симметрии которых расположены на оси лазерного излучения, и второй системой подведения лазерного излучения.
Известная установка обеспечивает только четыре режима работы (хирургический и три терапевтических), кроме того, нестабильность энергии отдельных импульсов в пачках импульсов генерации, связанная с наличием временных зависимостей тепловой линзы и температуры источника накачки, искажает в течение длительного времени величины дозируемого излучения, воздействующего на биологический объект, что может привести к нежелательным повреждениям. Например, ламповая накачка отличается нестабильностью средней мощности излучения и нестабильностью величины энергии от импульса к импульсу достигающей ~15%. Этот параметр (воспроизводимость генерационных параметров лазерного излучения: средняя и импульсная мощность, энергия импульсов в пачке) не имеет определяющего значения в технических областях, но, например, в косметологии (лечении сосудистой патологии кожи, фотодинамической терапии и пр.) требуется деликатное воздействие на биологическую ткань, что определяется воспроизводимостью дозирования мощности облучения.
Задачей полезной модели являлось расширение функциональных возможностей, связанных с увеличением режимов лазерного излучения, и обеспечение воспроизводимости величины дозируемого излучения с учетом избирательной чувствительности тканей к различным длинам волн. Указанная задача решается лазерной установкой, содержащей излучатель твердотельного лазера с источником питания, систему подведения лазерного излучения, генератор второй гармоники, установленный на выходе из резонатора с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения, в которой, согласно предложению, установлен, по меньшей мере, один диодный лазер с функцией источника накачки в составе излучателя твердотельного лазера, модулятор и блок управления модулятором и питанием диодного лазера, при этом установка снабжена управляемыми зеркалами с возможностью вывода излучения диодного лазера в систему подведения лазерного излучения, а блок управления выполнен с возможностью включения диодного лазера в режиме холостого тока.
Целесообразно также выходное зеркало резонатора выполнять с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения, а в качестве генератора второй гармоники использовать кристалл КТР, установленный между двумя зеркалами: первое зеркало с высоким коэффициентом отражения на вторую гармонику и высоким пропусканием первой гармоники, второе зеркало с высоким пропусканием второй гармоники и с высоким коэффициентом отражения первой гармоники - что обеспечивает реализацию режима внутрирезонаторного удвоения частоты. Например, для лазера на кристалле Nd:YAG длина волны на первой гармонике - 1064 нм, на второй гармоники - 532 нм.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена общая блок-схема лазерной установки; на фиг. 2 представлена блок-схема установки в режиме работы на длине волны второй гармоники, например 532 нм; на фиг. 3 - блок-схема установки в режиме работы на длине волны диодного лазера, например 808 нм; на фиг. 4 - блок-схема установки в режиме работы на длине волны первой гармоники, например 1064 нм; на рис. 5 представлен алгоритм включения источника питания лазерного диода и управления модулятором для генерации на длине волны второй гармоники, например 532 нм; на фиг. 6 - алгоритм включения источника питания лазерного диода и управления модулятором для генерации на длине волны второй гармоники, например 532 нм. Лазерная установка содержит диодный лазер 1 (линейку диодных лазеров; матрицу диодных лазеров, с длиной волны генерации, соответствующей одной из линий поглощения активной среды, например, для лазера на кристалле Nd:YAG - 808 нм), служащий для возбуждения активной среды. Систему вывода излучения диодного лазера - поворотные зеркала 2 и 3, с возможностью возвратно - поступательного движения в сторону от оси лазерного излучения, волоконный выход 13, активную среду 5, например, алюмоиттриевый гранат, легированный ионами неодима Nd:YAG 5, находящуюся в резонаторе, образованном глухим зеркалом 6, имеющим кривизну для компенсации тепловой линзы, выходным зеркалом 8 и дихроичным зеркалом 4. Модулятор 7 (акустооптический или электрооптический) служит для получения импульсно-периодического режима генерации. Выходное зеркало 8 имеет возможность возвратно - поступательного движения в сторону от оси лазерного излучения для смены режима генерации с длины волны первой гармоники, например, 1064 нм на длину волны второй гармоники, например, 532 нм. Для получения удвоенной частоты используется нелинейный кристалл 10, например, ТР, находящийся между глухим зеркалом 1 1 на длину волны первой гармоники, например, 1064 нм и глухим зеркалом 9 на длину волны второй гармоники 532 нм. Зеркало 12 служит для вывода излучения генерации. Вывод излучения на всех трех длинах волн осуществляется в одну систему подведения (оптическое волокно 13). Модуль питания 14 обеспечивает питание всех узлов устройства. Блок управления 15 представляет собой микропроцессорный блок, осуществляющий контроль над всеми подвижными элементами устройства, напряжением на модуляторе 7 и лазерном диоде 1 , температурой источников излучения. Для обеспечения работы установки наиболее подходит включение с помощью педали «Старт» (не показана).
Работа установки осуществляется в следующих режимах.
На длине волны второй гармоники, например, 532 нм (фиг. 2). Генератор второй гармоники (например, кристалл КТР 10, зеркала 9 и 1 1) устанавливается на пути луча:
1. Режим импульсно-периодический, с модулятором. Первоначально устанавливается режим холостого тока лазерного диода 1, величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После включения (нажатия педали «Старт») установка переходит в рабочий режим питания лазерного диода 1, а блок управления 15 модулятора 7 включает импульсное низкочастотное напряжение. В результате формируется импульсно-периодический режим генерации. Длительность импульса составляет 10нс 100нс, в зависимости от частоты генерации и типа модулятора. Частота следования импульсов может изменяться в диапазоне от 0, 1 Гц до 100 кГц.
2. Генерация пачек импульсов, с модулятором (фиг. 5). Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1. Через временной интервал, определяемый временем разогрева диодного лазера 1 и рабочей среды (At) в блоке управления 15 модулятором включается импульсное низкочастотное управляющее напряжение. В результате формируется режим генерации пачек импульсов с одинаковой энергией отдельных импульсов в пачке. С увеличением тока диодного лазера 1 сокращается временной интервал (Δί) разогрева рабочей среды и диодного лазера 1.
Длительность импульса составляет 10нс + 100нс. Частота следования импульсов может изменяться в диапазоне от 0,1 Гц до 100 кГц, длительность пачки и длительность паузы между пачками могут изменяться в диапазоне 1- 10000 мс.
3. Генерация одиночного импульса, с модулятором. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания лазерного диода. Через временной интервал, определяемый временем разогрева диодного лазера 1 и рабочей среды (At) в блоке управления 15 модулятора 7 включается один импульс управляющего напряжения. В результате формируется режим генерации одиночного импульса. Длительность импульса составляет 10нс 100нс.
Работа установки на длине волны излучения диодного лазера 1, например 808 нм (фиг. 3). Поворотные зеркала 2 и 3 устанавливаются на пути луча. 1. Непрерывная генерация. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1. В результате формируется режим непрерывной генерации.
2. Импульсно-периодический режим. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала генерация). После нажатия педали «Старт» питание диодного лазера 1 переходит периодически в рабочий режим. В результате формируется импульсно-периодический режим генерации. Длительность импульса и длительность паузы между импульсами могут изменяться в диапазоне 1-20000 мс.
3. Генерация одиночного импульса. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала генерация). После нажатия педали «Старт» включается одиночный импульс рабочего напряжения питания диодного лазера 1. В результате формируется режим генерации одиночного импульса. Длительность импульса может изменяться в диапазоне 1-20000 мс.
Работа установки на длине волны первой гармоники, например, 1064 нм (фиг. 4). Резонаторное зеркало 8 устанавливается на пути луча, а генератор второй гармоники (кристалл ТР 10, зеркала 9, 1 1 ) отводится в сторону.
1. Непрерывная генерация. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1, величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1. В результате формируется режим непрерывной генерации.
2. Импульсно-периодический, без модулятора. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» питание диодного лазера 1 переходит периодически в рабочий режим. В результате формируется импульсно- периодический режим генерации. Длительность импульса и длительность паузы между импульсами могут изменяться в диапазоне 1-20000 мс.
3. Импульсно-периодический, с модулятором. Первоначально устанавливается режим холостого тока лазерного диода 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1 , в блоке управления 15 модулятора 7 включается импульсное низкочастотное управляющее напряжение. В результате формируется импульсно-периодический режим генерации. Длительность импульса составляет 10нс 100нс. Частота следования импульсов может изменяться в диапазоне от 0,1 Гц до ЮО кГц.
4. Генерация пачек импульсов (фиг. 6). Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1, а на модуляторе 7 устанавливается запирающее напряжение. Через временной интервал (At), определяемый временем разогрева диодного лазера 1 и рабочей среды в блоке управления 15 модулятором 7 включается импульсное низкочастотное управляющее напряжение. В результате формируется режим генерации пачек импульсов с одинаковой энергией отдельных импульсов в пачке. Длительность импульса составляет 10нс 100нс. Частота следования импульсов может изменяться в диапазоне от 0,1 Гц до 100 кГц, длительность пачки и длительность паузы между пачками могут изменяться в диапазоне 1 -10000 мс.
5. Генерация одиночного импульса, с модулятором. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1, величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» установка переходит в рабочий режим питания диодного лазера 1 , а на модуляторе 7 устанавливается запирающее напряжение. Через временной интервал, определяемый временем разогрева лазерного диода и рабочей среды (At) в блоке управления 15 модулятором 7 включается один импульс управляющего напряжения. В результате формируется режим генерации одиночного импульса. Длительность импульса составляет 10нс - 100нс.
6. Генерация одиночного импульса, без модулятора. Первоначально устанавливается режим холостого тока диодного лазера 1 , величина которого не должна превышать величины порогового значения (чтобы не возникала лазерная генерация). После нажатия педали «Старт» включается одиночный импульс рабочего напряжения питания диодного лазера 1. В результате формируется режим генерации одиночного импульса. Длительность импульса может изменяться в диапазоне 1-20000 мс.

Claims

ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1. Лазерная установка, содержащая излучатель твердотельного лазера с источником питания, систему подведения лазерного излучения, генератор второй гармоники, установленный на выходе из резонатора с возможностью возвратно- поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один диодный лазер с функцией источника накачки в составе излучателя твердотельного лазера, модулятор и блок управления модулятором и питанием диодного лазера, при этом установка снабжена управляемыми зеркалами с возможностью вывода излучения диодного лазера в систему подведения лазерного излучения, а блок управления выполнен с возможностью включения диодного лазера в режиме холостого тока.
2. Лазерная установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходное зеркало резонатора выполнено с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону от оси лазерного излучения.
3. Лазерная установка по п. 2, отличающееся тем, что генератор второй гармоники представляет собой кристалл КТР, установленный между глухим зеркалом на длине волны первой гармоники, и глухим зеркалом на длине волны второй гармоники.
PCT/RU2014/000328 2013-05-07 2014-05-06 Лазерная установка WO2014182199A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121479 2013-05-07
RU2013121479 2013-05-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014182199A1 true WO2014182199A1 (ru) 2014-11-13

Family

ID=51867555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000328 WO2014182199A1 (ru) 2013-05-07 2014-05-06 Лазерная установка

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014182199A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097075C1 (ru) * 1994-04-28 1997-11-27 Медицинское производственное предприятие Товарищество с ограниченной ответственностью "Медламо" Лазерная установка
US20090122816A1 (en) * 2005-09-22 2009-05-14 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Rapidly and electronically broadly tunable IR laser source
US7792162B2 (en) * 2004-09-23 2010-09-07 Lighthouse Technologies Pty Ltd. Selectable multiwavelength laser for outputting visible light

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097075C1 (ru) * 1994-04-28 1997-11-27 Медицинское производственное предприятие Товарищество с ограниченной ответственностью "Медламо" Лазерная установка
US7792162B2 (en) * 2004-09-23 2010-09-07 Lighthouse Technologies Pty Ltd. Selectable multiwavelength laser for outputting visible light
US20090122816A1 (en) * 2005-09-22 2009-05-14 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Rapidly and electronically broadly tunable IR laser source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2291725C2 (ru) Усовершенствованное портативное лазерное устройство для осуществления лечения кожи
JP5629753B2 (ja) 治療光線によって治療される生体組織における非侵襲性の温度決定方法および装置
KR101576870B1 (ko) 피부용 레이저 장치
KR20130125154A (ko) 의료용 레이저 치료기의 전원장치
CN108767651A (zh) 一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器
IL279316B2 (en) Medical laser system
KR101914742B1 (ko) 피부 치료용 레이저 장치
KR101168044B1 (ko) 펜 형태의 광 치료기
CN105120787B (zh) 医用激光设备
RU133356U1 (ru) Лазерная установка
WO2014182199A1 (ru) Лазерная установка
JP2004506471A (ja) 医療レーザー治療モジュール
KR20190054668A (ko) 삼 파장 레이저 발생 장치
KR20140014578A (ko) 엔디:야그 레이저와 듀얼 레이저 통합 시스템
CN208797350U (zh) 一种可实现激光模式切换的医用双脉冲调q激光器
KR20120003064A (ko) 세 개의 파장에서 롱펄스를 구현하는 레이저 공진기
KR20210050025A (ko) 지방 제거용 레이저 발생 장치
CN219185055U (zh) 一种对人体安全的可调谐紫外激光消毒装置
Yeragi et al. LASER Physics& its Application in Dentistry–A Review
KR101348426B1 (ko) 번 부작용을 감소시킨 솔리드 파이버 글라스를 이용한 프랙셔널 레이저 치료 장치
RU2211715C2 (ru) Ультрафиолетовая лазерная установка для лечения заболеваний, сопровождающихся гнойными процессами
KR20200006719A (ko) 광포논 현상을 이용한 미용, 의료기기
US20220202614A1 (en) Opthalmological Ultra-Violet Laser System For Eye Treatment
CN102335040A (zh) 高峰值功率输出的绿激光治疗机及其控制方法
CN116942864A (zh) 一种对人体安全的可调谐紫外激光消毒装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14794278

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 17.02.2016)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14794278

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1