雷射碎石機的製作方法

2023-10-31 10:42:47

專利名稱：雷射碎石機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射技術領域，具體涉及通過內腔鏡擊碎體內結石的雷射碎石機。
背景技術：
本實用新型作出以前，德國WOM公司生產和銷售的U100雙波長碎石機，其核心部件是光路部分。如圖1所示，該機輸出的雷射脈寬為1.2us，能量120mJ。波長是1064nm和532nm，其中532nm的雷射佔了20mJ。在核心光路中，該機採用了單腔結構即單燈單雷射棒單聚光腔的固體雷射系統，用幾十米的腔內光纖來調整雷射的脈寬，由於增加光纖需要添加兩個聚焦兼準直鏡，光纖的傳輸效率最高只有90％，加上聚焦鏡的損耗，以及光束髮散角的增大，這些都會使光路中的總損耗增大。所以要求光路的穩定性非常高，並且各種光學元件的設計、工藝等要求相當高。在光路調整時，由於該振蕩光路的元件很多，損耗相當大，故而需要的閃光燈放電電壓很高，帶來的後果要求電子元器件的耐壓和電流很高，導致器件出故障的概率提高。另外由於出光的閾值電壓提高，而容易產生寄生振蕩，導致產生的脈寬只有幾個納秒，從而使雷射峰值功率高到損傷腔內光纖和KTP倍頻晶體。這就需要在調試出光之前就要利用專業的設備來調整好，才能避免出現損傷的問題。所以這給設備的光路現場維修和調試帶來了困難，導致銷往國內市場的設備在出現故障時只好打包運回德國本部去修好了再運回來，導致設備的使用率降低。在光路振蕩器中的光學元件發生機械偏差將會導致輸出的單脈衝最大能量輸出降低。
綜上這些情況，U100雙波長碎石機的應用是建立在非常先進的光學、電子工藝和工業基礎之上，並且現場調試、維修很困難，對使用的客戶來說維修時間長，以及費用高，這些都阻礙了雙波長碎石機的市場推廣應用。
實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型的目的是提供一種使用要求低，調試、維修方便，穩定性高的雷射碎石機。
(二)技術方案本實用新型的雷射碎石機，包括振蕩雷射器，還包括放大雷射器、光隔離器，其中，光隔離器位于振蕩雷射器與放大雷射器之間，所述振蕩雷射器、放大雷射器、光隔離器在同一光路中。
其中，所述放大雷射器包括放大雷射棒、閃光燈、電源、反折光鏡、偏振片、光束合成鏡、雷射聚焦透鏡、倍頻晶體、雷射準直透鏡、聚焦透鏡、輸出光纖、半導體指示燈，其中，偏振片、光束合成鏡、倍頻晶體、雷射準直透鏡、聚焦透鏡、輸出光纖在放大雷射棒的雷射輸出端；反折光鏡中的一個位於放大雷射棒與偏振片之間，另一個位於放大雷射棒與光隔離器之間。
其中，所述振蕩雷射器包括振蕩雷射棒、閃光燈、電源、準直透鏡、調Q晶體、偏振片、輸出鏡、反折光鏡、全反鏡、腔內光纖及聚焦透鏡、光電二極體，其中，準直透鏡、調Q晶體、偏振片、輸出鏡在振蕩雷射棒的雷射輸出端；光纖及聚焦透鏡、全反鏡在振蕩雷射棒的另一端；反折光鏡中的一個位於聚焦透鏡與振蕩雷射棒之間，另一個位於輸出鏡與光隔離器之間。
其中，所述光隔離器包括磁光晶體和高磁性磁鐵，光隔離器用於將偏振光的偏振方向轉45度，使返回來的雷射轉90度從而讓振蕩雷射器腔內偏振片反射，以隔開振蕩雷射器和放大雷射器之間的互相影響。
(三)有益效果
1)由於採用了兩級雷射器，減少了振蕩雷射器的輸出能量，因此，延長了腔內光纖和KTP倍頻晶體的壽命；2)由於出光的閾值電壓降低了，因此能夠延長了電子元件的壽命和降低使用要求；3)由於在振蕩雷射器與放大雷射器的中間採用了光隔離器，因此保證了光路工作的穩定性；4)由於降低了使用要求，使得調試、維修非常方便。


圖1是已有技術的工作原理圖；圖2是本實用新型的工作原理圖；圖3是本實用新型的具體結構示意圖。
圖中1、全反鏡；2、後聚焦鏡；3、腔內光纖；4、前聚焦鏡；5、反折光鏡；6、振蕩雷射棒；7、閃光燈；8、準直透鏡；9、調Q晶體；10偏振片；11、輸出鏡；12、反折光鏡；13、光隔離器；14、反折光鏡；15、放大雷射棒；16、閃光燈；17、反折光鏡；18、光電二極體；19、偏振片；20、光束合成鏡；21、半導體指示燈；22、雷射聚焦透鏡；23、倍頻晶體；24、雷射準直透鏡；25、聚焦透鏡；26、輸出光纖；27、電源；28、電源；1′全反鏡；3′、腔內光纖；5′、反折光鏡；6′、振蕩雷射棒；7′、閃光燈；9′、調Q晶體；11′、輸出鏡；12′、反折光鏡；14′、反折光鏡；21′、半導體指示光；26′、輸出光纖；27′、電源；28′、光閘。
具體實施方式
以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的保護範圍。
如圖3所示，振蕩雷射器由振蕩雷射棒6、閃光燈7、電源27、準直透鏡8、CrYAG調Q晶體9、偏振片10、輸出鏡11、兩個三高反折光鏡5、12、1064nm全反鏡1、腔內光纖3及聚焦透鏡4、5、光電二極體18組成；放大雷射器由放大雷射棒15、閃光燈16、電源28、兩個三高反折光鏡14、偏振片19、光束合成鏡20、雷射聚焦透鏡22、KTP倍頻晶體23、雷射準直透鏡24、聚焦透鏡25、輸出光纖26、半導體指示燈21組成；光隔離器13包括磁光晶體和高磁性磁鐵組成。本實用新型由腔內50米長的光纖3來調整雷射的脈寬，讓雷射脈寬達到了1.2US，由調Q晶體9來作提高單脈衝的雷射能量。
如圖2所示，本實用新型工作過程如下，將以上各光學部件調整到同光軸上，利用電源27、28給閃光燈7、16供電來泵浦雷射棒，產生所需要的模式、脈寬及能量的偏振雷射，該雷射經過光隔離器13後反射進入雷射放大器放大，放大後的雷射其光斑模式和脈寬均沒有變化，只是雷射的單脈衝能量得到了放大，放大後的雷射經過偏振片10、19聚焦後，通過KTP倍頻晶體9倍頻產生倍頻綠雷射，最後經準直再聚焦導入治療光纖。從圖2中光路可以看出，本實用新型採用了兩級雷射器，一級振蕩雷射器，一級放大雷射器，中間採用了光隔離器13，來隔開兩級雷射器以避免兩級雷射器互相干擾，由於本實用新型是光纖輸出，所以從輸出光纖的輸入端反射回的雷射經過放大雷射器後嚴重幹擾振蕩雷射器的輸出，導致雷射輸出的波形變形，進而損傷腔內的光纖和其它光學元件。所以本光路中的特點是光隔離器13，光隔離器13保證了光路工作的穩定性。光隔離器13的原理是利用磁光效應將通過磁光晶體的線偏振雷射的偏振方向旋轉45度，等反射回的線偏振光再經過該晶體時，又向同方向將線偏振光旋轉45度，這樣兩次經過磁光晶體後將線偏振光的偏振方向旋轉了90度.而振蕩雷射器腔內的偏振片對原來的線偏光方向全透過，對垂直方向的偏振光則全反射而沒有進入振蕩雷射棒，這樣就隔開了振蕩雷射器和放大雷射器之間的互相影響。採用了兩級後，這樣要求源級振蕩雷射器只要輸出40mJ的能量左右，比德國U100單級輸出的150mJ小了很多，在所有的光路元件中，腔內光纖3端面是最容易受到損害的，而輸出能量的減少可以有效地延長腔內光纖3端面的使用壽命，這樣出光的閾值電壓只有了700V，而德國U100的閾值電壓達到了1000V以上，起點電壓降低可以延長電子元件的壽命和降低使用要求。根據兩級放大的原理，振蕩雷射器輸出雷射的模式，決定了光斑的模式和脈寬，而放大雷射器主要決定了能量輸出，且放大後的能量輸出主要受注入閃光燈的能量影響。所以對於輸出小能量的振蕩雷射器來說，當振蕩器中的光學元件發生機械偏轉時，會導致振蕩雷射器的輸出降低，但由於放大雷射器的增益輸出放大倍數隨著注入能量的減小而增大，放大雷射器最終的輸出受振蕩雷射器輸出的影響很小。所以機械穩定性對最終雷射輸出影響比對單級雷射器影響要小很多。
如圖3所示，本實用新型各部件的作用功能如下1064nm全反鏡1，用于振蕩級雷射器的全反鏡；腔內光纖系統包括後聚焦透鏡2、腔內50米光纖3、前聚焦透鏡4，其中透鏡2、4的作用分別起著聚焦和準直光束兩種作用；本實用新型的4個三高反折光鏡5、12、14、17，用於九十度轉折光路用；振蕩雷射棒6是振蕩雷射器的雷射物質；閃光燈7採用氙燈，利用電源27給氙燈供電來泵浦振蕩雷射棒；準直透鏡8用於將從光纖3輸出的雷射由於發散角大需要重新準直；CrYAG調Q晶體9利用調Q來獲得大能量的雷射脈衝；振蕩雷射器中的偏振片10起著讓輸出的雷射是線偏振光，同時也減小了腔內雷射的能量，起到保護腔內光纖端面的作用；1064輸出鏡11用於將雷射從此鏡片處輸出；光隔離器13用於將偏振光的偏振方向轉45度。這樣返回來的雷射將轉90度從而讓腔內偏振片反射；放大雷射棒15放大雷射器的雷射物質；閃光燈16採用氙燈，利用電源28給氙燈供電來泵浦振蕩雷射棒；光電二極體18是利用檢測雷射的峰值來確定雷射的大小和能量；放大雷射器中的偏振片19的作用是讓從光纖端面及各種鏡片反射回的雷射過濾修正後以達到隔離所需要的偏振態；光束合成鏡20用於反射治療雷射同時透過半導體指示雷射；半導體指示光21用於治療時作治療雷射的引導光；放大雷射器中的雷射聚焦透鏡22用於會聚1064nm雷射以產生532nm倍頻雷射；KTP倍頻晶體23用於產生倍頻雷射；放大雷射器中的雷射準直透鏡24用於將會聚的雷射重新準直；放大雷射器中的聚焦透鏡25將雷射聚焦後會入治療光纖；輸出光纖26用於將雷射引到人體結石處。
關於本實用新型的雷射電源及控制電路採用武漢奇致雷射有限責任公司生產的ML-3045Q型治療機配套的電源及控制電路即可。關於本實用新型的冷卻系統採用武漢奇致雷射有限責任公司生產的ML-3045Q型治療機配套的冷卻系統即可。
相對於目前市場上德國U100碎石機，只有單級，腔內倍頻，結構簡單，但是對各項技術工藝和器件要求太高；而本實用新型光路因為增設了放大雷射器，對各器件和使用要求就降低很多，因此，操作使用、維修方便，調試也方便。
權利要求1.一種雷射碎石機，包括振蕩雷射器，其特徵在於還包括放大雷射器、光隔離器(13)，其中，光隔離器(13)位于振蕩雷射器與放大雷射器之間，所述振蕩雷射器、放大雷射器、光隔離器(13)在同一光路中。
2.如權利要求1所述的一種雷射碎石機，其特徵在於所述放大雷射器包括放大雷射棒(15)、閃光燈(16)、電源(28)、反折光鏡(14、17)、偏振片(19)、光束合成鏡(20)、雷射聚焦透鏡(22)、倍頻晶體(23)、雷射準直透鏡(24)、聚焦透鏡(25)、輸出光纖(26)、半導體指示燈(21)，其中，偏振片(19)、光束合成鏡(20)、倍頻晶體(23)、雷射準直透鏡(24)、聚焦透鏡(25)、輸出光纖(26)在放大雷射棒(15)的雷射輸出端；反折光鏡中的一個位於放大雷射棒與偏振片之間，另一個位於放大雷射棒(15)與光隔離器(13)之間。
3.如權利要求1所述的一種雷射碎石機，其特徵在於所述振蕩雷射器包括振蕩雷射棒(6)、閃光燈(7)、電源(27)、準直透鏡(8)、調Q晶體(9)、偏振片(10)、輸出鏡(11)、反折光鏡(5、12)、全反鏡(1)、腔內光纖(3)及聚焦透鏡(2、4)、光電二極體(18)，其中，準直透鏡(8)、調Q晶體(9)、偏振片(10)、輸出鏡(11)在振蕩雷射棒(6)的雷射輸出端；光纖(3)及聚焦透鏡(2、4)、全反鏡(1)在振蕩雷射棒(6)的另一端；反折光鏡中的一個位於聚焦透鏡與振蕩雷射棒(6)之間，另一個位於輸出鏡(11)與光隔離器(13)之間。
4.如權利要求1所述的一種雷射碎石機，其特徵在於所述光隔離器(13)包括磁光晶體和高磁性磁鐵，光隔離器(13)用於將偏振光的偏振方向轉45度，使返回來的雷射轉90度從而讓振蕩雷射器腔內偏振片(10)反射，以隔開振蕩雷射器和放大雷射器之間的互相影響。
專利摘要本實用新型涉及雷射技術領域，本實用新型公開了一種雷射碎石機，包括振蕩雷射器，還包括放大雷射器、光隔離器，其中，光隔離器位于振蕩雷射器與放大雷射器之間，所述振蕩雷射器、放大雷射器、光隔離器在同一光路中。本實用新型延長了腔內光纖和KTP倍頻晶體的壽命；延長了電子元件的壽命和降低使用要求；保證了光路工作的穩定性；降低了使用要求，使得調試、維修非常方便。
文檔編號A61B18/26GK2904968SQ200620096278
公開日2007年5月30日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者王宏根, 羅武, 宋忠煥, 劉和順, 孫文, 彭國紅 申請人:武漢楚天雷射(集團)股份有限公司