專利名稱：一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體激光成像技術領域，涉及一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統。
背景技術：
分泌性中耳炎是一種以鼓室積液及聽力下降為特征的中耳非化膿性炎癥，是導致傳導性耳聾的重要病因。本病小兒發病率高，是引起小兒聽力下降的常見疾病之一，嚴重時甚至可以致聾。但是在成人中也并非少見。上述內容引自《分泌性中耳炎臨床療效觀察》， 作者劉利敏，中華耳科學雜志2009年第7卷第2期，126頁。傳統的利用手術刀進行的鼓膜切開術和鼓室置管術是治療分泌性中耳炎的有效方法。然而，這種手術方法的缺點有需要對病人麻醉，由于耳道狹窄手術刀容易擋住視野， 對手術者水平要求較高。除此之外還存在以下并發癥耳漏或中耳感染流膿，聽力下降，鼓膜穿孔，通氣管堵塞脫出、墜入中耳腔，鼓室硬化，鼓膜內陷、粘連、萎縮繼發膽脂瘤形成，中耳肉芽等。Goode首次提出采用(X)2激光治療成人分泌性中耳炎。一般認為利用(X)2激光鼓膜造孔術治療分泌性中耳炎具有操作簡便、安全性高、患者痛苦小等優點，術后出現鼓膜永久穿孔、鼓膜增厚、鼓膜萎縮、中耳感染、鼓室硬化癥、繼發性膽脂瘤、眩暈等并發癥的可能性也較小。上述內容摘自《0)2激光在耳科領域的應用》作者張小青，國際耳鼻喉頭頸外科雜志2007年9月第31卷第5期，304頁。美國專利《Auricularinstrument))(專利號4622967,時間1986 年，申請人 Ronald A. Schachar)發明了一種采用Nd:YAG激光器作為手術激光的手持耳鏡裝置，它將 Nd: YAG激光器和指示激光器均集成在耳鏡內，所以耳鏡的體積比較大，攜帶不方便；除此之外Nd: YAG激光器電光轉換效率低，能耗大。然而(X)2激光器及Nd:YAG激光器具有價格昂貴、體積龐大、需要水冷和笨重等缺點，除此之外(X)2激光還不易用光纖來傳導。大功率半導體激光器具有光電轉換效率高、體積小、功率大、可靠性高、可以光纖耦合、結構簡單等優點，在激光照明、抽運固體激光器、材料處理與加工、藥療以及航空航天等領域有著廣泛的應用前景。但是半導體激光器的光束質量差光束的發散角比較大；在平行于PN結方向(慢軸方向)上有源層的寬度可達ΙΟΟμπι，在垂直于PN結方向(快軸方向)上有源層的厚度為 1 μ m，這樣造成高斯光束遠場光強分布不均勻，光斑呈狹長的橢圓形，快軸方向發散角約為 70° (包含95%的光功率)，慢軸方向發散角約10° (包含95%的光功率)。

發明內容
為了解決半導體激光器發散角大、快慢軸方向出光孔徑尺寸不相等的光束質量差的問題，本發明提出一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統。
本發明解決技術問題所采用的技術方案如下一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，包括手術半導體激光器、第一快軸準直鏡、第一慢軸準直鏡、指示半導體激光器，第二快軸準直鏡、第二慢軸準直鏡、波長合束器、變倍率激光擴束器、熱反射鏡和成像系統；所述手術半導體激光器的出光端面置于第一快軸準直鏡和第一慢軸準直鏡的前焦平面，第一快軸準直鏡壓縮手術半導體激光器出射的手術激光的快軸發散角，第一慢軸準直鏡壓縮手術半導體激光器出射的手術激光的慢軸發散角，手術半導體激光器出射的手術激光經過第一快軸準直鏡和第一慢軸準直鏡后變換為圓形光束；所述指示半導體激光器的出光端面置于第二快軸準直鏡和第二慢軸準直鏡的前焦平面，第二快軸準直鏡壓縮指示半導體激光器出射的指示激光的快軸發散角，第二慢軸準直鏡壓縮指示半導體激光器出射的指示激光的慢軸發散角，指示半導體激光器出射的指示激光經過第二快軸準直鏡和第二慢軸準直鏡后變換為圓形光束；所述手術半導體激光器和指示半導體激光器的光軸垂直，波長合束器以傾斜手術半導體激光器的光軸45°放置，其將手術激光和指示激光合為一束同軸的雙波長激光；所述變倍率激光擴束器位于波長合束器和熱反射鏡之間，其用于調節上述合束后的雙波長激光的倍率，并使合束后的雙波長激光在耳鼓膜上形成的光斑大小連續變化；所述熱反射鏡以45°角傾斜置于成像系統的鏡頭前面，經變倍率激光擴束器擴束后的雙波長激光以45°角入射到熱反射鏡上；所述成像系統對耳鼓膜成像，并在顯示器上顯示放大的圖像。手術半導體激光器選用單管系列的半導體激光器，它具有體積小的優點，其結構是將單個半導體激光器芯片焊接在熱沉上。它的出光功率為10W，出光波段在近紅外，具體范圍在800nm 1550nm。本發明利用第一快軸準直鏡、第一慢軸準直鏡將手術半導體激光器出射的近紅外手術激光準直并變換成圓形光束，它們滿足公式(1)
_4] L·: tan(^) = ffaJ tan(^)(1)其中θ sl_為手術半導體激光器的慢軸發散角，θ fasto為手術半導體激光器快軸發散角，ffast。'為第一快軸準直鏡的焦距，fsl_‘為第一慢軸準直鏡的焦距。由于手術半導體激光器出射的激光為近紅外，本發明采用可見的指示半導體激光來指引紅外的手術激光。指示半導體激光器也選用單管系列的半導體激光器，它的發散角和出光孔徑同手術半導體激光器的相同。但指示半導體激光器的出光波段在可見光波段， 功率也只在毫瓦的量級。本發明利用第二快軸準直鏡、第二慢軸準直鏡將指示半導體激光器出射的可見指示激光準直并變換成圓形光束，它們滿足公式O)fsJ tan(^) = ffast； tan(字) ⑵其中θ slowt為指示半導體激光器的慢軸發散角，θ fastt為指示半導體激光器快軸發散角，ffas ‘為第二快軸準直鏡的焦距，fsl。wt'為第二慢軸準直鏡的焦距。本發明的波長合束器的作用是將手術激光和指示激光合為同軸的雙波長激光。本發明要求將手術半導體激光器和指示半導體激光器按光軸垂直的位置固定，同時波長合束器要以傾斜手術激光的光軸45°放置。所以倆束激光分別以45°的角度入射到波長合束器上。波長合束器一面上需要鍍增透膜，另一個面上需要鍍這樣一種膜手術激光以45° 角入射時透過率大于90%，而可見的指示激光的反射率大于90%。本發明的變倍率激光擴束器的倍率可以連續調節，它由第一雙膠合正透鏡、雙膠合負透鏡和第二雙膠合正透鏡組成，它們的焦距分別為f/、f2‘和f3'，其中f/ >0， f2' <0,f3' >0。由于被擴束的激光是雙波長的，采用雙膠合透鏡形式可以消除色差和球差對擴束的影響。一束準直的雙波長激光通過變倍率激光擴束器后仍為準直的激光，但光斑已經變成預先設定的值。使用時，首先固定第一雙膠合正透鏡的位置不動，然后移動雙膠合負透鏡使它們倆的組合焦距f'發生變化，其關系符合公式(3)
權利要求
1.一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，其特征在于，該光學系統包括手術半導體激光器(1)、第一快軸準直鏡( 、第一慢軸準直鏡(4)、指示半導體激光器(6)、第二快軸準直鏡(8)、第二慢軸準直鏡(9)、波長合束器(11)、變倍率激光擴束器(1 、熱反射鏡(18)和成像系統(21)；所述手術半導體激光器(1)的出光端面置于第一快軸準直鏡C3)和第一慢軸準直鏡 (4)的前焦平面，第一快軸準直鏡C3)壓縮手術半導體激光器(1)出射的手術激光的快軸發散角，第一慢軸準直鏡(4)壓縮手術半導體激光器(1)出射的手術激光的慢軸發散角，手術半導體激光器(1)出射的手術激光經過第一快軸準直鏡( 和第一慢軸準直鏡(4)后變換為圓形光束；所述指示半導體激光器(6)的出光端面置于第二快軸準直鏡(8)和第二慢軸準直鏡 (9)的前焦平面，第二快軸準直鏡(8)壓縮指示半導體激光器(6)出射的指示激光的快軸發散角，第二慢軸準直鏡(9)壓縮指示半導體激光器(6)出射的指示激光的慢軸發散角，指示半導體激光器(6)出射的指示激光經過第二快軸準直鏡(8)和第二慢軸準直鏡(9)后變換為圓形光束；所述手術半導體激光器⑴和指示半導體激光器(6)的光軸垂直，波長合束器(11)以傾斜手術半導體激光器(1)的光軸45°放置，其將手術激光和指示激光合為一束同軸的雙波長激光；所述變倍率激光擴束器(1 位于波長合束器(11)和熱反射鏡(1 之間，其用于調節上述合束后的雙波長激光的倍率，并使合束后的雙波長激光在耳鼓膜上形成的光斑大小連續變化；所述熱反射鏡(18)以45°角傾斜置于成像系統的鏡頭前面，經變倍率激光擴束器(1 擴束后的雙波長激光以45°角入射到熱反射鏡(18)上；所述成像系統對耳鼓膜成像，并在顯示器上顯示放大的圖像。
2.如權利要求1所述的一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，其特征在于，所述手術半導體激光器(1)為單管系列半導體激光器，它的出光波段為近紅外波段；所述指示半導體激光器(6)為單管系列半導體激光器，它的出光波段為可見光波段。
3.如權利要求1所述的一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，其特征在于，所述波長合束器(11)的一面鍍有增透膜，另一面鍍的膜滿足下面的條件手術激光以 45°角入射時透過率大于90%，指示激光的反射率大于90%。
4.如權利要求1所述的一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，其特征在于，所述變倍率激光擴束器(1 由依次排列的第一雙膠合正透鏡(14)、雙膠合負透鏡(15) 和第二雙膠合正透鏡(16)組成。
5.如權利要求1所述的一種利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統，其特征在于，所述熱反射鏡(18)的一面鍍有增透膜，另一面鍍的膜滿足下面的條件當光以45°角入射時，若是可見光，則透過率大于85% ；若是紅外光，則反射率大于90%。
全文摘要
利用半導體激光進行鼓膜造孔術的光學系統屬于半導體激光成像領域，它包括手術半導體激光器、第一快軸準直鏡、第一慢軸準直鏡、指示半導體激光器，第二快軸準直鏡、第二慢軸準直鏡、波長合束器、變倍率激光擴束器、熱反射鏡和成像系統；利用第一快慢軸準直鏡將近紅外手術激光準直并變換為圓形光束；利用第二快慢軸準直鏡將可見指示激光準直并變換為圓形光束；采用波長合束器將手術激光和指示激光合為一束同軸激光；利用變倍率激光擴束器將激光在耳鼓膜上光斑大小連續變化；利用熱反射鏡將激光和成像光合成為同軸光束。本發明可在監視器上顯示清晰的耳鼓膜和指示激光的圖像，幫助醫生選擇恰當的手術位置。
文檔編號A61F11/00GK102335067SQ20111021229
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者付喜宏, 劉云, 曹軍勝, 朱洪波, 王彪, 王立軍, 秦莉, 郝明明 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所