專利名稱：低功率攜便式激光儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光裝置，確切說是一種用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的低功率攜便式激光儀。
人口劇增已成為嚴(yán)重的社會(huì)問題，要做到合理地控制人口增長，必須為育齡人群提供適宜、多樣、可供選擇的避孕方法。雖然輸精管節(jié)育術(shù)已廣泛應(yīng)用，但由于需開放手術(shù)進(jìn)行，并存在有一定的手術(shù)并發(fā)癥以及不易修復(fù)再通等實(shí)際問題，因此男性節(jié)育率不高。我國育齡人口總數(shù)已達(dá)6.9億，研究新的避孕方法是社會(huì)的需求。近年來隨著激光醫(yī)學(xué)和可進(jìn)入腔體內(nèi)光纖的出現(xiàn)，為激光節(jié)育術(shù)的研究發(fā)展提供了條件。激光節(jié)育與傳統(tǒng)絕育(輸精管結(jié)扎和輸卵管結(jié)扎術(shù))相比除了具有操作簡便，沒有手術(shù)切口，男性可經(jīng)皮穿刺輸精管激光絕育，女性可經(jīng)宮腔鏡輸卵管激光絕育，可大大減少各種手術(shù)并發(fā)癥等優(yōu)點(diǎn)外，還必須節(jié)育后能修復(fù)再通，易于育齡人群所接受。這種節(jié)育方法，能否應(yīng)用于臨床，要以可靠的前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究為前提。
本實(shí)用新型的目的在于為動(dòng)物輸精管凝堵與修復(fù)再通術(shù)的研究，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，體積小重量輕，便于攜帶，操作簡便，使用安全可靠的低功率攜便式激光裝置。
本實(shí)用新型的目的是通過實(shí)施如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種低功率攜便式激光裝置，由手?jǐn)y式機(jī)殼、裝在機(jī)殼內(nèi)底部的冷卻水箱、裝于殼體中層水箱上面器件箱架中的激光器及光纖耦合系統(tǒng)，裝于殼體上層激光器件箱架上面電器箱中的電源以及機(jī)殼面板上裝置的指示操作開關(guān)、顯示窗等部分構(gòu)成；裝在激光器件箱架中包括有激光器及光纖耦合系統(tǒng)，箱中全部組件由光纖、光纖耦合器、透鏡、激光傳感器、半反射平面鏡、聚光腔、聚光腔內(nèi)的氪弧燈和激光棒、聚光腔外后部的全反射平面鏡、半導(dǎo)體指引光發(fā)生器，依序排列固定在座架上；靠近光纖端的激光器件箱端部開有光纖引出孔；底層水箱端面開有進(jìn)水與出水口，通過管路連接聚光腔冷卻系統(tǒng)；電器箱中的電源包括有使氪弧燈點(diǎn)燃、預(yù)電離及弧光放電的觸發(fā)電路、輔助高壓電路、斬波開關(guān)降壓主電路及控制氪弧燈放電穩(wěn)定的控制電路。激光棒是產(chǎn)生激光的核心，采用目前最具有實(shí)用價(jià)值的摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體園柱棒。氪弧燈泵浦源的作用是將電能有效地轉(zhuǎn)換成輻射能，具有與Nd:YAG激光工作物質(zhì)吸收帶相匹配的輻射光譜分布，為Nd:YAG中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)提供光能。Nd:YAG激光棒和氪弧燈泵浦源均安裝在聚光腔內(nèi)，其作用是能將氪弧燈輻射的光能有效、均勻地會(huì)聚至激光棒上，以獲得高的泵浦效率，由于它決定著激光棒上泵浦光的密度分布，影響輸出光束的均勻性、發(fā)散性和光學(xué)畸變，因此本裝置采用側(cè)面泵浦系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使照射激光棒的氪弧燈泵浦光與發(fā)射的激光束相垂直，采用的聚光腔是一種內(nèi)表面具有高反射率的橢園柱體，將激光棒和氪弧燈分別安裝在橢園柱的兩條焦線上，使橢園型聚光腔中能量的傳遞是從一條焦線上的泵浦氪弧燈光源傳輸?shù)搅硪粭l焦線上的Nd:YAG棒吸收體上。由于輸入泵浦氪弧燈的能量只有很小部分作為激光輸出，其余的絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱及輻射，因此，為防止聚光腔及其內(nèi)部的氪弧燈和激光棒溫升過高，必須安裝冷卻系統(tǒng)，本裝置中采用聚光腔外表面水冷卻和腔內(nèi)激光棒與氪弧燈分離水冷卻的方式，保證裝置激光輸出的正常運(yùn)行。光學(xué)諧振腔是本裝置的重要組成部分。它是由激光器中相對(duì)放置的半反射平面鏡與全反射平面鏡構(gòu)成，作用是有效地控制腔內(nèi)光場分布、形成放大與振蕩，由于不同類型的腔型結(jié)構(gòu)對(duì)激光輸出特性如功率、模式、光束發(fā)散角有直接影響，本裝置選用具有穩(wěn)定性好的平行平面腔型，全反射鏡和半反射鏡表面鍍有介質(zhì)膜，受激光輻射通過反饋在腔內(nèi)形成放大與振蕩，并由半反射鏡輸出。光纖耦合系統(tǒng)由置于半反射鏡前的透鏡、光纖耦合器及引出光纖組成，作用是由半反鏡輸出的受激光輻射經(jīng)透鏡聚焦至光纖耦合器輸入口，再經(jīng)耦合會(huì)聚引入光纖內(nèi)，達(dá)到高效輸出的目的。激光電源的作用是觸發(fā)與點(diǎn)燃氪弧燈產(chǎn)生弧光電放、照射與激發(fā)Nd:YAG棒產(chǎn)生激光發(fā)射，由于氪弧燈的點(diǎn)燃過程是先加觸發(fā)高壓，使燈內(nèi)形成火花放電，燈兩端再加上比正常工作電壓稍高的輔助高壓，幫助火花絲迅速發(fā)展成充滿燈管的電弧，而后加上工作電壓使氪弧燈連續(xù)點(diǎn)燃，因此，其電源包括有觸發(fā)電路、輔助高壓電路、主電路和控制電路。主電路是直接供給氪孤燈放電的電路，為低電壓大電流連續(xù)供電，要求輸入燈的電流恒定，保證激光輸出功率穩(wěn)定。本裝置采用斬波式降壓開關(guān)電路，電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波產(chǎn)生Udc伏直流電壓給斬波回路供電。斬波電路主要由開關(guān)元件Q組成，控制Q的開通與關(guān)斷便將直流電壓Udc變換成20-100KHz的方波脈沖，通過改變此方波脈沖的占空比t/T，就可得到不同的平均電壓，在斬波電路后接有LC組成的平滑濾波器，可在輸出端上得到與方波平均電壓相等的直流輸出。這種電源具有整體體積小，電路效率高、紋波小等優(yōu)點(diǎn)。輔助高壓電路又稱預(yù)電離電路，是為與連續(xù)氪弧燈的實(shí)際工作電壓相匹配，改善電源系統(tǒng)效率而設(shè)置。電源主電路輸出電壓通常較低，在觸發(fā)高壓使氪弧燈觸發(fā)電離起輝后，還不能使燈轉(zhuǎn)入大電流弧光放電狀態(tài)，必須經(jīng)輔助高壓，幫助完成放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，使燈進(jìn)入弧光放電狀態(tài)，主電路放電隨之得以進(jìn)行。觸發(fā)電路用以使氪弧燈點(diǎn)火，使燈管內(nèi)氣體開始電離形成狹窄的花火絲放電通道?？刂齐娐返墓ぷ髟硎怯擅}沖脈寬調(diào)制器提供一個(gè)固定頻率的激勵(lì)源，通過調(diào)節(jié)其導(dǎo)通時(shí)間改變占空比t/T來控制斬波電路輸出不同的平均電壓。調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器的導(dǎo)通時(shí)間，可通過兩種方式進(jìn)行其一是設(shè)定工作時(shí)間，即控制脈沖脈寬調(diào)制器的運(yùn)行時(shí)間；其二是通過裝在激光器光學(xué)諧振腔前的激光傳感器接收到的激光信號(hào)，經(jīng)放大輸出與設(shè)定的激光功率在比較器中進(jìn)行比較后，輸出大于或小于的信號(hào)來自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器的導(dǎo)通時(shí)間，使氪弧燈獲得一個(gè)恒定的工作電流，輸出穩(wěn)定的激光功率。時(shí)間控制器是實(shí)現(xiàn)控制脈沖脈寬調(diào)制器運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)氪弧燈獲得恒定工作電流、Nd:YAG激光棒輸出穩(wěn)定激光功率的關(guān)鍵部件，它由4個(gè)計(jì)數(shù)器，2個(gè)譯碼器及相關(guān)數(shù)碼顯示器，1個(gè)時(shí)間脈沖產(chǎn)生器，或非門反相器，微分電路及輕觸開關(guān)組成，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)cd4510十進(jìn)位計(jì)數(shù)器并聯(lián)，再與并聯(lián)的兩組(S1、S3)與(S2、S4)輕觸聯(lián)動(dòng)開關(guān)串聯(lián)組成一個(gè)定時(shí)器；2個(gè)d4510十進(jìn)位計(jì)數(shù)器并聯(lián)組成一個(gè)計(jì)時(shí)器；定時(shí)器串聯(lián)計(jì)時(shí)器后再串聯(lián)cd4511譯碼器及相應(yīng)的數(shù)碼顯示器而組成顯示實(shí)時(shí)時(shí)間的監(jiān)視器；帶有RC振蕩回路的時(shí)間脈沖產(chǎn)生器cd4060串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的(S1,S3)與(S2,S4)輕觸開關(guān)，其RST復(fù)位腳連接計(jì)時(shí)器U/D腳接地；在計(jì)時(shí)器的輸出端，兩個(gè)CO腳連接或非門cd4001，后者輸出端串接反相器cd4069；在監(jiān)視器的RST腳裝置微分電路，即構(gòu)成本裝置的時(shí)間控制器。時(shí)間控制器工作原理是預(yù)置開關(guān)(S1、S3)閉合，定時(shí)器預(yù)置計(jì)數(shù)，計(jì)時(shí)器跟隨計(jì)時(shí)，顯示器顯示時(shí)間數(shù)碼；預(yù)置開關(guān)(S2、S4)閉合，定時(shí)器減小預(yù)置計(jì)數(shù)，計(jì)時(shí)器及顯示器均減小顯示時(shí)間數(shù)碼。本發(fā)明的基本特征在于具有通過時(shí)間控制器(圖5)控制脈沖脈寬調(diào)制器TL494導(dǎo)通時(shí)間的電路(圖6)，以及通過裝置在光學(xué)諧振腔前的激光傳感器接收到的激光信號(hào)，經(jīng)功率放大輸出與設(shè)定的激光功率在比較器中比較，輸出大于或小于的信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)間(圖6)，使斬波電路(圖4)有穩(wěn)定電壓輸出的控制電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，裝置總體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于攜帶，激光束由光纖耦合器耦合至光纖，做動(dòng)物(家兔等)腔內(nèi)激光輸精管凝堵或修復(fù)，所需功率及照射時(shí)間等醫(yī)用技術(shù)參數(shù)本裝置完全能夠滿足。
本實(shí)用新型有如下附圖


圖1為本實(shí)用新型激光器裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型激光電源及控制組成框圖圖3為本實(shí)用新型控制電路原理框圖圖4為電源主電路、輔助高壓及觸發(fā)電路原理圖圖5為時(shí)間控制器電路原理圖圖6為實(shí)測與設(shè)定激光功率比較自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)間電路原理圖圖7為本實(shí)用新型立體結(jié)構(gòu)示意圖圖8為本實(shí)用新型機(jī)殼面板結(jié)構(gòu)圖圖中標(biāo)記1為光纖，2為光纖耦合器，3為透鏡，4為激光傳感器，5為半反射平面鏡，6為聚光腔，7為氪弧燈，8為Nd:YAG激光棒，9為全反射平面鏡，10為半導(dǎo)體指引光，11為水箱，12為進(jìn)水口，13為出水口，14為激光器件箱架，15為電器箱，16為光纖引出孔。
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步說明如下激光工作物質(zhì)8采用Nd:YAG晶體園柱棒，棒直徑φ6mm，長度100mm；氪弧燈7長230mm，極距90mm，燈外徑φ7mm，燈內(nèi)徑φ6mm，充氣壓3.5Pa，工作電流20A，工作電壓220伏，輸入功率4KW，輻射效率2.5％，冷卻水流量6升/分；橢園柱聚光腔6橢園截面長軸2a=19mm，短軸2b=14mm，燈與棒間距(焦點(diǎn)間距)2c=16mm，偏心率e=c/a=0.84，聚光腔6用銅材制作，長300mm，內(nèi)表面拋光后鍍金，確保有高反射率的鏡面；采用水冷，聚光腔外表面、激光棒和氪弧燈均套裝冷水管，與裝在機(jī)殼底部的水箱形成冷卻環(huán)循；透鏡至半反射鏡間距10mm，透鏡至光纖耦合器距30mm，光纖耦合器長25mm；全反射平面鏡緊貼聚光腔；電源系統(tǒng)中時(shí)間控制器(圖5)是由4個(gè)cd4510十進(jìn)位計(jì)數(shù)器、2個(gè)cd4511譯碼器及其相應(yīng)的數(shù)碼顯示器、1個(gè)時(shí)間脈沖產(chǎn)生器、或非門反相器、微分電路及輕觸開關(guān)組成，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)cd4510計(jì)數(shù)器并聯(lián)，再與并聯(lián)的兩組輕觸聯(lián)動(dòng)開關(guān)串聯(lián)組成一個(gè)定時(shí)器；另2個(gè)cd4510計(jì)數(shù)器并聯(lián)組成一個(gè)計(jì)時(shí)器；定時(shí)器串聯(lián)計(jì)時(shí)器后再串聯(lián)cd4511譯碼器及相應(yīng)的數(shù)碼顯示器組成顯示實(shí)時(shí)時(shí)間的監(jiān)視器；帶有RC振蕩回路的時(shí)間脈沖產(chǎn)生器cd4060串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的輕觸聯(lián)動(dòng)開關(guān)，其RST復(fù)位腳連接計(jì)時(shí)器U/D腳接地；在計(jì)時(shí)器的輸出端，兩個(gè)CO腳連接或非門cd4001，后者輸出端串接反相器cd4069；在監(jiān)視器的RST腳裝置微分電路。設(shè)置與實(shí)測激光功率比較控制脈沖脈寬調(diào)制器的控制電路，由時(shí)間控制器及與其連接的比較器cd4585，激光傳感器Wg串接LM324二級(jí)功率放大電路其輸出經(jīng)顯示模塊輸入比較器cd4585，后者輸出端連接數(shù)字電位器模塊再連接TL494脈沖脈寬調(diào)節(jié)器而構(gòu)成。圖5中(S1、S3)(S2、S4)為聯(lián)動(dòng)開關(guān)、十字符開關(guān)閉合增加工作時(shí)間，一字符表開關(guān)閉合減少工作時(shí)間，C為時(shí)間脈沖輸出端。圖6中脈沖脈寬調(diào)制器為TL494，比較器為Cd4585，時(shí)間脈沖產(chǎn)生器為cd4060，定時(shí)器為cd4510，譯碼器為cd4511，Wg為激光傳感器，RW2數(shù)字電信器模塊，RW1與RW3為電位器。
權(quán)利要求1.一種低功率攜便式激光裝置，由手?jǐn)y式機(jī)殼、裝于機(jī)殼內(nèi)底部的冷卻水箱、裝于殼體中層水箱上面激光器件箱架中的激光器及光纖耦合系統(tǒng)、裝于殼體上層激光器件箱架之面電器箱中的電源、以及機(jī)殼面板上裝置的指示操作開關(guān)，顯示窗等部分構(gòu)成；激光器件箱架中包括有激光器及光纖耦合系統(tǒng)，箱中全部組件由光纖、光纖耦合器、透鏡、半反射平面鏡、聚光腔、聚光腔內(nèi)的氪弧燈和激光棒、聚光腔外后部的全反射平面鏡，半導(dǎo)體指引光、依序排列固定在座架上；靠近光纖端的激光器件箱端部開有光纖引出孔，底層水箱端面開有進(jìn)水與出水口，通過管路連接聚光腔冷卻系統(tǒng)；電器箱中的電源包括有使氪弧燈點(diǎn)燃，預(yù)電離及弧光放電的觸發(fā)電路、輔助高壓電路、斬波開關(guān)降壓主電路及控制氪孤燈放電穩(wěn)定的控制電路，其特征在于控制氪弧燈穩(wěn)定放電獲得穩(wěn)定激光功率輸出的控制電路，為具有通過時(shí)間控制器控制脈沖脈寬調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)間的電路，以及通過裝置在由全反射平面鏡與半反射平面鏡構(gòu)成的激光器光學(xué)諧振腔前的激光傳感器接收到的激光信號(hào)，經(jīng)功率放大電路放大輸出與在定時(shí)器中設(shè)定的激光功率在比較器中比較，輸出的大于或小于信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)間而使斬波電路有穩(wěn)定電壓輸出的控制電路。
2.按照權(quán)利要求1所述的低功率攜便式激光裝置，其特征在于時(shí)間控制器是由4個(gè)cd4510十進(jìn)位計(jì)數(shù)器、2個(gè)cd4511譯碼器及其相應(yīng)的數(shù)碼顯示器、1個(gè)時(shí)間脈沖產(chǎn)生器、或非門反相器、微分電路及輕觸開關(guān)組成，其結(jié)構(gòu)為2個(gè)cd4510計(jì)數(shù)器并聯(lián)，再與并聯(lián)的兩組輕觸聯(lián)動(dòng)開關(guān)串聯(lián)組成一個(gè)定時(shí)器；另2個(gè)cd4510計(jì)數(shù)器并聯(lián)組成一個(gè)計(jì)時(shí)器；定時(shí)器串聯(lián)計(jì)時(shí)器后再串聯(lián)cd4511譯碼器及相應(yīng)的數(shù)碼顯示器組成顯示實(shí)時(shí)時(shí)間的監(jiān)視器；帶有RC振蕩回路的時(shí)間脈沖產(chǎn)生器cd4060串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián)的輕觸聯(lián)動(dòng)開關(guān)，其RST復(fù)位腳連接計(jì)時(shí)器U/D腳接地；在計(jì)時(shí)器的輸出端，兩個(gè)CO腳連接或非門cd4001，后者輸出端串接反相器cd4069；在監(jiān)視器的RST腳裝置微分電路。
3.按照權(quán)利要求2所述的低功率攜便式激光裝置，其特征在于設(shè)置與實(shí)測激光功率比較控制脈沖脈寬調(diào)制器的控制電路，由時(shí)間控制器及與其連接的比較器cd4585，激光傳感器Wg串接LM324二級(jí)功率放大電路其輸出經(jīng)顯示模塊輸入比較器cd4585，后者輸出端連接數(shù)字電位器模塊再連接TL494脈沖脈寬調(diào)節(jié)器而構(gòu)成。
專利摘要近年來激光醫(yī)學(xué)與可進(jìn)入腔體內(nèi)光纖的出現(xiàn),為激光節(jié)育術(shù)的研究提供了條件。非手術(shù)可修復(fù)性男性激光節(jié)育術(shù)的臨床應(yīng)用,有待于成功的動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)。本裝置為動(dòng)物輸精管激光凝堵與修復(fù)再通實(shí)驗(yàn)研究提供了技術(shù)保證,該裝置內(nèi)Nd:YAG激光器及光纖耦合系統(tǒng)組成,基本特征在于通過時(shí)間控制器及通過預(yù)置與實(shí)測激光功率比較調(diào)節(jié)脈沖脈寬調(diào)制器導(dǎo)通時(shí)間,使斬波電路有穩(wěn)定電壓,保證發(fā)射激光功率的穩(wěn)定,裝置結(jié)構(gòu)緊湊,體積小重量輕,便于攜帶,操作簡單便,工作安全可靠。
文檔編號(hào)A61F6/00GK2425628SQ0022327
公開日2001年4月4日 申請(qǐng)日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者肖新民, 趙啟華, 曹良奎, 杜向東, 王圣諾, 謝國太, 金國輝, 趙福勝 申請(qǐng)人:中國人民解放軍第四五二醫(yī)院