專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分泌性中耳炎是一種以鼓室積液及聽(tīng)力下降為特征的中耳非化膿性炎癥，是導(dǎo)致傳導(dǎo)性耳聾的重要病因。本病小兒發(fā)病率高，是引起小兒聽(tīng)力下降的常見(jiàn)疾病之一，嚴(yán)重時(shí)甚至可以致聾。但是在成人中也并非少見(jiàn)。上述內(nèi)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(xué)雜志2009年第7卷第2期，126頁(yè)。傳統(tǒng)的利用手術(shù)刀進(jìn)行的鼓膜切開(kāi)術(shù)和鼓室置管術(shù)是治療分泌性中耳炎的有效方法。然而，這種手術(shù)方法的缺點(diǎn)有需要對(duì)病人麻醉，由于耳道狹窄手術(shù)刀容易擋住視野， 對(duì)手術(shù)者水平要求較高。除此之外還存在以下并發(fā)癥耳漏或中耳感染流膿，聽(tīng)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(nèi)陷、粘連、萎縮繼發(fā)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(rèn)為利用(X)2激光鼓膜造孔術(shù)治療分泌性中耳炎具有操作簡(jiǎn)便、安全性高、患者痛苦小等優(yōu)點(diǎn)，術(shù)后出現(xiàn)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(fā)性膽脂瘤、眩暈等并發(fā)癥的可能性也較小。上述內(nèi)容摘自《0)2激光在耳科領(lǐng)域的應(yīng)用》作者張小青，國(guó)際耳鼻喉頭頸外科雜志2007年9月第31卷第5期，304頁(yè)。美國(guó)專(zhuān)利《Auricularinstrument))(專(zhuān)利號(hào)4622967,時(shí)間1986 年，申請(qǐng)人 Ronald A. Schachar)發(fā)明了一種采用Nd:YAG激光器作為手術(shù)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(nèi)，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(zhuǎn)換效率低，能耗大。然而(X)2激光器及Nd:YAG激光器具有價(jià)格昂貴、體積龐大、需要水冷和笨重等缺點(diǎn)，除此之外(X)2激光還不易用光纖來(lái)傳導(dǎo)。大功率半導(dǎo)體激光器具有光電轉(zhuǎn)換效率高、體積小、功率大、可靠性高、可以光纖耦合、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在激光照明、抽運(yùn)固體激光器、材料處理與加工、藥療以及航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但是半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量差光束的發(fā)散角比較大；在平行于PN結(jié)方向(慢軸方向)上有源層的寬度可達(dá)ΙΟΟμπι，在垂直于PN結(jié)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(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布不均勻，光斑呈狹長(zhǎng)的橢圓形，快軸方向發(fā)散角約為 70° (包含95%的光功率)，慢軸方向發(fā)散角約10° (包含95%的光功率)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決半導(dǎo)體激光器發(fā)散角大、快慢軸方向出光孔徑尺寸不相等的光束質(zhì)量差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，包括手術(shù)半導(dǎo)體激光器、第一快軸準(zhǔn)直鏡、第一慢軸準(zhǔn)直鏡、指示半導(dǎo)體激光器，第二快軸準(zhǔn)直鏡、第二慢軸準(zhǔn)直鏡、波長(zhǎng)合束器、變倍率激光擴(kuò)束器、熱反射鏡和成像系統(tǒng)；所述手術(shù)半導(dǎo)體激光器的出光端面置于第一快軸準(zhǔn)直鏡和第一慢軸準(zhǔn)直鏡的前焦平面，第一快軸準(zhǔn)直鏡壓縮手術(shù)半導(dǎo)體激光器出射的手術(shù)激光的快軸發(fā)散角，第一慢軸準(zhǔn)直鏡壓縮手術(shù)半導(dǎo)體激光器出射的手術(shù)激光的慢軸發(fā)散角，手術(shù)半導(dǎo)體激光器出射的手術(shù)激光經(jīng)過(guò)第一快軸準(zhǔn)直鏡和第一慢軸準(zhǔn)直鏡后變換為圓形光束；所述指示半導(dǎo)體激光器的出光端面置于第二快軸準(zhǔn)直鏡和第二慢軸準(zhǔn)直鏡的前焦平面，第二快軸準(zhǔn)直鏡壓縮指示半導(dǎo)體激光器出射的指示激光的快軸發(fā)散角，第二慢軸準(zhǔn)直鏡壓縮指示半導(dǎo)體激光器出射的指示激光的慢軸發(fā)散角，指示半導(dǎo)體激光器出射的指示激光經(jīng)過(guò)第二快軸準(zhǔn)直鏡和第二慢軸準(zhǔn)直鏡后變換為圓形光束；所述手術(shù)半導(dǎo)體激光器和指示半導(dǎo)體激光器的光軸垂直，波長(zhǎng)合束器以?xún)A斜手術(shù)半導(dǎo)體激光器的光軸45°放置，其將手術(shù)激光和指示激光合為一束同軸的雙波長(zhǎng)激光；所述變倍率激光擴(kuò)束器位于波長(zhǎng)合束器和熱反射鏡之間，其用于調(diào)節(jié)上述合束后的雙波長(zhǎng)激光的倍率，并使合束后的雙波長(zhǎng)激光在耳鼓膜上形成的光斑大小連續(xù)變化；所述熱反射鏡以45°角傾斜置于成像系統(tǒng)的鏡頭前面，經(jīng)變倍率激光擴(kuò)束器擴(kuò)束后的雙波長(zhǎng)激光以45°角入射到熱反射鏡上；所述成像系統(tǒng)對(duì)耳鼓膜成像，并在顯示器上顯示放大的圖像。手術(shù)半導(dǎo)體激光器選用單管系列的半導(dǎo)體激光器，它具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)是將單個(gè)半導(dǎo)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(fā)明利用第一快軸準(zhǔn)直鏡、第一慢軸準(zhǔn)直鏡將手術(shù)半導(dǎo)體激光器出射的近紅外手術(shù)激光準(zhǔn)直并變換成圓形光束，它們滿(mǎn)足公式(1)
_4] L·: tan(^) = ffaJ tan(^)(1)其中θ sl_為手術(shù)半導(dǎo)體激光器的慢軸發(fā)散角，θ fasto為手術(shù)半導(dǎo)體激光器快軸發(fā)散角，ffast。'為第一快軸準(zhǔn)直鏡的焦距，fsl_‘為第一慢軸準(zhǔn)直鏡的焦距。由于手術(shù)半導(dǎo)體激光器出射的激光為近紅外，本發(fā)明采用可見(jiàn)的指示半導(dǎo)體激光來(lái)指引紅外的手術(shù)激光。指示半導(dǎo)體激光器也選用單管系列的半導(dǎo)體激光器，它的發(fā)散角和出光孔徑同手術(shù)半導(dǎo)體激光器的相同。但指示半導(dǎo)體激光器的出光波段在可見(jiàn)光波段， 功率也只在毫瓦的量級(jí)。本發(fā)明利用第二快軸準(zhǔn)直鏡、第二慢軸準(zhǔn)直鏡將指示半導(dǎo)體激光器出射的可見(jiàn)指示激光準(zhǔn)直并變換成圓形光束，它們滿(mǎn)足公式O)fsJ tan(^) = ffast； tan(字) ⑵其中θ slowt為指示半導(dǎo)體激光器的慢軸發(fā)散角，θ fastt為指示半導(dǎo)體激光器快軸發(fā)散角，ffas ‘為第二快軸準(zhǔn)直鏡的焦距，fsl。wt'為第二慢軸準(zhǔn)直鏡的焦距。本發(fā)明的波長(zhǎng)合束器的作用是將手術(shù)激光和指示激光合為同軸的雙波長(zhǎng)激光。本發(fā)明要求將手術(shù)半導(dǎo)體激光器和指示半導(dǎo)體激光器按光軸垂直的位置固定，同時(shí)波長(zhǎng)合束器要以?xún)A斜手術(shù)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(zhǎng)合束器上。波長(zhǎng)合束器一面上需要鍍?cè)鐾改?，另一個(gè)面上需要鍍這樣一種膜手術(shù)激光以45° 角入射時(shí)透過(guò)率大于90%，而可見(jiàn)的指示激光的反射率大于90%。本發(fā)明的變倍率激光擴(kuò)束器的倍率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，它由第一雙膠合正透鏡、雙膠合負(fù)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(kuò)束的激光是雙波長(zhǎng)的，采用雙膠合透鏡形式可以消除色差和球差對(duì)擴(kuò)束的影響。一束準(zhǔn)直的雙波長(zhǎng)激光通過(guò)變倍率激光擴(kuò)束器后仍為準(zhǔn)直的激光，但光斑已經(jīng)變成預(yù)先設(shè)定的值。使用時(shí)，首先固定第一雙膠合正透鏡的位置不動(dòng)，然后移動(dòng)雙膠合負(fù)透鏡使它們倆的組合焦距f'發(fā)生變化，其關(guān)系符合公式(3)
權(quán)利要求
1.一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)包括手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)、第一快軸準(zhǔn)直鏡( 、第一慢軸準(zhǔn)直鏡(4)、指示半導(dǎo)體激光器(6)、第二快軸準(zhǔn)直鏡(8)、第二慢軸準(zhǔn)直鏡(9)、波長(zhǎng)合束器(11)、變倍率激光擴(kuò)束器(1 、熱反射鏡(18)和成像系統(tǒng)(21)；所述手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)的出光端面置于第一快軸準(zhǔn)直鏡C3)和第一慢軸準(zhǔn)直鏡 (4)的前焦平面，第一快軸準(zhǔn)直鏡C3)壓縮手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)出射的手術(shù)激光的快軸發(fā)散角，第一慢軸準(zhǔn)直鏡(4)壓縮手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)出射的手術(shù)激光的慢軸發(fā)散角，手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)出射的手術(shù)激光經(jīng)過(guò)第一快軸準(zhǔn)直鏡( 和第一慢軸準(zhǔn)直鏡(4)后變換為圓形光束；所述指示半導(dǎo)體激光器(6)的出光端面置于第二快軸準(zhǔn)直鏡(8)和第二慢軸準(zhǔn)直鏡 (9)的前焦平面，第二快軸準(zhǔn)直鏡(8)壓縮指示半導(dǎo)體激光器(6)出射的指示激光的快軸發(fā)散角，第二慢軸準(zhǔn)直鏡(9)壓縮指示半導(dǎo)體激光器(6)出射的指示激光的慢軸發(fā)散角，指示半導(dǎo)體激光器(6)出射的指示激光經(jīng)過(guò)第二快軸準(zhǔn)直鏡(8)和第二慢軸準(zhǔn)直鏡(9)后變換為圓形光束；所述手術(shù)半導(dǎo)體激光器⑴和指示半導(dǎo)體激光器(6)的光軸垂直，波長(zhǎng)合束器(11)以?xún)A斜手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)的光軸45°放置，其將手術(shù)激光和指示激光合為一束同軸的雙波長(zhǎng)激光；所述變倍率激光擴(kuò)束器(1 位于波長(zhǎng)合束器(11)和熱反射鏡(1 之間，其用于調(diào)節(jié)上述合束后的雙波長(zhǎng)激光的倍率，并使合束后的雙波長(zhǎng)激光在耳鼓膜上形成的光斑大小連續(xù)變化；所述熱反射鏡(18)以45°角傾斜置于成像系統(tǒng)的鏡頭前面，經(jīng)變倍率激光擴(kuò)束器(1 擴(kuò)束后的雙波長(zhǎng)激光以45°角入射到熱反射鏡(18)上；所述成像系統(tǒng)對(duì)耳鼓膜成像，并在顯示器上顯示放大的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述手術(shù)半導(dǎo)體激光器(1)為單管系列半導(dǎo)體激光器，它的出光波段為近紅外波段；所述指示半導(dǎo)體激光器(6)為單管系列半導(dǎo)體激光器，它的出光波段為可見(jiàn)光波段。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述波長(zhǎng)合束器(11)的一面鍍有增透膜，另一面鍍的膜滿(mǎn)足下面的條件手術(shù)激光以 45°角入射時(shí)透過(guò)率大于90%，指示激光的反射率大于90%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述變倍率激光擴(kuò)束器(1 由依次排列的第一雙膠合正透鏡(14)、雙膠合負(fù)透鏡(15) 和第二雙膠合正透鏡(16)組成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，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(mǎn)足下面的條件當(dāng)光以45°角入射時(shí)，若是可見(jiàn)光，則透過(guò)率大于85% ；若是紅外光，則反射率大于90%。
全文摘要
利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)屬于半導(dǎo)體激光成像領(lǐng)域，它包括手術(shù)半導(dǎo)體激光器、第一快軸準(zhǔn)直鏡、第一慢軸準(zhǔn)直鏡、指示半導(dǎo)體激光器，第二快軸準(zhǔn)直鏡、第二慢軸準(zhǔn)直鏡、波長(zhǎng)合束器、變倍率激光擴(kuò)束器、熱反射鏡和成像系統(tǒng)；利用第一快慢軸準(zhǔn)直鏡將近紅外手術(shù)激光準(zhǔn)直并變換為圓形光束；利用第二快慢軸準(zhǔn)直鏡將可見(jiàn)指示激光準(zhǔn)直并變換為圓形光束；采用波長(zhǎng)合束器將手術(shù)激光和指示激光合為一束同軸激光；利用變倍率激光擴(kuò)束器將激光在耳鼓膜上光斑大小連續(xù)變化；利用熱反射鏡將激光和成像光合成為同軸光束。本發(fā)明可在監(jiān)視器上顯示清晰的耳鼓膜和指示激光的圖像，幫助醫(yī)生選擇恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)位置。
文檔編號(hào)A61F11/00GK102335067SQ20111021229
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所