專利名稱：一種利用半導(dǎo)體激光進行鼓膜造孔術(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，是引起小兒聽力下降的常見疾病之一，嚴(yán)重時甚至可以致聾。但是在成人中也并非少見。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。傳統(tǒng)的利用手術(shù)刀進行的鼓膜切開術(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)方法的缺點有需要對病人麻醉，由于耳道狹窄手術(shù)刀容易擋住視野， 對手術(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便、安全性高、患者痛苦小等優(yōu)點，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(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(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)簡單等優(yōu)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(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場光強分布不均勻，光斑呈狹長的橢圓形，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)量差的問題，本發(fā)明提出一種利用半導(dǎo)體激光進行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種利用半導(dǎo)體激光進行鼓膜造孔術(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、波長合束器、變倍率激光擴束器、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，波長合束器以傾斜手術(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(diào)節(jié)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(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(tǒng)對耳鼓膜成像，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，其結(jié)構(gòu)是將單個半導(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)明采用可見的指示半導(dǎo)體激光來指引紅外的手術(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光波段， 功率也只在毫瓦的量級。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指示激光準(zhǔn)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(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，同時波長合束器要以傾斜手術(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(shù)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(fā)明的變倍率激光擴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(zhǔn)直的雙波長激光通過變倍率激光擴束器后仍為準(zhǔn)直的激光，但光斑已經(jīng)變成預(yù)先設(shè)定的值。使用時，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(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)、波長合束器(11)、變倍率激光擴束器(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，波長合束器(11)以傾斜手術(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(diào)節(jié)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(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(tǒng)對耳鼓膜成像，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)體激光進行鼓膜造孔術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，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(shù)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(quán)利要求1所述的一種利用半導(dǎo)體激光進行鼓膜造孔術(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，另一面鍍的膜滿足下面的條件當(dāng)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(dǎo)體激光進行鼓膜造孔術(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、波長合束器、變倍率激光擴束器、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)直鏡將可見指示激光準(zhǔn)直并變換為圓形光束；采用波長合束器將手術(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A61F11/00GK102335067SQ20111021229
公開日2012年2月1日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所