专利名称：激光束控制和传递系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及手术(surgical)激光器，更具体地涉及精确地且高效地将激光束导入光纤的激光束控制和传递系统。激光束控制和传递系统也提供附加的功能，包括对光纤末梢温度控制系统和组织温度感测系统的连接。本发明也涉及具有高效率热电冷却系统的手术激光器系统。
背景技术：
本发明涉及这样一种类型的手术激光器，其中来自激光源的激光束通过光纤传递至手术地点。激光源可以是气体激光器、固态激光器或优选地是一个或多个激光二极管。利用激光二极管的手术激光器系统在2008年3月4日提交的美国临时申请61/068，165以及2008年7月28日提交的美国临时申请61/137，157中有记载。本文引用的这些和所有的专利以及专利申请全篇地纳入于此作为参考。附图简述
图1示出利用两个激光二极管和对准激光器的手术激光器系统的平面图，两个激光二极管和对准激光器使用本发明的激光束控制和传递系统被导入光纤。图2示出图1的手术激光器系统的侧视图。图3示出手术激光器系统的一个实施例，其中激光束控制和传递系统利用照相机来将激光束与光纤的纤芯对准。图4示出手术激光器系统的触摸屏控制面板。图5是具有光纤末梢温度感测的手术激光器系统的光路图。图6是具有光纤末梢温度感测和组织温度感测的手术激光器系统的光路图。图7是根据本发明具有冷却系统的手术激光器系统的平面图。图8是图7的手术激光器系统和冷却系统的侧视图。图9示出利用支承支架作为冷却系统的一部分的手术激光器系统。图10示出与本发明的手术激光器系统一起使用的光纤装置。
具体实施例方式图1示出利用本发明的激光束控制和传递系统的手术激光器系统100的平面图。图2示出图1的手术激光器系统100的侧视图。手术激光器系统100可利用包含气体激光器、固态激光器或优选地一个或多个激光二极管102的激光源。在图示例子中，激光器系统利用两个光纤耦合的激光二极管102和对准激光器104。来自两个激光二极管102和对准激光器104的输出光束是使用光束组合器106组合的。通过将来自两个激光二极管102和对准激光器104的光纤108的纤芯熔合在一起由此形成将来自这三个激光源的输出光束进行组合的单个光纤，从而形成光束组合器106。替代实施例可利用多个激光二极管模块或激光二极管阵列以及一个或多个对准激光器。激光二极管102可包括相同波长的两个激光二极管，例如两个1470nm的激光二极管，或者这两个激光二极管可具有不同波长，例如一个1470nm激光二极管和一个980nm激光二极管。在当前优选的实施例中，两个激光二极管102各自具有将近50瓦的输出功率，以形成将近100瓦的组合功率。其它的波长和波长组合以及功率电平也是可能的，这取决于手术激光器系统100所需要的组织效果。对准激光器104是具有可见输出光束的低功率激光源。对准激光器104可产生单色对准光束，例如红、黄、绿或蓝，或者其可产生多色对准光束，该多色对准光束可以是连续的或可被调制以指示激光器系统的工作状态，如前面引用的专利申请中描述的那样。激光束控制和传递系统的核心组件是光学块110，该光学块110具有输入端112、输出端114、具有第一连接端口 118的右侧116以及可选择地具有第二连接端口 122的左侧120。光学块110大致呈中空矩形立体形状，它具有脚部或凸缘124，所述脚部或凸缘124具有安装孔126，所述安装孔用于将光学块安装至激光器系统中的光学台130或其它支承表面。其它形状也是可能的。优选地，为了强度和稳定性，光学块110是从一块铝或其它金属机械加工得到的。
光束组合器106的远端附连于光学块110的输入端112上的输入端口 132。准直透镜134被定位成使退出光束组合器106的远端并进入光学块110的激光束准直。输入端口 132与光学块110的输出端114上的输出端口 146对准。重定焦透镜136位于输出端口146前面。提供细调螺钉138以调节输出端口 146沿X轴和Y轴相对于输入端口 132的位置。连接器144被设置在光学块110的输出端114上以供插入光纤204的近端，用以将激光束传递至手术地点，如图10所示。选择地，光纤204包括近端连接器206，该近端连接器206包含装置202，用于标识光纤204和记录与光纤204和手术激光器系统100的使用有关的数据。在一尤佳实施例中，装置202可以是1-线串行存储器装置。近端连接器206可具有将该信息与激光器系统进行通信的电连接，或者近端连接器206可针对与激光器系统的单向或双向无线通信采用射频标识(RFID)技术。在一优选实施例中，设置在光纤204的近端连接器206上或附近的RFID标签使用近场UHF传输的HF与手术激光器系统上的装置通信。不需要直接的电连接。局部反射镜140或其它类型的分束器被定位在光学块110中处于输入端112和输出端114之间的中空空间128内。优选地，局部反射镜140被定位成相对于从输入端口 132延伸至输出端口 146的光轴成近似45°的角度。其它安装角度也是可能的。局部反射镜140在两个表面上均涂有用于激光器输出光束的波长的抗反射涂层，并在至少远端的第二表面上涂有用于红外波长的反射涂层。来自两个激光二极管和对准激光器的组合输出光束从光束组合器106的远端射出，并经过准直透镜134和局部反射镜140，并且通过重定焦透镜136聚焦到光纤204的近端上，由此尽可能多的激光能量进入光纤204的纤芯。光纤204通常为具有550微米直径纤芯的600微米直径光纤。也可使用其它光纤尺寸。从光纤204的远端部分回到光学块110的输出端口 146的光撞击局部反射镜140,并且朝向光学块110右侧上的第一连接端口 118反射红外波长和至少一部分可见光波长。第一连接端口 118的直径一般在10微米和1000微米之间，最典型地直径接近100微米。定位在第一连接端口 118处或光学地连接于第一连接端口 118的组合式红外检测器和可见光检测器150拦截反射的光并产生:第一信号，该第一信号指示返程的红外光的量级——其被光纤末梢保护系统用于对光纤204进行温度监测和控制；第二信号，该第二信号指示由视野保护系统和光纤断裂检测器使用的返程可见光的量级，如前面引用的专利申请中提到的。在一些实施例中，第一信号和第二信号以及这两种信号之比可用于这些功能中的每一种功能。可为附加的传感器或其它功能提供附加的连接端口。可将光纤、中空波导或带孔光纤插入到一个或多个连接端口以将光传输至一个或多个传感器或检测器。中空波导对于在较高波长下传输的不容易通过光纤传输光的光是尤为有利的。在替代实施例中，可使用涂有用于红外波长的反射涂层的局部反射镜140来将返程的红外光与返程的可见光分开并将它们导入到独立的检测器，如前面引用的专利申请中提到的。在激光源被短暂地切断(例如达几微秒)的同时，将发生光纤末梢保护系统对红外信号的采样，以使激光器的高强度输出光束不压倒来自通过光纤204返回的红外光的信号。可通过使用锁相环消除与激 光源的切断周期不同相的其它信号，从而提高红外信号的信噪比。图5是可利用本发明的激光束控制和传递系统以进行光纤末梢温度感测的手术激光器系统100的光路图。该实施例略微不同于图1和图2所示实施例的地方在于，使用两个局部反射镜Ml、M2以组合激光二极管102和对准光束激光器104，而不是使用前面描述的光纤光束组合器106。在该例中，激光二极管102是1470nm激光器而对准光束激光器104是635nm的红光激光器。镜Ml被涂层以使1470nm光透过并反射其它波长。镜M2被涂层以反射635nm和“红”颜色并使其它波长透过，包括短IR波长。除了用于光纤末梢温度感测的硅IR和可见光检测器150外，手术激光器系统100利用第二光检测器152作为内部功率计。1470nm激光束的绝大部分直接透过镜Ml，但非常小百分比的光束被反射朝向第二光检测器152。第二光检测器152将产生与1470nm激光束的总能量成比例的信号，该信号可用来提供对所产生的实际激光器能量的显示和/或将所产生的实际激光器能量与设定的功率电平进行比较以确定激光器效率。该激光器效率的测量可用来调度对激光器系统的维护。图3示出手术激光器系统的一个实施例，其中激光束控制和传递系统利用相机160来使激光束与光纤204的纤芯对准。例如CMOS芯片相机或CCD相机之类的小型相机160被安装以拦截来自光学块110中的局部反射镜140的反射光。如图3所示，涂有用于红外波长的反射涂层的第二局部反射镜142或其它类型分束器可用来将返程红外光与可见光分开。第二局部反射镜142将返程的红外光导入到红外检测器150，而可见光被允许经过照相机160。替代地，第二部分反射镜142可具有用于可见光波长的反射涂层以将可见光引导至相机160，而红外光被允许通过红外检测器150。相机160提供光纤204近端的图像，这允许X轴和Y轴在输入端口 132上的精确调整，以使来自光束组合器106的激光点精确地位于光纤204的纤芯上而不是在光纤的包层或外套上。相机160也可用来对当激光器接通时形成的任何热点进行成像和标识。这允许光纤和激光束控制和传递系统对准的问题的快速诊断和故障查找。替代地，相机160可直接安装于或光学连接于光学块110右侧上的第一连接端口118。这可以是暂时进行的，例如在激光器系统组装期间将输入端口 132上的X轴和Y轴对准。如果相机160能提供返程红外光和返程可见光的定量测量以供光纤末梢保护系统、视野保护系统和光纤断裂检测器使用，则相机160可永久地直接安装于或光学连接于第一连接端口 118而不需要第二局部反射镜142以及红外检测器或可见光检测器。在手术激光器系统的另一实施例中，第二相机162可安装在或光学连接于光学块110左侧上的第二连接端口 122。第二相机162将产生输入端口 132和周围结构的图像。来自第二相机162和/或红外检测器的信息可用来确定温度并因此确定光束组合器106、准直透镜134等的工作状况，这可用来诊断和故障查找关于激光束控制和传递系统的这些部件的问题。由于局部反射镜具有用于激光波长的反射涂层，因此对于来自激光束的损害而言，相机将是安全的。在手术激光器系统的另一实施例中，光纤末梢保护系统可配置成提供光纤末梢或光纤其它部分的实际温度的定量测量。达成这个目的的一种手段是使用配置成感测两个不同的红外波长范围内的红外光的两个红外检测器(或能提供两个不同波长范围内的红外光的单独测量的单个红外检测器)。红外信号的总量级将与光纤过热的位置(即近端和远端)相关联，而信号在两个不同红外范围内的量级比将与检测到的热点的温度相关联。该红外温度传感器可使用黑体辐射器(具有接近I的放射率)校准以产生查找表来确定温度。所检测到的热点的热常数也将与光纤过热的位置相关联并可用于光纤或激光束控制和传递系统的对准的问题的 诊断和故障查找。例如，光纤末梢上来自碳化组织的红外信号将具有快速衰减，而来自过热光纤末梢的红外信号将具有更长的衰减，另外来自过热光学块110的红外信号由于较高的热质量而具有长得多的衰减时间。在另一实施例中，手术激光器系统可配置成提供目标组织温度的定量测量。这种能力在诸如激光皮下脂肪切除、伤口愈合、组织粘结和癌检测的应用中将是有益的。用于检测短波长红外(1.7微米左右)的红外检测器或照相机——例如In/GaAs传感器——可以与前述可见光照相机相同的方式安装。其它类型可利用的红外检测器包括硅、锗和热电检测器。在激光源被切断的时间段内，红外检测器或相机可检测目标组织的温度。红外组织温度传感器可使用黑体辐射器(具有接近I的放射率)校准以产生查找表来确定温度。为了更精确，可使用可见光相机来产生正被测量的组织的彩色图像，以估算组织的放射率。烧焦的组织将具有接近I的放射率，而正常组织将具有小于I的放射率。可将基于所估算的组织放射率的校正因数作用于红外信号，或者可创建将这两种测量均考虑在内的查找表。图6是利用本发明的激光束控制和传递系统以进行光纤末梢温度感测和组织温度感测的手术激光器系统100的光路图。本实施例与图5所示实施例类似，除了本实施例利用第三镜M3以将光纤末梢温度感测的信号和组织温度感测的信号分离。同样，在本例中，激光二极管102是1470mm激光器而对准光束激光器104为635nm的红色激光器。镜Ml被涂层以使1470nm光透过并反射其它波长。镜M2被涂层以反射635nm和“红”色并使包括IR波长的其它波长透过。镜M3被涂层以反射所有IOOOnm以下的波长，并使范围在1400nm至2100nm波长的光透过。镜M3通过使IOOOnm以下的光朝向用于光纤末梢温度感测的硅IR和可见光检测器150反射并使范围在1400nm至2100nm范围内的光透过至用于组织温度感测的InGaAs红外检测器162来分离从光纤204返回的光。1470nm激光束的大部分直接透过镜Ml,但很少百分比的光束被反射朝向第二光检测器152。第二光检测器152将产生与1470nm激光束的总能量成比例的信号，该信号可用来提供所产生的实际激光能量的显示和/或将所产生的实际激光能量与设定的功率电平进行比较以确定激光器效率。这种激光器效率测量可用来调度对激光器系统的维护。替代地，该实施例的激光器系统100可利用如前面结合图1和图2描述的光纤光束组合器106来组合激光二极管102和对准光束激光器104的输出光束。如前所述，组织温度感测可使用黑体辐射器来校准。光纤204中的变化可影响组织温度感测的校准。为了将其考虑在内，可测量每条光纤204的传输以确定由激光器系统100用来确定组织温度的校正因数。校正因数可由操作者手动输入，或可将校正因数编程到光纤204的近端连接器206中的存储器器件202，以使得激光器系统100在光纤204被插入到激光器系统100时对光纤204自动重校准。图4示出手术激光器系统的触摸屏控制面板170。触摸屏控制面板170包括激光二极管的操作功率的实时柱状图172。显示器可以激光器功率的瓦数、激光器系统的最大功率的百分比或当前激光器功率设定的百分比为单位。该柱状图实时地向前后移动以展示由激光器控制系统通过光纤施加的实际激光器功率。低于设定功率电平的功率电平的减少指示:因为光纤末梢的温度已到达其温度阈值，因此光纤末梢保护系统已减低激光器功率。除了移动柱状图172，也可改变柱状图的颜色以指示光纤的当前工作状况。例如，当光纤处于良好工作状况时，柱状图可以是绿色，当光纤接近其使用寿命的末期时它转变为黄色，而当光纤已达到其使用寿命的末期并在继续手术过程之前应当被更换时它转变为红色。当然也可采用其它颜色方案。作为替代或附加，可在显示面板上独立于功率柱状图地提供改变颜色和/或尺寸的光纤状态指示。这些特征中的任何一个将允许操作者通过对显示面板的快速一瞥来探知光纤的当前工作状态。图7示出根据本发明的利用冷却系统180的手术激光器系统100。图8是图7的手术激光器系统100和冷却系统180的侧视图。手术激光器系统100优选地配置有包括一个或多个激光二极管102的激光源。在图示例子中，手术激光器系统利用两个光纤耦合的激光二极管102和对准激光器104。使用光束组合器106将来自两个激光二极管102和对准激光器104的输出光束进行组合。激光二极管102可包括相同波长的两个激光二极管，例如两个1470nm激光二极管,或者这两个激光二极管可具有不同波长,例如一个1470nm激光二极管和一个980nm激光二极管。在当前优选的实施例中，这两个激光二极管各自具有接近50瓦的输出功率，并因此具有接近100瓦的组合功率。其它波长以及波长和功率电平的组合也是可行的，这依赖于手术激光器系统所需要的组织效果。对准激光器104是具有可见光输出光束的低功率激光源。对准激光器可产生单色对准光束，例如红、黄、绿或蓝，或可产生多色对准光束，该多色对准光束可以是连续的或可被调制以指示激光器系统的工作状态，如前面引用的专利申请中描述的那样。激光二极管1 02相比之前利用气体激光器或固态激光器的手术激光器系统而言是非常有效的，因此不需要对那些其它激光器系统而言必需的大体积、复杂和沉重的流体循环或冷冻循环冷却系统。然而，为了激光二极管102的稳定操作，仍然需要一些冷却系统来将激光二极管维持在其工作温度范围内，尤其是如在一些手术施行中可能要求的激光二极管长时间地工作在高功率下。挑战在于形成一种适合更紧凑和高效的激光二极管的紧凑、高效和流线形的冷却系统。另一挑战在于形成一种尽可能静音和无振的冷却系统。其本身的属性决定了其相比之前的手术激光器系统具有显著的进步。热电冷却使用珀耳帖(Peltier)效应以在两种不同类型材料的结合处之间形成热通量。珀耳帖冷却器或热电热泵是固态活动热泵，它通过消耗电能逆着温度梯度将热量从设备的一侧传至另一侧(从冷至热)。热电冷却器可获得足以使由激光二极管产生的废热消散的冷却能力。然而，对于这种应用，热电冷却器的冷却能力受到激光二极管模块可供将热量传递至热电冷却器的冷侧的小表面积的限制。由于由激光二极管模块小的热接触面积产生的热阻，因此将热电冷却器直接耦合至激光二极管模块将不会导致足够的冷却以将激光二极管维持在其工作温度范围内。需要一种方式来增加激光二极管模块与热电冷却器热耦合的有效热接触面积，从而减小冷却系统中的热阻。热电冷却器的冷却能力也受可供散热的热电冷却器的热侧上的表面积的限制。为此，增加热电冷却器的热侧上的有效表面积以进一步减小冷却系统中的热阻也是有利的。尽可能有效地达成这些目的并且不会过度地增加手术激光器系统的体积和复杂度是优选的。本发明的冷却系统180利用第一热扩散器(heat spreader) 182以将激光二极管102热耦合至热电冷却器184的冷侧。在当前优选实施例中使用的热电冷却器184能具有接近600瓦的连续冷却，其热侧至冷侧的温差接近为15摄氏度，并具有接近900瓦的冷却备用功率。其它尺寸和额定功率的热电冷却器可适用于其它激光器系统。第一热扩散器182具有接近平面结构并同时沿两个维度将热量远离激光二极管散布。这有效地增加了激光二极管模块102和热电冷却器184冷侧之间的热接触面积。选择第一热扩散器的材料和结构以最小化激光二极管模块102和热电冷却器184冷侧之间的热阻。优选地，第一热扩散器182的表面积近似等于热电冷却器184冷侧的表面积，因为额外的表面积对于热传递来说是无用的并因此是浪费的。在图示例子中，第一热扩散器182具有156_X120mm的尺寸，其厚度接近l_3mm，并且热电冷却器184具有接近156mmX 120mm的尺寸，其厚度接近3-6_。第一热扩散器182和热电冷却器184的其它尺寸也是可行的。冷却系统利用第二热扩散器186以将热电冷却器184热侧热耦合至带冷却鳍的散热器188。第二热扩散器186具有近似平面的结构并同时沿两个维度将热远离激光二极管散布。平面以外的结构 也是可行的，尤其是第二热扩散器186的边缘超出热电冷却器184的边缘的情形。第二热扩散器186增加热电冷却器184热侧上的有效表面积，因此具有减小的热阻和改进的热消散。选择第二热扩散器186的材料和结构以最小化热电冷却器184的热侧和散热器188之间的热阻。优选地，第二热扩散器186具有显著大于热电冷却器184的热侧的表面积的表面积。在图不例子中，第二热扩散器186具有接近558mmX 355mm的尺寸，接近l_3mm的厚度，而散热器188具有接近558mmX 355mm的尺寸，其冷却鳍横跨散热器188的整个表面具有接近50mm的高度。第二热扩散器186和散热器188的其它尺寸也是可行的。在该例中，热电冷却器184具有接近19800mm2的表面积而第二热扩散器186具有接近198000mm2的表面积,或者接近热电冷却器184的表面积的10倍。其它尺寸和表面积比可适用于其它激光器系统。优选地，冷却系统还包括一个或多个风扇或鼓风机190，用于使冷却空气跨散热器188的冷却鳍循环。例如，可使用高性能可变速电风扇，诸如加利福尼亚州的圣路易斯-奥比斯波的Xcelaero公司出售的狂风(Squall) 50。这种风扇的高效率将降低冷却系统的总功率需求。选择地，可使用挡板或管道在散热器188的冷却鳍上引导和分配来自风扇190的气流。在本发明的冷却系统的一个实施例中，第一和第二热扩散器182、186被配置成二相蒸发热扩散器。适用于本发明的一种这样的热扩散器是佛罗里达州迈阿密的Celsia科技公司出售的NanoSpreader 。该NanoSpreader 是其中真空密封纯水的铜包裹二相蒸气腔。液体由铜丝网油绳吸收并作为蒸气传递通过微穿孔的铜片，在那里蒸气冷却并作为液体返回到油绳。NanoSpreader 是所述固态铜重量的一半,但仍然能以大约10倍的速率(导热率)传热。NanoSpreader 是完全无源传热的装置并且不需要外部功率输入。多种标准尺寸或定制尺寸的NanoSpreader 模块可一起使用以获得前面例子中提到的热扩散器的尺寸。也可使用具有不同传热流体的其它热扩散器。在一优选实施例中，第二热扩散器186可配有冷却鳍，该冷却鳍直接地一体形成在二相蒸发热扩散器以作为整体散热器188并减少材料界面的数目并因此减少冷却系统的总热阻。在本发明的冷却系统的另一实施例中，第一和第二热扩散器182、186由相比铝或铜具有明显更高的热扩散和热传导的材料构成。一种适于用作本发明的热扩散器的材料是CarbAl ，它是得克萨斯州奥斯汀的应用纳米科技股份公司出售的由80%含碳基质和散布的20%铝金属组分构成的基于碳的金属纳米合成物。该纳米合成物热扩散器是完全无源传热的装置并且不需要外部功率输入。纳米合成物热扩散器的另一潜在优势是可使热传递成为定向的。可使纳米合成物热扩散器沿X方向和Y方向和/或Z方向传热以使热量尽可能高效地移动离开二极管激光器模块。在一优选实施例中，第二热扩散器186可配有直接集成在纳米合成物热扩散器中的冷却鳍，以充当整体式散热器188并减少材料界面的数目并因此减小冷却系统的总热阻。 在其它实施例中，本发明的冷却系统可对于第一或第二热扩散器182、186利用二相蒸发热扩散器，而对于其它热扩散器采用纳米合成物热扩散器。描述本发明的冷却系统结构的另一种方式是定位成冷侧在上且热侧在下的热电冷却器被“夹”在顶部上的第一热扩散器182和底部上的第二热扩散器186之间。为了良好的热接触，激光二极管模块102被直接安装在第一热扩散器182的顶部上。具有冷却鳍的散热器被直接安装在第二热扩散器186下方，或更优选地直接集成到第二热扩散器186之中。也可采用冷却系统的其它定向来适应激光器系统的不同结构。可选择地，该“夹层”的每个界面可配置成改善各组件之间的耦合。例如，接触表面可重叠在一起以增进表面-表面接触。作为替代或附加，可通过在各接触表面之间施加热油脂或其它传热化合物、通过用导热粘合物粘合或通过焊接来提高热耦合。优选地，冷却系统将包括用于测量激光二极管模块的工作温度的至少一个温度传感器。选择地，可使用附加的温度传感器来测量热电冷却器184冷侧和/或热侧的温度和/或散热器188的温度。来自温度传感器的信号将被微控制器用来实现冷却系统的动态控制。微控制器控制至热电冷却器184的电流并可选择地控制至冷却风扇的电流以将激光二极管模块的工作温度维持在可接受的范围内。微控制器可使用PID (比例积分微分)控制、PWM (脉宽调制)控制或其它已知的控制方案以在将激光二极管模块的工作温度维持在可接受范围内的同时优化冷却系统的功率使用。微控制器的一个目的是优化最低可能的功率运用的热交换。这有助于使手术激光器系统和冷却系统能够使用标准120伏AC出口来运作，而不需要在操作室内采用更费成本的高安培数或240伏布线。可选择地，冷却系统可密封入具有例如干氮的干燥气体的隔热箱内以防止冷凝物形成在任一冷侧组件上。仅散热器188和冷却鳍将露出于隔热箱之外以允许来自冷却风扇190的冷却空气流过鳍以散热。替代地，冷却系统可包括湿度传感器以避免在任一冷却侧组件上形成冷凝物。来自冷凝物的湿气不仅可能对激光器系统和冷却系统的组件造成损害，还意味着冷却系统可能工作过量并因为使空气中的湿气冷凝而浪费能量。优化冷却系统的功率运用应当包括避免形成冷凝物。如有需要，可将冷却系统配置成将废热传至更远离激光二极管模块的位置。例如，可在散热器188处吸收废热并将废热传至激光器系统外壳之外的换热器。实现这个目的的一种技术是气泡泵闭环液体冷却系统，例如加利福尼亚州的库珀蒂诺的Noise Limit公司出售的SILENTFLUX 气泡泵。实现这个目的的另一种技术是环形热管或温差环流热管，例如宾夕法尼亚州蓝开 斯特的Thermacore公司出售的那些。这些技术能将热量传至距离热源1-23米的位置。它们是可静音工作的无源设备。仅有的噪声源和振动源是位于换热器处的可任选冷却风扇。另一选择是利用激光器系统100的支承支架192作为冷却系统的一部分。图9示出利用支承支架192作为冷却系统的一部分的手术激光器系统100。冷却系统的各个组件可容纳在支承支架之内，例如冷却风扇190和/或外部热交换器。将外部换热器设置在与冷却系统180连接的支承支架192中将使废热更远离二极管激光器模块处的热源移动。这种配置也可减少激光器系统100的总噪声水平。在一种选择中，支承支架192的柱脚194可用作空气管道196以将冷空气向上带到激光器系统外壳之下。如图9所示，冷却风扇190可将冷空气带入到位于支承支架的柱脚194上高于地板水平的侧孔198。可使用筛网和/或过滤器200来防止冷却风扇携带回程或碎屑。尽管已结合二极管激光器系统描述了本发明的冷却系统，然而该冷却系统也可用于例如气体激光器或固态激光器的其它激光器系统或其它需要冷却系统的电子或工业应用的温度管理。尽管在这里已结合已针对示例性实施例或将本发明投入实践的最佳方式对本发明进行了描述，然而对本领域内普通技术人员应当清楚知道，可对本发明作出各实施例、调整例和变例的许多改型、改进、组合和子组合而不脱离其精神和范围。
权利要求
1.一种激光器系统，包括: 发射出第一波长的第一激光束的第一激光器模块； 位于所述激光束的路径上的局部反射的第一镜，所述第一镜对于所述第一波长是透射性的并在远端表面上涂有对红外光波长反射的涂层； 被定位在所述激光束的路径上的处于所述第一镜远端的光纤； 所述第一镜被定位成使所述反射涂层将从所述光纤返回的红外光束反射到局部反射的第三镜上，所述第三镜对于波长在1400-2100nm范围内的红外光是透射性的并在第一表面上涂有对低于IOOOnm的光波长反射的涂层； 对波长在IOOOnm以下的光敏感的第一光检测器,所述第一光检测器被定位成拦截从所述第三镜反射的光；以及 对波长在1400-2100nm范围内的红外光敏感的第二光检测器，所述第二光检测器被定位成拦截通过所述第三镜的光。
2.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述第一镜在至少一个表面上涂有对所述第一波长呈非反射的涂层。
3.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 发射出可见光波长的激光束的对准激光器；以及 设置在所述第一镜和第二镜之间的局部反射的第二镜，所述第二镜在至少一个表面上涂有对可见光波长反射并且对其它光波长透射的涂层。
4.如权利要求3所述的激光器系统，其特征在于，所述第二波长大约为635nm。
5.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 对所述第一波长敏感的第二光检测器，所述第二光检测器被定位成拦截从所述第一镜反射的第一激光束的一部分。
6.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述第一波长大约为1470nm。
7.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 发射出第二波长的第二激光束的第二激光器模块；以及 将所述第一激光束和所述第二激光束进行组合的装置。
8.如权利要求7所述的激光器系统，其特征在于，所述第一激光器模块和所述第二激光器模块是光纤耦合的激光器二极管，并且其中所述将第一激光束和第二激光束进行组合的装置包括光纤光束组合器。
9.一种激光器系统，包括: 激光器模块； 与所述激光器模块热接触的第一热扩散器，所述第一热扩散器被配置成使热在至少两个维度上扩散； 具有与所述第一热扩散器热接触的热侧的热电冷却器； 与所述热电冷却器的冷侧热接触的第二热扩散器，所述第二热扩散器被配置成使热在至少两个维度上扩散。
10.如权利要求9所述的激光器系统，其特征在于，所述第一热扩散器具有比铜的导热性更大的导热性，并且所述第二热扩散器具有比铜的导热性更大的导热性。
11.如权利要求9所述的激光器系统，其特征在于，还包括:具有与所述第二热扩散器热接触的冷却鳍的散热器。
12.如权利要求11所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 配置成使空气跨所述散热器的冷却鳍移动的冷却风扇。
13.如权利要求11所述的激光器系统，其特征在于，所述第一热扩散器、所述热电冷却器和所述第二热扩散器被密封到含干燥气体的隔热箱内，而带冷却鳍的所述散热器延伸到所述隔热箱之外。
14.如权利要求11所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 具有柱脚的支承支架；以及 在所述柱脚内的空气管道。
15.如权利要求14所述的激光器系统，其特征在于，还包括: 冷却风扇，所述冷却风扇连接于所述柱脚内的所述空气管道并且被配置成使空气跨所述散热器的所述冷却鳍移动。
全文摘要
本发明总地涉及手术激光器，更具体地涉及一种准确且有效地将激光束导入光纤的激光束控制和传递系统。该激光束控制和传递系统还提供额外的功能，包括与光纤末梢温度控制系统和组织温度感测系统的连接。本发明还涉及具有高效率热电冷却系统的手术激光器系统。
文档编号A61B18/20GK103220995SQ201180029383
公开日2013年7月24日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月14日
发明者J·L·林克, A·宏 申请人:科威中公司