一种1.9微米大功率前列腺激光治疗仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械领域。更具体地说，本发明涉及一种1.9微米大功率前列腺激光治疗仪。
【背景技术】
[0002]随着老龄化社会的进程，良性前列腺增生症(benign prostatic hyperplasia，BPH)患者日益增多，且其发病率随着年龄的增长逐渐增加。据北京大学泌尿外科研宄所报告显示，BPH发病率在61-70岁的男性中达50%，71-80岁男性中达57.1 %，81-90岁更高达83.3%。目前，经尿道前列腺电切术仍被认为是微创治疗BPH的金标准，但其术后易出现出血、电切综合征等严重并发症。2 μπι激光系统由于其波长与水对激光的最大吸收峰1.94um非常接近，其对水的吸收率是钬激光的近4倍，因此激光能量可充分被组织中的水分吸收，形成局部高峰值能量，组织可瞬间被汽化、切割。且2um激光连续波工作模式优于钬激光的脉冲波工作模式，平顺的汽化+切割使去除组织后的创面平滑，故而被认为是最理想的前列腺治疗波段。
[0003]其中，掺铥光纤激光器可输出1.65?2.1um波长的激光，是所有稀土离子中最宽的，其相对固体激光器而言，具有结构简单、效率高、散热特性好、窄线宽、输出激光光束质量高等优点，因而高峰值功率脉冲输出的铥光纤激光器近几年得到了广泛的研宄。但2 μπι附近的掺铥光纤激光器对组织进行切割、气化等手术需要较大的脉冲能量，其激光功率主要由掺铥的纤芯提供。但随着掺铥增益光纤内抽运光功率密度的显著加强，会出现严重的热效应，引起热致双折射、相位畸变、热聚焦、热透镜等现象，严重影响激光的输出功率和光束质量。随着抽运功率的增大，激光介质的热效应会越来越显著，甚至会成为限制激光器性能提高的一个致命因素。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]本发明还有一个目的是提供一种1.9微米大功率前列腺激光治疗仪，其能够实现窄脉宽、高峰值功率的1.9um输出激光，同时能够针对不同运行功率进行不同方式的补偿，解决掺铥光纤激光器为了增加功率而出现效率下降及光束质量变差等问题，从而提高大大提高激光器的光光效率，优化了光束质量。
[0006]为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种1.9微米大功率前列腺激光治疗仪，其特征在于，其激光光路上依次设置有:全反镜，其表面镀有1940nm的全反膜；传动补偿装置，其包括1/4波片、法拉第旋转器及传动装置；第一光纤耦合透镜；增益光纤，其包括均匀掺杂有铥的纤芯、内包层、外包层及增强涂覆层，所述第一光纤耦合透镜的焦点位于所述增益光纤的首端面处；保偏包层功率剥离器，其包覆于所述增益光纤的尾端；第二光线耦合透镜，其焦点位于所述增益光纤的尾端面处；电光调Q装置，其包括起偏器及电光调Q晶体，用以输出激光巨脉波；第三光纤耦合透镜；以及光纤光栅，其反射中心的波长为1940nm，所述第三光纤耦合透镜的焦点位于所述光纤光栅的左端面；
[0007]其中，增益光纤的首端还依次熔接有泵浦光纤合束器、泵浦源，所述泵浦光纤合束器有利于高功率的泵浦光耦合进入增益光纤，减少器件产生的热量，从而可以完成大功率的泵浦。所述泵浦源采用输出波长为798nm的半导体激光阵列，用以激发所述增益光纤发出1940nm的光；
[0008]其中，所述传动补偿装置还连接有功率检测装置，所述功率检测装置用以检测激光的输出功率。
[0009]优选的是，其中，所述1/4波片的中心波长为1940nm，其取向与所述起偏器的起偏方向一致，被补偿的退偏损耗分量偏振光通过多次往返通过1/4波片后，大部分能量可以被转换成在主路中振荡的偏振光并成为有效激光输出，提高2um激光输出效率，优化光束质量。
[0010]优选的是，其中，所述法拉第旋转器的中心波长为1940nm，其通过外磁场作用强制使光的偏振面发生改变，提高2um激光输出效率，优化光束质量。
[0011 ] 优选的是，其中，所述传动装置一端连接所述1/4波片，另一端连接所述法拉第旋转器，所述传动装置可将所述1/4波片移出激光光路，同时将所述法拉第旋转器移入激光光路，所述传动装置还可以将所述法拉第旋转器移出激光光路，同时将所述1/4波片移入激光光路。
[0012]由于1/4波片对热退偏的补偿，属于非完全补偿，在激光输出功率不太大的情况下补偿效果良好，激光功率提升明显，但在随着激光功率增大，其提升效果逐渐减弱。而法拉第旋转器对热退偏的补偿，属于完全补偿，不过受制于目前2 μ m波段法拉第旋转器的材料特性，其透过率较低，故其在较低功率下补偿效果并不明显，但在激光功率渐渐提升的过程中，其补偿效果逐渐提升。在激光功率由小变大的过程中有一个临界功率点，不同的激光参数下该临界功率点不同，可通过分别对1/4波片和法拉第旋转器对热退偏的补偿效果进行测定，两者补偿效果一致的功率点即为临界功率点。所述功率检测装置检测激光输出功率并作出判断，当输出功率低于临界功率点时，控制传动装置将1/4波片移入光路中，当输出功率高于临界功率点时，控制传动装置将法拉第旋转器移入光路中。其中所述对热退偏的补偿效果是指光路中放入补偿器件前后，激光输出功率提升的程度。
[0013]优选的是，其中，所述铥的掺杂浓度为4X 124?6 X 10 24m_3，其中m 3是粒子数密度又称体积粒子数，经798nm波长的泵浦光照射后，基态3H6上的铥离子跃迀到3!14能级上，当铥离子的浓度达到一定高度时，临近铥离子之间可能会发生交叉弛豫(3H4— 3F4^3H6- 3F4),一个泵浦源光子可以将两个铥离子激发到卞4级，最后％级上的铥离子跃迀到基态发出2um左右的光子。交叉弛豫现象可以实现激光器阈值的降低和激光器增益因子的增加，有效提高激光器的效率。铥离子的增加可以增强此交叉弛豫现象，但铥离子过高又会导致离子团簇的出现，本发明增益光纤中掺杂4X 124?6X 10 24m_3的铥可得到较高的激光效率。
[0014]优选的是，其中，所述起偏器为格兰棱镜、具有二向色性晶体或呈布鲁斯特角放置的白宝石镜片堆中的一种，用以获得偏振光。所述电光调Q晶体为高掺镁铌酸锂晶体或硅酸镓镧晶体中的一种。
[0015]优选的是，其中，所述高掺镁铌酸锂晶体中氧化镁的掺杂浓度为5.1重量％，可以使铌酸锂晶体抗光损伤阈值大大提高，可达200MW/cm2以上，同时也避免了过高的氧化镁浓度导致的透光率下降。
[0016]优选的是，其中，所述保偏包层功率剥离器对所述内包层中传输光的衰减度为20?30db，消光比大于18db，从而去除包层内残留的泵浦光和从纤芯泄露到内包层中传输的ASE，减小对后续器件的损伤。
[0017]所述光纤光栅反射中心的波长为1940nm，所述光纤光栅在1940±60nm范围内的透射率为20?40%，所述光纤光栅的反射带宽为0.5nm，所述光纤光栅和全反镜构成谐振腔，通过调节光纤光栅对1940nm激光的透射率，可形成对激光束的反馈和获得激光输出，从而获得最优的输出功率。
[0018]本发明至少包括以下有益效果:
[0019](I)本发明由于具有特殊的热退偏补偿装置，通过将1/4波片和法拉第旋转器旋进或旋出激光光路，可针对不同运行功率进行不同方式的补偿，大大地减少了光纤激光器的热退偏损失，大幅提尚其光光效率，优化光束质量；
[0020](2)本发明在增益光纤输出端设置有保偏包层功率剥离器，其可以在保证纤芯输出光的偏振度、功率、光束质量的基础上，大大祛除包层中传输的剩余泵浦光和从纤芯中泄露到包层的放大自发辐射光，从而大大减小对后续器件的损害；
[0021](3)本发明采用光纤中铥的掺杂浓度为4X 124?6 X 10 24m_3，光纤光栅在1940±60nm范围内的透射率为20?40%，合适浓度铥的掺杂可加强能级间的交叉弛豫现象，并有效缩短激光器中增益光纤的长度，减弱因采用长光纤基质对激光的损耗，提高激光器的量子效率，再配合合适参数的光纤光栅以获得最优的激光输出功率，从而可明显提高光纤激光器的性能，更高效的汽化已经光凝固的软组织，提高激光手术的效率。
[0022]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研宄和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的所述的1.9微米大功率前列腺激光治疗仪的结构示意图；
[0024]图2为本发明的一个实施例中传动补偿装置的结构示意图；
[0025]图3为本发明所述增益光纤的结构示意图；
[0026]图4为本发明的一个实施例中在不同抽运能量下未补偿和采用本发明进行热退偏补偿条件下的输出激光脉冲能量。
[0027]图中:1、全反镜，2、传动补偿装置，3、功率检测装置，4、第一光纤耦合透镜，5、泵浦源，6、泵浦光纤合束器，7、增益光纤，8、保偏包层功率剥离器，9、第二光纤耦合透镜，10、起偏器，11、电光调Q晶体，12、第三光纤耦合透镜，13、光纤光栅，21、1/4波片，22、第一调整架，23、法拉第旋转器，24、第二调整架，25、传动装置，71、纤芯，72、内包层，73外包层，74、增强涂覆层。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0029]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0030]图1示出了根据本发明的一种实现形式，其激光光路上依次设置有:
[0031]全反镜1，其表面镀有1940nm的全反膜，该构件用以提高激光器的输出功率；
[0032]传动补偿装置2，其包括1/4波片21、法拉第旋转器23及传动装置25，该构件用以进行热退偏补偿，提高激光器的光光效率，保证了激光的光束质量；
[0033]第一光纤耦合透镜4 ;
[0034]增益光纤7，其包括均匀掺杂有铥的纤芯71、内包层72、外包层73及增强涂覆层74，所述第一光纤耦合透镜4的焦点位于增益光纤7的首端面处，纤芯71到外包层73的折射率依次减小，纤芯71吸收进入的泵浦光，将辐射激光限制在纤芯71内传输，内包层72包绕纤芯71，将激光辐射限制在纤芯71内，外包层73将泵浦光限制在内包层72中，耦合到内包层72中的泵浦光在内包层72和外包层73之间进行来回反射，经多次穿过纤芯71而被其吸收，增益涂覆层74涂覆在增益光纤7的最外层用以保护光纤不受侵蚀、擦伤等，并增加光纤7的机械强度和可弯曲性；
[0035]保偏包层功率剥离器8，其包覆于所述增益光纤7的尾端；
[0036]第二光线耦合透镜4，其焦点位于增益光纤