[实用新型]一种高能量密度的皮秒激光器末端光路系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗机器人领域，具体涉及一种高能量密度的皮秒激光器末端光路系统。

背景技术

激光具有单色性、相干性，目前已经应用在越来越多的领域中，如通讯、数据存储及检索、娱乐、科学研究等。在生物医学领域中，已经有大量的研究证明高能量脉冲激光在外科手术中能够有效去除多余组织，例如黄斑病变导致的视网膜下疤痕组织或者增生的血管。

目前许多商业化的医疗激光通过选择性光热效应来治疗多样化的皮肤性问题和疾病，如血管增生、鲜红斑痣胎记和色素沉着病变。其原理是在真皮层、表皮层中，某些特定的组织结构对特定波长的激光有选择性吸收，从而达到局部加热的效果来使某些蛋白质变性或者裂解色素。为了使这些组织结构能够迅速升温并防止激光能量扩散损失而伤害到周围组织，要求激光以脉冲的形式打到病变部位，这个脉冲时间由病变组织的热弛豫时间决定。例如治疗鲜红斑痣胎记中的微血管需要脉宽为几个毫秒或是小于一个毫秒的脉冲激光。

当激光的脉宽进一步减小，激光对组织的作用将从光热作用变为光机械作用。光机械作用要求激光脉宽小于声波穿过病变组织的时间，高强度的激光将在病变组织内产生高强度的光压，达到病变组织裂解的效果。这种效应非常适用于色素沉着病变，包括纹身、鲜红斑痣和其他胎记，因为人体的自身免疫系统能够清除小于1微米的颗粒，对于纹身而言，其色素颗粒尺寸约为1～10微米，超短脉冲激光能够使它们裂解成小于1微米的颗粒，从而达到治疗的效果。由于声波在固体媒介中传播的速度约为3000m/s，所以要求用于治疗色素沉着病变的激光脉宽小于1纳秒。

为了能够达到治疗的效果，在减小激光脉宽的同时仍要保证单脉冲下足够的能量密度(单位面积上的能量)，如果增加光斑直径则需要更高的但脉冲能量，然而目前能够达到这样要求的激光设备结构复杂且造价昂贵。1993年，Sierra和Russell开发了能够输出单脉冲能量为100mJ激光器，但是它受到许多器件上的限制且要求偏置电压高达5000V且频率到达GHz的数量级。后经美国Cynosure公司的DanielHohm等人的改进和开发，他们制造出脉宽为500ps～900ps、单脉冲能量达150mJ～200mJ、光斑直径约3mm的皮秒激光器；但是这种激光器产生的激光能量低，不能达到治疗效果，无法应用到色素病变的治疗中。现有技术中，为了提高激光的能量密度，通过改变激光器的结构，以提高单脉冲的能量；并且此种设备造价昂贵且重复频率较低(5Hz)。

实用新型内容

本实用新型提供了一种改进了的皮秒激光器末端光路系统，装备了振镜系统并配合凸透镜，克服了以上现有技术中存在的问题。

本实用新型的目的在于提供一种高能量密度的皮秒激光器末端光路系统。

本实用新型的高能量密度的皮秒激光器末端光路系统包括：控制系统、泵浦源、长聚焦透镜组和低速扫描振镜组；其中，泵浦源和低速扫描振镜组分别连接至控制系统；泵浦源发射皮秒脉冲激光束；激光束由长聚焦透镜组聚焦；激光束经过低速扫描振镜组进行低速二维扫描，入射至扫描位置；扫描位置于处长聚焦透镜组的焦点。

本实用新型在泵浦源前设置长聚焦透镜组，泵浦源发出固定频率的皮秒脉冲激光束，通过长聚焦透镜组，对原本直径较大的激光束进行聚焦，从而提高了单位面积内激光的能量密度。

本实用新型还包括反射镜，反射镜设置在长聚焦透镜组与低速扫描振镜组之间，来自长聚焦透镜组的激光束经反射镜反射至低速扫描振镜组，改变激光束光路，从而压缩光路，减小系统的体积。

低速扫描振镜组包括两路扫描振镜，第一扫描振镜和第二扫描振镜，两路扫描振镜的旋转轴互相垂直，上位机下发扫描路径至控制系统，通过控制系统分别驱动两路扫描振镜进行激光扫描，从而实现二维扫描。

泵浦源采用780nm或810nm的半导体激光器。

进一步，本实用新型还包括4f光学系统，4f光学系统设置在第一扫描振镜与第二扫描振镜之间，以改变两路扫描振镜之间相对的位置关系。

本实用新型的优点：

本实用新型在泵浦源前设置长聚焦透镜组，对原本直径较大的激光束进行聚焦，经过低速扫描振镜实现二维扫描；通过长聚焦透镜组与低速扫描振镜组的配合，使造价低廉的低能量密度的皮秒激光器能够产生光斑形状可变、能量密度大的激光光斑，经济性好；另外，本实用新型所使用的泵浦源为780nm或810nm的半导体激光器，相比755nm的翠绿宝石激光价格更加低廉，其对于色素沉着病变仍有较好的治疗效果。

附图说明