半导体激光准直耦合装置 【技术领域】
本发明涉及激光准直耦合装置，特别涉及一种用于人眼眼底病灶激光照射光动力治疗中，对半导体激光器(laser diode，缩写LD)发出的激光进行准直耦合输出的半导体激光准直耦合装置。
背景技术
光动力疗法(Photodynamic Therapy，缩写PDT)也叫光辐照疗法(Photoradiation Therapy，PRT)，是二十世纪70年代末问世的一种针对血管增生性病变组织的选择性治疗新技术。该疗法是继手术、放疗、化疗和免疫治疗之后的又一种正在研究发展中的肿瘤新疗法。其基本原理是：某些特定药物(光敏剂)进入患者体内后，能动态浓集于肿瘤等新生组织中，后者在一定光波长的辐照下，与所摄入药物(光敏剂)发生光动力敏化反应而产生单线态氧(102)等活性氧物质，导致生物大分子光氧化失活，并由此造成细胞的损伤和引起肿瘤细胞死亡，最终使患者得以治愈。光动力疗法与肿瘤传统疗法相比具有自己的独特优点：(1)能选择性地消灭局部的原发或复发肿瘤而不危及正常组织；(2)可与其他肿瘤疗法同时进行并具有一定程度的协同作用；(3)毒副反应轻微，操作既方便又经济。光动力疗法(PDT)如今也已被用于非肿瘤型疾病的治疗，如：眼底黄斑病变、血管成型术后再狭窄、牛皮癣、鲜红斑痣、类风湿关节炎等疾病的治疗。
利用光动力疗法治疗的关键因素在于光敏剂和相应波长的激光，其中激光器发出的激光要能按要求被导入所需治疗的病灶部位。目前，临床常用的眼科激光治疗机是通过导光光纤(或导光关节臂)传导激光。这就存在一个如何把激光耦合进光纤，并提高其光能量耦合效率的问题。对于氦氖、Ar+、Kr+类的气体激光器，由于其出光多为TEM00模、光斑圆质量好、发散度很小，所以耦合就很容易。但对于半导体激光器，由于其发出的光在快轴方向的发散度比慢轴方向的大很多，所以发出的就是一个椭圆光斑，增加了提高耦合效率的难度。此外，眼科激光治疗仪中有一个小功率指示激光，其作用是利用在开启大功率的治疗激光之前先开启这个指示光找准病灶，这就要求指示光与治疗光最好能耦合到一个光路里，以实现光路同轴输出使用。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种半导体激光准直耦合装置，以能够将半导体激光器发出的多路激光耦合进同一光纤实现同轴输出。
为实现上述目的，本发明提供一种半导体激光准直耦合装置，其特点在于包括底板以及安装于底板上地散热装置、多个半导体激光器、与半导体激光器相对应的准直镜头、多个光路转折元件、耦合透镜、光纤连接座，所述多个半导体激光器发出多路激光，其中一路激光经相应准直镜头准直后由耦合透镜汇聚入射外接光纤，其它各路激光分别经相应准直镜头准直后，再经光路转折元件转折离轴入射耦合透镜，由耦合透镜汇聚入射外接光纤。
所述半导体激光器包括用于发出治疗光的第一、第二半导体激光器和用于发出指示光的第三半导体激光器，其中第一半导体激光器发出的治疗光经准直后直接透过耦合透镜入射外接光纤。
第二半导体激光器发出的治疗光经准直后再经两光路转折元件两次90°转折，离轴入射耦合透镜；第三半导体激光器发出的指示光经准直后再经一光路转折元件一次90°转折，离轴入射耦合透镜。
所述光路转折元件为直角棱镜。
所述半导体激光器的快轴方向均垂直于底板。
所述经光路转折元件转折的离轴入射光紧凑分布在未经光路转折元件转折的光路两边。
所述第一、第二半导体激光器相互平行地紧贴安装在散热装置上，与散热装置间涂有导热硅脂，该两激光器间保持适当距离。
所述散热装置包括散热片和散热风扇，其中散热风扇安装于散热片的两端，其送风方向一致且与散热片的散热槽方向平行。
所述每一准直镜头藉由一准直镜头座固定于底板上，采用设置于准直透镜筒中的三片高折射率的光学玻璃实现准直。
所述耦合透镜设于耦合透镜镜筒内，藉由光纤连接座固定于底板上，该耦合透镜镜筒的一端接收半导体激光器发出激光的入射，另一端安装一标准光纤接口，用于连接光纤。
本发明的有益效果：
①.将半导体激光器发出的多路激光很好地耦合进同一根光纤实现同轴输出；
②.光路结构新颖、紧凑、简洁，光学元件少而经济；
③.散热片和散热风扇保证了大功率半导体激光器的良好散热并正常工作；
④.光耦合效率高，达到95％以上；
⑤.用于眼底光动力治疗，则可将治疗光与指示光很好地耦合进同一根光纤同轴输出，治疗光功率满足眼底病灶治疗要求，应用方便、准确。
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的光路图。
图中：
1-底板 2-散热装置
3-第一半导体激光器 4-第二半导体激光器
5-第三半导体激光器 6-准直镜头
7-第一直角棱镜 8-第二直角棱镜
9-第三直角棱镜 10-耦合透镜
11-光纤连接座 12-散热片
13-散热风扇 14-准直镜头座
15-第一直角棱镜座 16-第二直角棱镜座
17-耦合透镜镜筒 18-标准光纤接口
19-光纤 20-准直透镜筒
21、22、23-光学玻璃 24-螺钉
【具体实施方式】
如图1、2所示，本发明半导体激光准直耦合装置，用于眼底光动力治疗，包括底板1以及安装于底板1上的散热装置2、三个半导体激光器3、4、5、与半导体激光器3、4、5一一对应的准直镜头6、三个光路转折元件7、8、9、耦合透镜10、光纤连接座11。
其中散热装置2包括大功率散热片12和推拉式散热风扇13，其中散热风扇13安装于散热片12的两端，其送风方向与散热片12的散热槽方向平行，并且向同一方向形成推拉，以大大加强散热效果。
三个半导体激光器3、4、5中第一、第二半导体激光器3、4是用于发出治疗光的大功率半导体激光器，其相互平行地紧贴安装在散热片12上，与散热片12间涂有导热硅脂，两激光器3、4间保持一定距离以避免相互间的热传导影响。该第一、第二半导体激光器3、4各自对应的准直镜头6分别设置于其前方，藉由一准直镜头座14固定于底板1上，与对应激光器3、4间留有一定的空隙以利通风散热。第一、第二半导体激光器3、4分别与其前方的准直镜头6构成治疗光准直光路。第三半导体激光器5是用于发出指示光的低功率半导体激光器，其与第一、第二半导体激光器3、4成90°设置，设于其所对应准直镜头6所在准直镜头座14上，藉由该准直镜头座14固定于底板1上，该准直镜头6位于第三半导体激光器5前，构成指示光准直光路。
本实施例中的光路转折元件采用直角棱镜，其中第一直角棱镜7由第一直角棱镜座15固定于底板1上，第二、第三直角棱镜8、9由第二直角棱镜座16固定于底板1上。当然亦可采用反射镜或偏振分光棱镜等来实现光路转折。
耦合透镜10设于耦合透镜镜筒17内，藉由光纤连接座11固定于底板1上。该耦合透镜镜筒17的一端接收第一、第二、第三半导体激光器3、4、5发出激光的入射，另一端安装一标准光纤接口18，用于连接光纤19。
本发明的光纤连接座11、准直镜头座14、直角棱镜座15、16等可由螺钉24安装于底板1上。
本发明的光路如图2所示，第一、第二半导体激光器3、4各发出一路治疗光，第三半导体激光器5发出一路指示光。其中第一半导体激光器3发出的治疗光经准直后直接入射耦合透镜10，经汇聚后进光纤19；第二半导体激光器4发出的治疗光准直后要经过第一、第二直角棱镜7、8两次90°转折再入射耦合透镜10，经汇聚后进光纤19；第三半导体激光器5发出的指示光准直后经第三直角棱镜9一次90°转折后再入射耦合透镜10，经汇聚后进光纤19。三路光中未经直角棱镜转折的一路治疗光位于正中间，经直角棱镜转折的治疗光与指示光分布在其左右。
由于大功率半导体激光器发出的激光在快轴方向的发散度远大于慢轴方向，因此本实施例的准直镜头6各采用设置于准直透镜筒20中的三片高折射率的光学玻璃21、22、23作为准直透镜对激光在快慢轴方向进行准直。这样，半导体激光器发出的激光经准直后在快轴方向发散度在4毫弧度以内，慢轴方向发散度在25毫弧度以内，就形成了一个窄长的长方形光斑，快轴方向长，慢轴方向窄。将第一、第二、第三三个半导体激光器3、4、5的快轴方向均垂直于底板1安装，这样不用价格较贵的偏振分光棱镜而只用低廉的直角棱镜7、8、9，即可将第一、第二、第三半导体激光器3、4、5发出的激光准直后形成的窄长光斑在窄的方向紧凑地拼在一起，其中未经棱镜转折的一路光在正中间，经棱镜转折的二路离轴入射光紧凑分布在其左右，该三路光再经过耦合透镜10聚焦成平行分布且有一部分重叠的三个小光斑，入射光纤19。
本实施例采用的大功率半导体激光器发出的治疗光光功率可达200mw，波长为630nm，低功率半导体激光器发出的指示光光功率可为3mw，波长为650nm，满足眼底病灶治疗要求。这三路光聚焦后形成的光斑直径约φ300μm左右，这样利用φ400μm多模光纤即可将光全部导入并输出。
本实施例中可采用如下参数的高折射率的光学玻璃21、22、23：
编号 半径(mm) 厚度(mm) 材料 21 -3.436 1.6 ZF6 -3.356 0.1 22 -9.375 1.6 ZF6 -5.888 0.1 23 infinity 1.6 ZF6 -14.09
以及如下参数的耦合透镜10： 半径(mm) 厚度(mm) 材料 17.515 3 K9 infinity
本发明半导体激光准直耦合装置的半导体激光器以及光路转折元件等的数量可视需要而有所不同，其构成的光路也可相应调整。