一种半导体激光合成器治疗仪

摘要

本发明一种半导体激光合成器治疗仪，包括：半导体激光合成器和控制系统，半导体激光合成器包括：激光介质晶体（4）、半导体激光器（1）、光学耦合系统(2)、反射镜（3）和输出镜（5）、倍频晶体（6）、反馈镜（7），传输光纤（9）和聚焦透镜（8）；激光介质晶体（4）、反射镜（3）和输出镜（5）组成激光谐振腔，倍频晶体（6）放置于输出镜（5）和反馈镜（7）之间，聚焦透镜（8）设置于反馈镜之后；控制系统包括：电源模块，半导体激光合成器稳定工作模块及系统控制模块。本发明采用腔外倍频加基波反馈技术并结合电路控制系统，很好地实现了效率和稳定性兼顾的目的。可有效用于光动力学治疗，对鼻腔或穴位进行激光照射，用于血管性头痛和脑梗塞、脑外伤后遗症及慢性心、脑血管疾病的治疗。

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械领域，涉及激光治疗设备，特别涉及一种新型半导体 激光合成器治疗仪。

背景技术

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发 明，被称为“最快的刀”、它的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱 因斯坦发现。20世纪四大发明是“激光，原子能，半导体，计算机”。现在激 光广泛用于医疗领域。低强度激光照射治疗效果，经临床验证已受到国内外专 家的肯定。主要应用于治疗脑部疾病、心血管疾病、糖尿病、肿瘤、白血病、 精神性疾病等等。根据健康医学发现，激光激发的血液荧光主要在600-670纳 米之间。激发血液由基态至激发态，由630-650纳米的激光作为激光源最有效， 治疗的效果最好。低强度激光治疗对心血管病前期的预防和发病后的恢复期都 有很好的疗效。对于亚健康人群的身体恢复和人体抗衰老有一定的作用。

现有技术中，已出现多种半导体激光治疗仪，对疾病的预防和治疗有一定 的效果。但大多采用腔内倍频手段，即倍频晶体放置在激光晶体和反射片之间 如申请人拥有的一项专利名称是：“一种激光治疗机”,(专利号：00108495.X) 提供了一种670nm激光治疗机。采用这种纯腔内倍频技术，虽然效率高，但功 率波动大，稳定性较差。且较大的功率波动性容易给患者造成危害性的伤害。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种新型激光合成器治疗 仪，使其具有较好的功率稳定性和较高的效率。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种半导体激光合成器治疗仪，包括：半导体激光器和控制系统，

半导体激光器为半导体激光合成器包括：激光介质晶体、用于泵浦激光 介质晶体的半导体激光器、将半导体激光器输出的激光聚焦到激光介质晶体上 的光学耦合系统、使激光介质受到半导体激光激发后，产生粒子数反转，从而 在谐振腔之间产生基波激光振荡的反射镜和输出镜、将输出镜输出的谐波激光 倍频为红光激光的倍频晶体、将未倍频的谐波激光反射回激光谐振腔，并输出 产生的用于治疗的红光激光的反馈镜；用于将输出的红光激光聚焦到传输光纤 的端面，并通过该光纤，传输到治疗部位，进行治疗的聚焦透镜；激光介质晶 体、反射镜和输出镜组成激光谐振腔，倍频晶体放置于输出镜和反馈镜之间， 聚焦透镜设置于反馈镜之后。

控制系统包括：

电源模块，与半导体激光合成器相连，提供所述半导体激光合成器所需 工作电源；半导体激光合成器稳定工作模块，与半导体激光合成器、电源模 块和系统控制模块相连，控制整个系统的稳定输出功率；系统控制模块，与 电源模块和半导体激光合成器模块相连，控制整个系统工作。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中:激光介质晶体为掺钕激光介质晶 体，选自Nd:YVO4或Nd:GdVO4晶体。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，传输光纤选用医用光纤，用于传 输红光激光，并将治疗仪输出的红光激光引导到治疗部位，进行治疗。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，倍频晶体可以选自KTP、LBO、PPKTP 或PPLN晶体。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，反射镜的镜面镀有对泵浦的半导 体激光束高透，对1300nm～1500nm波长全反射的光学膜。输出镜的镜片镀有对 1300nm～1500nm波长激光部分反射，对红光激光全反射的光学膜。反馈镜的镜 片镀有对1300nm～1500nm波长激光全反射，对红光激光增透的光学膜。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，半导体激光合成器可发射强度为 650nm–700nm的红光激光。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，系统控制模块包括CPU微处理器， 作为半导体激光合成器的核心控制器件，控制整个系统的工作。该控制模块还 可设置显示电路、电源检测、报警电路，其中，可设置四个LED灯，3个LED灯 分别用于显示功率，还有一个LED灯是工作指示灯，30MIN是电源指示灯。三级 管Q7是电源检测IC，当电源过低时报警。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，电源模块可以设置为包括：外接 电源插座JP1、三端稳压块Q1、内部电池供电系统输入端JP2、构成充电电路 的三级管Q3和Q4及用于控制充电的三级管Q9。

所述的半导体激光合成器治疗仪，其中，半导体激光合成器稳定工作模块 包括：输出激光合成器稳定电源的三级管Q8、提供半导体激光合成器电源输 出插座JP5、比较信号放大的比较器芯片U1、控制功率调节作用的三级管Q10、 Q11，作为半导体激光合成器电源的三级管Q2，作为信息负反馈，稳定输出 功率的三级管Q6。

本发明的有益效果

本发明半导体激光合成器采用腔外倍频加基波反馈技术，综合了腔外倍频 和腔内倍频技术的方案，使用倍频晶体放置在输出片和反馈镜之间，该腔型的 倍频技术解决了激光技术稳定性难题。本发明技术既利用了腔外倍频的优良的 输出稳定性，又保持了腔内倍频的较高效率，很好地实现了效率和稳定性兼顾 的目的。

同时，本发明采用了微处理器(CPU)控制系统和结合本发明半导体激光合 成器设置的电路控制系统，可提供安全可靠的治疗操作。系统中设置了半导 体激光合成器稳定工作模块，可有效的增强系统的可控功能，保证该激光治 疗仪具有恒定的输出功率，并具备稳定的性能。

本发明激光合成器治疗仪，可望在新一代治疗仪器上发挥重要作用。可用 于光动力学治疗，对鼻腔或穴位进行激光照射，用于血管性头痛和脑梗塞、脑 外伤后遗症及慢性心、脑血管疾病的治疗。是一种有效的激光治疗设备。

附图说明

图1为本发明半导体激光合成器治疗仪工作原理图

图2为半导体激光合成器内部结构示意图

图3为本发明控制系统中电源模块的电路图

图4为本发明控制系统中控制按键的电路图

图5为本发明控制系统中系统控制模块和半导体激光合成器模块的电路 图

图1中，11为半导体激光合成器，12为系统控制模块，13为电源模块，14 为半导体激光合成器稳定工作模块，15为治疗头（光纤头）。

图2中，1为泵浦用半导体激光器，2为光学耦合系统，3为反射镜，4为 激光介质晶体，5为输出镜，6为倍频晶体，7为反馈镜，8为聚焦透镜，9为 传输红光激光的医用光纤。

图3中，JP1为外接电源插座，三级管Q1是三端稳压块，JP2是内部电池 供电系统输入端，三级管Q3、Q4、构成充电电路控制电路，三级管Q9作为充 电控制。

图4中，JP4为控制按键插座。

图5中，单片机AT89C2051为系统控制模块中作为CPU微处理器，半导体 激光合成器模块中，三级管Q8输出激光合成器稳定的电源，芯片U1是一个比 较器，三级管Q10、Q11、起控制功率调节作用。三级管Q2是激光头电源。图 中的“键盘”可接控制按键JP4。三级管Q6作为信息负反馈，稳定输出功率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行说明。

本发明半导体激光合成器治疗仪包括半导体激光器和控制系统，其中，

半导体激光器为本发明的半导体激光合成器，其内部结构见图2，图2中， 1为泵浦用半导体激光器（LD），可采用多根组合的形式，其输出波长为808nm 或880nm。2为光学耦合系统,可为常用的LD激光耦合部件，如可以为球面镜、 非球面镜、二元光学透镜其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的 增透膜。3为反射镜，可采用球面和平面的结构，镜上镀有对泵浦光高透， 对1300nm～1500nm波长全反射的反射膜；4为激光介质晶体，可以为Nd:YVO4 或Nd:Gd:VO4晶体；5为输出镜，采用平面结构，镜片镀对1300nm～1500nm 部分反射，对红光激光全反射的光学膜；6为（可带有温度控制的）倍频晶体， 可以是KTP、LBO、周期极化KTP(PPKTP)、周期极化铌酸锂(PPLN)等非线性变 频晶体；7为反馈镜，采用平面结构，镜片镀有对1300nm～1500nm激光全反， 对红光激光增透的光学膜。8为聚焦透镜；9为传输红光激光的医用光纤， 10为泵浦用半导体激光器11的驱动电源。

本发明的控制系统包括电源模块13、系统控制模块12和激光合成器稳定 工作模块14。

参见图3，电源模块13包括外接电源插座JP1、三端稳压块Q1。电源经过 外接电源插座JP1后，其中Q1是三端稳压块，3端途经二极管D1后输出电路 的供电电压（VCC）。

该电源模块还包括内部电池供电系统，JP2是内部电池供电系统输入端， 由Q3、Q4、构成充电电路控制电路，当客户在使用时，不充电，当客户停止 使用时，Q3、Q4开始工作，此时才能对电池充电。三级管Q9用于充电控制， Q9的集电极与CPU微处理器（AT89C2051）的引脚相接。

电源模块13与半导体激光合成器11相连，提供所述半导体激光合成器 所需工作电源；

参见图4，系统控制模块12包括CPU微处理器，选用单片机AT89C2051 作为半导体激光合成器的核心控制器件，控制整个系统的工作。该控制模块还 包括显示电路、电源检测、报警电路，其中，四个LED灯中3个分别用于显示 功率，3MW、4MW、5MW,还有一个是工作指示灯，30MIN是电源指示灯。三级管 Q7是电源检测IC，当电源过低时报警。

系统控制模块12，与电源模块13和半导体激光合成器稳定工作模块14相 连，控制整个系统工作。

半导体激光合成器稳定工作模块14包括三级管Q6、Q8、Q10、Q11、芯片 U1、U2等等电路。其中Q8输出激光合成器稳定的电源，JP5是提供激光合成 器电源输出插座，芯片U1是一个比较器，比较信号放大由1脚输出，三级管 Q10、Q11用于控制功率调节作用。Q2是激光头（半导体激光合成器）电源。 图中的“键盘”接控制按键JP4。三级管Q6用于信息负反馈，稳定输出功率。 三级管Q6、Q10、Q11的基极分别串联电阻接CPU微处理器（AT89C2051）的引 脚，三级管Q6的集电极串联电阻与Q2和U1芯片的引脚相接。

熟悉本领域的技术人员完全可以按照电路图来实现该控制系统，这里不做 另外的文字描述。

本发明的控制系统可以设置在一主机体内。参见图1，通过设置在主机体 合适位置上的激光连接口用激光导光线（激光耦合线，也是电流导线）与半导 体激光合成器的一端相连,半导体激光合成器的另一端还可连接有治疗头15 （光纤头），接触人体表面，进行治疗。

主机体上还可设置与治疗控制有关的辅助配件，如与治疗控制相关的选 择按钮或开关按钮及一些选择性部件，如功率选择键和治疗启动键等。

开启电源，半导体激光器1输出的激光通过光学耦合系统2聚焦到激光 介质晶体4上，激光介质晶体受到半导体激光激发后，产生粒子数反转，从 而在由反射镜3和输出镜5组成的谐振腔之间产生1300nm～1500nm激光振 荡。产生的1300nm～1500nm激光由输出镜5输出，在倍频晶体6上发生频率 变换，产生670nm-700nm红光激光，产生的红光激光由反馈镜7输出，剩余 的1300nm～1500nm激光反射回谐振腔，起腔外反馈作用，提高倍频晶体上的 1300nm～1500nm激光强度。输出的红光激光，经聚焦透镜8聚焦到医用光纤9 的端面，并通过该光纤传输到治疗部位，进行治疗。

具体实施例

实施例1：

泵浦用半导体激光器1采用808nm LD（是多根组合的形式），光学耦合系统 2可为常用的LD激光耦合部件，如可以为球面镜、非球面镜、二元光学透镜其 中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。激光介质晶体4采 用Nd:YVO4晶体，平面反射镜3镀对808nm增透，对1342nm激光全反射的光学 膜，平面输出镜5镀对1342nm部分反射，对671nm全反射的光学膜，倍频晶体6 采用PPLN，平面反馈镜7镀对671nm增透，对1342nm全反射的光学膜。

开启电源10，泵浦用半导体激光器1输出的激光通过光学耦合系统2聚 焦到激光介质晶体4上，激光介质晶体4受到半导体激光激发后，产生粒子 数反转，从而在由反射镜3和输出镜5组成的谐振腔之间产生1342nm激光 振荡。产生的1342nm激光由输出镜5输出，在倍频晶体6上发生频率变换， 产生671nm红光激光，产生的671nm红光激光由反馈镜7输出，剩余的1342nm 激光反射回谐振腔，起腔外反馈作用，提高倍频晶体上的1342nm激光强度。 输出的671nm红光激光经聚焦透镜8聚焦，注入医用光纤端面，通过医用光 纤9传导到治疗部位。

实施例2：

泵浦用半导体激光器1采用880nm LD（是多根组合的形式），光学耦合系 统2可为常用的LD激光耦合部件，如可以为球面镜、非球面镜、二元光学透镜 其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。激光介质晶体4采 用Nd:YVO4晶体，反射镜3镀对880nm增透，对1342nm激光全反射的膜系，输出 镜5镀对1342nm部分反射，对671nm全反射的膜系，倍频晶体6采用LBO晶体， 反馈镜7镀对671nm增透，对1342nm全反射的膜。

开启电源10，泵浦用半导体激光器1输出的激光通过光学耦合系统2聚 焦到激光介质晶体4上，激光介质晶体4受到半导体激光激发后，产生粒子 数反转，从而在由反射镜3和输出镜5组成的谐振腔之间产生1342nm激光 振荡。产生的1342nm激光由输出镜5输出，在倍频晶体6上发生频率变换， 产生671nm红光激光，产生的671nm红光激光由反馈镜7输出，剩余的1342nm 激光反射回谐振腔，起腔外反馈作用，提高倍频晶体上的1342nm激光强度。 输出的671nm红光激光经聚焦透镜8聚焦，注入医用光纤9端面，通过医用 光纤9传导到治疗部位。

实施例3:

泵浦用半导体激光器1采用808nm LD（是多根组合的形式），光学耦合系 统2可为常用的LD激光耦合部件，如可以为球面镜、非球面镜、二元光学透 镜其中的一种或其组合，并在其通光面制备泵浦光的增透膜。激光介质晶体4 采用Nd:GdVO4晶体，平面反射镜3镀对808nm增透，对1340nm激光全反射的 膜系，平面输出镜5镀对1340nm部分反射，对670nm全反射的膜系，倍频晶体6 采用PPKTP晶体，平面反馈镜7镀对670nm增透，对1340nm全反射的膜。

开启电源10，泵浦用半导体激光器1输出的激光通过光学耦合系统2聚 焦到激光介质晶体4上，激光介质晶体4受到半导体激光激发后，产生粒子 数反转，从而在由反射镜3和输出镜5组成的谐振腔之间产生1340nm激光 振荡。产生的1340nm激光由输出镜5输出，在倍频晶体6上发生频率变换， 产生670nm红光激光，产生的670nm红光激光由反馈镜7输出，剩余的1340nm 激光反射回谐振腔，起腔外反馈作用，提高倍频晶体上的1340nm激光强度。 输出的670nm红光激光经聚焦透镜8聚焦，注入医用光纤9端面，通过医用 光纤9传导到治疗部位。

以上描述仅是本发明的实施方案，对本领域技术人员来说显然可以 做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神，所有这些变化和改进都被 认为是本发明的范围之内。