CN111580230A - 柔性光纤、制备方法及基于该光纤的可驱动激光手术刀 - Google Patents

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Abstract

一种柔性光纤以及基于该光纤的可驱动激光手术刀，包括位于内侧的光纤结构以及包裹所述光纤结构的柔性增强层，所述光纤结构具备普通光纤所具有的能量传递、信息传递功能；所述柔性增强层包括至少两层，且所述柔性增强层的最外层具有低刚度。该柔性光纤，通过柔性增强层的设计，在不显著影响光纤功能的情况下，既可以提高光纤弯曲能力，也使光纤最外层材料的可选择范围更加广泛。基于该光纤的可驱动激光手术刀包括激光手术刀骨架以及处于骨架中的上述柔性光纤和驱动丝，其中柔性光纤具备传能的能力，驱动丝用于控制骨架的运动。该可驱动激光手术刀同时具备传输高功率激光、形态感知、基于视觉伺服的姿态控制等功能。

Description

柔性光纤、制备方法及基于该光纤的可驱动激光手术刀
技术领域
本发明涉及一种光纤及其制备方法以及其应用领域，特别是涉及一种柔性光纤及其制备方法、以及基于该光纤的可驱动激光手术刀。
背景技术
随着医学技术的发展，对手术过程中操作的精准性、灵活性提出了更高的要求。例如以前切口大小在10cm-20cm的脊柱手术，基于微创手术概念的发展，手术的切口已经可以缩小到3cm-5cm。通过缩小创口，可以降低病人的损伤、加快病人愈合的速度，但同时对手术操作器械的精准度、灵活度提出了更高的要求。
激光技术的发展使得激光医疗近年来愈发火热。基于激光的消融方案相比传统的机械切割方案，具有感染风险低、创口小、疼痛小的优势，广泛应用于牙科、耳鼻喉科等领域。但目前医学上常用的消融性激光，例如用于牙科手术的Er:YAG激光(2.94μm)、用于耳鼻喉手术的CO2激光(10.6μm)，波长都处于红外波段，主要的传输方式是采用空心内部镀银的导光臂进行传输，其只能在关节处弯曲，弯曲角度也有一定限制，无法进入体内狭窄曲折的腔道。因此也有采用光纤来传输激光的方案，而常用的石英光纤由于石英在红外波段存在较高的损耗而无法使用，目前主要使用的中红外传能光纤均存在材料刚度高且柔韧性不足的问题，无法实现在狭窄通道内的有效弯曲，极大程度地限制了激光在外科手术中的应用。
公开号为CN102976607B的中国发明专利提供了一种硫系玻璃光纤。这种光纤通过内层硫系玻璃的芯包结构引导红外激光沿轴向传输。但由于硫系玻璃材料的刚度高，此类光纤难以弯曲，并且容易被折断。
公开号为CN1726414A的中国发明专利申请提供了一种空芯传能光纤，通过聚合物与硫系玻璃周期***替形成的光子带隙结构将红外激光束缚在光纤中。但此类光纤为了保持内层约束光的光子带隙结构不因为外侧弯曲破坏，必须采用刚度较强的聚合物材料。一旦采用刚度较强的聚合物材料，光纤整体的弯曲难度又会提高。目前用于制备这种纤维的聚合物材料为PEI和PES，这两种聚合物材料的杨氏模量分别为13445Mpa和2689MPa，聚合物材料里面刚度较低的PVDF的杨氏模量仅有380Mpa。
公开号为CN102360096A的中国发明专利申请提供了一种双层涂覆方案，通过在光纤表面涂覆柔性材料，达到降低光纤弯曲半径的效果。但是涂覆方案存在两个问题：1，涂覆是对拉制光纤的二次加工，涂覆的厚度取决于光纤经过涂覆杯的速度和涂覆物质粘度，如果涂覆装置和拉丝装置放在一条生产线上，那么会对整体的拉丝速度产生一定的限制。2，涂覆对涂覆物质的粘度有较高的要求，而涂覆层的厚度的可控性不强。因此必须在制备光纤预制棒阶段将柔性物质混杂入光纤预制棒，达到一次性加工制备出具有高柔性光纤的目标。
公开号为US20140090506A1的美国发明专利申请提供了一种蛇形驱动机械臂，实现了机器人末端的柔性驱动。这种驱动方式对比传统的刚度机械臂驱动方式，存在可重复定位精度和高额定载荷的下降。因此如果希望运用这种方式驱动激光手术刀，需要降低激光手术刀本身的刚度并辅以传感器弥补可重复定位精度的下降。而现有的激光手术刀，其手术刀自身的柔性和活动范围，很难达到高精细手术的要求。
因此如果能从结构上在光纤外层引入更多的高柔性聚合物材料，就能显著降低光纤的弯曲难度，进而拓展光纤的应用范围，并且使得目前的激光手术刀的驱动方案可以适用于此类光纤，为激光手术术式的进一步拓展打下了基础。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够选取更多可用材料，并且能够同时降低光纤机械刚度的柔性光纤，其制备方法及其在可驱动激光手术刀上的应用，具有该柔性光纤的可驱动激光手术刀，可同时具有组织激光消融、照明或传感等多种功能。
为了解决上述问题，本发明实施例主要提供如下技术方案：
一种柔性光纤，其特征在于：包括
位于中心的光纤结构，所述光纤结构具有高功率激光传输功能；
包裹所述光纤结构的柔性增强层，所述柔性增强层包括至少两层，并且所述柔性增强层中的最外层具有低刚度；
所述柔性增强层与所述光纤结构的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。
作为本申请的另一实施方式，一种柔性光纤，其特征在于：包括
位于内侧的至少两个光纤结构，所述至少两个光纤结构的其中之一具有高功率激光传输功能；
包裹所述至少两个光纤结构的柔性增强层，所述柔性增强层包括至少两层，并且柔性增强层中的最外层具有低刚度；
所述柔性增强层与所述光纤结构的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。
优选的，所述光纤结构为阶跃折射率光纤结构、渐变折射率光纤结构、或者微结构光纤结构。
优选的，所述柔性增强层的最外层材料在常温下的杨氏模量低于1000Mpa，并且所述柔性增强层中的各层与所述光纤结构的最外层中，每相邻的两层材料之间，在光纤拉制温度时的粘度差在两个数量级之内。
优选的，光纤中所有材料在光纤拉制温度时的粘度均在102泊-107泊范围内，所述光纤拉制温度为60℃-600℃。
优选的，所述柔性增强层材料均为聚合物材料或者改性聚合物材料。
优选的，所述改性聚合物材料通过在聚合物材料中复合辅助材料得到，所述辅助材料包括弹性橡胶体、无机物、碳酸脂类、砜类、醚酰亚胺类、丙烯酸脂类，或者含氟聚合物中的任一种。
所述聚合物材料包括碳酸脂类、砜类、醚酰亚胺类、丙烯酸脂类，或者含氟聚合物中的任一种，并且辅助材料与聚合物材料不同。
优选的，所述光纤结构的最外层以及柔性增强层中，各层的杨氏模量从内向外依次降低。
优选的，所述光纤结构为光子带隙光纤结构，所述光纤结构包括位于中心的空气纤芯以及包围所述空气纤芯的包层，所述包层为高折射率材料和低折射率材料依次多层交替层叠的结构。
优选的，所述柔性增强层中的最外层为一层，并且同时包裹所述至少两个光纤结构，所述柔性增强层中的最内层分别包裹所述至少两个光纤结构。
优选的，所述柔性增强层还包括中间层时，所述中间层单独包裹所述至少两个光纤结构，或者所述中间层同时包裹部分所述至少两个光纤结构，或者所述中间层同时包裹所有光纤结构。
优选的，所述柔性增强层的最外层中设有纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器用于传感纤维的弯曲状态，所述纤维态形态传感器材料的软化温度在600℃以上，且不会因为600℃以下的温度变化导致功能失效。
一种柔性光纤的制备方法，包括：
S1，制备光纤结构的预制棒结构；
S2，在所述预制棒结构的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到内层预制棒；
S3，制备至少一个空心套管，该空心套管为柔性增强层中的其他层，并将空心套管嵌套于内层预制棒外侧得到最终的光纤预制棒；该至少一个空心套管中的最外层材料具有较低的刚度，并且该光纤结构中最外层、柔性增强层中的最内层与至少一个空心套管中，相邻的层之间具有相近的流变性能；
S4，拉制所述光纤预制棒，所述光纤预制棒的拉制温度为60℃-600℃。
优选的，如果所述光纤结构为阶跃折射率光纤结构时，步骤S1具体包括制作内侧为纤芯材料，外侧为包层材料的预制棒结构；
如果所述内侧的光纤结构为光子带隙结构，步骤S1具体包括
S11：制备分别为高折射率材料和低折射率材料的双层薄膜；
S12：将双层薄膜沿圆棒连续卷绕，形成高折射率材料和低折射率材料交替层叠的螺旋状包层结构，并且需要在步骤S4拉制前，去掉所述中心圆棒。
优选的，所述步骤S2具体为，S21：在预制棒结构外卷绕最内层材料，形成所述柔性增强层的最内层；S22：将卷绕好最内层材料的预制棒结构进行加热，使各层之间熔融，冷却后即得到所述内层预制棒。
优选的，所述步骤S3具体为，S31：选取与最内层流变性能类似但刚度较弱的至少一种材料；S32：将所述至少一种材料制得至少一个空心套管，该至少一个空心套管具有空孔；S33：将至少一个空心套管与内侧的内层预制棒依次嵌套并且熔合在一起。
优选的，光纤结构最外层材料的杨氏模量、所述步骤S2中选取的最内层材料的杨氏模量、以及步骤S3中选取的至少一种材料的杨氏模量，从内向外依次降低。
优选的，当所述光纤结构为至少两个时，所述步骤S1中制备的预制棒结构也为相应的至少两个；步骤S3中制备的所述至少一个空心套管，包括制备其内具有空孔的最外层套管，所述最外层套管的空孔与光纤结构个数对应；
并且当所述柔性增强层具有至少一层中间层时，所述将空心套管嵌套于内层预制棒外侧包括将所述柔性增强层中的至少一层中间层对应的套管，分别对应设于最外层套管的空孔内。
优选的，还包括在步骤S3中，在最外层套管中制作至少一个单独的空孔用于放置纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器在所述步骤S4中放入，并且在拉制时不产生结构变化。
一种可驱动激光手术刀，包括沿一轴向间隔设置的多个盘状体，以及连接多个盘状体的驱动丝，所述盘状体上设有多个孔，其特征在于：上述所述的柔性光纤依次穿过所述盘状体上相应的孔设置，所述驱动丝连接驱动装置和控制装置，用于控制多个盘状体之间的相互运动，以使得该多个盘状体形成能够弯曲转动的柔性体，所述柔性体的外侧还设有外壳。
优选的，还包括纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器依次穿过所述盘状体相应的孔中，与所述柔性光纤同向延伸，用于传感该可驱动激光手术刀的弯曲状态；
还包括照明元件和成像元件，所述照明元件具有对目标区域照明的功能，所述成像元件具有获取目标区域图像的功能。
优选的，所述纤维态形态传感器包括光纤光栅形态传感器。借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：该光纤对柔性增强层结构进行了改造，在保证高强度激光的传输的前提下，使得光纤更容易弯曲，使得光纤在保持内侧区域材料刚度的情况下降低纤维整体的弯曲难度，进而拓展了材料的选取范围，以及光纤的应用领域。并且，基于该柔性光纤设计的可驱动激光手术刀，可以实现远程操控的激光手术，拓宽了激光手术的范围。
附图说明
图1为本发明实施例2的柔性光纤的截面示意图。
图2为本发明实施例2提供的柔性光纤的损耗谱，横坐标为传输光的波长，纵坐标为该光纤传输该波长时的损耗。
图3为本发明实施例7提供的柔性光纤的截面示意图。
图4为本发明实施例8提供的柔性光纤的截面示意图。
图5为本发明实施例9提供的可驱动激光手术刀的示意图。
图6为本发明实施例9提供的可驱动激光手术刀除去外壳后的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种柔性光纤，包括为与内侧的至少一个光纤结构，以及包围所述光纤结构的柔性增强层。该光纤，如图1所示，包括位于中心的光纤结构，该光纤结构具有高功率激光传输功能，包围所述光纤结构的柔性增强层，所述柔性增强层包括至少两层，并且柔性增强层与所述光纤结构中的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能，用于增加整个光纤的柔性。
作为本发明的另一实施方式，包括位于内侧的至少两个光纤结构，以及包裹所述至少两个光纤结构的柔性增强层，所述至少两个光纤结构中的一个用于传输高功率激光，所述柔性增强层包括至少两层，柔性增强层中的最外层具有低刚度，并且柔性增强层与所述光纤结构中的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。该具体的实施例中，光纤结构为至少两个，分别设于柔性增强层内，该至少两个光纤结构，可以提供不同的功能，例如一根光纤结构用于传输可操作性的激光，另一根光纤用于传输可见光，等等。以使得该柔性光纤具有更大的适用范围。
所述光纤结构，可以为阶跃折射率光纤结构、渐变折射率光纤结构、或者微结构光纤结构，微结构光纤结构包含光子晶体光纤，光子带隙光纤以及悬芯光纤。
优选地，当该光纤结构为光子带隙光纤时，该光纤结构包括位于中心的空气纤芯，以及包围所述空气纤芯的包层。所述中心的空气纤芯即为光纤的纤芯，该区域由包层确定。所述包层为对特定波长的光波的反射结构。所述包层结构为环绕纤芯的交替层叠结构。交替层叠结构包括折射率高低不同的至少两种材料，例如，高折射率材料优选为硫系玻璃材料，低折射率材料优选为聚合物材料。并且高折射率材料位于最内侧用于限定纤芯的范围，具体而言，可以先将两种折射率高低不同的材料制成双层膜，整个包层由双层膜螺旋卷绕纤芯而成，如此，包层就可以形成如图1所示的螺旋交替层叠结构。
包层中高低折射率材料的交替次数为各5层-20层，即双层膜卷绕5层-20层，优选为9-15层。该包层材料可选取的范围较广，任何热塑性强，红外吸收率低，折射率低，例如折射率小于1.6的聚合物材料，与软化温度低，沸点低，折射率高，例如折射率大于1.8的硫系玻璃材料均可用于设计并构建光子带隙结构，制作所述的内层包层结构。
优选地，所述纤芯的半径为5λ-200λ，λ代表传输光的波长。该包层的厚度为纤芯直径的0.2-5倍。
所述柔性增强层包括至少两层，并且柔性增强层的最外层具有较低的刚度，优选地，该最外层材料在常温下杨氏模量低于1000MPa。并且柔性增强层与所述光纤结构中的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。这样设计的目的，是为了使得柔性增强层的最外层在具备较低刚度的同时，还能够逐层之间具有相近的流变性能，因此，柔性增强层与内侧光纤结构的预制棒能够实现共拉，实现该柔性光纤的一步拉制成型。
并且优选的，所述柔性增强层中的各层与所述光纤结构的最外层中，每相邻的两层材料之间，在光纤拉制温度时的粘度差在两个数量级之内。
该柔性光纤中所有材料在光纤拉制温度时的粘度均在102泊-107泊范围内，所述光纤拉制温度为60℃-600℃。
所述柔性光纤的总直径不超过5mm，并且该柔性光纤的截面中，柔性增强层中的最外层所占的面积，应当大于等于光纤截面总面积的50％。
优选的，所述柔性增强层中靠近光纤结构的包层一侧的最内层的材料为聚合物材料，为了实现光纤的共拉，该聚合物材料在工作温度，即光纤拉制温度时的粘度在102泊-107泊范围内，所述光纤拉制温度为60℃-600℃。
该柔性增强层中的最内层和最外层，或者该整个柔性增强层都可以为聚合物材料或者改性聚合物材料。该聚合物材料包括碳酸脂类(例如PC)、砜类(例如PES)、醚酰亚胺类(例如PEI)以及丙烯酸脂类(例如PMMA)，或者含氟聚合物中的任一种。
该柔性增强层为改性聚合物时，可以是在上述聚合物材料中复合辅助材料来得到，例如通过在聚合物材料中共混其他聚合物材料，或者在聚合物材料中填充无机物材料。该辅助材料可以包括弹性橡胶体、无机物、碳酸脂类(例如PC)、砜类(例如PES)、醚酰亚胺类(例如PEI)以及丙烯酸脂类(例如PMMA)，或者含氟聚合物中的任一种，只要该聚合物材料和辅助材料不同即可。
其中的无机物可以包括CaCO3，SiO2或硅灰石；其中的弹性橡胶体包括硅胶或者橡胶。
优选地，所述最外层可以为最内层的聚合物材料的改性聚合物材料，例如复合其他聚合物、无机物或者弹性体，只要该弹性体或者聚合物在光纤拉制的工作温度时的粘度在102泊-107泊内的即可，例如氟化物或者硅胶等等。
优选的，该光纤结构的最外层以及柔性增强层中，各层的样式模量从内向外依次降低。为了满足该条件，该柔性增强层材料的选取，可以包括多种方式，最直接的，可以是直接根据杨氏模量的大小进行选择，该柔性增强层中的各层材料为聚合物材料或者改性聚合物材料。
优选的，可以通过复合的方式得到柔性增强层其他层材料的选取。其中一种可选方式为，可以先选取一种杨氏模量小于光纤结构的最外层的杨氏模量的聚合物材料作为最内层材料，然后再通过在最内层聚合物材料的基础上复合辅助材料得到其他层的材料，例如，对最内层聚合物材料进行聚合物的共混，或者无机物的填充等。并且，该方式中，柔性增强层的其他层中，复合的辅助材料的比例从内向外逐渐增大，例如，最内层聚合物材料为A，在最内层聚合物材料A中进行聚合物材料B的共混，即B为辅助材料，当该柔性增强层为三层以上时，除了最内层和最外层，还包括至少一层中间层，该中间层的材料为60％A+40％B，最外层材料为40％A+60％B；或者中间层为两层，从内向外的材料分别为60％A+40％B、40％A+60％B，最外层材料为20％A+80％B。该种方式中，光纤结构的最外层材料可以是不论任何材料均可，需要选取的最内层材料只要是杨氏模量小于光纤结构最外层材料的杨氏模量即可，然后再对该聚合物材料进行复合制备得到与该聚合物材料相关的改性聚合物作为柔性增强层的其它层。
当然该方式中有一种极端的情况，即例如，最内层聚合物材料为A，中间层材料为60％A+40％B、40％A+60％B，最外层材料为B，即在最内层材料中复合辅助材料时，该复合的比例可以达到100％。
作为另一种方式，当光纤结构的最外层材料为聚合物材料时，直接在该聚合物材料的基础上复合辅助材料作为柔性增强层的各层，并且辅助材料的复合比例，从柔性增强层的最内层开始逐渐增大，当然，本领域技术人员也可以了解到，该辅助材料的复合比例也可以为100％，
当然本领域技术人员了解到，上述两种方式只是优选的方式，该柔性增强层的材料的选取也可以采用其他方法，只要满足流变性能以及杨氏模量的要求即可。
当所述光纤结构为至少两个时，所述柔性增强层中的最外层为一层，并且同时包裹所述至少两个光纤结构，所述柔性增强层中的最内层同时包裹所述至少两个所述光纤结构，或者分别包裹所述至少两个光纤结构。优选地，该柔性增强层中的最内层分别包裹所述至少两个光纤结构，使得该两个光纤结构外侧分别设有最内层。并且当该光纤结构为聚合物材料光纤时，该最内层可直接省略，即该聚合物材料光纤的包层可作为最内层来使用。
所述柔性增强层还包括中间层时，所述中间层单独包裹所述至少一根光纤结构，或者所述中间层同时包裹部分光纤结构，或者所述中间层同时包裹所有光纤结构。当所述柔性增强层包含中间层时，可以是该至少两个光纤结构中的至少一根光纤外设有中间层，例如，当光纤结构为两个时，一根的外侧包裹有柔性增强层的最内层及中间层，另一根外侧仅包裹有最内层，然后两个光纤结构均被最外层包裹，即光纤结构的外侧分别包裹对应的柔性增强层的最内层和中间层，并且同时被最外层包裹。当然，本领域技术人员也可以了解到该最内层和中间层，也可以同时包裹至少两个光纤结构，即最内层、中间层都只有各一层，这样虽然也能达到本发明的效果，但是这样的设置会导致最外层的厚度的减少，相比单独的光纤结构对应其相应的最内层和其它层，直接放入最外层的空孔中，不利于光纤整体柔性的增加。
所述柔性增强层的最外层中还可以设有纤维态形态传感器，该纤维态形态传感器用于探测光纤的弯曲状态。所述纤维态形态传感器设于最外层中相应的空孔中，所述纤维态形态传感器包括传感纤维，传感纤维上设有沿长度方向间隔分布的传感单元。
具体的，该纤维态形态传感器可以为石英光纤光栅传感器，即该传感纤维可以为石英材料，并且其上的传感单元为可以为光纤光栅。石英光纤光栅传感器包括至少三根独立的传感纤维并列设置，并且每根传感纤维上的传感单元位于与轴向垂直的同一截面，该光纤光栅可以至少三个为一组沿传感纤维的长度方向间隔设有多组。该石英光纤光栅传感器的至少三根单独的传感纤维可以由外层结构包裹为一体，进而形成一体的结构，然后设于柔性增强层的最外层中的一个空孔中。也可以是该石英光纤光栅传感器的至少三根单独的传感纤维分别设于柔性增强层的最外层相应的空孔中。
因为石英材料的熔点高于聚合物，因此，该石英材料的传感纤维只能设于柔性增强层的最外层相应的空孔中，并且在该光纤预制棒拉制前放入，通过光纤预制棒的热拉制，固定包裹在该柔性增强层的最外层内。
石英光纤光栅的传输特性随着其形态的变化而变化，因此通过测量石英光纤光栅的传输特性变化，可以判断该传感纤维在该点的弯曲程度。通过在柔性光纤内不同的位置设置多根传感纤维，并且在传感纤维的不同位置设置多个光纤光栅，可以获取不同位置的形态信号，通过计算机建模还原，即可还原出纤维态形态传感器整体的形态。因此，只要该纤维态形态传感器位于柔性光纤内部并与其同向延伸，所获得的形态与柔性光纤形态一致，可以对柔性光纤进行形态传感。
具体的，该石英光纤光栅传感器可以为FBG传感器。
另外，本领域技术人员也可以了解到，也可以不单独设置纤维态形态传感器，可以是在拉制后的柔性光纤的光纤结构中，通过刻蚀后处理等手段，在光纤结构上形成具有形态传感功能的传感结构，用于传感柔性光纤的弯曲状态；所述传感结构，可以是光纤光栅结构。
该柔性光纤的制备方法：包括以下步骤：
S1，制备光纤结构的预制棒结构；
S2，在所述预制棒结构的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到内层预制棒；
S3，制备至少一个空心套管，该空心套管为柔性增强层中的其他层，并将空心套管嵌套于内层预制棒外侧得到最终的光纤预制棒；该至少一个空心套管中的最外层材料具有较低的刚度，并且该光纤结构中最外层、柔性增强层中的最内层与至少一个空心套管中，相邻的层之间具有相近的流变性能；
S4，拉制所述光纤预制棒，所述光纤预制棒的拉制温度为60℃-600℃。
如果所述光纤结构为阶跃折射率光纤结构时，步骤S1具体包括制作内侧为纤芯材料，外侧为包层材料的预制棒结构；制备预制棒结构的方法可以为双坩埚法、熔铸法、管棒法、热拉伸法、光刻法、钻孔法、薄膜卷绕法或者挤压法。
如果内侧的光纤结构为光子带隙结构光纤，则步骤S1中，具体包括
S11：制备分别为高折射率材料和低折射率材料的双层薄膜，具体为，截取一定尺寸的聚合物薄膜，在聚合物薄膜上蒸镀一层玻璃材料，形成玻璃材料-聚合物双层薄膜；该玻璃材料-聚合物薄膜的厚度为5μm-100μm，并且玻璃材料的厚度占双层薄膜总厚度的比例在0.15-0.7之间，不超过50μm。
优选地，蒸镀过程中真空度保持在1×10-3Pa以下。优选地，所述圆棒的直径为5mm-50mm。
S12：将双层薄膜沿圆棒连续卷绕，形成同心设置并且层叠设置的包层结构，进而得到内侧为空气纤芯，外侧为包层的预制棒结构。由于该方法采用薄膜卷绕法，因此，在步骤S4拉制前，需要去掉中心的圆棒，该包层结构的厚度为0.1mm-3mm，可以根据光纤的拉制比例调整。
其中步骤S2，具体包括，S21：在预制棒结构外卷绕最内层材料，形成所述包层的最内层；S22：将卷绕好最内层材料的预制棒结构进行加热，使各层之间熔融，冷却后即得到所述内层预制棒。
其中步骤S3，具体包括，S31：选取与最内层流变性能类似但刚度较弱的至少一种材料；S32：将该至少一种材料通过钻孔法、或者熔铸法得到中心具有空孔的至少一个空心套管；S33：将至少一个空心套管与内侧的内层预制棒依次嵌套并且熔合在一起。
优选地，该柔性增强层中的其他层均为聚合物材料，因此该步骤中，如果该柔性增强层仅包含最内层和最外层，则只需要选取一种聚合物材料作为最外层来制作，如果该柔性增强层包括至少三层，则需要选取至少两种聚合物材料来制作至少两个空心套管，并且在步骤S33中，将至少两个空心套管依次嵌套来形成最终的柔性增强层结构。
优选的，光纤结构最外层材料的杨氏模量、所述步骤S2中选取的最内层材料的杨氏模量、以及步骤S3中选取的至少一种材料的杨氏模量，从内向外依次降低。
为满足上述条件，选取柔性增强层材料的时候，可以通过两种优选的方式，一种是先选取最内层材料，最内层材料为聚合物材料，然后再通过复合辅助材料得到其他层的材料，该辅助材料的比例从内向外逐渐增大，最大可以达到100％。该方式中只要最内层材料的杨氏模量小于光纤材料最外层的模量，通过复合的辅助材料比例的增大，得到杨氏模量逐层减小的柔性增强层多层结构。
第二种是当光纤结构的最外层材料为聚合物材料时，可以直接在该聚合物材料的基础上复合其他辅助材料来得到柔性增强层的各层材料，包括最内层、中间层以及最外层，复合辅助材料的比例从内向外逐渐增加，以实现杨氏模量从光纤结构的最外层开始从内向外逐层降低的效果。当时本领域技术人员也可以了解到，也可以采用其他的方式选取柔性增强层的材料，不限于上述的几种优选方式，只要满足杨氏模量从内向外依次降低即可。
优选地，对于光子带隙结构光纤，在所述拉丝过程中可以通过调整拉丝比例，即预制棒直径与光纤直径之比，达到调整带隙结构的效果，实现在红外波段范围内调整传输波段的目的。
当所述光纤结构为至少两个时，所述步骤S1中制备的预制棒结构也为相应的至少两个；步骤S3中制备的所述至少一个空心套管，包括制备其内具有空孔的最外层套管，所述最外层套管的空孔与光纤结构个数对应；并且当所述柔性增强层具有至少一层中间层时，所述将空心套管嵌套于内层预制棒外侧包括将所述柔性增强层中的至少一层中间层对应的套管，分别对应设于最外层套管的空孔内。该结构制备出的光纤结构，外侧分别包裹各自对应的最内层和中间层，中间层也可以不设置，最内层也可以由聚合物光纤的最外层来替代，并且至少两个光纤结构同时被最外层包裹，既增强了整个光纤的柔性，又能够保证该光纤能够共拉，一次成型。
当所述柔性光纤中需要设置纤维态形态传感器时，在步骤S3中，还需要在最外层套管中制作至少一个单独的空孔用于放置纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器在所述步骤S4中放入。为了避免纤维态形态传感器的功能出现变化，构成该形态传感器的材料的软化温度应高于600℃，且低于600℃的温度变化不会显著影响其功能。
该制作步骤可以分为多种情况，例如，当该纤维态形态传感器为石英光纤光栅传感器时，可以是在步骤S3中，最外层套管中制作至少三个单独的空孔，分别放置石英光纤光栅传感器的至少三根传感纤维，该三个单独的空孔沿最外层的周向均匀设置，如图3所示；并在步骤S4时，拉制光纤预制棒时将至少三根传感纤维分别放入光纤预制棒对应的空孔。
也可以是在步骤S3中，制作的至少一个空心套管中，包括一用于包裹石英光纤光栅传感器的传感器套管，并且在传感器套管中也钻出至少三个空孔，将传感器套管与S3步骤中制备的其他套管一起嵌套并且熔合在一起，在步骤S4时，拉制光纤预制棒时将至少三根传感纤维放入光纤预制棒对应的空孔内。该传感器套管即为该石英光纤光栅传感器的外层结构，可以为热塑性聚合物材料。一种可驱动激光手术刀，包括骨架，该骨架包括沿一轴向间隔设置的多个盘状体，以及连接多个盘状体的驱动丝，所述盘状体上设有多个孔，上述的柔性光纤依次穿过所述盘状体上相应的孔设置，所述驱动丝连接驱动装置和控制装置，用于控制多个盘状体之间的相互位置运动，以使得该多个盘状体形成能够弯曲转动的柔性体，所述柔性体的外侧还设有外壳。通过驱动丝驱动盘状体的运动，进而使得该激光手术刀为一长条形的能够弯曲转动的柔性体，并且通过上述柔性光纤的设置，使得该可驱动激光手术刀能够同时具有激光消融、可见光照明，或者还可以具有形态感知的功能。
该可驱动激光手术刀内还可以包括纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器依次穿过所述盘状体相应的孔中，与所述柔性光纤同向延伸，用于传感该可驱动激光手术刀的弯曲程度。此处的纤维态形态传感器与位于柔性光纤内的纤维态形态传感器不同的是无需考虑工作温度对传感器的影响。该纤维态形态传感器可以设于柔性光纤的外侧，用于感知该激光手术刀的形态，其结构和原理都可以参考位于柔性光纤内侧的石英光纤光栅传感器。
该可驱动激光手术刀，还包括照明元件和成像元件。所述照明元件为手术的目标组区域提供光照，所述成像元件能够对手术的目标区域进行成像。所述照明元件可以通过内嵌入激光手术刀一的LED实现，也可以通过照明光纤依次穿过所述盘状体相应的孔中，与所述柔性光纤同向延伸的方式嵌入在可驱动激光手术刀中实现。所述成像元件可以为内嵌在可驱动激光手术刀一端的CCD相机或者CMOS相机，或者也可以包括光纤成像束，所述光纤成像束依次穿过所述盘状体相应的孔中，与所述柔性光纤同向延伸的方式内嵌在激光手术刀中。
优选的，所述照明光纤以及光纤成像束可以通过光纤共拉的方式集成在一根光纤，即集成为一根光纤，然后放入激光手术刀内部。
或者，所述照明光纤以及光纤成像束可以作为柔性光纤内部的其中一个光纤结构，在柔性光纤制备过程中实现共拉，并且使得柔性光纤同时具备照明和成像功能。
实施例1
该实施例中的光纤，中心的光纤结构为光子带隙结构光纤，即包括位于中心的空气纤芯，该空气纤芯的直径为500μm。空气纤芯的外侧为包层，该包层包括周期***替层叠设置的第一包层和第二包层，该第一包层为As2Se3玻璃，即高折射率材料，该第二包层为PPSU，即低折射率材料。该第一包层位于最内侧，并且第一包层和第二包层交替层叠设置，设置各12层。第一包层和第二包层的厚度分别为1.2μm和2.4μm。
柔性增强层包括最内层，该最内层为多层PPSU薄膜构成。该最内层的厚度为光纤结构中包层厚度的1-20倍，优选地，为光纤结构中包层厚度的3-5倍。该PPSU薄膜层外侧设有最外层，该最外层为改性聚合物材料，该改性聚合物材料为PPSU和氟化物以6:4的质量比混合制得。
该光纤的制作方法，包括：
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PPSU和As2Se3双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为40μm的PPSU薄膜上蒸镀20μm的As2Se3玻璃。优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As2Se3玻璃高温下和水氧反应。S12：将蒸镀好的双层膜绕圆棒进行连续卷绕，如图1所示，形成螺旋卷绕结构，卷绕层数12层。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PPSU薄膜，该PPSU薄膜层的厚度为1mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备空心套管，该空心套管即为柔性增强层中除最内层外的其他层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。
该实施例中的空心套管仅包括柔性增强层的最外层31，该最外层为PPSU改性后的改性聚合物材料。具体为将PPSU颗粒和氟化物颗粒以6:4的重量比例混合，然后用化学试剂将混合物充分溶解。在对溶液进行充分搅拌后，烘干溶液中的化学溶剂，得到PPSU和氟化物颗粒的混合物。用热压机将这种混合物热压为实心棒结构，该实心棒的直径为步骤S1中卷绕所用的圆棒直径的1.5-3倍，优选地，为2倍。再用打孔机在实心棒中心钻制和内层预制棒同样大小的空心孔，得到最外层31的空心套管。
将空心套管和内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和外层预制棒熔合在一起，再取出内层预制棒内卷绕的圆棒，就可以得到光纤预制棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，通过控制拉丝比例，可以控制光纤预制棒和所得纤维的实际缩放比例，进而最终控制所得光纤的传输波段。拉制温度为420℃。
实施例2：
该实施例中的光纤，如图1所示，中心的光纤结构为光子带隙结构光纤，中心为空气纤芯1，该空气纤芯1的直径为500μm。空气纤芯1的外层为包层，该包层包括第一包层21和第二包层22，该第一包层21为As2Se3玻璃，该第二包层22为PPSU。该第一包层21位于最内侧，并且第一包层21和第二包层22交替层叠设置，设置各15层。第一包层21和第二包层22的厚度分别为0.75μm和1.75μm。
柔性增强层包括最内层32，该最内层为多层PPSU薄膜。该最内层32的厚度为25μm，该PPSU薄膜层外侧依次设有中间层33和最外层31，该中间层33和最外层31均为改性聚合物材料，该中间层33的材料为PPSU和氟化物以6:4的重量比例混合制得，该最外层材料为PPSU和氟化物以4:6的重量比例混合制得，该中间层的厚度为25μm，最外层31的厚度为100μm。
该实施例的光纤的制备方法，具体包括步骤
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PPSU和As2Se3双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为35μm的PPSU薄膜上蒸镀15μm的As2Se3玻璃；优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As2Se3玻璃高温下和水氧反应；S12：将蒸镀好的双层膜绕圆棒进行卷绕，卷绕层数为15层。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的光纤预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PPSU薄膜，卷绕厚度为0.5mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备两个空心套管，该空心套管即为柔性增强层中的其他层，并将空心套管依次套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。该实施例中的柔性增强层中的其他层，包括中间层和最外层，因此，需要制作两个空心套管。先将PPSU颗粒和氟化物颗粒分别以6:4、4:6的重量比例混合，得到两种不同比例的颗粒混合物，然后用化学试剂将这些混合物分别充分溶解。在对溶液进行充分搅拌后，烘干溶液中的化学溶剂，得到PPSU和氟化物颗粒的不同比例的两种混合物。用热压机将两种混合物分别热压为实心棒，比例为4:6的混合物压成的实心棒的截面可以完全覆盖比例为6:4的混合物压成的实心棒的截面，再用打孔机在6:4混合比例材料所制成的实心棒的横截面上钻制和内层预制棒形状和大小完全相同的空孔，得到第一层空心套管，再用打孔机在4:6混合比例的实心棒的横截面上钻制和第一层空心套管的外径相匹配的空孔，得到第二层空心套管。将两层空心套管依次与内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和两层空心套管熔合在一起，再取出内层预制棒内的圆棒，就可以得到光纤预制棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，通过控制拉丝比例，可以控制光纤预制棒和所得纤维的实际缩放比例，进而最终控制所得光纤的传输波段。拉制温度为420℃。
如图2所示，为该柔性光纤的损耗谱，横坐标为传输光的波长，纵坐标为该光纤传输该波长时的损耗。
实施例3：
该实施例中的光纤，中心的光纤结构为光子带隙结构，中心为空气纤芯，该空气纤芯的直径为500μm。空气纤芯的外层为包层，该包层包括第一包层即高折射率材料层，和第二包层即低折射率材料层，该第一包层为As2Se3玻璃，该第二包层为PEI。该第一包层位于最内侧，并且第一包层和第二包层交替层叠设置，设置各12层。第一包层和第二包层的厚度分别为1μm和1.5μm。
柔性增强层包括最内层，该最内层为多层PEI薄膜。该最内层的厚度为25μm，该PEI薄膜外侧设有最外层，该最外层为改性聚合物材料，为PEI和氟化物以6:4的重量比例混合制得，该最外层的厚度为100μm。
该光纤的制作方法，包括：
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PEI和As2Se3双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为30μm的PEI薄膜上蒸镀20μm的As2Se3玻璃。优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As2Se3玻璃高温下和水氧反应。S12：将蒸镀好的双层薄膜沿圆棒进行卷绕，卷绕层数18层。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PEI薄膜，该PEI薄膜的厚度为0.5mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备一空心套管，该空心套管即为该最外层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。
具体为，将PEI颗粒和氟化物颗粒充分打碎，按照重量比为PEI：氟化物＝6:4混合，然后用搅拌机充分混合。用热压机将这种混合物热压为实心棒，再用打孔机在实心棒中心钻制和内层预制棒同样大小的空心孔，得到空心套管。将空心套管和内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和空心管熔合在一起，再取出内层预制棒内的圆棒，就可以得到光纤预制棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，通过控制拉丝比例，可以控制光纤预制棒和所得纤维的实际缩放比例，进而最终控制所得光纤的传输波段。拉制温度为420℃。
实施例4：
该实施例中的光纤，中心的光纤结构为光子带隙结构，中心的纤芯为空气纤芯，该空气纤芯的直径为500μm。空气纤芯的外层为包层，该包层包括第一包层和第二包层，该第一包层为As30Se50Te20玻璃，该第二包层为PES。该第一包层位于最内侧，并且第一包层和第二包层交替层叠设置，设置各12层。第一包层和第二包层的厚度分别为0.6μm和1.4μm。
柔性增强层包括最内层，该最内层为多层PES薄膜。该最内层的厚度为40μm，该PEI薄膜外侧设有最外层，该最外层为改性聚合物材料，为PES和硅胶颗粒以8:2的质量比混合制得，该最外层的厚度为120μm。
该光纤的制作方法，包括：
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PES和As30Se50Te20双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为35μm的PES薄膜上蒸镀15μm的As30Se50Te20玻璃。优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As30Se50Te20玻璃高温下和水氧反应。S12：将蒸镀好的双层薄膜沿圆棒进行卷绕。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PES薄膜，该PES薄膜卷绕层的厚度为1mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备空心套管，该空心套管即为该最外层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。
具体为，将PEI颗粒和硅胶颗粒充分打碎，重量比为PEI：硅胶＝8:2混合，然后用搅拌机充分混合。用热压机将这种混合物热压为实心棒状，再用打孔机在实心棒中心钻制和内层预制棒同样大小的空心孔，得到空心套管。将空心套管和内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和空心套管熔合在一起，再取出内层预制棒内的圆棒，就可以得到光纤预制棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，通过控制拉丝比例，可以控制光纤预制棒和所得纤维的实际缩放比例，进而最终控制所得光纤的传输波段。拉制温度为510℃。
实施例5：
该实施例的光纤，中心的光纤结构为光子带隙结构，该空气纤芯的直径为650μm。空气纤芯的外层为包层，该包层包括第一包层和第二包层，该第一包层为As30Se50Te20玻璃，该第二包层为PES。该第一包层位于最内侧，并且第一包层和第二包层交替层叠设置，设置各9层。第一包层和第二包层的厚度分别为0.33μm和0.66μm。
柔性增强层包括最内层，该最内层为多层PES薄膜。该最内层的厚度为25μm，该PEI薄膜外侧设有最外层，该最外层为PPSU，该最外层的厚度为75μm。
该光纤的制作方法，包括：
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PES和As30Se50Te20双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为30μm的PES薄膜上蒸镀15μm的As30Se50Te20玻璃。优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As30Se50Te20玻璃高温下和水氧反应。S12：将蒸镀好的双层薄膜沿圆棒进行卷绕，卷绕层数15层。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PES薄膜，该PES薄膜层的厚度为1mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备一空心套管，该空心套管即为该最外层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。
具体为，将PPSU颗粒热压为实心棒状，再用打孔机在实心棒中心钻制和内层预制棒同样大小的空心孔，得到空心套管。将空心套管和内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和空心管熔合在一起，再取出内层预制棒内的圆棒，就可以得到光纤预制棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，通过控制拉丝比例，可以控制光纤预制棒和所得纤维的实际缩放比例，进而最终控制所得光纤的传输波段。
上述实施例1-5均为对光子带隙结构形式的光纤的优化，此类光纤可以作为激光手术刀在手术中进行运用。目前该领域中采用的光纤由于刚度过强，难以弯曲，对手术中的切割部位，病人的姿势都产生了一定的限制，为了解决这一问题，提出了以上几种光纤的优化方案，这些方案均可以大幅降低光纤刚度，避免由于手术刀刚度过强产生的问题。同时，该些实施例显著降低了光纤与驱动模块结合的门槛，为可驱动激光手术刀提供了基础。
实施例6：
该实施例的柔性光纤，内侧的光纤结构为芯包结构，纤芯为As40Se60玻璃，包层为As40S60玻璃。纤芯直径200μm，包层直径300μm。该实施例外侧的柔性增强层有三层，最内层为PEI，中间层为PEI和PVDF(1:1)的共混物，最外层为PVDF。
该柔性光纤的制作方法，包括：
S1，制备光纤结构预制棒；具体包括，通过机械加工的方式，获取直径为1cm，长10cm的As40Se60玻璃圆柱以及外直径为1.5cm，内直径2cm，长12cm的As40S60玻璃套管。将As40Se60玻璃圆柱***As40S60的玻璃套管内，即得到光纤结构的预制棒。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的光纤结构的预制棒结构外侧，卷绕PEI薄膜，该PEI薄膜层的宽度为15cm，厚度为2.5mm，同时用聚合物颗粒将As40S60玻璃套管短于PEI薄膜层的部分填实，防止硫系玻璃高温下与空气接触进而减少杂质形成；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备两个空心套管，该空心套管即为柔性增强层的中间层和最外层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到光纤预制棒。
具体为，将PEI颗粒和PVDF颗粒充分打碎，按照重量比为PEI：PVDF＝1:1混合，然后用搅拌机充分混合。将混合物热压为长15cm，直径3cm的实芯圆柱。再通过打孔机在实心圆柱中心钻制直径为2.5cm的圆孔，得到中间层空心套管。将PVDF颗粒热压为长15cm，直径为4cm的实心圆柱，再用打孔机在实心棒中心钻制直径为3cm的空心孔，得到最外层空心套管。将中间层空心套管和最外层空心套管依次套在内层预制棒上，然后放入管式炉热固，取出后得到光纤预置棒。
S4，拉制所述光纤预制棒。将得到的光纤预制棒用拉丝塔进行拉丝，即可得到所需光纤，拉丝温度为430℃。
实施例7：
如图3所示，该柔性光纤，中心的光纤结构一根，为光子带隙结构，该光纤结构中该空气纤芯1的直径为650μm。空气纤芯1的外层为包层2，该包层包括第一包层和第二包层，该第一包层为As30Se50Te20玻璃，该第二包层为PES。该第一包层位于最内侧，并且第一包层和第二包层交替层叠设置，设置各9层。第一包层和第二包层的厚度分别为0.33μm和0.66μm。
柔性增强层包括最内层33，该最内层33为多层PES薄膜。该最内层的厚度为25μm，该PES薄膜外侧设有最外层31，该最外层31材料为PPSU，该最外层31的厚度为75μm。柔性增强层的最外层增加了石英光纤光栅传感器40用于形态监控，该石英光纤光栅传感器40包括三根单独设置的传感纤维41，在最外层31内均匀分布。
该柔性光纤的制作方法，包括：
S1，制备中间为空气纤芯，外层为包层的预制棒结构。该步骤S1具体包括S11：制备PES和As30Se50Te20双层薄膜，具体为通过真空加热蒸发的方法在厚度为30μm的PES薄膜上蒸镀15μm的As30Se50Te20玻璃。优选地，蒸镀过程中应保持蒸镀腔室尽可能地处于真空状态，材料所接触到的物质比如薄膜和坩埚应充分干燥去除其中水分，防止As30Se50Te20玻璃高温下和水氧反应。S12：将蒸镀好的双层薄膜沿圆棒进行卷绕，卷绕层数15层。进而得到内层为空气纤芯外侧为包层的预制棒结构。
S2，在所述包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PES薄膜，该PES薄膜层的厚度为1mm；S22：卷绕完成后用生胶带固定，然后放入管式炉内热固，取出后得到内层预制棒。
S3，制备一空心套管，该空心套管即为该最外层，并将空心套管套于内层预制棒外侧得到空芯的光纤预制棒。具体为，将PPSU颗粒热压为实心棒状，再用打孔机在实心棒中心钻制和内层预制棒同样大小的空心孔，得到空心套管。将空心套管和内层预制棒套在一起，进行加热让内层预制棒和空心管熔合在一起，再取出内层预制棒内的圆棒，就可以得到光纤预制棒。然后在光纤预置棒最外层与圆心相互夹角为120°的三个点钻制三个2mm的圆孔作为石英光纤光栅传感器***的位置。
S4，在热拉制过程中，在三个2mm空孔中分别***直径为125μm的具有形态感知功能的传感纤维41，借助拉制过程中预制棒空孔内缩产生的张力，将传感纤维嵌入光纤结构中，最终得到一根同时具备形状力学传感、激光传输功能的柔性红外传输纤维。拉制温度为550℃。
实施例8：
该实施例中，如图4所示，柔性增强层内侧的光纤结构不止一种，包括硫系玻璃光纤结构10以及聚合物光纤结构20，该硫系玻璃光纤结构10用于传输激光，所述聚合物光纤结构20用于传输可见光，因此可以在一根柔性光纤中同时实现了形状传感、激光传输、以及可见光照明的功能。另外该柔性光纤中还包含石英光纤光栅传感器40，该石英光纤光栅传感器包括三根并列设置的传感纤维41，并且通过一外层结构包裹为一体，位于该柔性增强层的最外层的其中一个空孔中。
所述硫系玻璃光纤结构10为芯包结构光纤，包括芯层101为As40Se60，并且其包层102为As39.5S60.5。该聚合物照明光纤，也为芯包结构，芯层201为PEI，包层202为PPSU。
并且该柔性增强层包括设于硫系玻璃光纤结构10外侧的最内层32，该聚合物照明光纤结构的包层202同时起到传输光的作用，又起到柔性增强层最内层的作用，即该聚合物照明光纤外的柔性增强层的最内层为其芯包结构的包层。该柔性增强层中的最外层31为PPSU和氟化物以6:4质量比例混合的改性聚合物。并且该柔性增强层还包括分别对应硫系玻璃光纤结构和聚合物光纤结构的中间层33，设于最内层与最外层之间。
该光纤的制造方法：
S1：制备芯包结构的预制棒。该步骤S1具体包括通过双坩埚法通过挤出得到直径为4mm的芯层为As40Se60包层为As39.5S60.5的硫系玻璃预制棒结构。同时该步骤S1还包括通过套管法制备得到外径为5mm的芯层为PEI包层为PPSU的聚合物预制棒。聚合物预制棒的包层既作为光纤结构的导光包层，也作为柔性增强层中的最内层，因此无需进行S2步骤制备即可得到聚合物内层预制棒。
S2：在所述硫系玻璃预制棒包层的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到一硫系玻璃内层预制棒；该步骤具体包括，S21：直接在上述S1中得到的预制棒结构外侧，卷绕PPSU薄膜，该PPSU薄膜的厚度为1mm；S22：卷绕完成后用加热所述S21中得到的结构，使PPSU层与内部的预制棒结构充分融合，取出后得到硫系玻璃内层预制棒。
S3：制备带有空孔的最外层套管以及中间层套管，该带有空孔的最外层套管即为该最外层，并将中间层套管、硫系玻璃内层预制棒和聚合物内层预制棒分别***最外层套管的空孔中，即可得到光纤预制棒。
具体为，将PPSU颗粒和氟化物颗粒以4:6的重量比例混合，然后用化学试剂将混合物充分溶解。在对溶液进行充分搅拌后，烘干溶液中的化学溶剂，得到PPSU和氟化物颗粒的混合物。用热压机将这种混合物热压为直径为16mm的实心圆棒状，再用打孔机在圆棒内侧三处分别钻制出直径为7mm、6mm和6mm的空孔，得到最外层套管。将PPSU颗粒和氟化物颗粒以6:4的重量比例混合，然后用化学试剂将混合物充分溶解。在对溶液进行充分搅拌后，烘干溶液中的化学溶剂，得到PPSU和氟化物颗粒的混合物。用热压机和钻孔设备将混合物制备成外径7mm、内径6mm的中间层套管、外径6mm、内径5mm的中间层套管，以及外径为6mm中间包含三个直径2mm空孔的传感器套管结构。先将中间层套管分别***最外层套管的对应的孔中，然后将硫系玻璃内层预制棒***内径6mm的中间层套管中，聚合物内层预制棒***内径5mm的中间层套管中，以及将传感器套管放入相应的空孔中，并通过加热使预制棒充分融合，即可得到光纤预制棒。
S4：在热拉制过程中，在传感器套管的3个2mm空孔中***直径为125μm的传感纤维，借助拉制过程中预制棒空孔内缩产生的张力，将石英光纤光栅传感器嵌入光纤结构中，最终得到一根同时具备形状传感、激光传输、以及可见光照明的功能的柔性传输纤维。拉制温度为510℃。
实施例9：
该实施例中，如图5、6所示，将基于实施例7的柔性光纤制备得到可驱动激光手术刀。该激光手术刀包括多个沿一轴向间隔设置的盘状体100，以及连接各个盘状体100的驱动丝200，所述盘状体上设有多个孔，上述实施例8中的柔性光纤300依次穿过每个盘状体设置，并且驱动丝200可以连接驱动装置和控制装置，使得各个盘状体之间的相互运动，使得该可驱动激光手术刀成为一能够弯曲转动的柔性体。该驱动丝200如图5、6所示为至少两个，可以用于控制盘状体100之间的相互运动，并且驱动丝200的个数越多，均匀分布，更加容易实现盘状体之间相互转动进而使得整个激光手术刀精准弯曲的效果。
纤维态状态传感器如实施例7中所述，设于柔性光纤的内侧，包括三根传感纤维，通过检测石英光纤光栅传感器内的波长的变化，即可实现对柔性光纤，即整个激光手术刀的形态检测和判断。该实施例中的柔性光纤300可以同时具备可见光照明、激光传输和形态感知的功能，或者至少具备其中的部分功能。
并且如图所示，该激光手术刀还包括外壳400，该外壳400包括多块相互铰接、并且同样沿柔性光纤的长度方向延伸的铰接块，铰接块之间可以相互转动，进而配合其内侧的盘状体100以及柔性光纤的运动。该盘状体100和外壳400以及驱动丝，即为该激光手术刀的骨架部分。
具体而言，这种激光刀本质上一种多通道软体机器人，其内的柔性光纤能够传输激光实现目标组织部位的消融，属于激光手术刀的主体；驱动丝和盘状体，用于控制以及整个机器人的弯曲运动，可以由电机等驱动装置以及控制装置予以控制；并且还可以再其内设置石英光纤光栅传感器用于感知其形态。最终得到一种具备形态感知以及激光传输功能的激光手术刀。
实施例10：
该实施例中，将基于实施例5的柔性光纤制备得到可驱动激光手术刀。该激光手术刀包括多个沿一轴向间隔设置的盘状体100，连接各个盘状体100的驱动丝200，柔性光纤300依次穿过每个盘状体设置，在柔性光纤300外侧的成像元件和照明元件，所述成像元件和照明元件同样设于盘状体100限定的范围内，与盘状体100连接。该实施例中的柔性光纤300可以仅具有激光传输的功能。所述盘状体上设有多个孔，上述实施例8中的柔性光纤依次穿过每个盘状体设置，并且驱动丝200可以连接驱动装置和控制装置，使得各个盘状体之间的相互运动，使得该可驱动激光手术刀成为一能够弯曲转动的柔性体。该驱动丝200为至少两个，可以用于控制盘状体100之间的相互运动，并且驱动丝200的个数越多，均匀分布，更加容易实现盘状体之间相互转动进而使得整个激光手术刀精准弯曲的效果。纤维态状态传感器设于柔性光纤的外侧，同样穿过盘状体上的孔，并且与柔性光纤300同向延伸。该纤维态状态传感器为石英光纤光栅传感器，可以包括三根传感纤维，通过检测石英光纤光栅传感器内的波长的变化，即可实现对柔性光纤，即整个激光手术刀的形态检测和判断。所述成像元件和照明元件可以是成像和照明一体化的光纤束，也可以是分体的两个部件，例如所述成像元件可以是CCD或CMOS相机，照明元件可以为可选的照明光源，该成像元件和照明元件用于在激光手术过程中提供实时照明和视觉反馈。
当所述成像元件和照明元件为一体化的光纤束时，一体化的光纤束时可通过各个盘状体100的实现近端到远端的传递，并可同时提供照明和成像功能；后者所述的CCD或CMOS相机可以提供成像功能，同时可配置光纤束或LED等照明元件来提供照明功能，这些元件的本体或线缆可通过各个盘状体100实现近端到远端的传递。所述成像元件获得的视觉信息可以用于柔性激光刀的视觉反馈，并结合视觉伺服算法进行精准控制来实现精准激光手术操作。
该三根传感纤维，可以设于柔性光纤300的外侧，沿所述盘状体100的周向均匀分布，即相互之间呈120度角，也可以是三根传感纤维并列设置形成一体的一根结构，穿设于多个盘状体100的孔内，并且与柔性光纤300同向延伸即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (22)

1.一种柔性光纤，其特征在于：包括
位于中心的光纤结构，所述光纤结构具有高功率激光传输功能；
包裹所述光纤结构的柔性增强层，所述柔性增强层包括至少两层，并且所述柔性增强层中的最外层具有低刚度；
所述柔性增强层与所述光纤结构的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。
2.一种柔性光纤，其特征在于：包括
位于内侧的至少两个光纤结构，所述至少两个光纤结构的其中之一具有高功率激光传输功能；
包裹所述至少两个光纤结构的柔性增强层，所述柔性增强层包括至少两层，并且柔性增强层中的最外层具有低刚度；
所述柔性增强层与所述光纤结构的最外层中，相邻的层之间具有相近的流变性能。
3.如权利要求1或2所述的柔性光纤，其特征在于：所述光纤结构为阶跃折射率光纤结构、渐变折射率光纤结构、或者微结构光纤结构。
4.如权利要求1或2所述的柔性光纤，其特征在于：所述柔性增强层的最外层材料在常温下的杨氏模量低于1000Mpa，并且所述柔性增强层中的各层与所述光纤结构的最外层中，每相邻的两层材料之间，在光纤拉制温度时的粘度差在两个数量级之内。
5.如权利要求4所述的柔性光纤，其特征在于：光纤中所有材料在光纤拉制温度时的粘度均在102泊-107泊范围内，所述光纤拉制温度为60℃-600℃。
6.如权利要求5所述的柔性光纤，其特征在于：所述柔性增强层材料均为聚合物材料或者改性聚合物材料。
7.如权利要求6所述的柔性光纤，其特征在于：所述改性聚合物材料通过在聚合物材料中复合辅助材料得到，所述辅助材料包括弹性橡胶体、无机物、碳酸脂类、砜类、醚酰亚胺类、丙烯酸脂类，或者含氟聚合物中的任一种；
所述聚合物材料包括碳酸脂类、砜类、醚酰亚胺类、丙烯酸脂类，或者含氟聚合物中的任一种，并且辅助材料与聚合物材料不同。
8.如权利要求4所述的柔性光纤，其特征在于：
所述光纤结构的最外层以及柔性增强层中，各层的杨氏模量从内向外依次降低。
9.如权利要求1或2所述的柔性光纤，其特征在于：所述光纤结构为光子带隙光纤结构，所述光纤结构包括位于中心的空气纤芯以及包围所述空气纤芯的包层，所述包层为高折射率材料和低折射率材料依次多层交替层叠的结构。
10.如权利要求2所述的柔性光纤，其特征在于：所述柔性增强层中的最外层为一层，并且同时包裹所述至少两个光纤结构，所述柔性增强层中的最内层分别包裹所述至少两个光纤结构。
11.如权利要求10所述的柔性光纤，其特征在于：所述柔性增强层还包括中间层时，所述中间层单独包裹所述至少两个光纤结构，或者所述中间层同时包裹部分所述至少两个光纤结构，或者所述中间层同时包裹所有光纤结构。
12.如权利要求1-11中任一项所述的柔性光纤，其特征在于：所述柔性增强层的最外层中设有纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器用于传感纤维的弯曲状态，所述纤维态形态传感器材料的软化温度在600℃以上，且不会因为600℃以下的温度变化导致功能失效。
13.一种柔性光纤的制备方法，包括：
S1，制备光纤结构的预制棒结构；
S2，在所述预制棒结构的外侧制备柔性增强层中的最内层，得到内层预制棒；
S3，制备至少一个空心套管，该空心套管为柔性增强层中的其他层，并将空心套管嵌套于内层预制棒外侧得到最终的光纤预制棒；该至少一个空心套管中的最外层材料具有较低的刚度，并且该光纤结构中最外层、柔性增强层中的最内层与至少一个空心套管中，相邻的层之间具有相近的流变性能；
S4，拉制所述光纤预制棒，所述光纤预制棒的拉制温度为60℃-600℃。
14.如权利要求13中的柔性光纤的制备方法，其特征在于：如果所述光纤结构为阶跃折射率光纤结构时，步骤S1具体包括制作内侧为纤芯材料，外侧为包层材料的预制棒结构；
如果所述内侧的光纤结构为光子带隙结构，步骤S1具体包括
S11：制备分别为高折射率材料和低折射率材料的双层薄膜；
S12：将双层薄膜沿圆棒连续卷绕，形成高折射率材料和低折射率材料交替层叠的螺旋状包层结构，并且需要在步骤S4拉制前，去掉所述中心圆棒。
15.如权利要求13中的柔性光纤的制备方法，其特征在于：所述步骤S2具体为，S21：在预制棒结构外卷绕最内层材料，形成所述柔性增强层的最内层；S22：将卷绕好最内层材料的预制棒结构进行加热，使各层之间熔融，冷却后即得到所述内层预制棒。
16.如权利要求13中的柔性光纤的制备方法，其特征在于：所述步骤S3具体为，S31：选取与最内层流变性能类似但刚度较弱的至少一种材料；S32：将所述至少一种材料制得至少一个空心套管，该至少一个空心套管具有空孔；S33：将至少一个空心套管与内侧的内层预制棒依次嵌套并且熔合在一起。
17.如权利要求16所述的柔性光纤的制备方法，其特征在于：光纤结构最外层材料的杨氏模量、所述步骤S2中选取的最内层材料的杨氏模量、以及步骤S3中选取的至少一种材料的杨氏模量，从内向外依次降低。
18.如权利要求14所述的柔性光纤的制备方法，其特征在于：当所述光纤结构为至少两个时，所述步骤S1中制备的预制棒结构也为相应的至少两个；步骤S3中制备的所述至少一个空心套管，包括制备其内具有空孔的最外层套管，所述最外层套管的空孔与光纤结构个数对应；
并且当所述柔性增强层具有至少一层中间层时，所述将空心套管嵌套于内层预制棒外侧包括将所述柔性增强层中的至少一层中间层对应的套管，分别对应设于最外层套管的空孔内。
19.如权利要求13所述的柔性光纤的制备方法，其特征在于：还包括在步骤S3中，在最外层套管中制作至少一个单独的空孔用于放置纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器在所述步骤S4中放入，并且在拉制时不产生结构变化。
20.一种可驱动激光手术刀，包括沿一轴向间隔设置的多个盘状体，以及连接多个盘状体的驱动丝，所述盘状体上设有多个孔，其特征在于：上述权利要求1-12中任一项所述的柔性光纤依次穿过所述盘状体上相应的孔设置，所述驱动丝连接驱动装置和控制装置，用于控制多个盘状体之间的相互运动，以使得该多个盘状体形成能够弯曲转动的柔性体，所述柔性体的外侧还设有外壳。
21.如权利要求20所述的可驱动激光手术刀，其特征在于：还包括纤维态形态传感器，所述纤维态形态传感器依次穿过所述盘状体相应的孔中，与所述柔性光纤同向延伸，用于传感该可驱动激光手术刀的弯曲状态；
还包括照明元件和成像元件，所述照明元件具有对目标区域照明的功能，所述成像元件具有获取目标区域图像的功能。
22.如权利要求20或21所述的可驱动激光手术刀，其特征在于：所述纤维态形态传感器包括光纤光栅形态传感器。
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