CN111796375A - 传输光纤、激光光纤结构及传输光纤的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医用光纤技术领域，公开了一种传输光纤、激光光纤结构及传输光纤的制备方法，传输光纤包括光纤芯以及保护结构，光纤芯被配置为能够全反射传输激光；保护结构包覆于光纤芯的周向外侧；光纤芯的尾端伸出保护结构并形成光纤头，光纤头为弧形结构，所述光纤头的弯曲损耗大于0，光纤头的端面以及周向侧面均能够出射激光。该传输光纤的光纤芯的尾端伸出保护结构并形成光纤头，光纤头为弧形结构，光纤头的弯曲损耗大于0，光纤头的端面以及周向侧面均能够出射激光，从而利用光纤头的端面以及周向侧面出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。

Description

传输光纤、激光光纤结构及传输光纤的制备方法
技术领域
本发明涉及医用光纤技术领域，尤其涉及一种传输光纤、激光光纤结构及传输光纤的制备方法。
背景技术
光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，用于传导光。医用传输光纤在做手术时，常用平直型的光纤，利用光纤输出的激光进行手术。手术时，平直光纤出射的激光是平直于光纤的，这就要求病灶必须在光纤的前端，激光才能作用于病灶，且激光只能通过往前射的形式进行操作。然而在很多手术中，病灶可能不是正好在光纤前端，手术中也需要对光纤侧边旁的病灶进行手术，这时平直型的光纤无法对光纤侧边旁的病灶进行手术，而且也无法通过结合物理的动作使平直型的光纤作用于光纤侧边旁的病灶，降低了手术的效率。
现有的光纤也有为弯曲结构的，通过将光纤的尾端进行弯曲，激光光纤的端面为出光面，通过设置成弯曲的以改变激光的出射角度，为了避免激光的损耗，通常弯曲程度都在预设范围内。因此，即使目前的光纤为弯曲结构，激光只能由激光光纤的端面出射，无法对光纤侧边旁的组织进行手术，手术的效率仍然较低。
因此，亟需设计一种传输光纤，能够解决上述问题，提高手术的效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种传输光纤、激光光纤结构及传输光纤的制备方法，能够由光纤头的端面以及周向侧面出射激光，能够结合对光纤的物理动作以对光纤侧边旁的组织进行手术，提高了手术的效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种传输光纤，包括光纤芯以及保护结构，所述光纤芯被配置为能够全反射传输激光，所述保护结构包覆于所述光纤芯的周向外侧，所述光纤芯的尾端伸出所述保护结构并形成光纤头，所述光纤头为弧形结构，所述光纤头的弯曲损耗大于0，所述光纤头的端面以及周向侧面均能够出射所述激光。
该传输光纤的保护结构包覆于光纤芯的周向外侧，光纤芯能够全反射传输激光，避免激光能量损失，光纤芯的尾端伸出保护结构并形成光纤头，光纤头为弧形结构，光纤头的弯曲损耗大于0，光纤头的端面以及周向侧面均能够出射激光，从而利用光纤头的端面以及周向侧面出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
作为上述激光光纤的一种优选方案，所述光纤头的弯曲半径R根据如下公式进行计算得出：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头的弯曲半径；
K1为波数。
根据上述公式能够便于得出光纤头的弯曲半径R。
作为上述激光光纤的一种优选方案，所述光纤头为圆弧结构，所述圆弧结构的圆心角小于等于180°。
光纤头为圆弧结构，圆弧结构的圆心角小于等于180°，该结构的激光光纤便于对病灶进行切割以及刮拉。
作为上述激光光纤的一种优选方案，所述保护结构包括：
包层，包覆于所述光纤芯的周向外侧，所述包层的折射率低于所述光纤芯的折射率；
涂覆层，涂覆于所述包层的外侧；及
保护层，包覆于所述涂覆层的外侧。
保护结构的包层包覆于光纤芯的周向外侧，包层的折射率低于所述光纤芯的折射率，能够使激光在光纤芯的进行全反射传输；涂覆层涂覆于包层的外侧，主要起到增加光纤韧性，保护光纤的作用；保护层保护于涂覆层的外侧，用于起到保护作用。
本发明还提供一种激光光纤结构，包括上述的传输光纤，还包括光纤连接器，所述光纤连接器安装于所述传输光纤的远离所述光纤头的一端，所述光纤连接器被配置为能将激光器发出的激光导入所述传输光纤内。
该激光光纤结构通过光纤连接器能够将激光器发出的激光导入到传输光纤内，使得传输光纤能够传输激光器发出的激光。
作为上述激光光纤结构的一种优选方案，所述光纤连接器包括：
插芯，与所述传输光纤相连；及
护套，所述插芯外固定有所述护套，所述护套覆盖所述插芯与所述传输光纤的连接处。
光纤连接器的插芯与传输光纤相连，以便于能够将激光器发出的激光耦合到传输光纤内；插芯外固定有护套，护套覆盖插芯与传输光纤的连接处，起到固定插芯和传输光纤的作用，而且还起到了保护的作用。
作为上述激光光纤结构的一种优选方案，还包括：
操作手柄，设置于所述传输光纤上。
操作手柄的设置用于握持，便于手术操作；同时也用于指示光纤末端方向和限制光纤的作用长度。
本发明还提供一种传输光纤的制备方法，包括以下步骤：
S1、将传输光纤原件的尾端的保护结构去掉，并露出光纤端部；
S2、将所述光纤端部进行弯曲形成弧形结构的光纤头，以使所述传输光纤输出的激光由所述光纤头的端面以及周向侧面出射。
该传输光纤的制备方法，通过将传输光纤原件的尾端的保护结构去掉，并露出光纤端部，将露出的光纤端部进行弯曲形成光纤头，以使传输光纤输出的激光由光纤头的端面以及周向侧面出射，该传输光纤的制备方法，制造简单，利用光纤头的端面以及周向侧面出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
作为上述传输光纤的制备方法的一种优选方案，在步骤S2中，通过加热将所述光纤端部弯曲形成所述光纤头。
通过加热将光纤端部弯曲形成光纤头，制备方法简单，容易实现。
作为上述传输光纤的制备方法的一种优选方案，根据如下公式计算得到所述光纤头的弯曲半径R，并根据计算得到的所述弯曲半径R将所述光纤端部进行弯曲形成光纤头，所述公式为：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头的弯曲半径；
K1为波数。
根据上述的公式能够便于计算得出弯曲半径R，并根据计算得到的弯曲半径R将光纤端部进行弯曲形成光纤头。
本发明的有益效果：
本发明提出的传输光纤，保护结构包覆于光纤芯的周向外侧，光纤芯能够全反射传输激光，避免激光能量损失，光纤芯的尾端伸出保护结构并形成光纤头，光纤头为弧形结构，光纤头的弯曲损耗大于0，光纤头的端面以及周向侧面均能够出射激光，从而利用光纤头的端面以及周向侧面出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
本发明提出的激光光纤结构，通过光纤连接器能够将激光器发出的激光导入到传输光纤内，使得传输光纤能够传输激光器发出的激光。
本发明提出的传输光纤的制备方法，通过将传输光纤原件的尾端的保护结构去掉，并露出光纤端部，将露出的光纤端部进行弯曲形成光纤头，以使传输光纤输出的激光由光纤头的端面以及周向侧面出射，该传输光纤的制备方法，制造简单，利用光纤头的端面以及周向侧面出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
附图说明
图1是本发明提供的激光光纤结构的结构示意图；
图2是本发明提供的传输光纤的结构示意图；
图3是本发明提供的传输光纤原件的结构示意图；
图4是本发明提供的传输光纤原件露出光纤端部的结构示意图；
图5是本发明提供的传输光纤弯曲形成光纤头的结构示意图。
图中:
100、传输光纤；200、光纤连接器；300、病灶；
101、传输光纤原件；102、光纤端部；201、插芯；202、护套；
2、保护结构；
3、光纤头；31、端面；32、周向侧面。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种激光光纤结构，包括传输光纤100和光纤连接器200，光纤连接器200与传输光纤100的一端相连，传输光纤100通过光纤连接器200能够安装于激光器上，激光器能够发射激光，光纤连接器200能够将激光器发射的激光耦合到传输光纤100内，传输光纤100能够全反射传输激光，避免激光能量损失。
如图1和图2所示，传输光纤100包括光纤芯以及保护结构2，光纤芯能够全反射传输激光，保护结构2包覆于光纤芯的周向外侧，光纤芯的尾端伸出保护结构2并形成光纤头3，光纤头3位于传输光纤100的远离光纤连接器200的一端，光纤头3为弧形结构，光纤头3的弯曲损耗大于0，光纤头3的端面31以及周向侧面32均能够出射激光，从而利用光纤头3的端面31以及周向侧面32出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶300达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
具体地，光纤头3的弯曲半径R根据如下公式进行计算得出：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头3的弯曲半径；
K1为波数。
IL预设为预设的光纤头3的弯曲损耗，根据上述公式计算得出光纤头3的弯曲半径R。
可选地，光纤头3为圆弧结构，该结构外形美观，而且使激光出射更加均匀。圆弧结构的圆心角小于等于180°，该结构的激光光纤便于对病灶300进行切割以及刮拉。
虽然光纤头3的端面31以及周向侧面32均出射激光，能够对病灶300进行激光的光热作用，但是起到主要作用的是光纤头3的端面31出射的激光，光纤头3的周向侧面32出射的激光起到辅助治疗的作用。当圆弧结构的圆心角为大于90度小于等于180°范围内时，在端面31出射的激光朝向光纤连接器200，便于对光纤头3的朝向光纤连接器200的一侧的病灶300进行操作，但对于端面31的背离光纤连接器200的一侧的病灶300无法进行有效的操作，即使结合物理动作，也会使得光纤头3需要移动的范围较大，不便于操作。因此，为了能够实现对于端面31朝向或者背离光纤连接器200的一侧的病灶300均能够有效地操作，将圆弧结构的圆心角优选为45°-90°，该结构的光纤头3由端面31出射的激光，结合物理操作实现切割以及刮拉的动作，使光纤头3的移动范围较小，以实现对端面31朝向或者背离光纤连接器200的一侧的病灶300进行操作，操作方便。可选地，圆弧结构的圆心角可以为45°、60°、90°等。
光纤头3的弯曲半径R与光纤芯的直径有关系，光纤芯的直径越大，光纤头3的弯曲半径R越大。参见表1所示。
表1.光纤芯直径与光纤头3的弯曲半径R对应表
光纤纤芯直径(um) 弯曲半径R(mm)
200 3～5
272 5～7
365 7～10
550 10～12
800 17～20
1000 20～24
可选地，光纤头3的端面31为平面，出射的激光的方向容易控制，而且该结构的传输光纤100结构简单，容易制备。
可选地，保护结构2包括包层、涂覆层和保护层，包层包覆于光纤芯的周向外侧，包层的折射率低于光纤芯的折射率，能够使激光在光纤芯的进行全反射传输；涂覆层涂覆于包层的外侧，涂覆层由环氧树脂或硅胶涂覆而成，涂覆层的设置增强传输光纤100的强度、柔软性以及韧性。保护层包覆于涂覆层的外侧，用于起到保护作用，例如保护层可以设置为防水、防火、绝缘的结构，可以防止周围环境对传输光纤100的伤害，以避免水、火、电击等对传输光纤100的伤害。
具体地，如图1所示，光纤连接器200包括插芯201和护套202，插芯201与传输光纤100相连，以便于能够将激光器发出的激光耦合到传输光纤100内；插芯201外固定有护套202，护套202覆盖插芯201与传输光纤100的连接处，起到固定插芯201和传输光纤100的作用，而且还起到了保护的作用。
可选地，传输光纤100的与插芯201相连的一端表面经过抛光处理，增大激光器耦合到传输光纤100的激光效率。
实施例二：
本实施例提供一种激光光纤结构，本实施例中的激光光纤结构与实施例一的区域在于，本实施例中激光光纤结构还包括操作手柄(图中未示出)，设置于传输光纤100上，操作手柄的设置用于握持，便于手术操作，操作者可以拉动或者旋转操作手柄带动传输光纤100的光纤头3伸进、抽出或旋转，将激光照射到组织的不同部位。
可选地，操作手柄活动设置于传输光纤100上，从而能够根据需求调节操作手柄的位置，以便于进行操作。
实施例三：
本实施例提供一种传输光纤的制备方法，用于制备实施例一或实施例二中的激光光纤结构中的传输光纤100，具体包括以下步骤：
S1、将传输光纤原件101(参见图3)的尾端的保护结构2去掉，并露出光纤端部102(参见图4)。
S2、将光纤端部102进行弯曲形成弧形结构的光纤头3(参见图5)，以使传输光纤100输出的激光由光纤头3的端面31以及周向侧面32出射。
该传输光纤的制备方法，通过将传输光纤原件101的尾端的保护结构2去掉，并露出光纤端部102，将露出的光纤端部102进行弯曲形成光纤头3，以使传输光纤100输出的激光由光纤头3的端面31以及周向侧面32出射，该传输光纤的制备方法，制造简单，利用光纤头3的端面31以及周向侧面32出射的激光的光热作用，加上物理的切割以及刮拉的作用力，能够对病灶300达到光热和物理作用力的结合效果，增加手术的功能，提高手术效率。
具体地，根据如下公式计算得到光纤头3的弯曲半径R，并根据计算得到的弯曲半径R将光纤端部102进行弯曲形成光纤头3，公式为：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头3的弯曲半径；
K1为波数。
可选地，在步骤S2中，通过加热将光纤端部102弯曲形成光纤头3，通过加热将光纤端部102弯曲形成光纤头3，制备方法简单，容易实现。具体为：通过二氧化碳激光器对光纤端部102进行高温烧制，使其弯曲。其他实施例中，并不限于上述加热的方式实现光纤头3的弯曲，还可以采用化学或其他机械方法达到。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种传输光纤，包括光纤芯以及保护结构(2)，所述光纤芯被配置为能够全反射传输激光，所述保护结构(2)包覆于所述光纤芯的周向外侧，其特征在于，所述光纤芯的尾端伸出所述保护结构(2)并形成光纤头(3)，所述光纤头(3)为弧形结构，所述光纤头(3)的弯曲损耗大于0，所述光纤头(3)的端面(31)以及周向侧面(32)均能够出射所述激光。
2.根据权利要求1所述的传输光纤，其特征在于，所述光纤头(3)的弯曲半径R根据如下公式进行计算得出：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头(3)的弯曲半径；
K1为波数。
3.根据权利要求2所述的传输光纤，其特征在于，所述光纤头(3)为圆弧结构，所述圆弧结构的圆心角小于等于180°。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的传输光纤，其特征在于，所述保护结构(2)包括：
包层，包覆于所述光纤芯的周向外侧，所述包层的折射率低于所述光纤芯的折射率；
涂覆层，涂覆于所述包层的外侧；及
保护层，包覆于所述涂覆层的外侧。
5.一种激光光纤结构，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的传输光纤，还包括光纤连接器(200)，所述光纤连接器(200)安装于所述传输光纤的远离所述光纤头(3)的一端，所述光纤连接器(200)被配置为能将激光器发出的激光导入所述传输光纤内。
6.根据权利要求5所述的激光光纤结构，其特征在于，所述光纤连接器(200)包括：
插芯(201)，与所述传输光纤相连；及
护套(202)，所述插芯(201)外固定有所述护套(202)，所述护套(202)覆盖所述插芯(201)与所述传输光纤的连接处。
7.根据权利要求5所述的激光光纤结构，其特征在于，还包括：
操作手柄，设置于所述传输光纤上。
8.一种传输光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将传输光纤原件的尾端的保护结构去掉，并露出光纤端部；
S2、将所述光纤端部进行弯曲形成弧形结构的光纤头，以使所述传输光纤输出的激光由所述光纤头的端面以及周向侧面出射。
9.根据权利要求8所述的传输光纤的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，通过加热将所述光纤端部弯曲形成所述光纤头。
10.根据权利要求8所述的传输光纤的制备方法，其特征在于，根据如下公式计算得到所述光纤头的弯曲半径R，并根据计算得到所述弯曲半径R将所述光纤端部进行弯曲形成光纤头，所述公式为：
IL＝AcR-1/2exp(-UR)＞IL预设；
Ac＝(1/2)(π/aW^3)1/2{U/[WK1(W)]}2；
U＝4ΔnW3/(3aV2n2)；
其中，
IL为弯曲损耗；
a是光纤纤芯的半径；
Δn纤芯的折射率和包层的折射率的差值；
n2是包层折射率；
U为径向归一化相位常数；
W为径向归一化衰减常数；
V为归一化频率；
R是光纤头的弯曲半径；
K1为波数。
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