CN217932188U - 通用钬激光光纤输出组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钬激光通用输出光纤，具体涉及一种通用钬激光光纤输出组件，解决现有钬激光设备光纤输出组件大多是一次性耗材，及钬激光设备匹配的光纤输出组件通用性和稳定性差、效率低的技术问题。该通用钬激光光纤输出组件，包括大功率导向接头、耦合光纤及输出光纤；大功率导向接头包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯和接头内腔；耦合光纤用于接收钬激光；耦合光纤的一端与蓝宝石环连接，另一端穿过第一通孔后位于玻璃导向管中并与输出光纤的一端连接，输出光纤的另一端连接外部医用器械。可满足承接的钬激光设备和医学工作条件需求。

Description

通用钬激光光纤输出组件

技术领域

本实用新型涉及一种钬激光通用输出光纤，具体涉及一种通用钬激光光纤输出组件。

背景技术

半导体激光器具有结构简单、电光效率高、体积小、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点，已广泛应用于军事、医疗、通信、材料加工等领域。尤其是应用于碎石治疗中，半导体激光器的高频高能脉冲激光使光纤末端与结石之间的水汽化，形成微小的空泡，并将能量传至结石，使结石粉碎成粉末状。

医学领域钬激光设备应用效果很好，但是由于半导体激光器自身载流子和谐振腔限制，其输出的光束质量相比固体激光器和气体激光器输出的光束质量较差，大功率的半导体激光器耦合光斑尺寸较大且平顶效果较差。半导体激光器通常采用纤芯直径272微米的末端输出光纤达到输出激光的高亮度。为了集成高功率钬激光光束，钬激光设备一般采用光纤输出组件，根据理想激光模式(85％能量尺寸边界)，耦合光斑的部分能量进入光纤包层，而插芯涂胶工艺无法承受能量泄露。如中国专利CN 102998752 B公开了“一种大功率光纤传输跳线及其制作方法”，采用蓝宝石紧配合光纤的方式，但装配难度大，光纤成本高。中国专利CN 106353857 A公开了“一种大功率光纤蓝宝石耦合连接器的改进结构”，采用螺栓压紧蓝宝石环夹持光纤的方式，但装配稳定性不高，实用性不强。

钬激光设备的光纤输出组件大多是一次性耗材，用量很大。由于市场上钬激光设备厂家繁多，光纤输出组件质量不一，导致耦合光斑精度不同，并且光纤输出组件会因老化导致耦合光斑出现边界环光。因此，钬激光设备通用匹配的光纤输出组件，大多效率低、输出稳定性较差，而且光纤输出组件的价格高，导致钬激光设备的应用成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有钬激光设备光纤输出组件大多是一次性耗材，及钬激光设备匹配的光纤输出组件通用性和稳定性差、效率低的技术问题，而提供一种通用钬激光光纤输出组件，可满足钬激光设备和医学工作条件需求。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

通用钬激光光纤输出组件，其特殊之处在于：包括大功率导向接头、耦合光纤及输出光纤；

大功率导向接头包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯和接头内腔；所述插芯内部沿轴向设置有与接头内腔连通的第一通孔，插芯的前端部嵌套有与第一通孔连通的蓝宝石环；接头内腔中设置有与第一通孔连通的玻璃导向管；所述蓝宝石环与玻璃导向管同轴设置；

耦合光纤用于接收钬激光；耦合光纤的一端与蓝宝石环连接，另一端穿过第一通孔后位于玻璃导向管中并与输出光纤的一端连接，输出光纤的另一端连接外部医用器械。

进一步地，所述耦合光纤的另一端与输出光纤的一端拉锥熔接，并在玻璃导向管中形成熔锥区、尾纤区与熔接区；

熔锥区的外径由靠近耦合光纤的大端逐渐减小至靠近输出光纤的小端，大端外径为365微米，小端外径为272微米，锥角小于4°，长度大于10毫米；

尾纤区的外径为272微米，长度大于5毫米。

进一步地，所述耦合光纤的外表面与插芯的内表面之间设有第一间隙，第一间隙大于3微米；

耦合光纤的外表面与蓝宝石环的内表面之间设有第二间隙，第二间隙为2～3微米；

蓝宝石环与插芯前端端部为紧配合；

所述玻璃导向管与接头内腔为间隙配合。

进一步地，还包括设置于接头内腔后端的塑料保护管；

输出光纤的另一端穿过塑料保护管连接外部医用器械。

进一步地，所述耦合光纤与玻璃导向管之间、玻璃导向管和接头内腔均通过高折胶固定连接；

蓝宝石环的内径368微米，外径大于600微米；

玻璃导向管采用熔石英材质，其内径为368微米，外径大于600微米，长度为8～10毫米。

同时，本发明还提供了另一种通用钬激光光纤输出组件，其特殊之处在于：包括大功率导向接头、耦合光纤、输出光纤以及适配器；

大功率导向接头包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯和接头内腔；所述插芯内部沿轴向设置有与接头内腔连通的第一通孔，插芯的前端部嵌套有与第一通孔连通的蓝宝石环；接头内腔中设置有与第一通孔连通的玻璃导向管；所述蓝宝石环与玻璃导向管同轴设置；

耦合光纤用于接收钬激光；耦合光纤的一端与蓝宝石环连接，耦合光纤的另一端穿过插芯、玻璃导向管后位于适配器中并与输出光纤的一端连接，输出光纤的另一端连接外部医用器械；

适配器为中空结构，其两端通过高折胶分别与耦合光纤、输出光纤固定连接。

进一步地，所述耦合光纤的另一端与输出光纤的一端拉锥熔接，并在适配器中形成熔锥区、尾纤区与熔接区；

熔锥区的外径由靠近耦合光纤的大端逐渐减小至靠近输出光纤的小端，大端外径为365微米，小端外径为272微米，锥角小于4°，长度大于10毫米；

尾纤区的外径为272微米，长度大于5毫米。

进一步地，所述耦合光纤的外表面与插芯的内表面之间设有第一间隙，第一间隙大于3微米；

耦合光纤的外表面与蓝宝石环的内表面之间设有第二间隙，第二间隙为2～3微米；

蓝宝石环与插芯的前端端部为紧配合；

玻璃导向管与接头内腔为间隙配合。

进一步地，还包括设置于接头内腔后端的塑料保护管；

输出光纤的另一端穿过塑料保护管连接外部医用器械。

进一步地，所述耦合光纤与玻璃导向管之间、玻璃导向管和接头内腔均通过高折胶固定连接；

蓝宝石环的内径368微米，外径大于600微米；

玻璃导向管采用熔石英材质，其内径为368微米，外径大于600微米，长度为8～10毫米；

适配器的材质为导热铝材。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

(1)本实用新型一种通用钬激光光纤输出组件，通过大功率导向接头将耦合光纤与输出光纤连接，使用大芯径的耦合光纤匹配光纤耦合市场上的钬激光设备的光斑，使用小芯径的输出光纤满足激光高亮度手术需求。其结构简单、通用性强，能够将市场上各种钬激光设备耦合的光束在满足大功率、高亮度、高效率的条件下，安全稳定的输出到医学工作环境中。

(2)本实用新型一种通用钬激光光纤输出组件，使用大功率导向接头连接耦合光纤、输出光纤和钬激光设备，实现钬激光在外部医用器械中的精确导向，其操作简单且稳定，还可以承受大功率杂散耦合光斑。

(3)本实用新型一种通用钬激光光纤输出组件，采用熔锥熔接方式将耦合光纤和输出光纤连接在适配器中，增加了输出效率，减少了热量聚集。

附图说明

图1是本实用新型通用钬激光光纤输出组件实施例一的结构示意图。

图2是实施例一中大功率导向接头的结构示意图。

图3是本实用新型实施例一应用于外部医用器械时，其光能量在耦合光纤、蓝宝石环与玻璃导向管处的能流示意图。

图4是本实用新型通用钬激光光纤输出组件实施例二的结构示意图。

图5是实施例二中适配器的结构示意图。

图6是本实用新型实施例二应用于外部医用器械时，其光能量在适配器中的能流示意图。

图中附图标记为：

1-耦合光纤，2-输出光纤，3-大功率导向接头，31-蓝宝石环，32-玻璃导向管，301-插芯，302-接头内腔，303-塑料保护管，4-适配器，41-熔锥区，42-尾纤区，43-熔接区。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实用新型一种通用钬激光光纤输出组件，包括耦合光纤1、输出光纤2、以及大功率导向接头3。钬激光指波长为2.1±0.1微米的半导体激光，通用光纤输出组件指可以匹配市场上绝大部分钬激光设备要求的光纤输出组件，其采用粗光纤耦合激光，细光纤输出激光，导向接头装夹定位光纤，适配器4变换光束。

如图2、图3所示，大功率导向接头3的前段是插芯301，后段内部是接头内腔302。大功率导向接头3包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯301和接头内腔302；插芯301内部沿轴向设置有与接头内腔302连通的第一通孔，插芯301的前端部嵌套有与第一通孔连通的蓝宝石环31；接头内腔302中设置有与第一通孔连通的玻璃导向管32；蓝宝石环31与玻璃导向管32同轴设置；由于耦合光纤1、输出光纤2的包层光泄露危害很大，需要采用大功率的插芯301。插芯301前端端部镶嵌蓝宝石环31，接头内腔302内安装玻璃导向管32。玻璃导向管32和接头内腔302同轴间隙配合，并且两者间隙尺寸务必小于耦合光纤1与玻璃导向管32之间的间隙；玻璃导向管32和接头内腔302用高折胶固定。耦合光纤1与玻璃导向管32间隙配合，并在插芯301中悬空，与蓝宝石环31间隙配合。耦合光纤1与蓝宝石环31的间隙悬空，不涂胶，防止热量聚集。耦合光纤1与插芯301间隙较大，该段能量全都在耦合光纤1中***露。耦合光纤1与玻璃导向管32间隙优选3微米，间隙灌胶优选玻璃胶(或者使用玻璃气溶胶结固定)。在钬激光设备功率较低时，间隙灌胶也可选择高折胶。耦合光纤1和输出光纤2，两者拉锥熔接。耦合光纤1从大功率导向接头3后端穿入经过玻璃导向管32抵达前端蓝宝石环31，耦合光纤1的近端端面与蓝宝石环31接收钬激光光束的端面平齐。

另外，大功率导向接头3远离蓝宝石环31的一端外部设置有塑料保护管303，塑料保护管303可以保护光纤和接头的连接。

本实施例中，耦合光纤1在插芯301中悬空，作为匹配钬激光设备的接入元件。大功率导向接头3作为耦合光纤1与钬激光设备的连接件。由于市场上的钬激光设备耦合光斑精度不同，大功率导向接头3中的光纤需要满足耦合光斑的极限精度，容差率要大，因此耦合光纤1优选大尺寸芯径365微米光纤。并且采用无胶工艺固定，尾端增加玻璃导向管32，加强装配稳定性降低装配难度。输出光纤2作为钬激光设备的输出元件，与耦合光纤1熔接。由于医用钬激光输出要满足高亮度条件及医疗效果，因此输出光纤2优选芯径为272微米的医用光纤，其长度大于1米。耦合光纤1前端从大功率导向接头3的尾端穿过玻璃导向管32，进入插芯301，耦合端与插芯301前端平齐。耦合光纤1在大功率导向接头3内的部分，剥除涂覆层，保留纤芯和包层。

耦合光纤1与插芯301的间隙优选5微米。耦合光纤1在蓝宝石环31中悬空，间隙优选3微米。蓝宝石环31，优选内径368微米，外径大于610微米，长度2毫米。蓝宝石环31镶嵌在大功率导向接头3的前端与钬激光光束的耦合光斑平齐。玻璃导向管32，优选熔石英材质，内径368微米，外径610微米，长度11毫米。玻璃导向管32安装在大功率导向接头3尾端内腔中，使用高温胶水与接头内腔302内表面固定(也可以使用水泥胶与接头内腔302内表面固定)。

大功率导向接头3中的蓝宝石环31与耦合光纤1的间隙尺寸在钬激光波长量级，根据物理光学的全反射定理，光波在光纤包层界面处全反射时，能量会渗透一个波长量级尺寸，使得蓝宝石环31将耦合光纤1包层中的大部分能量被抽运到蓝宝石环31中。大功率导向接头3中的玻璃导向管32，其功能为一方面玻璃导向管32的夹持长度可以保证耦合光纤1的空间位置，防止耦合光纤1相对大功率导向接头3产生较大的跳动或倾斜。另一方面玻璃导向管32的厚度以及玻璃导向管32与耦合光纤1的间隙，可以保证耦合光纤1经过蓝宝石环31抽运后的残留能量从玻璃导向管32中完全抽运出来，防止耦合光纤1的包层残留能量从耦合光纤1与大功率导向接头3连接处聚集。

本实用新型在匹配市场上的钬激光设备时，钬激光光束向耦合光纤1的近端端面(嵌套有蓝宝石环31的一端端面)聚焦。由于不同厂家的钬激光设备精度不同，或者设备老化等原因，使得，钬激光光束在耦合光纤1近端端面的耦合光斑比较大，会有部分能量进入耦合光纤1的包层。进入耦合光纤1包层的部分能量经过蓝宝石环31时被抽运出来。剩余的残留能量经过玻璃导向管32时被二次抽运出来。

实施例二

如图4所示，实施例二与实施例一的区别在于耦合光纤1和输出光纤2在适配器4中对接的部分都剥离涂覆层，保留包层和纤芯。使用适配器4连接耦合光纤1和输出光纤2，其中钬激光光束从耦合光纤1进入输出光纤2，并且耦合光纤1的芯径大于输出光纤2的芯径。

如图5、图6所示，为保证耦合光纤1和输出光纤2对接效率，采用熔锥和熔接方式，将耦合光纤1拉锥成熔锥区41，将其芯径拉锥至与输出光纤2芯径相同，并保留一段尾纤(尾纤区42)。尾纤与输出光纤2等径熔接。耦合光纤1和输出光纤2在适配器4中对接，与适配器4的两端用高折胶固定，其余空间为真空状，以保护熔锥区41和熔接区43的光纤。耦合光纤1尾端被拉锥成小芯径光纤，数值孔径不变。钬激光光束能量从大芯径光纤逐步缩小为小芯径光纤，亮度增加，满足医学工作条件。钬激光光束能量在耦合光纤1的尾纤区42整段几乎无损耗。适配器4的熔接区43是耦合光纤1的尾纤与输出光纤2的近端进行熔接。

钬激光设备的钬激光光束进入耦合光纤1后，由大功率导向接头3抽运出包层能量，故钬激光光束进入适配器4时全在耦合光纤1的纤芯中。在适配器4的熔锥区41因锥角导致部分光能量不满足全反射条件泄露，在熔接区43因熔接光纤对接产生部分反射或散射光能量，从熔锥区41、熔接区43泄露至包层，包层能量在锥面两端泄露最多，泄露的光能量会变成热量，包层能量绝大部分由适配器4两端的高折胶抽运。

本实施例中，适配器4的熔锥区41是耦合光纤1的尾端经熔融拉锥工艺，将耦合光纤1(粗光纤)和输出光纤2(细光)纤对接，工艺简单稳定性好，效率高热量少。耦合光纤1由外径365微米变为外径272微米，锥角3°，拉锥区11毫米，残留尾纤6毫米。适配器4的熔接区43是输出光纤2的头端经光纤熔接器与耦合光纤1的尾纤同轴对接区域。耦合光纤1在适配器4的熔锥区41域，剥除涂覆层，保留纤芯和包层。熔锥区41使用模具均匀拉锥，尾纤部分等径拉伸。输出光纤2在适配器4的熔接区43域，剥除涂覆层，保留纤芯和包层。适配器4的材质优选导热铝材。

本实用新型应用于钬激光设备的光纤输出，可以承接钬激光设备和医学工作条件需求，将市场上各种钬激光设备耦合的光束在满足大功率、高亮度、高效率条件下，安全稳定的输出到医学工作环境中。

实施例二的其余结构与实施例一相同。

Claims (10)

1.通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：包括大功率导向接头(3)、耦合光纤(1)及输出光纤(2)；

所述大功率导向接头(3)包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯(301)和接头内腔(302)；所述插芯(301)内部沿轴向设置有与接头内腔(302)连通的第一通孔，插芯(301)的前端部嵌套有与第一通孔连通的蓝宝石环(31)；接头内腔(302)中设置有与第一通孔连通的玻璃导向管(32)；所述蓝宝石环(31)与玻璃导向管(32)同轴设置；

所述耦合光纤(1)用于接收钬激光；耦合光纤(1)的一端与蓝宝石环(31)连接，另一端穿过第一通孔后位于玻璃导向管(32)中并与输出光纤(2)的一端连接，输出光纤(2)的另一端连接外部医用器械。

2.根据权利要求1所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)的另一端与输出光纤(2)的一端拉锥熔接，并在玻璃导向管(32)中形成熔锥区(41)、尾纤区(42)与熔接区(43)；

所述熔锥区(41)的外径由靠近耦合光纤(1)的大端逐渐减小至靠近输出光纤(2)的小端，大端外径为365微米，小端外径为272微米，锥角小于4°，长度大于10毫米；

所述尾纤区(42)的外径为272微米，长度大于5毫米。

3.根据权利要求1或2所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)的外表面与插芯(301)的内表面之间设有第一间隙，第一间隙大于3微米；

所述耦合光纤(1)的外表面与蓝宝石环(31)的内表面之间设有第二间隙，第二间隙为2～3微米；

所述蓝宝石环(31)与插芯(301)前端端部为紧配合；

所述玻璃导向管(32)与接头内腔(302)为间隙配合。

4.根据权利要求3所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：还包括设置于接头内腔(302)后端的塑料保护管(303)；

所述输出光纤(2)的另一端穿过塑料保护管(303)连接外部医用器械。

5.根据权利要求4所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)与玻璃导向管(32)之间、玻璃导向管(32)和接头内腔(302)均通过高折胶固定连接；

所述蓝宝石环(31)的内径368微米，外径大于600微米；

所述玻璃导向管(32)采用熔石英材质，其内径为368微米，外径大于600微米，长度为8～10毫米。

6.通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：包括大功率导向接头(3)、耦合光纤(1)、输出光纤(2)以及适配器(4)；

所述大功率导向接头(3)包括接头外壳、同轴套设在接头外壳从前到后依次连接的插芯(301)和接头内腔(302)；所述插芯(301)内部沿轴向设置有与接头内腔(302)连通的第一通孔，插芯(301)的前端部嵌套有与第一通孔连通的蓝宝石环(31)；接头内腔(302)中设置有与第一通孔连通的玻璃导向管(32)；所述蓝宝石环(31)与玻璃导向管(32)同轴设置；

所述耦合光纤(1)用于接收钬激光；耦合光纤(1)的一端与蓝宝石环(31)连接，耦合光纤(1)的另一端穿过插芯(301)、玻璃导向管(32)后位于适配器(4)中并与输出光纤(2)的一端连接，输出光纤(2)的另一端连接外部医用器械；

所述适配器(4)为中空结构，其两端通过高折胶分别与耦合光纤(1)、输出光纤(2)固定连接。

7.根据权利要求6所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)的另一端与输出光纤(2)的一端拉锥熔接，并在适配器(4)中形成熔锥区(41)、尾纤区(42)与熔接区(43)；

所述熔锥区(41)的外径由靠近耦合光纤(1)的大端逐渐减小至靠近输出光纤(2)的小端，大端外径为365微米，小端外径为272微米，锥角小于4°，长度大于10毫米；

所述尾纤区(42)的外径为272微米，长度大于5毫米。

8.根据权利要求7所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)的外表面与插芯(301)的内表面之间设有第一间隙，第一间隙大于3微米；

所述耦合光纤(1)的外表面与蓝宝石环(31)的内表面之间设有第二间隙，第二间隙为2～3微米；

所述蓝宝石环(31)与插芯(301)的前端端部为紧配合；

所述玻璃导向管(32)与接头内腔(302)为间隙配合。

9.根据权利要求6-8任一所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：还包括设置于接头内腔(302)后端的塑料保护管(303)；

所述输出光纤(2)的另一端穿过塑料保护管(303)连接外部医用器械。

10.根据权利要求9所述的通用钬激光光纤输出组件，其特征在于：所述耦合光纤(1)与玻璃导向管(32)之间、玻璃导向管(32)和接头内腔(302)均通过高折胶固定连接；

所述蓝宝石环(31)的内径368微米，外径大于600微米；

所述玻璃导向管(32)采用熔石英材质，其内径为368微米，外径大于600微米，长度为8～10毫米；

所述适配器(4)的材质为导热铝材。

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