学术讨论—第六章医用光导纤维技术.ppt
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1、 医用激光医用激光(jgung)(jgung)传输系统传输系统第六章第六章 医用光导纤维医用光导纤维(un do xin wi)(un do xin wi)技术技术第一页,共三十一页。引言(ynyn)o激光器所发出的激光是直线传播的。o传输系统就是能把这直线传播的激光束有效地传送(chun sn)到人体的病变部位的传输器械,是医用激光器的重要部件,其质量的好坏将直接影响到医用激光器的治疗效果。第二页,共三十一页。评价(pngji)标准o 1激光束通过传输系统后是否保持激光的原有特性(txng),如激光的平行性、相干性等。o 2传输系统是否能承受足够大的激光功率,且传输损耗又较小。o 3传输系统
2、是否操作灵巧,自由度大而无死角,是否体积小、重量轻,调试方便和维修保养简便。o 4传输系统是否处于任何位置时,其输出功率恒定、光斑模式一致。第三页,共三十一页。传输方式o导光臂传输(chun sh)o光导纤维传输o光学系统传输第四页,共三十一页。导光臂传输(chun sh)o对于波长为10.6m的CO2激光,国内外虽已有产品,但其成本高,尚不能普及,所以目前国内外在CO2激光治疗机中的导光系统大多采用装有反射镜的转动式导光关节臂。o它是由反射镜基座(j zu)、连接管、轴承、反射镜和激光刀头等组成。第五页,共三十一页。导光臂传输(chun sh)o反射镜基座由硬质铝合金材料制成,加工精度要求较
3、高,基座与连接管的二孔轴线要相互垂直,其交点应正好交于反射镜面(jn min)中央,与镜面(jn min)交角均为45。o对于传输功率大于100W的激光,一般采用黄铜作基板;小于100W的激光则一般都用石英玻璃或硬质玻璃作基板。第六页,共三十一页。卧式CO2激光手术刀及导光关节臂结构示意图1 激光管固定圈 2 激光管支架(zhji)3 电源箱 4 导光关节支架 5 关节臂 6 刀头 第七页,共三十一页。o导光关节臂的轴承是连接管和反射镜基座相连的重要部件,为了保证反射镜基座上的反射镜在轴转动时光束不发生(fshng)偏摆,对轴承的选择和轴承外圈的加工精度要求很高。o导光关节臂的连接管,一方面是
4、连接反射镜基座,另一方面是让激光束通过并且作为轴承的转动轴,所以对其管径的内外两周必须有良好的平行度和同心度。第八页,共三十一页。o关节臂末端的操作手柄,习惯上被称为激光刀头,o刀头内部都装有聚焦透镜(tujng),在透镜(tujng)的焦点处,可对病变组织进行切割,离焦点的距离逐渐增大时,激光束的光斑也随之加大,从而功率密度随之降低,治疗作用就从切割过渡到汽化,再到凝固。o当离焦点的距离再增大时,光斑面积更大,以致使功率密度小于组织的损伤阈值,此时对组织无急性损伤,可用其温热效应进行激光理疗,或把聚焦透镜换成扩束透镜进行激光理疗。对于不同的治疗,激光的刀头套的长短和形状也有所不同。第九页,共
5、三十一页。导光关节导光关节(gunji)臂与激光器的耦合臂与激光器的耦合 o常用的方法有直管烧孔法和内调焦平行光管调整法以及肉眼校正法三种方法。一般(ybn)因直管烧孔法的校准比较简便,所以应用比较普遍。其标准方法如下:o首先取出激光机附件中的调试管(长度一般为500mm左右,内外口径与导光关节臂的连接管完全相同的直管),装到关节臂的固定架或座上。然后在调试管的近端和远端分别贴上微湿的薄纸片,再启动激光机,让激光管输出的激光束在纸片上烧个小孔,反复调节激光管固定圈上的调节螺钉,直至调试管近端和远端的纸片上的烧孔都处于端口的中心为止。再取下调试管,装上导光关节臂即可投入正常使用。第十页,共三十一
6、页。导光光纤传输(chun sh)o光导纤维是一种能够对光或图像进行传输的光学纤维,简称光纤。o医用石英光纤用石英玻璃、有机硅树脂或硬聚氟物等材料制成。o光纤一般由三层组成,其中心部称为芯,中间部分称为包层,纤芯的折射率必须大于包层的折射率,光束在纤芯里传播,包层的作用是把光束限制(xinzh)在纤芯里传播。最外层是用塑料等材料制成的保护层。第十一页,共三十一页。阶跃光纤阶跃光纤 o阶跃光纤:是一种最常用最简单的光纤。它的纤芯折射是均匀一致的,且纤芯和包层界面处的折射率由高阶跃变低,故称为(chn wi)阶跃光纤或阶梯光纤。第十二页,共三十一页。1.结构(jigu)阶跃光纤是由两种不同折射率的
7、材料组成的。其中心部分是有均匀(jnyn)折射率n1的石英玻璃纤维,称为纤芯纤芯。纤芯被折射率为n2的包层包层包裹,包层的材料可以是石英、有机硅树脂或硬聚氟物,分别称为石英包层光纤、软硅酮包层光纤和硬聚氟包层光纤。纤芯的折射率n1必须大于包层的折射率n2。包层的外面用环氧树脂等塑料材料做成保护层。第十三页,共三十一页。在入射端某一点发出的不同入射角度的光线,在光纤维内传播的路程不同,不能在另一端的空间外同时聚焦(jjio),所以单根阶跃光纤只能用于导光,而不能传递图像。2.阶跃光纤中光束的传播(chunb)特点第十四页,共三十一页。3.光纤的数值孔径(NA)右图中,由折射定律:n0sin0=n
8、1sin=n1cos =n1(1sin2)1/2 设c为全反射临界角,则 sinc=n2/n1 由以上两式,可得到入射光线在纤芯中 形成全反射时的最大入射角c应满足:n0sinc=n1(1sin2c)1/2=(n12n22)1/2 将NA=n0sinc=(n12n22)1/2,称为光纤的数值孔径。数值孔径决定(judng)了光纤可接受的入射光的锥度角。光纤的数值孔径越大,光纤接受入射光的角度越大。第十五页,共三十一页。4.光纤的传输(chun sh)损耗 (1)光纤材料的吸收损耗 纤芯及包层中含有的金属离子和OH离子,会在很宽的光谱范围内吸收光能。(2)光纤材料的散射损耗 光纤中物质密度的不均
9、匀会引起瑞利散射,此种散射与波长的四次方成反比。(3)光波导散射损耗 纤维粗细不均匀,直径沿轴线分布有起伏,将会引起光波导散射,造成损耗。(4)端面的反射损耗 光入射到光纤入射端面和从出射端面射出时,在光纤端面产生的反射损耗。石英光导纤维在某些波长上存在衰减峰,其传输效率与光波长密切相关。总的趋势是,在400800nm可见光波长范围内,石英光纤具有(jyu)低的传输损耗,传输效率大于99.5%/m;对8002400nm近中红外线和315400nm近紫外线传输效率稍低;对远红外线和短紫外线的传输效率下降明显。第十六页,共三十一页。5.光纤的弯曲(wnq)性能 当光纤发生弯曲(wnq)时,在光纤的
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