[实用新型]低功率携便式激光仪

说明书

本实用新型涉及一种激光装置，确切说是一种用于动物实验研究的低功率携便式激光仪。

人口剧增已成为严重的社会问题，要做到合理地控制人口增长，必须为育龄人群提供适宜、多样、可供选择的避孕方法。虽然输精管节育术已广泛应用，但由于需开放手术进行，并存在有一定的手术并发症以及不易修复再通等实际问题，因此男性节育率不高。我国育龄人口总数已达6.9亿，研究新的避孕方法是社会的需求。近年来随着激光医学和可进入腔体内光纤的出现，为激光节育术的研究发展提供了条件。激光节育与传统绝育(输精管结扎和输卵管结扎术)相比除了具有操作简便，没有手术切口，男性可经皮穿刺输精管激光绝育，女性可经宫腔镜输卵管激光绝育，可大大减少各种手术并发症等优点外，还必须节育后能修复再通，易于育龄人群所接受。这种节育方法，能否应用于临床，要以可靠的前期动物实验研究为前提。    

本实用新型的目的在于：为动物输精管凝堵与修复再通术的研究，提供一种结构紧凑，体积小重量轻，便于携带，操作简便，使用安全可靠的低功率携便式激光装置。

本实用新型的目的是通过实施如下技术方案来实现的：

一种低功率携便式激光装置，由手携式机壳、装在机壳内底部的冷却水箱、装于壳体中层水箱上面器件箱架中的激光器及光纤耦合系统，装于壳体上层激光器件箱架上面电器箱中的电源以及机壳面板上装置的指示操作开关、显示窗等部分构成；装在激光器件箱架中包括有激光器及光纤耦合系统，箱中全部组件由光纤、光纤耦合器、透镜、激光传感器、半反射平面镜、聚光腔、聚光腔内的氪弧灯和激光棒、聚光腔外后部的全反射平面镜、半导体指引光发生器，依序排列固定在座架上；靠近光纤端的激光器件箱端部开有光纤引出孔；底层水箱端面开有进水与出水口，通过管路连接聚光腔冷却系统；电器箱中的电源包括有使氪弧灯点燃、预电离及弧光放电的触发电路、辅助高压电路、斩波开关降压主电路及控制氪弧灯放电稳定的控制电路。激光棒是产生激光的核心，采用目前最具有实用价值的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体园柱棒。氪弧灯泵浦源的作用是将电能有效地转换成辐射能，具有与Nd:YAG激光工作物质吸收带相匹配的辐射光谱分布，为Nd:YAG中粒子数反转提供光能。Nd:YAG激光棒和氪弧灯泵浦源均安装在聚光腔内，其作用是能将氪弧灯辐射的光能有效、均匀地会聚至激光棒上，以获得高的泵浦效率，由于它决定着激光棒上泵浦光的密度分布，影响输出光束的均匀性、发散性和光学畸变，因此本装置采用侧面泵浦系统设计，使照射激光棒的氪弧灯泵浦光与发射的激光束相垂直，采用的聚光腔是一种内表面具有高反射率的椭园柱体，将激光棒和氪弧灯分别安装在椭园柱的两条焦线上，使椭园型聚光腔中能量的传递是从一条焦线上的泵浦氪弧灯光源传输到另一条焦线上的Nd:YAG棒吸收体上。由于输入泵浦氪弧灯的能量只有很小部分作为激光输出，其余的绝大部分能量都转化为热及辐射，因此，为防止聚光腔及其内部的氪弧灯和激光棒温升过高，必须安装冷却系统，本装置中采用聚光腔外表面水冷却和腔内激光棒与氪弧灯分离水冷却的方式，保证装置激光输出的正常运行。光学谐振腔是本装置的重要组成部分。它是由激光器中相对放置的半反射平面镜与全反射平面镜构成，作用是有效地控制腔内光场分布、形成放大与振荡，由于不同类型的腔型结构对激光输出特性如功率、模式、光束发散角有直接影响，本装置选用具有稳定性好的平行平面腔型，全反射镜和半反射镜表面镀有介质膜，受激光辐射通过反馈在腔内形成放大与振荡，并由半反射镜输出。光纤耦合系统由置于半反射镜前的透镜、光纤耦合器及引出光纤组成，作用是由半反镜输出的受激光辐射经透镜聚焦至光纤耦合器输入口，再经耦合会聚引入光纤内，达到高效输出的目的。激光电源的作用是触发与点燃氪弧灯产生弧光电放、照射与激发Nd:YAG棒产生激光发射，由于氪弧灯的点燃过程是先加触发高压，使灯内形成火花放电，灯两端再加上比正常工作电压稍高的辅助高压，帮助火花丝迅速发展成充满灯管的电弧，而后加上工作电压使氪弧灯连续点燃，因此，其电源包括有触发电路、辅助高压电路、主电路和控制电路。主电路是直接供给氪孤灯放电的电路，为低电压大电流连续供电，要求输入灯的电流恒定，保证激光输出功率稳定。本装置采用斩波式降压开关电路，电网电压经整流滤波产生Udc伏直流电压给斩波回路供电。斩波电路主要由开关元件Q组成，控制Q的开通与关断便将直流电压Udc变换成20-100KHz的方波脉冲，通过改变此方波脉冲的占空比t/T，就可得到不同的平均电压，在斩波电路后接有LC组成的平滑滤波器，可在输出端上得到与方波平均电压相等的直流输出。这种电源具有整体体积小，电路效率高、纹波小等优点。辅助高压电路又称预电离电路，是为与连续氪弧灯的实际工作电压相匹配，改善电源系统效率而设置。电源主电路输出电压通常较低，在触发高压使氪弧灯触发电离起辉后，还不能使灯转入大电流弧光放电状态，必须经辅助高压，帮助完成放电状态的转换，使灯进入弧光放电状态，主电路放电随之得以进行。触发电路用以使氪弧灯点火，使灯管内气体开始电离形成狭窄的花火丝放电通道。控制电路的工作原理是：由脉冲脉宽调制器提供一个固定频率的激励源，通过调节其导通时间改变占空比t/T来控制斩波电路输出不同的平均电压。调节脉冲脉宽调制器的导通时间，可通过两种方式进行：其一是设定工作时间，即控制脉冲脉宽调制器的运行时间；其二是通过装在激光器光学谐振腔前的激光传感器接收到的激光信号，经放大输出与设定的激光功率在比较器中进行比较后，输出大于或小于的信号来自动调节脉冲脉宽调制器的导通时间，使氪弧灯获得一个恒定的工作电流，输出稳定的激光功率。时间控制器是实现控制脉冲脉宽调制器运行、实现氪弧灯获得恒定工作电流、Nd:YAG激光棒输出稳定激光功率的关键部件，它由4个计数器，2个译码器及相关数码显示器，1个时间脉冲产生器，或非门反相器，微分电路及轻触开关组成，其结构为：2个cd₄₅₁₀十进位计数器并联，再与并联的两组(S₁、S₃)与(S₂、S₄)轻触联动开关串联组成一个定时器；2个d₄₅₁₀十进位计数器并联组成一个计时器；定时器串联计时器后再串联cd₄₅₁₁译码器及相应的数码显示器而组成显示实时时间的监视器；带有RC振荡回路的时间脉冲产生器cd4060串联两个并联的(S₁,S₃)与(S₂,S₄)轻触开关，其RST复位脚连接计时器U/D脚接地；在计时器的输出端，两个CO脚连接或非门cd₄₀₀₁，后者输出端串接反相器cd₄₀₆₉；在监视器的RST脚装置微分电路，即构成本装置的时间控制器。时间控制器工作原理是：预置开关(S₁、S₃)闭合，定时器预置计数，计时器跟随计时，显示器显示时间数码；预置开关(S₂、S₄)闭合，定时器减小预置计数，计时器及显示器均减小显示时间数码。本发明的基本特征在于：具有通过时间控制器(图5)控制脉冲脉宽调制器TL₄₉₄导通时间的电路(图6)，以及通过装置在光学谐振腔前的激光传感器接收到的激光信号，经功率放大输出与设定的激光功率在比较器中比较，输出大于或小于的信号自动调节脉冲脉宽调制器导通时间(图6)，使斩波电路(图4)有稳定电压输出的控制电路。