專利名稱：一種具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器及制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器；更確切地說，本發明是一種能將CO2激光束有效的耦合到傳導光纖中的AgBr/Ag鍍層空芯錐型光纖耦合器及其制造方法，適用于配有鹵化銀光纖二氧化碳激光手術刀頭的CO2激光治療儀，屬于激光技術用器件的領域。
目前，公知的醫用CO2激光傳輸裝置中，CO2激光的傳輸是用關節式導光臂完成。關節式導光臂是由5～7面安裝在關節軸承上的全反射鏡在空氣中相互反射傳遞激光的，改變光線的傳播方向，施行CO2激光手術。由于反射后的光線只能直線傳輸，加上關節式導光臂的幾何尺寸原因，不能進行人體腔道(天然開口)的CO2激光治療。顯然，由于缺乏柔性傳輸介質，而使人體細胞組織吸收效率更高的CO2激光的應用受到一定的限制。
鹵化銀多晶紅外光纖作為一種傳輸CO2激光性能較佳的柔性光纖材料，在世界發達國家如俄羅斯、日本、德國等國家都先后開展了深入的基礎研究，并開展光纖式CO2激光手術刀的實驗樣機試制，并已進行了動物試驗。我們已經制成了關節式導光臂用鹵化銀光纖二氧化碳激光手術刀頭(專利號01210321.7)，并將上述手術刀頭成功的進行了臨床應用試驗，手術部位涉及口腔、喉、婦科、肛腸科等人體天然開口或淺表腔道。
然而，在實際使用中發現，關節臂在工作中將根據需要活動，往往光路就不再和光關節臂靜止不動時重合的現象；另一方面，光關節臂在長期使用后會產生機械磨損，幾何中心也會與最初設計時的幾何中心產生偏差。從而使光關節臂中的激光有可能偏離光軸，造成聚焦后的光點也偏離光纖手術刀頭的接受范圍，從而使耦合效率下降。另外，因為光纖手術刀套在金屬接頭內，當聚焦后的光點偏離光纖時，如果有激光射到金屬管上，高能量密度的激光束將使金屬管迅速發熱，金屬管再將熱量傳遞給光纖，破壞鹵化銀多晶光纖的結構，引起光纖手術刀燒壞。
本發明提供的雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于采用液相化學沉積法制備，具體工藝過程是①空芯錐型玻璃基體安放在恒溫水浴中；②Ag鹽溶液和還原劑溶液以相同速度流入玻璃基體中，先制備內層Ag，所用的Ag鹽溶液為[Ag(NH3)2]·OH，還原劑溶液為酒石酸鉀鈉或葡萄糖；③然后流入溴化劑，進行溴化反應，使部分Ag轉化為AgBr；溴化劑為溴化鉀或溴水，溴化后廢液流入廢液瓶，廢液流速通過置于玻璃基體管下方的速度控制器調節。
所述的Ag+濃度為5×10-3～1.5×10-2g/ml，還原劑濃度為1×10-2～5×10-2g/ml，溴化劑濃度為2×10-4～2×10-3g/ml；所述的鍍Ag時間5～8min，溴化反應時間15～30min，溴化后廢液流速為0.8～1.6ml/min；所述的恒溫水浴的溫度為25～30℃。
本發明的有益效果是制備方法簡單，成本低廉，雙鍍層厚度可控并且具有較高的耦合效率和傳光能力，較強的糾光能力，長期穩定性好，克服了現有光關節臂存在的激光不能完全進入光纖手術刀頭的缺點。
圖2是液相化學沉積法制備該發明的裝置圖。
圖中1—玻璃基體管 2—g層，3—AgBr層，4—Ag鹽溶液，5—還原劑溶液，6—溴化劑，7—三通管，8—廢液瓶，9—水浴箱，10—速度控制器。
在
圖1中，Ag層2沉積在錐型玻璃管1內壁，AgBr層3沉積在Ag層2表面。
實施例1如圖2所示，Ag鹽溶液4和還原劑溶液5以相同速率流過三通管7，經充分混合后緩緩流過玻璃基體管1，在玻璃基體管內壁鍍上一層Ag層，Ag層制備完畢后流入溴化劑6，進行溴化反應，溴化后廢液流入廢液瓶8中，玻璃基體管置于水浴箱9中，廢液流速可通過置于玻璃基體管下方的速度控制器10調節。本實施例所用的Ag鹽溶液是[Ag(NH3)2]·OH，Ag+濃度為1×10-2g/ml，還原劑溶液為酒石酸鉀鈉，濃度為4×10-2g/ml，鍍Ag時間為7min，溴化劑為溴化鉀溶液，濃度為2×10-3g/ml，溴化時間為25min。水浴箱溫度為30℃，溶液流速控制在1ml/min，制成的光纖耦合器的大端直徑為2mm，小端直徑為0.8mm，長度為20mm。將實施例所制成的光纖耦合器固定在五維調整架上，大端朝向激光器，小端的輸出光功率由光功率計讀出。通過調整五維調整架，可以調整激光束中心與耦合器幾何中心的偏差。隨著光路橫向偏差的增大，耦合效率下降，但當偏差達到0.5mm時，橫向耦合效率仍超過85％。
實施例2制備方法與實施例1相同，僅Ag鹽溶液濃度為5×10-3g/ml，以葡萄糖為還原劑，濃度為2％，鍍Ag時間為6min，溴化劑為溴水，濃度為2.5×10-4g/ml，溴化時間為20min，廢液流速控制在1.5ml/min，Ag層厚度為1.8μm，AgBr層厚度為0.6μm。在長達90min的連續工作時間內，耦合器輸出功率隨時間呈規律性波動，但仍在16W～18.5W之間，這是因為激光器本身的輸出功率波動的緣故，說明了耦合器的長期穩定性較好。
權利要求
1.一種具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器，其特征在于(1)空芯錐型的大端直徑2～3mm，小端直徑0.65～0.85mm，長度為15～30mm，小端直徑與光纖手術刀頭相匹配，大端直徑滿足由導光臂輸出的激光接收；(2)錐型玻璃管雙鍍層的內壁為Ag，外層為AgBr。
2.按權利要求1所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器，其特征在于空芯錐型的錐度小于1rad。
3.按權利要求1所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器，其特征在于所述雙鍍層的內層Ag層厚度為1.2～2μm，AgBr外層厚度為0.5～0.9μm。
4.按權利要求1所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于采用液相化學沉積法制備，工藝過程是①空芯錐型玻璃基體管安放在恒溫水浴中；②Ag鹽溶液和還原劑溶液以相同速度流入玻璃基體中，先制備內層Ag，所用的Ag鹽溶液為[Ag(NH3)2]·OH，還原劑溶液為酒石酸鉀鈉或葡萄糖；③然后流入溴化劑，進行溴化反應，使部分Ag轉化為AgBr；溴化劑為溴化鉀或溴水，溴化后廢液流入廢液瓶，廢液流速通過置于玻璃基體管下方的速度控制器調節。
5.按權利要求4所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于所述的Ag+濃度為5×10-3～1.5×10-2g/ml，還原劑濃度為1×10-2～5×10-2g/ml，溴化劑濃度為2×10-4～2×10-3g/ml。
6.按權利要求4所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于恒溫水浴的溫度為25～30℃。
7.按權利要求1所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于鍍Ag時間5～8min，溴化反應時間15～30min，溴化后廢液流速為0.8～1.6ml/min。
8.按權利要求4、5、6或7所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于玻璃基體放在30℃水浴中，Ag+濃度為1×10-2g/ml，還原劑為酒石酸鉀，濃度為4％，鍍銀時間為7min，溴化劑為溴化鉀，濃度為2×10-3g/ml，溴化時間25min，溶液流速為1ml/min。
9.按權利要求4、5、6或7所述的具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于Ag+濃度為5×10-3g/ml，還原劑為葡萄糖，濃度為2×10-2g/ml，鍍銀時間為6min，溴化劑為溴水，濃度為2.5×10-4g/ml，溴化時間為20min，廢液流速控制在1.5ml/min。
全文摘要
本發明涉及一種具有雙鍍層的空芯錐型光纖耦合器的制造方法，其特征在于空芯錐型的大端直徑2～3mm，小端直徑0.65～0.85mm，長度為15～30mm，小端直徑與光纖手術刀頭相匹配，大端直徑滿足由導光臂輸出的激光接收；雙鍍層的內層Ag厚度為1.2～2μm，外層AgBr為0.5～0.9μm，其制造方法是采用液相化學沉積法，它是將一定錐度的玻璃基體安放在25～30℃恒溫水浴中，先鍍Ag然后再部分溴化為AgBr，所用的Ag鹽為[Ag(NH
文檔編號A61B17/32GK1445570SQ0311570
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月7日 優先權日2003年3月7日
發明者楊可玲, 高建平, 卞蓓亞, 項海波 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所