医疗脱毛半导体激光器光学治疗头设计

论文摘要

半导体激光器因其波长范围广和转换效率高的特点,有望成为医疗美容激光器的主流。尽管半导体激光器的缺点是光束发散角大,光束质量较差。但近年来微光学加工技术和光学整形技术的发展使得半导体激光器输出的光束质量大大提高。同时半导体激光物理器件技术正向纵深方向推进,其原始输出性能和功率也在不断提高。因此半导体激光器在激光医疗设备上的应用具备了市场价值和研究意义。目前激光医疗器械市场常见的半导体激光脱毛仪的光学治疗头均为固定光斑设计,在治疗人体不同部位时,需要更换不同的治疗头来实现不同光斑大小的切换。导致一台设备具有多个治疗手柄的情况,增加了成本同时还降低了临床医疗的便捷性。本文在此背景下研究半导体激光器的原理及封装形式、激光脱毛医疗原理及特点,并系统性深入研究半导体激光器的光学整形及光斑匀化方法,设计实现出两种可变换光斑的激光脱毛光学治疗头,一种是连续变换光斑激光光学治疗头;一种是旋转阶跃变换光斑激光光学治疗头。两种可变换光斑激光脱毛治疗头的设计分别包含半导体激光光源的选型,光斑变换方法设计,光束整形和光束匀化设计四个重要部分,并进行整体优化和光学输出仿真分析,实现了同一治疗头可变换输出不同类型均匀光斑的目标。本文设计的两种可变换光斑激光脱毛治疗头的实现方法不同,一种是连续调焦变换光斑,一种是旋转切换不同光学组实现变换光斑;两种治疗头均可输出三种不同类型的均匀光斑,使得一“头”多用,增强了医疗使用的便捷性,同时缩减了半导体激光脱毛仪中的治疗头手柄数量,大大降低了激光脱毛设备整机的成本。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 激光医学的发展

1.1.2 半导体激光器在激光医疗中的应用进展

1.2 半导体激光脱毛治疗仪的发展

1.3 半导体激光脱毛仪的构成和医疗脱毛应用

1.4 课题研究的意义

1.5 课题研究的内容

2 激光医疗理论基础及激光医疗脱毛原理

2.1 激光与生物组织的作用

2.2 半导体激光脱毛治疗原理

2.3 小结

3 半导体激光器的原理特性和封装

3.1 半导体激光器的原理

3.2 半导体激光器的光束特性

3.3 半导体激光器的封装类型

3.4 小结

4 半导体激光器光学整形技术

4.1 半导体激光微光学整形技术

4.1.1 快慢轴微透镜光学整形技术

4.1.2 BPP转换光学技术原理

4.1.3 BPP平衡光学方法

4.2 激光扩束技术研究

4.2.1 反望远扩束技术

4.2.2 分光片扩束技术

4.3 半导体激光合束技术研究

4.3.1 空间合束技术

4.3.2 偏振合束技术

4.3.3 波长合束技术

4.3.4 混合合束能量密度提升技术

4.4 半导体激光光束匀化技术研究

4.4.1 微透镜匀化技术

4.4.2 光导光匀化技术

4.4.3 光束空间排布叠加匀化技术

4.5 小结

5 连续变换光斑激光光学治疗头设计

5.1 设计指标

5.2 整体方案设计构思

5.3 系统光学设计方案

5.3.1 半导体激光器选型

5.3.2 快慢轴微透镜组设计

5.3.3 偏振合束组设计

5.3.4 微分扩束微透镜组设计

5.3.5 微透镜匀化组设计

5.3.6 光斑变换组设计

5.3.7 各组光路整体优化

5.4 小结

6 旋转阶跃变换光斑激光光学治疗头设计

6.1 设计指标

6.2 整体方案设计构思

6.3 系统光学设计方案构思

6.3.1 激光器选型和快慢轴微透镜组设计

6.3.2 空间合束组设计

6.3.3 微分扩束微透镜组设计

6.3.4 旋转阶跃式光斑变换匀化组设计

6.3.5 各组光路整体优化及光斑输出仿真

6.4 小结

7 结论

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔡磊

导师: 高明,刘兴胜

关键词: 半导体激光器,激光脱毛,光束整形,光斑变换

来源: 西安工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,无线电电子学

单位: 西安工业大学

分类号: TH77;TN248.4

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000335

总页数: 83

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