ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЕРФОРАТОРА

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к твердотельным лазерным излучателям и может быть использовано как миниатюрный лазерный излучатель в различных устройствах, в частности, в медицинском индивидуальном лазерном перфораторе, предназначенном для бесконтактной перфорации биологических тканей для забора проб крови на анализ, работающем в режиме одиночных импульсов.
Как известно из специальной литературы, например, из книги Н.Г. Рябцева “Материалы квантовой электроники”, Москва, Советское радио, 1972 год, стр. 34, активный элемент твердотельного лазерного излучателя размещается в оптическом резонаторе. Оптический резонатор представляет собой два зеркала, размещенных параллельно друг другу, при этом одно из зеркал является глухим с коэффициентом отражения более 99%, второе - полупрозрачным, в большинстве случаев с коэффициентом отражения от 20% до 98%.
Выходное и глухое зеркала оптического резонатора могут быть нанесены непосредственно на торцы активного элемента. При такой конструкции лазерный излучатель имеет меньшее количество деталей, что упрощает процесс его сборки.
В отличии от лазерных излучателей, в которых зеркала оптического резонатора выполнены в виде отдельных от активного элемента деталей, зеркала резонатора такого лазерного излучателя не могут быть разъюстированы в процессе эксплуатации лазерного излучателя, например, вследствие удара или ослабевания крепежа зеркал оптического резонатора, что повышает стабильность работы конечного прибора.
Кроме того, такой лазерный излучатель может быть выполнен меньшего размера, по сравнению с лазерным излучателем, в котором зеркала оптического резонатора выполнены в виде отдельных от активного элемента деталей.
К преимуществам известных из уровня техники твердотельных лазерных излучателей с зеркалами оптического резонатора, нанесенными на торцы активного элемента, можно отнести меньшее количество энергии, требуемой для накачки активного элемента, по сравнению с твердотельными лазерными излучателями, у которых оптический резонатор выполнен в виде отдельных от активного элемента деталей, так как их внутрирезонаторные потери ниже, чем у лазерных излучателей с отдельными зеркалами оптического резонатора. Уменьшение энергии, требуемой для накачки активного элемента, означает уменьшение мощности и количества энергии, подаваемой на лампу накачки, что означает уменьшение мощности системы электропитания лазерного излучателя. В мобильных лазерных устройствах уменьшение мощности системы электропитания лазерного излучателя позволяет уменьшить вес и размеры всего лазерного устройства.
В настоящее время твердотельные лазерные излучатели нашли применение в портативных устройствах, например, в медицинских лазерных перфораторах устройствах для бесконтактной перфорации биологических тканей (кожи) пальца для забора пробы крови на анализ. Подобные портативные лазерные перфораторы могут использоваться в домашних условиях, например, для получения пробы крови при проведении экспресс анализа на уровень глюкозы в крови при помощи персонального глюкометра.
Известен Полупроводниковый лазерный излучатель с полосой модуляции в СВЧ-диапазоне (прототип) по патенту России на изобретение №2421857 от 27.08.2008 г., МПК: H01S 5/042, H01S 5/06, опубликованному 20.06.2011 г., который включает лазерный кристалл с положительным и отрицательными электрическими выводами и узел электрического ввода со сформированной на диэлектрической подложке копланарной полосковой СВЧ-линии передачи, в котором лазерный кристалл подсоединяется к заземляющим проводникам копланарной полосковой СВЧ-линии отрицательными выводами, а другим выводом - к сигнальному проводнику той же копланарной полосковой СВЧ-линии передач, причем в лазерном кристалле положительный и отрицательные выводы выполнены на одной стороне с расположением вывода одной полярности между выводами другой полярности, лазерный кристалл установлен методом «перевернутого монтажа» и при помощи пайки закреплен на конце сформированной на диэлектрической подложке копланарной полосковой СВЧ-линии передачи, которая расположена под лазерным кристаллом так, чтобы совместить соответствующие выводы лазерного кристалла и сигнальную и заземляющие полоски копланарной полосковой СВЧ-линии передачи.
Общие технологические особенности, роднящие излучатель-прототип с заявляемым техническим решением, состоят в наличии корпуса и лазерного кристалла (активного элемента).
Однако конструкция устройства-прототипа направлена на решение технической задачи по исключению влияния паразитных электрических эффектов за счет исключения проволочных проводников как элементов связи. При этом технический результат применения устройства-прототипа заключается в расширении полосы модуляции полупроводникового лазерного излучателя с полосой модуляции в СВЧ-диапазоне за счет исключения влияния паразитных электрических эффектов от элементов ввода.
Отличием является то, что в заявляемом техническом решении на выводы лампы накачки (анод и катод) подается напряжение от накопительной емкости блока питания лазерного перфоратора. Управление энергии импульса в лазерном перфораторе выполняется при помощи микропроцессорной схемы, контролирующей напряжение на разрядном конденсаторе.
Отличия, при одинаковых целях разработки, определены разными способами решения прототипа и заявляемого технического решения.
Цель разработки заявляемого технического решения - создание компактного лазерного излучателя индивидуального лазерного перфоратора, максимально безопасного для пациента с высокой эффективностью и стабильностью генерации лазерного излучения в режиме одиночных импульсов.
Техническая задача - разработка устройства с соединением элементов в едином корпусе, с возможностью технологической сборки в масштабах серийного производства.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что лазерный излучатель индивидуального лазерного перфоратора включает активный элемент, нанесенные непосредственно на торцы активного элемента глухое и выходное зеркало, лампу накачки, лазерный осветитель, причем фокусирующая линза зафиксирована непосредственно в выходном фланце корпуса лазерного излучателя при помощи фиксирующего кольца, при этом соединительная муфта корпуса лазерного излучателя имеет внутреннюю резьбу, левую и правую с противоположных сторон, предназначенную для стягивания глухого фланца и выходного фланца, на поверхности которых имеется внешняя резьба, левая и правая соответственно, и два симметричных окна муфты на боковой поверхности для лучшего теплоотвода от активного элемента для уменьшения времени восстановления энергетических характеристик лазерного излучателя и подсоединения провода поджига от триггера к боковой поверхности лазерного осветителя, при этом на выходном фланце лазерного излучателя имеется посадочное место, предназначенное для задания базовой позиций установки лазерного излучателя внутри корпуса лазерного перфоратора, чтобы расстояние от фокусирующей линзы до рабочей плоскости, в которой осуществляется прокол кожного покрова тканей пальца лазерным излучением, между приборами было одинаковым, при этом глухой фланец имеет заглушку, предназначенную для экранирования паразитного света от лампы накачки в смотровом окне, предназначенном для визуализации ориентации активного элемента в процессе сборки лазерного излучателя, а для фиксации активного элемента и лампы накачки имеется прокладка из эластичного материала и металлическая прокладка, защищающая поверхность прокладки из эластичного материала от ультрафиолетового воздействия от лампы накачки для предотвращения рассыхания.
Заявляемое техническое решение проиллюстрировано чертежами:
Рис. 1 - Общий вид лазерного излучателя в сборе;
Рис. 2 - Схематичное изображение составных частей лазерного излучателя;
Рис. 3 - Изображение лазерного излучателя. Вид снизу;
Рис. 4 - Изображение лазерного излучателя. Вид сверху. Позиции чертежей следующие:
1 - активный элемент;
2 - лампа накачки;
3 - лазерный осветитель;
4 - токопроводящая самоклеящаяся лента;
5 - металлическая прокладка;
6 - прокладка из эластичного материала;
7 - соединительная муфта;
8 - выходной фланец;
9 - фокусирующая линза;
10 - фиксирующее кольцо;
11 - глухой фланец;
12 - заглушка;
13 - окно муфты;
14 - посадочное место;
15 - смотровое окно;
16 - выходное зеркало активного элемента;
17 - глухое зеркало активного элемента.
Заявляемый лазерный излучатель лазерного индивидуального лазерного перфоратора состоит из активного элемента 1, при этом глухое зеркало активного элемента 17 и выходное зеркало активного элемента 16 нанесены непосредственно на торцы активного элемента 1, а также лампы накачки 2, лазерного осветителя 3, причем фокусирующая линза 9 зафиксирована непосредственно в выходном фланце 8 корпуса лазерного излучателя при помощи фиксирующего кольца 10, при этом соединительная муфта 7 корпуса лазерного излучателя имеет внутреннюю резьбу (левую и правую с противоположных сторон), предназначенную для стягивания глухого фланца 11 и выходного фланца 8, на поверхности которых имеется внешняя резьба (левая и правая соответственно), и два симметричных окна муфты 13 на боковой поверхности для лучшего теплоотвода от активного элемента 1 для уменьшения времени восстановления энергетических характеристик лазерного излучателя и подсоединения провода поджига от триггера к боковой поверхности лазерного осветителя 3, при этом на выходном фланце 8 лазерного излучателя имеется посадочное место 14, предназначенное для задания базовой позиций установки лазерного излучателя внутри корпуса лазерного перфоратора, чтобы расстояние от фокусирующей линзы 9 до рабочей плоскости, в которой осуществляется прокол кожного покрова тканей пальца лазерным излучением, между приборами было одинаковым, при этом глухой фланец 11 имеет заглушку 12, предназначенную для экранирования паразитного света от лампы накачки 2 в смотровом окне 15, предназначенном для визуализации ориентации активного элемента 1 в процессе сборки лазерного излучателя, при этом для фиксации активного элемента 1 и лампы накачки 2 имеется прокладка из эластичного материала 6 и металлическая прокладка 5, защищающая поверхность прокладки из эластичного материала 6 от ультрафиолетового воздействия от лампы накачки 2 для предотвращения рассыхания.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При наладке прибора, несколько уровней напряжения записываются в память микроконтроллера, а затем, схема контролирует уровень заряда конденсатора в соответствии с уровнем энергии, выбранном пользователем. При разряде конденсатора на лампу одновременно подается высоковольтный триггерный разряд, после чего происходит поджига лампы. В течении длительности импульса накачки от лампы накачки 2 происходит накачка активного элемента 1 в результате чего через выходное зеркало активного элемента 16 излучается полезное лазерное излучение. При прохождении лазерного пучка через фокусирующую линзу 9 происходит фокусировка лазерного пучка в пятно.
Возможность многократного воспроизведения заявляемого устройства проистекает из способа его изготовления, этот способ является промышленным и годен для производства большого количества одинаковых изделий.
Подобное сочетание универсальности, достижения возможности изготовления компактного и удобного для потребителя прибора, с относительной простотой изготовления в прототипе не достигнуто.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».