专利名称：一种具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器；更确切地说，本发明是一种能将CO2激光束有效的耦合到传导光纤中的AgBr/Ag镀层空芯锥型光纤耦合器及其制造方法，适用于配有卤化银光纤二氧化碳激光手术刀头的CO2激光治疗仪，属于激光技术用器件的领域。
目前，公知的医用CO2激光传输装置中，CO2激光的传输是用关节式导光臂完成。关节式导光臂是由5～7面安装在关节轴承上的全反射镜在空气中相互反射传递激光的，改变光线的传播方向，施行CO2激光手术。由于反射后的光线只能直线传输，加上关节式导光臂的几何尺寸原因，不能进行人体腔道(天然开口)的CO2激光治疗。显然，由于缺乏柔性传输介质，而使人体细胞组织吸收效率更高的CO2激光的应用受到一定的限制。
卤化银多晶红外光纤作为一种传输CO2激光性能较佳的柔性光纤材料，在世界发达国家如俄罗斯、日本、德国等国家都先后开展了深入的基础研究，并开展光纤式CO2激光手术刀的实验样机试制，并已进行了动物试验。我们已经制成了关节式导光臂用卤化银光纤二氧化碳激光手术刀头(专利号01210321.7)，并将上述手术刀头成功的进行了临床应用试验，手术部位涉及口腔、喉、妇科、肛肠科等人体天然开口或浅表腔道。
然而，在实际使用中发现，关节臂在工作中将根据需要活动，往往光路就不再和光关节臂静止不动时重合的现象；另一方面，光关节臂在长期使用后会产生机械磨损，几何中心也会与最初设计时的几何中心产生偏差。从而使光关节臂中的激光有可能偏离光轴，造成聚焦后的光点也偏离光纤手术刀头的接受范围，从而使耦合效率下降。另外，因为光纤手术刀套在金属接头内，当聚焦后的光点偏离光纤时，如果有激光射到金属管上，高能量密度的激光束将使金属管迅速发热，金属管再将热量传递给光纤，破坏卤化银多晶光纤的结构，引起光纤手术刀烧坏。
本发明提供的双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于采用液相化学沉积法制备，具体工艺过程是①空芯锥型玻璃基体安放在恒温水浴中；②Ag盐溶液和还原剂溶液以相同速度流入玻璃基体中，先制备内层Ag，所用的Ag盐溶液为[Ag(NH3)2]·OH，还原剂溶液为酒石酸钾钠或葡萄糖；③然后流入溴化剂，进行溴化反应，使部分Ag转化为AgBr；溴化剂为溴化钾或溴水，溴化后废液流入废液瓶，废液流速通过置于玻璃基体管下方的速度控制器调节。
所述的Ag+浓度为5×10-3～1.5×10-2g/ml，还原剂浓度为1×10-2～5×10-2g/ml，溴化剂浓度为2×10-4～2×10-3g/ml；所述的镀Ag时间5～8min，溴化反应时间15～30min，溴化后废液流速为0.8～1.6ml/min；所述的恒温水浴的温度为25～30℃。
本发明的有益效果是制备方法简单，成本低廉，双镀层厚度可控并且具有较高的耦合效率和传光能力，较强的纠光能力，长期稳定性好，克服了现有光关节臂存在的激光不能完全进入光纤手术刀头的缺点。
图2是液相化学沉积法制备该发明的装置图。
图中1—玻璃基体管 2—g层，3—AgBr层，4—Ag盐溶液，5—还原剂溶液，6—溴化剂，7—三通管，8—废液瓶，9—水浴箱，10—速度控制器。
在
图1中，Ag层2沉积在锥型玻璃管1内壁，AgBr层3沉积在Ag层2表面。
实施例1如图2所示，Ag盐溶液4和还原剂溶液5以相同速率流过三通管7，经充分混合后缓缓流过玻璃基体管1，在玻璃基体管内壁镀上一层Ag层，Ag层制备完毕后流入溴化剂6，进行溴化反应，溴化后废液流入废液瓶8中，玻璃基体管置于水浴箱9中，废液流速可通过置于玻璃基体管下方的速度控制器10调节。本实施例所用的Ag盐溶液是[Ag(NH3)2]·OH，Ag+浓度为1×10-2g/ml，还原剂溶液为酒石酸钾钠，浓度为4×10-2g/ml，镀Ag时间为7min，溴化剂为溴化钾溶液，浓度为2×10-3g/ml，溴化时间为25min。水浴箱温度为30℃，溶液流速控制在1ml/min，制成的光纤耦合器的大端直径为2mm，小端直径为0.8mm，长度为20mm。将实施例所制成的光纤耦合器固定在五维调整架上，大端朝向激光器，小端的输出光功率由光功率计读出。通过调整五维调整架，可以调整激光束中心与耦合器几何中心的偏差。随着光路横向偏差的增大，耦合效率下降，但当偏差达到0.5mm时，横向耦合效率仍超过85％。
实施例2制备方法与实施例1相同，仅Ag盐溶液浓度为5×10-3g/ml，以葡萄糖为还原剂，浓度为2％，镀Ag时间为6min，溴化剂为溴水，浓度为2.5×10-4g/ml，溴化时间为20min，废液流速控制在1.5ml/min，Ag层厚度为1.8μm，AgBr层厚度为0.6μm。在长达90min的连续工作时间内，耦合器输出功率随时间呈规律性波动，但仍在16W～18.5W之间，这是因为激光器本身的输出功率波动的缘故，说明了耦合器的长期稳定性较好。
权利要求
1.一种具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器，其特征在于(1)空芯锥型的大端直径2～3mm，小端直径0.65～0.85mm，长度为15～30mm，小端直径与光纤手术刀头相匹配，大端直径满足由导光臂输出的激光接收；(2)锥型玻璃管双镀层的内壁为Ag，外层为AgBr。
2.按权利要求1所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器，其特征在于空芯锥型的锥度小于1rad。
3.按权利要求1所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器，其特征在于所述双镀层的内层Ag层厚度为1.2～2μm，AgBr外层厚度为0.5～0.9μm。
4.按权利要求1所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于采用液相化学沉积法制备，工艺过程是①空芯锥型玻璃基体管安放在恒温水浴中；②Ag盐溶液和还原剂溶液以相同速度流入玻璃基体中，先制备内层Ag，所用的Ag盐溶液为[Ag(NH3)2]·OH，还原剂溶液为酒石酸钾钠或葡萄糖；③然后流入溴化剂，进行溴化反应，使部分Ag转化为AgBr；溴化剂为溴化钾或溴水，溴化后废液流入废液瓶，废液流速通过置于玻璃基体管下方的速度控制器调节。
5.按权利要求4所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于所述的Ag+浓度为5×10-3～1.5×10-2g/ml，还原剂浓度为1×10-2～5×10-2g/ml，溴化剂浓度为2×10-4～2×10-3g/ml。
6.按权利要求4所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于恒温水浴的温度为25～30℃。
7.按权利要求1所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于镀Ag时间5～8min，溴化反应时间15～30min，溴化后废液流速为0.8～1.6ml/min。
8.按权利要求4、5、6或7所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于玻璃基体放在30℃水浴中，Ag+浓度为1×10-2g/ml，还原剂为酒石酸钾，浓度为4％，镀银时间为7min，溴化剂为溴化钾，浓度为2×10-3g/ml，溴化时间25min，溶液流速为1ml/min。
9.按权利要求4、5、6或7所述的具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于Ag+浓度为5×10-3g/ml，还原剂为葡萄糖，浓度为2×10-2g/ml，镀银时间为6min，溴化剂为溴水，浓度为2.5×10-4g/ml，溴化时间为20min，废液流速控制在1.5ml/min。
全文摘要
本发明涉及一种具有双镀层的空芯锥型光纤耦合器的制造方法，其特征在于空芯锥型的大端直径2～3mm，小端直径0.65～0.85mm，长度为15～30mm，小端直径与光纤手术刀头相匹配，大端直径满足由导光臂输出的激光接收；双镀层的内层Ag厚度为1.2～2μm，外层AgBr为0.5～0.9μm，其制造方法是采用液相化学沉积法，它是将一定锥度的玻璃基体安放在25～30℃恒温水浴中，先镀Ag然后再部分溴化为AgBr，所用的Ag盐为[Ag(NH
文档编号A61B17/32GK1445570SQ0311570
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月7日 优先权日2003年3月7日
发明者杨可玲, 高建平, 卞蓓亚, 项海波 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所