韩绍琴刘必军孙保定汤星里
(中国科学院上海光机所2()l800)
提要:应用液体星热法测量了二种白宝石(八120:单晶)YAG接触式激光手术刀的输出功率和效率。
关键词量热测定法接触式光刀
通常广泛应用干外科手术和内窥镜治疗的YAG激光手术刀，是由石英光纤传输激光，对病区组织进行非接触照射进行治疗的。这类激光刀由干难以精确控制光纤输出端至病区的距离，照射点功率密度容易发生变化，另外出射光束的发散作用使照射到病区组织上的光斑尺寸增大，部分光能又在组织表面反射损失，因而光刀实际作用于治疗区的功率密度有较大的降低。YAG接触式激光手术刀，是在普通非接触式系统的光纤末端装上一个兰宝石刀头，使用时刀头与病区组织接触。这种手术刀的明显优点是:(1)刀头功率密度比同功率的非接触式YAG光刀要高十几倍，因而大大降低了对激光功率的要求(一般25瓦已可满足各种治疗需要，从而可使造价成倍降低，体积减小，使用和维护更容易)。(2)能更精确控制焦点位置，对健康机体的损伤较小。(3)手术过程中烟雾较少。(4)具有传统乎术刀的触感，符合外科医生的习惯。(5)不易折断受损，污染后易清洗。
现将我们研制的YAG白宝石激光手术刀〔1〕输出功率和传输系统的效率及测试方法简述如下。
1.YAG接触式白宝石激光手术刀光学系统及主要参数
光学系统包括聚光镜会聚激光束于光纤输入端，经光纤传输后出射光被力头聚集通过刀尖进入病区组织。YAG激光器主要技术指标如下:
输出功率sow(可调)
发射角15mrad
光束直径。5一6m。
指示光束lmwHe一Ne激光，
照射时间1~60秒
采用芯径0.6mm石英光纤，外套用聚四氟乙烯管通水或通气冷却刀头。
根据激光束的数值孔径小于光纤的数值孔径、光斑小于光纤芯径的原则选定聚焦镜的焦距为20mm，此时光束的数值孔径为0.15，光斑直径为0.3mm。
光纤的输入端装在一个五维调整架上，以保证激光与光纤的精确藕合。’-
2.光纤藕合传输效率和刀头输出功率与效率的测试
(1)光纤祸合传输效率
仔细调整使光纤输入端与光束中心同轴，且位于焦平面上。以保证最佳藕合。使用量程为l00w的LPM一100数字功率计，分别测出在相同氢灯泵浦下的激光器输出功率和光纤输出功率，即可求出光纤藕合效率。
激光器在同一状态下每分钟测试一次，其输出功率的算术平均偏差约为3.5%。由表1可见，当光纤和祸合状态一定时，祸合效率值随激光输出变化不大。随着激光输出功率的增加，藕合传输效率有少量的提高，可能是由于输出的激光光斑均匀性发生变化的结果。
(2)刀头输出功率和效率
因为接触式光刀刀头输出激光时不能“空放”，光纤输出光完全集中在刀尖上，故不能用通常的功率计测量输出功率。我们设计了一种液体量热法装置来测定刀头的输出功率。测量装置如图1所示。测量时，刀头浸入对1.06um波长的激光有强烈吸收的溶液中，使激光被液体吸收转化为热，通过测定液体体积、温升和激光发射时间，按下式求得刀头的输出功率
p一吸收液密度，V一吸收液容积，C 1一吸收液比热，G一容器质量，C 2一容器比热，T:一激光发射前的溶液温度， T 2一激光发射结束后的溶液温度(为求得T 2的正确值，温度计放置宜远离刀头，并置于溶液中部，适当振荡容器使温度均匀)。△t一激光发射时间，4，18为卡/度与瓦特的换算系数，水的比热，玻璃容器比热C 2=0.18，我们的测试装置G=55.2克
刀头效率可根据相同氢灯泵浦电流下的光纤输出功率和刀头输出功率求得。温度用量程为。一50℃的精密温度计，测量精度为0.05℃，激光发射时间由电子秒表测定，计数精度0.01秒，液体体积用量筒测量，误差<1ml。我们测试T长度为27mm和14mm的二种刀头的输出功率和效率，其结果见表2，测定误差可控制在士10%的范围内。
由上述结果可见，当YAG激光束聚焦后光斑直径为0.33mm而石英光纤直径为0.6mm时，光纤祸合效率可以达到90写左右。应用液体量热法对YAG接触式光刀刀头输出功率和效率的测量是简单、易行、和有效的。
参考文献
[1〕张伟锋等，应用激光，1993，13，23
