为了改善光束质量，使得单管出射光束能用于后续的空间合束及偏振合束步骤，采用快轴准直镜（FAC）和慢轴准直镜（SAC）分别对每个蓝光单管进行准直，并使用阶梯式反射镜组来对光斑在慢轴上进行光束压缩，将4片矩形反射镜，在阵列式蓝光单元上方呈阶梯式放置，并使其与光束传播方向成45°，光束质量得到很大提高，并为后续慢轴上的进一步空间合束做准备。

本结构采用了4个100 W阵列式蓝光单元共80个5 W蓝光单管作为光源，以此获得350 W输出功率。如图2（a）~（b）所示，这4个蓝光单元相互独立，故需要采用快慢轴空间叠加的方式将其合束，以便于后续进行扩束和聚焦等步骤。需要注意的是，为了尽量压缩慢轴上死区，同时保证4个蓝光单元的光束在慢轴上不发生重叠，每一片反射镜都需要比前一组中对应位置的反射镜高。通过不断地将前一个蓝光单元的光束插入到后一个蓝光单元的光束间隙之中，光斑在慢轴上的死区也逐渐被填补，具体过程如图2（c）~（e）所示。

图2 慢轴空间合束过程。（a）空间合束结构；（b）实物结构；（c）双单元合束后光斑；（d）三单元合束后光斑；（e）四单元合束后光斑

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在快轴方向上，光斑仍有较大死区需要填补，采用偏振合束技术来压缩光束的快轴间距。在光束快轴方向上对其进行压缩间距的光学结构共分为三个部分，PBS、1/2半波片和等腰直角三角形反射棱镜。由于4个阵列式蓝光单元所出射光束在快轴上分为五列，且均为P光，其中右边三列光直接入射至PBS中，而左边两列光先经过1/2半波片，偏振态由P光变为S光后，再经反射棱镜反射后入射至PBS中，与右边三列光在PBS内部的镀膜斜面上交汇且彼此垂直，进行偏振合束过程，光学结构及最终光斑如图3（a）~（c）所示。

图3 快轴偏振合束过程。（a）偏振合束结构；（b）实物结构；（c）合束后光斑

如图4（a）所示，采用柱面凹透镜和柱面凸透镜来构建一个伽利略式扩束系统，对光斑的较短边进行扩束，最终获得一个正方形光斑。为了将这个光斑成功耦合进200 μm光纤中，还需要对光斑在快慢轴上进行聚焦处理，以缩小其光斑尺寸。选用球面柱透镜作为聚焦镜，来搭建一个聚焦耦合系统，同时对光斑在快慢轴方向上进行聚焦后，光束最后成功耦合进入200 μm光纤，得到350 W的激光功率输出，最终输出光斑如图4（b）~（c）所示。

图4 聚焦耦合进光纤过程。（a）聚焦耦合过程；（b）聚焦后光斑；（c）光纤中的光斑

绿激光

绿激光在泌尿外科手术中也是一种很典型的应用。绿激光波长532 nm，可被组织中的血红蛋白选择性吸收，但却几乎不被水吸收，因此绿激光被国内外专家誉为“水环境下最理想的汽化工具”。绿激光组织热损伤深度浅（约800 μm），能使热损伤限制在浅表组织中，且会在汽化后的组织上形成一条很薄的凝固带，进一步限制了深层组织的热损害。正是由于绿激光的上述特性，以前列腺增生为主要治疗目标的绿激光手术系统被开发应用于临床，如图5所示，其经典术式为选择性绿激光前列腺汽化术^[7]

图5 绿激光手术系统

2024上海高端医疗设备展Medtec了解到随着绿激光在临床的应用经验不断积累，其适用的疾病种类也已经不再局限于良性前列腺增生，目前已经涵盖了非肌层浸润性膀胱肿瘤、输尿管囊肿、尿道狭窄、腺性膀胱炎等泌尿外科常见疾病。

在泌尿外科领域，蓝光的主要治疗方式有两种，分别为将病变组织直接汽化和将病变组织给剜除下来。由于蓝光自身吸收率更高，组织穿透深度更浅，所以使用蓝光进行手术，汽化组织效率更高，对周围正常组织的损伤也更小。本文所述结构在已有的200 W蓝光医疗设备基础上进一步提升输出功率，并通过光学仿真和模型设计，从原理上论证了模块设计的合理性和可行性，最终得到稳定输出功率为358 W的蓝光，输出光束的亮度及光束质量均较高，在泌尿外科领域拥有非常广阔的应用前景。（转自《光电工程》2024. 4期）

1.华中科技大学光学与电子信息学院

2.武汉镭健科技有限责任公司