[發明專利]一種短波紅外集成醫療光源及應用

有效

• 申請號: 202010521887.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111803797B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 殷碩侖;殷江
• 申請（專利權）人: 殷碩侖
• 主分類號: A61N5/06
• 分類號: A61N5/06;A61N5/067
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種短波紅外集成醫療光源，其特征是，所述醫療光源包括以下部件：封裝基板、垂直腔面發射激光器芯片、基板電極、基板定位孔；所述的封裝基板，其主體材質為高導熱陶瓷材料、鋁板或銅板；基板上覆蓋有高強度導熱絕緣薄膜材料，在導熱絕緣薄膜上制備有芯片電氣連接電路，電路上覆蓋有高強度絕緣薄膜；在基板上部覆蓋的絕緣薄膜上預留連接電路的正負電極區域；基板的中心區域為垂直腔面發射激光器芯片的放置區域；

所述垂直腔面發射激光器芯片，包括如下三部分：上分布布拉格反射鏡(P-DBR)、有源區和下分布布拉格反射鏡(N-DBR)；有源區材料體系為GaInAs/GaAs材料；垂直腔面發射激光器陣列的出光方式采用頂出射方式，出射的激光束呈圓形光斑，其光束外沿與芯片的中垂線成約12±3^o角，芯片所發出光線的中心波長約940 nm；單顆垂直腔面發射激光器芯片的光功率范圍為0.1-1W；

激光器芯片為包含多顆垂直腔面發射激光器芯片的陣列，是一種集成激光器芯片；多顆垂直腔面發射激光器芯片在基板的芯片封裝區域排成正方形輪廓、長方形輪廓或類圓形輪廓；芯片陣列出射光的照射區域或光斑與基板上封裝的外形輪廓一致；光斑的尺寸與照射區域離芯片的垂直距離有關，距離越遠，光斑越大；

垂直腔面發射激光器芯片陣列放置波長為紅光的激光器芯片；紅光激光器芯片放置在正方形或長方形陣列的四角、或中心或圓形陣列的兩個互相垂直的直徑的端部；

垂直腔面發射激光器芯片陣列中芯片之間的連接方式為每行或每列3-8個芯片間串聯，3-8個串聯的芯片行或芯片列間再并聯，形成n串m并的電路即混聯電路，之后混聯電路的正負極分別與基板上預留的正負極連接；單顆垂直腔面發射激光器芯片與基板間設置有金墊片，金墊片用于與芯片底電極接觸，并引出底電極，每個串聯的芯片行或列的兩端電極引線與基板電極間的連接采用硅片平臺過渡連接方式。

2.根據權利要求1所述的短波紅外集成醫療光源，其特征在于，封裝采用如下步驟：

1)固晶，將垂直腔面發射激光器芯片按設計的陣列圖形固定在基板中央的芯片安置區域；垂直腔面發射激光器芯片陣列排成正方形、長方形或類圓形；垂直腔面發射激光器芯片與基板間設置具有良好導熱及導電性的金屬墊片作為中間接觸，并借此引出底電極；金屬墊片為金片或鋁片；

2）焊線，垂直腔面發射激光器芯片之間以串聯、并聯或混聯的方式實現電氣連接；芯片與芯片之間、芯片與基板電路之間的電極引線為金線或鋁線；在基板上芯片安置區域空白的地方放置額外的硅片，將硅片作為電極引線的焊接過渡平臺；

3）注膠，往基板上垂直腔面發射激光器芯片安置區域注入膠水；膠水具有高的透光率；

4）固化，將注過膠的上述基板干燥固化。

3.一種根據權利要求1-2任一所述的短波紅外集成醫療光源用于康復醫療設備的短波紅外集成醫療光源系統，其特征在于，包含散熱器、短波紅外集成醫療光源、冷卻風扇、組合鏡頭；散熱器的材質為金屬鋁、銅或高導熱陶瓷；組合鏡頭為略有擴束的平行光鏡頭，將短波紅外集成醫療光源中垂直腔面發射激光器芯片陣列的像成在光源系統前方；光源系統中垂直腔面發射激光器芯片陣列的物理尺度、單顆芯片的光功率、單顆激光芯片之間的間隔、組合鏡頭組的焦距、組合光學鏡頭的材質及透光率之間具有協同效應，確保在離光源系統出光口前方15 cm處的光功率密度小于200 mW/cm²。

4.一種根據權利要求1-2任一所述的短波紅外集成醫療光源用于康復醫療設備的短波紅外集成醫療光源系統，其特征在于，包含散熱器、短波紅外集成醫療光源、冷卻風扇、出光筒；散熱器的材質為金屬鋁、銅或高導熱陶瓷；出光筒將短波紅外集成醫療光源中垂直腔面發射激光器芯片陣列發出的短波紅外光導引到光源系統前方；出光筒頂部出光口設有透明窗口片，窗口片材質為亞克力、玻璃或石英，其厚度為0.5-3 mm；在透明窗口片內表面覆蓋一層半透明的PET膜，厚度為 20-100ｕm；光源系統中垂直腔面發射激光器芯片陣列的物理尺度、單顆芯片的光功率、單顆芯片之間的間隔、出光筒的透明窗口片及PET膜的透光率之間具有協同效應，確保在光源系統出光口處的光功率密度小于200 mW/cm²。

5.根據權利要求3-4任一所述的短波紅外集成醫療光源用于康復醫療設備的短波紅外集成醫療光源系統，其特征在于，單顆940 nm垂直腔面發射激光器芯片的額定工作電壓為1.9V，額定電流為200 mA，發光功率為355 mW。