DE3717142C2 - Neodym-Laser langer Wellenlänge und Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahles durch einen Neodym-Laser bei der Wellenlänge von 1,44 mum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Laser, insbesondere einen Neodym- Yttrium-Aluminium-Granat- bzw. NdYAG-Laser, der in einem operativen Schneid- oder einem Koagulations-Modus einsetz­ bar ist.

Der Einsatz von Lasern in Chirurgie und Medizin expandiert sehr schnell, und inzwischen sind Laser bereits wichtige chirurgische und therapeutische Werkzeuge. Es gibt z. B. CO₂-Laser, die für operative Eingriffe zur Bildung eines skalpellartigen Einschnitts eingesetzt werden, und NdYAG- Laser, die bisher zum Schneiden kaum zu gebrauchen waren, werden zur Kauterisierung großer Blutgefäße, z. B. im Fall von Magenblutungen, oder zur Zerstörung von Tumoren in der Blase eingesetzt.

Medizinische Anwendungen für NdYAG-Laser wurden entwickelt, da es im roten und nahen Infrarotlichtbereich einen Bereich des Lichtspektrums gibt, in dem menschliches Gewebe durch­ lässig ist. Dieser Bereich liegt zwischen dem Sichtbaren, in dem Farbstoffträger wie Hämoglobin stark absorbierend sind, und dem Infraroten, in dem im Gewebe vorhandenes Wasser absorbierend ist, und wird häufig als "Gewebefen­ ster" bezeichnet. Vom NdYAG-Laser, der typischerweise bei 1,06 µm strahlt, emittiertes Licht liegt im nahen Infrarot und fällt in dieses Fenster. Beim Auftreffen von Licht des NdYAG-Lasers auf das meiste Gewebe wird das Licht bis zu einer charakteristischen Tiefe von ca. 1 cm durchgelassen und gestreut, bevor die Lichtstärke zu gering wird, um eine therapeutische Wirkung zu haben. Wenn der Laser ausreichend stark ist, ist eine tiefe In-situ-Erwärmung von Gewebe mög­ lich, die z. B. in einer Gefäßschrumpfung und damit einher­ gehenden Kauterisierungseffekten sowie tiefer Koagulations­ nekrose resultiert.

Wegen seiner kauterisierenden Laserwirkung bei 1,06 µm wird der NdYAG-Laser kaum für operative Schnitte eingesetzt, sondern seine Anwendung ist bisher auf die vorgenannten therapeutischen Anwendungsgebiete beschränkt gewesen. Da ferner der Strahl eines NdYAG-Lasers ohne weiteres mit einem flexiblen Lichtleiter gekoppelt und zu diesem über­ tragen werden kann, kann der Strahl durch ein Gastroskop geleitet oder durch ein Cystoskop gekoppelt werden. Der NdYAG-Laser kann also ohne offene Chirurgie in einfacher Weise im Körper eingesetzt werden.

Der CO₂-Laser dagegen strahlt in einem fernen Infrarotteil des Spektrums, der von Gewebswasser stark absorbiert wird. Wenn dieser Laser auf Gewebe fokussiert wird, bewirkt er eine Gewebeverdampfung, da die Strahlung von Wasser in den ersten Zellschichten absorbiert wird, die bis zur explosi­ ven Verdampfung erhitzt werden. Die Zellschichten werden wegverdampft, und der fokussierte Strahl "schneidet" in die Oberfläche ein unter Bildung eines skalpellartigen Ein­ schnitts, bis der Strahl unterbrochen wird. Der CO₂-Laser wird als "unblutiges" Messer eingesetzt, da durch den Laser die kleinen Blutgefäße um den Einschnitt kauterisiert werden. Ferner haben Lasereinschnitte anscheinend eine ungewöhnlich gute Heilbereitschaft. Z. B. resultiert die Inzision von Hauttumoren mit dem kalten Messer in Ge­ schwürsbildung, Wogegen die Laserverdampfung dieser Tumore in einer sauberen Reepithelisierung resultiert. Leider pflanzt sich der CO₂-Laser nicht durch flexible Lichtleiter fort, so daß die Strahlzuführung mittels einer aufwendigen Kombination von Röhren und Spiegeln erfolgen muß.

Zur Zeit werden Untersuchungen durchgeführt, um CO₂-Laser­ kabel zu entwickeln, die eine endoskopische Laser-Chirurgie erlauben. Wegen der begrenzten hämostatischen Eigenschaft des CO₂-Lasers ist die Nützlichkeit dieser Forschungen jedoch durch Komplikationen begrenzt, die sich aus der Perforation von Blutgefäßen während der endoskopischen CO₂- Laser-Chirurgie ergeben können. Es ist daher erwünscht, Möglichkeiten zu entwickeln, die einen NdYAG-Laserstrahl, der sich in einem Lichtleiter fortpflanzt, Gewebe schneiden lassen. Wenn es möglich wäre, den NdYAG-Laser entweder in einem Schneid- oder einem Koagulations-Modus arbeiten zu lassen, könnten endoskopische Operationen ohne die Gefahr von Komplikationen durch Blutverlust durchgeführt werden.

Die Wellenlänge konventioneller NdYAG-Laser fällt mit 1,06 µm in einen Bereich sehr schwacher Absorption durch Wasser. Der NdYAG-Laser hat jedoch typischerweise auch einen Übergang um etwa 1,32 µm und einen Laserübergang sehr niedriger Verstärkung um ca. 1,44 µm. Diese letztgenannte Wellenlänge koinzidiert mit einer starken Wasserabsorp­ tionsbande, und Licht der Wellenlänge 1,44 µm wird von Wasser absorbiert, nachdem es nur ca. 0,3 mm in dieses ein­ gedrungen ist. Im Gegensatz dazu ist die Eindringentfer­ nung von Licht in Wasser ca. 10 cm für Licht im Wellenlän­ genbereich 1,32 µm und 100 cm für Licht im Wellenlängen­ bereich 1,06 µm. Da tierisches Gewebe hauptsächlich aus Wasser besteht, ist es also möglich, wenn ein starker fokussierter Laserstrahl der Wellenlänge 1,44 µm auf Gewebe auftrifft, daß die Gewebeoberfläche erwärmt und wegver­ dampft wird, und zwar in ähnlicher Weise, in der ein CO₂- Laserstrahl einen skalpellartigen Einschnitt erzeugt, wie vorstehend beschrieben wurde.

Nd, das in einem YAG-Grundkristall suspendiert und auch das für die Laserwirkung von NdYAG verantwortliche Atom ist, absorbiert nun leider im Spektralbereich von 1,44 µm. NdYAG ist im Wellenlängenbereich 1,06 µm, in dem es bisher als Lasermedium eingesetzt wurde, effektiv 100% durchlässig. Eine Laseroszillation um 1,44 µm herum ist jedoch schwie­ riger, und zwar zum Teil deshalb, weil die Eigenabsorption von Nd bei 1,44 µm infolge einer Absorption auf dem Elek­ tronenübergang ⁴I_9/2 → ⁴I_15/2, der bei 1,485 µm sein Zentrum hat, stattfindet. Diese Absorption kann zwar dadurch minimiert werden, daß man Kristallmaterial mit einer Nd-Konzentration verwendet, die nur 0,5% des NdYAG- Gesamtgewichts beträgt, aber es ist offensichtlich nicht möglich, die Eigenabsorption auf diese Weise zu eliminie­ ren. Alternativ könnte die Eigenabsorptionvon Nd bei 1,44 µm dadurch reduziert werden, daß der Laserkristall gekühlt wird, da eine Eigenabsorption nur wegen der ther­ mischen Verbreiterung der Absorptionslinie erfolgt. Eine kryogene Kühlung ist jedoch für die meisten NdYAG-Anwen­ dungen nicht praktikabel.

Die Eigenabsorption eines Lasermaterials ist normalerweise Grund genug, um einen potentiellen Laserübergang auszuklam­ mern. Dies gilt insbesondere im Fall der 1,44 µm-Linie in NdYAG, weil die Verstärkung um 1,44 µm sehr niedrig ist und der 1 ,44 µm-Übergang hinsichtlich der Laseroszillation mit dem 1,06 µm-Übergang in Konkurrenz treten muß, der charak­ teristisch eine um einige Hundert höhere Verstärkung hat. Somit wurde der NdYAG-Laser traditionell als sehr unwahr­ scheinlicher Kandidat für eine starke Emission bei 1,44 µm angesehen.

Ein Bericht in IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. QE14, No. 1, 1978, Seiten 56-62 beschreibt den Betrieb unter Verwendung einer selektiven Optik, die Laserschwingungen bei 1,32 µm und 1,06 µm unterdrückt. Die kontinuierliche Ausgangsleistung, die für einen 1,06-µm-Laser mit 71,5 W berichtet wird, war jedoch bei 1,44 µm vernachlässigbar klein und betrug ca. 0,14 W. Der Grund für diese niedrige Ausgangsleistung ist die sehr geringe Verstärkung des Lasers bei 1,44 µm, so daß zur Erzielung der Laseroszillation der sendende Resonatorreflektor hochreflektierend sein muß. Der eine Lasertätigkeit bei 1,44 µm angebende Bericht beschreibt einen Sendereflektor, der ca. 0,5% durchläßt und 99,5% reflektiert. Da jedoch der Laserstab charakteristisch 10% eines ihn passierenden 1,44-µm-Laserstrahls absorbiert, verliert der Laserstrahl jedesmal, wenn Licht im Resonatorraum reflektiert wird, zweimal 10% bzw. 20% durch Absorption im Laserstab, und nur 0,5% gehen durch den Ausgangsübertragungsreflektor verloren. Infolgedessen geht die Laserleistung durch Absorption verloren, anstatt durch den Ausgangsübertragungsreflektor zu gehen und einen nutzbaren Laserstrahl zu bilden.

Aus der Veröffentlichung "Laser Oscillations at 0.918, 1.057, and 1.401 Microns in Nd³⁺-Doped Borate Glasses" von A.D. Pearson et al. im Journal Of Applied Physics, Vol. 35, Nr. 6, 1994, Seiten 1704-1706 ist ebenfalls bekannt, daß das Nd-Ion einen Laserübergang bei der Wellenlänge 1,401 µm besitzt. Dieser Übergang erfolgt vom selben Anregungszustand aus wie der konkurrierende Laserübergang bei 0,918 µm und ist bei Raumtemperatur wegen des energetisch höher gelegenen Laser- Grundzustandes dominant. Diese Veröffentlichung enthält jedoch keinerlei Hinweise über die erreichten Ausgangsleistungen bei den untersuchten Wellenlängen, insbesondere 1,401 µm. Die optische Anregung erfolgte allerdings gepulst. Ebensowenig sind dieser Druckschrift geeignete Maßnahmen zur Leistungssteigerung zu entnehmen, um einen für medizinische Anwendungen geeigneten Laser zu realisieren.

Danach besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Neodym-Laser hoher Leistung bei Wellenlängen zwischen 1,4 µm und 1,5 µm bereitzustellen.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, von einem NdYAG- Laser einen starken Laserstrahl bei der Wellenlänge 1,44 µm zu erhalten, wenn die Laserreflektoren so ausgelegt sind, daß das Auftreten einer Lasertätigkeit bei Laserübergängen hoher Verstärkung wie etwa bei 1,06 µm und 1,32 µm unterdrückt wird, und wenn die Laserpumpe bzw. -lampe wiederholt mit hoher Leistung gepulst wird, anstatt mit kontinuierlichem Strom betrieben zu werden. Unter diesen beiden Bedingungen ist es möglich, eine im wesentlichen durchschnittliche Laserleistung von einem NdYAG-Laser bei 1,44 µm zu erhalten. Der auf Gewebe fokussierte Strahl eines solchen Lasers verdampft das Gewebe und resultiert in einem skalpellartigen Einschnitt.

Es wurde darüber hinaus gefunden, daß unter der Bedingung eines wiederholt gepulsten Anregungslichts eine Laseroszillation mit einem Ausgangsübertragungsreflektor erhalten werden kann, der z. B. 20% durchlässig und 80% reflektierend ist. Wenn also die Laserstababsorption in jeder Lichtperiode 20% beträgt, wurde gefunden, daß die Laserleistung als Verluste im Stab und als nutzbare Ausgangsleistung gleich aufgeteilt wird. Es wird angenommen, daß unter starkem gepulstem Lam­ penlicht die Lichtverstärkung im Laserstab sehr hoch wird und eine Laseroszillation auch dann auftritt, wenn die Verluste aus der kombinierten Stababsorption und Durchläs­ sigkeit des Reflektors bis zu 50% in jeder Lichtperiode durch den Laserresonator betragen. Außerdem scheint es, daß eine Oszillation bei der Wellenlänge 1,06 µm und 1,32 µm unter diesen Bedingungen durch die Selektivität des Laser­ resonators unterdrückt bleibt. Es wird somit angenommen, daß die hohen Spitzenstromimpulse des Laserpumplichts eine Laserschwingung bei 1,44 µm mit einem relativ hochdurch­ lässigen Ausgangsreflektor ermöglichen, der die nachteilige Auswirkung der Eigenabsorption in Laserstab bei 1,44 µm reduziert.

Somit resultiert die kombinierte Verwendung eines frequenz­ selektiven Laserresonators und einer wiederholt gepulsten Hochspitzenstrom-Lampe in einer mittleren Laserleistung von wenigstens 40 W bei 1,44 µm von einem Laser, der charak­ teristisch für die Erzeugung von 100 W bei 1,06 µm ausge­ legt ist. Das für die Erzeugung des NdYAG-Laserschneid­ strahls entwickelte Verfahren besteht darin, die Wellen­ länge der Laserstrahlung von 1,06 µm, bei der Gewebe durch­ lässig ist, nach 1,44 µm zu verschieben, da bei dieser Wel­ lenlänge die Gewebswasserabsorption hoch ist. Infolge des Verschiebens der Wellenlänge der Laserstrahlung von 1,06 µm nach 1,44 µm verringert sich die Eindringtiefe des Laser­ strahls in Gewebe von ca. 1,0 cm auf ca. 0,3 mm. Somit wird ein fokussierter Laserstrahl mit 1,44 µm in den meisten Geweben absorbiert und erzeugt einen "Schnitt" einer Tiefe von ca. 0,25 mm, und das Gewebe am Brennpunkt wird ähnlich wie beim CO₂-Laser durch Verdampfen entfernt. Der Strahl mit 1,44 µm kann somit mit einem Strahl mit 1,06 µm abwech­ seln, indem geeignete Reflektoren an den Enden des Laser­ stabs selektiv angebracht werden und eine geeignete Schal­ tungsanordnung vorgesehen wird, um das gepulste Ausgangs­ licht der Lampe in kontinuierliches Lampenlicht umzuformen.

Obwohl der NdYAG-Strahl mit 1,44 µm in das durch einge­ schlossenes Wasser bedingte Absorptionsband von Quarz fällt, sind einige Quarzleiter praktisch wasserfrei, und es ist infolgedessen möglich, sowohl einen koagulierenden 1,06-µm-Strahl als auch einen schneidenden 1,44-µm-Strahl durch den Lichtleiter zu übertragen. Somit kann der NdYAG- Laser gemäß der Erfindung an unterschiedliche Endoskope und Operationsmikroskope angepaßt und für unterschiedliche chirurgische und therapeutische Anwendungen eingesetzt werden.

Anhand der Zeichnung, die eine schematische Ansicht eines NdYAG-Lasers nach den Prinzipien der Erfindung ist, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die Figur zeigt einen NdYAG-Laser, der so ausgebildet ist, daß er einen Lichtstrahl mit der Wellenlänge 1,44 µm für den Schneidmodus oder einen Lichtstrahl mit der Wellenlänge 1,06 µm für den Koagulationsmodus liefert. Der NdYAG-Laser umfaßt einen Laserstab 1 und eine Pumplichtquelle bzw. Lampe 2 in einem Laserresonator 3, eine Schaltung 4 zum abwechselnden Pulsen der Lampe 2 oder Speisen der Lampe 2 mit kontinuierlicher Ausgangsenergie, und ein Spiegel­ karussell 5.

Der Laserstab 1 besteht aus einem konventionellen NdYAG- Material, wobei der YAG-Wirtskristall eine Dotierung von ca. 1 Gew.-% aufweist. Konventionelles NdYAG-Material besteht aus einem dreifach ionisierten Neodymion, das in ein kristallines oder Glas-Wirtsgefüge eingebaut ist. Das gebräuchlichste Wirtskristallgefüge, das auch für den Laserstab 1 bevorzugt wird, ist Yttrium-Aluminium-Granat allgemein unter seinem Akronym YAG bekannt. YAG ist ein hartes und sprödes Material, das ein synthetisches Material mit rubinartiger Struktur ist und die chemische Formel Y₃Al₅O₁₂ hat. YAG ist zwar das bevorzugte kristalline Wirtsmaterial für Neodym, Alternativen zu YAG, die für den Laserstab 1 verwendbar sind, sind jedoch Yttrium-Lithium- Fluorid, allgemein als YLF bekannt, und Yttrium-Aluminat, allgemein als YALO bekannt. Da mit dem Kristallwachstum zusammenhängende Probleme die Höchstlänge von YAG-Stäben für die meisten praktischen Einsatzzwecke auf ca. 10 cm begrenzen, kann ferner auch Glas als Wirtsgefüge für Schei­ ben oder Stäbe aus Lasermaterial verwendet werden, die größer als normale YAG-Stäbe sein müssen, um eine höhere Ausgangsleistung und Energie zu liefern.

Der Laserstab 1 hat bevorzugt eine Länge von ca. 10 cm und einen Durchmesser von ca. 0,6 cm. Die entgegengesetzten Enden des Stabs 1 sind poliert und in üblicher Weise be­ schichtet, so daß ein minimales Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge von ca. 1,32 µm erhalten wird. Es ist besonders zu beachten, daß möglichst ein Laserstab 1 mit minimalem Lichtabsorptionsvermögen eingesetzt wird. Bei der Wellenlänge 1,44 µm beträgt das Absorptionsvermögen 1%/cm mit einem typischen NdYAG-Laserstab, so daß ein 10 cm langer Laserstab, der in den Resonator 3 eingebracht ist, einen Verlust von ca. 20% in den Laserresonator bzw. die Reflektoren einführt.

Der Laserresonator 3 ist in einem reflektierenden Gehäuse 6 mit Ellipsenquerschnitt unter Bildung eines elliptischen Laserresonators 3 vorgesehen. Das Gehäuse 6 besteht aus Kupfer mit einer Goldbeschichtung auf seiner inneren Hohl­ raumfläche, um als Lampenlichtreflektor zu wirken. Metall­ beschichtetes Glas kann ebenfalls als Laserresonator ver­ wendet werden. Die zum optischen Pumpen des Lasers verwen­ dete Lampe 2 und der Laserstab 1 liegen in konventioneller Weise längs den beiden Brennpunktlinien des elliptischen Innen­ raums des Resonators 3. Der Laserstab und die Lampe werden wassergekühlt, indem entionisiertes Wasser durch Röhren geleitet wird, die sowohl den Laserstab 1 als auch die Lampe 2 umgeben, und das Kühlwasser ist durch den Pfeil 7 schematisch angedeutet. Diese Strömungsrohre können ent­ weder aus Quarz oder aus samariumdotiertem Glas bestehen. Typischerweise strömt im Resonator 3 Kühlwasser mit einem Durchsatz von wenigstens 15 l/min.

Verschiedene andere Resonatorausbildungen sind ebenfalls für den erfindungsgemäßen Einsatz dankbar. Wie bereits angegeben, werden bei der bevorzugten Ausbildung die Lampe 2 und der Laserstab 1 an den beiden Brennpunktlinien des ellip­ tischen Resonators 3 angeordnet, und die geometrischen Eigenschaften des reflektierenden elliptischen Resonators 3 übertragen das Pumplicht von der Lampe 2 zum Laserstab 1. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lampe 2 nächst dem Laserstab 1 in "enger Kopplung" anzuordnen, wobei Laserstab und Lampe im Zentrum eines zylindrischen reflek­ tierenden Resonators einander unmittelbar benachbart sind. Ferner können zwei Lampen und ein Laserstab in einem dop­ pelelliptischen Resonator angeordnet werden, der im Quer­ schnitt wie zwei einander überlappende Ellipsen aussieht, wobei die Lampen an den beiden Brennpunkten des Gehäuses und der Laserstab am gemeinsamen Brennpunkt angeordnet sind.

Die Lampe 2 ist bevorzugt eine Kryptonbogenlampe, die sich für eine Lasertätigkeit bei 1,44 µm als überlegen erwiesen hat. Typischerweise hat die Lampe 2 einen Innendurchmesser von 7 mm und eine Länge von 10 cm. Eine Lampe mit diesen Maßen kann der erforderlichen hohen Pulsstromfrequenz, die für den vorliegenden Betriebsfall notwendig ist, standhal­ ten. Charakteristisch wird die Lampe 2 für den Laserbetrieb bei 1,44 µm im Pulsmodus mit einer Anregungsspannung von ca. 600 V für die Dauer von 1 ms und einer Pulsfrequenz von 30-100 Pulsen/s betrieben. Zusätzlich hat sich die genannte Kryptonbogenlampe 2 als ausreichend für den Be­ trieb mit kontinuierlichem Strom bei der Wellenlänge 1,06 µm erwiesen. Die Lampe 2 ist zwar bevorzugt eine Kryp­ tonbogenlampe, es können jedoch auch andere Lichtquellen, z. B. eine Wolframlampe oder eine andere kontinuierlich brennende Bogenlampe oder eine Xenonblitzlampe, die Licht­ pulse erzeugt, verwendet werden.

Die Lampe 2, die charakteristisch als "Pumplichtquelle" bezeichnet wird, emittiert ein breites Lichtspektrum, aber Neodymionen tendieren ungeachtet des Wirtsgefüges dazu, in einem engen Wellenlängenbereich um 0,7-0,8 µm am stärksten zu absorbieren. Die Absorption von Photonen in diesem Bereich hebt die Neodymionen vom Grundzustand auf ein hohes Energieniveau, von dem aus sie auf ein metastabiles Niveau abklingen, das Fluoreszenzstrahlung bei verschiedenen Wel­ lenlängen, und zwar 1,06 µm, 1,32 µm und 1,44 µm, erzeugt. Die Lasertätigkeit tritt auf dem 1,06-µm-Emissionsband auf, da die Laserverstärkung für diese Wellenlänge am höchsten ist, wenn nicht die Laserreflektoren bzw. die Optik wellen­ längenselektiv ausgebildet sind, so daß die 1,06-µm-Laser­ oszillation unterdrückt wird.

Die Lampe 2 wird von einer Gleichstromversorgung 8 konven­ tioneller Auslegung gespeist, die an die Ansteuerelektronik über Leitungen 9 und 10 angeschlossen ist. Diese Gleich­ stromversorgung liefert einen Strom von typischerweise 10 A an die Lampe, wobei dieser Strom auf dem Gebiet der Laser­ technik als Ruhestrom bekannt ist. Der Ruhestrom hält die Lampe 2 zwischen Strompulsen im leitenden Zustand. Die Leitungen 9 und 10 sind an Kabel 11 bzw. 12 angeschlossen, die ihrerseits mit ihren einen Enden an die Lampe 2 und mit ihren anderen Enden an einen Festkörperschaltkreis bzw. "Unterbrecher" 13 angeschlossen sind. Der Unterbrecherkreis 13 steuert die Lampe 2 mit 600 V bei einem typischen Strom von 300 A für 1 ms mit einer Pulsfrequenz von 30 Pulsen/s an, so daß typischerweise eine mittlere Leistung von 50 W bei der Wellenlänge 1,44 µm erhalten wird. Der Unterbre­ cherkreis 13 arbeitet auch mit einer Frequenzfolge von typischerweise 1 kHz, um die Lampe 2 kontinuierlich zu betreiben. Beim kontinuierlichen Betrieb muß der Stromfluß durch Einschalten eines Glättungsfilters in die Schaltung gemittelt werden. Zu diesem Zweck wird der 1-kHz-Impulszug vom Unterbrecherkreis 13 mit Hilfe eines Kondensators 14 gemittelt, der parallel zur Lampe 2 geschaltet ist und eine Nennkapazität von 0,009 F hat. Zusätzlich schaltet ein Relais 15 den Glättungskondensator 14 in den Kreis ein bzw. trennt ihn davon, je nachdem, ob Pulsbetrieb oder Dauer­ betrieb gewünscht wird. Z. B. beträgt der mittlere Strom für den Dauerbetrieb charakteristisch 45 A, wobei eine Laserausgangsleistung von 100 W bei der Wellenlänge 1,06 µm entwickelt wird. Die Figur zeigt ferner, daß die Lampe 2 in üblicher Weise durch einen Einschalttransformator 16 ein­ geschaltet wird, der in üblicher Weise ein serienmäßiger Hochspannungsimpulsübertrager mit eigener unabhängiger An­ steuerelektronik 17 ist.

Das Spiegelkarussell 5 besteht aus einer verschiebbaren Spiegelbefestigung, die zwei oder mehr Sätze Laserreflek­ toren 18, 18′ und 19, 19′ enthält, die jeweils in konven­ tionellen Laserreflektor-Verstellvorrichtungen 20, 21 ange­ ordnet sind. Das Spiegelkarussell 5 umfaßt ferner ein Ver­ bindungselement 22, das die Verstellvorrichtungen 20, 21 miteinander so verbindet, daß jeder Reflektorsatz 18, 18′ bzw. 19, 19′ im Tandembetrieb bewegbar ist. Das Spiegel­ karussell 5 ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Reflektoren 18, 18′ einen Laserresonator bilden, in dem der Laserstab einen Laserstrahl der Wellenlänge 1,06 µm erzeugt, und einer zweiten Stellung antreibbar, in der die Reflektoren 19, 19′ an die Enden des Laserstabs 1 angrenzen und ein Laserstrahl der Wellenlänge 1,44 µm erzeugt wird. Zum Antrieb des Spiegelkarussells 5 zwischen seinen abwech­ selnden Stellungen kann gemäß der Zeichnung an der Ver­ stellvorrichtung 20 ein Seil 23 od. dgl. um zwei Seilschei­ ben 24 bzw. 25, die an Halterungen 26 bzw. 27 montiert sind, geführt sein, wobei die Halterungen ihrerseits an einem Stützelement 28 befestigt sind. Die Seilscheibe 24 wird von einem Elektromotor 31 angetrieben und bewegt das Spiegelkarussell 5 nach oben oder unten, um entweder die Laserreflektoren 18, 18′ oder 19, 19′ richtig an den Enden des Laserstabs 1 zu positionieren, so daß Laserstrahlen der Wellenlänge 1,06 µm oder 1,44 µm erzeugt werden.

Die für die Erzielung der Laserwirkung bei 1,44 µm einge­ setzten Reflektoren müssen bei 1,44 µm reflektieren, wäh­ rend sie bei 1,06 µm und 1,32 µm möglichst durchlässig sein müssen. Z. B. bestehen die Reflektoren, die zum Erhalt einer hohen mittleren Leistung bei 1,44 µm verwendet wer­ den, bevorzugt aus einem Reflektor, der bei 1,44 µm 100%, bei 1,32 µm 50% und bei 1,06 µm 30% Reflexionsvermögen hat, sowie einem weiteren Reflektor, der bei 1,44 µm 80%, bei 1,32 µm 20% und bei 1,06 µm 5% Reflexionsvermögen hat. Ferner kann angrenzend an den Laserstab und innerhalb des Laserresonators ein durchlässiges Siliciumfenster mit einer Dicke von 1 cm, das für 1,44 µm reflexmindernd be­ schichtet ist, angeordnet sein. Silicium absorbiert bei 1,06 µm etwa 100% und hat die Funktion, Laserschwingungen bei der Wellenlänge 1,06 µm zu unterdrücken. Durch das zusätzliche Vorsehen dieses Elements werden Laserschwin­ gungen auch dann unterdrückt, wenn die Laserreflektoren bei der Wellenlänge 1,06 µm hochreflektierend sind. Für die Wellenlängenselektion könnten auch andere Elemente, z. B. Prismen oder Beugungsgitter, verwendet werden. Wenn derar­ tige Reflektoren nahe den Enden des Laserstabs 1 angeordnet sind, resultiert ein Laserausgang mit einer mittleren Ener­ gie von wenigstens 40 W und einer Spitzenenergie nahe 1000 W.

Zum Übertragen des 1,44-µm-Laserstrahls kann auch ein Quarzleiter 29 verwendet werden. Dieser ist typischerweise ein Quarzleiter mit einem Kern von 600 µm. Es ist zwar bekannt, daß Quarz im Bereich von 1,44 µm aufgrund von ein­ geschlossenem Wasser absorbiert, aber ein wasserfreier Quarzleiter weist praktisch kein Wasser auf, so daß nur eine vernachlässigbare Absorption auftritt und es möglich ist, sowohl den 1,06-µm-Koagulationsstrahl als auch den 1,44-µm-Schneidstrahl durch denselben Quarzleiter 29 zu übertragen.

Der Laserstrahl aus dem Laserstab 1 wird von einer Linse 30 auf den Quarzleiter 29 fokussiert. Die Linse 30 ist für 1,06 µm und 1,44 µm reflexmindernd beschichtet und hat eine konventionelle Brennweite von ca. 2 cm.

Claims (14)

1. Neodym-Laser langer Wellenlänge, insbesondere für medizinische Anwendungen, mit:

• - einem Gehäuse (6) mit einem reflektierenden optischen Hohlraum (3);
• - einem im optischen Hohlraum (3) angeordneten Laserstab (1), der aus einem Neodym-dotierten kristallinen oder gläsernen Wirtsgefüge besteht;
• - einer im optischen Hohlraum (3) zum Laserstab (1) benachbart angeordneten Pumplampe (2), die als Pumplichtquelle für den Laserstab (1) dient;
• - einer Ansteuereinrichtung mit einer Schaltung (8-13) zur Speisung der Pumplampe (2) unter Erzeugung intermittierender Lichtimpulse der Pumplampe (2);
• - sowie einem ersten wellenlängenselektiven Laserresonator, dessen Reflektoren (19, 19′) so ausgelegt sind, daß sie bei Wellenlängen zwischen 1,4 µm bis 1,5 µm maximal reflektieren, während sie bei den Wellenlängen 1,06 µm und 1,32 µm weitgehend durchlässig sind, so daß eine Laseroszillation im Bereich zwischen 1,4 bis 1,5 µm möglich ist.

2. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei im Laserresonator des weiteren ein wellenlängenselektives Siliciumfenster angeordnet ist, das für maximale Durchlässigkeit im Wellenlängenbereich von 1,4 µm bis 1,5 µm beschichtet ist und nahe einem Ende des Laserstabes (1) angeordnet ist.

3. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei im Laserresonator des weiteren ein wellenlängenselektives Brechungsprisma nahe dem Laserstab (1) angeordnet ist.

4. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei als Wirtsgefüge Yttrium-Aluminium-Granat vorgesehen ist.

5. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei die Pumplampe (2) als Krypton-Bogenlampe ausgeführt ist.

6. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei die Ansteuereinrichtung (13) eine Anregungsspannung von ca. 600 Volt für die Dauer von 1 ms mit einer Folgefrequenz von 30-100 Impulsen/s liefert.

7. Neodym-Laser nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Laserresonator vorgesehen ist, der Reflektoren (18, 18′) umfaßt, die bei der Wellenlänge 1,06 µm maximal reflektieren und bei sämtlichen anderen Wellenlängen minimales Reflexionsvermögen aufweisen, und wobei die Reflektoren (19, 19′; 18, 18′) des ersten und des zweiten Laserresonators in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind und eine Befestigungsvorrichtung (20, 21, 22) zum einstellbaren Befestigen der Reflektoren (19, 19′; 18, 18′) vorgesehen ist und des weiteren eine Antriebsvorrichtung (23-28) vorgesehen ist, die die Reflektoren (19, 19′; 18, 18′) an Stellen nahe den entgegengesetzten Enden des Laserstabs (1) bewegt, um den ersten und den zweiten Resonator zu bilden.

8. Neodym-Laser nach Anspruch 7, wobei Elemente (14, 15) vorgesehen sind, die die Anregungsspannung von einer gepulsten in eine kontinuierliche Spannung umformen.

9. Neodym-Laser nach Anspruch 8, wobei die Elemente (14, 15) einen Kondensator (14), der der Pumplampe (2) parallel­ geschaltet ist, und einen Schalter (15) umfassen, der den Kondensator in den Schaltkreis einschaltet bzw. davon trennt.

10. Neodym-Laser nach Anspruch 7, wobei eine Linse (30), nahe einem der Reflektoren (18, 18′; 19, 19′) positioniert ist, die einen vom Laserstab (1) emittierten Laserstrahl in einen Lichtleiter (29) fokussiert.

11. Neodym-Laser nach Anspruch 10, wobei der Lichtleiter (29) als Quarzlichtleiter ausgeführt ist.

12. Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahles durch einen Neodym-Laser bei der Wellenlänge von 1,44 µm, insbesondere für medizinische Anwendungen, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
Anlegen intermittierender Lichtimpulse einer Pumplichtquelle (2) an einen Laserstab (1), der ein Neodym-dotiertes kristallines oder gläsernes Wirtsgefüge hat, und
Positionieren von ersten wellenlängenselektiven Reflektoren (19, 19′) nahe dem Laserstab (1), wobei die Reflektoren (19, 19′) so ausgelegt sind, daß sie bei der Wellenlänge 1,44 µm maximal reflektieren, während sie bei den Wellenlängen 1,06 µm und 1,32 µm weitgehend durchlässig sind, so daß eine Laseroszillation bei 1,44 µm erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Pumplichtquelle (2) mit einer Anregungsspannung von ca. 600 Volt für die Dauer von 1 ms bei einer Folgefrequenz von 30 Impulsen/s betrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei an den Laserstab (1) angrenzend zweite wellenlängenselektive Reflektoren (18, 18′) abwechselnd mit den ersten Reflektoren (19, 19′) verwendet werden, und wobei die zweiten Reflektoren (18, 18′) eine Oszillation bei der Wellenlänge 1,06 µm ermöglichen.