DE602004006914T2 - Medizinisches Lasergerät - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Lasergerät, welches in einer Augenklinik und anderswo verwendet wird.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Als medizinische Lasergeräte (z.B. für Augenbehandlungen) waren Geräte, die einen Krypton-Laser, einen Farbstoff-Laser, einen frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser, welcher ein Festkörper-Laser ist, oder dergleichen bekannt. Der Krypton-Laser zum Beispiel kann grüne Laserstrahlen der Wellenlängen von ungefähr 520 nm und ungefähr 530 nm, einen gelben Laserstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 568 nm und einen roten Laserstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 647 nm generieren. Der Farbstoff-Laser kann gelbe bis rote Laserstrahlen der Wellenlängen von ungefähr 575 nm bis ungefähr 630 nm generieren. Der frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser kann zweite Oberwellen, das heißt, einen grünen Laserstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 532 nm, einen gelben Laserstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 561 nm und einen roten Laserstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 659 nm generieren.
  • Für medizinische Behandlungen wird ein Laserstrahl einer Wellenlänge (und zwar farbig) verwendet, ausgewählt je nach einem Behandlungsteil, einem Behandlungszweck und anderweitig. Für eine die Augen betreffende Fotokoagulationsbehandlung werden zum Beispiel bevorzugt gelbe bis orange Laserstrahlen verwendet, um selbst bei geringer Energie eine gute Koagulations-Effektivität bereitzustellen. In dem Fall, wo ein Patientenauge am Augenhintergrund blutet oder wo ein Sehmittel gegenüber dem Augenhintergrund opak ist, wird bevorzugt ein roter Laserstrahl verwendet.
  • Die Geräte, die den Krypton-Laser oder den Farbstoff-Laser verwenden, weisen viele Nachteile auf: eine kurze Lebensdauer eines Laserschlauchs, große elektrische Energieerfordernisse und eine Zunahme der Gerätegröße. Andererseits könnten die Geräte, die Festkörperlaser wie den frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser verwenden, diese Nachteile reduzieren, könnten aber keinen für die Fotokoagulation geeigneten orangen Laserstrahl generieren. Ferner ist als roter Laserstrahl ein Strahl einer Wellenlänge kürzer als ungefähr 659 nm zu bevorzugen.
  • Die EP-A-1 241 746 offenbart ein medizinisches Lasergerät, das eine einen Strahl der Wellenlänge λ1 emittierende Infrarot-Laserquelle, einen faserbasierten Raman-Shifter, der einen Stokes-Strahl λ2 erster Ordnung mit einer dafür mittels Braggs-Gittern geformten Aussparung generiert und einen λ2 zu einer zweiten Oberwelle von 589 nm umwandelnden nicht-linearen Kristall umfasst.
  • A.S. Soult et al. zeigt im "Journal of Physical Chemistry B (ACS USA)", Band 106, Nummer 36, Seiten 9266-9273 (2002) ein Raman-Spektrum eines Titandioxid-dotierten Siliziumdioxidmaterials.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände gemacht und hat die Aufgabe, die obigen Probleme zu überwinden und somit ein medizinisches Lasergerät bereitzustellen, welches eine lange Lebensdauer, geringe elektrische Energieerfordernisse und eine reduzierte Größe aufweisen kann und welches in der Lage ist, Laserstrahlen der für medizinische Behandlungen geeigneten Wellenlängen (Farben) zu generieren.
  • Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der Beschreibung, welche folgt, dargelegt werden und teilweise aus der Beschreibung ersichtlich werden oder können durch Anwendung der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die Mittel und Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen besonders hervorgehoben sind, realisiert und erreicht werden.
  • Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, wird ein medizinisches Lasergerät gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beiliegenden Zeichnungen, welche in dieser Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil davon darstellen, veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung der Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung.
  • In den Zeichnungen
  • ist 1 eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer ersten Ausführungsform;
  • ist 2 ein Graph, der angeregte Raman-Streueigenschaften einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten Raman-Faser zeigt;
  • ist 3 eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer zweiten Ausführungsform;
  • ist 4 eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer dritten Ausführungsform; und
  • ist 5 eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer vierten Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben. 1 ist eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer ersten Ausführungsform.
  • In 1 ist ein Laser-Oszillator 1, welcher einen Laserstrahl emittiert, intern mit einer Laser-Oszillationsquelle 10, welche einen linear polarisierten Infrarot-Strahl emittiert, ausgestattet. Diese Laser-Oszillationsquelle 10 ist zum Beispiel ein Nd:YAG-Laser, der eine Laserdioden-Pumpe ist und einen Grundwellen-Infrarot-Strahl einer Wellenlänge λ1 (ungefähr 1064 nm) emittiert. Eine Eingabe-Weicheneinheit 11 leitet den von der Laser-Oszillationsquelle 10 emittierten Strahl der Wellenlänge λ1 (nachstehend als "λ1-Strahl" bezeichnet) selektiv zu einem ersten optischen Weg L1, einem zweiten optischen Weg L2 oder einem dritten optischen Weg L3. Diese Eingabe-Weicheneinheit 11 ist zum Beispiel mit einem im optischen Weg L1 angeordneten Spiegel 12 und den Spiegeln 13 und 14 konstruiert, die in einer Reihe in einem in einer Reflexionsrichtung des Spiegels 12 gebildeten optischen Weg angeordnet sind. Die Spiegel 12 und 13 werden in durch gestrichelte Linien dargestellte jeweilige Positionen aus den zugehörigen optischen Wegen heraus bewegt.
  • Wenn der Spiegel 12 aus dem optischen Weg heraus bewegt wird, wird der linear polarisierte λ1-Strahl zum optischen Weg L1 geleitet. In diesem optischen Weg L1 sind eine Sammellinse 15 und ein erster, periodisch gepolter, nicht-linearer Kristall (der einem "zweiten nicht-linearen Kristall" in den Ansprüchen entspricht) 16 wie PPLN angeordnet, der mit seiner Z-Achse parallel zur Polarisationsebene des linear polarisierten λ1-Strahls (nachstehend als "PPLN" bezeichnet) ausgerichtet ist. Der λ1-Strahl wird durch den nicht-linearen Kristall 16 zu einem grünen zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ1' (ungefähr 532 nm) Wellenlängen-umgewandelt.
  • Wenn beide Spiegel 12 und 13 in den optischen Weg gestellt werden, wird der λ1-Strahl zum optischen Weg L2 geleitet. Im optischen Weg L2 sind eine Sammellinse 17, ein faserbasierter Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 20, eine Sammellinse 25 und ein zweiter, periodisch gepolter, nicht-linearer Kristall (der einem "ersten nicht-linearen Kristall" in den Ansprüchen entspricht) 26 wie PLLN platziert. Der Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 20 ist aus einer eine Einmodenpolarisation darstellenden optischen Faser (eine nicht-lineare optische Faser) 21 konstruiert, die einen mit Titandioxid (TiO2)-dotierten Siliziumdioxid(SiO2)-basierten Kern aufweist. Die optische Faser 21 beträgt in Bezug auf den Kerndurchmesser 6 μm und in Bezug auf die Länge 500 m oder mehr. Diese optische Faser 21 wird mit einem Paar Faser-Bragg-Gittern (nachstehend als FBG bezeichnet) 22a und 22b gebildet, welches einen Resonator für einen durch angeregte Raman-Streuung generierten Stokes-Strahl erster Ordnung einer Wellenlänge λ2 (ungefähr 1180 nm) bildet. Außerdem ist am Ausgabe-Ende der optischen Faser 21 ein FBG 24 gebildet, um den λ1-Strahl zu reflektieren, während es dem Strahl der Wellenlänge λ2 (nachstehend als "λ2-Strahl" bezeichnet) ermöglicht, dort hindurch zu passieren.
  • 2 zeigt angeregte Raman-Streueigenschaften der TiO2-dotierten, SiO2-basierten optischen Faser. Wie in 2 gezeigt, liefert die TiO2-dotierte, SiO2 basierte optische Faser Peaks der angeregten Raman-Streuung jeweils in der Nähe von etwa 925 cm–1 und etwa 400 cm–1. Dementsprechend wird mit einem Anregungs-Strahl der Wellenlänge λ1 die angeregte Raman-Streuung hervorgerufen, die einen der Raman-Verschiebung 21 von 925 cm–1 korrespondierenden Peak bei λ2 aufweist. Das heißt, 9398 cm–1 (ungefähr 1064 nm) – 925 cm–1 → 8473 cm–1 (ungefähr 1180 nm). Somit ist der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert. Für diesen λ2-Strahl bilden das FBG 22a, welches einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) aufweist und das FBG 22b, welches einem Teil des Lichts ermöglicht, zu passieren (85% Reflexionsgrad oder weniger), einen den λ2-Strahl aufnehmenden Resonator. Der Reflexionsgrad des FBG 22b, das als ein Ausgabe-Kuppler fungiert, ist so gewählt, dass beim λ2-Strahl eine optimale Ausgabe-Leistung erreicht wird. Es ist anzumerken, dass der λ1-Strahl mittels des FBG 24 rückwärts durch die optische Faser 21 läuft, wodurch der Grad der Einsatzmöglichkeit des λ1-Strahls verbessert wird.
  • Der λ2-Strahl, der das FBG 24 passiert hat, durchtritt dann die Sammellinse 25 und tritt in den zweiten nichtlinearen Kristall 26 ein, in welchem der λ2-Strahl zu einem orangen zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ2' (ungefähr 590 nm) Wellenlängen-umgewandelt wird.
  • Wenn der Spiegel 12 in den optischen Weg gestellt wird während der Spiegel 13 aus dem optischen Weg heraus bewegt wird, wird der λ1-Strahl zum optischen Weg L3 geleitet. Im optischen Weg L3 sind eine Sammellinse 18, ein faserbasierter Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 30, eine Sammellinse 35 und ein dritter, periodisch gepolter nicht-linearer Kristall 36, wie PPLN, platziert. Der Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 30 ist, wie bei der optischen Faser 21, aus einer TiO2-dotierten, SiO2-basierten optischen Faser 31 konstruiert. Die optische Faser 31 beträgt in Bezug auf den Kerndurchmesser 6 μm und in Bezug auf die Länge 500 m oder mehr. Diese optische Faser 31 ist mit einem Paar von FBGs 32a und 32b, welches einen Resonator für den durch die angeregte Raman-Streuung generierten Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 bildet, und mit einem anderen Paar von FBGs 33a und 33b, welches einen Resonator für einen durch die angeregte Raman-Streuung generierten Stokes-Strahl zweiter Ordnung einer Wellenlänge λ3 (ungefähr 1240 nm) bildet, gebildet. Am Ausgabe-Ende der optischen Faser 31 ist ein FBG 34 gebildet, um den λ1-Strahl zu reflektieren, während es dem Strahl der Wellenlänge λ3 (nachfolgend als λ3-Strahl bezeichnet) ermöglicht, dort hindurch zu passieren.
  • Wie oben beschrieben, stellt die mit TiO2-dotierte, SiO2 basierte optische Faser einen Peak der angeregten Raman-Streuung in der Nähe von ungefähr 400 cm–1 zusätzlich zu dem in der Nähe von ungefähr 925 cm–1 bereit. Im Raman-Wellenlängen-Shifter 30 wird folglich mit dem Anregungs-Strahl der Wellenlänge λ1 der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert. Für diesen λ2-Strahl bilden die FBGs 32a und 32b mit hohem Reflexionsgrad einen Resonator, um darin den λ2-Strahl abzugrenzen (mitzuschwingen). Anschließend kann mit dem λ2-Strahl die angeregte Raman-Streuung mit einem Peak bei λ3, die einem Raman-Shift P2 von 408 cm–1 entspricht, hervorgerufen werden. Das heißt, 9398 cm–1 (ungefähr 1064 nm) – 925 cm–1 – 408 cm–1 8065 cm–1 (ungefähr 1240 nm).
  • Somit ist der Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 generiert. Für diesen λ3-Strahl bilden das einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) aufweisende FBG 33a und das FBG 33b, welches es einem Teil des Lichts erlaubt zu passieren (85% oder weniger Reflexionsgrad), einen den λ3-Strahl aufnehmenden Resonator. Der Reflexionsgrad des FBG 33b, das als ein Ausgabe-Koppler fungiert, wird so gewählt, dass beim λ3-Strahl eine optimale Ausgabe-Leistung erreicht wird.
  • Der λ3-Strahl, der das FBG 34 passiert hat, durchtritt dann die Sammellinse 35 und tritt in den dritten nichtlinearen Kristall 36 ein, in welchem der λ3-Strahl zu einem roten zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ3' (ungefähr 620 nm) Wellenlängen-umgewandelt wird.
  • Die wie oben jeweils generierten λ1'-, λ2'- und λ3'-Strahlen werden selektiv durch eine Ausgabe-Weicheneinheit 40 ausgegeben. Diese Ausgabe-Weicheneinheit 40 schließt zum Beispiel einen dichroitischen Spiegel 41 und 42 und einen Spiegel 43 ein. Der dichroitische Spiegel 42 ermöglicht dem roten Strahl der Wellenlänge λ3' dort hindurch zu passieren, während er den orangen Strahl der Wellenlänge λ2' reflektiert. Der dichroitische Spiegel 41 reflektiert die λ3 und λ2'-Strahlen, während er den grünen Strahl der Wellenlänge λ1' zulässt. Die von der Ausgabe-Weicheneinheit 40 ausgegebenen Strahlen treten über eine Sammellinse 45 in die optische Faser 50 ein. Es ist anzumerken, dass in jedem optischen Weg zwischen jedem der nicht-linearen Kristalle 16, 26 und 36 und der Sammellinse 45 ein optisches Element (nicht dargestellt) zur Einstellung des Durchmessers der jeweiligen Strahlen derart passend platziert ist, dass jeder der λ1'-, λ2'- und λ3 Strahlen durch die Sammellinse 45 hindurch effizient in die optische Faser 50 des lichtleitenden optischen Systems eintritt.
  • Das Ausgabe-Ende der optischen Faser 50 ist mit einem lichtleitenden optischen System 52 verbunden, um den Strahl zu einem Patientenauge E zu führen. Dieses optische System 52 ist mit einer Relais-Linse 53, einer Zoom-Linse 54 zur Änderung der Spotgröße des Strahls, einer Objektiv-Linse 55 und einem Spiegel 56, welcher den Strahl in Richtung des Patientenauges E reflektiert, ausgestattet. Dieses optische System 52 ist an einer in einem binokularen Mikroskop bereitgestellten Spaltlampe 61 befestigt. Das Auge E wird durch ein in der Spaltlampe 60 bereitgestelltes Beleuchtungsteil 62 beleuchtet. Für eine Fotokoagulationsbehandlung wird der durch das lichtleitende optische System 52 geführte Strahl durch eine Kontaktlinse 65 auf den Augenhintergrund des Auges E appliziert.
  • Die Laser-Oszillationsquelle 10 und die Eingabe-Weicheneinheit 11 sind mit einer Kontrolleinheit 47 verbunden.
  • Diese Kontrolleinheit 47 wird mit einem Bedienungsfeld 48 verbunden, das einen Schalter für die Wahl einer Wellenlänge (Farbe) des Strahls aufweist.
  • Die das obige Lasergerät verwendende Fotokoagulationsbehandlung wird wie folgt durchgeführt. Ein Benutzer wählt zuerst mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld 48 eine zu verwendende Wellenlänge (Farbe) und bestimmt dann die Behandlungsbedingungen wie Ausgabestärke, Fotokoagulationszeit usw. Beim Empfang eines Wellenlängen-Auswahlsignals vom Bedienungsfeld 48 bringt die Kontrolleinheit 47 die Spiegel 12 und 13 in der Eingabe-Weicheneinheit 11 dazu, zwischen den optischen Wegen umzuschalten. Wenn "grün" gewählt wird, wird der Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 zum optischen Weg L1 geleitet, so dass der Laser-Oszillator 1 den grünen Strahl ausgibt. Wenn "orange" gewählt wird, wird der Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 zum im optischen Weg L2 platzierten Raman-Wellenlängen-Shifter 20 geführt, so dass der Laser-Oszillator 1 den orangen Strahl ausgibt. Wenn "rot" gewählt wird, wird der Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 zum im optischen Weg L3 platzierten Raman-Wellenlängen-Shifter 30 geführt, so dass der Laser-Oszillator 1 den roten Strahl ausgibt.
  • In der obigen Beschreibung wird ein Nd:YAG-Laser als Laser-Oszillationsquelle 10 verwendet, aber stattdessen kann ein Nd:YLF-Laser verwendet werden. Dieser Nd:YLF-Laser emittiert einen Grundwellen-Infrarot-Strahl einer Wellenlänge von ungefähr 1053 nm. Wenn er als Anregungs-Strahl der Wellenlänge λ1 verwendet wird, wird der λ1-Strahl in den folgenden Arten und Weisen Wellenlängen-umgewandelt. Im Fall des optischen Wegs L1 wird der λ1-Strahl durch den ersten nicht-linearen Kristall 16 zu einem grünen zweiten Oberwellen-Strahl der Wellenlänge λ1' (ungefähr 527 nm) umgewandelt. Im Fall des optischen Wegs L2 wird der λ1-Strahl durch den Raman-Wellenlängen-Shifter 20 wie folgt umgewandelt:
    9496 cm–1 (ungefähr 1053 nm) – 925 cm–1 → 8571 cm–1 (ungefähr 1166 nm).
  • Somit wird der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 (ungefähr 1166 nm) generiert. Dieser λ2-Strahl wird dann durch den zweiten nicht-linearen Kristall 26 zu einem eine Wellenlänge λ2' (ungefähr 583 nm) aufweisenden, orangen zweiten Oberwellen-Strahl Wellenlängen-umgewandelt.
  • Im Fall des optischen Wegs L3 wird der λ1-Strahl durch den Raman-Wellenlängen-Shifter 30 wie folgt umgewandelt:
    9496 cm–1 (ungefähr 1053 nm) – 925 cm–1) – 408 cm–1 → 8163 cm–1 (ungefähr 1225 nm).
  • Somit ist der Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 (ungefähr 1225 nm) generiert. Dieser λ3-Strahl wird dann durch den dritten nicht-linearen Kristall 36 zu einem roten zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ3' (ungefähr 613 nm) Wellenlängen-umgewandelt.
  • Für die Fotokoagulationsbehandlung ist es zu bevorzugen, den grünen Strahl einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 520 nm bis ungefähr 540 nm auszugeben. Deshalb ist die Wellenlänge λ1 zur Generierung des grünen Strahls der Wellenlänge λ1' in der oben genannten Spanne, welcher durch Frequenzverdopplung mit dem ersten nicht-linearen Kristall 16 erhalten wird, in einem Bereich von ungefähr 1040 nm bis ungefähr 1080 nm. Als Laser-Oszillationsquelle 10 wird irgendeine Vorrichtung, die in der Lage ist, den Strahl der Wellenlänge λ1 im obigen Bereich auszugeben, verwendet. Angesichts der Koagulations-Effizienz ist es zu bevorzugen, den orangen Strahl einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 600 nm auszugeben. Deshalb ist die Wellenlänge λ2 zur Generierung des orangen Strahls der Wellenlänge λ2' in der oben genannten Spanne, welcher durch Frequenzverdopplung mit dem zweiten nicht-linearen Kristall 26 erhalten wird, in einem Bereich von ungefähr 1160 nm bis ungefähr 1200 nm. Die Verwendung der oben erwähnten Fasern ermöglicht die effiziente Generierung des Stokes-Strahls erster Ordnung der Wellenlänge λ2 in einem Bereich von ungefähr 1160 nm bis ungefähr 1200 nm durch die angeregte Raman-Streuung von 925 cm–1 durch Eingabe des Anregungs-Strahls der Wellenlänge λ1 in einem Bereich von ungefähr 1040 nm bis ungefähr 1080 nm. Ferner ist von dem Gerät bezüglich der Augenbehandlung erwünscht, imstande zu sein, einen roten Strahl einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 610 nm bis ungefähr 630 nm auszugeben. Deshalb ist die Wellenlänge λ3 zur Generierung des roten Strahls der Wellenlänge λ3' in der oben genannten Spanne, welcher durch Frequenzverdopplung mit dem dritten nicht-linearen Kristall 36 erhalten wird, in einem Bereich von ungefähr 1220 nm bis ungefähr 1260 nm. Insofern ermöglicht die Verwendung der oben erwähnten Faser ebenso die effiziente Generierung des Stokes-Strahls zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 in einem Bereich von ungefähr 1220 nm bis ungefähr 1260 nm durch angeregte Raman-Streuung von 408 cm–1 durch Eingabe des Anregungs-Strahls der Wellenlänge λ1 in einem Bereich von ungefähr 1040 nm bis ungefähr 1080 nm. Die Laser-Oszillationsquelle 10, welche den λ1-Strahl für den obigen Zweck emittiert, ist nicht auf die oben erwähnten Nd:YAG-Laser und Nd:YLF-Laser beschränkt und kann irgendein Geeigneter sein. Zum Beispiel kann ein Yb-dotierter Faser-Laser geeignet verwendet werden. Dieser Yb-Faser-Laser gibt einen Strahl einer Wellenlänge λ1 (ungefähr 1064 nm) aus.
  • Mit dem Gerät in der vorliegenden, die Raman-Faser verwendenden Ausführungsform ist es möglich, den orangen Strahl effektiv, besonders bei der Augenbehandlung, zu generieren und den grünen Strahl und den roten Strahl einer relativ kürzeren Wellenlänge bei hoher Ausgangsleistung durch ein einzigen Gerät zu generieren. Das Gerät kann diese Strahlen selektiv ausgeben. Dies macht es möglich, seine Anwendbarkeit für Behandlungen zu erweitern.
  • 3 ist ein schematischer Aufbau eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer zweiten Ausführungsform. Elemente gleich den in 1 gezeigten sind durch gleiche Ziffern angegeben. In der zweiten Ausführungsform wird ein Teil eines einzelnen faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifters (Konverter) gemeinsam für die selektive Generierung von Stokes-Strahlen der Wellenlängen λ2 und λ3 verwendet.
  • In 3 schließt die Eingabe-Weicheneinheit 11 einen Spiegel 12 und einen Spiegel 100 ein, der in einem durch den Spiegel 12 reflektierten Lichtweg platziert ist. Wenn der Spiegel 12 in den optischen Weg gestellt wird, wird der λ1-Strahl zum optischen Weg L4 geleitet. In diesem optischen Weg L4 sind eine Sammellinse 101 und ein faserbasierter Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 110 platziert. Dieser Shifter 110 ist, wie bei der optischen Faser 21, mit einer TiO2-dotierten, SiO2-basierten optischen Faser 111 bereitgestellt. Die optische Faser 111 beträgt in Bezug auf den Kerndurchmesser 6 μm und in Bezug auf die Länge 500 m oder mehr. Die optische Faser 111 ist mit einer optischen Faser-Weiche 120 verbunden, welche an ihrem Ausgabe-Teil gleichermaßen mit zwei TiO2-dotierten, SiO2-basierten Fasern 112 und 122 verbunden ist. Die optische Faser-Weiche 120 wird verwendet, um die optische Faser 111 selektiv mit der optischen Faser 112 oder der optischen Faser 122 zu verbinden und somit selektiv zwischen einem den Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generierenden, ersten faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifter und einem den Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 generierenden, zweiten Raman-Wellenlängen-Shifter umzuschalten.
  • In der optischen Faser 111 sind ein einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) aufweisendes FBG 114, welches den Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 durch angeregte Raman-Streuung generiert, und ein einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) aufweisendes FBG 115, welches den Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 reflektiert, gebildet.
  • Andererseits wird in der optischen Faser 112 ein FBG 116 paarweise mit einem FBG 114 und einem FBG 117 verwendet, welches den λ1-Strahl reflektiert während es dem λ2-Strahl erlaubt, dort hindurch zu passieren. Das FBG 116 weist 85% Reflexionsgrad oder weniger gegenüber dem λ2-Strahl auf und fungiert als Ausgabe-Koppler. Die optische Faser 122 wird mit einem einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) aufweisenden FBG 124, das paarweise mit dem FBG 114 verwendet wird, einem paarweise mit FBG 115 verwendeten FBG 125 und einem FBG 126 gebildet, welches den λ1-Strahl reflektiert, während es dem λ3-Strahl ermöglicht, dort hindurch zu passieren. Das FBG 125 weist einen Reflexionsgrad von 85% oder weniger gegenüber dem λ3-Strahl auf und fungiert als ein Ausgabe-Koppler.
  • Mit dem obigen Aufbau wird, wenn mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld "orange" gewählt wird, der Spiegel 12 in den optischen Weg gestellt und die optische Faser-Weiche 120 wird dazu gebracht, die optische Faser 111 mit der optischen Faser 112 zu verbinden. Der λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 wird zum Raman-Wellenlängen-Shifter 110 geführt, in welchem der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert wird. Für diesen λ2-Strahl bilden das einen hohen Reflexionsgrad aufweisende FBG 114 und das FBG 116, das es einem Teil des Strahls ermöglicht, dort hindurch zu passieren, einen den λ2-Strahl aufnehmenden Resonator. Der λ2-Strahl, der das FBG 116 durchtreten hat, durchtritt die Sammellinse 25 und tritt in den zweiten nicht-linearen Kristall 26 auf die gleiche Weise wie oben ein. Der λ2-Strahl ist dann zum orangen zweiten Oberwellen-Strahl der Wellenlänge λ2' Wellenlängenumgewandelt. Auf diese Weise gibt der Laser-Oszillator 1 den orangen Strahl aus.
  • Wenn mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld 48 "rot" gewählt wird, wird die optische Faser-Weiche 120 dazu gebracht, die optische Faser 111 mit der optischen Faser 122 zu verbinden. Der λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 wird zum Raman-Wellenlängen-Shifter 110 geführt, in welchem der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert wird. Für diesen λ2-Strahl bilden das FBG 114 hohen Reflexionsgrades und das FBG 124 hohen Reflexionsgrades einen Resonator, welcher darin den λ2-Strahl abgrenzt.
  • Dementsprechend wird ferner der Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 generiert. Für diesen λ3-Strahl bilden das FBG 115 hohen Reflexionsgrades und das FBG 125, welches einem Teil des Strahls ermöglicht, dort hindurch zu passieren, einen den λ3-Strahl aufnehmenden Resonator. Dieser λ3-Strahl durchtritt das FBG 126 und durchtritt dann, auf die gleiche Weise wie oben, die Sammellinse 35 und tritt in den dritten nicht-linearen Kristall 36 ein. Der λ3-Strahl ist dann zum roten zweiten Oberwellen-Strahl der Wellenlänge λ3' Wellenlängen-umgewandelt. Somit gibt der Laser-Oszillator 1 den roten Strahl aus. Es ist anzumerken, dass im Fall, dass mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld 48 "grün" gewählt wird, der Laser-Oszillator 1 den grünen Strahl wie im Fall von 1 ausgibt.
  • 4 ist eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer dritten Ausführungsform. Bestandteile gleich denen in 1 und 3 gezeigten sind durch gleiche Ziffern angegeben. In der dritten Ausführungsform wird ein einzelner faserbasierter Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) gemeinsam für die selektive Generierung von zwei Stokes-Strahlen der Wellenlängen λ2 und λ3 verwendet.
  • In 4 sind eine Sammellinse 101 und ein faserbasierter Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 130 in einem optischen Weg L4 platziert. Dieser Raman-Wellenlängen-Shifter 130 wird mit einer TiO2-dotierten, SiO2-basierten optischen Faser 131 bereitgestellt. Die optische Faser 131 beträgt in Bezug auf den Kerndurchmesser 6 μm und in Bezug auf die Länge 500 m oder mehr. Die optische Faser 131 wird mit einem Paar von FBGs 132 und 133, welches einen Resonator bildet für den Stokes-Strahl erster Ordnung der durch die angeregte Raman-Streuung generierten Wellenlänge λ2, und ein anderes Paar von FBGs 134 und 135, welches einen Resonator bildet für den Stokes-Strahl zweiter Ordnung der durch die angeregte Raman-Streuung generierten Wellenlänge λ3, gebildet. Ferner ist ein FBG 136 gebildet, welches den λl-Strahl reflektiert, während es den λ2- und λ3-Strahlen ermöglicht, dort hindurch zu passieren. Das im Eingabe-Bereich gebildete FBG 132 weist einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) gegenüber dem λ2-Strahl auf, und das in demselben Eingabe-Bereich gebildete FBG 134 weist einen hohen Reflexionsgrad (99% Reflexionsgrad oder mehr) gegenüber dem λ3-Strahl auf.
  • Das im Ausgabe-Bereich gebildete FBG 133 weist einen einstellbaren Reflexionsgrad in einem Bereich von 10% bis 100% gegenüber dem λ2-Strahl auf. Eine Einstelleinheit 137 stellt thermisch oder mechanisch den Reflexionsgrad des FBG 133 gegenüber dem λ2-Strahl ein. Das FBG 135 weist 85% oder weniger Reflexionsgrad gegenüber dem λ3-Strahl auf. Der Reflexionsgrad des FBG 135, das als ein Ausgabe-Koppler fungiert, wird so gewählt, dass beim λ3-Strahl eine optimale Ausgabe-Leistung erreicht wird.
  • In einem optischen Weg, der dem Ausgabe-Ende der optischen Faser 131 folgt, sind eine Sammellinse 138 und ein dichroitischer Spiegel 140 platziert, welcher dem λ2-Strahl erlaubt, dort hindurch zu passieren, während er den λ3-Strahl reflektiert. Der λ2-Strahl, der den dichroitischen Spiegel 140 durchtreten hat, wird zu einem zweiten nicht-linearen Kristall 26 geführt. Ein Spiegel 141 wird in einem durch den dichroitischen Spiegel 140 reflektierten Lichtweg platziert. Der durch den dichroitischen Spiegel 140 und den Spiegel 141 reflektierte λ3-Strahl wird seinerseits zum dritten nichtlinearen Kristall 36 geleitet.
  • Mit dem obigen Aufbau wird, wenn mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld 48 "orange" gewählt wird, der Spiegel 12 in den optischen Weg gestellt und die Einstelleinheit 137 wird so dazu gebracht, den Reflexionsgrad des FBG 133 gegenüber dem λ2-Strahl auf einen geringen Reflexionsgrad (zum Beispiel 50%) einzustellen. Der λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 wird zum Raman-Wellenlängen-Shifter 130 geführt, in welchem der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert wird. Für diesen λ2-Strahl bilden das einen hohen Reflexionsgrad aufweisende FBG 132 und das FBG 133, das es einem Teil des Strahls erlaubt, dort hindurch zu passieren, einen den λ2-Strahl aufnehmenden Resonator. Dieser λ2-Strahl durchtritt die FBGs 135 und 136 und wird dann von der optischen Faser 131 ausgegeben. Anschließend tritt der λ2-Strahl durch die Sammellinse 138 in den zweiten nicht-linearen Kristall 26 ein und wird zum orangen zweiten Oberwellen-Strahl der Wellenlänge λ2' Wellenlängen-umgewandelt.
  • Wenn mit dem Schalter auf dem Bedienungselement 48"rot" gewählt wird, wird die Einstelleinheit 137 dazu gebracht, den Reflexionsgrad des FBG 133 gegenüber dem λ2-Strahl auf hohen Reflexionsgrad (99% oder mehr) einzustellen. Der λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 wird zum Raman-Wellenlängen-Shifter 130 geführt, in welchem der Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 generiert wird. Für diesen λ2-Strahl bilden das FBG 132 hohen Reflexionsgrades und das FBG 133 hohen Reflexionsgrades einen Resonator, welcher den λ2-Strahl darin abgrenzt. Dementsprechend wird ferner der Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 generiert. Für den λ3-Strahl bilden das einen hohen Reflexionsgrad aufweisende FBG 134 und das FBG 135, das es einem Teil des Strahls erlaubt, dort hindurch zu passieren, einen den λ3-Strahl aufnehmenden Resonator. Der λ3-Strahl durchtritt das FBG 136 und wird von der optischen Faser 131 ausgegeben. Dieser λ3-Strahl durchtritt dann in der Reihe die Sammellinse 138, den dichroitischen Spiegel 140 und den Spiegel 141 und tritt in den dritten nicht-linearen Kristall 36 ein, in welchem der λ3'-Strahl dann zum roten zweiten Oberwellen-Strahl Wellenlängen-umgewandelt wird. Folglich gibt der Laser-Oszillator 1 den roten Strahl aus.
  • 5 ist eine schematische Strukturansicht eines Lasergeräts für eine Augenbehandlung in einer vierten Ausführungsform. Bestandteile ähnlich denen in 1 gezeigten sind durch gleiche Ziffern angegeben. In der vierten Ausführungsform sind alle optisches Systeme, die der Laser-Oszillationsquelle 10 in den Laser-Oszillator 1 folgen, unter Verwendung von faseroptischen Systemen konstruiert.
  • In 5 wird der λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle 10 über eine Faser 10a in eine erste Faser-Weiche 150 eingespeist. Die Faser-Weiche 150 schließt ein 1-Eingabe- und 3-Ausgabeteil ein, um zwischen den drei Ausgabe-Wegen zu schalten. Ein erster Ausgabeteil der Faser-Weiche 150 ist mit einer verlängernden optischen Faser 152 verbunden, von welcher ein Ausgangs-Ende mit einer Eingabe-Faser eines periodisch gepolten, nicht-linearen Kristalls (der einem "zweiten nicht-linearen Kristall" in den Ansprüchen entspricht) 158 vom Typ eines Wellenleiters verbunden ist. Eine Ausgabe-Faser des nicht-linearen Kristalls 158 ist mit einer zweiten Faser-Weiche 180 verbunden, welche eine 3-Eingabe- und 1-Ausgabeteil einschließende Weiche ist, von welcher ein Ausgangs-Ende mit einer Faser 181 verbunden ist. Diese Faser 181 ist in der Lage, mit der optischen Faser 50 gekoppelt zu werden, welche einen Strahl zum lichtleitenden optischen System 52 überträgt.
  • Ein zweiter Ausgabe-Teil der Faser-Weiche 150 ist mit einem Eingangs-Ende einer aus einem faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 160 bestehenden, optischen Faser 161 verbunden. Diese optische Faser 161 ist aus dem gleichen Material wie die optische Faser 21 in den oben genannten Ausführungsformen gefertigt. Die optische Faser 161 ist mit einem Paar von FBGs 162 und 163, welches einen Resonator für den Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 bildet, und einem FBG 165 gebildet, welches den λ1-Strahl reflektiert, während es dem λ2-Strahl erlaubt, dort hindurch zu passieren. Ein Ausgangs-Ende der optischen Faser 161 ist mit einer Eingabe-Faser eines nicht-linearen Kristalls (der einem "ersten nicht-linearen Kristall" in den Ansprüchen entspricht) 168 vom Typ eines Wellenleiters verbunden. Eine Ausgabe-Faser des nicht-linearen Kristalls 168 ist mit der zweiten Faser-Weiche 180 verbunden.
  • Ein dritter Ausgabe-Teil der Faser-Weiche 150 ist mit einem Eingangs-Ende einer einen faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifter (Konverter) 170 bildenden, optischen Faser 171 verbunden. Die optische Faser 171 ist auch aus dem gleichen Material wie die optische Faser 21 in der oben genannten Ausführungsform gebildet. Die optische Faser 171 ist mit einem Paar von FBGs 172 und 173, welches einen Resonator für den Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 bildet, einem weiteren Paar von FBGs 174 und 175, welches einen Resonator für den Stokes-Strahl zweiter Ordnung der Wellenlänge λ3 bildet, und einem FBG 176 gebildet, welches den λ1-Strahl reflektiert, während es dem λ3-Strahl erlaubt, dort hindurch zu passieren. Ein Ausgangs-Ende der optischen Faser 171 ist mit der Eingabe-Faser eines nicht-linearen Kristalls 178 vom Typ eines Wellenleiters verbunden. Eine Ausgabe-Faser des nicht-linearen Kristalls 178 ist mit der zweiten Faser-Weiche 180 verbunden.
  • Mit dem obigen Aufbau schaltet die Kontrolleinheit 47, wenn die für eine Behandlung zu verwendende Wellenlänge (Farbe) mit dem Schalter auf dem Bedienungsfeld 48 gewählt ist, selektiv den Ausgabe-Teil der ersten Faser-Weiche 150 und den Eingabe-Teil der zweiten Faser-Weiche 180 jeweils zu passenden Anordnungen um. Der λ1-Strahl aus der Laser-Oszillationsquelle 10 wird in Übereinstimmung mit dem Schalten in eine der optischen Fasern 152, 161 bzw. 171 eingespeist. Der in die optische Faser 152 eingespeiste λ1-Strahl wird durch den ersten nicht-linearen Kristall 158 zu einem grünen Strahl der Wellenlänge λ1' umgewandelt. Der in die optische Faser 161 eingespeiste λ1-Strahl wird durch angeregte Raman- Streuung zum λ2-Strahl verschoben und dann durch den zweiten nicht-linearen Kristall 168 zum orangen Strahl der Wellenlänge λ2' umgewandelt. Der in die optische Faser 171 eingespeiste λ1-Strahl wird durch angeregte Raman-Streuung zum λ2-Strahl verschoben und weiter zum λ3-Strahl verschoben. Der λ3-Strahl wird dann durch den dritten nicht-linearen Kristall 178 zum roten Strahl der Wellenlänge λ3' umgewandelt.
  • Im Laser-Oszillator 1 in der vierten Ausführungsform ist jedes optische Element in den optischen Wegen der von der Laser-Oszillationsquelle 10 ausgegebenen und in die optische Faser 50 eingespeisten Strahlen durch die faseroptischen Systeme miteinander verbunden. Folglich kann das Ausrichtungsproblem von jedem optischen Bauteil reduziert werden, und ein betriebssicheres Lasergerät kann realisiert werden. Es ist effektiver, wenn ein Faser-Laser wie ein Yb-Faser-Laser als Laser-Oszillationsquelle 10 verwendet wird.
  • In der vierten Ausführungsform können der Raman-Wellenlängen-Shifter 160 und der Raman-Wellenlängen-Shifter 170, wie im Fall der ersten und dritten Ausführungsformen, teilweise oder gänzlich gemeinsam genutzt werden.
  • Das Lasergerät für Augenbehandlungen ist in den obigen Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung kann für ein Lasergerät für eine dermatologische Behandlung verwendet werden.
  • Während die vorliegende bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es verständlich, dass diese Offenbarung zum Zweck der Veranschaulichung dient und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können.

Claims (5)

  1. Medizinisches Lasergerät, umfassend: eine Festkörperlaser-Oszillationsquelle (10), welche einen Strahl einer Wellenlänge λ1 in einem infraroten Bereich von ungefähr 1040 nm bis ungefähr 1080 nm emittiert; einen ersten faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifter, der eine erste Raman-Faser (21; 111, 112; 131; 161) einschließt, welche beim Empfang des λ1-Strahls von der Laser-Oszillationsquelle durch angeregte Raman-Streuung einen Stokes-Strahl erster Ordnung einer von der Wellenlänge λ1 verschiedenen Wellenlänge λ2 generiert, wobei die erste Raman-Faser mit einem Paar Faser-Bragg-Gittern (22a, 22b; 114, 116; 132, 133; 162, 163), welches einen Resonator für den λ2-Strahl bildet, gebildet ist; einen ersten nicht-linearen Kristall (26; 168), welcher den vom ersten Raman-Wellenlängen-Shifter ausgegebenen λ2-Strahl zu einem zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ2 in einem orangen Bereich von ungefähr 580 nm bis ungefähr 600 nm Wellenlängen-umwandelt; ein lichtleitendes optisches System (45, 50, 52; 181), welches den λ2'-Strahl zu einem Behandlungsteil führt, einen zweiten nicht-linearen Kristall (16; 158), welcher den λ1-Strahl von der Laser-Oszillationsquelle zu einem zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ1' in einem grünen Bereich von ungefähr 520 nm bis ungefähr 540 nm Wellenlängen-umwandelt; Eingabe-Weicheneinrichtung (11; 150), welche eine Eingabe des λ1-Strahls aus der Laser-Oszillationsquelle hinein zwischen dem zweiten nicht-linearen Kristall und dem ersten Raman-Wellenlängen-Shifter selektiv umschaltet; und Ausgabe-Weicheneinrichtung (40; 180), welche zwischen einer Ausgabe des λ1'-Strahls vom zweiten nicht-linearen Kristall zum lichtleitenden optischen System und einer Ausgabe des λ2'-Strahls vom ersten nicht-linearen Kristall zum lichtleitenden optischen System selektiv umschaltet; und wobei das lichtleitende optische System auch darauf angepasst ist, den λ1'-Strahl zum Behandlungsteil zu führen.
  2. Medizinisches Lasergerät gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten faserbasierten Raman-Wellenlängen-Shifter, der eine zweite Raman-Faser (31; 111, 122; 131; 171) einschließt, welche beim Empfang des λ1-Strahls von der Laser-Oszillationsquelle durch die angeregte Raman-Streuung den Stokes-Strahl erster Ordnung der Wellenlänge λ2 und ferner einen Stokes-Strahl zweiter Ordnung einer von den Wellenlängen λ1 und λ2 verschiedenen Wellenlänge λ3 generiert, wobei die zweite Raman-Faser mit zwei Paaren Faser-Bragg-Gittern (32a, 32b, 33a, 33b; 114, 124, 115, 125; 132, 133, 134, 135; 172, 173, 174, 175), welche jeweils Resonatoren für den λ2-Strahl und den λ3-Strahl bilden, gebildet wird; einen dritten nicht-linearen Kristall (36; 178), welcher den vom zweiten Raman-Wellenlängen-Shifter ausgegebenen λ3-Strahl zu einem zweiten Oberwellen-Strahl einer Wellenlänge λ3' in einem roten Bereich von ungefähr 610 nm bis ungefähr 630 nm Wellenlängen-umwandelt; wobei die Eingabe-Weicheneinrichtung (11; 150) eine Eingabe des λ1-Strahls aus der Laser-Oszillationsquelle hinein zwischen dem zweiten nicht-linearen Kristall, dem ersten Raman-Wellenlängen-Shifter und dem zweiten Raman-Wellenlängen-Shifter selektiv umschaltet; Ausgabe-Weicheneinrichtung (40; 180), welche zwischen der Ausgabe des λ1'-Strahls vom zweiten nicht-linearen Kristall zum lichtleitenden optischen System, der Ausgabe des λ2'-Strahls vom ersten nicht-linearen Kristall zum lichtleitenden optischen System und der Ausgabe des λ3'-Strahls vom dritten nicht-linearen Kristall zum lichtleitenden optischen System selektiv umschaltet; und wobei das lichtleitende optische System auch darauf angepasst ist, den λ3'-Strahl zum Behandlungsteil zu führen.
  3. Medizinisches Lasergerät gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Raman-Faser mindestens einen Teil der ersten Raman-Faser gemeinsam nutzt.
  4. Medizinisches Lasergerät gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Eingabe-Weicheneinrichtung und die Ausgabe-Weicheneinrichtung eine Faser-Weiche einschließen.
  5. Medizinisches Lasergerät gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Laser-Oszillationsquelle einen Nd:YAG-Laser, einen Nd:YLF-Laser oder einen Yb-dotierten Faserlaser einschließt.
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