JP2007065467A - コレステロール除去用赤外線発生装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】 高変換効率かつ高出力で、コレステロールのバンド幅より狭いスペクトル幅の波長５．７５μｍの赤外線を安定的に出力せしめるコレステロール除去用赤外線治療装置を提供する。
【解決手段】 基本励起光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長１．４０〜１．４１μｍ）を用い、発振器における非線形光学素子としてタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしてＡＧＩＳＥ（ｘ＝０．０１〜０．０５）を用いることにより、コレステロールのバンド幅より狭いスペクトル幅の波長５．７５μｍの赤外線を安定的に出力せしめるコレステロール除去用赤外線治療装置を実現する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、光パラメトリック発振により、特にコレステロールの吸収率が高くその吸収バンド幅より狭いスペクトル幅の波長でコヒーレントな赤外線を発生するコレステロール除去用赤外線治療装置に関するものである。

従来、種々の外科的処置に使用される５．７５μｍの赤外レーザー光を得るために、非線形光学素子（結晶）にコヒーレントな励起光を入力することにより、異なる波長のコヒーレント光を出力せしめる発振装置が知られている。 このような発振装置の概略構成は一般に、励起光源と、励起光によりシグナル光およびアイドラー光を発生する非線形光学素子と、その両側に配置された一対の反射鏡とからなっており、赤外レーザー光はシグナル光とアイドラー光として出力される。 なお、励起光源には１．０６４μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーが、また非線形光学素子としてはタイプ−１カットのＡｇＧａＳ₂（ＡＧＳ）結晶やＨｇＧａ₂Ｓ₄（ＨＧＳ）等が用いられている。
そして、上記励起光と出力光であるシグナル光とアイドラー光との間には次式の数１、数２に示す関係が成り立っている。

（数１）
１／λ_S ＋ １／λ_i ＋ １／λ_P

（数２）
ｎ_S／λ_S + ｎ_i
／λ_i ＝ ｎ_p ／λ_P

上記数式において、λ_Pは励起光の波長、λ_Sはシグナル光の波長、λ_iはアイドラー光の波長、ｎ_pは励起光の屈折率、ｎ_Sはシグナル光の屈折率、ｎ_iはアイドラー光の屈折率である。

しかしながら、上記従来の５．７５μｍの赤外レーザー光を発生させる従来のレーザー発振装置には以下のような問題があった。
すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーで励起したＡＧＳ光パラメトリック発振器においては、励起レーザー波長１．０６４μｍでのダメージ閾値が極端に低く、長時間の使用に耐えず、しかも高出力を得ることは不可能である。 また、ＨＧＳ光パラメトリック発振器においては、大型の結晶が育成できないことと、反射防止膜のコートが技術上の問題から不可能（高温でＨｇが蒸気かする）なため、高出力を得ることが不可能であった。

なお、本願発明に関連して以下のような文献が存在している。
特開２００１−０５６４９２ 特開２００１−０５１３１２ 特開２０００−０１０１３１ 特開平１１−０９５２７３ 特開平０７−００５５１１

本願発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高変換効率かつ高出力で、波長５．７５μｍの赤外線を安定的に出力せしめるコレステロール除去用赤外線治療装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本願発明者らは種々の検討を試みた結果、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしてＡＧＩＳＥ（ｘ＝０．０１〜０．０５）を用いることにより、総合変換効率、出力特性、ライフタイムのいずれも向上することを見出した。

本願発明は、第1の励起光源と、この第１励起光の入力により所定赤外光を出力する第２の励起光源と、この第２励起光を分光するビームスプリッターとを具えてなり、分光された所定の出力光をコレステロール蓄積部位に照射してコレステロールの選択的除去をなすようにした赤外線治療装置を提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。

また、上記の赤外線治療装置において、前記第２の励起光源としての光パラメトリック発振器は、完全反射鏡とコレステロールの吸収幅より狭いスペクトル幅の波長を発生する非線形光学素子と部分反射鏡とを具えて構成することがある。

さらに、上記の赤外線治療装置において、前記非線形光学素子はタイプ１（第1種）90度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶で構成することがある。

そして、上記いずれかの赤外線治療装置において、第１の励起光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光であり、このアイドラー光の波長は１．４０〜１．４１μｍであり、第２の励起光源から出力される赤外光はコレステロールエステルの吸収バンドに由来する波長５．７５μｍのコヒーレント光で構成することがある。

本願発明に係るコレステロール除去用の赤外線治療装置は、第1の励起光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長：０．532μｍ）で励起して発振するＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、第２の励起光源としての光パラメトリック発振器を動作させてコレステロール幅より狭いスペクトル幅の波長の赤外レーザー光を発生し、これを所要箇所に照射して所望の治療行為を実行する。第２の励起光源としての光パラメトリック発振器は、コレステロールエステルの吸収バンドに由来する５．７５μｍ波長を発生する非線形光学素子としてタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶を具えている。この非線形光学素子の入射面および出射面には反射率１％以下の反射防止膜を形成してシグナル光とアイドラー光等の反射ロスを最小限に抑制する。

タイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶は、有効非線形光学定数がｄ_eff＝４３ｐｍ／Ｖと最大で、位相整合許容角がΔθ_ext×Ｌ^1/2＝２２ｄｅｇ・ｃｍ^1/2と大きく、しかもウオーク・オフ角がゼロとなるので変換効率を上げるため、１．４０μｍ光を強く集光し励起密度を上げ、しかも長い結晶の使用を可能にするという利点を有している。

発明の実施例

また、図２は、図1に示す赤外線治療装置の要部を表すブロック図である。
図において、２５は、前記第１の励起光源としての光パラメトリック発振器２２から出射される第２励起光２２ａを集光するための石英レンズ、２３ａは完全反射鏡（１．４０μｍでＴ≧９５％、１．８５μｍ及び５．７５μｍでＲ≧９８％）、２３ｂは非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶、２３ｃは部分反射鏡（１．４０μｍ及び１．８５μｍでＲ≒９０％，５．７５μｍでＴ≒２０％）であり、これら完全反射鏡２３ａ、光学素子２３ｂ、部分反射鏡２３ｃにより第２の励起光源としての光パラメトリック発振器２３が構成されている。 また、２４はビームスプリッター（ダイクロイック反射鏡）、２４ａは赤外光（アイドラー光）、２４ｂは赤外光（シグナル光）をそれぞれ示している。

図３は、第３の励起光源としての光パラメトリック発振器２３の構成要素である非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶の形態を示す説明図である。
図において、（ａ）は、非線形光学素子の横方向の正面図であり、２５は入射面、２６は出射面である。ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ結晶構造の軸を示しておりｚ軸とｘｙ面との角度は９０度をなすようにカットされている。
また、（ｂ）は非線形光学素子の横方向の正面図であり、ｘｙ面において結晶はぉよびｙ軸から４５度にカットされている。 なお、入射面２５および出射面２６はそれぞれ、１．４０，１．８５および５．７５μｍの波長に対応した反射防止膜が形成されている。

図２において、第1の励起光源はＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器アイドラー光（波長１．４０μｍ）で構成される。

これらの第１励起光２２ａ（アイドラー光）は、第２の励起光源としての光パラメトリック発振器２３に励起光として入射される。 この光源から出力された励起光２２ａは、完全反射鏡２３ａおよび部分反射鏡２３ｃと前記非線形光学素子（ＡＧＩＳＥ結晶）を励起し、波長５．７５μｍのアイドラー光を発生する。

なお、該実施例において、前記第１の励起光源は平均出力５ＷのＬＤ（レーザーダイオード）励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波によりＲＴＡ光パラメトリック発振器を励起発振させ、波長１．４０〜１．４１μｍのアイドラー光（平均出力１．２Ｗ）を発生させる一方、θ＝90度、Φ＝４５度で切り出した長さ２．５ｃｍのＡＧＩＳＥ結晶を配置したＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器を励起することによりＡＧＩＳＥ結晶の調整なしで平均出力２００ｍＷの赤外線レーザー光が波長５．７５μｍが得られることになる。

以上のように、本願発明によれば、励起光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長１．４０〜１．４１μｍ）で、タイプ−１、ノンクリティカル(noncritical) ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器を励起することにより、ＡＧＩＳＥ結晶の角度及び温度を調整することなく波長５．７５μｍでスペクトル幅の狭い安定な赤外線を最大効率で得ることが可能になる。

なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高張波（０．５３２１μｍ）を第1励起光２１ａとして励起する場合、１．４０μｍ、５．７５μｍそれぞれの発振素子の調整が不要になるという大きな利点がある。

本願発明に係るコレステロール除去用の赤外線治療装置の概念構成を示すブロック図である。 図1に示す赤外線治療装置の要部を表すブロック図である。 第３の励起光源としての光パラメトリック発振器２３の構成要素であるタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶の形態を示す説明図である。

符号の説明

２２．．．．．．．．第１の励起光源としての光パラメトリック発振器
２２ａ．．．．．．．第１励起光
２３．．．．．．．．第２の励起光源としての光パラメトリック発振器
２３ａ．．．．．．．完全反射鏡
２３ｂ．．．．．．．非線形光学素子
２３ｃ．．．．．．．部分反射鏡
２４．．．．．．．．第２の励起光源からの励起光２３ｄを分光するビームスプリッターである。
２４ａ．．．．．．．赤外光
２５．．．．．．．．入射面
２６．．．．．．．．出射面

Claims (6)

1. 第1の励起光源と、この第１励起光源の入力により所定赤外光を出力する第２の励起光源と、この第２の励起光源からの第２励起光を分光するビームスプリッターとを具えてなり、分光された所定の出力光をコレステロール蓄積部位に照射してコレステロールの選択的除去をなすようにした赤外線治療装置。
2. 請求項１記載の赤外線治療装置において、前記第１の励起光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光で構成したことを特徴とする赤外線治療装置。
3. 請求項１記載の赤外線治療装置において、前記第２の励起光源としての光パラメトリック発振器は、完全反射鏡と部分反射鏡およびコレステロールの吸収バンド幅の波長を発生する非線形光学素子を具えたことを特徴とする赤外線治療装置。
4. 請求項３記載の赤外線治療装置において、前記非線形光学素子はタイプ１（第1種）90度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶（AgGa_1-xIn_xSe₂，x＝０．０１〜０．０５）を用いて構成したことを特徴とする赤外線治療装置。
5. 請求項３において、前記第２の励起光源としての光パラメトリック発振器からの出力光である波長１．８５μｍと波長５．７５μｍ波長を分光し、コレステロールの吸収率が高い５．７５μｍの波長を取り出すためにビームスプリッターを具えて構成したことを特徴とする赤外線治療装置。
6. 請求項３記載の赤外線治療装置において、前記第１の励起光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長０．５３２１μｍ）で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長１．４０〜１．４１）であり、第２の励起光源から出力される赤外光はコレステロールエステルに由来する波長５．７５μｍのコヒーレント光であることを特徴とする赤外線治療装置。
   

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