JP2013141581A - Laser beam thermal converter using fiber, heating device, and manufacturing method for laser beam thermal converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam thermal converter using fiber, the converter converting a laser beam into thermal energy at high efficiency at the leading end part of the fiber even when the laser beam is output low.SOLUTION: The laser beam thermal converter 100 using fiber comprises optical fiber 1 including: a core 2 containing SiOas its material that is a light transmitter when the temperature of the material is equal to or below a prescribed temperature and is a light absorber increased in laser beam absorption when the temperature increases beyond the prescribed temperature; and a clad 3. The optical fiber 1 has at its leading end part 1a a surface layer in which powder of, for example, TiO, serving as light-loss material, are dispersed. In the optical fiber 1, when a laser beam is made incident on the leading end part 1a via the core 2, the temperature of the leading end part 1a becomes higher than the prescribed temperature due to light loss by virtue of the light loss material of the surface layer. When the SiOof the leading end part 1a serving as the light absorber absorbs a laser beam, the leading end part 1a emits light at a high temperature and in a melted state.

Description

本発明は、ファイバーを用いたレーザー光熱変換装置、加熱装置、および、レーザー光熱変換装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a laser photothermal conversion device, a heating device, and a method for manufacturing a laser photothermal conversion device using a fiber.

レーザー光を光ファイバーの先端部から生体組織に向けて射出し、そのレーザー光により生体組織の切開や蒸散などを行う装置が知られている。   There is known an apparatus that emits laser light from a distal end portion of an optical fiber toward a living tissue and performs incision or transpiration of the living tissue with the laser light.

また、特許文献1には、レーザー光の透過部材表面に、パルスレーザー光を吸収する吸収性粉と、前記透過部材より屈折率が高い光散乱粉とを含有する表面層を設けた、レーザー光の透過体を用いた装置が記載されている。この特許文献1に記載のパルスレーザー光の透過体を用いた装置では、パルスレーザー光が表面層の光散乱粉により散乱し、パルスレーザー光が表面層全体から種々の角度で出射する。また、この装置では、透過部材の表面層が300℃程度となる。   Patent Document 1 discloses a laser beam in which a surface layer containing absorbing powder that absorbs pulsed laser light and light scattering powder having a refractive index higher than that of the transmitting member is provided on the surface of the laser beam transmitting member. An apparatus using a transparent body is described. In the apparatus using the transmission body of the pulse laser beam described in Patent Document 1, the pulse laser beam is scattered by the light scattering powder on the surface layer, and the pulse laser beam is emitted from the entire surface layer at various angles. In this apparatus, the surface layer of the transmission member is about 300 ° C.

特開平2−159269号公報JP-A-2-159269

しかしながら、上記光ファイバーの先端部から射出したレーザー光により、生体組織の切開や蒸散などを行う装置では、比較的高出力のレーザー光を要する。   However, an apparatus that performs incision or transpiration of a living tissue using laser light emitted from the tip of the optical fiber requires relatively high-power laser light.

また、上述したように、特許文献1に記載のレーザー光の透過体を用いた装置では、透過部材の表層部が300℃程度となる。しかし、それより高温となるファイバー先端部を備え、生体組織の蒸散などを短時間で行える装置が望まれている。   Further, as described above, in the apparatus using the laser light transmitting body described in Patent Document 1, the surface layer portion of the transmitting member is about 300 ° C. However, there is a demand for an apparatus that has a fiber tip that is hotter than that and that can evaporate living tissue in a short time.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、低出力のレーザー光であっても、簡単な構造で、ファイバーの先端部でレーザー光を高効率で熱エネルギーに変換することができる、ファイバーを用いたレーザー光熱変換装置を提供すること、レーザー光熱変換装置を備える加熱装置を提供すること、簡単に、上記レーザー光熱変換装置を製造することができる、レーザー光熱変換装置の製造方法を提供すること、などを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and even with a low-power laser beam, the laser beam can be converted into thermal energy with high efficiency at a fiber tip with a simple structure. Providing a laser photothermal conversion device using a fiber, providing a heating device equipped with a laser photothermal conversion device, and providing a method for producing a laser photothermal conversion device capable of easily producing the laser photothermal conversion device The purpose is to do.

本発明のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置は、規定温度以下で光透過体であり、前記規定温度より高温になるほどレーザー光の吸光度が大きい光吸収体となる形成材料を含むコアと、クラッドとを備えるファイバーを有し、前記ファイバーは、その先端部に光損失材の粉体を拡散した表層を有し、前記ファイバーは、レーザー光が前記コアを介して前記先端部に入射したとき、前記表層の前記光損失材による光損失で、前記先端部が前記規定温度より高温状態となり、前記光吸収体となった前記先端部の前記形成材料が前記レーザー光を吸収することにより、前記先端部が高温かつ融解状態で発光することを特徴とする。   A laser light-to-heat converter using the fiber of the present invention is a light transmissive body at a specified temperature or lower, and includes a core including a forming material that becomes a light absorber having a higher absorbance of the laser light as the temperature becomes higher than the specified temperature, and a clad. The fiber has a surface layer obtained by diffusing a powder of a light loss material at a tip portion of the fiber, and when the laser beam is incident on the tip portion through the core, the fiber Due to light loss due to the light-loss material on the surface layer, the tip portion becomes a temperature higher than the specified temperature, and the forming material of the tip portion serving as the light absorber absorbs the laser light, thereby the tip portion. Emits light at a high temperature and in a molten state.

本発明の加熱装置は、上記本発明に係るファイバーを用いたレーザー光熱変換装置と、ファイバーにレーザー光を射出するレーザー光発生部と、前記ファイバーの先端部を高温かつ融解状態で発光させるように、前記レーザー光発生部によるレーザー光の射出を制御する制御部と、を有することを特徴とする。   The heating device of the present invention is configured so that the laser light-to-heat conversion device using the fiber according to the present invention, a laser light generating unit that emits laser light to the fiber, and the tip of the fiber emit light at a high temperature and in a molten state. And a control unit for controlling the emission of the laser beam by the laser beam generation unit.

本発明のレーザー光熱変換装置の製造方法は、上記本発明に係るファイバーを用いたレーザー光熱変換装置を製造する、レーザー光熱変換装置の製造方法であって、規定温度以下で光透過体であり、前記規定温度より高温になるほどレーザー光の吸光度が大きい光吸収体となる形成材料を含むコアと、クラッドとを備えるファイバーの先端部を、光損失体の粉体を含有した被接触体に接触させた状態で、前記ファイバーの先端部からレーザー光を射出し、前記ファイバーの先端部の前記形成材料を高温かつ融解状態とする工程と、前記レーザー光の射出を停止して、前記ファイバーの先端部を凝固させ、前記ファイバー先端部に前記光損失材を拡散させた表層を形成する工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing a laser photothermal conversion device of the present invention is a method for producing a laser photothermal conversion device using the fiber according to the present invention, wherein the laser photothermal conversion device is a light transmitting body at a specified temperature or lower, The tip of the fiber comprising a core including a forming material that becomes a light absorber having a higher absorbance of laser light as the temperature becomes higher than the specified temperature, and a cladding are brought into contact with a contacted body containing a powder of a light loss body. In a state where the laser beam is emitted from the tip of the fiber, the forming material of the fiber tip is heated and melted, and the laser beam emission is stopped to stop the fiber tip. And a step of forming a surface layer in which the optical loss material is diffused at the tip of the fiber.

本発明によれば、低出力のレーザー光であっても、簡単な構造で、ファイバーの先端部でレーザー光を高効率で熱エネルギーに変換することができる、ファイバーを用いたレーザー光熱変換装置を提供することができる。また、レーザー光熱変換装置を備える加熱装置を提供することができる。また、簡単に、上記レーザー光熱変換装置を製造することができる、レーザー光熱変換装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a laser light-to-heat conversion device using a fiber, which can convert laser light into heat energy with high efficiency even at low output laser light with a simple structure at the tip of the fiber. Can be provided. Moreover, a heating apparatus provided with a laser photothermal conversion apparatus can be provided. Moreover, the manufacturing method of the laser photothermal conversion apparatus which can manufacture the said laser photothermal conversion apparatus easily can be provided.

本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置を有する加熱装置の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the heating apparatus which has a laser photothermal conversion apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置としてのファイバーの先端部の拡大図。The enlarged view of the front-end | tip part of the fiber as a laser photothermal conversion apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置のファイバーの先端の発光時の発光スペクトルの一例を示す図。The figure which shows an example of the emission spectrum at the time of light emission of the front-end | tip of the fiber of the laser photothermal conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置の製造方法の一例を示す図であり、(a)は光ファイバーの先端部の断面図、(b)は先端部の被覆(保護層)を一部除去した光ファイバーの断面図、(c)は光損失体を含むシートと光ファイバーの断面図、(d)はシートと光ファイバー先端部の接触状態でレーザー光を照射した時の一例を示す図、(e)は先端部に略半球状部が形成された光ファイバーの断面の一例を示す図。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the laser photothermal conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is sectional drawing of the front-end | tip part of an optical fiber, (b) removes part of the coating | cover (protective layer) of a front-end | tip part. (C) is a cross-sectional view of a sheet including an optical loss body and an optical fiber, (d) is a diagram showing an example when laser light is irradiated in a contact state between the sheet and the optical fiber tip, (e) FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross section of an optical fiber in which a substantially hemispherical portion is formed at the tip. 本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置の光ファイバー先端部の電子顕微鏡写真の一例を示す図。The figure which shows an example of the electron micrograph of the optical fiber front-end | tip part of the laser photothermal conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る加熱装置の動作の一例を示す図であり、(a)はレーザー光発生装置の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、(b)はレーザー光発生装置から出力されるレーザー光の強度の一例を示す図、(c)はファイバー先端部の発光強度の一例を示す図。It is a figure which shows an example of operation | movement of the heating apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is a figure which shows an example of the electric current value input into the semiconductor laser element of a laser beam generator, (b) is a laser beam generation The figure which shows an example of the intensity | strength of the laser beam output from an apparatus, (c) is a figure which shows an example of the emitted light intensity of a fiber front-end | tip part. 本発明の実施形態に係る加熱装置の動作の他の例を示す図であり、(a)はレーザー光発生装置の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、(b)はファイバー先端部の発光強度の一例を示す図。It is a figure which shows the other example of operation | movement of the heating apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is a figure which shows an example of the electric current value input into the semiconductor laser element of a laser beam generator, (b) is a fiber The figure which shows an example of the emitted light intensity of a front-end | tip part. 本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置の動作の一例を示す図であり、(a)はレーザー光発生装置の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、(b)はファイバー先端部を空気中に配置した場合のファイバー先端部の発光強度の一例を示す図、(c)はファイバー先端部をヒアルロン酸溶液中に配置した場合の発光強度の一例を示す図、(d)はファイバー先端部を生理食塩水中に配置した場合の発光強度の一例を示す図。It is a figure which shows an example of operation | movement of the laser photothermal conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) is a figure which shows an example of the electric current value input into the semiconductor laser element of a laser beam generator, (b) is a fiber The figure which shows an example of the emitted light intensity of the fiber tip part at the time of arrange | positioning a front-end | tip part in air, (c) is a figure which shows an example of the emitted light intensity at the time of arrange | positioning a fiber front-end | tip part in a hyaluronic acid solution, (d) FIG. 4 is a diagram showing an example of light emission intensity when the fiber tip is disposed in physiological saline. 本発明の実施形態に係る加熱装置の動作時、高温状態のファイバー先端部から透過したレーザー光の強度の一例を示す図。The figure which shows an example of the intensity | strength of the laser beam permeate | transmitted from the fiber front-end | tip part of a high temperature state at the time of operation | movement of the heating apparatus which concerns on embodiment of this invention.

本発明の実施形態に係るファイバーを用いたレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200を、図面を参照しながら説明する。   A heating apparatus 200 having a laser photothermal conversion apparatus 100 using a fiber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200の一例を示す概略図である。図2は、レーザー光熱変換装置100としての光ファイバー1の先端部1aの拡大図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a heating device 200 including a laser photothermal conversion device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the distal end portion 1 a of the optical fiber 1 as the laser photothermal conversion device 100.

レーザー光熱変換装置100は、図1、図2に示したように、光ファイバー(ファイバー)1を有する。加熱装置200は、レーザー光熱変換装置100と、そのレーザー光熱変換装置100の光ファイバー1の端部に接続されたレーザー光発生装置10と、を有する。   The laser photothermal conversion device 100 includes an optical fiber (fiber) 1 as shown in FIGS. 1 and 2. The heating device 200 includes a laser photothermal conversion device 100 and a laser light generation device 10 connected to the end of the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100.

<光ファイバー1>
光ファイバー1は、光透過体としてのコア2と、コア2の外周に形成され、このコア2より僅かに小さい屈折率を有するクラッド3と、クラッド3の外周に形成された被覆4とを備える。コア2、クラッド3、および、被覆4は同心状に形成されている。
<Optical fiber 1>
The optical fiber 1 includes a core 2 as a light transmitting body, a clad 3 formed on the outer periphery of the core 2 and having a refractive index slightly smaller than the core 2, and a coating 4 formed on the outer periphery of the clad 3. The core 2, the clad 3, and the coating 4 are formed concentrically.

コア2は、石英(SiO2)などの高い屈折率を有する材料で形成されている。クラッド3は、石英または樹脂などの材料により形成され、コア2よりも0.2〜1%程度低い屈折率を有する。被覆4は、フッ素樹脂などの樹脂材料により形成され、コア2およびクラッド3を保護する。本実施形態では、コア2が石英(SiO2)から形成されており、クラッド3が硬質の樹脂材で形成され、被覆4がフッ素を含む樹脂材料により形成されている。 The core 2 is formed of a material having a high refractive index such as quartz (SiO 2 ). The clad 3 is formed of a material such as quartz or resin, and has a refractive index lower than the core 2 by about 0.2 to 1%. The coating 4 is formed of a resin material such as a fluororesin and protects the core 2 and the clad 3. In the present embodiment, the core 2 is made of quartz (SiO 2 ), the cladding 3 is made of a hard resin material, and the coating 4 is made of a resin material containing fluorine.

図1、図2に示したように、光ファイバー1は、先端部1aに略半球形状部が形成されており、その先端部1aにレーザー光を散乱させる光散乱粉やレーザー光を吸収する光吸収粉などの光損失体6の粉体を拡散した表層を有する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the optical fiber 1 has a substantially hemispherical portion formed at the tip 1a. Light scattering powder that scatters laser light at the tip 1a and light absorption that absorbs laser light. It has the surface layer which diffused the powder of light loss bodies 6, such as powder.

光ファイバー1の先端部1aは、後述するように、レーザー光入射時、高温状態のSiO2が融解して、光損失体6がSiO2内に拡散した状態となり、発光する。そして、レーザー光の入射を停止した場合(レーザー光非入射時)、光ファイバー1の先端部1aの温度が低下し、先端部1aが略半球形状で凝固して、表層内に光損失体6が拡散して、埋入した状態となり、詳細には、先端部1aのSiO2が光損失体6の拡散により点欠陥状態となる。 Front-end 1a of the optical fiber 1, as described later, when the laser beam incident, and SiO 2 is melted in a high temperature state, the light loss material 6 is in a state of being diffused into SiO 2, it emits light. When the incidence of the laser beam is stopped (when the laser beam is not incident), the temperature of the distal end portion 1a of the optical fiber 1 decreases, the distal end portion 1a solidifies in a substantially hemispherical shape, and the optical loss body 6 is formed in the surface layer. More specifically, it is diffused and buried, and more specifically, the SiO 2 at the tip 1 a becomes a point defect state due to the diffusion of the optical loss body 6.

光損失体6としては、TiO2(酸化チタン)などを採用することができる。TiO2の粉体の平均粒度(粒子径)は、1μm〜50μm程度であり、好ましくは約10μm〜50μmである。このTiO2(分子量79.88、ルチル型結晶構造)の粉体は、白色であり、光の波長に応じて、その光を散乱または吸収する。尚、光損失体6として、アナターゼ型結晶構造のTiO2の粉体を採用してもよい。 As the light loss body 6, TiO 2 (titanium oxide) or the like can be employed. The average particle size (particle diameter) of the TiO 2 powder is about 1 μm to 50 μm, preferably about 10 μm to 50 μm. The powder of TiO 2 (molecular weight 79.88, rutile crystal structure) is white and scatters or absorbs light depending on the wavelength of light. As optical loss body 6, it may be employed a powder of TiO 2 of the anatase type crystal structure.

本実施形態の光ファイバー1は、コア2の直径が約50μm、クラッド3の外径が約300μm、光ファイバー1の先端部1aの高温かつ融解状態で発光する部分は、直径が約300μm、ファイバー軸方向に沿った長さが約200μm程度である。また、融解状態で、酸化チタン(TiO2)が光ファイバー1の先端の表面から内部に1μm〜200μm程度、拡散されている状態である。 In the optical fiber 1 of the present embodiment, the core 2 has a diameter of about 50 μm, the outer diameter of the cladding 3 is about 300 μm, and the tip 1 a of the optical fiber 1 that emits light at a high temperature and in a molten state has a diameter of about 300 μm. Is about 200 μm in length. Further, in a molten state, titanium oxide (TiO 2 ) is diffused from the surface of the tip of the optical fiber 1 to the inside by about 1 μm to 200 μm.

<レーザー光発生装置10>
レーザー光発生装置10は、図1に示したように、レーザー光発生部11と、操作入力部12と、表示部13と、記憶部14と、制御部(CPU)15とを有する。
<Laser light generator 10>
As shown in FIG. 1, the laser light generation device 10 includes a laser light generation unit 11, an operation input unit 12, a display unit 13, a storage unit 14, and a control unit (CPU) 15.

レーザー光発生部11は、制御部15の制御によりレーザー光(L)を射出し、そのレーザー光を光ファイバー1に出力する。   The laser beam generator 11 emits laser beam (L) under the control of the controller 15 and outputs the laser beam to the optical fiber 1.

レーザー光発生部11としては、半導体レーザー素子、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置などを採用することができる。本実施形態に係るレーザー光発生部11は、半導体レーザー素子を有する。この半導体レーザー素子は、電源回路(不図示)から入力された電流に応じて所定の波長のレーザー光を出力する。また、レーザー光発生部11は、連続的にレーザー光を出すCWモードや、一定の設定時間、一定の出力強度でレーザー発振(オンタイム)と発振停止(オフタイム)を間欠的に繰り返すリピートモードなど、各種レーザー出力モードを備えていてもよい。上記リピートモードは、例えば半導体レーザー素子へ所定電流値の駆動電流を間欠的に入力することで、簡単に実現することができる。   As the laser light generator 11, a semiconductor laser element, a solid laser device, a fiber laser device, or the like can be employed. The laser beam generator 11 according to this embodiment includes a semiconductor laser element. This semiconductor laser element outputs laser light having a predetermined wavelength according to a current input from a power supply circuit (not shown). The laser beam generator 11 is a CW mode that emits laser beam continuously, or a repeat mode that repeats laser oscillation (on time) and oscillation stop (off time) intermittently at a constant set time and constant output intensity. For example, various laser output modes may be provided. The repeat mode can be easily realized, for example, by intermittently inputting a drive current having a predetermined current value to the semiconductor laser element.

本実施形態では、レーザー光発生部11は、波長980nm、出力4〜30W程度、CWモード、リピートモードでの出力が可能である。レーザー光発生部11は、リピートモードで、オンタイム1ms〜1000ms、オフタイム1ms〜1000msの間で調整可能にレーザーを出力することができる。   In the present embodiment, the laser beam generator 11 can output in a wavelength of 980 nm, an output of about 4 to 30 W, a CW mode, and a repeat mode. The laser light generator 11 can output a laser in a repeat mode so as to be adjustable between an on time of 1 ms to 1000 ms and an off time of 1 ms to 1000 ms.

操作入力部12は、フットスイッチ、操作ボタンなどを備え、ユーザの操作に応じた信号を制御部15に出力する。制御部15は、操作入力部12の操作に応じて、レーザー光発生部11から射出するレーザー光の出力の大きさ、オンタイム、オフタイムなどを制御する処理を行う。   The operation input unit 12 includes a foot switch, an operation button, and the like, and outputs a signal corresponding to a user operation to the control unit 15. The control unit 15 performs processing for controlling the output level, on-time, off-time, and the like of the laser light emitted from the laser light generation unit 11 in accordance with the operation of the operation input unit 12.

表示部13は、制御部15の制御により、本発明に係る動作に応じた表示を行う。
記憶部14は、RAMやROMなどの半導体記憶装置、ハードディスクドライブなどの磁気ディスク記憶装置等を有し、本発明に係る機能を実現させるためのプログラム、データなどを記憶する。また、記憶部14は、制御部15によるプログラム実行の作業エリアとしても用いられる。
The display unit 13 performs display according to the operation according to the present invention under the control of the control unit 15.
The storage unit 14 includes a semiconductor storage device such as a RAM and a ROM, a magnetic disk storage device such as a hard disk drive, and the like, and stores programs, data, and the like for realizing the functions according to the present invention. The storage unit 14 is also used as a work area for program execution by the control unit 15.

制御部15は、レーザー光熱変換装置100の各構成要素を統括的に制御する。また、制御部15は、記憶部14に記憶したプログラムを実行することにより、レーザー光熱変換装置100に本発明に係る機能を実現する。   The control unit 15 comprehensively controls each component of the laser photothermal conversion device 100. Moreover, the control part 15 implement | achieves the function based on this invention in the laser photothermal conversion apparatus 100 by running the program memorize | stored in the memory | storage part 14. FIG.

また、制御部15は、レーザー光発生部11からレーザー光を射出させる処理を行うとともに、光ファイバー1の先端部1aを高温状態かつ融解状態にさせ、先端部1aを発光させるレーザー光を射出するようにレーザー光発生部11を制御する処理を行う。制御部15の詳細な処理については後述する。   In addition, the control unit 15 performs a process of emitting laser light from the laser light generation unit 11, and causes the distal end portion 1a of the optical fiber 1 to be in a high-temperature and molten state, and emits laser light that emits light from the distal end portion 1a. The process which controls the laser beam generation part 11 is performed. Detailed processing of the control unit 15 will be described later.

<加熱装置200の動作>
次に、本発明の実施形態に係る加熱装置200の動作を説明する。
<Operation of Heating Device 200>
Next, operation | movement of the heating apparatus 200 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.

操作入力部12が操作された場合、制御部15は、レーザー光発生部11からレーザー光を射出する処理を行う。図1、図2に示したように、レーザー光が光ファイバー1の端部に入射するとコア2を伝搬し、光ファイバー1の先端部1aに拡散された光損失体6によりSiO2が点欠陥状態となった領域で、反射、吸収などの繰り返しにより、先端部1aが高温となる。このため、先端部1aの光損失体6近傍のSiO2が高温となる。 When the operation input unit 12 is operated, the control unit 15 performs a process of emitting laser light from the laser light generation unit 11. As shown in FIGS. 1 and 2, when laser light is incident on the end of the optical fiber 1, it propagates through the core 2, and the SiO 2 is in a point-defect state by the optical loss body 6 diffused in the front end 1 a of the optical fiber 1. In the formed region, the tip 1a becomes high temperature due to repetition of reflection and absorption. Therefore, SiO 2 becomes high optical loss material 6 near the tip 1a.

コア2の形成材料であるSiO2は、室温(規定温度より低い温度)で吸光度が低い値を示し、例えば波長980nmなどのレーザー光に対して光透過体であるが、約1050℃(規定温度)以上の温度で吸光度が急激に増大する性質を有する。このため、高温状態の光損失体6近傍のSiO2は、約1050℃以上の温度となった場合、例えば波長980nmなどのレーザー光に対して光吸収体となる。この高温状態のSiO2は、レーザー光を吸収し、レーザー光のエネルギーを高効率で熱エネルギーに変換する。この熱エネルギーにより、その先端部1aの高温領域の温度がさらに上昇して、SiO2の吸光度がさらに高くなる。ファイバー先端部1aは、その温度に応じて発光する。 SiO 2 which is a material for forming the core 2 has a low absorbance at room temperature (a temperature lower than a specified temperature), and is a light transmitting material with respect to laser light having a wavelength of 980 nm, for example. ) It has a property that the absorbance rapidly increases at the above temperature. For this reason, SiO 2 in the vicinity of the light loss body 6 in a high temperature state becomes a light absorber with respect to laser light having a wavelength of, for example, 980 nm when the temperature is about 1050 ° C. or higher. This high-temperature SiO 2 absorbs laser light and converts the energy of the laser light into heat energy with high efficiency. Due to this thermal energy, the temperature in the high temperature region of the tip 1a further increases, and the absorbance of SiO 2 further increases. The fiber tip 1a emits light according to its temperature.

本実施形態に係る加熱装置200では、制御部15は、ファイバー先端部1aを高温状態(温度が4000K程度)、先端部1aを融解状態、先端部1aを発光させるように、レーザー光の出力を制御する。約4000K程度の高温状態のファイバー先端部1aは、コア2とクラッド3が融解状態となっており、熱エネルギーにより発光している。   In the heating apparatus 200 according to the present embodiment, the control unit 15 outputs the laser beam so that the fiber tip 1a is in a high temperature state (temperature is about 4000K), the tip 1a is melted, and the tip 1a emits light. Control. The fiber tip 1a in a high temperature state of about 4000K has a melted state of the core 2 and the clad 3, and emits light by heat energy.

図1、図2に示したように、ファイバー先端部1aが高温で発光した状態では、ファイバー先端部1aから、そのファイバー先端部1aの周囲の物質(生体組織、液体、気体など)に、熱伝導、熱放射などによりエネルギーを伝達させ、周辺の物質を短時間に高温化することができる。
また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の光ファイバー1の先端部1aの周辺には、高温(4000K程度)のプラズマ状態が形成される。詳細には、光ファイバー1の先端部1aは、4000K程度の高温且つ発光状態となり、その周囲の酸素、ファイバー自体のSiO2の酸素などと結合して燃焼した状態となる。また、先端部1aおよびその周辺部において、高温状態の酸素、炭素などがイオン化し、プラズマ状態(低密度プラズマ)となる。この現象を熱プラズマと称呼する。
As shown in FIGS. 1 and 2, in a state where the fiber tip 1a emits light at a high temperature, heat is transferred from the fiber tip 1a to a substance (biological tissue, liquid, gas, etc.) around the fiber tip 1a. Energy can be transmitted by conduction, heat radiation, etc., and surrounding materials can be heated to a high temperature in a short time.
In addition, a high-temperature (about 4000 K) plasma state is formed around the distal end portion 1a of the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention. Specifically, the tip 1a of the optical fiber 1 is in a high temperature and light emitting state of about 4000 K, and is in a state of being burned by being combined with surrounding oxygen, oxygen of SiO 2 of the fiber itself, and the like. Further, oxygen, carbon, and the like in a high temperature state are ionized at the distal end portion 1a and the peripheral portion thereof to be in a plasma state (low density plasma). This phenomenon is called thermal plasma.

レーザー光発生装置10からのレーザー光(L)が光ファイバー1に入射すると、レーザー光が光ファイバー1のコア2中を伝搬し、光ファイバー1の先端部1aで光損失体6による光散乱、光吸収などの光損失により熱エネルギーに変換される。そして、光ファイバー1の先端部1aが4000K程度の高温となって融解した状態で白色に発光し、その光が略全方位に放射される。   When the laser light (L) from the laser light generator 10 enters the optical fiber 1, the laser light propagates through the core 2 of the optical fiber 1, and light scattering, light absorption, etc. by the light loss body 6 at the tip 1a of the optical fiber 1 is performed. It is converted into thermal energy due to light loss. And the front-end | tip part 1a of the optical fiber 1 light-emits white in the state melt | dissolved at the high temperature of about 4000K, and the light is radiated | emitted to substantially all directions.

図3は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100のファイバー先端部1aの発光時の発光スペクトルの一例を示す図である。本願発明者は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100のファイバー先端部1aの発光による光を分光器によりスペクトル解析を行った。   FIG. 3 is a diagram showing an example of an emission spectrum at the time of light emission of the fiber tip 1a of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention. The inventor of the present application performed spectrum analysis on the light emitted from the fiber tip 1a of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention using a spectroscope.

本発明の実施形態に係る加熱装置200では、例えば、波長980nmのレーザー光が光ファイバー1に入射すると、光ファイバー1の先端部1aが高温状態かつ融解状態となり発光する。図3に示したように、その先端部1aから放射される光のスペクトルは、可視光領域で最も強度が大きく、赤外線領域、可視光領域、紫外線領域に亘ってブロードな発光強度となっている。赤外線領域、紫外線領域では、可視光領域と比較して発光強度が小さい。
また、上記発光スペクトルに基いて、黒体放射による分光放射輝度の分布式を用いて算出した光温度は、約4000Kであった。
In the heating apparatus 200 according to the embodiment of the present invention, for example, when laser light having a wavelength of 980 nm is incident on the optical fiber 1, the distal end portion 1 a of the optical fiber 1 is in a high temperature and melted state and emits light. As shown in FIG. 3, the spectrum of light emitted from the tip 1a has the highest intensity in the visible light region, and has a broad emission intensity over the infrared region, visible light region, and ultraviolet region. . In the infrared region and the ultraviolet region, the emission intensity is lower than that in the visible light region.
In addition, based on the emission spectrum, the light temperature calculated using the distribution formula of the spectral radiance due to black body radiation was about 4000K.

<レーザー光熱変換装置100の製造方法>
図4は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の製造方法の一例を示す図であり、図4(a)は光ファイバー1の先端部1aの断面図、図4(b)は先端部1aの被覆(保護層)4を一部除去した光ファイバー1の断面図、図4(c)は光損失体6を含むシート9と光ファイバー1の断面図、図4(d)はシート9とファイバー先端部1aの接触状態でレーザー光(L)を照射した時の一例を示す図、図4(e)は先端部1aに略半球状部が形成された光ファイバー1の断面の一例を示す図を示す。
<Method for Manufacturing Laser Photothermal Conversion Device 100>
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view of the distal end portion 1a of the optical fiber 1, and FIG. 4C is a cross-sectional view of the optical fiber 1 from which the coating (protective layer) 4 of the portion 1a is partially removed, FIG. 4C is a cross-sectional view of the sheet 9 including the optical loss body 6 and the optical fiber 1, and FIG. The figure which shows an example when a laser beam (L) is irradiated in the contact state of the fiber front-end | tip part 1a, FIG.4 (e) is a figure which shows an example of the cross section of the optical fiber 1 in which the substantially hemispherical part was formed in the front-end | tip part 1a. Indicates.

図4(a)に示したように、光ファイバー1は、コア2と、クラッド3と、外周に形成された被覆4と、を有する。   As shown in FIG. 4A, the optical fiber 1 has a core 2, a clad 3, and a coating 4 formed on the outer periphery.

図4(b)に示したように、光ファイバー1の先端から数センチ程度の被覆4のみを、治具などで除去する。   As shown in FIG. 4B, only the coating 4 about several centimeters away from the tip of the optical fiber 1 is removed with a jig or the like.

次に、図4(c)に示したように、ファイバー先端加工用のシート9を準備する。シート9は、紙、樹脂、金属などの各種材料により形成されている。また、このシート9は、TiO2、MnO2などの光損失体6の粉体を含有した領域9aを有する。この領域9aは、クラッド3の径と同じ、または、それよりも大きい領域に設定されている。なお、シート9全体に光損失体6の粉体を含有させてもよい。 Next, as shown in FIG. 4C, a sheet 9 for fiber tip processing is prepared. The sheet 9 is formed of various materials such as paper, resin, and metal. Further, the sheet 9 has a region 9a containing the powder of the optical loss body 6 such as TiO 2 or MnO 2 . This region 9a is set to a region that is the same as or larger than the diameter of the clad 3. The entire sheet 9 may contain the light loss body 6 powder.

このTiO2の平均粒度(粒子径)は、1μm〜50μm程度である。例えば、325メッシュなどを使用して、TiO2の粉体を濾過することにより、TiO2の粉体の平均粒子径を所定径(50μm程度)以下とする。 The average particle size (particle size) of TiO 2 is about 1 μm to 50 μm. For example, the average particle diameter of the TiO 2 powder is set to a predetermined diameter (about 50 μm) or less by filtering the TiO 2 powder using a 325 mesh or the like.

このシート9の上記領域9a中、TiO2は約39〜59wt%であり、MnO2は約1.0〜1.6wt%である。 In the above region 9a of the sheet 9, TiO 2 is about 39~59wt%, MnO 2 is about 1.0~1.6wt%.

図4(d)に示したように、TiO2を含有させたシート9に、光ファイバー1の先端部1aを当接させて、出力6W程度のレーザー光を光ファイバー1に出射すると、レーザー光が光損失体6で散乱、吸収し、そのとき生じた熱により、ファイバー先端部1aが加熱、融解してTiO2が先端部1aに拡散する。この際、レーザー光(L)を出力した状態で、光ファイバー1の先端部1aとシート9とを接触、離間を繰り返すことにより、TiO2を先端部1aに拡散させてもよい。加熱時のファイバー先端部1aの温度は、4000K程度となり、先端部1aが発光する。 As shown in FIG. 4D, when the tip portion 1a of the optical fiber 1 is brought into contact with the sheet 9 containing TiO 2 and a laser beam having an output of about 6 W is emitted to the optical fiber 1, the laser beam is emitted. The fiber tip 1a is heated and melted by the scattering and absorption by the loss body 6 and the heat generated at that time, and TiO 2 diffuses into the tip 1a. At this time, the TiO 2 may be diffused into the distal end portion 1a by repeatedly contacting and separating the distal end portion 1a of the optical fiber 1 and the sheet 9 in a state where the laser beam (L) is output. The temperature of the fiber tip 1a during heating is about 4000K, and the tip 1a emits light.

上記TiO2などの白色の粉体を光ファイバー1の先端部1aに拡散させる際に、SiO2を融解せるために、MnO2などの黒色の光吸収体(黒色体)を少量だけシート9の領域9aに含有させる。MnO2の含有量は、この先端部1aのSiO2が融解したとき、黒色体が燃え尽きる程度であることが好ましい。
例えば、黒色体の含有率が多すぎると、黒色体がTiO2などと一緒に、光ファイバーの先端部1aに拡散して残存し、レーザー光入射時、ファイバー先端が瞬時に必要以上に高温となり、TiO2を維持できないほど、SiO2が融解してしまう。また、黒色体の含有率が少なすぎると、ファイバー先端部1aのSiO2が融解しない。このMnO2などの黒色体は、光ファイバー1の先端部1aを高温状態にさせるための着火剤として用いられる。つまり、光ファイバー1の先端部1aにレーザー光入射時、最初にMnO2などの黒色体が熱せられ、次にSiO2が融解状態となりTiO2が拡散する。
When the white powder such as TiO 2 is diffused into the tip end portion 1a of the optical fiber 1, only a small amount of a black light absorber (black body) such as MnO 2 is added to the region of the sheet 9 in order to melt the SiO 2. 9a. The content of MnO 2 is preferably such that the black body is burned out when the SiO 2 at the tip 1a is melted.
For example, if the content of the black body is too large, the black body diffuses and remains in the tip portion 1a of the optical fiber together with TiO 2 and the like, and when the laser beam is incident, the fiber tip instantaneously becomes higher than necessary, SiO 2 is melted so that TiO 2 cannot be maintained. When the content ratio of the black body is too small, SiO 2 does not melt the fiber tip 1a. This black body such as MnO 2 is used as an igniter for bringing the tip 1a of the optical fiber 1 into a high temperature state. That is, when a laser beam is incident on the tip 1a of the optical fiber 1, first, a black body such as MnO 2 is heated, and then SiO 2 is melted to diffuse TiO 2 .

図4(e)に示したように、光ファイバー1にレーザー光を入射して先端部1aを高温状態とさせた場合、光ファイバー1の先端部1aが融解により半球形状となる。また、ファイバー先端部1aには、光損失体6としての酸化チタン(TiO2)が表層に拡散した状態となる。また、レーザー光の入射を停止して、ファイバー先端部1aを冷却させた場合、図4(e)に示したように、ファイバー先端部1aが略半球形状で凝固する。 As shown in FIG. 4E, when laser light is incident on the optical fiber 1 to bring the tip 1a to a high temperature state, the tip 1a of the optical fiber 1 becomes hemispherical due to melting. Further, titanium oxide (TiO 2 ) as the optical loss body 6 is diffused in the surface layer in the fiber tip 1a. Further, when the incidence of the laser beam is stopped and the fiber tip 1a is cooled, the fiber tip 1a is solidified in a substantially hemispherical shape as shown in FIG. 4 (e).

<電子顕微鏡写真>
図5は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の光ファイバー1の先端部1aの電子顕微鏡写真の一例を示す図である。詳細には、図5は、レーザー光を間欠的に、2、3回、光ファイバー1の先端部1aに入射して、先端部1aを高温状態で融解させた後、レーザー光入射の停止により先端部1aを冷却させて、先端部1aを再凝固させた状態を電子顕微鏡で観察した先端部1aを示している。
<Electron micrograph>
FIG. 5 is a diagram showing an example of an electron micrograph of the tip 1a of the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 5 shows that laser light is intermittently incident on the distal end portion 1a of the optical fiber 1 two or three times, and the distal end portion 1a is melted at a high temperature, and then the distal end is stopped by stopping the laser light incidence. The tip 1a is observed by an electron microscope when the tip 1a is cooled and the tip 1a is solidified again.

図5に示したように、光ファイバー1の先端部1aは、レーザー光入射による融解と、レーザー光の入射の停止による凝固で、略半球形状に形成されている。被覆4を含めたファイバー径が400μmの光ファイバー1(コア径が約50μm、クラッド外径が約300μm)を用いた場合、光ファイバー1の先端部1aは、光損失体6としてのTiO2が表面から1〜200μm程度拡散し、埋入された状態となっている。
尚、被覆4を含めたファイバー径が800μmの光ファイバー1を用いた場合、光ファイバー1の先端部1aは、光損失体6としてのTiO2が表面から1〜400μm程度拡散し、埋入された状態となる。つまり、ファイバー先端部1aの表面からのTiO2の拡散距離は、ファイバー径に応じて増加する傾向を有する。
また、ファイバー先端部1aは、融解、再凝固により略半球形状に形成され、光ファイバー1のクラッド3の直径よりも僅かに大きな直径部分を有する。
As shown in FIG. 5, the distal end portion 1 a of the optical fiber 1 is formed in a substantially hemispherical shape by melting by laser light incidence and solidification by stopping the laser light incidence. When the optical fiber 1 including the coating 4 and having a fiber diameter of 400 μm (core diameter is about 50 μm and cladding outer diameter is about 300 μm), the tip 1a of the optical fiber 1 has TiO 2 as the optical loss body 6 from the surface. 1 to 200 μm is diffused and embedded.
When the optical fiber 1 having a fiber diameter of 800 μm including the coating 4 is used, the tip portion 1a of the optical fiber 1 is in a state where TiO 2 as the optical loss body 6 is diffused from the surface by about 1 to 400 μm and embedded. It becomes. That is, the diffusion distance of TiO 2 from the surface of the fiber tip 1a tends to increase according to the fiber diameter.
The fiber tip 1a is formed in a substantially hemispherical shape by melting and re-solidification, and has a diameter portion slightly larger than the diameter of the clad 3 of the optical fiber 1.

本発明の実施形態に係る光ファイバー1の先端部1aは、図5に示したように、クラッド3の直径よりも僅かに大きな直径部分を有する略半球形状に形成されているので、先端部1aの発光時に、軸方向だけでなく、略全方向に亘って光を放射することができる。   Since the distal end portion 1a of the optical fiber 1 according to the embodiment of the present invention is formed in a substantially hemispherical shape having a diameter portion slightly larger than the diameter of the cladding 3, as shown in FIG. At the time of light emission, light can be emitted not only in the axial direction but also in almost all directions.

<発光制御>
図6は、本発明の実施形態に係る加熱装置200の動作の一例を示す図であり、図6(a)はレーザー光発生装置10の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、図6(b)はレーザー光発生装置10から出力されるレーザー光の強度の一例を示す図、図6(c)はファイバー先端部1aの発光強度の一例を示す図である。
<Light emission control>
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the operation of the heating device 200 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a current value input to the semiconductor laser element of the laser light generator 10. 6B is a diagram showing an example of the intensity of the laser beam output from the laser beam generator 10, and FIG. 6C is a diagram showing an example of the emission intensity of the fiber tip 1a.

次に、加熱装置200の制御部15による、レーザー光発生部11によるレーザー光の出力の大きさ、オンタイム、オフタイムなどの制御による、光ファイバー1の先端部1aの高温かつ発光状態の制御の一例を説明する。   Next, the control unit 15 of the heating device 200 controls the high temperature and light emission state of the tip 1a of the optical fiber 1 by controlling the output level, on-time, off-time, etc. of the laser beam by the laser beam generation unit 11. An example will be described.

制御部15は、図6(a)に示したように、レーザー光発生部11内の半導体レーザー素子へ駆動電流を入力し、レーザー光発生部11の半導体レーザー素子から、図6(b)に示したようなレーザー光を間欠的に出力させる処理を行う。レーザー光発生部11からのレーザー光が光ファイバー1に入射すると、図6(c)に示したように、レーザー光の入射に応じて、光ファイバー1の先端部1aが発光する。   As shown in FIG. 6A, the control unit 15 inputs a drive current to the semiconductor laser element in the laser light generating unit 11, and from the semiconductor laser element in the laser light generating unit 11, the control unit 15 Processing to intermittently output the laser beam as shown is performed. When the laser light from the laser light generation unit 11 enters the optical fiber 1, the tip 1a of the optical fiber 1 emits light in response to the incidence of the laser light, as shown in FIG. 6C.

詳細には、図6(a)に示したように、基準時0s(秒)で所定レベルの電流が半導体レーザー素子へ入力すると、図6(b)に示したように、基準時から約1〜2ms後にレーザー光強度が所定レベルとなる。図6(c)に示したように、基準時から約15ms後に、光ファイバー1の先端部の発光強度が0から上昇し始める。
約100ms間、レーザー光をオン状態とすると、光ファイバーの先端部1aの発光強度が時間経過とともに大きくなり、ファイバー先端部が4000K程度の高温となる。
More specifically, as shown in FIG. 6A, when a predetermined level of current is input to the semiconductor laser element at the reference time of 0 s (seconds), as shown in FIG. After 2 ms, the laser light intensity reaches a predetermined level. As shown in FIG. 6C, after about 15 ms from the reference time, the light emission intensity at the tip of the optical fiber 1 starts to increase from zero.
When the laser beam is turned on for about 100 ms, the light emission intensity of the optical fiber tip 1a increases with time, and the fiber tip reaches a high temperature of about 4000K.

電流を所定のレベルから0に減少させると、レーザー光の発光強度が0となり、ファイバー先端部1aの発光強度が時間経過とともに急激に小さくなり、電流の大きさが0となった時間から約30〜50ms後に、ファイバー先端部1aの発光強度が0となり、ファイバー先端部1aが冷却する。そして、所定時間経過後、再び、電流のオン/オフを繰り返す。   When the current is decreased from a predetermined level to 0, the light emission intensity of the laser light becomes 0, the light emission intensity of the fiber tip 1a suddenly decreases with time, and about 30 from the time when the magnitude of the current becomes 0. After ˜50 ms, the emission intensity of the fiber tip 1a becomes 0, and the fiber tip 1a cools. Then, after a predetermined time has elapsed, the current is repeatedly turned on / off again.

制御部15は、レーザー光のオン時間、および、オフ時間を調整することにより、ファイバー先端部1aの高温、発光、冷却を制御する。   The controller 15 controls the high temperature, light emission, and cooling of the fiber tip 1a by adjusting the on time and off time of the laser light.

レーザー光のオン時間が所定時間より短いと、ファイバー先端部1aが十分に高温とならずに発光しない。このため、制御部15は、レーザー光のオン時間を、光ファイバー1の先端部1aが高温となり発光するのに十分な時間となるように制御を行う。   If the on time of the laser beam is shorter than the predetermined time, the fiber tip 1a does not emit light because the temperature is not sufficiently high. For this reason, the control unit 15 controls the on-time of the laser beam so that it is sufficient for the tip 1a of the optical fiber 1 to reach a high temperature and emit light.

また、レーザー光のオン時間が所定時間より長いと、ファイバー先端部1aが必要以上に高温となり、ファイバー先端部1aが融解により短くなる速度が大きくなる。
このため、制御部15は、レーザー光のオン時間を、光ファイバー1の先端部が融解により短くなる速度が小さく(所定速度より小さく)なるように、その時間を設定する制御を行う。
本実施形態では、レーザー光のオン時間は、30〜600ms程度であり、好ましくは50〜200ms程度である。
If the on time of the laser beam is longer than the predetermined time, the fiber tip 1a becomes unnecessarily hot, and the speed at which the fiber tip 1a is shortened by melting increases.
For this reason, the control unit 15 performs control to set the on-time of the laser light so that the speed at which the tip of the optical fiber 1 is shortened by melting is small (less than a predetermined speed).
In the present embodiment, the on-time of the laser beam is about 30 to 600 ms, and preferably about 50 to 200 ms.

レーザー光の強度が所定レベルより小さいと、ファイバー先端部1aが十分に高温とならずに発光しない。このため、制御部15は、光ファイバー1の先端部が高温となり発光するのに十分な強度となるように設定する制御を行う。   If the intensity of the laser beam is lower than a predetermined level, the fiber tip 1a does not emit light because the temperature is not sufficiently high. For this reason, the control part 15 performs control which sets so that it may become intensity | strength sufficient for the front-end | tip part of the optical fiber 1 to become high temperature and to light-emit.

また、レーザー光の強度は、規定レベルよりも大きいと、ファイバー先端部1aが必要以上に高温となり、ファイバー先端部1aが融解により短くなる速度が大きくなり、極端には、ファイバー先端部の光損失体6が焼失する。
このため、制御部15は、レーザー光の強度を、ファイバー先端部の光損失体6が焼失せずに、光ファイバー1の先端部が融解により短くなる速度が小さく(所定速度より小さく)なるように、そのレーザー強度を設定する制御を行う。
本実施形態では、被覆4を含めたファイバー径が400μmの光ファイバー1を用いた場合、レーザー光の強度は2〜20W程度であり、好ましくは4〜8W程度である。
また、レーザー光の強度などは、光ファイバー1の径に応じて適宜設定する。例えば、光ファイバー1の径が大きいほど、レーザー光の強度を大きく設定する。
On the other hand, if the intensity of the laser beam is higher than the specified level, the fiber tip 1a becomes unnecessarily hot, and the speed at which the fiber tip 1a is shortened by melting increases. The body 6 is burnt down.
For this reason, the control unit 15 reduces the intensity of the laser light so that the optical loss 1 at the tip of the fiber is not burned out and the speed at which the tip of the optical fiber 1 is shortened by melting is smaller (less than a predetermined speed). Control to set the laser intensity.
In this embodiment, when the optical fiber 1 having a fiber diameter of 400 μm including the coating 4 is used, the intensity of the laser light is about 2 to 20 W, preferably about 4 to 8 W.
Further, the intensity of the laser light and the like are appropriately set according to the diameter of the optical fiber 1. For example, the intensity of the laser beam is set to be larger as the diameter of the optical fiber 1 is larger.

また、上述したように、電流が所定のレベルから0に減少した時間から約30〜50ms後にはファイバー先端部1aの発光強度が0となり、ファイバー先端部1aが冷却する。
このため、制御部15は、駆動電流のオンタイムと、オフタイムを調整することにより、光ファイバー1の先端部1aの加熱と冷却を制御して、光ファイバー1の先端部1aの劣化を低減させることができる。
図6に示した例では、周期T0が0.3sであり、オンタイムTaが0.12sであり、デューティー比が0.4である。
Further, as described above, after about 30 to 50 ms from the time when the current decreases from the predetermined level to 0, the light emission intensity of the fiber tip 1a becomes 0, and the fiber tip 1a is cooled.
For this reason, the control part 15 controls the heating and cooling of the front-end | tip part 1a of the optical fiber 1 by adjusting the on-time and off-time of a drive current, and reduces degradation of the front-end | tip part 1a of the optical fiber 1. Can do.
In the example shown in FIG. 6, the period T 0 is 0.3 s, the on-time Ta is 0.12 s, and the duty ratio is 0.4.

図7は、本発明の実施形態に係る加熱装置200の動作の他の例を示す図であり、図7(a)はレーザー光発生装置10の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、図7(b)はファイバー先端部1aの発光強度の一例を示す図を示す。   FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the operation of the heating device 200 according to the embodiment of the present invention. FIG. 7A illustrates an example of a current value input to the semiconductor laser element of the laser light generator 10. FIG. 7B is a diagram showing an example of the emission intensity of the fiber tip 1a.

図7(a)、図7(b)に示したように、2つのオンタイムを1グループとして、駆動電流、およびレーザーを出力する。図7に示した例では、1グループ内の2つのレーザー発振に関し、第1及び第2のレーザー射出時間(Ta1、Ta2)が約0.09sであり、第1と第2のレーザー射出時間の間のオフ時間Tb1が0.01sである。各グループの周期T0は、約0.3sである。また、本実施形態では、各グループの間に、冷却時間としてグループオフ時間Tb2が設けられている。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the drive current and laser are output with two on-times as one group. In the example shown in FIG. 7 relates two laser oscillation in a group, the first and second laser emission time (Ta 1, Ta 2) is about 0.09 S, the first and second laser exit The off time Tb 1 during the time is 0.01 s. The period T 0 of each group is about 0.3 s. In the present embodiment, a group off time Tb 2 is provided as a cooling time between the groups.

詳細には、図7に示したように、第1レーザーのオン(0〜0.09s)によりファイバー先端部1aを加熱し、所定時間だけレーザーレベル0にしてファイバー先端部1aを冷却した後(0.09〜0.10s)、更に第2のレーザーのオン(0.10〜0.19s)によりファイバー先端部1aを加熱し、所定時間だけレーザーレベル0にしてファイバー先端部1aを冷却する0.19s〜)。
上述したように、制御部15は、1グループ内で第1のレーザーと第2のレーザーとの間に、僅かな0.01s程度のオフ時間(冷却時間)を設けるように制御するので、ファイバー先端部1aの温度を比較的長時間、略連続して高温状態かつ発光状態とすることができる。
Specifically, as shown in FIG. 7, after the fiber tip 1a is heated by turning on the first laser (0 to 0.09 s) and the laser tip 1a is cooled to a laser level 0 for a predetermined time ( 0.09 to 0.10 s), the fiber tip 1a is heated by turning on the second laser (0.10 to 0.19 s), and the fiber tip 1a is cooled by setting the laser level to 0 for a predetermined time. .19s ~).
As described above, the control unit 15 performs control so that an off time (cooling time) of only about 0.01 s is provided between the first laser and the second laser in one group. The temperature of the tip end portion 1a can be set to a high temperature state and a light emission state substantially continuously for a relatively long time.

図8は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の動作の一例を示す図であり、図8(a)はレーザー光熱変換装置100の半導体レーザー素子へ入力される電流値の一例を示す図、図8(b)はファイバー先端部1aを空気中に配置した場合のファイバー先端部1aの発光強度の一例を示す図、図8(c)はファイバー先端部1aをヒアルロン酸溶液中に配置した場合の発光強度の一例を示す図、図8(d)はファイバー先端部1aを生理食塩水中に配置した場合の発光強度の一例を示す図を示す。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the operation of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 8A is an example of the current value input to the semiconductor laser element of the laser photothermal conversion device 100. FIG. 8B is a diagram showing an example of the light emission intensity of the fiber tip 1a when the fiber tip 1a is placed in the air. FIG. 8C is a diagram showing the fiber tip 1a in the hyaluronic acid solution. The figure which shows an example of the emitted light intensity at the time of arrange | positioning, FIG.8 (d) shows the figure which shows an example of the emitted light intensity at the time of arrange | positioning the fiber front-end | tip part 1a in physiological saline.

レーザー光熱変換装置100は、レーザー光の出力が5W、レーザー光の波長が980nmに設定されている。   In the laser photothermal conversion device 100, the output of the laser beam is set to 5 W, and the wavelength of the laser beam is set to 980 nm.

本願発明者は、レーザー光熱変換装置100のファイバー先端部1aを、空気中、ヒアルロン酸溶液中、生理食塩水中に配置した場合、ファイバー先端部1aの発光強度を測定した。生理食塩水は、塩化ナトリウムを0.9w/v%含有する食塩水である。ヒアルロン酸は、生体組織内の関節、硝子体などに含まれており、特に、関節軟骨に多く含まれている。   The inventor of the present application measured the light emission intensity of the fiber tip 1a when the fiber tip 1a of the laser photothermal conversion device 100 was placed in air, hyaluronic acid solution, or physiological saline. The physiological saline is a saline containing 0.9 w / v% sodium chloride. Hyaluronic acid is contained in joints, vitreous bodies and the like in living tissues, and particularly in articular cartilage.

レーザー光が光ファイバー1に入射時、図8(b)、図8(c)、図8(d)に示したように、空気中、ヒアルロン酸溶液中、生理食塩水中であっても、ファイバー先端部1aが高温となり発光することを確認した。また、本願発明者は、純水中にファイバー先端部1aを配置した状態でも、ファイバー先端部1aの高温状態かつ発光状態を確認している。   When the laser beam is incident on the optical fiber 1, as shown in FIGS. 8 (b), 8 (c), and 8 (d), the tip of the fiber can be used even in air, hyaluronic acid solution, or physiological saline. It was confirmed that the part 1a became hot and emitted light. Further, the inventor of the present application has confirmed the high temperature state and the light emission state of the fiber tip 1a even when the fiber tip 1a is disposed in pure water.

図9は、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の動作時、高温状態のファイバー先端部1aから透過したレーザー光の強度の一例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the intensity of the laser light transmitted from the fiber tip 1a in a high temperature state during the operation of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention.

本願発明者は、レーザー光熱変換装置100の高温状態のファイバー先端部1aから透過したレーザー光の強度を測定した。横軸は入射レーザー強度(W)、縦軸は透過してきたレーザー光の強度を示す。ファイバー径400μmの光ファイバー1を用いて測定した。
上記測定では、レーザー光の波長850nm以上の波長を透過し、それ以下の波長の光を遮蔽するフィルターを介して、光強度を測定した。測定時には、図8(a)に示したように、駆動電流を半導体レーザー素子に入力し、レーザーを光ファイバー1に入射した。
This inventor measured the intensity | strength of the laser beam permeate | transmitted from the fiber front-end | tip part 1a of the high temperature state of the laser photothermal conversion apparatus 100. FIG. The horizontal axis represents the incident laser intensity (W), and the vertical axis represents the intensity of the transmitted laser beam. Measurement was performed using an optical fiber 1 having a fiber diameter of 400 μm.
In the above measurement, the light intensity was measured through a filter that transmits a laser beam having a wavelength of 850 nm or longer and shields light having a wavelength shorter than that. At the time of measurement, as shown in FIG. 8A, the drive current was input to the semiconductor laser element, and the laser was incident on the optical fiber 1.

図9に示したように、入射レーザーの強度が4〜8Wでは、略一定の値であり、その範囲では、入射レーザーのエネルギーに対して、検出されたレーザー光のエネルギーは、0.1〜0.2%程度である。すなわち、入射レーザー光のエネルギーの約99.98%が、ファイバー先端部1aで熱エネルギーに変換されていると推測される。
このように、本実施形態では、入射レーザー光の出力が4〜8Wの場合に、入射レーザー光のエネルギーを高効率で熱エネルギーに変換することができる。
As shown in FIG. 9, when the intensity of the incident laser is 4 to 8 W, it is a substantially constant value. In this range, the energy of the detected laser light is 0.1 to 0.1 relative to the energy of the incident laser. It is about 0.2%. That is, it is estimated that about 99.98% of the energy of the incident laser light is converted into thermal energy at the fiber tip 1a.
Thus, in this embodiment, when the output of the incident laser light is 4 to 8 W, the energy of the incident laser light can be converted into thermal energy with high efficiency.

入射レーザーの強度が8Wより大きいほど、高温状態のファイバー先端部1aから透過したレーザー光の強度が大きくなり、熱エネルギーへの変換効率が低下する。
また、入射レーザーの強度が4Wより小さいほど、高温状態のファイバー先端部1aから透過したレーザー光の強度が小さくなり、ファイバー先端部1aの温度が低下する。
As the intensity of the incident laser is greater than 8 W, the intensity of the laser beam transmitted from the fiber tip 1a in the high temperature state increases, and the conversion efficiency to heat energy decreases.
Further, as the intensity of the incident laser is smaller than 4 W, the intensity of the laser beam transmitted from the fiber tip 1a in the high temperature state is reduced, and the temperature of the fiber tip 1a is lowered.

また、例えば、直径800μm程度の太い光ファイバー1を用いた場合、8W〜20W程度のレーザー出力であることが好ましい。また、直径200μm程度の光ファイバー1を用いた場合、2〜3W程度のレーザー出力であることが好ましい(根間治療など)。   For example, when a thick optical fiber 1 having a diameter of about 800 μm is used, the laser output is preferably about 8 W to 20 W. Further, when the optical fiber 1 having a diameter of about 200 μm is used, it is preferable that the laser output is about 2 to 3 W (eg, root-to-root treatment).

上述したように、レーザー光熱変換装置100は、ファイバー先端部1aに入射されるレーザー光の強度によって、高温状態のファイバー先端部1aから透過するレーザー光の強度が変化するという特性を有する。このため、制御部15は、入射レーザー光の強度の変化に対する、高温状態のファイバー先端部1aから透過するレーザー光の強度の変化値が、ゼロまたは所定値より小さい値となるように、入射レーザー光の強度を設定する。
このようにすることで、レーザー光熱変換装置100は、ファイバー先端部1aを高温状態で、レーザー光を高効率で熱エネルギーに変換することができる。
As described above, the laser photothermal conversion device 100 has a characteristic that the intensity of the laser light transmitted from the fiber tip 1a in a high temperature state changes depending on the intensity of the laser light incident on the fiber tip 1a. For this reason, the control unit 15 makes the incident laser light so that the change value of the intensity of the laser beam transmitted from the fiber tip 1a in the high temperature state becomes zero or a value smaller than the predetermined value with respect to the change of the intensity of the incident laser beam. Sets the light intensity.
By doing in this way, the laser photothermal conversion apparatus 100 can convert a laser beam into a thermal energy with high efficiency in the fiber front-end | tip part 1a in a high temperature state.

また、レーザー光のオン時間が所定時間より短いと、ファイバー先端部1aが十分に高温とならずに発光しない。   On the other hand, if the on-time of the laser beam is shorter than the predetermined time, the fiber tip 1a does not emit light because the temperature is not sufficiently high.

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る光ファイバー1を用いたレーザー光熱変換装置100では、光ファイバー1の先端部1aが、光損失体6の粉体が融解、凝固により拡散した状態となっており、先端部1aの光透過体としてのSiO2が点欠陥状態となっている。そして、レーザー光発生部11からレーザー光が光ファイバー1に入射すると、先端部1aの光損失体6が拡散(埋入)された領域(表層)で、レーザー光の散乱、吸収などの光損失により、先端部1aが高温となり、ファイバー先端部1aのSiO2が高温となり、高温状態のSiO2がレーザー光を吸収してさらに高温となり、先端部1aが融解した状態で発光する。先端部1aの温度は、約4000K程度となる。先端部1aの発光による光スペクトルは、可視光領域に亘ってブロードな強度を有する。
すなわち、低出力のレーザー光が入射した場合であっても、簡単な構造で、光ファイバー1の先端部1aで、レーザー光を高効率で熱エネルギーに変換することができるレーザー光熱変換装置100(光ファイバー1)を提供することができる。
As described above, in the laser photothermal conversion device 100 using the optical fiber 1 according to the embodiment of the present invention, the tip portion 1a of the optical fiber 1 is in a state where the powder of the light loss body 6 is diffused by melting and solidifying. Thus, SiO 2 as the light transmitting body of the tip 1a is in a point defect state. When the laser beam is incident on the optical fiber 1 from the laser beam generator 11, the light loss body 6 at the tip 1a is diffused (embedded) in the region (surface layer) due to light loss such as scattering and absorption of the laser beam. The tip portion 1a becomes high temperature, the SiO 2 of the fiber tip portion 1a becomes high temperature, the high-temperature state SiO 2 absorbs the laser beam and becomes higher temperature, and the tip portion 1a emits light in a molten state. The temperature of the tip 1a is about 4000K. The light spectrum generated by the light emission of the tip 1a has a broad intensity over the visible light region.
That is, even when low-power laser light is incident, the laser light-to-heat converter 100 (optical fiber) can convert the laser light into heat energy with high efficiency at the tip 1a of the optical fiber 1 with a simple structure. 1) can be provided.

また、上述したように、レーザー入射時、約4000K程度の高温となるファイバー先端部1aを備えたレーザー光熱変換装置100(光ファイバー1)を提供することができる。   Further, as described above, it is possible to provide the laser photothermal conversion device 100 (optical fiber 1) provided with the fiber tip 1a that becomes a high temperature of about 4000 K when the laser is incident.

また、本発明の実施形態に係る加熱装置200は、レーザー光熱変換装置100(光ファイバー1)と、光ファイバー1にレーザー光を入射するレーザー光発生部11と、レーザー光発生部11によるレーザー光の出力を制御する制御部15と、などを有する。制御部15は、光ファイバー1の先端部1aを高温状態かつ融解状態にさせ、先端部1aを発光させるレーザー光を射出するようにレーザー光発生部11を制御する処理を行う。
このため、低出力のレーザー光であっても、簡単な構造で、光ファイバー1の先端部1aでレーザー光を高効率で熱エネルギーに変換することができるレーザー光熱変換装置100を備えた加熱装置200を提供することができる。
Further, the heating device 200 according to the embodiment of the present invention includes a laser photothermal conversion device 100 (optical fiber 1), a laser light generation unit 11 that makes laser light incident on the optical fiber 1, and an output of laser light from the laser light generation unit 11. And a control unit 15 for controlling. The control unit 15 performs a process of controlling the laser light generation unit 11 so that the tip 1a of the optical fiber 1 is brought into a high-temperature and molten state, and a laser beam that emits light from the tip 1a is emitted.
For this reason, even if it is a low output laser beam, the heating apparatus 200 provided with the laser photothermal conversion apparatus 100 which can convert a laser beam into thermal energy with high efficiency by the front-end | tip part 1a of the optical fiber 1 with simple structure. Can be provided.

また、本発明の実施形態では、光ファイバー1は、上述したように融解により先端部1aが略半球形状に形成されているので、先端部1aが発光時、周囲に高効率で熱エネルギーを伝達することができる。また、上述したように、先端部1aの一部がクラッド径よりも大きい径の略半球形状に形成されているので、略全方向に光を放射することができる。   In the embodiment of the present invention, since the optical fiber 1 is formed in a substantially hemispherical shape by melting as described above, the optical fiber 1 transmits thermal energy with high efficiency to the surroundings when the optical fiber 1 emits light. be able to. Further, as described above, a part of the tip 1a is formed in a substantially hemispherical shape having a diameter larger than the cladding diameter, so that light can be emitted in almost all directions.

また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200は、高温で発光するファイバー先端部1aを備えているので、生体組織など蒸散、切開などを簡単に、短時間で行うことができる加熱装置200を提供することができる。   Moreover, since the heating apparatus 200 having the laser photothermal conversion apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes the fiber tip 1a that emits light at a high temperature, transpiration, incision, and the like of a living tissue can be easily performed in a short time. A heating device 200 that can be provided can be provided.

また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100は、光ファイバー1の先端部1aが高温且つ融解状態で、少なくとも可視光領域に亘ってブロードな発光スペクトルで発光するので、簡単な構成で、例えば単一波長のレーザー光を、可視光領域に亘ってブロードな発光スペクトルの光に変換して放射することができるレーザー光熱変換装置100を提供することができる。   Further, the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention emits light with a broad emission spectrum at least in the visible light region at a high temperature and in a molten state at the tip 1a of the optical fiber 1, so that the configuration is simple. For example, it is possible to provide the laser photothermal conversion device 100 that can convert a single wavelength laser beam into light having a broad emission spectrum over the visible light region and emit the light.

本発明の実施形態では、レーザー光熱変換装置100の光ファイバー1の先端部1aから、可視光領域のブロードな発光スペクトルの白色光が射出されるので、例えば、生体組織の指肪を融解させる施術を行うとき、先端部1aから射出された白色光のうち、波長500nm〜600nm程度の光がヘモグロビンに高効率で吸収され、血管そのものを凝固させて、略無出血で施術を行うことができるレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200を提供することができる。   In the embodiment of the present invention, white light having a broad emission spectrum in the visible light region is emitted from the distal end portion 1a of the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100. Therefore, for example, a treatment for melting the fat of biological tissue is performed. When performing, laser light heat capable of performing treatment with substantially no bleeding by absorbing light with a wavelength of about 500 nm to 600 nm with high efficiency among white light emitted from the distal end portion 1a and coagulating the blood vessel itself. A heating device 200 having the conversion device 100 can be provided.

また、本発明の実施形態では、光ファイバー1のコア2の形成材料は、石英(SiO2)を有し、光損失体6は、酸化チタン(TiO2)を有するので、簡単な構成で、上記効果を奏するレーザー光熱変換装置100を提供することができる。 In the embodiment of the present invention, the material for forming the core 2 of the optical fiber 1 includes quartz (SiO 2 ), and the optical loss body 6 includes titanium oxide (TiO 2 ). It is possible to provide the laser photothermal conversion device 100 that exhibits the effect.

また、本発明の実施形態では、レーザー光熱変換装置100の光ファイバー1の先端部1aが高温かつ発光し、周囲の物質を短時間に高温化することができるので、レーザー光照射と比較して、広範囲の生体組織に対して蒸散や切開などを行うことができるレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200を提供することができる。   In the embodiment of the present invention, the tip 1a of the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100 emits light at a high temperature and can raise the temperature of surrounding materials in a short time. It is possible to provide the heating device 200 having the laser photothermal conversion device 100 capable of performing transpiration and incision on a wide range of living tissues.

また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200によれば、ファイバー先端部1aの高温発光部により、歯の象牙質部分にファイバー径程度の孔を形成することができる。また、歯茎の治療において、レーザー光熱変換装置100のファイバー先端部1aの高温発光部により、生体組織を高効率で蒸散することができる。すなわち、レーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200を歯科治療などに用いることができる。   Moreover, according to the heating apparatus 200 having the laser photothermal conversion apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, a hole having a diameter of about the fiber diameter can be formed in the dentin portion of the tooth by the high temperature light emitting portion of the fiber tip 1a. . Further, in the treatment of gums, the living tissue can be transpired with high efficiency by the high temperature light emitting portion of the fiber tip 1a of the laser photothermal conversion device 100. That is, the heating device 200 having the laser photothermal conversion device 100 can be used for dental treatment or the like.

また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200によれば、制御部15は、光ファイバー1の先端部1aが非発光時から、レーザー光の光ファイバー1の先端部1aへの入射により、先端部1aが規定温度より高温状態となり、光吸収体となった先端部1aの形成材料がレーザー光を吸収し、先端部1aが高温かつ融解状態で発光するのに要する時間だけ、少なくともレーザー光発生部11によるレーザー光を間欠的に射出する処理を行うので、制御部15により簡単に、先端部1aの発光を制御することが可能な加熱装置200を提供することができる。   In addition, according to the heating device 200 including the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention, the control unit 15 moves from the front end portion 1a of the optical fiber 1 to the front end portion 1a of the optical fiber 1 for laser light from when the front end portion 1a does not emit light. As a result of the incident, the tip 1a becomes a temperature higher than the specified temperature, and the forming material of the tip 1a that has become the light absorber absorbs the laser beam, and only the time required for the tip 1a to emit light at a high temperature and in a melted state. Since at least the process of intermittently emitting the laser beam by the laser beam generation unit 11 is performed, the heating device 200 capable of easily controlling the light emission of the distal end portion 1a by the control unit 15 can be provided.

また、本発明の実施形態に係るレーザー光熱変換装置100を有する加熱装置200によれば、制御部15は、レーザー光を間欠的に射出して、光ファイバー1の先端部1aの加熱および冷却を繰り返す処理を行うので、光ファイバー1の先端部1aの劣化を低減するとともに先端部1aを発光させることが可能な加熱装置200を提供することができる。   In addition, according to the heating device 200 including the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention, the control unit 15 intermittently emits laser light and repeats heating and cooling of the tip 1a of the optical fiber 1. Since the process is performed, it is possible to provide the heating device 200 that can reduce the deterioration of the tip end portion 1a of the optical fiber 1 and emit light from the tip end portion 1a.

また、本発明の実施形態のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置100の製造方法は、図4に示したように、光ファイバー1の先端部の被覆4を除去して、コア2とクラッド3を露出させた光ファイバー1の先端部1aを、TiO2やMnO2などの光損失体6の粉体を含有した被接触体であるシート9に接触させた状態で、光ファイバー1の先端部1aからレーザー光を射出し、光ファイバー1の先端部1aの形成材料を高温かつ融解状態とする工程と、レーザー光の射出を停止して、光ファイバー1の先端部1aを凝固させ、光ファイバーの先端部1aに光損失材を拡散した表層を形成する工程と、を有する。
このため、簡単に、上記レーザー光熱変換装置100を製造可能な、レーザー光熱変換装置100の製造方法を提供することができる。
Further, in the method of manufacturing the laser photothermal conversion device 100 using the fiber according to the embodiment of the present invention, the core 4 and the cladding 3 are exposed by removing the coating 4 at the tip of the optical fiber 1 as shown in FIG. Laser light is emitted from the distal end portion 1a of the optical fiber 1 in a state where the distal end portion 1a of the optical fiber 1 is brought into contact with a sheet 9 that is a contacted body containing powder of a light loss body 6 such as TiO 2 or MnO 2. The step of bringing the forming material of the tip 1a of the optical fiber 1 into a high-temperature and molten state, and stopping the emission of the laser light to solidify the tip 1a of the optical fiber 1, causing the optical loss to the tip 1a of the optical fiber. Forming a surface layer in which the material is diffused.
For this reason, the manufacturing method of the laser photothermal conversion apparatus 100 which can manufacture the said laser photothermal conversion apparatus 100 easily can be provided.

また、本実施形態では、被接触体としてのシート9は、酸化チタン(TiO2)、および着火剤として機能する酸化マンガン(MnO2)の粉体を含有している。このため、簡単に、レーザー光熱変換装置100を製造可能な、レーザー光熱変換装置100の製造方法を提供することができる。 In the present embodiment, the sheet 9 as the contacted body contains titanium oxide (TiO 2 ) and manganese oxide (MnO 2 ) powder that functions as an ignition agent. For this reason, the manufacturing method of the laser photothermal conversion apparatus 100 which can manufacture the laser photothermal conversion apparatus 100 easily can be provided.

尚、上記実施形態では、光ファイバー1の先端部1aを、光損失材としてのTiO2などの粉体を含有させたシートを用いて加工処理したが、この形態に限られるものではない。
例えば、光損失体6として、ジルコニア粉末などを用いてもよい。また、光損失体6は、TiO2の他に、酸化亜鉛、酸化セリウムなどでもよい。また、SiO2を融解せるためのMnO2はカーボン、酸化鉄などの黒色体でもよい。
In the above embodiment, the tip 1a of the optical fiber 1 is processed using a sheet containing powder such as TiO 2 as a light loss material. However, the present invention is not limited to this form.
For example, zirconia powder or the like may be used as the light loss body 6. Further, the optical loss body 6 may be zinc oxide, cerium oxide or the like in addition to TiO 2 . Further, MnO 2 for melting SiO 2 may be a black body such as carbon or iron oxide.

本発明に係る実施形態に係るレーザー光熱変換装置100の光ファイバー1としては、マルチモード、または、シングルモードのファイバーを採用してもよい。   As the optical fiber 1 of the laser photothermal conversion device 100 according to the embodiment of the present invention, a multimode or single mode fiber may be employed.

また、上述した実施形態では、レーザー光発生部11は、リピートモード、CWモードでレーザー光を出力したが、この形態に限られるものではない。例えば、レーザー光発生部11は、パルスレーザーを出力してもよい。   In the above-described embodiment, the laser light generation unit 11 outputs the laser light in the repeat mode and the CW mode. However, the present invention is not limited to this mode. For example, the laser beam generator 11 may output a pulse laser.

また、上記実施形態では、被覆4を含めたファイバー径が400μmの光ファイバー1を用いたが、この形態に限られるものではない。光ファイバー1は、例えば、直径200μm〜800μmなど、使用状況に応じて適宜最適な径のものを使用することが好ましい。例えば、歯科治療などでは、ファイバー径が200μm程度の細いものが有用であり、根間治療(虫歯の神経を除去する際の殺菌処置)を効率的に行うことが可能である。比較例として、一般的な薬液処理による根間治療であれば、4〜5回の通院を繰り返す必要があるが、本発明に係る加熱装置200を用いれば、根間治療を1回の処置で行うことが可能である。
また、光ファイバー1として、例えば、直径800μm程度の太いものを採用した加熱装置200を用いて、短い施術時間で皮下脂肪の溶解などの手術を行うことが可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the optical fiber 1 whose fiber diameter including the coating | coated 4 is 400 micrometers was used, it is not restricted to this form. It is preferable to use an optical fiber 1 having an optimum diameter as appropriate according to the use situation, such as a diameter of 200 μm to 800 μm. For example, a thin fiber having a fiber diameter of about 200 μm is useful for dental treatment and the like, and root treatment (sterilization treatment for removing carious nerve) can be performed efficiently. As a comparative example, it is necessary to repeat the hospital visit 4 to 5 times if it is a general root treatment by chemical treatment, but if the heating device 200 according to the present invention is used, the root treatment is performed by a single treatment. Is possible.
Further, for example, a heating device 200 employing a thick one having a diameter of about 800 μm as the optical fiber 1 can be used to perform operations such as subcutaneous fat dissolution in a short treatment time.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Is included in the present invention.
Further, the embodiments described in the above drawings can be combined with each other as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
Moreover, the description content of each figure can become independent embodiment, respectively, and embodiment of this invention is not limited to one embodiment which combined each figure.

1 光ファイバー(ファイバー、レーザー光熱変換装置)
1a 先端部
2 コア(光透過体)
3 クラッド
4 被覆
6 光損失
9 シート
9a 光損失体の粉体を含有した領域
10 レーザー光熱変換装置
11 レーザー光発生部
12 操作入力部
13 表示部
14 記憶部
15 制御部(CPU)
100 レーザー光熱変換装置
200 加熱装置
1 Optical fiber (fiber, laser photothermal converter)
1a tip 2 core (light transmitting body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Cladding 4 Coating | covering 6 Optical loss 9 Sheet | seat 9a Area | region containing the powder of optical loss body 10 Laser photothermal conversion apparatus 11 Laser light generation part 12 Operation input part 13 Display part 14 Storage part 15 Control part (CPU)
100 Laser photothermal conversion device 200 Heating device

Claims (9)

ファイバーを用いたレーザー光熱変換装置であって、
規定温度以下で光透過体であり、前記規定温度より高温になるほどレーザー光の吸光度が大きい光吸収体となる形成材料を含むコアと、クラッドとを備えるファイバーを有し、
前記ファイバーは、その先端部に光損失材の粉体を拡散した表層を有し、
前記ファイバーは、レーザー光が前記コアを介して前記先端部に入射したとき、前記表層の前記光損失材による光損失で、前記先端部が前記規定温度より高温状態となり、前記光吸収体となった前記先端部の前記形成材料が前記レーザー光を吸収することにより、前記先端部が高温かつ融解状態で発光することを特徴とする
ファイバーを用いたレーザー光熱変換装置。
A laser photothermal conversion device using a fiber,
It has a fiber comprising a core including a forming material that is a light transmitting body at a specified temperature or lower and becomes a light absorber having a higher absorbance of laser light as the temperature is higher than the specified temperature, and a clad,
The fiber has a surface layer in which the powder of the optical loss material is diffused at the tip thereof,
When the laser light is incident on the tip portion through the core, the fiber is a light loss due to the light loss material on the surface layer, and the tip portion becomes a temperature higher than the specified temperature, and becomes the light absorber. In addition, a laser light-to-heat converter using a fiber, wherein the forming material of the tip portion absorbs the laser light, so that the tip portion emits light at a high temperature and in a molten state.
前記ファイバーは、前記先端部が高温且つ融解状態で、少なくとも可視光領域に亘ってブロードな発光スペクトルで発光することを特徴とする請求項1に記載のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置。   2. The laser light-to-heat conversion device using a fiber according to claim 1, wherein the fiber emits light with a broad emission spectrum over at least the visible light region when the tip is at a high temperature and in a molten state. 前記ファイバーは、前記先端部が略半球形状に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置。   The laser light-to-heat converter using a fiber according to claim 1 or 2, wherein the tip of the fiber is formed in a substantially hemispherical shape. 前記ファイバーのコアの前記形成材料は、石英(SiO2)を有し、
前記光損失材は、酸化チタン(TiO2)を有することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置。
The forming material of the fiber core includes quartz (SiO 2 ),
The laser light heat conversion apparatus using a fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical loss material includes titanium oxide (TiO 2 ).
請求項1から請求項4の何れかに記載のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置を有する加熱装置であって、
ファイバーにレーザー光を射出するレーザー光発生部と、
前記ファイバーの先端部を高温かつ融解状態で発光させるように、前記レーザー光発生部によるレーザー光の射出を制御する制御部と、
を有することを特徴とする加熱装置。
A heating device having a laser photothermal conversion device using the fiber according to any one of claims 1 to 4,
A laser beam generator that emits laser beam to the fiber;
A control unit for controlling the emission of the laser beam by the laser beam generation unit so that the tip of the fiber emits light at a high temperature and in a molten state;
A heating device comprising:
前記制御部は、前記光ファイバーの先端部が非発光時から、前記レーザー光の前記ファイバーの先端部への入射により、前記先端部が前記規定温度より高温状態となり、前記光吸収体となった前記先端部の前記形成材料が、前記レーザー光を吸収し、前記先端部が高温かつ融解状態で発光するのに要する時間だけ、少なくとも前記レーザー光発生部によるレーザー光を間欠的に射出する処理を行うことを特徴とする請求項5に記載の加熱装置。   The control unit is configured such that, when the tip of the optical fiber is not emitting light, the tip becomes a temperature higher than the specified temperature due to incidence of the laser light on the tip of the fiber, and becomes the light absorber. The forming material at the tip absorbs the laser beam and performs a process of intermittently emitting the laser beam at least by the laser beam generator for a time required for the tip to emit light at a high temperature and in a molten state. The heating apparatus according to claim 5. 前記制御部は、前記レーザー光を間欠的に射出して、前記ファイバーの先端部の加熱および冷却を繰り返す処理を行うことを特徴とる請求項6に記載の加熱装置。   The heating apparatus according to claim 6, wherein the control unit emits the laser light intermittently and performs a process of repeatedly heating and cooling the tip of the fiber. 請求項1から請求項4の何れかに記載のファイバーを用いたレーザー光熱変換装置を製造する、レーザー光熱変換装置の製造方法であって、
規定温度以下で光透過体であり、前記規定温度より高温になるほどレーザー光の吸光度が大きい光吸収体となる形成材料を含むコアと、クラッドとを備えるファイバーの先端部を、光損失体の粉体を含有した被接触体に接触させた状態で、前記ファイバーの先端部からレーザー光を射出し、前記ファイバーの先端部の前記形成材料を高温かつ融解状態とする工程と、
前記レーザー光の射出を停止して、前記ファイバーの先端部を凝固させ、前記ファイバー先端部に前記光損失材を拡散させた表層を形成する工程と、
を有することを特徴とするレーザー光熱変換装置の製造方法。
A method for manufacturing a laser light-to-heat conversion device, which manufactures a laser light-to-heat conversion device using the fiber according to claim 1,
A light loss body powder comprising a core including a forming material that is a light transmitting body at a specified temperature or lower, and a light absorber that has a higher absorbance of laser light as the temperature is higher than the specified temperature, and a clad. A step of emitting a laser beam from the tip of the fiber in a state of being in contact with a contacted body containing a body, and bringing the forming material of the tip of the fiber into a high-temperature and molten state;
Stopping the emission of the laser beam, solidifying the tip of the fiber, and forming a surface layer in which the optical loss material is diffused in the fiber tip; and
A method for producing a laser photothermal conversion device, comprising:
前記被接触体は、酸化チタン(TiO2)および酸化マンガン(MnO2)の粉体を含有していることを特徴とする請求項8に記載のレーザー光熱変換装置の製造方法。 The method for manufacturing a laser photothermal conversion device according to claim 8, wherein the contacted body contains powder of titanium oxide (TiO 2 ) and manganese oxide (MnO 2 ).
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