JP4190325B2 - 固体レーザ装置及び固体レーザ装置によるレーザ照射方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体レーザ装置、特に半導体励起固体レーザ装置の出力を制御する様にした固体レーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5に於いて、半導体励起固体レーザ装置の概略を説明する。
【0003】
図5中、1は励起光としてλの波長のレーザ光線を発する単一或は複数のレーザダイオードを有する発光部、2はλ1 の波長のレーザ光線を出力する共振器を示している。
【0004】
該共振器2は主に、反射鏡3、該反射鏡3に対向して配置された出力鏡4、前記出力鏡4、反射鏡3の光軸上に設けられたレーザ結晶5から構成され、前記反射鏡3、出力鏡4にはそれぞれ誘電体反射膜6、誘電体反射膜7が形成されている。
【0005】
前記共振器2の出力側の光軸上に、ハーフミラー8が配置され、該ハーフミラー8は前記共振器2から出力されるレーザ光線の一部を分割してモニタ用受光器9に入射させる様になっている。該モニタ用受光器9からの受光信号は制御部11に入力され、該制御部11は前記共振器2からの出力光の強度の制御、パルス光、連続光等の出力状態の制御を行う為に、前記発光部1を制御する。
【0006】
尚、前記レーザ結晶5としては、例えばNd:YVO4 、Nd3+ イオンをドープしたYAG(イットリウム アルミニウム ガーネット)が用いられる。
【0007】
上記半導体励起固体レーザ装置に於いて、前記発光部1が駆動されると励起光が前記反射鏡3を透して前記共振器2に入射される。励起光は前記レーザ結晶5を通過し、前記誘電体反射膜6と前記誘電体反射膜7間でポンピングされて増幅され、前記出力鏡4を透してλ1 のレーザ光線12が出力される。
【0008】
該レーザ光線12は前記ハーフミラー8を透して射出されると共に該ハーフミラー8で分割され、前記レーザ光12の一部が前記モニタ用受光器9に入射する。該モニタ用受光器9は前記レーザ光12の一部を受光することで、受光信号を発し、該受光信号は前記制御部11に入力され、該制御部11は前記受光信号に基づき前記レーザ光線12の強度、出力状態が所定の状態となる様に前記発光部1の駆動を制御する。
【0009】
本出願人は、先の出願(特願2002−335683号)に於いて、光軸を共有する複数の共振器を具備した固体レーザ装置を提案している。
【0010】
提案された固体レーザ装置では、レーザ光線の出力増大、或は複数の異なる波長のレーザ光線の出力を可能とし、又構造を簡潔にできるという利点を有している。
【0011】
【特許文献1】
特願2002−335683号
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
複数の共振器を具備した固体レーザ装置でレーザ光線の所望の出力状態を得る為には、個々の共振器に於ける制御を可能にしなければならない。
【0013】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於いて、レーザ光線の出力の制御についての改善を図るものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光軸の一部、出力鏡を共有し、第1レーザ光線を射出する第1共振器と、第2レーザ光線を射出する第2共振器と、第1共振器用第1発光部と、第2共振器用第2発光部と、前記出力鏡から射出されるレーザ光線の内、前記第1レーザ光線λ1 の一部を分割しモニタリングするモニタリング手段と、前記第2レーザ光線λ2 の一部を分割してモニタリングする手段と、モニタリング手段からの検出結果を基に前記第1発光部、第2発光部の少なくとも一方を制御する制御部を具備する固体レーザ装置に係り、又前記モニタリング手段は前記第1レーザ光線をモニタリングする第1モニタリング手段と前記第2レーザ光線をモニタリングする第2モニタリング手段とを有し、前記制御部は前記第1発光部、第2発光部を独立して制御可能な固体レーザ装置に係り、又前記第1レーザ光線と前記第2レーザ光線とは波長が異なる固体レーザ装置に係り、又前記第1レーザ光線と前記第2レーザ光線とは偏光方向が異なる固体レーザ装置に係り、更に又前記制御部は前記第1発光部、第2発光部の一方を出力ピーク値の高い短時間パルスが発せられる様制御し、他方を出力ピーク値の低い連続若しくは長時間パルスに制御する固体レーザ装置に係るものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【0016】
図1は2つの共振器を具備した固体レーザ装置を示しており、2つの前記共振器は光軸の一部を共有し、同軸上にレーザ光線を出力する構成となっている。
【0017】
第1光軸上に、第1発光部14、第1凹面鏡15、第1固体レーザ媒質(第1レーザ結晶)16、出力鏡19を配設する。
【0018】
前記第1レーザ結晶16と前記出力鏡19との間で前記第1光軸と所要の角度、例えば90°で交差する第2光軸上に第2発光部21、第2凹面鏡22、第2固体レーザ媒質(第2レーザ結晶)23を配設し、前記第1光軸と前記第2光軸とが交差する位置には波長分離板24が配設される。前記第2光軸は前記波長分離板24により屈曲され、該波長分離板24と前記出力鏡19との間を前記第1光軸と共有している。
【0019】
前記第1凹面鏡15は励起光である波長λを高透過で、第1基本波の波長λ1 については高反射であり、前記出力鏡19は波長λ1 、第2基本波の波長λ2 について高反射となっている。
【0020】
又、前記第2凹面鏡22は、励起光λについては高透過で、第2基本波λ2 については高反射となっており、前記波長分離板24は第1基本波λ1 については高透過で、第2基本波λ2 については高反射となっている。前記第1凹面鏡15と前記出力鏡19間で第1基本波用の第1共振器25が構成され、前記第2凹面鏡22と前記出力鏡19間で第2基本波用の第2共振器26が構成される。
【0021】
前記出力鏡19の出力側の光軸上に、ハーフミラー等の光束を分割する第1光束分割部材34、第2光束分割部材35が配置される。前記第1光束分割部材34は、前記出力鏡19から射出される波長λ1 のレーザ光線12の光束の一部を分割し、分割した光束12aを第1モニタ用受光器27に向ける。該第1モニタ用受光器27は前記光束12aを受光することで固体レーザ装置から射出される前記レーザ光線12をモニタリングし、前記第1モニタ用受光器27からの受光信号29aは制御部30に送出され、該制御部30は前記受光信号29aに基づき前記第1発光部14の発光状態を制御する。
【0022】
又、前記第2光束分割部材35は、前記出力鏡19から射出される波長λ2 の前記レーザ光線12の光束の一部を分割し、分割した光束12bを第2モニタ用受光器28に向ける。該第2モニタ用受光器28は前記光束12bを受光し、前記第2モニタ用受光器28からの受光信号29bは前記制御部30に送出され、該制御部30は前記受光信号29bに基づき前記第2発光部21の発光状態を制御する。
【0023】
前記第1光束分割部材34、第2光束分割部材35、第1モニタ用受光器27、第2モニタ用受光器28は射出される前記レーザ光線12のモニタリング手段を構成する。
【0024】
上記構成に於いて、例えば前記第1発光部14、前記第2発光部21は励起光としてλ=809nmを射出し、第1レーザ結晶16、第2レーザ結晶23として1342nm、1064nmの発振線を有するNd:YVO4 が使用される。
【0025】
前記第1発光部14から射出されたレーザビームは前記第1凹面鏡15を透過し、更に前記第1共振器25内で前記第1凹面鏡15に反射されて前記第1レーザ結晶16に集光し、前記第1凹面鏡15と前記出力鏡19間で第1基本波λ1 =1342nmのレーザビームが発振される。
【0026】
又、前記第2発光部21から射出されたレーザビームは前記第2凹面鏡22を透過し、更に前記第2共振器26内で前記出力鏡19、前記第2凹面鏡22で反射されて前記第2レーザ結晶23に集光し、前記第2凹面鏡22と前記出力鏡19間で第2基本波λ2 =1064nmのレーザビームが発振される。
【0027】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第1共振器25と第2共振器26とは前記出力鏡19以外は分離した構成となっているので、前記第1発光部14から前記第1共振器25内に入射したレーザビームは図中では前記第1凹面鏡15と前記波長分離板24との間に集光点を形成し、この集光点が前記第1レーザ結晶16内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記第2発光部21から前記第2共振器26内に入射したレーザビームは図中では前記第2凹面鏡22と前記波長分離板24との間に集光点を形成し、この集光点が前記第2レーザ結晶23内又は近傍となる位置に設けられる。
【0028】
前記第1レーザ結晶16、第2レーザ結晶23の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第1レーザ結晶16、第2レーザ結晶23の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記第1発光部14、第2発光部21それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第1凹面鏡15、第2凹面鏡22の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。
【0029】
又、前記第1光軸、第2光軸の共通部分を完全に合致させることが可能である。
【0030】
又、上記した様に、前記第1共振器25から射出されるレーザ光線λ1 は、前記第1モニタ用受光器27を介してモニタリングされ、前記制御部30により前記第1発光部14の発光状態が独立して制御され、又前記第2共振器26から射出されるレーザ光線λ2 は、前記第2モニタ用受光器28を介してモニタリングされ、前記制御部30により前記第2発光部21の発光状態が独立して制御される。
【0031】
又、前記第1共振器25、第2共振器26の一方又は両方を内部共振器型波長変化により第2高調波を得る構成にしてもよい。例えば、図4に示される様に、前記第1レーザ結晶16と波長分離板24の間に波長変換用結晶(例えばKTP)36を挿入して671nmを得る共振器としてもよく、同様に前記第2レーザ結晶23と波長分離板24の間に波長変換用結晶(KTP)37を挿入して532nmを得ることもできる。
【0032】
尚、前記第1共振器25、第2共振器26の一方、例えば該第2共振器26に於いて前記第2レーザ結晶23と前記波長分離板24との間にQ−swを設ける(光軸に対して挿脱可能としてもよい)ことで、鋭利なパルス光を発する様にすることができる。要は前記出力ミラー19を共通にする2つの共振器25,26を独立に駆動できる構成となっている。
【0033】
図2(A)、図2(B)は前記第1共振器25、第2共振器26から射出されるレーザ光線の制御の態様を示すものであり、前記第1共振器25を、例えば出力ピーク値は低いが連続出力、又は長時間パルスに制御し(図2(A))、前記第2共振器26からの出力は、例えば出力ピーク値は大きいが短時間パルスに制御した状態(図2(B))を示している。
【0034】
更に、図3(A)〜(H)は、他の制御状態により射出されるレーザ光線のパルス状態を示している。
【0035】
図3(A)は、前記第1共振器25、第2共振器26から射出されるレーザ光線を、共に出力ピーク値は低いが連続出力、又は長時間パルスに制御し、レーザ光線λ1 で加熱した後、レーザ光線λ2 でクリーニング処理等の処理を行う場合、又はレーザ光線λ1 により距離測定し、条件に合った時点でレーザ光線λ2 により加熱、クリーニング等の処理を行う場合を示している。
【0036】
図3(B)は、前記第1共振器25、第2共振器26から射出されるレーザ光線を、共に出力ピーク値は大きいが短時間パルスに制御し、レーザ光線λ1 で加熱した後、レーザ光線λ2 でクリーニング処理等の処理を行う場合、又はレーザ光線λ1 により距離測定し、条件に合った時点でレーザ光線λ2 により加熱、クリーニング等の処理を行う場合を示している。
【0037】
図3(C)は、前記第1共振器25から射出されるレーザ光線λ1 を連続光とし、第2共振器26から射出されるレーザ光線λ2 を出力ピーク値は大きいが短時間パルスとしたものであり、レーザ光線λ1 で加熱をしながら、レーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合、或はレーザ光線λ1 で加工表面をクリーニングしながらレーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合、レーザ光線λ1 で距離測定を行いながら、条件に合った時点でレーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合等を示している。
【0038】
図3(D)は、前記第1共振器25から射出されるレーザ光線λ1 を長時間パルスとし、第2共振器26から射出されるレーザ光線λ2 を出力ピーク値は大きいが短時間パルスとしたものであり、レーザ光線λ1 で加熱をしながら、レーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合、或はレーザ光線λ1 で加工表面をクリーニングしながらレーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合、レーザ光線λ1 で距離測定を行いながら、条件に合った時点でレーザ光線λ2 で孔明け加工を行う場合等を示している。
【0039】
図3(E)は、前記第1共振器25から射出されるレーザ光線λ1 を出力ピーク値は大きいが短時間パルスとし、第2共振器26から射出されるレーザ光線λ2 を出力ピーク値が低く長時間パルスとしたものであり、レーザ光線λ1 で孔明け加工をし、レーザ光線λ2 によりアニールを行う場合、或はレーザ光線λ1 で孔明け加工をし、レーザ光線λ2 により加工表面のクリーニングを行う場合等を示している。
【0040】
図3(F)は、前記第1共振器25、第2共振器26からの一方のレーザ光線を例えば出力ピーク値は低いが連続出力、又は長時間パルスに制御し、他方からの出力は、例えば出力ピーク値は大きいが短時間パルスに制御した状態とし、孔明け加工とアニール処理、或は孔明け加工とクリーニングとを交互に行う場合を示している。
【0041】
図3(G)は、前記第1共振器25を、例えば出力ピーク値は低いが連続出力、又は長時間パルスに制御し、前記第2共振器26からの出力を出力ピーク値は大きいが短時間パルスに制御し、レーザ光線λ1 で加熱した後、レーザ光線λ2 のみで孔明け加工等を行う場合、或は、レーザ光線λ1 で距離測定を行い、条件に合った時点で、レーザ光線λ2 のみで孔明け加工等の処理を行う場合を示している。
【0042】
図3(H)は、前記第1共振器25からの出力を出力ピーク値は大きいが短時間パルスに制御し、前記第2共振器26からの出力を出力ピーク値は低いが連続出力、又は長時間パルスに制御し、レーザ光線λ1 で距離測定を行い、条件に合った時点で、レーザ光線λ2 で加熱、クリーニング等の処理を行う場合を示している。
【0043】
尚、上記説明では前記第1光束分割部材34、第2光束分割部材35として波長を分離する光学部材を用いたが、前記第1共振器25のレーザ光線λ1 、前記第2共振器26のレーザ光線λ2 はそれぞれ偏光方向が90°異なる。従って、前記第1光束分割部材34、第2光束分割部材35に偏光板を用い、前記レーザ光線12からs成分と、p成分とを分割しモニタリングして前記第1共振器25、前記第2共振器26から射出されるレーザ光線を独立して定電力制御(APC)等で制御する様にしてもよい。
【0044】
又、ピークの高いレーザ光線を出力する時間だけピークの低いレーザ光線を定電力制御し、モニタで検出するレーザ光線、制御する発光部を1組としてもよい。斯かる制御は、例えば図3(C)に於いて、高いピークの直前迄、低いピークの制御(APC)を前記第1共振器25で行う。高いピークの制御に移る直前の該第1共振器25の前記第1発光部14を定電流制御(ACC)し、APC制御は前記第2共振器26に移行する。高いピークが終了すると同時に該第2共振器26のAPC制御を停止し、前記第1共振器25の制御をAPC制御に戻す等である。尚、APC、ACCの切替え、データの保持を考慮すると、CPU等によるデジタル制御が好ましい。
【0045】
次に、本発明の固体レーザ装置の応用について説明する。
【0046】
レーザ光線を照射した場合、レーザ光線の波長によりエネルギの吸収特性、レーザ光線の表面からの到達距離が異なる。従って、レーザ光線のレーザ光線λ1 、レーザ光線λ2 の波長を適宜選択することで、医療に応用することができる。
【0047】
例えば、レーザ光線λ1 で活性化する薬物を病変部に注入し、レーザ光線λ1 を病変部に照射することで、薬物の吸収係数を選択的に増加させることができる。その後、レーザ光線λ2 を照射すると、病変部のみでレーザ光線λ2 の吸収が行われて発熱する。従って、病変部のみを集中して施術することができ、病変部以外の部位にダメージを与えない様にする治療が可能となる。
【0048】
具体例を挙げると、癌治療に於いては光増感剤として、フォトフリンを用いた場合は630nmのレーザ光線が用いられ、BPD−MAを用いた場合は689nmのレーザ光線が用いられ、NPe6 を用いた場合は664nmのレーザ光線が用いられる。又、光線角化症治療用としてALAを用いた場合は633nmのレーザ光線が用いられ、更に蛍光診断用としてALAを用いた場合は405nmのレーザ光線が用いられる。
【0049】
治療部位、病変部のレーザ光線の吸収特性を利用した治療として、母斑治療があり、茶アザ、青アザ、刺青、太田母斑、皮膚の深い層に対して694nmと1064nmのレーザ光線が用いられ、皮膚の浅い層、扁平母斑、赤アザ、ほくろ、いぼ等については585nm、590nmのレーザ光線が用いられる。
【0050】
更に、2波長のレーザ光線を射出できることから以下の治療に応用が可能である。
【0051】
例えば、網膜病変の1つである黄斑変性症に対する、マイクロパルス波による選択的光凝固治療に於いて、高頻度にパルス照射を行うことで治療部位の温度が徐々に上昇するが、治療光とは別のレーザ光線を照射し、光音響信号を測定し、治療部位の温度のモニタリングを行い、治療部位の熱的損傷を防止する。
【0052】
又、光凝固治療を行うと同時に、OCT(Optical Coherence Tomography)用のレーザ光線を同軸で照射し、治療部位の画像取得と光凝固による治療とをリアルタイムで行うことができる。又、波長の選択で角膜の画像化とその治療をリアルタイムで行うことも可能となる。
【0053】
光感受性物質である前記NPe6 を体内に投与すると、該NPe6 は病巣部位より正常組織からの排泄が早い特性を持っている。従って、所定の時間が経過すると、該NPe6 は病変部位に多く集積するので、該NPe6 の吸収帯である波長405nm及び664nmのレーザ光線を照射することで、蛍光スペクトル或はその画像を観察できる。例えば、大動脈粥状動脈硬化、食道の粘膜下腫瘍の蛍光画像が得られる。
【0054】
2波長のレーザ光線を照射することで、蛍光画像の観察とPDT(Photodynamic therapy)を同時に行うことができる。
【0055】
又、レーザ手術に於いて、精細な切開が可能な3μmレーザ光線(水の吸収率が高い)、凝固・止血作用のある2μmレーザ光線(タンパク質凝固に伴う止血作用)を同軸に治療部位に照射することで、レーザ光線による切開と止血とを同時に行え、患者の負担を軽減できる。例えば、整形外科、耳鼻科、内視鏡下手術に有用である。
【0056】
更に、細胞やタンパク質に損傷、変性を起さない低出力の近赤外レーザ(波長830nm、904nm)が種々の痛みを軽減することが知られている。レーザ手術が痛覚神経が有る部位、例えば皮膚に対して行われる場合、前記近赤外レーザを施術前、施術中、施術後に手術用レーザ光線とは別に照射することで、痛みの緩和が実現できる。
【0057】
又、レーザ光線手術に於いて、基本的に短波長のレーザ光線は浅い層で、長波長のレーザ光線は深い層で吸収が起る。2波長のレーザ光線で手術することで、深さの異なる病変部を同時に治療でき患者の負担を軽減できる。
【0058】
更に、同じ治療部位に吸収の異なる色素がある場合、色素に対応する2波長のレーザ光線を用いることで、同一部位を同時に治療でき、治療精度が向上できると共に施術時間が短縮し、患者の負担が軽減できる。
【0059】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、光軸の一部、出力鏡を共有し、第1レーザ光線を射出する第1共振器と、第2レーザ光線を射出する第2共振器と、第1共振器用第1発光部と、第2共振器用第2発光部と、前記出力鏡から射出されるレーザ光線の内、前記第1レーザ光線λ1 の一部を分割しモニタリングするモニタリング手段と、前記第2レーザ光線λ2 の一部を分割してモニタリングする手段と、モニタリング手段からの検出結果を基に前記第1発光部、第2発光部の少なくとも一方を制御する制御部を具備するので、2組の共振器から射出されるレーザ光線を個別に制御可能であり、種々の態様のレーザ光線を射出することが可能である。
【0060】
又前記第1レーザ光線と前記第2レーザ光線とは波長が異なるので、2つの波長のレーザ光線により同時に異なった処理を行うことが可能となる。
【0061】
又、前記制御部は前記第1発光部、第2発光部の一方を出力ピーク値の高い短時間パルスが発せられる様制御し、他方を出力ピーク値の低い連続若しくは長時間パルスに制御するので、異なった処理を略同時に行うことができる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す概略骨子図である。
【図2】(A)(B)は、本発明の実施の形態でのレーザ光線の出力状態を示す説明図である。
【図3】(A)(B)(C)(D)(E)(F)(G)(H)は、それぞれ本発明の実施の形態でのレーザ光線の種々の出力状態を示す説明図である。
【図4】本発明の他の実施の形態を示す概略骨子図である。
【図5】従来例の説明図である。
【符号の説明】
12 レーザ光線
14 第1発光部
15 第1凹面鏡
16 第1レーザ結晶
19 出力鏡
21 第2発光部
22 第2凹面鏡
23 第2レーザ結晶
24 波長分離板
25 第1共振器
26 第2共振器
27 第1モニタ用受光器
28 第2モニタ用受光器
30 制御部
34 第1光束分割部材
35 第2光束分割部材

Claims (5)

  1. 光軸の一部、出力鏡を共有し、第1レーザ光線を射出する第1共振器と、第2レーザ光線を射出する第2共振器と、第1共振器用の励起光を発する第1発光部と、第2共振器用の励起光を発する第2発光部と、前記出力鏡から射出されるレーザ光線の内、前記第1レーザ光線λ1 の一部を分割し前記第1レーザ光線をモニタリングする第1モニタリング手段と、前記第2レーザ光線λ2 の一部を分割して前記第2レーザ光線をモニタリングする第2モニタリング手段と、前記第1モニタリング手段及び前記第2モニタリング手段からの検出結果を基に前記第1発光部、前記第2発光部の出力ピーク値及び出力時間を前記第1発光部、前記第2発光部それぞれを独立して制御する制御部を具備することを特徴とする固体レーザ装置。
  2. 前記第1レーザ光線と前記第2レーザ光線とは波長が異なる請求項1の固体レーザ装置。
  3. 前記制御部は前記第1発光部、第2発光部の一方を他方より出力ピーク値の高く且つ短時間のパルスが発せられる様制御し、他方をもう一方より出力ピーク値が低く、且つ長時間のパルス若しくは所定時間連続するパルスに制御する請求項1の固体レーザ装置。
  4. 前記第1レーザ光線と前記第2レーザ光線とは偏光方向が異なる請求項1の固体レーザ装置。
  5. 光軸の一部、出力鏡を共有し、第1レーザ光線を射出する第1共振器と、第2レーザ光線を射出する第2共振器と、第1共振器用の励起光を発する第1発光部と、第2共振器用の励起光を発する第2発光部と、前記出力鏡から射出されるレーザ光線の内、前記第1レーザ光線λ1 の一部を分割し前記第1レーザ光線をモニタリングする第1モニタリング手段と、前記第2レーザ光線λ2 の一部を分割して前記第2レーザ光線をモニタリングする第2モニタリング手段と、前記第1モニタリング手段及び前記第2モニタリング手段からの検出結果を基に前記第1発光部、前記第2発光部の出力ピーク値及び出力時間を前記第1発光部、前記第2発光部それぞれを独立して制御する制御部を具備する固体レーザ装置であって、前記第1発光部から発せられるレーザ光線をパルス照射し、照射部位の温度のモニタリングを行う様に第2発光部からレーザ光線を照射することを特徴とする前記固体レーザ装置によるレーザ照射方法。
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