JP4429140B2

JP4429140B2 - 医療用レーザ装置

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Publication number: JP4429140B2
Application number: JP2004310597A
Authority: JP
Inventors: ブシャンシャルマラリット
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP2006122081A

Description

本発明は患者の患部に複数の色のレーザ光を選択的に照射して治療を行う医療用のレーザ装置に関する。

医療分野においては治療に応じた波長のレーザ光が選択的に使用される。眼の光凝固治療における波長としては、一般的な緑色の波長の他、少ないパワーで凝固効率の良い黄色・オレンジ色の波長が好ましい波長として使用されている。眼底に出血がある場合や、眼底に至る透光体に混濁がある場合には、赤色の波長が効果的に使用されている。
従来、可視域の多色の治療レーザ光を選択的に出射可能な、眼科治療用のレーザとしては、クリプトン、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波が使用されている。クリプトンからは約５２０ｎｍ、５３０ｎｍの緑色、約５６８ｎｍの黄色、及び約６４７ｎｍの赤色のレーザ光が得られる（例えば、特許文献１参照）。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波では、約５３２ｎｍの緑色、約５６１ｎｍの黄色、及び約６５９ｎｍの赤色のレーザ光が得られる（例えば、特許文献２参照）。
また、光通信システムの分野では、ラマンファイバレーザの研究がなされている。ラマンファイバレーザでは、非線形媒体の光ファイバに高出力の励起光を入射することにより、誘導ラマン散乱効果によって入射光とは異なる長波長のレーザ光が取り出される。（例えば、特許文献３、４参照）。
特開２００２−１３６５３９号公報特開２００２−１５１７７４号公報特開２０００−２９０８３号公報特開平１１−５４８５３号公報

しかし、医療用として従来使用されていた多色レーザを出射可能なクリプトンのレーザ装置は、レーザチューブが短寿命であること、大きな消費電力を必要とすること、装置が大型化することなどの問題が大きかった。Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用した多波長の固体レーザ装置は、こうした問題が軽減されるが、時間的な熱の影響によりビームの品質が悪く、安定性も悪いという問題がある。
一方、ラマンファイバは光通信システムの分野での応用がなされているが、医療分野において可視のレーザ光を選択的に得るために応用されたものは無い。波長の異なる多色の可視レーザ光を選択的に得るために、それぞれの波長に応じたラマンファイバを複数使用する構成が考えられるが、高価なラマンファイバを複数使用することは、コスト的に不利である。
本発明は、従来技術の問題に鑑み、装置の小型化及びビーム品質に優れ、治療に適した多波長の可視レーザ光を得る上で、コスト的に有利な医療用レーザ装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）可視レーザ光を導光光学系によって患者の組織に導光する医療用レーザ装置において、波長１０４０〜１１２０ｎｍの範囲にある異なる第１の波長λ１と第２の波長λ２の励起レーザ光を選択的に出射可能な励起レーザ光源と、前記励起レーザ光源から入力されたレーザ光を誘導ラマン散乱により異なる波長にシフトする１本のラマンファイバであって、波長λ１の入力によりその波長λ１と異なる波長１１６０〜１２００ｎｍの範囲にある波長λ１´のレーザ光を発生する共振器を規定する一対の第１ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が形成されていると共に、波長λ２の入力によりその波長λ２と異なる波長１２２０〜１２８０ｎｍの範囲にある波長λ２´のレーザ光を発生する共振器を規定する一対の第２ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が形成されている１本のラマンファイバと、前記波長λ１´のレーザ光をその第２高調波に変換する第１波長変換素子と前記波長λ２´のレーザ光をその第２高調波に変換する第２波長変換素子とを持ち、第１波長変換素子及び第２波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に選択的に切換え配置する波長変換素子切換手段と、波長選択信号の入力に基づいて波長λ１及び波長λ２の一方のレーザ光を選択的に前記励起レーザ光源から出射させると共に前記波長変換素子切換手段を制御する制御手段であって、波長λ１のレーザ光を出射させたときには前記第１波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に切換え配置し、波長λ２のレーザ光を出射させたときには前記第２波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に切換え配置し、各波長変換素子で波長変換されたレーザ光を前記導光光学系に入射させる制御ユニットと、を備え、前記ラマンファイバは、波長λ１の励起レーザ光が入力されたときに、前記第１ＦＢＧによる波長λ１´に対して誘導ラマン散乱が得られるが、前記第２ＦＢＧによる波長λ２´に対しては誘導ラマン散乱が得られず、且つ、波長λ２の励起レーザ光が入力されたときに、前記第２ＦＢＧによる波長λ２´に対して誘導ラマン散乱が得られるが、前記第１ＦＢＧによる波長λ１´に対しては誘導ラマン散乱が得られない誘導ラマン散乱特性を持ち、波長λ１及び波長λ２の選択的な入力により前記波長λ１´及び波長λ２´のレーザ光が互いに独立して発生するように、前記ＦＢＧ及び第２ＦＢＧを構成したことを特徴とする。

本発明によれば、装置の小型化及びビーム品質に優れ、治療に適した多波長のレーザ光を得る上で、コスト的に有利な医療用レーザ装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る医療用レーザ装置の構成を示す図である。
図１において、１００はレーザ光を出射する可視レーザヘッドである。可視レーザヘッド１００には赤外レーザ光を発する励起レーザ光源１が配置されている。レーザ光源１は、例えばレーザダイオードポンプにＹｂがドープされたＹｂファイバレーザからなり、１０４０〜１１２０ｎｍの範囲で、３つの波長の赤外レーザを選択的に出射できる。それらの波長は、本実施例では、オレンジ色レーザ光を得るための第１波長λ１＝１１２０ｎｍ、赤色レーザ光を得るための第２波長λ２＝１０８０ｎｍ、緑色レーザ光を得るための第３波長λ３＝１０６０ｎｍである。レーザ光源１は、出射するレーザ光の波長が１０４０〜１１４０ｎｍの範囲で１０ｎｍ単位の調整ができることが好ましい。

２０はラマンファイバであり、シリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ₂）をベースとしてコア部分に五酸化二リン（Ｐ₂Ｏ₅）がドープされた非線形用の光ファイバ２を備える。光ファイバ２のコア径は６μｍで、長さが４００ｍ以上である。なお、光ファイバ２はＰＭファイバ（Polarization Maintaining Fiber）であり、入射光の直線偏光を保持する機能を持っている。また、レーザ光源１に使われているファイバもＰＭファイバである。

ラマンファイバ２０には、入射光の波長λ１＝１１２０ｎｍを誘導ラマン散乱により波長λ１´＝１１８０ｎｍにシフトさせるための一対のＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング：ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）３ａ，３ｂと、入射光の波長λ２＝１０８０ｎｍを波長λ２´＝１２６０ｎｍにシフトさせるための一対のＦＢＧ４ａ，４ｂが形成されている。ＦＢＧ３ａを波長１１８０ｎｍに対して高反射（９９％以上反射）とし、ＦＢＧ３ｂを波長１１８０ｎｍに対して一部透過（反射率８５％程度）とすることで、ラマン散乱された波長１１８０ｎｍのストークス光を閉じ込めて増幅する共振器を規定することにより、波長１１８０ｎｍのレーザ光が得られる。一方、ＦＢＧ４ａを波長１２６０ｎｍに対して高反射（９９％以上反射）とし、ＦＢＧ４ｂを波長１２６０ｎｍに対して一部透過（反射率８５％程度）とすることで、ラマン散乱された波長１２６０ｎｍのストークス光を閉じ込めて増幅する共振器を規定することにより、波長１２６０ｎｍのレーザ光が得られる。また、ラマンファイバ２０の出力側には、波長λ２＝１０８０ｎｍを反射し、その他の波長を透過するＦＢＧ５と、波長λ１＝１１２０ｎｍを反射し、その他の光を透過するＦＢＧ６が形成されている。

ラマンファイバ２０の出射端には、集光レンズ７、ＱＰＭグレーティングユニット８（ＱｕａｉＰｈａｓｅＭａｔｃｈｉｎｇＧｒａｔｉｎｇＵｎｉｔ）が配置されている。ＱＰＭグレーティングユニット８は、非線形結晶を規則的に並べることで入力されたレーザ光をその第２高調波に変換するＳＨＧ（ＳｅｃｏｎｄＨａｒｍｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子を数種類合わせたものである。本実施例では３つのＱＰＭグレーティングからなるＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃを合わせたものを用いている。ＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃを構成する各ＱＰＭグレーティングでは、入力された赤外域のレーザ光をそれぞれの波長に対応させて特異的な非線形結晶の並べ方をさせたグレーティングを通過させることによって、各基本波を可視光域への第２高調波へ変換する。本実施例では、ＳＨＧ素子８ａは波長λ１´＝１１８０ｎｍを波長５９０ｎｍ（オレンジ色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｂは波長λ２´＝１２６０ｎｍを６３０ｎｍ（赤色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｃは波長λ１＝１０６０ｎｍを波長５３０ｎｍ（緑色）へと変換する。ＱＰＭグレーティングユニット８は、駆動ユニット９により移動され、各ＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃが選択的にレーザ光の光路に配置される。ＱＰＭグレーティングユニット８のＳＨＧ素子の選択はギヤやベルトによるユニットのスライド等で実現される。

レーザ光源１及び駆動ユニット９は制御ユニット３０に接続され、制御ユニット３０には波長選択スイッチを持つ操作ユニット３１が接続されている。操作ユニット３１からの波長選択信号が入力されると、制御ユニット３０はその選択信号に応じた波長λ１、λ２、λ３の何れかのレーザ光を選択的にレーザ光源１から出射させると共に、駆動ユニット９を駆動してその波長選択に応じたＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃの何れかを光路に配置する。

次に、ラマンファイバ２０による波長シフトを説明する。図２は、Ｓｉ０₂をベースにＰ₂Ｏ₅がドープされた光ファイバ２の誘導ラマン散乱特性を示す図である。図２に示すように、Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のファイバでは、ラマンシフト約１３２５ｃｍ^-1を含む約１３０５〜１３５５ｃｍ^-1の範囲と、約４５４ｃｍ^-1を含む約５０〜５６０ｃｍ^-1の範囲で、誘導ラマン散乱の高いラマン利得が現れている。

従って、Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、波長λ１＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたとき、一対のＦＢＧ３ａ，３ｂにより波長１１８０ｎｍに対する共振器を構成することにより、４５４ｃｍ^-1のラマン利得が得られ、波長１１８０ｎｍの誘導ラマン散乱が得られる。すなわち、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−４５４ｃｍ^-1→８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）
となり、波長λ１´＝１１８０ｎｍのストークス光が発生する。

一方、波長λ１＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１２６０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ４ａ，４ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−９９４ｃｍ^-1→７９３４ｃｍ^-1（１２６０ｎｍ）
となる。Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、ラマンシフト９９４ｃｍ^-1は極めてラマン利得が低いため、誘導ラマン散乱が得られない。したがって、波長λ１＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたときは、ＦＢＧ４ａ，４ｂによる影響を受けずに、波長λ１´＝１１８０ｎｍのストークス光について、高反射率のＦＢＧ３ａと一部透過（反射率８５％程）の出力用ＦＢＧ３ｂで共振器を規定することにより、波長λ１´＝１１８０ｎｍのレーザ光が独立して取り出される。

また、Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、波長λ２＝１０８０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１２６０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ４ａ，４ｂにより１３２５ｃｍ^-1でラマン利得が得られ、波長１２６０ｎｍの誘導ラマン散乱が得られる。すなわち、
９２５９ｃｍ^-1（１０８０ｎｍ）−１３２５ｃｍ^-1→７９３４ｃｍ^-1（１２６０ｎｍ）
となり、波長λ２´＝１２６０ｎｍの１次ストークス光が発生する。

一方、波長λ２＝１０８０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１１８０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ３ａ，３ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、
９２５９ｃｍ^-1（１０８０ｎｍ）−７８５ｃｍ^-1→８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）
となる。Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、ラマンシフト７８５ｃｍ^-1は極めてラマン利得が低いため、誘導ラマン散乱が得られない。したがって、波長λ２＝１０８０ｎｍの励起光を入射させたときは、ＦＢＧ３ａ，３ｂによる影響を受けずに、波長λ２´＝１２６０ｎｍの光について、高反射率のＦＢＧ４ａと反射率８５％程の出力用ＦＢＧ３ｂで共振器を規定することにより、波長λ２´＝１２６０ｎｍのレーザ光が独立して取り出される。

また、波長λ３＝１０６０ｎｍの光を入射させた場合についても、ＦＢＧ３ａ，３ｂ及びＦＢＧ４ａ，４ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、それぞれラマンシフトは９５９ｃｍ^-1及び１４９９ｃｍ^-1となる。Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、このラマンシフトは極めて低いラマン利得であるため、波長λ３＝１０６０ｎｍは波長シフトされずに、大部分（９０％程度）がそのままラマンファイバ２０を通過する。

ラマンファイバ２０を出射した波長λ１´＝１１８０ｎｍのレーザ光は、ＱＰＭグレーティングユニット８のＳＨＧ素子８ａに入射し、その第２高調波である波長５９０ｎｍのオレンジ色レーザ光に波長変換される。また、ラマンファイバ２０を出射した波長λ２´＝１２６０ｎｍのレーザ光は、ＳＨＧ素子８ｂに入射し、その第２高調波である波長６３０ｎｍの赤色レーザ光に波長変換される。ラマンファイバ２０を出射した波長λ３＝１０６０ｎｍのレーザ光は、ＳＨＧ素子８ｃに入射し、その第２高調波である波長５３０ｎｍの緑色レーザ光に波長変換される。なお、可視レーザヘッド１００から各レーザ光を出射させるに際しては、図示を略すフィルタ等によってＱＰＭグレーティングユニット８で変換されなかった赤外域のレーザ光をカットし、可視（赤色、オレンジ色、緑色）のレーザ光のみを出射するように構成しておく。

以上のように、一つのラマンファイバに２種類の独立に波長シフトするＦＢＧを設けることによって、赤、オレンジのレーザ光を得るための基本波レーザ光を簡単な構成で作り出すことができ、コスト的に有利となる。さらに、緑色のレーザ光を得るための基本波レーザ光についても、ＦＢＧの影響を受けないようにすることで、３色のレーザ光を得ることができる。また、ラマンファイバを使用したレーザ光の多色化は、固体レーザ装置に比べてビーム品質・安定性に優れている利点を持つ。

可視レーザヘッド１００から出射した可視のレーザ光は、集光レンズ５０、導光用のファイバ５１を経て、デリバリ光学系５２に入射する。デリバリ光学系５２は、リレーレンズ５３、レーザ光のスポットサイズを変更するためのズームレンズ５４、対物レンズ５５、レーザ光を患者眼Ｅに向けて反射するミラー５６を備える。デリバリ光学系５２はスリットランプ６０が持つ双眼の顕微鏡部６１に取り付けられている。また、患者眼Ｅはスリットランプ６０が備える照明部６２により照明される。光凝固治療では、デリバリ光学系５２により導光さされたレーザ光は、コンタクトレンズ６５を介して患者眼Ｅの眼底に照射される。

光凝固治療装置では、凝固効率の点から波長５８０〜６００ｎｍのオレンジ色のレーザ光を得ることが好ましい。この場合、ＳＨＧ素子８ａで波長変換される基本波の波長λ１´＝１１６０〜１２００ｎｍである。また、光凝固治療装置では、オレンジ色レーザ光に加えて波長６１０〜６４０ｎｍの赤色レーザ光を出力できることが好ましい。この場合、ＳＨＧ素子８ｂで波長変換される基本波の波長λ２´＝１２２０〜１２８０ｎｍである。

図３は、Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバにおいて、ラマン利得が得られる１３０５〜１３５５ｃｍ^-1の範囲及び５０〜５６０ｃｍ^-1の範囲について、励起波長（入射波長）に対する波長シフト（ストークス光）の関係をそれぞれ示した図である。波長６１０〜６４０ｎｍの何れかの赤色レーザ光を得るためには、図３の斜線部Ａで示すように、波長１２２０〜１２８０ｎｍの何れかのストークス光（波長λ２´）を得るように一対のＦＢＧ４ａ，４ｂを構成すると共に、これに対応する励起波長λ２を１０４７〜１０９６ｎｍの範囲で選択する。また、波長５８０〜６００ｎｍのオレンジ色レーザ光を得るためには、図３の斜線部Ｂで示すように、波長１１６０〜１２００ｎｍの何れかのストークス光（波長λ１´）を得るように一対のＦＢＧ３ａ，３ｂを構成すると共に、これに対応する励起波長λ１を波長１０８９〜１１４０ｎｍで選択する。そして、波長λ１´及びλ２´が互いに独立して発生するように、波長λ１´に対する励起波長λ１及びλ２´に対する励起波長λ２の関係を定めてやれば良い。

さらに、光凝固治療装置では、波長５２０〜５４０ｎｍの緑色レーザ光を出力できることが好ましい。この場合、ＳＨＧ素子８ｃで波長変換される基本波の波長λ３は波長１０４０〜１０８０ｎｍである。そして、ＦＢＧ４ａ，４ｂで独立して波長λ２´（赤色レーザ光を得るためのストークス光）が発生するように、その波長λ２´と波長λ３の関係を定めてやれば良い。

図４は、第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。図１と同様な機能の構成要素には、同一の符号を付している。第２の実施形態の可視レーザヘッド１０１では、レーザ光源１から出射されたレーザ光の光路を２つに分岐する光学スイッチ４０（分岐光学系）を配置し、分岐された１つの光路にラマンファイバ２０を接続し、もう一方の光路に光ファイバ４１を接続している。ラマンファイバ２０の出射端の光路と、光ファイバ４１の出射端の光路は、ダイクロイックミラー４３により統合され、その統合された光路上に集光レンズ７、ＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃを持つＱＰＭグレーティングユニット８が配置されている。

この実施形態においては、操作ユニット３１により緑色レーザ光を選択すると、制御ユニット３０はレーザ光源１から出射される波長λ３＝１０６０ｎｍのレーザ光の光路を、光学スイッチ４０を制御して光ファイバ４１に接続する。光ファイバ４１から導かれた波長λ３＝１０６０ｎｍのレーザ光は、ダイクロイックミラー４３で反射され、集光レンズ７、ＳＨＧ素子８ｃを経て、波長５３０ｎｍのレーザ光として可視レーザヘッド１０１から出射される。レーザ光源１からの波長λ１＝１１２０ｎｍ、λ２＝１０８０は、先の例と同様に、ラマンファイバ２０に導かれる。

この実施形態では、図１の例に対して、ラマンファイバ２０を通さずに、波長λ３のレーザ光を別の光ファイバ４１へ通すことによって、その導光ロスを抑えことができる。また、緑色レーザ光を得るための波長λ３とλ１とが同一波長である場合には、波長λ３のレーザ光を別の光ファイバ４１へ通すことによって、単独で緑色のレーザ光を発生させることができる。

図５は第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。図１及び図４と同様な機能の構成要素には、同一の符号を付している。

第３の実施形態の可視レーザヘッド１０２では、シリカ（ＳｉＯ₂）をベースに酸化チタン（ＴｉＯ₂）がドープされた非線形用光ファイバ１２２を備えるラマンファイバ１２０を使用している。また、レーザ光源１から選択出射するレーザ光は、オレンジ色レーザ光を得るための波長λ１＝１０６０ｎｍと、赤色レーザ光を得るための波長λ２＝１１２０ｎｍとし、緑色レーザ光を得るための波長λ３＝λ１＝１０６０ｎｍとしている。光学スイッチ４０はレーザ光源１から出射されたレーザ光の光路を２つに分岐する。光学スイッチ４０により分岐された片方の光路にはラマンファイバ１２０が接続されている。このラマンファイバ１２０には、入射光の波長λ１＝１０６０ｎｍを誘導ラマン散乱により波長λ１´＝１１８０ｎｍにシフトさせて増幅させるための一対の共振器を規定するＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂと、入射光の波長λ２＝１１２０ｎｍを波長λ２´＝１２５０ｎｍにシフトさせて増幅させるための一対のＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂが形成されている。また、ラマンファイバ１２０の出力側には、波長λ１＝１０６０ｎｍを反射し、その他の波長を透過するＦＢＧ１２５と、波長λ２＝１１２０ｎｍを反射し、その他の光を透過するＦＢＧ１２６が形成されている。なお、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂは、波長シフト手段としての負荷ユニット１３０ａ，１３０ｂによりストレス又は温度（あるいはその両者）がそれぞれ負荷されることで、反射波長が変えられる。負荷ユニット１３０ａ，１３０ｂは、制御ユニット３０により操作ユニット３１からの波長選択信号に応じて制御される。

光学スイッチ４０により分岐されたもう片方の光路には、波長λ１＝１０６０ｎｍを導光する光ファイバ４１が接続されている。ラマンファイバ波長シフト光学系１２０の出射端の光路と、光ファイバ４１の出射端の光路は、ダイクロイックミラー４３により統合され、その統合された光路上に集光レンズ７、ＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃを持つＱＰＭグレーティングユニット８が配置されている。ＳＨＧ素子８ａは波長λ１´＝１１８０ｎｍを波長５９０ｎｍ（オレンジ色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｂは波長λ２´＝１２５０ｎｍを波長６２５ｎｍ（赤色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｃは波長λ１＝１０６０ｎｍを波長５３０ｎｍ（緑色）へと変換する。駆動ユニット９により各ＳＨＧ素子８ａ，８ｂ，８ｃが選択的にレーザ光の光路に配置される。

次に、この例におけるラマンファイバ１２０による波長シフトを説明する。図６は、Ｓｉ０₂をベースにＴｉＯ₂がドープされたラマンファイバ１２０の誘導ラマン散乱特性を示す図である。Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバでは、約９００〜９６０ｃｍ^-1の範囲と、約５０〜５００ｃｍ^-1の範囲で、誘導ラマン散乱の高いラマン利得が現れている。

このＳｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバ１２０に、波長λ１＝１０６０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１１８０ｎｍに対して一対のＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂにより共振器を構成することにより、ラマンシフト９６０ｃｍ^-1で利得が得られ、誘導ラマン散乱により波長λ１´＝１１８０ｎｍのレーザ光が得られる。すなわち、
９４３４ｃｍ^-1（１０６０ｎｍ）−９６０ｃｍ^-1→８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）
となる。

一方、波長λ１＝１０６０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１２５０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、
９４３４ｃｍ^-1（１０６０ｎｍ）−１４３４ｃｍ^-1→８０００ｃｍ^-1（１２５０ｎｍ）
となる。Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバでは、ラマンシフト１４３４ｃｍ^-1はほとんど利得な無いため、誘導ラマン散乱が得られない。したがって、波長λ１＝１０６０ｎｍの励起光を入射させたときは、ＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂによる影響を受けずに、波長λ１´＝１１８０ｎｍのレーザ光が独立して取り出される。

次に、Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバ１２０に波長λ２＝１１２０ｎｍの励起光を入射させときを考える。この場合、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの影響が無いとすれば、波長１２５０ｎｍに対して一対のＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂにより共振器を構成することにより、ラマンシフト９２８ｃｍ^-1で利得が得られ、誘導ラマン散乱によりが波長λ２´＝１２５０ｎｍのレーザ光が得られる。すなわち、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−９２８ｃｍ^-1→８０００ｃｍ^-1（１２５０ｎｍ）
となる。

しかし、波長λ２＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長１１８０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂによる誘導ラマン散乱の影響を見てみると、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−４５４ｃｍ^-1→８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）
となる。Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバでは、ラマンシフト４５４ｃｍ^-1においてもある程度高いラマン利得が得られるため、波長１１８０ｎｍのストークス光が発生し易くなり、結局、必要な波長λ２´＝１２５０ｎｍのストークス光が得られにくくなる。

そこで、この実施形態の装置では、波長λ２＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたとき、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂによる誘導ラマン散乱の影響を取り除くべく、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの反射波長の特性を変化させる。

ＦＢＧは、ストレスを負荷すると、グレーティングのスペースが変化することにより反射波長が変化する特性がある。また、ある一定以上の温度とすることよっても反射波長が変化することが知られている。したがって、負荷ユニット１３０ａ，１３０ｂにより、ＦＢＧ１２３ａ及び１２３ｂにストレス又は温度変化（あるいはその両方）を負荷することにより、その反射波長をラマン利得が得られない波長範囲までシフトさせることができる。例えば、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの反射波長１１８０ｎｍを、波長１２００ｎｍまで変化させる。このときの波長λ２＝１１２０ｎｍの励起光についてのＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂによる誘導ラマン散乱の影響を見てみると、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−５９５ｃｍ^-1→８３３３ｃｍ^-1（１２００ｎｍ）
となる。Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバの５９５ｃｍ^-1はラマン利得が低いため、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの影響を無くすことができる。これにより、波長λ２＝１１２０ｎｍの入力に対して、ＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂにより独立して波長λ２´＝１２５０ｎｍのレーザ光を出力できる。

波長λ１´＝１１８０ｎｍのレーザ光はＳＨＧ素子８ａにより波長５９０ｎｍ（オレンジ色）へと変換され、波長λ２´＝１２５０ｎｍのレーザ光はＳＨＧ素子８ｂにより波長６２５ｎｍ（赤色）へと変換されて出力される。また、第２の実施形態と同様に、光学スイッチ４０によりレーザ光源１からの波長１０６０ｎｍのレーザ光を、ラマンファイバ１２０とは別の光路の光ファイバ４１へ通すことによってＳＨＧ素子８ｃへと導き、このＳＨＧ素子８ｃにより波長５３０ｎｍ（緑色）へと変換されて出力される。可視レーザヘッド１０２から出射したレーザ光は、集光レンズ５０、導光用のファイバ５１及びデリバリ光学系５２により患者眼Ｅの眼底に導光照射される。

図７は、Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバにおいて、ラマン利得が得られる９００〜９６０ｍ^-1の範囲及び５０〜５００ｃｍ^-1の範囲について、励起波長（入射波長）に対するシフト波長（ストークス光）の関係をそれぞれ示した図である。光凝固治療装置で好ましい波長６１０〜６４０ｎｍの何れかの赤色レーザ光を得るためには、図７の斜線部Ｃで示すように、波長１２２０〜１２８０ｎｍの何れかのストークス光（波長λ２´）を得るように一対のＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂで共振器を構成すると共に、これに対応する励起波長λ２を選択する。また、光凝固治療装置で好ましい波長５８０〜６００ｎｍのオレンジ色レーザ光を得るためには、図７の斜線部Ｄで示すように、波長１１６０〜１２００ｎｍの何れかのストークス光（波長λ１´）を得るように一対のＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂで共振器を構成すると共に、これに対応する励起波長λ１を選択する。この場合、波長５８０〜６００ｎｍ（オレンジ色レーザ光）を得るための波長λ１´は、何れの励起波長λ１を選択しても、ＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂによる影響を受けずに独立に得られる。しかし、波長６１０〜６４０ｎｍ（赤色レーザ光）を得る上では、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂで発生させる波長λ１´によっては、波長λ２´を発生させるための励起波長λ２がＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの影響を受ける場合がある。この場合、波長シフト手段としての負荷ユニット１３０ａ，１３０ｂによりその反射波長をラマン利得が得られない波長範囲までシフトするようにスイッチグすることで、ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂの影響を取り除き、波長λ２´を独立して発生させることができる。

また、光凝固治療装置で好ましい波長５２０〜５４０ｎｍ（緑色レーザ光）を得るための波長λ３は、その波長λ３のレーザ光を別の光ファイバ４１へ通すことによって、単独で緑色のレーザ光を発生させることができる。

なお、以上の実施形態では、励起波長λ１からオレンジ色レーザ光を得るための基本波長λ１´にシフトするＦＢＧ３ａ，３ｂ（ＦＢＧ１２３ａ，１２３ｂ）を、１次のストークス光で行うものとしたが、これは多段階で行うようにしても良い。すなわち、基本波長λ１´にシフトするＦＢＧは、少なくとも一対で構成する。励起波長λ２から赤色レーザ光を得るための基本波長λ２´にシフトするＦＢＧ４ａ，４ｂ（ＦＢＧ１２４ａ，１２４ｂ）についても同様である。

第１の実施形態に係る医療用レーザ装置の構成を示す図である。Ｓｉ０₂をベースにＰ₂Ｏ₅がドープされた光ファイバ２の誘導ラマン散乱特性を示す図である。Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバにおいて、励起波長に対する波長シフトの関係を示した図である。第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。Ｓｉ０₂をベースにＴｉＯ₂がドープされたラマンファイバ１２０の誘導ラマン散乱特性を示す図である。Ｓｉ０₂・ＴｉＯ₂のラマンファイバにおいて、励起波長に対するシフト波長の関係を示した図である。

符号の説明

１レーザ光源
２光ファイバ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂＦＢＧ
５，６ＦＢＧ
８ＱＰＭグレーティングユニット
８ａ，８ｂ，８ｃＳＨＧ素子
９駆動ユニット
２０ラマンファイバ
３０制御部
３１操作ユニット
５２デリバリ光学系
６０スリットランプ
１００，１０１，１０２可視レーザヘッド
１２３ａ，１２３ｂ，１２４ａ，１２４ｂＦＢＧ
１３０ａ，１３０ｂ負荷ユニット

Claims

可視レーザ光を導光光学系によって患者の組織に導光する医療用レーザ装置において、波長１０４０〜１１２０ｎｍの範囲にある異なる第１の波長λ１と第２の波長λ２の励起レーザ光を選択的に出射可能な励起レーザ光源と、前記励起レーザ光源から入力されたレーザ光を誘導ラマン散乱により異なる波長にシフトする１本のラマンファイバであって、波長λ１の入力によりその波長λ１と異なる波長１１６０〜１２００ｎｍの範囲にある波長λ１´のレーザ光を発生する共振器を規定する一対の第１ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が形成されていると共に、波長λ２の入力によりその波長λ２と異なる波長１２２０〜１２８０ｎｍの範囲にある波長λ２´のレーザ光を発生する共振器を規定する一対の第２ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が形成されている１本のラマンファイバと、前記波長λ１´のレーザ光をその第２高調波に変換する第１波長変換素子と前記波長λ２´のレーザ光をその第２高調波に変換する第２波長変換素子とを持ち、第１波長変換素子及び第２波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に選択的に切換え配置する波長変換素子切換手段と、波長選択信号の入力に基づいて波長λ１及び波長λ２の一方のレーザ光を選択的に前記励起レーザ光源から出射させると共に前記波長変換素子切換手段を制御する制御手段であって、波長λ１のレーザ光を出射させたときには前記第１波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に切換え配置し、波長λ２のレーザ光を出射させたときには前記第２波長変換素子を前記ラマンファイバの出射光路に切換え配置し、各波長変換素子で波長変換されたレーザ光を前記導光光学系に入射させる制御ユニットと、を備え、前記ラマンファイバは、波長λ１の励起レーザ光が入力されたときに、前記第１ＦＢＧによる波長λ１´に対して誘導ラマン散乱が得られるが、前記第２ＦＢＧによる波長λ２´に対しては誘導ラマン散乱が得られず、且つ、波長λ２の励起レーザ光が入力されたときに、前記第２ＦＢＧによる波長λ２´に対して誘導ラマン散乱が得られるが、前記第１ＦＢＧによる波長λ１´に対しては誘導ラマン散乱が得られない誘導ラマン散乱特性を持ち、波長λ１及び波長λ２の選択的な入力により前記波長λ１´及び波長λ２´のレーザ光が互いに独立して発生するように、前記ＦＢＧ及び第２ＦＢＧを構成したことを特徴とする医療用レーザ装置。