JP4713281B2 - コレステロール除去用赤外線発生装置 - Google Patents

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本願発明は、光パラメトリック発振により、特にコレステロールの吸収率が高くその吸収バンド幅より狭いスペクトル幅の波長でコヒーレントな赤外線を発生するコレステロール除去用の赤外線発生装置に関するものである。
従来、種々の外科的処置に使用される５．７５μｍの赤外レーザー光を得るために、非線形光学素子（結晶）にコヒーレントな励起光を入力することにより、異なる波長のコヒーレント光を出力せしめる発振装置が知られている。
このような発振装置の概略構成は一般に、励起光源と、励起光によりシグナル光およびアイドラー光を発生する非線形光学素子と、その両側に配置された一対の反射鏡とからなっており、赤外レーザー光はシグナル光とアイドラー光として出力される。
なお、励起光源には１．０６４μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーが、また非線形光学素子としてはタイプ−１カットのＡｇＧａＳ2（ＡＧＳ）結晶やＨｇＧａ2Ｓ4（ＨＧＳ）等が用いられている。
しかしながら、上記従来の５．７５μｍの赤外レーザー光を発生させる従来のレーザー発振装置には以下のような問題があった。
すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーで励起したＡＧＳ光パラメトリック発振器においては、励起レーザー波長１．０６４μｍでのダメージ閾値が極端に低く、長時間の使用に耐えず、しかも高出力を得ることは不可能である。
また、ＨＧＳ光パラメトリック発振器においては、大型の結晶が育成できないことと、反射防止膜のコートが技術上の問題から不可能（高温でＨｇが蒸気かする）なため、高出力を得ることが不可能であった。
なお、本願発明に関連して以下のような文献が存在している。
特開２００１−０５６４９２ 特開２００１−０５１３１２ 特開２０００−０１０１３１ 特開平１１−０９５２７３ 特開平０７−００５５１１
本願発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高変換効率かつ高出力で、波長５．７５μｍの赤外線を安定的に出力せしめるコレステロール除去用赤外線治療装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本願発明者らは種々の検討を試みた結果、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしてＡＧＩＳＥ結晶（AgGa 1-x In x Se 2 ，x＝０．０１〜０．０５）を用いることにより、総合変換効率、出力特性、ライフタイムのいずれも向上することを見出した。
本願発明は、光パラメトリック発振により5.75μｍの波長でコヒーレント光を発生する赤外線発生装置であって、レーザーダイオード励起によるNed：YAGレーザー装置と、このNd：YAGレーザー装置からの第２高調波（波長：０．532μｍ）で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器と、前記第２高調波で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長：1.40〜1.41μｍ）により励起されるＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器とを具え、ＲＴＡ光パラメトリック発振器とＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器との間にはＲＴＡ光パラメトリック発振器から出射されるアイドラー光を集光するための石英レンズを具え、ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器は完全反射鏡（１．４０μｍでＴ≧９５％、１．８５μｍ及び５．７５μｍでＲ≧９８％）、非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶、部分反射鏡（１．４０μｍ及び１．８５μｍでＲ≒９０％，５．７５μｍでＴ≒２０％）を具えるとともにＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器からの赤外光のためのビームスプリッターを具えた特徴とする赤外線発生装置を提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。
また、段落０００９の赤外線発生装置において、前記ＡＧＩＳＥ結晶はその結晶構造の横方向の正面図において結晶構造の軸X,Y,ZについてZ軸とXY面との角度は９０度にカットされ、結晶構造の縦方向の正面図においてZ軸はXY面にあって４５度にカットされていて、長さ２．５ｃｍに切り出されたもので構成することがある。
さらに、段落０００６又は０００７いずれかの赤外線発生装置において、非線形光学素子の入射面および出射面には反射率１％以下の反射防止膜を形成してシグナル光とアイドラー光等の反射ロスを最小限に抑制するように構成することがある。
本願発明に係るコレステロール除去用の赤外線発生装置は、レーザーダイオード励起によるNd：YAGレーザー装置からの第２高調波（波長：０．532μｍ）で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器と、前記第２高調波で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長：1.40〜1.41μｍ）により励起されるＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器とを具え、このＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器を動作させてコレステロール幅より狭いスペクトル幅の波長の赤外レーザー光を発生し、これを所要箇所に照射して所望の治療行為を実行する。ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器は、コレステロールエステルの吸収バンドに由来する５．７５μｍ波長を発生する非線形光学素子としてタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶を具えている。この非線形光学素子の入射面および出射面には反射率１％以下の反射防止膜を形成してシグナル光とアイドラー光等の反射ロスを最小限に抑制する。
タイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶は、有効非線形光学定数がｄeff＝４３ｐｍ／Ｖと最大で、位相整合許容角がΔθext×Ｌ1/2＝２２ｄｅｇ・ｃｍ1/2と大きく、しかもウオーク・オフ角がゼロとなるので変換効率を上げるため、１．４０μｍ光を強く集光し励起密度を上げ、しかも長い結晶の使用を可能にするという利点を有している。
発明の実施例
また、図２は、図1に示す赤外線治療装置の要部を表すブロック図である。
図において、２５は、前記ＲＴＡ光パラメトリック発振器２２から出射される第２励起光２２ａを集光するための石英レンズ、２３ａは完全反射鏡（１．４０μｍでＴ≧９５％、１．８５μｍ及び５．７５μｍでＲ≧９８％）、２３ｂは非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶、２３ｃは部分反射鏡（１．４０μｍ及び１．８５μｍでＲ≒９０％，５．７５μｍでＴ≒２０％）であり、これら完全反射鏡２３ａ、光学素子２３ｂ、部分反射鏡２３ｃによりＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器２３が構成されている。
また、２４はビームスプリッター（ダイクロイック反射鏡）、２４ａは赤外光（アイドラー光）、２４ｂは赤外光（シグナル光）をそれぞれ示している。
図３は、ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器２３の構成要素である非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶の形態を示す説明図である。
図において、（ａ）は、非線形光学素子の横方向の正面図であり、２５は入射面、２６は出射面である。ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ結晶構造の軸を示しておりｚ軸とｘｙ面との角度は９０度をなすようにカットされている。
また、（ｂ）は非線形光学素子の縦方向の正面図であり、ｘｙ面において結晶はぉよびｙ軸から４５度にカットされている。 なお、入射面２５および出射面２６はそれぞれ、１．４０，１．８５および５．７５μｍの波長に対応した反射防止膜が形成されている。
図２において、第1励起光２２aはＮｄ：ＹＡＧレーザー装置（図１において２１）の第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器２２のアイドラー光（波長１．４０μｍ）で構成されている。
これらの第１励起光２２ａ（アイドラー光）は、ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器２３に励起光として入射される。 励起光２２ａは、完全反射鏡２３ａおよび部分反射鏡２３ｃと前記非線形光学素子（ＡＧＩＳＥ結晶）２３ｂを励起し、波長５．７５μｍのアイドラー光を発生する。
なお、該実施例において、平均出力５ＷのＬＤ（レーザーダイオード）励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波によりＲＴＡ光パラメトリック発振器２２を励起発振させ、波長１．４０〜１．４１μｍのアイドラー光（平均出力１．２Ｗ）を発生させる一方、θ＝90度、Φ＝４５度で切り出した長さ２．５ｃｍのＡＧＩＳＥ結晶２３ｂを配置したＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器２３を励起することによりＡＧＩＳＥ結晶の調整なしで平均出力２００ｍＷの赤外線レーザー光が波長５．７５μｍが得られることになる。
以上のように、本願発明によれば、励起光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波で励起したＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長１．４０〜１．４１μｍ）で、タイプ−１、ノンクリティカル(noncritical) ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器を励起することにより、ＡＧＩＳＥ結晶の角度及び温度を調整することなく波長５．７５μｍでスペクトル幅の狭い安定な赤外線を最大効率で得ることが可能になる。
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高張波（０．５３２１μｍ）を第1励起光２１ａとして励起する場合、１．４０μｍ、５．７５μｍそれぞれの発振素子の調整が不要になるという大きな利点がある。
本願発明に係るコレステロール除去用の赤外線治療装置の概念構成を示すブロック図である。 図1に示す赤外線治療装置の要部を表すブロック図である。 第３の励起光源としての光パラメトリック発振器２３の構成要素であるタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶の形態を示す説明図である。
２２．．．．．．．．ＲＴＡ光パラメトリック発振器
２２ａ．．．．．．．第１励起光
２３．．．．．．．．ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器
２３ａ．．．．．．．完全反射鏡
２３ｂ．．．．．．．非線形光学素子
２３ｃ．．．．．．．部分反射鏡
２４．．．．．．．．ビームスプリッター
２４ａ．．．．．．．赤外光
２５．．．．．．．．入射面
２６．．．．．．．．出射面

Claims (3)

  1. 光パラメトリック発振により5.75μｍの波長でコヒーレント光を発生する赤外線発生装置であって、レーザーダイオード励起によるNd：YAGレーザー装置と、このNd：YAGレーザー装置からの第２高調波（波長：０．532μｍ）で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器と、前記第２高調波で励起されるＲＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長：1.40〜1.41μｍ）により励起されるＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器とを具え、ＲＴＡ光パラメトリック発振器とＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器との間にはＲＴＡ光パラメトリック発振器から出射されるアイドラー光を集光するための石英レンズを具え、ＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器は完全反射鏡（１．４０μｍでＴ≧９５％、１．８５μｍ及び５．７５μｍでＲ≧９８％）、非線形光学素子としてのタイプ−１（第１種）９０度位相整合にカットしたＡＧＩＳＥ結晶、部分反射鏡（１．４０μｍ及び１．８５μｍでＲ≒９０％，５．７５μｍでＴ≒２０％）を具えるとともにＡＧＩＳＥ光パラメトリック発振器からの赤外光のためのビームスプリッターを具えたことを特徴とする赤外線発生装置。
  2. 請求項１記載の赤外線発生装置において、前記ＡＧＩＳＥ結晶はその結晶構造の横方向の正面図において結晶構造の軸X,Y,ZについてZ軸とXY面との角度は９０度にカットされ、結晶構造の縦方向の正面図においてZ軸はXY面にあって４５度にカットされていて、長さ２．５ｃｍに切り出されたものであることを特徴とする赤外線発生装置。
  3. 請求項１又は２いずれか記載の赤外線発生装置において、非線形光学素子の入射面および出射面には反射率１％以下の反射防止膜を形成してシグナル光とアイドラー光等の反射ロスを最小限に抑制するようにしたことを特徴とする赤外線発生装置。
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