JP4886269B2 - 医療用レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、患者の患部に複数の可視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、従来光通信システムの分野で用いられるラマンファイバを利用し、可視のレーザ光を得るものが提案されている（特許文献３参照）。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を取り出し、その第２高調波を得ることで、医療用の可視レーザ光を得ている。
特開２００２−１３６５３９号公報 特開２００２−１５１７７４号公報 特開２００４−３２１５０７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、特許文献３においては、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ファイバ・ブラッグ・グレーティングが形成されたラマンファイバを複数使用している。しかし、高出力の可視レーザ光を得るために、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。また、波長の異なる多色の可視レーザ光を得るために、励起レーザ光源として多波長の出射可能なファーバレーザ光源を使用することが考えられるが、多波長の出射可能なファーバレーザ光源はコスト的に高価である。

本発明は、従来技術の問題に鑑み、治療に適した多波長の可視レーザ光を、高出力でコスト的に有利に得ることが可能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） 患者の患部に複数の可視波長のレーザ光を選択的に照射して治療を行う医療用レーザ装置において、赤外波長λｐの励起レーザ光を出射する励起レーザ光源と、該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ラマンファイバであって、励起波長λｐと異なる第１波長λ１のレーザ光を発振するための共振器を規定する一対の第１ファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、第１ＦＢＧ）が形成されていると共に、第１波長λ１がさらに誘導ラマン散乱により波長シストされる第２波長λ２のレーザ光を発振するための共振器を規定する一対の第２ファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、第２ＦＢＧ）が形成されているラマンファイバであり、一対の第２ＦＢＧの間に前記一対の第１ＦＢＧが形成されているラマンファイバと、前記一対の第１ＦＢＧ及び前記一対の第２ＦＢＧの反射特性を変化させる反射特性可変手段と、前記ラマンファイバから出射された第１波長λ１のレーザ光をその第２高調波λｓ１に変換する第１波長変換素子と、前記ラマンファイバから出射された第２波長λ２のレーザ光をその第２高調波λｓ２に変換する第２波長変換素子と、前記励起波長λｐのレーザ光をその第２高調波λｓ３に変換する第３波長変換素子と、前記第１波長変換素子，第２波長変換素子及び第３波長変換素子により波長変換されたレーザ光を患者の組織に導光する導光光学系と、患者に照射するレーザ光の波長を選択する波長選択手段と、該波長選択手段により波長λｓ１が選択されたときに、前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１に対するレーザ発振の共振器を規定する共に前記一対の第２ＦＢＧが波長λ２に対してレーザ発振の共振器を規定しないように前記反射特性可変手段を制御し、波長λｓ２が選択されたときに前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１を閉じ込め、前記一対の第２ＦＢＧが第１波長λ１によりシフトされる第２波長λ２に対してレーザ発振の共振器を規定するように前記反射特性可変手段を制御し、波長λｓ３が選択されたときは前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１に対して共振器を規定しないように前記反射特性可変手段を制御して前記励起レーザ光源の波長λｐのレーザ光を前記ラマンファイバから出射させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、治療に適した多波長のレーザ光を、高出力でコスト的に有利に得ることができる。

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がＹｂのドープされたファイバに接続されることによって作製されるＹｂファイバレーザからなる波長固定の単一レーザ光源である。レーザ光源１から出射されるレーザ光の波長は、赤外域にある単一波長のものとする。レーザ光源１は制御ユニット３０に接続され、レーザ光源１の出射制御や出力値の制御がされる。

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二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）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。このときのレーザ光源１より出射される励起レーザ光の波長はλｐ＝１１２０ｎｍとする。

ラマンファイバ２０には、入射光（励起レーザ光）の波長λｐ＝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：Fiber Bragg Grating）３ａ，３ｂと、波長λ１＝１１８０ｎｍを波長λ２＝１２４０ｎｍにシフトさせるための一対のＦＢＧ４ａ，４ｂが形成（作製）されている。ＦＢＧ３ａを波長λ１＝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のストークス光を増幅する共振器を規定することにより、波長λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光を出力側のＦＢＧ３ｂから出射させることができる。

一方、ＦＢＧ４ａを波長λ２＝１２４０ｎｍに対して高反射（９９％以上反射）とし、ＦＢＧ４ｂを波長λ２＝１２４０ｎｍ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λ２＝１２４０ｎｍのストークス光を増幅する共振器を規定することにより、波長１２４０ｎｍのレーザ光を出力側のＦＢＧ４ｂから出射させることができる。

５ａ、５ｂ、６は調節ユニットであり、ＦＢＧ３ａ、４ａの所定の波長に対する反射率（透過率）を調節（変化）させる反射特性可変手段である。その原理は、ＦＢＧに加わえる圧力や熱を調節することで、光ファイバ内に作り込んだグレーティング（格子）のサイズ（周期）や屈折率が変わる現象を利用し、所定の波長に対する反射率を変えることに基づいている。特定の波長に対して高い反射率を持つＦＢＧに加える圧力や熱を変化させると、反射率のピークがシフトする。これによって、ＦＢＧの反射率を変化させることができる。ＦＢＧ３ａ、４ａは特定の波長に高い反射率を持つように作製されているため、調節ユニット５ａ及び６がそれぞれ反射率を低下させることにより、対となるＦＢＧでレーザ発振のための共振構造を形成しないようにできる。例えば、調節ユニット５ａはＦＢＧ３ａに作用し、図５（ａ）に示すλ１＝１１８０ｎｍに対する高反射率の特性を、図５（ｂ）に示すように、λ１＝１１８０ｎｍに対してほ低反射率の特性（ほとんど反射させない特性）に変化させることによって、本来ＦＢＧ３ａ、３ｂで規定するλ１＝１１８０ｎｍの共振器を構成させない。それにより、λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光は増幅されず、ラマンファイバ２０から出射されない。調節ユニット６の場合は、λ２＝１２４０ｎｍに高い反謝率を持つＦＢＧ４ａを低反射率の特性に変化させる。また、調節ユニット５ｂが、波長λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光を一部透過するよう作製されているＦＢＧ４ｂの反射率を、高反射率に調節することで、ＦＢＧ３ａ、３ｂの間に特定の波長のレーザ光を閉じ込めることができる。例えば、ＦＢＧ３ｂのλ１＝１１８０ｎｍに対して８５％程度である反射率をシフトさせることにより、λ１＝１１８０ｎｍに対して９９％程度の反射率にさせる。ここでは、特定波長に対し反射率のピークを形成する山の頂上付近で、λ１＝１１８０ｎｍに対し８５％程度反射率を持たせる。そして、調整によって、反射率のピークをλ１＝１１８０ｎｍにシフトさせることで、λ１の反射率を９９％以上にすることができる。このような調節を利用し、レーザ光を選択的に得る方法についての詳細は後述する。このような調節ユニット５ａ、５ｂ、６は制御ユニット３０に接続される。

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（Quasi Phase Matching Grating Unit）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（Second Harmonic Generation）素子（波長変換素子）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λｓ１＝５９０ｎｍ（オレンジ色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｂは波長λ２＝１２４０ｎｍを波長λｓ２＝６２０ｎｍ（赤色）へと変換し、ＳＨＧ素子８ｃは波長λｐ＝１１２０ｎｍを波長λｓ３＝５６０ｎｍ（黄色）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。駆動ユニット９は制御ユニット３０に接続される。

制御ユニット３０には操作ユニット３１が接続されている。操作ユニット３１は、治療用の可視レーザ光を選択するための波長選択スイッチ、治療レーザ光の出力を調整する出力スイッチ等を持つ。制御ユニット３０は、波長選択スイッチによる波長選択信号に基づいて調節ユニット５ａ、５ｂ、６を制御してラマンファイバ２０より出射される赤外レーザ光の波長を選択する。また、制御ユニット３０は駆動ユニット９を駆動して、調節ユニット５ａ、５ｂ、６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。制御ユニット３０は、出力スイッチによる出力調整信号に基づいてレーザ光源１の出射制御や出力値の制御を行う。

次に、ラマンファイバ２０による波長シフトについて説明する。図２は、Ｓｉ０₂をベースにＧｅＯ₂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・ＧｅＯ₂のファイバでは、ラマンシフト約４５５ｃｍ^-1を含む約３００〜５００ｃｍ^-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。

従って、Ｓｉ０₂・ＧｅＯ₂のラマンファイバでは、波長λｐ＝１１２０ｎｍの励起光を入射させたとき、一対のＦＢＧ３ａ，３ｂにより波長λ１＝１１８０ｎｍに対する共振器を構成することにより、４５５ｃｍ^-1のラマン利得が得られ、波長λ１＝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＝１１８０ｎｍのストークス光が発生した場合、波長λ２＝１２４０ｎｍ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、
８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）−４１０ｃｍ^-1→８０６４ｃｍ^-1（１２４０ｎｍ）
となり、波長λ２＝１２４０ｎｍの２次のストークス光が発生する。

このとき、ラマンファイバ２０からは、共振された波長（λ１＝１１８０ｎｍ及びλ２＝１２４０ｎｍ）のレーザ光が出射される。そのため、前述した調節ユニット５ａ、５ｂ、６でレーザ光の共振を制御し、ラマンファイバ２０から出射されるレーザ光を選択する。

ここで、波長λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２０から出射させる場合を考える。波長λｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光がレーザ光源１よりラマンファイバに入力されると、前述のラマンシフトにより波長λｐ＝１１２０ｎｍの一部がλ１＝１１８０ｎｍへとシフトする。λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光はＦＢＧ３ａ、３ｂにより増幅される。このとき、増幅されたλ１＝１１８０ｎｍのレーザ光の一部は、さらにλ２＝１２４０ｎｍへと波長シフトされる。このままでは、ＦＢＧ４ａ、４ｂによりλ２＝１２４０ｎｍの増幅が起こってしまう。このため、波長λｓ１＝５９０ｎｍ（すなわちλ１＝１１８０ｎｍ）の選択信号による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、調節ユニット６はＦＢＧ４ａのλ２＝１２４０ｎｍに対する高い反射率を低下させ、ＦＢＧ４ａ、４ｂ間で発振器を規定させないようにする。これにより、λ１＝１１８０ｎｍがＦＢＧ４ａ、４ｂによりさらにλ２＝１２４０ｎｍにラマンシフトされることが無いため、ＦＢＧ３ａ，３ｂにより増幅されたλ１＝１１８０ｎｍのレーザ光が高出力でラマンファイバ２０から出射される。

次に、λ２＝１２４０ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２０より出射させる場合を考える。前述のように、レーザ光源１からλｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光がラマンファイバ２０に入射されると、ＦＢＧ３ａ、３ｂにより、λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光が増幅される。λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光は、増幅に伴い、その一部がλ２＝１２４０ｎｍへと波長シフトする。このλ２のレーザ光をＦＢＧ４ａ、４ｂで共振させ、増幅することで、λ２＝１２４０ｎｍのレーザ光を得る。このとき、ＦＢＧ３ｂはλ１＝１１８０ｎｍのレーザ光を一部透過させるため、ＦＢＧ３ａ、３ｂでλ１＝１１８０ｎｍのレーザ光が出射されてしまう。また、λ１からλ２への波長シフトの効率が低下してしまう。このため、調節ユニット５ｂは、波長λｓ２＝６２０ｎｍ（すなわちλ２＝１２４０ｎｍ）の選択信号による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、λ１＝１１８０ｎｍに対して一部透過であるＦＢＧ３ｂを高反射に変化させ、ＦＢＧ３ａ、３ｂの間で、λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光を閉じ込める。この閉じ込めにより、λ１＝１１８０ｎｍのレーザ光はλ２＝１２４０ｎｍへと効率的に波長シフトされる。波長シフトされたλ２＝１２４０ｎｍのレーザ光はＦＢＧ３ａ、３ｂを通過し、ＦＢＧ４ａ、４ｂの間で共振、増幅される。これにより、λ２＝１２４０ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２０から高出力で出射させることができる。

次に、レーザ光源１の励起レーザ光であるλｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２０から出射させる場合を考える。前述したように、λｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光がラマンファイバ２０に入射されると、波長がλ１＝１１８０ｎｍへとシフトされる。波長シフトが起こると、λ１のレーザ光は、ＦＢＧ３ａ、３ｂで共振、増幅されてしまう。このため、調節ユニット５ａは、波長λｓ３＝５６０ｎｍ（すなわちλ３＝１１２０ｎｍ）の選択信号による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、ＦＢＧ３ａのλ１＝１１８０ｎｍに対する反射率を低下させ、ＦＢＧ３ａ、３ｂで共振器を形成しないようにする。このとき、ＦＢＧ４ａ、４ｂでは、波長１２４０ｎｍに対して共振器を形成しているが、ラマンファイバ２０はλｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光を波長１２４０ｎｍに波長シフトさせるに充分なラマン利得を持っていない。このため、ＦＢＧ４ａ、４ｂではレーザ光の発振、増幅が起こらない。このようにして、λｐ＝１１２０ｎｍのレーザ光がラマンファイバ２０から高出力で出射される。

以上のようにして、得られた赤外レーザ光は、集光レンズ７にてＱＰＭグレーティング８に入射される。駆動ユニット９は制御ユニット３０の指令信号に基づいて、所定のレーザ光の第２高調波を得るため、ＳＨＧ素子８ａ〜８ｃの内、波長選択により指定されたいずれかを光路上に挿入する。赤外レーザ光は第２高調波に変換され、ＱＰＭグレーティング８より可視レーザ光が出射され、可視レーザヘッド１００より出射される。

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、ミラー５７、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。このとき、レーザ光の一部（数％）はミラー５７により反射され、センサ５８へと入射する。センサ５８は制御ユニット３０と接続されており、入射される可視レーザ光の一部からその出力を検出する働きを持つ。センサ５８はレーザ光の出射中、リアルタイムにレーザ光の出力をモニタする。制御ユニット３０は、操作ユニット３１で指定されたレーザ光の出力とセンサ５８で計測した出力を比較し、異常を検知した場合にはレーザ光の出射を停止する。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。

なお、本実施形態では図示を略したが、レーザヘッド１００から出射されたレーザ光の内、ＱＰＭグレーティング８にて波長変換されなかった赤外レーザ光をダンパする構成とする。例えば、集光レンズ５０とファイバ５１の間に赤外を反射するダイクロイックミラーを配置する。ダイクロイックミラーにより、可視レーザ光をファイバ５１へと入射させ、赤外レーザ光を反射させる。反射した先にダンパを配置し、赤外レーザ光のエネルギーを吸収させる。このような構成に限らず、ＱＰＭグレーティングの後に赤外吸収フィルタを配置して、可視レーザ光をデリバリ光学系５２へと導く構成としてもよい。

また、本実施形態では図示を略したが、治療レーザ光をファイバ５１に入射させる手前に、制御ユニット３０によって電磁的に光路上に挿脱されるシャッタ（図示を略す）を設ける。シャッタは光路の挿入されることで、レーザ光を遮断する。可視レーザ光の出力モニタ時、制御ユニット３０は、シャッタを光路上に挿入し、レーザ光がデリバリ光学系５２から出射しないようにする。その状態で、レーザ光の出力がセンサ５８で計測される。制御ユニット３０は、センサ５８で計測したレーザ光の出力と操作ユニット３１に入力された出力値とを比較する。制御ユニット３０は、異常を検出した場合には、シャッタを閉じたままとし、エラーを術者に報知する。異常がない場合には、被検眼へのレーザ光の出射に備えて、シャッタを開ける。

以上説明したように、ラマンファイバに複数の対となるＦＢＧを作製し、単一波長のレーザ光を入射しても、それぞれのＦＢＧの反射率を調節することで、それぞれのＦＢＧで規定する波長のレーザ光が高出力で得られる。このような簡単な構成で、赤色、オレンジ色のレーザ光の基本波を得ることができ、コスト的に有利となる。さらに、黄色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色のレーザ光を高出力で得ることができる。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っている。

図３は、本発明の第２の実施形態であるレーザ装置の構成を示す概略図である。レーザヘッド１０１の内部構成が第１の実施形態と異なる。デリバリ光学系５２やスリットランプ６０の構成は前述の実施形態と同じである。１１は単一波長の励起用レーザ光源で、第２の実施形態ではλｐ＝１０７０ｎｍのレーザ光を出射する。２００は、Ｓｉ０₂をベースにＰ₂Ｏ₅がドープされた光ファイバ１２にＦＢＧが形成されてたラマンファイバである。１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂはそれぞれがＦＢＧであり、第１実施形態のＦＢＧと同様にファイバ１２上に形成されている。ＦＢＧ１３ａ、１３ｂは、波長λ１＝１１２０ｎｍに対してレーザ発振のための共振器を規定するよう形成されており、同様に、ＦＢＧ１４ａ、１４ｂは波長λ２＝１１８０ｎｍに、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂは波長λ３＝１２４６ｎｍに対してレーザ発振のための共振器を規定するように形成されている。すなわち、ＦＢＧ１３ａ、１４ａ、１５ａはそれぞれレーザ発振させる波長に対して高反射で形成され、ＦＢＧ１３ｂ、１４ｂ、１５ｂはそれぞれレーザ発振させる波長に対して一部透過で形成される。１９は集光レンズである。４０はＱＰＭグレーティングで、４０ａ〜４０ｄのＳＨＧ素子が作り込まれている。ＱＰＭグレーティング４０は第１の実施形態と同様に、波長変換の際、ＳＨＧ素子４０ａ〜４０ｄのいずれかが光路上に配置される。ＳＨＧ素子４０ａはλ１＝１１２０ｎｍを波長λｓ１＝５６０ｎｍ（黄色）へと変換し、ＳＨＧ素子４０ｂはλ２＝１１８０ｎｍを波長λｓ２＝５９０ｎｍ（オレンジ色）へと変換し、ＳＨＧ素子４０ｃはλ３＝１２４６ｎｍを波長λｓ３＝６２３ｎｍ（赤色）へと変換し、ＳＨＧ素子４０ｄはλｐ＝１０７０ｎｍを波長λｓ４＝５３５ｎｍ（緑色）へと変換する。この配置には、駆動ユニット４１によって行われる。１６ａ、１６ｂ、１７、１８は調節ユニットであり、それぞれに対応するＦＢＧの反射率を調節する。駆動ユニット４１及び調節ユニット１６ａ、１６ｂ、１７、１８は制御ユニット３０へと接続される。

図４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４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λｐ＝１０７０ｎｍの励起光を入射させたとき、一対のＦＢＧ１３ａ，１３ｂにより波長λ１＝１１２０ｎｍに対する共振器を構成することにより、４１８ｃｍ^-1のラマン利得が得られ、波長λ１＝１１２０ｎｍの誘導ラマン散乱が得られる。すなわち、
９３４６ｃｍ^-1（１０７０ｎｍ）−４１８ｃｍ^-1→８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）
となり、波長λ１＝１１２０ｎｍのストークス光が発生する。

前述の場合と同様に、波長λ１＝１１２０ｎｍを波長λ２＝１１８０ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ１４ａ，１４ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、
８９２８ｃｍ^-1（１１２０ｎｍ）−４５５ｃｍ^-1→８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）
となり、波長λ２＝１１８０ｎｍの２次のストークス光が発生する。

波長λ２＝１１８０ｎｍを波長λ３＝１２４６ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ１５ａ、１５ｂによる誘導ラマン散乱を考えると、
８４７４ｃｍ^-1（１１８０ｎｍ）−４４８ｃｍ^-1→８０２６ｃｍ^-1（１２４６ｎｍ）
となり、波長λ３＝１２４６ｎｍの３次のストークス光が発生する。

なお、Ｓｉ０₂・Ｐ₂Ｏ₅のラマンファイバでは、波長λｐ＝１０７０ｎｍの励起光を入射させたとき、波長λ３＝１２４６ｎｍに対して共振器を構成する一対のＦＢＧ１５ａ，１５ｂにより１３２０ｃｍ^-1でラマン利得が得られ、波長λ３＝１２４６ｎｍの誘導ラマン散乱が得られる。すなわち、
９３４６ｃｍ^-1（１０７０ｎｍ）−１３２０ｃｍ^-1→８０２６ｃｍ^-1（１２４６ｎｍ）
となり、波長λ３＝１２４６ｎｍの１次ストークス光が発生する。

また、励起光の波長λｐ＝１０７０ｎｍがラマンファイバ２００に入射し、いずれのＦＢＧでも共振されな場合を考えると、λｐ＝１０７０ｎｍがファイバ２００より出射される。

このように、ラマンファイバ２００を用いて、単一波長λｐ＝１０７０ｎｍの光源から４つの波長のレーザ光が取り出せる。しかしながら、前述の実施形態と同様にそれぞれのＦＢＧの反射率を調節して、効率的に所定の波長のレーザ光を得ることが好ましい。以下に、ＦＢＧの調節について説明する。この説明は前述の実施形態と同様の原理に基づいて行われる。

波長λ１＝１１２０ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２００から出射させる場合を考える。レーザ光源１１の波長λｐ＝１０７０ｎｍが入射された時に、調節ユニット１７、１８は、波長選択による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、ＦＢＧ１４ａ、１５ａの各々λ２＝１１８０ｎｍ、λ３＝１２４６ｎｍに対する反射率を変化（低下）させ、ＦＢＧ１４ａ，１４ｂの間でλ２＝１１８０ｎｍに対する共振器を規定させないと共に、ＦＢＧ１５ａ，１５ｂの間でλ３＝１２４６ｎｍに対する共振器を規定させないようにする。これにより、ＦＢＧ１３ａ，１３ｂでの共振、増幅が起こり、ラマンファイバ２００から波長λ１＝１１２０ｎｍのレーザ光が高出力で出射される。

次に、波長λ２＝１１８０ｎｍをラマンファイバ２００から出射させる場合を考える。波長シフトによって得られた波長λ１＝１１２０ｎｍのレーザ光を、さらに波長シフトするために、調節ユニット１６ｂは、波長選択による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、ＦＢＧ１３ｂのλ１＝１１２０ｎｍに対する反射率を高く（９９％以上）する。これにより、ＦＢＧ１３ａ，１３ｂの間で、波長λ１１２０ｎｍのレーザ光が閉じ込められ、そのレーザ光の一部が波長λ２＝１１８０ｎｍへとシフトされる。このときに、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂの間で波長λ３＝１２４６ｎｍに対する共振器を規定させないように、調節ユニット１８は波長選択による制御ユニット３０の指令信号に基づいて、ＦＢＧ１５ａのλ３＝１２４６ｎｍに対する高い反射率（９９％以上）を低くさせる。これにより、ラマンファイバ２００で波長λ３＝１２４６ｎｍが共振、増幅されて出射されることがない。ラマンファイバ２０からは波長λ２＝１１８０ｎｍが高出力で出射される。

次に、波長λ３＝１２４６ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２００から出射させる場合を考える。この場合、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂで波長λ３＝１２４６ｎｍのレーザ光を共振、増幅させる。このとき、他の波長のレーザ光を共振させないために、調節ユニット１６ａは、制御ユニット３０の指令信号に基づいて、ＦＢＧ１３ａのλ１＝１１２０ｎｍに対する反射率を変化（低下）させる。これにより、波長λ１＝１１２０ｎｍのレーザ光の共振を阻止する。それに伴い、波長λ２＝１１８０ｎｍのレーザ光の共振も阻止することとなる。このようにして、波長λ３＝１２４６ｎｍのレーザ光がラマンファイバ２００より出射される。なお、波長λ３＝１２４６ｎｍのレーザ光をラマンファイバ２００から出射させる場合は、効率の観点から、前述した励起光λｐ＝１０７０ｎｍからの３次ストークス光を利用しない。

次に、ラマンファイバ２００よりレーザ光源１１の励起光である波長λｐ＝１０７０ｎｍのレーザ光を出射させる場合を考える。この波長は励起光であるため、ラマンファイバ２００のいずれのＦＢＧが波長λ１＝１１２０ｎｍ、波長λ２＝１１８０ｎｍ及び波長λ３＝１２４６ｎｍに対して共振しないようにする。すなわち、調節ユニット１６ａ、１８ａはＦＢＧ１３ａ、１５ａの各々λ１＝１１２０ｎｍ、λ３＝１２４６ｎｍに対する反射率を変化（低下）させる。これにより、励起光は共振を受けず、波長λｐ＝１０７０ｎｍのまま、ラマンファイバ２００より出射される。

このようにして、可視レーザ光の基本波をラマンファイバ２００よりそれぞれ選択的に出射させる。このレーザ光をＱＰＭグレーティング４０により、それぞれの第２高調波に波長変換し、可視レーザ光としてレーザヘッド１０１より出射される。駆動ユニット４１は、制御ユニット３０の指令信号に基づいてＱＰＭグレーティング４０を動かし、ＳＨＧ素子４０ａ〜４０ｄのいずれかを光路上に挿入して、所定の可視レーザ光を得る。可視レーザ光に変換した後は、レーザ光を前述のデイリバリ光学系５２へと導く。この説明は前述と同様のため割愛する。

以上説明したように、４種類の波長（赤色、オレンジ色、黄色、緑色）のレーザ光を選択的に得ることができる。選択的に得た波長に対応するＳＨＧ素子４０ａ〜４０ｄのいずれかを、光路上に挿入することにより、治療応じてに好適な波長の可視レーザ光を得ることができる。

以上説明したように、一つのラマンファイバに波長シフトするＦＢＧを複数設けることによって、単一波長のレーザ光源であっても、選択的に複数の波長のレーザ光がそれぞれ得られる。以上説明した本実施形態は２つの例であって、本発明がこれに限定されるものではない。所望の波長のレーザ光を得るためには、ラマン利得が得られる波長であれば、その波長を共振させるＦＢＧを配置すればよい。また、ラマン利得が得られない波長のレーザ光が得たければ、ＦＢＧの対を複数配置し、ラマン利得が得られる波長シフトを多段にて繰り返せばよい。また、それに伴い、ＦＢＧ同士での干渉を防ぐために、ＦＢＧ対での共振を妨げるように、それぞれのＦＢＧの反射率を調整する。このような原理、構成によって、所望する可視レーザ光の基本波が選択的に高出力で得られ、コスト的に有利な医療用のレーザ装置ができる。

なお、本実施形態では、共振器を規定する対となるＦＢＧを形成し、特定の波長を共振させない場合には、ＦＢＧの高反射側の特定波長に対する反射率を変化させたが、これに限るものではない。出力側であるＦＢＧの一部透過側の特定波長に対する反射率を変化させてもよい。また、対となるＦＢＧの両方の反射率を、特定波長に対して共振器を規定しないように変化させてもよい。また、本実施形態では、対となる各ＦＢＧで規定する共振器は特定の波長に対するものであったが、これに限るものではない。対となるＦＢＧにそれぞれ調節ユニットを設ける構成としていもよい。各ＦＢＧで規定されている特定波長に対する反射特性を、対となるＦＢＧ間で関連付けてシフトさせることにより、ＦＢＧ形成時に規定された波長以外の共振器を規定することができる。例えば、１１８０ｎｍに対して高反射、一部透過で共振器を規定するよう作製されたＦＢＧを考える。調節ユニットによりそれぞれのＦＢＧの反射率を共に１１９０ｎｍに対して高反射、一部透過にシフトさせることで、１１９０ｎｍの共振器を得ることができる。

なお、本実施形態では、所望する各波長に対して共振器を規定する対となるＦＢＧを用意したが、これに限るものではない。例えば、全反射ミラーに相当する各ＦＢＧの代わりに、高反射率を波長バンド幅が広い範囲、例えば、１００〜２００ｎｍで持っているＦＢＧに置き換える。全反射用のＦＢＧと出力用のＦＢＧの間にカプラを作製し、そのカプラに励起レーザ光源の出射端のファイバを接続する。この出射用のファイバは偏光方向によって、出射したレーザ光がレーザ光源に戻っていないようになっている。出力用のＦＢＧにはそれぞれ反射特性を調節する調節ユニットを設置する。このような構成にすることによって、全反射用のＦＢＧを各波長毎に用意する必要がない。このとき、前述の実施形態のように、特定波長を得るために必要な共振器は規定させ、不必要な共振器は規定させないように、調節ユニットにより各ＦＢＧの反射率をシフトさせる。共振器を規定しない各ＦＢＧの反射率のシフト量は、励起レーザ光の波長とラマンファイバのラマン利得により算出する。このような構成にすることによって、ＦＢＧが少なくても複数の波長のレーザ光を選択的に得ることができる。また、特定波長に反射率を持つ出力用のＦＢＧの反射率を調節ユニットでシフト（変更）することで、特定波長の前後の波長に対しても共振器を規定し、その波長のレーザ光を得ることができる。

また、ファイバに、特定波長に対し広いバンド幅、例えば、１０〜２０ｎｍの高反射率を持つＦＢＧをそれぞれ作製し、特定波長に対して狭いバンド幅、例えば０．５ｎｍで一部透過の反射率を持つ出力用のＦＢＧを作製する。出力用のＦＢＧにはそれぞれ調節ユニットを設置する。調節ユニットにより出力用のＦＢＧの反射率をシフトさせ、所望の波長のレーザ光に対し共振器を規定させる。これにより、特定波長から±数ｎｍシフトしたレーザ光を得ることができる。このような構成により、所望のレーザ光の波長を微調整できる。

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ＧｅＯ₂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。 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。 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。 ＦＢＧの反射特性を変化させる原理を説明する図である。

符号の説明

１、１１ レーザ光源
２、２０ 光ファイバ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ ＦＢＧ
５ａ，５ｂ、６、１６ａ、１６ｂ、１７、１８ 調節ユニット
８、４０ ＱＰＭグレーティングユニット
８ａ，８ｂ，８ｃ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ ＳＨＧ素子
９、４１ 駆動ユニット
２０、２００ 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 可視レーザヘッド

Claims (1)

1. 患者の患部に複数の可視波長のレーザ光を選択的に照射して治療を行う医療用レーザ装置において、
   赤外波長λｐの励起レーザ光を出射する励起レーザ光源と、
   該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ラマンファイバであって、励起波長λｐと異なる第１波長λ１のレーザ光を発振するための共振器を規定する一対の第１ファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、第１ＦＢＧ）が形成されていると共に、第１波長λ１がさらに誘導ラマン散乱により波長シストされる第２波長λ２のレーザ光を発振するための共振器を規定する一対の第２ファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、第２ＦＢＧ）が形成されているラマンファイバであり、一対の第２ＦＢＧの間に前記一対の第１ＦＢＧが形成されているラマンファイバと、
   前記一対の第１ＦＢＧ及び前記一対の第２ＦＢＧの反射特性を変化させる反射特性可変手段と、
   前記ラマンファイバから出射された第１波長λ１のレーザ光をその第２高調波λｓ１に変換する第１波長変換素子と、
   前記ラマンファイバから出射された第２波長λ２のレーザ光をその第２高調波λｓ２に変換する第２波長変換素子と、
   前記励起波長λｐのレーザ光をその第２高調波λｓ３に変換する第３波長変換素子と、
   前記第１波長変換素子，第２波長変換素子及び第３波長変換素子により波長変換されたレーザ光を患者の組織に導光する導光光学系と、
   患者に照射するレーザ光の波長を選択する波長選択手段と、
   該波長選択手段により波長λｓ１が選択されたときに、前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１に対するレーザ発振の共振器を規定する共に前記一対の第２ＦＢＧが波長λ２に対してレーザ発振の共振器を規定しないように前記反射特性可変手段を制御し、波長λｓ２が選択されたときに前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１を閉じ込め、前記一対の第２ＦＢＧが第１波長λ１によりシフトされる第２波長λ２に対してレーザ発振の共振器を規定するように前記反射特性可変手段を制御し、波長λｓ３が選択されたときは前記一対の第１ＦＢＧが第１波長λ１に対して共振器を規定しないように前記反射特性可変手段を制御して前記励起レーザ光源の波長λｐのレーザ光を前記ラマンファイバから出射させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする医療用レーザ装置。

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