JPH01500389A - 特定の波長でパルス状の光出力を発生するためのダイレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特定の波長でパルス状の光出力を発生するためのダイレーザ本発明は、特定の波 長で出力されるパルス化された光を作るためのダイ（Ｄｙｅ）レーザに関する。

この発明は、一般に下記で明らかにされる範囲内で応用できるが、それは、パル ス銅蒸気レーザからの５１１と５７８ｎｍのレーザ放射でボンピングされ、かつ 、金の６２８ｎｍのレーザ放射に固定されたダイレーザに関して説明されるだろ う。

銅と金とは、同じ放電管内において、空間的に離れた領域に配設されている。

説明の都合上、特定の用語で記載するが、この発明は、これらの特定の要素に限 定されるものではない。特に、この発明は、次のような設定、すなわち、（ｉ） 同じ放電管における銅と全以外の成分の混合、（ｉｉ）銅および固定する波長を 作る成分の両方を所望の特性をもった他の原子あるいはイオン、例えば、ストロ ンチウムとカルシウムの混合物に交換すること、を含むものである。

この発明によるダイレーザの一つの特別な応用として腫瘍の治療がある。前もっ て適当な染料でラベリングされた腫瘍を照射するためにレーザを用いることは、 癌治療の一つの効果的な方法であることは今や確立されている（ｓｅａｔ　ｆｏ ｒｅｘａｍｐｌｅ　；”Ｐｈｏｔｏｄｙｎａ＋ｍｉｃ　Ｔｈｅｒａｐｙ”、　Ｔ 、　Ｊ、　Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ。

Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｏｎｃｏｌｏｇｙ、　Ｅ ｄｉｔｅｄ　ｂｙ　Ｌ、　Ｊ。

Ｐｅｔｅｒｓ、　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　Ｖｅｒｌａｇ＊　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　Ｌ　 ９８４　）　＊連続光およびパルス光の両方が用いられており、適当な波長の連 続光は、高出力の従来の放電管からも、アルゴンイオンレーザによってボンピン グされたＣＷダイレーザからも得られるだろう、所望の波長と強さのパルス光は 、パルス銅蒸気レーザを、波長選択ダイレーザをポンプするために用いることに よっても、あるいは、もつと簡単に、全蒸気レーザからの出力を直接用いること によっても得られる（Ｃｏｗｌｅｄ　。

Ｇｒａｃｅ　＆　Ｆｏｒｂｅｓ、　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｐ ｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙｙ　３９　ｐｎｏ。１．ｐｐ　１１５〜１１７．１９８ ４）。

上記の例の場合、いずれにおいても、生体組織に十分浸透させる必要性によって 、および、波長が腫瘍をラベリングするために用いられた染料の吸収周波布中に なければならないという事実によって、波長は狭い確定した範囲内に選択されな ければならない、実際に、全蒸気レーザによって放射された６２８ｎｍ近くの波 長が特に好ましいことが知られている。

更に、連続光の使用よりもパルス光を使用する方がより効果的であるという証拠 が増加している。

６２８０朧で放射されるパルスレーザの使用は、これら両方の立場から非常に好 ましい。

ところが、実際に、６２８ｎ■のパルス放射を直接行う全蒸気レーザは以下のよ うな欠点がある。すなわち、（ｉ）購入および維持が高価である（なぜならば、 十分な作動存続期間を確保するため、−回の金属充填に多量の金を必要とする） 。

（：Ａ）非能率的である（高い電力及び多量の冷却水を必要とする）、（ｆｉｔ ）信頼性がない（摂氏１７５０度より高い非常に高温の操作温度を必要とし、構 造材料に大きな熱ストレスを与え、電気的励起条件が大変で、電気的スイッチ部 材の寿命を制限する）。

この発明の目的の１つは、全蒸気レーザからの６２８ｎｍの放射を直接使用する ことに関係したこれらの困難を改善することにある。

本発明は、放電管の出力が、各媒体に固有の周波数を包含するような、異なった 活性媒体を含んでいる空間的に離れた領域を有する１つのレーザプラズマ管から なる所望の周波数でパルス光出力を発生するためのレーザ装置において、１個あ るいはそれ以上のダイセル又は１個あるいはそれ以上のダイジェットおよび前記 パルス光出力を前記ダイセル又はダイジェットに供給するための手段を有し、前 記ダイセルあるいはダイジェットが、１つの媒体の周波数特性で、その他の周波 数特性で増幅された出力を発生するようにボンピングされることを特徴とするも のである。

本発明の特徴をよりよく理解するため、その好ましい形態が、以下、添付の図面 に示される実施例により説明される。

第１図は、本発明による装置に使用される放電管の断面図であり、 第２図は、２つのダイセルと関連して、第１図の装置の使用を説明する回であり 、 第３図は、他の実施例を説明するための第２図に似た図であり、 第４図は、ダイセルやジェットが縦方向にボンピングされる他の実施例を説明す る図である。

水　明の　Ｉ この発明の好ましい形態の特徴は、より高出力で放射された波長がダイレーザす なわちレーザ出力をもって放射される波長と周波数が固定されているダイレーザ をボンピングするために使用されるものである単一のレーザプラズマ管内に含ま れる異なる成分によって放射された２つのレーザ波長を使用することである。

マルチ−波長のポンプ源は、特に、マルチ−成分放電の励起金属蒸気レーザを予 見するものであり、１つの放電管から多数の波長を発生させることは、個々のレ ーザを多数用いる場合より優れ、１つのパルス放電スイッチ、ガス操作器具及び 補助制御システムのみが必要であるという利点を持っている。

この発明は、これらの成分に限定されないが、以下の説明は、銅でポンプされた ダイレーザの用語で示される。該レーザは、金の６２８ｎｍの放射で固定され、 該金は銅レーザ放電管の空間的に離れた領域に含まれている。

全蒸気レーザと比較すると、銅レーザは、（ｉ）コストが低く、（ｉｉ）より効 果的で、（■）より信頼性がある。このように銅レーザは全蒸気レーザより、よ り実際的なパルスレーザ放射源である。

さらに、放電管内の金原子からは弱い出力が必要とされるにすぎないので、金成 分は最大６２８ｎｍの出力を得るに必要な温度以下の寸分低い温度で操作するこ とができる。これは、必要とされる全蒸気圧を減少させる大変重大な利点であり 、これによって、金の充填存続期間が増加し、金蒸気部の構成部材にかかる熱お よび機械的ストレスを銅レーザ部分にかかるストレスとほぼ同程度に迄減少させ る。更に、このことは、金原子からの放射が周波数固定波長を提供するために用 いられるとき、本発明の信頼性を更に増加させる。

以上に述べた、医療への応用が、有益であるためには、銅蒸気レーザの出力が、 ダイレーザの出力をボンピングするために使用され、該ダイレーザの出力が何ら かの方法で６２８ｎｍ近くの波長に選ばれなければならない。ダイレーザの出力 を狭い波長間隔に限定する２つの原理的な方法がある。その１つは、回転可能な プリズムあるいは回折格子のような波長選択装置から成る同調機構を、その他の 光学要素と共に使用することであり、他の１つは狭い波長間隔をもつ弱いビーム を、ダイセルに注入することであり、そうすれば、その出力は、その波長にロッ クされることになる。前者の方法は、後者より効果的でなく、そして通常、光学 要素の頻繁な、そして慎重な配列が要求される。従って１本発明においては、周 波数固定方法が採用される。

第１図は、同じ放電管において、空間的に離れた領域に含まれている、銅原子か らは実質的に大きなレーザな出力を、金原子からは小さなのレーザ出力を同時に 得るのに適した放電管が示されている。

パルス金属蒸気レーザの作用を得るために用いられる放電管の本質的な特徴は１ 文献でもよく知られおり、また、本発明の装置にも呈示されている。又１図中に は、先の出願（出願番号ＰＨ０４６７４）に示された金電極機構が含まれている 。

異なった活性媒体を包含する領域を空間的に離して用いる考えは、科学文献にお いても知られている（Ｅｖｔｕｓｈｅｎｋｏ　。

Ｆ、　Ｓ、　ａｔ　ａｌ、　Ｚｈｕｒｎａｌ　Ｐｒ１ｋｌａｄｎｏｉ　５ｐｅｋ ｔｒｏｓｋｏｐｉｙａ、　３９　ｍ＆６ＰＰ９３９〜９４４　１９８３）。

銅と金は、レーザ出力状態が、絶縁物の深さおよび他の熱特性の調整によって、 別々に、できるだけ最適になるように、空間的に離れた領域に置かれなければな らない、もしこれがなされないで、両媒体が同じ領域に含まれることになると、 両者が共通の温度になり、銅の蒸気圧の温度が金のそれよりも高いものとなり、 放電が銅に完全に支配され、金の励起が十分に引き起こされないことになる。金 の原子を励起するのに必要なエネルギーは銅のそれより大きいから、金が含まれ ている部分は、この放電の部位に存在する多量の高エネルギー電子を使用するこ とができるように、構造の陰極端に配置されることが好ましい、あるいは、弱い 金レーザ出力が必要とされるにすぎないので、全放電領域は、２つに分れた綱領 域の中央部に設けられてもよく、これは、領域の両端で失われたエネルギー量を 減少させ、従って、全領域を適正な操作温度に維持するのに必要なエネルギー量 を最小にする。

第２図は、２つのダイセル増幅器が金の原子から得られた弱い出力に固定されて いる２つのダイセル増幅器をポンピングするために、いかに大きな量の銅蒸気レ ーザ出力が使用されるかを示している。一つの増幅器を使うことも、あるいは又 、いくつかの増幅器を使うこともできることは勿論であミラー１の波長選択特性 は、５１１および５７８ｎｍで出力された銅レーザの出力をミラー２へ伝送させ 、同時に、金レーザの出力を特殊フィルタ３を通して進ませ、そして、横方向に （ｔ、ｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ）ポンピングされたダイセル増幅器４および５に 向ける。出力された銅レーザのほぼ３分の１は、ミラー６およびレンズ７によっ てダイセル４に向う。このようにして、放電管により６２８ｎｍで送られた弱い 金レーザ放射は結果的に２段階の増幅器を通過し、実質的な出力ビームが６２８ ｎｍラインに固定された周波数になる。

ダイセル増幅器において使用されたダイ（染料）としては、単一の染料あるいは 混合染料のどちらを用いてもよい、尚。

該混合染料としては、混合染料の吸収、放射特性を発生された放電管のボンピン グおよび周波数固定する波長と調和させることによ・つて、増幅器の効率を極限 迄増加するものが選択される。

例えば、ローダミン（ｒｈｏｄａｍｉｎｅ）　５９０の染料の最大吸収は５１１ ｎｍの銅レーザ波長に近いが、しかし、６２８ｎｍの金レーザ波長での最大放射 を有するのはローダミン６４０あるいはキトンレッドである。１個のダイセル増 幅器におけるこれらの染料の混合物は、６２８ｎｍに周波数固定されて発生され る放射の量を高める。

代表的には、６２８ｎｍ放射の増幅は、ダイセル４で約１０倍になり、ダイセル ５で約３倍になり、最終的なレーザ出力は、最初の銅蒸気レーザ出力の約３０パ ーセントになるであろう。

この発明のその他の利点は第３図に示される。第３図には、６２８ｎｍの金レー ザの波長と５７８ｎｍの銅レーザの波長の両者を有する多数のダイセル増幅器が 、銅蒸気レーザの単純かつ信頼性を有する非常にフレキシブルな３つのカラーシ ステムを提供するために使用されている。光学手段を進むビームは、５１１，５ ７８あるいは６２８ｎｍの有効出力パワーを提供するように調整される。

第４図は、本質的には似ているが、上記の装置とは、ダイ増幅器が横方向ではな く縦方向（１ｏＢｉｔｕｄｉ、ｎａｌｌｙ）にポンプされる点で異なっている装 置を示す、この装置は、増幅器としてダイセルを用いてもよく、あるいは、周知 のダイジェットを用イてもよい。縦方向にポンプされた増幅器の利点は、特に、 結果的に高い品質の出力ビームが得られることである。

これらの装置は、６２８ｎｍの金トランジツション（ｔｒａｎｓｉ−ｔｉｏｎ） でそのパワーの全てを直接放射する単一の放電管よりも、多くの光学要素を含む ものであるが、この構成はより信頼性があり、総合的な効果においてもかなりの 効果をもつ。

この大きな信頼性は銅レーザの大きな信頼性およびダイ増幅器が、固有の高い信 頼性をもつ不動態（ｐａｓｓｊ、ｖｅ）成分のみを含んでいるという事実に帰す る。その効果は、銅蒸気レーザは金レーザより効果的であり、ダイセル増幅器も 又相当に効果的であるから、直接会を用いたシステムに相当する。

その構成が、発振器／増幅器という構成よりむしろ増幅器にのみを使用するとい う事実は光学系のコストを下げ、光学部材の正確な配列の必要性を軽減する。

最後に、弱い金レーザの出力のみが必要とされる事実は、金の低い蒸気圧力で十 分であり、このことは、１回の金属充填に必要な金の量およびそのシステムから 失なわれる金の量を減少させて操業コストを下げることを意味する。低い全蒸気 圧力を作るために必要とされる放電管の全蒸気部材部の温度は、銅蒸気部材部の 温度（１６００Ｇ）と同じなので、放電管は全て、この温度で高い信頼性を示す 素材で構成される。

３Ｗや５１１ ５冑゛争５１１ １Ｈ争５７８ ｒ間　腔　ｆｉｌ　審　親　牛

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．放電管の出力が、各媒体に固有の周波数を包含するような、異なった活性媒 体を含んでいる空間的に離れた領域を有する１つのレーザプラズマ管からなる所 望の周波数でパルス光出力を発光するためのレーザ装置において、１個あるいは それ以上のダイセル又は１個あるいはそれ以上のダイジェットおよび前記パルス 光出力を前記ダイセル又はダイジェットに供給するための手段を有し、前記ダイ セルあるいはダイジェットが、１つの媒体の周波数特性で、その他の周波数特性 で増幅された出力を発生するようにポンピングされることを特徴とするレーザ装 置。
2. ２．前記異なる活性媒体が銅と金であることを特徴とする特許求の範囲第１項に 記載のレーザ装置。
3. ３．金は、上記単一のレーザプラズマ管の最も陰極端近くにある上記空間的に離 れた領域に位置していることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のレーザ 装置。
4. ４．金が、２ヶ所に分けた銅領域の中間にある前記空間的に離れた領域に位置し ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のレーザ装置。
5. ５．前記単一のダイヤルあるいは複数のセルあるいは単一のダイジェットあるい は複数のジェットから出力された波長は周波数固定手段によって選択されること を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載のレーザ装 置。
6. ６．前記単一のダイセルあるいは複数のセルが染料混合物を含んでいることを特 徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項あるいはそれ以上に記 載のレーザ装置。
7. ７．前記単一のダイセルあるいは複数のセルが縦方向にポンピングされているこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項あるいはそれ以 上に記載のレーザ装置。
8. ８．特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項あるいはそれ以上に記載の レーザ装置を用いて人体を治療するための装置。