JPH04501342A - 持続時間を調節することのできるレーザーパルス発生装置 - 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】 発明の名称 持続時間を調節することのできる レーザーパルス発生装置 技術分野 本発明はネオジム−ＹＡＧ−レーザーにより持続時間を調節することのできるレ ーザーパルスを生ぜしめるための請求の範囲第１頂上位概念による装置に関する 。

公知技術 ネオジム−ＹＡＧ−結晶をレーザー媒体として用いるレーザーは、多種多様な実 施態様で公知となっている。

「Ｑ−スイッチ又はモード−ロック」式の操作形式により操作される脈動型のネ オジム−ＹＡＧ−レーザーは、例えば前部の眼媒質の治療、腎臓結石のような人 体間に生じた結石のレーザー誘導衝撃波による破砕などの医療目的で殊に多用さ れている。

公知となっている脈動型のネオジム−ＹＡＧ−レーザーとしては、例えばＡｅｓ ｃｕｌａｐ−Ｍｅｄｉｔｅｃ　ＧｍｂＨ社Ｇ、：ヨルＬ／−ザーＭＱＩＯ，０Ｐ Ｌ３Ｆ又は０ＰＬ４若しくは５ｐｅｃｔｒｏｎ　Ｌａ５ｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ、 ＬＴＤ社によるＳｂ２００／８００シリーズのレーザーが挙げられる。

この種のネオジム−ＹＡＧ−レーザーをそれぞれ異なった用途で用いる場合、特 にレーザー誘導式衝撃波による結石砕壊術に応用する場合には、以下のような問 題が生ずる： レーザー誘導式の衝撃波砕石法の場合、公知技術ではＱ−スイッチのネオジム− ＹＡＧ−レーザーが用いられる。このレーザーは閃光ランプを用いた光ポンピン グにより励起され、その典型的なパルス幅は５乃至２０ナノ秒である。レーザー 誘導式の衝撃波砕石法において典型的とされる１００ミリジュール以上のパルス エネルギーの場合、このように短いパルス持続時間で比較的高いパルス出力を得 ることができる。

しかしながら、例えば内視鏡で必要とされるようなかなり細い光ファイバーをレ ーザービーム伝導に用いる場合には特に、高いパルス出力に起因した問題が生ず る；特にレーザービームの「入射角度に難がある」場合には、光ファイバーにお ける光入射面範囲が比較的短時間で損傷されることになる。

従って、５０ミリジユ一ル以上のエネルギーを有するレーザーパルスでは、公知 の脈動型ネオジム−ＹＡＧ−レーザーにおけるよりそのパルス長さを大きくシ、 ひいてはそのパルス出力を低下させることが望ましいものと思われる。

ところで、いわゆる「持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー」、つまり、例えば 稀ガスアームランプにより連続的にポンピングされるネオジム−ＹＡＧ−レーザ ーであって、そのレーザー光線がパルス形状を呈することなく「持続波」の形状 を有しているレーザーも既に公知となっている。公知の持続波−ネオジム−ＹＡ Ｇ−レーザーの例としては、前掲のスペクトロン・レーザー・システム社による Ｓ　Ｌ　５００／９００シリーズのレーザーが挙げられる。

上述した公知のパルス−乃至持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー並びに各商品 名は、ここでは詳述しない全体的概念を明らかにすべく付言したものである。

いわゆる「持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー」のビーム通路内に光学的なシ ャッターを配置して、レーザービームを「脈動させる」ことも可能ではある。

この措置によれば、光学シャッターの構成如何に応じた殆ど任意な「パルス幅」 の調整が可能であるとも思われる。しかるに、連続稼働するネオジム−ＹＡＧ− レーザーの持続的な出力を得るために代替不能なほど過度に高い費用を投じない 限り、得ることのできるパルス出力乃至パルスエネルギーは比較的低いものに過 ぎない。従って、外方に向うビームの通路をシャッターで開閉する在来形式の「 持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー」を、例えばレーザーによる結石砕壊法に 応用することは、経済的な視点からすると見合わない。

発明の説明 本発明の課題とするところは、特に衝撃波誘導式のレーザー砕石法で必要とされ るような比較的大きいパルスエネルギーを前提として、光の入射面範囲における レーザ一連結が最適なものでない場合ですら光ファイバーを損傷しないパルス幅 ひいてはパルス出力を有するネオジム−ＹＡＧ−レーザーを提供することにある 。

本発明による上記課題の解決策は、請求の範囲第１項に記載されている。

本発明によれば、５００ミリジユールまでのパルスエネルギーにおいては、光フ ァイバーの光入射面に対するレーザーの「連結」が最適でない場合にも光ファイ バーの充分に長い耐用寿命を保証するために必要とされるパルス持続時間が５０ 乃至５００ナノ秒程度であることが明らかにされた。

適正なパルス幅を有するネオジム−ＹＡＧ−レーザーの製作は、請求の範囲第１ 項の上位概念によるレーザーパルス発生装置、即ち、いわゆる「持続波−ネオジ ム−ＹＡＧ−レーザー」を出発点として、このレーザーのビーム通路内に品質ス イッチとして用いられる切換可能な光学シャッターを配置してお（ことにより可 能ならしめられる。

例えば腎石若しくは胆石を砕壊するこの種のレーザーパルス発生装置において不 充分なパルス出力は、本発明によれば、持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザーの ビーム通路内におけるシャッター後方の共振器範囲外に脈動的にポンピングされ る第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶を配置することによって高めることができる。

共振器−ミラーの配属されていないこの第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶は光パル ス用の光学増幅器として用いられ、光パルスはこの増幅器により所望の出力にま で高められる。本発明による構成は次のような一連の利点を有している： まず第１に、第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶による本来のネオジム−ＹＡＧ−レ ーザーのレーザー光線増幅が特に効率的に行われる点が挙げられる。

しかも本発明による装置は、光学的な増幅器における°このような構成に基づい て、光学的な各要素をビーム通路から除去することなく「ノーマルな」持続波− ネオジム−ＹＡＧ−レーザーの機能、即ち連続稼働するネオジム−ＹＡＧ−レー ザーの機能に切換えることが可能であって、そのためには単に光学シャッターを 「持続的に開放して」おきさえすればよく、励起されていない状態ではネオジム −ＹＡＧ−結晶のエミッション波長を有するレーザー光線を透過する付加的なネ オジム−ＹＡＧ−結晶の励起は行われない。斯くして本発明による装置からは、 持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザーの「ノーマルな」ビームが生ぜしめられる （請求の範囲第３項）。もちろん、第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶を適宜な装置 により「光学的に短く閉じる」こともできるので、持続波−ネオジム−ＹＡＧ− レーザーのビームは、「第２の結晶の周囲に沿って案内され」、従って第２のネ オジム−ＹＡＧ−結晶により弱められることがない。

本発明による装置を用いるならば、６０ミリジユールから９０ミリジュール若し くはそれ以上までの典型的なパルスエネルギーでパルス持続時間を（通常は限定 的に）有利には１００ナノ秒と３００ナノ秒との間で変化させることが可能であ る（請求の範囲第６項）。

この場合、持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー及び付加的なネオジム−ＹＡＧ −結晶の構成如何に応じて、著しく大きなパルスエネルギーを得ることもできる のは言うまでもない。

このような構成様式により本発明の設定課題を解決することは、その限りにおい て特に驚異的であると言わねばならない。何故ならば、今までの後接続式光学増 幅器は、増幅しようとするレーザーの各共振器間に配置されていたか、或いはそ れ自体「固有の」共振器ミラーを備えたレーザーとして構成されていたからであ る。このことに関してはアメリカ合衆国特許第３２９２１０２号又は同第３６２ ６３１８号の各明細書を参照されたい。

本発明におけるその他の構成は各従属請求の範囲に示されている。

請求の範囲第２項によれば、光学的な増幅器として用いられるネオジム−ＹＡＧ −結晶は閃光ランプによりポンピングされ、閃光ランプのレリーズはシャッター の開放と同期化されている。

このような措置がとられているならば、閃光ランプにおける閃光パルスの持続時 間と出力とを適宜コントロールすることにより、「光学的な増幅器」の増幅化を 比較的大きな限界幅で調節することができる。

就中、音響−光学的な変調器として構成された光学シャッターが変調器の作動に とって特に有利なキロヘルツ範囲の周波数で負荷される場合にも、１ヘルツから １００ヘルツまでの範囲で比較的大きなパルス周波数を得ることが可能である。

どのような場合にも、「品質スイッチ」として使用される光学シャッターが音響 −光学的変調器として構成されていると特に効果的である（請求の範囲第４項） 。

その他の点に関しては、持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザーを自体公知の形式 により構成することが可能である。例えば前述したスペクトロン、レーザー。

システム社の持続波−レーザー−Ｓ　Ｌ　５００／９００は、この種の持続波− ネオジム−Ｙ、ＡＧ−レーザーの一構成例として上げられる。

特にこの種の持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザーは、稀ガスー高圧ランプとし ての例えばキセノンランプ又はクリプトンランプによりポンピング可能である（ 請求の範囲第５項）。

持続時間が調節可能でありパルスエネルギーが変化せしめられうるレーザーパル スを発生させる本発明による装置は、当然のことながら任意の用途に利用するこ とが可能であって、例えば材料処理、学術研究又は測定乃至試験技術などの分野 で用いられる。

本発明による装置の特に有効な使用は、請求の範囲第７項以下に示されている。

本発明による装置を特にレーザー誘導式の衝撃波砕石法に応用するならば、例え ば腎石又は胆石を極めて効果的に砕壊することができる一方、請求の範囲第９項 に規定された直径を有する「デリバリ−」システムとして用いられる光波ガイド の長い耐用寿命及び支障のない容易な「取扱い」も保証される。

図面の簡単な説明 次に、本発明による装置の一実施例を概略的に示した１葉の添付図面につき、本 発明の詳細な説明する。

有利な一実施例の説明 本発明による装置は自体公知の持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザーを有してお り、図においてこのレーザーは符号（１）で全体的に示されている。

持続波−レーザー（１）は主として１個のネオジム−ＹＡＧ−結晶（２）から構 成されており、この結晶は例えばキセノン−又はクリプトン−高圧ランプのよう な稀ガスー高圧ランプ（８）によりポンピングされる。持続波−レーザー（１） は更に共振器（３□）及び（３２）を有しており、この共振器範囲内のレーザー （１）のビーム通路（９）には、品質スイッチとして用いられる音響−光学的な 変調器（４）が配置されている。

この音響光学変調器（４）はレーザー（１）のビーム通路（９）を開閉する。自 体公知の形式により構成された制御ユニット（５）は、変調器（４）を操作して その開放時間と伝導周期の反復周波数との調節を可能ならしめる。

共振器ミラー（３１）、（３□）の外部における持続波−レーザー（１）のビー ム通路（９′）には、閃光ランプ（７）によってポンピングされる別のネオジム −ＹＡＧ−結晶（６）が配置されている。閃光ランプ（７）による照射は、矢張 り制御ユニット（５）により音響光学変調器（４）の開放プロセスに対し周期的 にコントロールされる。

閃光ランプ（７）によりポンピングされる第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶（６） は、この結晶がレーザーパルスの貫通に際し充分に励起された状態にある限り、 第１の「脈動式持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー」（１）から出るレーザー パルスの光学的な増幅器として機能する。

他方このネオジム−ＹＡＧ−結晶（６）は、この結晶が「励起されていない」場 合にはレーザー（１）の光線をできるだけ透過させる。

欺くして本発明の装置によれば、調節可能な持続時間及び調節可能なパルスエネ ルギーを有するレーザーパルスを供給しうるという利点が生ずる。この場合のパ ルス持続時間（「立上り側と立ち下がり側」とにお１００ナノ秒未満の値から３ ００ナノ秒を越える値までの間で変化させることができる。又パルス繰返し周波 数は、通例、１ヘルツと１００ヘルツとの間で調節可能である。

前述のスペクトロン、レーザー・システム社の５Ｌ５００／９００シリーズと同 じ形式で構成された「持続波−ネオジム−ＹＡＧ−レーザー」を使用した場合、 及び適宜に整合されたネオジム−ＹＡＧ−結晶（６）を用いた場合には、通例、 そのパルスエネルギーを５０ミリジユ一ル未満の値から５００ミリジユールを越 えた値までの間で変化させることができる。しかしながら、ネオジム−ＹＡ−Ｇ −結晶（６）がポンピングされないようにすることによりレーザーパルス又は「 持続波−レーザー光線」を光学増幅なしに放出することも当然可能である。

上述の説明は特許請求の範囲に示されたような本発明の一般的思想を限定するこ となく体現した一実施例に関するものである。殊に、単なる例示現定であるに過 ぎない実施例のレーザー構成要素の代りに他社による構成要素乃至レーザー成分 をも用いうろことは自明であり、更にポンプ源の構成及び／又は変調器と付加的 な結晶（６）のポンプ源との間の結合は他の形式によっても実現可能である。

そのいづれの場合にも、高いパルス繰返し周波数においてパルス持続時間とパル スエネルギーとを大きな範囲で調節しうるようなレーザーパルスを発生する装置 を得ることができる。

一 国際調査報告 １１１１−１１ｍｐσ／ＥＰ　８９１００１５６国際調査報告 ＥＰ　８９００４３１ Ｓ＾　２１１１７４

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．持続時間を調節することの出来るレーザーパルスを生ぜしめるための装置で あって、連続的にポンピングされる第１のネオジム−ＹＡＧ−結晶を備えており 、この結晶が共振器内に配置されており、共振器内には品質スイッチとして用い られる切換可能な光学シャッターが配置されている形式のものにおいて、持続波 −ネオジム−ＹＡＧ−レーザー（１）のビーム通路（９）内における光パルスの 出力を高めるため、共振器（３１），（３２）の範囲外のシャッター（４）後方 に脈動的にポンピングされる第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶（６），（７）が配 置されていることを特徴とする装置。
2. ２．請求の範囲１による装置において、第２のネオジム−ＹＡＧ−結晶（６）が 閃光ランプ（７）によりポンピングされ、この閃光ランプ（７）がシャッター（ ４）に同期化されていることを特徴とする装置。
3. ３．請求の範囲１又は２による装置において、連続的なレーザー操作への切換を 行うべく光学シャッターが継続的に開放可能ならしめられていることを特徴とす る装置。
4. ４．請求の範囲１乃至３のいづれか１項による装置において、 光学シャッターが音響−光学変調器（４）として構成されていることを特徴とす る装置。
5. ５．請求の範囲１乃至４のいづれか１項による装置において、 第１のネオジム−ＹＡＧ−結晶（２）が稀ガスー高圧ランプ（８）によってポン ピングされていることを特徴とする装置。
6. ６．請求の範囲１乃至５のいづれか１項による装置において、 パルス持続時間が約１００ナノ秒と３００ナノ秒との間で変動可能であることを 特徴とする装置。
7. ７．請求の範囲１乃至６のいづれか１項による装置を生物組織の処理に使用する こと。
8. ８．請求の範囲１乃至６のいづれか１項による装置を人体の結石砕壊のために使 用すること。
9. ９．請求の範囲１乃至６のいづれか１項による装置をコア直径が４００乃至６０ ０ミクロンの光ファイバーを有する内視鏡と関連させて賢石又は胆石の砕壊処理 に使用すること。