JPH10113354A - レーザーシステム及びこのシステムにおけるビーム発散低減方法 - Google Patents
レーザーシステム及びこのシステムにおけるビーム発散低減方法Info
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- JPH10113354A JPH10113354A JP9162153A JP16215397A JPH10113354A JP H10113354 A JPH10113354 A JP H10113354A JP 9162153 A JP9162153 A JP 9162153A JP 16215397 A JP16215397 A JP 16215397A JP H10113354 A JPH10113354 A JP H10113354A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 操作が簡単な関節アームを通して、内部部品
を損傷することなく、従来得られたレベルよりずっと高
いレベルにまで至る可変パワーレベルで、２〜２ミクロ
ンの波長のビームを射出可能な外科用ソリッドステート
ベースのレーザーシステムを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒体のロッドと光キャビテ
ィを有し、離れた位置にある開口を通る光路を介して射
出される放射エネルギービームを作り出すようにレーザ
ーシステムが構成される。この場合に、ビームの発散を
低減させため、ロッドの少なくとも一端を負曲率面に形
成したり、光キャビティ内を正分岐不安定共振器として
構成したり、ビーム経路内にビーム拡大望遠鏡２０を配
設したりされる。
を損傷することなく、従来得られたレベルよりずっと高
いレベルにまで至る可変パワーレベルで、２〜２ミクロ
ンの波長のビームを射出可能な外科用ソリッドステート
ベースのレーザーシステムを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒体のロッドと光キャビテ
ィを有し、離れた位置にある開口を通る光路を介して射
出される放射エネルギービームを作り出すようにレーザ
ーシステムが構成される。この場合に、ビームの発散を
低減させため、ロッドの少なくとも一端を負曲率面に形
成したり、光キャビティ内を正分岐不安定共振器として
構成したり、ビーム経路内にビーム拡大望遠鏡２０を配
設したりされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は外科用レーザーシス
テムに関し、さらに詳しくは、高平均出力および近もし
くは中央赤外線レンジ波長であることに特徴を有するソ
リッドステートレーザーシステムに関する。
テムに関し、さらに詳しくは、高平均出力および近もし
くは中央赤外線レンジ波長であることに特徴を有するソ
リッドステートレーザーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近赤外線レンジで行われ、広く用いられ
ている外科用レーザーシステムは、ソリッドステートレ
ーザーと、関節アーム型ビーム伝送手段とに特徴を有す
る。ソリッドステートレーザーについては多くの刊行物
に開示され、説明されており、例えば、ウオルターコー
クナー(Walter Koechner)著で、スブリンガーパブリッ
シングカンパニー(Springer Publishing Co.)による１
９８８年出版（第２版）の「ソリッドステートレーザー
エンジニアリング (Solid State Laser Engineering)」
があり、これはここにあたかも全て開示されているよう
に参照して取り込まれる。関節アーム型ビーム伝送は当
該分野では広く知られている。
ている外科用レーザーシステムは、ソリッドステートレ
ーザーと、関節アーム型ビーム伝送手段とに特徴を有す
る。ソリッドステートレーザーについては多くの刊行物
に開示され、説明されており、例えば、ウオルターコー
クナー(Walter Koechner)著で、スブリンガーパブリッ
シングカンパニー(Springer Publishing Co.)による１
９８８年出版（第２版）の「ソリッドステートレーザー
エンジニアリング (Solid State Laser Engineering)」
があり、これはここにあたかも全て開示されているよう
に参照して取り込まれる。関節アーム型ビーム伝送は当
該分野では広く知られている。
【０００３】このクラスの外科用レーザーシステムにお
いては、レーザー媒体は通常、ネジウム(Neodymium)Ｎ
ｄ，エルビウム(Erbium)Ｅｒもしくはホルミウム(Holmi
um)Ｈｏのような希土類添加物が埋め込まれたイットリ
ウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）からなり、それ
ぞれ約１．３〜２ミクロンの波長のレーザーを発生す
る。典型的な関節アーム型ビーム伝送手段（ここでは簡
略化して、アームと称する）は、間接部を通ってレーザ
ービームを反射させる七個のミラーを備え、約２メート
ルの長さで、内径が１５〜１８ミリメートルである。
いては、レーザー媒体は通常、ネジウム(Neodymium)Ｎ
ｄ，エルビウム(Erbium)Ｅｒもしくはホルミウム(Holmi
um)Ｈｏのような希土類添加物が埋め込まれたイットリ
ウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）からなり、それ
ぞれ約１．３〜２ミクロンの波長のレーザーを発生す
る。典型的な関節アーム型ビーム伝送手段（ここでは簡
略化して、アームと称する）は、間接部を通ってレーザ
ービームを反射させる七個のミラーを備え、約２メート
ルの長さで、内径が１５〜１８ミリメートルである。
【０００４】インプット（もしくはポンピング）パワー
は通常、アークランプ（この場合、インプットパワー及
びレーザービームは連続する）もしくはフラッシュラン
プ（この場合、レーザーパルスが発生する）などのよう
な外部光源からの放射によってレーザー媒体に供給され
る。
は通常、アークランプ（この場合、インプットパワー及
びレーザービームは連続する）もしくはフラッシュラン
プ（この場合、レーザーパルスが発生する）などのよう
な外部光源からの放射によってレーザー媒体に供給され
る。
【０００５】レーザー媒体の光学効率、すなわち、光キ
ャビティ(Optical cavity)において発生するレーザーパ
ワーとレーザー媒体に送られた光パワーとの比は、比較
的低く、一般的には０．１〜５％の範囲であり、通常は
１％程度である。残りの入力光パワーは熱に変換され、
レーザー媒体の温度を上昇させる。このため、例えば、
レーザービームパワーレベルが５ワットである場合、熱
となって吸収されるパワーレベルは通常、５／０．０１
＝５００ワットである。温度を許容レベルに抑えるため
に、発生熱はレーザー媒体ロッドから、一般的に、ロッ
ドを囲む水冷ジャケットによって放熱される。レーザー
媒体において、ポンピング光からの熱吸収はほぼ全断面
にわたって均一に行われるが、冷却水による熱損失はレ
ーザーロッドの外面において発生する。ロッド材質の熱
伝導率は低いため、レーザーロッドの半径方向に沿って
非常に顕著な熱変化勾配が発生する。これによってレー
ザーロッドの延びに相違が生じ、軸中心近傍においては
周辺部より延びて、レーザーロッド端面が凸面状になっ
て、正レンズ作用を行う。この現象は熱レンズ効果(the
rmal lensing)と称される。
ャビティ(Optical cavity)において発生するレーザーパ
ワーとレーザー媒体に送られた光パワーとの比は、比較
的低く、一般的には０．１〜５％の範囲であり、通常は
１％程度である。残りの入力光パワーは熱に変換され、
レーザー媒体の温度を上昇させる。このため、例えば、
レーザービームパワーレベルが５ワットである場合、熱
となって吸収されるパワーレベルは通常、５／０．０１
＝５００ワットである。温度を許容レベルに抑えるため
に、発生熱はレーザー媒体ロッドから、一般的に、ロッ
ドを囲む水冷ジャケットによって放熱される。レーザー
媒体において、ポンピング光からの熱吸収はほぼ全断面
にわたって均一に行われるが、冷却水による熱損失はレ
ーザーロッドの外面において発生する。ロッド材質の熱
伝導率は低いため、レーザーロッドの半径方向に沿って
非常に顕著な熱変化勾配が発生する。これによってレー
ザーロッドの延びに相違が生じ、軸中心近傍においては
周辺部より延びて、レーザーロッド端面が凸面状になっ
て、正レンズ作用を行う。この現象は熱レンズ効果(the
rmal lensing)と称される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この熱レンズ効果が発
生するので、安定した光共振を維持するためには、光学
キャビティミラーをレーザーロッドにできる限り近づけ
て配設しなければならない。このように光キャビティを
短くするとフレネル数が高くなり、多数の横モードを支
持する。この結果、コヒーレント光ビームが非常に発散
性を有する。このため、関節アームのツール端における
ビーム径が内部開口を越えるほど大きくなり、ビームの
一部がビネッティング（口径食）を起こし、対象に対し
て照射されるパワーにロスが発生する。典型例として以
下に具体的な数値例を示す。出口ビーム径が６ｍｍで、
２０ミリラジアンの角度で発散する場合、２メートルの
長さのアーム端部においては、ビーム径は４６ｍｍ（＝
６＋０．０２×２０００）となり、実際のアームの最大
内径である約１８ｍｍを遥かに越えてしまう。
生するので、安定した光共振を維持するためには、光学
キャビティミラーをレーザーロッドにできる限り近づけ
て配設しなければならない。このように光キャビティを
短くするとフレネル数が高くなり、多数の横モードを支
持する。この結果、コヒーレント光ビームが非常に発散
性を有する。このため、関節アームのツール端における
ビーム径が内部開口を越えるほど大きくなり、ビームの
一部がビネッティング（口径食）を起こし、対象に対し
て照射されるパワーにロスが発生する。典型例として以
下に具体的な数値例を示す。出口ビーム径が６ｍｍで、
２０ミリラジアンの角度で発散する場合、２メートルの
長さのアーム端部においては、ビーム径は４６ｍｍ（＝
６＋０．０２×２０００）となり、実際のアームの最大
内径である約１８ｍｍを遥かに越えてしまう。
【０００７】さらに、レーザーがオンにされてからレー
ザーロッドが熱平衡状態に達する前に、ビームの焦点が
光学キャビティミラーに合ってこれらミラーが損傷する
かもしれない。
ザーロッドが熱平衡状態に達する前に、ビームの焦点が
光学キャビティミラーに合ってこれらミラーが損傷する
かもしれない。
【０００８】以上説明した理由から、従来の外科用レー
ザーシステムの実用パワーレベルが制限され、関節アー
ムの出口開口における最大ビームパワーは５〜１０ワッ
ト程度でしかない。
ザーシステムの実用パワーレベルが制限され、関節アー
ムの出口開口における最大ビームパワーは５〜１０ワッ
ト程度でしかない。
【０００９】従来の外科用レーザーシステムにおいて
は、ビームが発散するという問題を抑えるために関節ア
ームの全長を単に短くするということが行われていた。
しかしこの場合には、ツールの可動範囲が制限され、且
つ外科手術を行える患者の範囲が制限されるという大き
な問題がある。これに代えてアームの終端部の径を大き
くする方法もあるが、この場合には装置が重くて扱い難
くなる。光学キャビティにモードフィルターを置いてビ
ームの発散を減少させて上記問題を軽減することも考え
られるが、この場合にはレーザー効率が更に低下する。
は、ビームが発散するという問題を抑えるために関節ア
ームの全長を単に短くするということが行われていた。
しかしこの場合には、ツールの可動範囲が制限され、且
つ外科手術を行える患者の範囲が制限されるという大き
な問題がある。これに代えてアームの終端部の径を大き
くする方法もあるが、この場合には装置が重くて扱い難
くなる。光学キャビティにモードフィルターを置いてビ
ームの発散を減少させて上記問題を軽減することも考え
られるが、この場合にはレーザー効率が更に低下する。
【００１０】熱レンズ効果問題に対する一つの明瞭な解
決策として、各ロッド端部近傍における光キャビティ内
に強い負レンズを配設し、熱による正レンズ効果を相殺
するという方策がある。しかし、この方法はある特定の
パワーレベルにおいてのみ作用する。これに対して、外
科用レーザーシステムは多様なパワーレベルで用いられ
る。もしこの負レンズが最大パワーレベルで熱レンズ効
果を打ち消すだけの強さを有するならば、低パワーレベ
ルにおいては、負レンズにより生じる光発散がレーザー
効率を低下させ、レーザー放出を行うインプットパワー
の敷居値が高くなる。
決策として、各ロッド端部近傍における光キャビティ内
に強い負レンズを配設し、熱による正レンズ効果を相殺
するという方策がある。しかし、この方法はある特定の
パワーレベルにおいてのみ作用する。これに対して、外
科用レーザーシステムは多様なパワーレベルで用いられ
る。もしこの負レンズが最大パワーレベルで熱レンズ効
果を打ち消すだけの強さを有するならば、低パワーレベ
ルにおいては、負レンズにより生じる光発散がレーザー
効率を低下させ、レーザー放出を行うインプットパワー
の敷居値が高くなる。
【００１１】このようなことから、操作が簡単な関節ア
ームを通して、内部部品を損傷することなく、従来得ら
れたレベルよりずっと高いレベルにまで至る可変パワー
レベルで、２〜２ミクロンの波長のビームを射出可能な
外科用ソリッドステートベースのレーザーシステムが要
求されており、また、このようなシステムを得ることは
非常に有用である。
ームを通して、内部部品を損傷することなく、従来得ら
れたレベルよりずっと高いレベルにまで至る可変パワー
レベルで、２〜２ミクロンの波長のビームを射出可能な
外科用ソリッドステートベースのレーザーシステムが要
求されており、また、このようなシステムを得ることは
非常に有用である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上のようなことから、
本発明によれば、離れた位置にある開口から放射エネル
ギービームを照射するレーザーシステムが提供され、こ
のシステムは、熱効果によるビームの発散を低減させる
手段を有したソリッドステートレーザー媒体のロッドを
備える。
本発明によれば、離れた位置にある開口から放射エネル
ギービームを照射するレーザーシステムが提供され、こ
のシステムは、熱効果によるビームの発散を低減させる
手段を有したソリッドステートレーザー媒体のロッドを
備える。
【００１３】以下に述べる本発明の好ましい実施例にお
ける特徴によれば、ビーム発散を低減させる手段として
ビームの光路中に配設されたビーム拡大望遠鏡を有す
る。
ける特徴によれば、ビーム発散を低減させる手段として
ビームの光路中に配設されたビーム拡大望遠鏡を有す
る。
【００１４】以下に述べる好ましい実施例におけるさら
なる特徴によれば、ビーム発散を低減させる手段は、光
キャビティおよびレーザー媒体の修正を含む。この修正
とは、レーザーロッドの一端もしくは両端に負の曲面を
設け、光キャビティを正分岐不安定共振器として形成
し、キャビティ内シャッターを供給すること等である。
なる特徴によれば、ビーム発散を低減させる手段は、光
キャビティおよびレーザー媒体の修正を含む。この修正
とは、レーザーロッドの一端もしくは両端に負の曲面を
設け、光キャビティを正分岐不安定共振器として形成
し、キャビティ内シャッターを供給すること等である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、操作が簡単な関節アー
ムを通して、従来得られたレベルよりずっと高いレベル
にまで至る可変パワーレベルで、２〜２ミクロンの波長
のビームを射出可能な外科用ソリッドステートベースの
レーザーシステムに関する。
ムを通して、従来得られたレベルよりずっと高いレベル
にまで至る可変パワーレベルで、２〜２ミクロンの波長
のビームを射出可能な外科用ソリッドステートベースの
レーザーシステムに関する。
【００１６】特に、本発明はレーザー装置から射出され
るビームの発散を低減させ、長くて細い関節アームをロ
ス無く通過させ、一般的な熱レンズ効果に打ち勝って特
に内部キャビティミラーの損傷を避けるために用いるこ
とができ、高パワーレベルでの作動が可能となる。
るビームの発散を低減させ、長くて細い関節アームをロ
ス無く通過させ、一般的な熱レンズ効果に打ち勝って特
に内部キャビティミラーの損傷を避けるために用いるこ
とができ、高パワーレベルでの作動が可能となる。
【００１７】本発明によるレーザーシステムの原理およ
び作動は、図面および以下の説明に基づいて良く理解で
きる。
び作動は、図面および以下の説明に基づいて良く理解で
きる。
【００１８】まず図面を参照するが、図１および図２
は、レーザー装置の出口開口と、関節アームにおける外
科用ツールが取り付けられる面にある遠隔側開口との間
における視準された（コリメートされた）レーザービー
ムの基本的幾何学的な配列を示す模式図である。このビ
ームは折り曲げずに示している（すなわち、アームの関
節部においてミラーに反射されてビームが折れ曲がる
が、ここで議論する効果とは関係しないので折り曲げず
に示している）。二つの開口間の距離、すなわち、アー
ムを通る光路長を記号Ｌで示している。図１は従来の外
科用システムを図示している。出口開口１６において、
ビーム１２は公称径ｄe1で、発散角ａd1である。ツール
１４の近傍の開口において、ビーム公称径はｄt1であ
る。これらの値の関係が、（ｄt1＝ｄe1＋Ｌ・ａd1）で
あることは明らかである。視準（コリメート）ビームの
発散角度ａdはその初期径（すなわち、出口径）ｄeに反
比例することが良く知られており、一般的に（ｄ
e・ａd）が一定となる。このため、もし出口径ｄeが大き
くなれば、これに対応し発散角度ａdが小さくなる。
は、レーザー装置の出口開口と、関節アームにおける外
科用ツールが取り付けられる面にある遠隔側開口との間
における視準された（コリメートされた）レーザービー
ムの基本的幾何学的な配列を示す模式図である。このビ
ームは折り曲げずに示している（すなわち、アームの関
節部においてミラーに反射されてビームが折れ曲がる
が、ここで議論する効果とは関係しないので折り曲げず
に示している）。二つの開口間の距離、すなわち、アー
ムを通る光路長を記号Ｌで示している。図１は従来の外
科用システムを図示している。出口開口１６において、
ビーム１２は公称径ｄe1で、発散角ａd1である。ツール
１４の近傍の開口において、ビーム公称径はｄt1であ
る。これらの値の関係が、（ｄt1＝ｄe1＋Ｌ・ａd1）で
あることは明らかである。視準（コリメート）ビームの
発散角度ａdはその初期径（すなわち、出口径）ｄeに反
比例することが良く知られており、一般的に（ｄ
e・ａd）が一定となる。このため、もし出口径ｄeが大き
くなれば、これに対応し発散角度ａdが小さくなる。
【００１９】この原理を利用すれば発散角度を小さくす
ることが可能であり、このことは、ビーム光軸に沿って
共焦点位置に配設された一対の正レンズを有するビーム
拡大望遠鏡によって達成される。二つのレンズの焦点距
離の比Ｎは、ビーム径の拡大率に等しい。このことを図
２に示しており、ここでは図１の光配列にビーム拡大望
遠鏡２０が加えられている。ビーム拡大望遠鏡２０は、
焦点距離ｆ１の正レンズ２２と、焦点距離ｆ２の正レン
ズ２４とを有してなり、両者は共通の焦点位置２６を有
する。なお、レーザー出口ビーム径はｄe1であり、レン
ズ２４の後側のビーム径はｄe2である。このため、ｄe2
／ｄe1＝Ｎ＝ｆ２／ｆ１という関係が明らかに成立す
る。ビーム発散角度は、ａd2＝ａd1／Ｎとなり、ツール
端部のビーム径は、式（１）のようになる。
ることが可能であり、このことは、ビーム光軸に沿って
共焦点位置に配設された一対の正レンズを有するビーム
拡大望遠鏡によって達成される。二つのレンズの焦点距
離の比Ｎは、ビーム径の拡大率に等しい。このことを図
２に示しており、ここでは図１の光配列にビーム拡大望
遠鏡２０が加えられている。ビーム拡大望遠鏡２０は、
焦点距離ｆ１の正レンズ２２と、焦点距離ｆ２の正レン
ズ２４とを有してなり、両者は共通の焦点位置２６を有
する。なお、レーザー出口ビーム径はｄe1であり、レン
ズ２４の後側のビーム径はｄe2である。このため、ｄe2
／ｄe1＝Ｎ＝ｆ２／ｆ１という関係が明らかに成立す
る。ビーム発散角度は、ａd2＝ａd1／Ｎとなり、ツール
端部のビーム径は、式（１）のようになる。
【００２０】
【数１】 ｄt2＝ｄe2＋Ｌ・ａd2＝Ｎ・ｄe1＋Ｌ・ａd1／Ｎ ・・・（１）
【００２１】ここでツール端部開口１４におけるビーム
径ｄt2を最小にするために、Ｎの値が決められる。基本
計算(elementary calculus)を用いれば、このような公
称ビーム径についての関係が（Ｌ・ａd2／ｄe2）1/2と
なることが分かる。
径ｄt2を最小にするために、Ｎの値が決められる。基本
計算(elementary calculus)を用いれば、このような公
称ビーム径についての関係が（Ｌ・ａd2／ｄe2）1/2と
なることが分かる。
【００２２】次に、熱レンズ効果を修正するように形成
された光キャビティを模式的に示す図３を参照する。こ
こでは、後述するようにキャビティの両端に設けられて
不安定光共振器を構成する一対の反射ミラー３２，３４
と、レーザー媒体ロッド３６とが設けられている。ロッ
ド３６の一端もしくは両端は凹面（負曲率面）に形成さ
れ、負レンズとして作用する。これらの表面の曲率は、
最大作動パワーレベルのときにロッド３６の熱レンズ効
果により発生する凸曲面もしくは凸レンズを部分的に打
ち消し、中間作動パワーレベルのときにロッド３６の熱
レンズ効果により発生する凸曲面もしくは凸レンズを完
全に打ち消すように設定される。このため、所定の中間
作動パワーレベルにおいては、ロッド３６の端部３８は
ほぼ平面状となり、ミラー３２，３４の表面でのビーム
集中は発生せず、射出ビームの発散は影響を受けない。
さらに、キャビティ内でのビームの収束をこのように低
減させている結果、上述したような発生パワーレベルに
基づく有害な効果を軽減させている。ここでの負曲面の
曲率は、従来における負レンズの曲率より小さい。この
ため、本発明に係る装置は従来存在したような副次的な
影響を受けることがない。しかし、この装置はしばし
ば、ビーム拡大望遠鏡、本発明に係る不安定共振器のよ
うな発散を低減させる手段を一緒に使用することを要求
する。
された光キャビティを模式的に示す図３を参照する。こ
こでは、後述するようにキャビティの両端に設けられて
不安定光共振器を構成する一対の反射ミラー３２，３４
と、レーザー媒体ロッド３６とが設けられている。ロッ
ド３６の一端もしくは両端は凹面（負曲率面）に形成さ
れ、負レンズとして作用する。これらの表面の曲率は、
最大作動パワーレベルのときにロッド３６の熱レンズ効
果により発生する凸曲面もしくは凸レンズを部分的に打
ち消し、中間作動パワーレベルのときにロッド３６の熱
レンズ効果により発生する凸曲面もしくは凸レンズを完
全に打ち消すように設定される。このため、所定の中間
作動パワーレベルにおいては、ロッド３６の端部３８は
ほぼ平面状となり、ミラー３２，３４の表面でのビーム
集中は発生せず、射出ビームの発散は影響を受けない。
さらに、キャビティ内でのビームの収束をこのように低
減させている結果、上述したような発生パワーレベルに
基づく有害な効果を軽減させている。ここでの負曲面の
曲率は、従来における負レンズの曲率より小さい。この
ため、本発明に係る装置は従来存在したような副次的な
影響を受けることがない。しかし、この装置はしばし
ば、ビーム拡大望遠鏡、本発明に係る不安定共振器のよ
うな発散を低減させる手段を一緒に使用することを要求
する。
【００２３】ソリッドステートレーザーとともに用いら
れる不安定共振器はコークナー(Koechner)の本の第５．
５章に述べられている。本発明では、好ましくは、共焦
点正分岐タイプの不安定共振器(the confocal positive
-branch type of unstable resonator) が用いられる。
このため、ミラー３２は凹面鏡であり、ビーム全体を受
けるようになっているが、ミラー３４は凸面鏡であり、
その径はビーム径の一部を受けるだけである。参照文献
に説明されているように、不安定共振器において、高次
ビームモードは低次モードより速く（すなわち、少ない
往復回数で）発散する傾向がある。すなわち、モードフ
ィルター効果がある。レーザーロッドにおけるレーザー
増幅が十分に高ければ、低次モード用のビームではネッ
トパワーゲインが生じる。この結果、固有の出口ビーム
発散が低減され、このため、関節アームの先端における
公称ビーム径も低減される。
れる不安定共振器はコークナー(Koechner)の本の第５．
５章に述べられている。本発明では、好ましくは、共焦
点正分岐タイプの不安定共振器(the confocal positive
-branch type of unstable resonator) が用いられる。
このため、ミラー３２は凹面鏡であり、ビーム全体を受
けるようになっているが、ミラー３４は凸面鏡であり、
その径はビーム径の一部を受けるだけである。参照文献
に説明されているように、不安定共振器において、高次
ビームモードは低次モードより速く（すなわち、少ない
往復回数で）発散する傾向がある。すなわち、モードフ
ィルター効果がある。レーザーロッドにおけるレーザー
増幅が十分に高ければ、低次モード用のビームではネッ
トパワーゲインが生じる。この結果、固有の出口ビーム
発散が低減され、このため、関節アームの先端における
公称ビーム径も低減される。
【００２４】さらに、光キャビティ内には少なくとも一
つの内部シャッター４０が配設され、このシャッターは
パワーがオンとなってから数百ミリ秒間は閉じられる。
これにより、レーザーロッド３６が熱平衡状態に到達す
るまでの間、ミラー３２，３４がレーザービームにより
損傷を受けることを防止する。
つの内部シャッター４０が配設され、このシャッターは
パワーがオンとなってから数百ミリ秒間は閉じられる。
これにより、レーザーロッド３６が熱平衡状態に到達す
るまでの間、ミラー３２，３４がレーザービームにより
損傷を受けることを防止する。
【００２５】本発明の最も好ましい例では、有害な熱レ
ンズ効果に対処する四つの手段、すなわち、ロッド３６
の少なくとも一つの端部３８に設けられる負曲率面、ミ
ラー３２，３４を用いたような正分岐不安定共振器、ビ
ーム拡大望遠鏡２０、およびシャッター４０の全てが用
いられる。但し、本発明は、これら四つの手段をそれぞ
れ用いても良いし、二つもしくは三つを組み合わせて用
いても良い。
ンズ効果に対処する四つの手段、すなわち、ロッド３６
の少なくとも一つの端部３８に設けられる負曲率面、ミ
ラー３２，３４を用いたような正分岐不安定共振器、ビ
ーム拡大望遠鏡２０、およびシャッター４０の全てが用
いられる。但し、本発明は、これら四つの手段をそれぞ
れ用いても良いし、二つもしくは三つを組み合わせて用
いても良い。
【００２６】以上においては、本発明を限られた実施例
に基づいて説明したが、本発明については種々の変形
例、修正例および他の応用例があることは理解された
い。
に基づいて説明したが、本発明については種々の変形
例、修正例および他の応用例があることは理解された
い。
【図１】本発明が解決しようとする問題を有した従来例
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】図１の光路にビーム拡大望遠鏡を用いた本発明
の構成を示す模式図である。
の構成を示す模式図である。
【図３】本発明に係る修正された光キャビティ構成を示
す模式図である。
す模式図である。
【符号の説明】 １２ ビーム １６ 出口開口 １４ ツール ２０ ビーム拡大望遠鏡 ２２，２４ 正レンズ ２６ 焦点 ３２，３４ 反射ミラー ３６ レーザーロッド ４０ シャッター
Claims (18)
- 【請求項１】 固体レーザー媒体のロッドとビーム発散
を低減させる手段とを有し、離れた位置にある開口から
放射エネルギービームを射出するレーザーシステム。 - 【請求項２】 前記手段が、前記ロッドの少なくとも一
つの端部に形成された負曲率面を有することを特徴とす
る請求項１に記載のレーザーシステム。 - 【請求項３】 前記手段がさらに、正分岐不安定共振器
を有することを特徴とする請求項２に記載のレーザーシ
ステム。 - 【請求項４】 前記手段がさらに、ビーム拡大望遠鏡を
有することを特徴とする請求項３に記載のレーザーシス
テム。 - 【請求項５】 光キャビティ内に配設された少なくとも
一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求項
４に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６】 光キャビティ内に配設された少なくとも
一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求項
３に記載のレーザーシステム。 - 【請求項７】 前記手段がさらに、ビーム拡大望遠鏡を
有することを特徴とする請求項２に記載のレーザーシス
テム。 - 【請求項８】 光キャビティ内に配設された少なくとも
一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求項
７に記載のレーザーシステム。 - 【請求項９】 光キャビティ内に配設された少なくとも
一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求項
２に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１０】 前記手段がさらに、正分岐不安定共振
器を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー
システム。 - 【請求項１１】 前記手段がさらに、ビーム拡大望遠鏡
を有することを特徴とする請求項１０に記載のレーザー
システム。 - 【請求項１２】 光キャビティ内に配設された少なくと
も一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求
項１１に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１３】 光キャビティ内に配設された少なくと
も一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求
項１０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１４】 前記手段がビーム拡大望遠鏡を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１５】 光キャビティ内に配設された少なくと
も一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求
項１４に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１６】 光キャビティ内に配設された少なくと
も一つの内部シャッターを有することを特徴とする請求
項１に記載のレーザーシステム。 - 【請求項１７】 固体レーザー媒体のロッドと光キャビ
ティを有し、離れた位置にある開口を通る光路を介して
射出される放射エネルギービームを作り出すレーザーシ
ステムにおいて、ビームの発散を低減させる方法であ
り、 （ａ）前記ロッドの少なくとも一端を負曲率面に形成す
るステップ、 （ｂ）光キャビティ内を正分岐不安定共振器として構成
させるステップ、および （ｃ）ビーム経路内にビーム拡大望遠鏡を配設するステ
ップの少なくとも一つのステップを有することを特徴と
するビーム発散低減方法。 - 【請求項１８】 前記光キャビティ内に少なくとも一つ
の内部シャッターを配設するステップを有することを特
徴とする請求項１７に記載のビーム発散低減方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/665,930 US5907574A (en) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | High power infrared laser system |
| US08/665930 | 1996-06-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10113354A true JPH10113354A (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=24672142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9162153A Pending JPH10113354A (ja) | 1996-06-19 | 1997-06-19 | レーザーシステム及びこのシステムにおけるビーム発散低減方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5907574A (ja) |
| EP (1) | EP0822629A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10113354A (ja) |
| KR (1) | KR980006673A (ja) |
| AU (1) | AU2560497A (ja) |
| CA (1) | CA2208280A1 (ja) |
| IL (1) | IL121099A0 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0885629A3 (en) | 1997-06-16 | 1999-07-21 | Danish Dermatologic Development A/S | Light pulse generating apparatus and cosmetic and therapeutic phototreatment |
| US6282223B1 (en) | 1999-08-11 | 2001-08-28 | Lumenis Inc. | Asymmetrical laser-resonator having solid-state gain-medium symmetrically filled by resonator-mode |
| KR101324265B1 (ko) * | 2004-02-23 | 2013-11-01 | 파워레이즈 포토닉스 리미티드 | 레이저 장치 |
| WO2007033432A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Macquarie University | Solid state laser and resonator |
| DE102007048464A1 (de) * | 2007-10-09 | 2009-04-16 | Fachhochschule Münster | Laserkristall |
| CN110896194A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-03-20 | 武汉荣科激光自动化设备有限公司 | 光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法 |
| CN111478162A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-31 | 中康瑞鑫(深圳)科技有限公司 | 一种口腔激光治疗仪的激光系统 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3662281A (en) * | 1970-02-11 | 1972-05-09 | Union Carbide Corp | Method and means for compensating birefringence in laser systems |
| US3680000A (en) * | 1971-03-19 | 1972-07-25 | Bell Telephone Labor Inc | Laser arrangement including a cavity defined by convex and concave mirrors |
| US4633479A (en) * | 1984-08-13 | 1986-12-30 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Alignment system for a confocal unstable laser resonator |
| JPH03161984A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-11 | Brother Ind Ltd | 半導体レーザ励起固体レーザ |
| JP3074692B2 (ja) * | 1990-02-08 | 2000-08-07 | ソニー株式会社 | 端面励起型固体レーザー発振器 |
| FR2666939A1 (fr) * | 1990-09-19 | 1992-03-20 | Hitachi Ltd | Oscillateur laser et dispositif pour fabriquer un semiconducteur, utilisant ledit oscillateur. |
| US5251222A (en) * | 1991-04-01 | 1993-10-05 | Teledyne Industries, Inc. | Active multi-stage cavity sensor |
| WO1996033538A1 (en) * | 1995-04-17 | 1996-10-24 | Coherent, Inc. | High repetition rate erbium: yag laser for tissue ablation |
-
1996
- 1996-06-19 US US08/665,930 patent/US5907574A/en not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-06-18 IL IL12109997A patent/IL121099A0/xx unknown
- 1997-06-19 KR KR1019970025650A patent/KR980006673A/ko not_active Application Discontinuation
- 1997-06-19 CA CA002208280A patent/CA2208280A1/en not_active Abandoned
- 1997-06-19 JP JP9162153A patent/JPH10113354A/ja active Pending
- 1997-06-19 AU AU25604/97A patent/AU2560497A/en not_active Abandoned
- 1997-06-19 EP EP97110064A patent/EP0822629A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR980006673A (ko) | 1998-03-30 |
| EP0822629A3 (en) | 1999-10-13 |
| AU2560497A (en) | 1998-01-08 |
| EP0822629A2 (en) | 1998-02-04 |
| CA2208280A1 (en) | 1997-12-19 |
| US5907574A (en) | 1999-05-25 |
| IL121099A0 (en) | 1997-11-20 |
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