KR20050014946A - 비뇨기 또는 연골 질환치료용 2100㎚파장의 적외선 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템 - Google Patents

비뇨기 또는 연골 질환치료용 2100㎚파장의 적외선 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템

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KR20050014946A
KR20050014946A KR10-2003-0053369A KR20030053369A KR20050014946A KR 20050014946 A KR20050014946 A KR 20050014946A KR 20030053369 A KR20030053369 A KR 20030053369A KR 20050014946 A KR20050014946 A KR 20050014946A
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이범구
이정구
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학교법인단국대학
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    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
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Abstract

본 발명은 연골 등의 질환치료에 유용한 2100nm의 적외선 광원 생성을 위한 전 고체형 레이저 방사 시스템에 관한 것으로, 다이오드 레이저로 펌핑되는 Nd:YAG레이저의 공진기 내부에, 이득매질로 주기적으로 분극반전된 LiNbO3(Periodic Poled Lithium Niobate; PPLN)로 사용하며 특수한 반사조건을 갖춘 이색의 입력거울 및 출력거울로 구성된 광매개발진기를 이용하여, 2100nm의 적색광을 10Watt이상의 고출력으로 발생시킴으로써, 비교적 간단하고 저렴한 방법으로 출력과 출력안정성이 모두 높은 2100nm 근방의 적외선 빛을 얻을 수 있게 되었다. 따라서 적외선이 요구되는 연골 등의 질환치료를 많은 병원에서 저렴한 비용으로 손쉽게 수행할 수 있게 되었다.

Description

연골 질환치료용 2100㎚파장의 적외선 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템 {Laser system for producing infrared radiation of 2100nm for cartilage treatment}
본 발명은 연골 등의 질환치료용 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템에 관한 것으로서, 특히 고출력의 안정된 적외선 광원을 저렴한 비용으로 발생시킬 수 있는 2100 nm파장의 적외선 광원의 방사 시스템에 관한 것이다.
2100nm 파장의 적외선은 연 조직의 절제, 증발 및 응고를 활용하는 수술에 사용된다. 이러한 적외선을 사용하면 수술 시에 출혈이 적고 조직 내의 침투가 0.4 mm 로 제한적이어서, 내시경을 통한 세밀하고 정교한 수술에 유용하게 활용된다.
예를 들어, 연골의 정교한 수술에 많이 활용되며 특히 손가락, 손목, 발목, 어깨, 무릎, 탈출한 척추간연골 등의 내시경을 통한 연골의 세밀한 수술에 유용하게 활용된다. 또한, 이러한 2100nm 의 적외선 광은 물에 흡수력이 높아 물을 사용하는 비뇨기계통의 수술에 유용하게 사용된다. 신장의 암 수술, 신장부분 절제 등에 활용되고, 뇨관의 뇨석, 협착, 암 등의 수술에 활용되고, 방광의 암 절제수술, 전립선의 부분 또는 완전 적출에도 사용되고, 이비인후과 영역에서는, 코 연골 성형술, 누낭비강절개술에도 활용된다.
그런데, 치료 또는 수술을 위해서는 이러한 2100nm의 적외선 광의 출력수준은 10Watt정도가 되어야 하며, 현재 일부 병원에서 사용하는 약 2100nm의 적외선 광은 Holmium YAG(Ho:YAG)ride)레이저를 이용하여 얻고 있는 실정이다.
그러나 Ho:YAG레이저는 1KVolt이상의 고압방전이 요구되는 플래쉬램프(Flashlamp)로 펌핑하므로 반복율이 낮으며, 펌프광에 대한 적외선으로의 변환효율이 낮아 많은 열이 수반되므로 큰 규모의 냉각장치가 필요하여 궁극적으로 적외선 레이저 발생 장비의 크기가 크고, 비용이 고가가 되는 문제가 있다. 또한, Ho:YAG레이저를 이용한 적외선 레이저 방사 시스템은, 출력안정성이 낮을 뿐 아니라 일정한 시간을 사용한 후에는 새로운 플래쉬 램프로 반복적으로 교체하여야 하는 불편함이 있다. 따라서, 연골 치료 등을 위해서 Ho:YAG레이저가 일반병원에서 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.
또한, 광치료용 적외선 광원을 만들어 내기 위해 광매개발진기(OPO;Optical Parametric Oscillator)를 이용하는 하는 방법이 미국특허 5,144,630호에 개시되어 있다. 전술한 미국 특허의 개시 내용을 참고로 하면, 2100nm의 적외선파장영역에서 출력은 1Watt미만으로 낮게 되어, 10Watt이상이 요구되는 연골 등과 같은 신체 조직의 치료에 사용되지 못하는 문제를 내포하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 출력과 출력안정성이 모두 높은 연골질환의 광치료용 적외선 광원을 저렴한 비용으로 생성하기 위한 전고체형(All-solid-state) 레이저 방사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 광치료용 적외선 광원(2100nm)을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템은, 연속출력형 다이오드 레이저 어레이와 Nd:YAG로드를 포함하며, 연속출력형 다이오드 레이저(cw Diode Laser) 어레이에 의해 펌핑되어 약 1064nm의 파장의 빛을 발진시키는 Nd:YAG레이저 펌프 모듈; 발생된 1064nm빛을 Q-스위칭시키는 수단; Q-스위칭된 1064nm의 빛의 공진을 위해, 상기 Nd:YAG레이저 펌프 모듈 및 Q-스위칭 수단의 양측에서 대향하여 배치되어 있는 펌프광 공진용 한쌍의 거울; 상기 한쌍의 거울 사이에 배치되어 있되, Q-스위칭된 1064nm파장의 빛을 선편광시키기위한 선편광수단; 및 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 어느 하나와 입력거울 및 상기 한쌍의 거울 중의 어느 하나와 상기 입력거울 사이에 배치된 주기적으로 분극반전된 비선형광학매질을 포함하여, 선편광된 1064nm의 빛을 상기 입력거울을 통해 펌프광으로 입사받아 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 어느 하나를 통해 2100nm의 파장을 갖는 시그날파와 아이들러파의 빛을 출력하는 광매개발진기를 포함하여, 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선을 출력한다.
특히, Nd:YAG 로드는 그의 직경이 약 2mm이며, 주기적으로 분극반전된 비선형광학매질은 주기적으로 분극반전된 LiNbO3(Periodic Poled Lithium Niobate; PPLN)으로 이루어져 있으며, 상기 광매개발진기 내에는 상기 PPLN의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 오븐을 더 포함하며, 상기 PPLN의 온도 및 주기는 상기 시그날파와 아이들러파가 약 2100nm가 되도록 선택된다. 구체적으로, PPLN의 온도는 100℃ 내지 180℃로 유지되며, PPLN의 주기는 약 31㎛이며, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나는 상기 1064nm의 펌프광은 전부 반사시키고 상기 2100nm의 시그날파의 빛은 부분반사 및 부분투과시키도록 되어 있다. 그리고, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 다른 하나는 상기 1064nm의 펌프광을 전반사시키도록 되어 있으며, 상기 광매개발진기의 입력거울은 상기 1064nm의 펌프광은 전부 투과시키고 상기 2100nm의 시그날파의 빛은 전부 반사하도록 되어있다.
상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나를 투과해 나온 시그날파 및 아이들러파는 약 10watt이상을 되기 위해서는, 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나의 2100nm의 시그날파의 빛의 반사율은 약 65 내지 75%가 되도록 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 적외선 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 연골질환 광치료용 적외선 광원을 생성하기 위한 레이저 방사 시스템의 개략도를 나타낸다.
적외선 레이저 방사 시스템은, 1064nm의 파장의 빛을 발진시키는 Nd:YAG레이저 펌프 모듈(13), 발생된 1064nm빛을 Q-스위칭하기 위한 AO(Acoustooptic) 모듈레이터(12), Q-스위칭된 1064nm의 빛의 공진을 위한 종거울(end mirror;11) 및 공진기내에서 1064nm파장의 빛을 선편광시키기 위한 부르스터 윈도우(Breswster window;14)와 반파장 플레이트(Half-wave plate;15) 및 선편광된 1064nm의 빛을 펌프광으로 입사받아 2100nm의 파장의 빛을 출력하는 OPO(Optical Parametric Oscillator; 16, 17, 18 및 19)로 입사된다. OPO(16, 17, 18, 19)는 1064nm빛과 2100nm빛의 파장에서 특수 반사율을 갖도록 제작된 광매개거울(16) 및 출력거울(outputcoupler;18), 펌프파로서 1064nm를 받아 2100nm의 시그날파를 발생시키는 주기적으로 분극반전된 비선형광학물질로서, 주기적으로 분극반전된 LiNbO3(Periodic Poled Lithium Niobate; PPLN)으로 이루어진 광 이득매질(19) 및 PPLN의 온도를 일정하게 하기 위한 오븐(17)을 포함한다.
구체적으로, Nd:YAG레이저 펌프 모듈(13)은, Nd:YAG 로드(rod) 및 세 개의 20 Watt의 출력을 갖는 연속출력형 다이오드 레이저 어레이를 포함하여, Nd:YAG 로드가 다이오드 레이저 어레이에 의해 펌프되는 구조를 갖고 있으며, Nd:YAG 로드는 중심축을 따라 1064nm의 빛을 생성하기 위한 이득매질로서 직경 2mm, 길이 700mm의 크기를 갖도록 되어 있다.
통상 인트라캐비티 OPO를 통하되 전통적으로 사용하던 KTP 등의 비선형광학결정을 사용하여서 10Watt 이상의 적외광선을 고출력으로 얻는 것은 불가능하다. 다만 전통적으로 사용하던 KTP 등의 비선형광학결정을 KTP 등에 비해서 2차 비선형광학계수가 3배 이상 큰 PPLN을 이용할 수 있는데, 현재 PPLN의 수광면적의 지름은 대략 1mm로 제한되어 있다.
따라서, 본 발명의 레이저 펌프 모듈(13)에서는 OPO(16, 17, 18, 19)의 광매개물질(19)로 사용되는 PPLN의 수광면적에 매칭되는 레이저 빔을 발생시키기 위해서, 전술한 바와 같이, 연속출력형 다이오드 레이저 어레이와 2mm의 직경을 갖는 Nd:YAG 레이저 로드를 사용하였다. 연속출력형 다이오드 레이저는 구동을 위한 전원과그의 조작이 간단하며 레이저 수명이 긴 장점을 가지고 있으며 연속펌핑되는 특성으로 인해서 Nd:YAG 로드의 온도를 상승시키는 열적렌즈(thermal lens)효과를 보인다. 이러한 열적 렌즈 효과에 의해서, 로드 밖의 10 내지 15㎝정도에 위치하는 Nd:YAG레이저의 최소 빛살폭이 1mm정도가 되게 된다. 즉, 2㎜직경의 가느다란 Nd:YAG 로드와 연속출력형 다이오드 레이저 어레이의 펌핑에 수반되는 온도 상승에 의한 열적 렌즈효과로, 별도의 모드 커플링을 위한 렌즈를 포함하는 추가 장치 없이도, OPO(16, 17, 18 및 19)의 PPLN을 펌프할 수 있게 된다.
한편, OPO(16, 17, 18, 19)의 PPLN을 대신, 수광면적이 PPLN의 것과 비슷한 주기적으로 분극반전된 비선형광학물질을 사용할 경우에도, 연속출력형 다이오드 레이저 어레이를 사용하고, Nd:YAG로드의 직경을 적절히 조절하면, PPLN을 사용할 때와 실질적으로 같은 결과를 얻어 낼 수 있게 된다.
Q-스위칭 수단으로 사용된 AO 모듈레이터(12)는 압전 크리스탈(Piezoelectric crystal)로 구성되어 있으며, 별도의 10KHz로 발진하는 고주파발생기(Radio Frequency Generator)를 통하여 전압이 걸리면 음파가 발생하며, 그에 따라 압전 크리스탈의 굴절율이 변화하게 되며, 따라서 광경로를 주기적으로 공진조건에서 벗어나게 하여 Q-스위칭을 일어나게 하므로 발진되는 Nd:YAG 레이저 빛을 약 50 nanosecond의 펄스폭과 10KHz의 반복율을 갖는 펄스형 1064nm파장의 광원으로 만드는 역할을 한다.
종거울(11)은 1064nm파장에서 99.9%반사시키는 거울로서, Nd:YAG레이저 빛을 공진시키기 위하여 필요한 두 거울중 하나이다. 1064nm파장의 빛의 공진을 위한 다른 하나의 거울은 OPO(16, 17, 18, 19)의 출력거울(18)이다.
선편광 수단인 브루스터윈도우(14)와 반파장플레이트(15)는 1064nm빛의 편광을 반파장 플레이트(15)의 오른쪽에서 지면에 수직한 성분만 존재하도록 하기 위한 장치로, 이는 1064nm 파장이 펌프광원으로 하여 입사되는 OPO(16, 17, 18, 19)에서 PPLN의 OPO발진은 한 방향의 편광된 빛에 대하여만 가능하기 때문이다.
광매개 발진거울(16)은 1064nm의 펌프파에서는 약 98%이상 투과(투과율이 높음)시키고 2100nm파장의 시그날파에서는 약 99%이상을 반사(실질적으로는 전반사)시키도록 된 2색 평면거울이다.
광이득매질(19)로서 본 실시예에서는 PPLN 결정이 이용되는데, 이 매질을 통해 온도 140oC에서 형성된 시그날파와 아이들러파가 같은 크기로 약 2100nm를 가지도록 매질의 기하학적 구조 및 결정 물질이 적절히 선택되어 진다. 연골질환 치료에 적합한 2100nm의 적외선은 PPLN의 주기 및/또는 온도를 변화시켜서 얻어질 수 있으며, 약 100℃ 내지 180℃에서 PPLN의 주기를 변화시켜서 2100nm의 적외선을 얻어낼 수 있다. 예를 들어, 주기가 31.3㎛인 경우 PPLN의 온도는 약 120℃로 하며, 31㎛인 경우 PPLN의 온도는 약 160℃로 하여 2100nm의 적외선을 얻어낼 수 있다. 보다 구체적으로 주기가 31.2㎛이며 두께는 1mm이고, 길이가 20～30mm인 PPLN이 사용되면, 약 140℃의 온도에서 시그날파와 아이들러파의 파장이 서로 거의 같은 약 2100nm 파장의 적외선 빛이 발생되게 된다.
여기서, PPLN의 온도가 100℃이하가 될 경우에는 PPLN의 광굴절손상 (photorefractive damage)이 생겨서 OPO(16, 17, 18, 19)가 OPO 발진효율이 현저하게 떨어지게 되며, 180℃이상 대략 200℃의 고온에 이르면 OPO를 구성하는 광학 부품과 적외선 레이저 시스템을 구성하는 광학 부품들이 불안정하게 되는 문제가 있다. 즉, PPLN의 바람직한 온도는 120 내지 140℃이다. 한편, 광이득매질(19)로서, PPLN외에 PPLN과 유사한 비선형광학적 특성을 갖는 주기적으로 분극된 비선형 크리스탈 등도 사용될 수 있다.
출력거울(18)은 1064nm의 펌프파에서는 약 99%이상 반사(전반사)시키고 2100nm파장의 시그날파에서는 광피드백을 위해 약 60-70% 범위 내에서 반사시키는 2색 평면거울로 이 거울과 함께 광매개발진거울(16)에 의하여 OPO(16, 17, 18, 19)가 작동 하게 된다. 특히 출력거울(18)은 시그날파를 부분반사하는 출력거울의 역할을 함과 동시에 1064nm파장의 펌프광을 전반사시키는 역할을 하므로, 1064nm파장의 펌프광은 종거울(11)과 출력거울(18)사이에서 공진되어서, 1064nm광의 전기장을 최대화할 수 있다. 따라서, OPO(16, 17, 18 및 19)로 입사되는 1064nm의 펌프광의 세기가 증가하게 되어, OPO(16, 17, 18, 19)를 통해 출력되는 2100nm의 시그날파빛의 발생효율이 극대화된다. 그리고, 시그날파의 파장이 펌프파의 파장의 2배에 해당하므로, 출력안정성 또한 높게 되며, 출력거울(18)바깥쪽으로 1064nm파장의 빛이 나오지 않게 되어, 원하는 2100nm파장의 적외선만을 출력시키는 장점을 갖게 된다.
본 발명에 따른 2100nm파장의 적외선의 출력안정성이 높음을 문턱빛세기에 관한 이론을 통하여 설명할 수 있다.
문턱빛세기(Ith)란 OPO에서 펌프빛에 의하여 새로운 파장의 빛을 발생시키기 위한 최소한의 펌프빛의 세기조건을 말하는 것으로, 다음의 방정식으로 표현된다.
(1)
여기서 n1, n2, n3는 각각 시그날파, 아이들러파, 펌프파의 굴절률을 나타내고, λ1, λ2는 시그날파, 아이들러파의 파장을 나타내며, α는 공진기내에서의 손실을 나타내고, de는 2차 비선형 광학계수를 나타내며, l은 비선형 매질의 길이를 나타낸다.
이 관계식은 다시 다음과 같이 진동수로 재표현될 수 있다. 즉,
(2)
여기서 c는 광속이다. 이 (2)식은 ω3 = ω1+ ω2 의 관계에 의하여 다음과 같이 다른 표현으로 나타낼 수 있다.
(3)
여기서 이다. 위 의 (3)식에서 X를 제외한 모든 값들은 거의 상수로 볼 수 있으므로 X의 값이 일 때(즉, 시그날파의 파장이 펌프광의 파장의 2배일 경우) 문턱에너지가 가장 낮아지는 것을 알 수가 있으며, ω1이 ω3에 가까워질수록 문턱에너지가 커지는 것을 알 수 있다.
따라서, 이를 본 발명에 적용하면, ω1과 ω2가 파장 약 2100nm의 진동수이고 ω3 이 파장 1064nm의 진동수가 되므로 X 가 약 0.5()가 된다. 즉, 본 발명에 따른 OPO(16, 17, 18, 19)로부터 적색광인 약 2100nm파장의 빛을 얻기 위한 문턱 에너지는 거의 최소가 되는 조건에 해당되어 출력 안정성이 높음을 알 수 있다.
한편, 시그날파와 아이들러파가 거의 동일한 파장을 가지므로, 시그날파에 비해 긴 파장을 갖는 빛이 아이들러파로 출력된 경우와 비교하여, 아이들러파를 광분리하는 등의 추가 장비 없이도, 아이들러파와 시그날파를 모두 바로 연골질환 치료에 사용할 수 있는 이점이 있다.
그리고 이러한 2색 처리된 출력거울(18)에 대하여, 출력효율변화를 출력거울의 시그날파에 대한 반사율의 함수로 측정하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 시그날파에 대한 반사율이 50 내지 90%일 경우 시그날파의 에너지는 5Watt 이상이며, 특히 약 70%(65 내지 75%)인 경우 시그날파가 약 10 Watt로 가장 높게 출력됨을 알 수 있다. 따라서 출력거울은 펌프광을 전반사시키며 동시에 시그날파에 대하여 약 65 내지 75%의 반사율을 갖도록 하는 것이 최대 출력변환을 주므로, 출력거울(18)은 이 조건을 만족하는 이색거울로 사용하는 것이 바람직하다.
1064nm의 파장의 펌프광으로부터 약 10Watt 이상의 고출력의 높은 출력안정성을 갖는 2100nm 파장의 빛이 생성되는 과정을 살펴보면, 먼저 Nd:YAG레이저 펌프 모듈(13)에서 출력된 1064nm 파장의 빛은 AO모듈레이터(12)에 의해 Q-스위칭되고 종거울(11)에서 전반사되고 브루스터윈도우(14) 및 반파장플레이트(15)에 의해 선편광된 후 OPO(16, 17, 18, 19)의 입력거울인 광매개발진거울(16)에 입사된다. 광매개발진거울(16)에서는 1064nm의 파장의 빛은 전부 투과되고 광이득매질(19)인 PPLN을 통과하면서 일부가 2100nm의 시그날파와 아이들러파로 변환되며, 출력거울(18)에서는 변환되지 않은 1064nm의 파장은 전반사하고 변환된 2100nm의 시그날파와 아이들러파는 광피득백을 위해 일부 반사하고 나머지 일부 투과시킨다. 한편, 출력거울(18)에서 반사된 1064nm파장의 빛은 다시 종거울(11)에서 반사되어 OPO(16, 17, 18 및 19)의 펌프광으로 다시 입력된다. 그런데 이때의 펌프광은 종거울(11) 및 출력거울(18)에 의해 그 세기가 증가되어 있는 상태이다. 전술한 과정의 반복에 의해, 출력거울(18)을 투과하는 것은 2100nm의 파장의 빛 뿐으로 이의 출력은 10watt이상이 되게 되어, 고출력의 적외선 레이저를 필요로 하는 연골질환의 치료에 사용될 수 있게 된다. 따라서, 도 1에서 나타난 바와 같이, 참조번호 20으로 나타낸 부분에는 1064nm의 빛만이 있게 되고, 참조번호 22로 나타낸 부분에는 1064nm와 2100nm의 빛이 있게 되며 참조번호 24로 나타낸 부분에는 오직 2100nm의 빛만이 출력되게 된다.
정리하면, 본 발명은 연골질환치료가 10watt이상의 2100nm의 강한 적외선광의 조사에 의하여 효과적으로 달성된다는 사실, 의학치료용 광원은 분광학에서 요구되는 정도의 좁은 선폭(1cm-1이하)이 필수적이 아니라는 점, Ho:YAG 레이저를 사용하여 얻어진 2100nm파장의 적외선을 사용하여 연골질환치료를 행하는 것은 경제적이지 못하고 또한 취급 및 사용에 있어 문제가 있다는 점, 종래에 사용된 OPO를 통하여 발생된 약 2100nm의 적외선광의 경우에는 출력이 낮아 치료가 불가능 하다는 점을 감안하여 발명된 것이다. 따라서, 연속출력형 다이오드 레이저 어레이로 펌프된 Nd:YAG레이저로부터 출력된 1064nm이 종거울(11)과 출력거울(18)에 의해 반사되어 펌프광의 세기를 크게 하도록 하고, 이 세기가 증가된 펌프광을 OPO의 입력거울로 입사되도록 하고 OPO의 출력거울에서는 펌프광인 1064nm은 반사하고 동일한 크기를 가지는 시그날파와 아이들러파인 2100nm를 투과시키도록 하여, 연골질환치료에 필요한 2100nm의 적외선 빛을 저렴한 비용으로 안정성과 출력이 모두 높게 발생시킬 수 있게 되었다.
따라서 본 발명에 의해 생성된 연골질환 치료용 2100nm의 적외선 광원은 고출력으로서 안정성이 높으며, 또한 생성 장치가 간단하고 생성 비용이 Ho:YAG 레이저를 사용하는 경우보다 저렴하므로, 약 2100nm 근방의 적외선이 요구되는 연골질환 치료를 보다 활성화시킬 수 있는 계기를 마련하게 되었다.
지금까지 본 발명의 구성 및 원리에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러 가지 형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 연골 질환치료용 적외선 광원을 생성하기 위한 전 고체형(All-solid-state) 레이저 방사 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 출력거울(18)에 있어 2100nm파장에서의 반사도에 따른 2100nm 적외선의 출력에너지를 보여주는 그래프이다.

Claims (7)

  1. 연속출력형 다이오드 레이저 어레이와 Nd:YAG로드를 포함하며, 상기 연속출력형 다이오드 레이저 어레이에 의해 펌핑되어 약 1064nm의 파장의 빛을 발진시키는 Nd:YAG레이저 펌프 모듈;
    발생된 1064nm빛을 Q-스위칭하는 수단;
    Q-스위칭된 1064nm의 빛의 공진을 위해, 상기 Nd:YAG레이저 펌프 모듈 및 Q-스위칭 수단의 양측에서 대향하여 배치되어 있는 펌프광 공진용 한쌍의 거울;
    상기 한쌍의 거울 사이에 배치되어 있되, Q-스위칭된 1064nm파장의 빛을 선편광시키기위한 선편광수단; 및
    상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 어느 하나와 입력거울 및 상기 한쌍의 거울 중의 어느 하나와 상기 입력거울 사이에 배치된 주기적으로 분극반전된 비선형광학매질을 포함하여, 선편광된 1064nm의 빛을 상기 입력거울을 통해 펌프광으로 입사받아 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 어느 하나를 통해 2100nm의 파장을 갖는 시그날파와 아이들러파의 빛을 출력하는 광매개발진기를 포함하는 것을 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주기적으로 분극반전된 비선형광학매질은 주기적으로 분극반전된 LiNbO3(Periodic Poled Lithium Niobate; PPLN)으로 이루어져 있으며, 상기 광매개발진기 내에는 상기 PPLN의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 오븐을 더 포함하며, 상기 PPLN의 온도 및 주기는 상기 시그날파와 아이들러파가 약 2100nm가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 고효율 고출력의 연골질환 치료용2100nm 적외선 방사 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 PPLN의 온도는 100℃ 내지 180℃로 유지되며, PPLN의 주기는 약 31㎛인 것을 특징으로 하는 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나는 상기 1064nm의 펌프광은 전부 반사시키고 상기 2100nm의 시그날파의 빛은 부분반사 및 부분투과시키도록 되어 있으며, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울 중의 다른 하나는 상기 1064nm의 펌프광을 전반사시키도록 되어 있으며, 상기 광매개발진기의 입력거울은 상기 1064nm의 펌프광은 전부 투과시키고 상기 2100nm의 시그날파의 빛은 전반사하도록 되어 있는 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나의 2100nm의 시그날파의 빛의 반사율은 약 65 내지 75%인 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 펌프광 공진용 한쌍의 거울의 어느 하나를 투과해 나온 시그날파 및 아이들러파는 약 10watt이상의 2100nm의 파장을 갖는 적외선인 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 Nd:YAG 로드는 그의 직경이 약 2mm인 고효율 고출력의 연골질환 치료용 2100nm 적외선 방사 시스템.
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US11202674B2 (en) 2018-04-03 2021-12-21 Convergent Dental, Inc. Laser system for surgical applications

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