KR20210034579A - 의료용 레이저 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용의 일 양상은 의료용 레이저 시스템에 관한 것으로, 이는, 적어도 제 1 광학 필드를 생성하기 위한 제 1 이득 매체; 및 제 1 레이저 소스의 공진 품질을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 Q-스위치를 포함하는 제 1 레이저 소스; 제 1 레이저 소스가 제 1 펄스 트레인(pulse train)의 레이저 펄스들로서 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 제 1 Q-스위치를 제어하게 구성된 제어 회로; 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 제 2 레이저 소스; 제 1 광학 필드와 제 2 광학 필드 사이의 비 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체; 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 검출하도록 구성된 센서를 포함하고, 제어 회로는 검출된 특성에 응답하여 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 제 1 Q-스위치의 동작을 제어하도록 구성된다.
Description
본 개시내용은 의료용 레이저 시스템, 특히 피부 컨디션(skin condition)들의 미용 치료를 위한 의료용 레이저 시스템, 및 의료용 레이저 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
의료용 레이저 시스템들은 수많은 의료용 애플리케이션들을 위해 이를테면, 다양한 질병들의 치료 또는 수술을 위해 널리 사용된다. 의료용 레이저 시스템들은 또한 피부 컨디션들의 미용 치료를 위해 사용된다.
오늘날 외모에 대한 관심이 높아짐에 따라, 피부 컨디션들의 미용 치료들을 위한 중심 영역(central area)들 중 하나는 소위 회춘과 관련된다. 피부는 다양한 생물학적 및 노화 효과들에 의해, 그리고 환경적으로 유도된 손상들 이를테면, 주름들, 여드름, 태양 손상, 발적, 혈관 장애들 및 흉터에 의해 영향을 받을 수 있다. 회춘은 피부의 젊은 외모를 회복하기 위해 이러한 컨디션들을 치료하는 결합된 영역이다. 피부 회춘을 위해 가장 선호되는 치료들 중 하나는 광 회춘(photo rejuvenation)으로서 또한 지칭되는, 광-기반 치료(light-based treatment)이다.
US 2011/0306955는 피부 치료를 위한 레이저 시스템을 개시한다. 이 종래 기술의 레이저 시스템은 제 1 및 제 2 레이저 공진기를 포함한다. 제 1 레이저 공진기는 제 1 광축을 따라 제 1 광학 필드(optical field)를 생성하기 위한 적어도 제 1 이득 매체를 포함하고; 제 2 레이저 공진기는 제 2 광축을 따라 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 제 2 이득 매체를 포함한다. 레이저 시스템은, 제 1 광학 필드와 제 2 광학 필드 사이의 비선형 상호작용에 의해, 제 3 광축을 따라 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체, 및 제 1 이득 매체 및 제 2 이득을 광학적으로 펌핑(pumping)하기 위한 적어도 하나의 광학 펌프 소스를 더 포함한다. 더욱이, 이러한 종래 기술의 레이저 시스템은 제 1 레이저 공진기의 제 1 Q-스위치 및 제 2 레이저 공진기의 제 2 Q-스위치를 포함한다. Q-스위치들은 각각, 제 1 레이저 공진기 및/또는 제 2 레이저 공진기의 공진 품질을 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 및/또는 제 2 레이저 공진기로부터의 광 방출은 제 1, 제 2 및/또는 제 3 파장에서 광학 펄스들을 제공하도록 제어될 수 있다.
이러한 레이저 시스템에서, 제 3 광학 필드로의 제 1 및 제 2 광학 필드들 의 변환은, 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스들이 비선형 매체에서 동기화될 것을 요구한다. 이러한 동기화는 개별 레이저 공동들의 기하학적 설계 및 광학 파라미터들에 기초할 수 있지만, 이는 안정화시키고 제조하기가 어렵다. 더욱이, 펄싱 펌프 소스들은 일반적으로 긴 안정화 시간으로 인해 솔리드 스테이트 레이저(solid state laser)에 대한 옵션이 아니다.
US 7,961,772는, 시스템의 2개 이상의 레이저 라인들 사이의 펄스 중첩이 최적화 가능한 레이저 시스템을 개시한다. 이를 위해, 출력의 적어도 일부는, 펌프 소스들의 출력의 강도를 제어함으로써 제 1 및 제 2 광학 필드들의 개별 레이저 펄스들의 빌드-업 시간(build-up time)을 조절하는 조절 시스템에 피드백된다.
이득 매체, 비선형 매체 및/또는 펌프 소스들의 특성들은 시간이 지남에 따라 변동될 수 있으므로, 효율적인 변환은 레이저 시스템의 신중한 제어를 요구한다. 위의 종래 기술의 레이저 시스템은 시간적 펄스 중첩을 제어하기 위한 방법을 제공하지만, 예를 들어, 온도 변동들 및 부품 열화로 인한 드리프트에 대해 더 높은 정도의 견고성을 제공하는 레이저 시스템 및 제어 방법이 여전히 필요하다. 특히, 위의 종래 기술의 시스템은 사용되는 하드웨어에 대해 높은 요건들을 부과한다. 이는 종종, 구성요소들에 통계적 공차들이 존재할 수 있으므로, 제조 비용들을 증가시킨다. 예를 들어, 이득 재료 성능 지수는 펄스 동기화/타이밍에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 구성요소들의 특성들은 부품 열화, 우발적인 오정렬, 온도 변동 등과 같은 동적 요인들로 인해 시간이 지남에 따라 변동될 수 있다.
종래 기술의 시스템은 펌프 소스들을 제어함으로써 시간적 중첩을 제어하기 때문에, 시스템의 출력 파워(output power)는 시간적 펄스 중첩의 제어에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 두 개의 레이저 공진기들이 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때, 출력 파워의 바람직하지 않은 손실 없이 펄스 중첩을 제어하는 것이 점점 어려워질 수 있다.
따라서, 의료용 레이저 시스템 분야에 존재하는 위의 요구들 및/또는 다른 요구들 중 하나 이상을 해결하는 의료용 레이저 시스템 및 이러한 의료용 레이저 시스템에 대한 제어 방법을 제공하는 것이 여전히 바람직하다.
일 양상에 따르면, 의료용 레이저 시스템의 실시예들이 본원에서 개시되며, 이는,
- 제 1 레이저 공진기, 제 1 광학 필드(optical field)를 생성하기 위한 적어도 하나의 제 1 이득 매체; 및 제 1 레이저 공진기의 공진 품질을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 Q-스위치를 포함하는 제 1 레이저 소스;
- 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인(pulse train)의 레이저 펄스들로서 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 제 1 Q-스위치를 제어하게 구성된 제어 회로;
- 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 제 2 레이저 소스;
- 제 1 광학 필드와 제 2 광학 필드 사이의 비선형 상호작용에 의해 적어도 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체;
- 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 센서 회로를 포함하고,
제어 회로는 검출된 특성에 응답하여 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 제 1 Q-스위치의 동작을 제어하도록 구성된다.
본 발명자들은, 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 검출된 특성들에 기초하여 제 1 Q-스위치의 동작을 제어함으로써 개개의 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스들 사이의 시간적 중첩이 정확히 조정될 수 있다는 것을 깨달았다. 특히, 시간이 지남에 따라 레이저 구성요소들이 상당히 드리프트되는 상황들에서도 정확한 실시간 조정이 수행될 수 있다는 것을 밝혀냈다. 또한, 조정은 출력 파워에 부정적인 영향을 미치지 않는다.
일부 실시예들에서, 제어 회로는 조정 가능한 지연 회로를 포함하고; 제어 회로는 트리거 신호를 생성하고 트리거 신호를 조정 가능한 지연 회로에 포워딩하도록 구성되고; 조정 가능한 지연 회로는 트리거 신호에 대해 조정 가능한 지연만큼 지연된 트리거 신호의 지연된 버전을 제 1 Q-스위치에 포워딩하도록 구성되고; 제어 회로는 검출된 특성에 응답하여 조정 가능한 지연을 조정하도록 구성된다. 따라서, 개별 레이저 구성요소들이 강한 드리프트를 경험하는 상황들에서도 레이저 펄스들의 실시간 동기화를 허용하는 효율적이고 안정적인 제어 메커니즘이 제공된다. 트리거 신호는 클록 신호 또는 다른 적합한 주기적 신호이거나, 적어도 이로부터 유도될 수 있다. 따라서, 제어 회로는 클록 신호를 생성하도록 동작 가능한 마스터 클록을 포함할 수 있다. 클록 신호는 지연된 트리거 신호를 제 1 Q-스위치에 포워딩하는 지연 회로에 포워딩될 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출된 특성은 제 3 광학 필드의 출력 파워를 표현한다. 따라서, 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스들의 상대적 타이밍은 검출된 출력 파워를 증가시키도록, 특히 최대화하도록 제어될 수 있다. 이 제어 메커니즘은 상대적으로 덜 복잡한 제어 방법을 제공한다. 출력 파워는 예를 들어, 광 검출기에 의해 측정될 수 있는데, 즉 센서 회로는 광 검출기를 포함할 수 있다. 이를 위해, 제 3 광학 필드의 작은 부분은 예를 들어, 빔 스플리터에 의해 광 검출기를 향해 지향될 수 있다. 따라서, 광 검출기로부터의 센서 신호는 제 3 광학 필드의 출력 파워를 표현하며 제어 회로로 피드백될 수 있다. 따라서, 제어 회로는 생성된 제 3 광학 필드의 출력 파워를 최대화하도록 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스들 사이의 상대적 지연을 조정하기 위한 적합한 제어 메커니즘을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출된 특성은 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 표현한다. 예를 들어, 센서 회로는 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스들을 검출하기 위한 하나 이상의 광 검출기 및 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 검출된 펄스들 사이의 시간 지체를 검출하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 그 후, 검출된 시간 지체를 표현하는 센서 신호가 제어 회로로 피드백될 수 있고, 제어 회로는 검출된 시간 지체를 최소화하도록 제 1 Q-스위치에 대한 트리거 신호의 지연을 조정할 수 있다. 결과적으로, 제어 회로는, 현재 어떠한 제 3 광학 필드도 비선형 매체에서 생성되지 않은 경우에도, 시간 지체를 지속적으로 검출하고 검출된 시간 지체를 보상하기에 적합한 대응하는 지연을 결정할 수 있다. 이는, 제 3 광학 필드의 생성이 재차 요구될 때, 제어 회로가 올바른 트리거 지연을 설정할 수 있게 하는데, 즉, 요구된 트리거 지연이 시간이 지남에 따라 변하는 상황들에서도 최적화된 출력 파워의 제 3 광학 필드의 고속 턴 온(turning on)이 달성될 수 있다.
제 1 펄스 트레인의 펄스들은 제 1 펄스 폭 및 제 1 펄스 반복률을 갖는다. 일반적으로, 펄스 폭은 펄스들의 최대치의 절반에서 전체 폭(full width)으로서 정의될 수 있다. 제 1 펄스 폭 및 제 1 펄스 반복률은 제 1 펄스 트레인의 연속 펄스들 사이의 제 1 갭 폭을 함께 정의한다. 일부 실시예들에서, 제 1 펄스 폭은 제 1 갭 폭보다 작은데, 이를테면, 제 1 갭 폭의 50 % 미만, 이를테면, 제 1 갭 폭의 10 % 미만, 이를테면, 제 1 갭 폭의 1 % 미만 예를 들어, 제 1 갭 폭의 0.01 % 내지 1 %이다. 유사하게, 제 2 펄스 트레인의 펄스들은 제 2 펄스 폭 및 제 2 펄스 반복률을 갖는다. 제 2 펄스 폭 및 제 2 펄스 반복률은 제 2 펄스 트레인의 연속 펄스들 사이의 제 2 갭 폭을 함께 정의한다. 일부 실시예들에서, 제 2 펄스 폭은 제 2 갭 폭보다 작은데, 이를테면, 제 2 갭 폭의 50 % 미만, 이를테면, 제 2 갭 폭의 10 % 미만, 이를테면, 제 2 갭 폭의 1 % 미만 예를 들어, 제 2 갭 폭의 0.01 % 내지 1 %이다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스 폭들 및 반복률들은, 제 1 펄스 트레인의 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 펄스들 사이의 개개의 갭들과 정렬될 때, 제 2 펄스 트레인으로부터의 펄스들과 시간적으로 중첩하지 않도록 선택될 수 있다. 유사하게, 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스 폭들 및 반복률들은, 제 2 펄스 트레인의 펄스들이 제 1 펄스 트레인의 펄스들 사이의 개개의 갭들과 정렬될 때, 제 1 펄스 트레인으로부터의 펄스들과 시간적으로 중첩하지 않도록 선택될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 제 2 펄스 폭은 제 1 갭 폭보다 작은데, 이를테면, 제 1 갭 폭의 50 % 미만, 이를테면, 제 1 갭 폭의 10 % 미만, 이를테면, 제 1 갭 폭의 1 % 미만 예를 들어, 제 1 갭 폭의 0.01 % 내지 1 %이다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 제 1 펄스 폭은 제 2 갭 폭보다 작은데, 이를테면, 제 2 갭 폭의 50 % 미만, 이를테면, 제 2 갭 폭의 10 % 미만, 이를테면, 제 2 갭 폭의 1 % 미만 예를 들어, 제 2 갭 폭의 0.01 % 내지 1 %이다.
제 1 트레인 및/또는 제 2 펄스 트레인의 펄스들의 펄스 폭은 30 ns 내지 100 ns 이를테면, 4 ns 내지 60 ns일 수 있다. 제 1 트레인 및/또는 제 2 펄스 트레인의 펄스들의 갭 폭은 0.01 μs 내지 500 μs, 이를테면, 0.1 μs 내지 300 μs 사이, 이를테면, 1 μs 내지 200 μs, 이를테면, 10 μs 내지 100 μs, 이를테면, 50 μs 내지 100 μs일 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 펄스 폭 및 제 2 펄스 폭은 실질적으로 동일하다. 유사하게, 제 1 펄스 반복률 및 제 2 펄스 반복률은 실질적으로 동일하거나 이들의 비(ratio)가 정수와 같은 유리수가 되도록 적어도 선택될 수 있다.
일반적으로, 제어 회로는 적어도, 예를 들어, 제 3 광학 필드의 버스트들을 생성하도록 그리고/또는 제 3 광학 필드를 턴 온시키라는 커맨드에 응답하여 제 3 광학 필드의 생성이 요구될 때, 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하도록 상대적 타이밍을 제어하게 구성될 수 있다. 시간적 중첩의 정도는 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 비선형 프로세스가 비선형 매체에서 발생할 수 있게 하기에 충분해야 하는데, 즉, 제 1 펄스 트레인의 펄스들은 비선형 매체 내부의 제 2 펄스 트레인의 개개의 펄스들과 일치해야 한다. 일부 실시예들에서, 상대적 타이밍은, 제 1 펄스 트레인의 펄스들이 완벽하게 일치하도록, 즉 비선형 매체 내부의 제 2 펄스 트레인의 개개의 펄스들과 완벽하게 동기화되도록 이루어질 때가 가장 바람직할 수 있지만, 일부 실시예들에서, 더 적은 정도의 시간적 중첩이 수락 가능할 수 있다.
일반적으로, 의료용 레이저 시스템들에서, 예를 들어, 피부 치료를 위한 레이저 시스템들에서, 짧은 버스트들로서 출력 레이저 빔을 제공할 필요가 종종 있다. 이를 위해, 위의 레이저 시스템들은 통상적으로 기계적 셔터를 포함한다. 그러나 이러한 셔터들은 상대적으로 느린 반응 시간을 갖고, 이들은 기계적 움직임 및 속도에 관한 제약들로 인해 짧은 버스트들/펄스 트레인들이 방출될 수 있는 방법에 관한 제한들을 부과한다. 대안적인 방법들은, 부가적인 광학기들 예를 들어, 편광 광학기를 갖는 또는 이들이 없는 전기-광학 및 음향-광학 디바이스들을 포함한다. 이러한 능동 광학 방법들은 빔 경로에 부가적인 손실이 많고 비용이 많이 드는 구성요소들을 도입하고 다른 단점들에 시달린다. 예를 들어, 전기-광학 디바이스들은 고장력 드라이버들을 수반하는 반면, 음향-광학 디바이스들은 제한된 여기 파워에 대해 열등한 억제를 수반할 수 있다. 부가적으로, 이러한 디바이스들은 레이저 시스템에 의해 전달되는 다른 파장들에 의도하지 않게 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 제어 회로는 제 3 광학 필드의 생성을 선택적으로 야기하도록 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는데, 즉, 제어 회로는 예를 들어, 개개의 노출/셔터 커맨드들에 응답하여 제 3 광학 필드의 생성을 단지 선택적으로만 야기하도록 노출 제어 디바이스, 이를테면, 셔터로서 동작 가능하게 구성될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 제어 회로는 제 1 신호에 응답하여, 제 3 광학 필드의 생성을 야기하기 위해 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하도록 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하게 구성되고, 제어 회로는 제 2 신호에 응답하여, 제 3 광학 필드의 생성을 방지하기 위해 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하지 않도록 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하게 구성된다. 예를 들어, 제 1 신호는 "셔터 개방" 커맨드를 표시할 수 있는 반면, 제 2 신호는 "셔터 폐쇄" 커맨드를 표시할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제 1 및 제 2 신호들은 펄싱된 레이저 광의 짧은 버스트들의 간헐적/주기적 생성을 제어하기 위해 주기적 신호, 예를 들어, 클록 신호로서 제공될 수 있다.
이 제어 방법은, 매우 빠른 반응 시간들 및 펄싱된 레이저 출력의 작은 버스트 예를 들어, 10 ms 미만 이를테면, 1 ms 이하의 버스트의 생성을 허용한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 의료용 레이저 시스템의 일부 실시예들은 생성된 제 3 광학 필드의 시간적 제어를 제공하며, 여기서 시간적 제어는 10 ms 미만 이를테면, 1 ms 이하의 시간 스케일로 수행된다.
일부 실시예들에서, 특히 검출된 특성이 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 표현할 때, 제어 회로는 제 3 광학 필드가 생성되지 않는 기간 동안에도 펄스들의 적절한 타이밍에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이는, 제어 회로가 제 3 광학 필드의 생성을 방지하기 위해 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하지 않게 하는 제 1 상대적 타이밍이 되도록 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는 기간 동안에도 마찬가지일 수 있다. 제어 회로는 적용될 경우, 제 3 광학 필드의 생성을 야기하기 위해 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하게 하는 제 2 상대적 타이밍을 여전히 결정할 수 있다. 따라서, 신호(예를 들어, 셔터 개방 커맨드)에 응답하여, 제어 회로는 최적화된 출력 파워의 제 3 광학 필드를 빠르게 턴 온하게 하도록, 제 1 상대적 타이밍으로부터, 결정된 제 2 상대적 타이밍으로 적용된 상대적 타이밍을 스위칭할 수 있다. 이를 위해, 제어 회로는 현재, 펄스들이 시간적으로 중첩하지 않고 어떠한 제 3 광학 필드도 생성되지 않도록, 적용된 상대적 지연이 선택되는 기간들 동안에도, 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스들이 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하게 하는, 제 1 Q-스위치에 대한 트리거 신호의 적합한 지연을 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 회로는 파장 선택기로서 동작 가능하다. 이를 위해, 제 1 광학 필드는 제 1 파장을 가질 수 있고, 제 2 광학 필드는 제 2 파장을 가질 수 있고, 제 3 광학 필드는 제 1 및 제 2 파장들과 상이한 제 3 파장을 가질 수 있다. 제어 회로는 그 후, 예를 들어, 파장 선택 커맨드에 응답하여, 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하여 레이저 시스템의 출력 방사선의 파장을 제어하도록, 예를 들어, 레이저 시스템으로부터의 출력에 제 3 광학 필드를 선택적으로 포함시키도록 구성될 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스들이 비선형 매체에서 시간적으로 중첩할 때, 제 3 광학 필드는 비선형 매체에서 생성되고, 비선형 매체로부터의 출력은 제 3 파장의 주요 량(major amount)의 광 및 제 1 및 제 2 파장들의 더 적은 양(lesser amount)의 광을 포함한다. 반대로, 제 1 및 제 2 펄스 트레인들의 펄스들이 시간적으로 중첩하지 않을 때, 제 1 및 제 2 광학 필드들은 제 3 광학 필드를 생성하지 않고 비선형 매체를 통해 전파된다. 따라서, 비선형 매체로부터의 출력은 그 후, 제 1 및 제 2 광학 필드들, 즉 제 1 및 제 2 파장들의 펄스 트레인들로 구성된다. 따라서, 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 비선형 프로세스를 선택적으로 발생하게 함으로써, 시스템은 제 3 파장을 포함하는 레이저 출력과 제 1 및 제 2 파장들만을 포함하는 레이저 출력 사이를 스위칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 즉 비선형 매체에서 펄스들의 적절한 시간적 오정렬에 의해 제 3 광학 필드의 생성을 완전히 억제하는 것이 가능하다는 것이 인지될 것이다. 그러나, 제 3 광학 필드가 생성되도록 시간적 중첩이 조정될 때, 비선형 매체의 출력은 통상적으로 더 적은 정도이지만, 통상적으로 여전히 제 1 및/또는 제 2 광학 필드의 기여분들을 포함할 것이다. 제 1 및 제 2 파장들은 동일할 수 있거나, 또는 이들은 서로 상이할 수 있다. 후자의 경우에, 의료용 레이저 시스템은 출력 포트로 전달될 제 1 광학 필드 및/또는 제 2 광학 필드 및/또는 제 3 광학 필드를 선택하기 위한 하나 이상의 출력 선택기를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 피부 치료를 위해 적절한 파장들이 의료용 레이저 시스템의 출력 포트로 전달될 수 있는 반면, 원치않는 파장들은 차단될 수 있다.
본원에서 개시된 의료용 레이저 시스템의 실시예들은 제 3 광학 필드를 포함하는 출력 방사선과 제 1 및 제 2 광학 필드만을 포함하는 출력 방사선 사이의 매우 빠른 스위칭을 허용한다. 제 1 및 제 2 광학 필드들 사이의 선택이 요구되거나, 또는 제 1 및 제 2 광학 필드들의 실질적으로 완전한 억제가 요구되는 경우, 이는, 출력 선택기들, 예를 들어, 부가적인 필터들, 미러(mirror)들 또는 다른 디바이스들, 예를 들어, 제 1 및/또는 제 2 광학 필드들의 빔 경로들에 있는 셔터들에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비선형 매체에서 시간적 펄스 중첩을 제어하는 것에 의한 파장 선택은 부가적인 출력 선택기들에 대한 필요성을 감소시키거나, 또는 심지어 제거한다.
그럼에도, 레이저 시스템은 하나 이상의 출력 선택기를 포함할 수 있다. 출력 선택기는 제 1 및/또는 제 2 파장 및/또는 제 3 파장을 선택적으로 차단하도록 구성된 하나 이상의 광학 필터, 예를 들어, 고역-통과, 저역-통과 또는 대역-통과 필터를 포함할 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 레이저 시스템의 출력 방사선에 포함될 제 1 및/또는 제 2 파장 및/또는 제 3 파장의 방사선을 선택적으로 차단하기 위한 하나 이상의 출력 선택기를 포함하고; 따라서, 제어 회로는 파장 선택 커맨드에 응답하여, 예를 들어, 출력 선택기(들)를 비선형 매체로부터의 출력의 빔 경로 안으로 또는 밖으로 선택적으로 이동시키고 그리고/또는 그렇지 않으면, 활성 및 비활성 상태 사이에서 출력 선택기를 이동시킴으로써 예를 들어, 회전시킴으로써, 출력 선택기(들)를 선택적으로 활성화시키도록 구성될 수 있다. 레이저 펄스들의 선택적 동기화에 기초한 파장 선택 대신에, 출력 선택기가 파장 선택을 위해 사용될 수 있거나, 이는 부가적인 출력 선택기로서 사용될 수 있다. 출력 선택기는, 선택적으로 제 1 상태 및 제 2 상태가 되게 하도록 제어 가능할 수 있다. 출력 선택기가 제 1 상태에 있을 때, 제 1, 제 2 및 제 3 파장들 중 하나 이상의 파장의 제 1 선택은 출력 선택기를 통과하도록 허용된다. 출력 선택기가 제 2 상태에 있을 때, 제 1, 제 2 및 제 3 파장들 중 하나 이상의 파장의 제 2 선택은 출력 선택기를 통과하도록 허용되며, 제 2 선택은 제 1 선택과 상이하다. 출력 선택기의 일부 실시예들은, 파장들의 다수의 서브세트들의 선택이, 통과하도록 허용되거나 차단될 수 있게 하도록 2개 이상의 상태들을 가질 수 있다는 것이 인지될 것이다.
일부 실시예들에서, 출력 선택기는 미러 선택기 및 복수의 선택 미러들을 포함하고, 미러 선택기는 입사된 제 1 광학 필드, 제 2 광학 필드 및 제 3 광학 필드가 반사된 필드들 및 투과된 필드들로 분할되도록 선택 미러들 중 임의의 것을 선택적으로 포지셔닝하도록 구성되고, 반사된 필드들 또는 투과된 필드들 중 적어도 하나는 출력 포트로 전달된다. 따라서, 제 1, 제 2 및 제 3 파장에서 상이한 반사율 및/또는 투과율을 갖는 복수의 선택 미러들을 사용함으로써, 출력 포트에 전달되는 파장들이 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 높은 광학 피크 파워들에 특히 적합한 출력 선택기가 달성된다. 대안적인 실시예들에서, 출력 선택기는 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들을 개별적으로 또는 조합하여, 공간적으로 분리하기 위한 하나 이상의 격자 또는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다.
당업자는 미러 선택기가 다양한 방식들로, 예를 들어, 수동으로 다이얼에 의해, 스테퍼 모터에 의해, 기어에 의해 구동될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
비선형 매체에서 시간적 펄스 중첩의 선택적 제어는 빠르고 효율적인 노출 제어를 허용하고 부가적인 노출 제어 디바이스의 필요성을 감소시키거나, 또는 심지어 제거하지만, 그럼에도, 본원에서 개시된 의료용 레이저 시스템의 일부 실시예들은 노출 제어 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 레이저 펄스들의 선택적 동기화에 기초한 노출 제어 대신에, 노출 제어 디바이스가 노출 제어를 위해 사용될 수 있거나, 그것은 부가적인 노출 제어로서 사용될 수 있다. 적합한 노출 제어 디바이스들의 예들은, 기계적 셔터, 방출된 빔을 빔 덤프(beam dump) 상으로 편향시킬 수 있는 음향-광학 디바이스, 직교 편광 상태를 빔 덤프 상으로 편향시킬 수 있는 동안, 레이저 시스템의 출력 포트 상으로 주어진 편광 상태를 전달할 수 있는 디바이스와 함께 빔의 편광 상태를 변경할 수 있는 전기-광학 디바이스이다.
일부 실시예들에서, 레이저 시스템은 예를 들어, 제어 회로에 의해 제어 가능한 출력 선택기 및 노출 제어 디바이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어 회로는 파장 선택 커맨드에 응답하여 출력 선택기를 활성화할 때, 제 1, 제 2 및 제 3 파장들 중 하나 이상을 선택적으로 차단 및/또는 선택하기 위해 출력 선택기를 활성화하기 전에 방사선이 레이저 시스템으로부터 방출되는 것을 차단하도록 노출 제어 디바이스를 초기에 활성화하게 구성될 수 있다. 활성화는 예를 들어, 미러, 필터 등을 하나의 포지션 및/또는 배향으로부터 다른 포지션 및/또는 배향으로 이동시킴으로써 출력 선택기의 상태가 제 1 상태로부터 제 2 상태로 변하게 한다. 출력 선택기가 제 2 상태에 도달하면, 제어 회로는 방사선이 레이저 시스템으로부터 재차 방출될 수 있도록 하기 위해 노출 제어 디바이스를 비활성화하도록 구성될 수 있다. 노출 제어 디바이스는 기계적 셔터와 같은 셔터일 수 있고, 노출 제어 디바이스를 활성화하는 것은 셔터를 폐쇄하는 것을 수반할 수 있는 반면, 노출 제어 디바이스를 비활성화하는 것은 셔터를 개방하는 것을 수반할 수 있다.
일부 실시예들에서, 노출 제어 디바이스는 방사선 경로를 따라, 특히 제 3 광축을 따라 출력 선택기로부터 하류에 포지셔닝될 수 있다. 다른 실시예들에서, 노출 제어 디바이스는 방사선 경로를 따라, 특히 제 3 광축을 따라 출력 선택기로부터 상류에 포지셔닝될 수 있다. 후자의 경우에, 노출 제어 디바이스는 활성화될 때, 출력 선택기의 개개의 상태들 사이의 트랜지션 동안 방사선이 출력 선택기에 충돌하는 것을 방지한다. 이는, 구성요소들, 예를 들어, 필터 또는 미러 마운팅들이 방사선 경로를 통해 이동될 때 이들이 손상되는 것을 방지하는데 유리할 수 있다.
제 1 및 제 2 광학 필드들은 상이한 파장들을 가질 필요가 없다는 것이 인지될 것이다. 상이한 파장들에 대안적으로 또는 부가적으로, 제 1 및 제 2 광학 필드들은 하나 이상의 다른 파라미터에 의해, 예를 들어, 그들의 편광에 의해 서로 상이할 수 있다. 일반적으로 두 개의 광학 필드들은 하나 이상의 파라미터에 의해 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 그들은 상이한 파장 및/또는 상이한 편광을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 상기 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 광학 필드를 출력으로 전달하기 위한 적어도 하나의 광학 출력 포트를 정의하는 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 상기 광학 출력 포트에 의해 상기 제 1, 제 2 및/또는 제 3 광학 필드들을 선택적으로 전달하도록 구성된다. 특히, 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 예를 들어, 상이한 파장들의 광학 필드를 상이한 타겟 위치들로 선택적으로 전달하기 위해, 상기 제 1, 제 2 및/또는 제 3 광학 필드들을 복수의 타겟 위치들로 선택적으로 전달하도록 구성된다. 본원에서 설명된 의료용 레이저 시스템의 실시예의 이점은, 예를 들어, 의료용 레이저 시스템의 출력을 타겟 영역 내의 새로운 타겟 위치로 지향시키기 위해 하나 이상의 광학 구성요소, 예를 들어, 미러를 이동시킴으로써 새로운 타겟 위치를 조사하도록 광학 전달 시스템이 조정되는 동안, 제 3 광학 필드의 생성이 선택적으로 억제될 수 있다는 것이다. 따라서, (예를 들어, 타겟 위치들 사이에서 이동하는 동안) 원하는 타겟 위치들 이외의 피부 영역들의 조사가 회피된다.
일부 실시예들에서, 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스는 빔 전달 구성요소에 의해 비선형 매체의 출력에 광학적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 레이저 소스들 및 비선형 매체로부터의 광학 출력은 예를 들어, 환자의 피부 상의 치료의 지점으로 편리하게 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔 전달 구성요소는 광 도파관, 광섬유, 관절식 암 및/또는 적어도 제 1 전달 미러 중 적어도 하나를 포함한다. 이러한 방식으로, 특히 사용자-친화적인 레이저 시스템이 달성될 수 있다. 레이저 시스템의 일 실시예에서, 섬유는 약 50 ㎛ 내지 약 1000 ㎛ 범위의 코어 직경을 갖는다.
일부 실시예들에서, 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스는 상기 치료 영역을 커버하는 개별 타겟 피부 영역들을 미리 설정된 패턴의 레이저 광으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 치료 영역은 단일 타겟 피부 영역일 수 있다.
대안적인 실시예들에서, 방사선 전달 디바이스는 반드시 핸드-헬드일 필요는 없다. 대신에, 방사선 전달 디바이스는 예를 들어, 부착되거나 그렇지 않으면 환자의 신체에 대해 고정적으로 포지셔닝되는 고정물로서, 예를 들어, 타겟 영역에 대해 방사선 전달 디바이스를 부착, 장착 또는 고정하기 위한 고정물 또는 장착 요소의 형태를 가질 수 있다.
본 설명의 목적을 위해, Q-스위치라는 용어는 레이저 공진기의 품질 계수(quality factor)를 변조하도록 동작 가능한 임의의 디바이스를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 다양한 기술들을 사용하는 능동 및 수동 Q-스위치들 및/또는 Q-스위치들을 포함하는 다양한 유형들의 Q-스위치들이 존재한다는 것이 인지될 것이다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 레이저 소스들 각각은 개개의 레이저 공진기 및 개개의 Q-스위치를 포함한다. 제 1 Q-스위치는 능동 유형일 수 있고 제 2 Q-스위치는 능동 또는 수동 유형일 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 Q-스위치들 각각은 능동 Q-스위치이다. 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 Q-스위치들 각각은 제어 회로에 의해 제어되는데, 예를 들어, 제어 회로에 의해 제공되는 개개의 트리거 신호에 의해 트리거된다. 이에 의해, 제 1 및 제 2 레이저 소스들은 개별적으로 실행되는 펄싱된 레이저 방출기들로서 동작 가능하도록 개별적으로 Q-스위칭될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제어 회로는 검출된 특성에 응답하여 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 제 1 및 제 2 Q-스위치들의 동작을 제어하도록 구성된다. 특히, 일부 실시예들에서, 제어 회로는 조정 가능한 지연 회로를 포함하고; 제어 회로는 트리거 신호를 생성하고 트리거 신호를 제 1 및 제 2 Q-스위치들 중 하나 및 조정 가능한 지연 회로에 포워딩하도록 구성되고; 조정 가능한 지연 회로는 트리거 신호에 대해 조정 가능한 지연만큼 지연된 트리거 신호의 지연된 버전을 제 1 및 제 2 Q-스위치들 중 다른 하나에 포워딩하도록 구성되고; 제어 회로는 검출된 특성에 응답하여 조정 가능한 지연을 조정하도록 구성된다. 트리거 신호는 마스터 클록에 의해 생성될 수 있다. 트리거 신호는 제 1 Q-스위치로 그리고 지연된 트리거 신호는 제 2 Q-스위치에 포워딩될 수 있거나 그 반대의 경우도 마찬가진데, 즉, 트리거 신호는 제 2 Q-스위치로 그리고 지연된 트리거 신호는 제 1 Q-스위치에 포워딩될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 2 Q-스위치는 수동 유형이다. 적합한 수동 Q-스위치들은 초기 투과율 및 최종 투과율을 갖는 매체를 포함하는 임의의 유형의 Q-스위치일 수 있으며, 여기서 투과율의 변화는 본질적으로 Q-스위치를 통해 전파되는 광학 필드의 광학 강도에 의해 야기된다. 이러한 수동 Q-스위치의 일 예는 포화 흡수제(saturable absorber)이다. 의료용 레이저 시스템의 일 실시예에서, 수동 Q-스위치는 Cr : YAG, V : YAG 및/또는 Cr : Forsterite를 포함한다. 수동 Q-스위치 재료의 이러한 선택은 1000-1400 nm 범위의 제 1 및 제 2 파장들에 대해 적합하다. 예를 들어, 다른 파장들에서 사용하기 위한, 수동 Q-스위치 재료들의 다른 선택들은 당업자에게 쉽게 알려져 있다. 예를 들어, 참조 문헌으로는, W. Koechner, "Solid-State Laser Engineering"[ Sixth Edition, Springer Inc., 2006]가 있다.
따라서, 수동 제 2 Q-스위치는 예를 들어, 제 2 레이저 소스의 설계에 의해 결정된 미리 결정된 펄스 반복률의 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 2 펄스 트레인은 클록 신호로서 사용될 수 있으며, 이에 기초하여, 제어 회로는 능동 제 1 Q-스위치를 제어하기 위한 트리거 신호를 생성하도록 구성된다.
당연히, 레이저 소스들 중 하나 또는 둘 모두가 하나 이상의 부가적인 Q-스위치(예를 들어, 모든 부가적인 Q-스위치들은 수동이거나 모두가 능동이거나 일부는 수동이고 일부는 능동임)을 포함하는 레이저 시스템이 또한 구상될 수 있다.
다른 대안으로, 제 2 레이저 소스는 예를 들어, Q-스위치를 사용하지 않는, 펄싱된 레이저 광을 생성하기 위한 상이한 유형의 펄싱된 레이저 소스일 수 있다. 일반적으로, 예를 들어, 제 3 광학 필드를 생성하기 위해 Q-스위칭 레이저 소스가 동기화될 수 있는 펄싱된 레이저 소스는 Q-스위치 이외의 수단에 의해 펄싱될 수 있다. 이러한 펄싱된 레이저들의 예들은 이득 스위칭 레이저(gain switched laser)들이고, 해당 예들은 이득 스위칭 반도체 레이저들이다. 이득 스위칭은 예를 들어, 다이오드 레이저에 대한 구동 전류를 변조하거나 반도체 디스크 레이저에 대한 광학 펌프/여기 광 강도를 변조함으로써 달성될 수 있다.
이득 스위칭 레이저의 다른 예는 광학 펌프/여기 광이 강도 변조될 수 있는 결정-기반 레이저 또는 유리-기반 레이저 이득 재료일 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 광학 필드를 생성하기 위해 Q-스위칭 레이저 소스가 동기화될 수 있는 제 2 레이저 소스는 다수의 스테이지들의 광학 펄스 생성 및 후속 증폭, 예를 들어, 마스터 오실레이터 전력 증폭기 레이저 소스를 포함할 수 있다. 이러한 시스템의 예는 펄싱된 다이오드 레이저에 의해 시딩된(seeded) 섬유 전력 증폭기이다. 다른 예에서, 전력 증폭기는 임의의 다른 광학 증폭기, 예를 들어, 결정 또는 유리 이득 매체-기반 증폭기 또는 반도체-기반 증폭기일 수 있다.
이러한 실시예들에서, 제어 회로는 이득 스위칭 펄싱된 레이저 시스템 및 Q-스위치 펄싱된 레이저 시스템 둘 모두에 대한 클록 신호를 생성할 수 있다. 지연된 클록 신호는 마찬가지로, 이득 스위칭 펄싱된 레이저 시스템 또는 Q-스위칭 펄싱된 레이저 시스템으로 라우팅될 수 있거나, 지연 또는 프로세싱된 클록 신호들은 이득 스위칭 및 Q-스위칭 레이저 시스템 둘 모두에 라우팅될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 2 레이저 소스는 제 2 레이저 공진기 및 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 제 2 이득 매체를 포함한다. 제 1 및/또는 제 2 레이저 공진기의 이득 매체는 결정 기반 및/또는 유리 기반 및/또는 섬유 기반 매체일 수 있다. 예를 들어, 결정-기반 이득 재료들은 슬래브들, 막대들, 블록들, 섬유들 또는 얇은 디스크들의 형상일 수 있다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 레이저 공진기의 이득 매체는 각각 제 1 또는 제 2 파장에서 이득을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 이득 매체들은 동작중인 대응하는 레이저 소스의 공진기 내에서 광학 파워 레벨을 유지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 이득 매체 및/또는 제 2 이득 매체 중 적어도 하나는 희토류 도핑된 결정을 포함한다. 제 1 이득 매체 및 제 2 이득 매체 둘 모두는 희토류 도핑된 결정들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제 1 또는 제 2 레이저 소스의 공진기에서 임의의 부가적인 이득 매체들은 희토류 도핑된 결정들을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 제 1 이득 매체 및/또는 제 2 이득 매체는 결정, 가스 이득 매체, 염료 이득 매체, 결정 이득 매체, 고체 상태 이득 매체, 또는 반도체 레이저 이득 매체 중 임의의 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 희토류 도핑된 결정은 Nd : YAG, Nd : YAP 및/또는 Nd : GdVO4와 같은 적어도 하나의 Nd-도핑된 호스트 재료를 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 이득 매체는 Er, Cr, Ho, Yb, Tm과 같은 다른 희토류 또는 전이 금속 도펀트들을 포함한다. 다른 적합한 호스트 재료들은 유리 또는 결정 재료들 이를테면, KGW, YVO4, YLF, Forsterite, LiCAF, ZBLAN 또는 다른 플루오라이드 또는 실리카 유리들일 수 있다. 예를 들어, 다른 파장들에서 사용하기 위한 이득 매체들 및 호스트 재료들의 다른 선택들은 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 참조 문헌으로는 W. Koechner "Solid-State Laser Engineering"[Sixth Edition, Springer Inc., 2006]이 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 레이저 공진기는 적어도 하나의 부가적인 제 1 이득 매체를 포함하고 그리고/또는 제 2 레이저 공진기는 적어도 하나의 부가적인 제 2 이득 매체를 포함한다. 이러한 방식으로, 상이한 이득 매체들의 이점들이 단일 레이저 공진기 내에서 결합될 수 있다.
각각의 레이저 소스는 예를 들어, 광학 필드를 성형하기 위한 추가의 광학 구성요소들 이를테면, 렌즈, 미러, 또는 다른 수동 또는 능동 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 특히, 제 1 레이저 공진기는 제 1 반사 요소 및 부분 반사적 제 1 출력 커플러(output coupler)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제 2 레이저 공진기는 제 2 반사 요소 및 부분 반사적 제 2 출력 커플러를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 반사 요소는 미러를 포함하고 그리고/또는 제 2 반사 요소는 미러를 포함한다. 따라서, 광범위한 적합한 미러들이 당업자에게 이용 가능하기 때문에, 효율적인 레이저 공진기가 달성될 수 있다. 미러는 예를 들어, 빔 포커싱에 대한 요건들에 의존하여, 높은 피크 파워들 등을 극복하기 위해 평평하거나, 볼록하거나, 또는 오목할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 반사 요소 및/또는 제 2 반사 요소는 섬유 브래그 격자 또는 벌크 격자와 같은 격자이다.
제 1 이득 매체는, 예를 들어, 제 1 레이저 공진기에 의해 정의된 바와 같이, 제 1 광축을 따라 제 1 광학 필드를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 레이저 소스는 예를 들어, 제 2 레이저 공진기에 의해 정의된 바와 같이, 제 2 광축을 따라 제 2 광학 필드를 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 비선형 매체는 제 3 광축을 따라 적어도 제 3 광학 필드를 생성하도록 구성될 수 있다. 여기서 광축은 광이 시스템을 통해 전파되는 경로를 정의하는 가상의 선으로서 이해될 것이다. 축은 예를 들어, 미러 또는 다른 광학 구성요소들에 의해 편향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 레이저 공진기 및 제 2 레이저 공진기는 적어도, 제 1 레이저 공진기의 길이의 일부 및 제 2 레이저 공진기의 길이의 일부에 걸친 공통 섹션에서 실질적으로 중첩되는 광축들을 갖도록 배열되며, 제 1 출력 커플러 및 제 2 출력 커플러는 공통 출력 커플러로서 제공된다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 광학 구성요소가 두 개의 레이저 공진기들 사이에서 공유될 수 있기 때문에, 콤팩트한 시스템이 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 광학 필드들은 실질적으로 평행한 비선형 매체를 통해 전파되고, 즉, 이에 따라, 비선형 매체에서, 제 1 광축은 제 2 광축과 평행하고, 예를 들어, 심지어 일치하게 된다. 따라서, 제 3 광축은 비선형 매체의 출력에서 제 1 및 제 2 광축들과 평행, 예를 들어, 일치할 수 있다. 따라서, 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들은 방사선 전달 디바이스에 편리하게 커플링되고 잘 정의된 타겟 영역으로 지향될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 비선형 매체에서 효율적인 변환 프로세스가 제공된다.
예를 들어, 제 1 출력 커플러는 제 1 파장에서 적어도 약 60 %, 이를테면, 적어도 약 65 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 75 %, 또는 적어도 약 80 %, 적어도 약 85 %, 또는 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 95 %의 반사율을 갖는 제 1 미러일 수 있다. 유사하게, 제 2 출력 커플러는 제 2 파장에서 적어도 약 60 %, 이를테면, 적어도 약 65 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 75 %, 또는 적어도 약 80 %, 적어도 약 85 %, 또는 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 95 %의 반사율을 갖는 제 2 미러일 수 있다. 유사하게, 공통 출력 커플러는 제 1 및 제 2 파장들 각각에서 이러한 반사율을 가질 수 있다. 이러한 미러는 알려진 기술들에 의해 쉽게 생성되고, 예를 들어, 불화물들 및 산화물들과 같은 다수의 유전체 재료 층들로 비-흡수성의 투명 기판들을 코팅함으로써 획득될 수 있다.
제 1 및 제 2 광학 필드들 각각은 동일하거나 상이한 파장들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 레이저 소스들 중 하나는 약 1020 nm 내지 약 1080 nm 범위, 예를 들어, 1064 nm의 제 1 파장으로 레이징(lasing)하도록 적응되고, 제 1 및 제 2 레이저 소스들 중 다른 하나는 약 1300 nm 내지 약 1350 nm 범위, 예를 들어, 1319 nm의 제 2 파장으로 레이징하도록 적응된다. 이러한 파장 범위들 내의 광은 다양한 피부 컨디션들의 치료들에 특히 유용하다. 광학 필드의 파장은 이 문서 전반에 걸쳐, 필드의 진공 파장으로서 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 비선형 매체는 적어도 하나의 비선형 결정을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 비선형 매체는 2개, 3개 또는 그 이상의 비선형 결정들을 포함한다. 이러한 방식으로, 제 1 광학 필드 및/또는 제 2 광학 필드 역으로의 제 1 광학 필드의 역변환과 같은 문제들이 완화될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 비선형 매체는 고도의 비선형 섬유를 포함한다.
일부 실시예들에서, 비선형 결정은 LBO, BBO, KTP, BiBO PP(periodically poled) LN 또는 LT로부터 선택된다. 이러한 비선형 결정들의 선택들은 가시 범위의 광, 예를 들어, 적외선으로부터의 황색 광의 생성에 적합하다.
비선형 상호작용은 SFG(sum-frequency-generation), DFG(Difference Frequency Generation) 또는 SHG(second harmonic generation)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 비선형 매체는 특히, 제 1 및 제 2 광학 필드들은 상이한 파장들을 갖는 경우에, 제 1 광학 필드 및 제 2 광학 필드로부터 합산(sum) 주파수 생성 또는 차분(difference) 주파수 생성에 의해 제 3 광학 필드를 생성하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제 3 광학 필드는 제 1 및 제 2 광학 필드들로부터 편리하게 생성될 수 있다. 더욱이, 이러한 비선형 프로세스의 선택은 더 긴 파장들의, 예를 들어, 적외선 범위의 광으로부터 레이저 광을 생성함으로써, 더 짧은 파장들의, 예를 들어, 가시 범위 내의 이러한 광을 획득하는데 있어서의 어려움들을 완화할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 3 파장은 570 nm 내지 620 nm, 예를 들어, 589 nm이다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 제 1 이득 매체 및/또는 제 2 이득 매체를 광학적으로 펌핑(pumping)하기 위한 적어도 하나의 광학 펌프 소스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 제 1 이득 매체를 펌핑하기 위한 적어도 하나의 제 1 광학 펌프 소스 및 제 2 이득 매체를 펌핑하기 위한 적어도 하나의 제 2 광학 펌프 소스를 포함한다. 이러한 방식으로, 간단한 시스템이 달성될 수 있으며, 여기서 제 1 광학 필드 및 제 2 광학 필드에서 광학 파워의 제어는, 각각 제 1 펌프 소스 또는 제 2 펌프 소스의 파워를 조정함으로써 개별적으로 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 이득 매체는 실질적으로 제 1 광축을 따라 펌핑되고 그리고/또는 제 2 이득 매체는 실질적으로 제 2 광축을 따라 펌핑된다. 이러한 방식으로 이득 매체를 최종 펌핑하는 것은 예를 들어, 일반적으로 광축에 수직인 펌핑보다 펌프 효율적이다. 대안적인 실시예들에서, 제 1 이득 매체 및/또는 제 2 이득 매체는 사이드-펌핑된다.
일부 실시예들에서, 펌프 소스 또는 각각의 펌프 소스는 하나 이상의 레이저 다이오드를 포함한다. 이러한 다이오드들은 저렴하고 기계적으로 견고하며 실질적으로 유지 보수가 필요 없다. 특히, 일부 실시예들에서, 펌프 소스의 하나 이상의 레이저 다이오드는 약 800 nm 내지 약 900 nm의 범위 이를테면, 약 805 nm 내지 약 815 nm의 범위 또는 약 880 nm 내지 약 890 nm의 범위, 또는 심지어 약 808 nm 또는 약 885 nm의 파장을 갖는 레이저 광을 방출한다. 대안적인 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 2개의 펌프 소스들을 포함하며, 펌프 소스의 하나 이상의 레이저 다이오드는 이를테면, 900 nm 내지 1000 nm의 상이한 파장들을 갖는 레이저 광을 방출한다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 예를 들어, 제 1 및 제 2 이득 매체들이 개개의 파장들에서 펌핑되도록 개개의 파장의 레이저 광을 방출하는 2개의 펌프 소스들을 포함한다.
본원에서 개시된 의료용 레이저 시스템의 실시예들은 특히 예를 들어, 미용 피부 치료를 위한 피부과 레이저 시스템으로서 적합하지만, 배타적이지는 않다. 따라서, 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 미용 피부 치료를 위해 이를테면, 피부의 주름들 또는 잔주름들의 순수 미용 치료, 주근깨 제거 등을 위해 구성된다. 일부 실시예들에서, 미용 치료는 피부의 광 회춘(photo rejuvenation)이다. 이를 위해, 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스를 통해 동시에 또는 연속적으로 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 별개의 파장들을 갖는 레이저 광으로 사용자-선택 가능한 타겟 피부 영역을 조사하도록 구성된다. 복수의 파장을 동시에 또는 빠르게 연속적으로 전달함으로써, 개선된 치료가 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 펄싱된 레이저 광의 하나 이상의 버스트에 의해 타겟 피부 영역을 조사하도록 구성되며, 각각의 버스트는 레이저 펄스들의 펄스 트레인을 포함하고, 레이저 광은 피부의 구성 성분들을 가열하기에 적합한 하나 이상의 파장 구성요소를 갖는다.
일부 실시예들에서, 제 3 파장은 약 510 nm 내지 약 620 nm의 범위, 이를테면, 약 510 nm 내지 약 600 nm의 범위로부터 선택된다. 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 파장들 중 하나 또는 둘 모두는 약 1020 nm 내지 약 1080 nm의 범위 및/또는 약 1300 nm 내지 약 1350 nm의 범위로부터 선택된다. 다른 실시예들에서, 다른 파장들이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 3 파장은 약 570 nm 내지 약 600 nm의 범위로부터 선택되고, 제 1 및 제 2 파장들 중 하나는 약 1020 nm 내지 약 1080 nm의 범위로부터 선택되고, 제 1 및 제 2 파장들 중 다른 하나는, 각각 약 589 nm, 약 1064 nm 및 약 1319 nm와 같이, 또는 각각 약 593 nm, 약 1064 nm 및 약 1341 nm와 같이, 또는 심지어 약 598 nm, 약 1079 nm 및 약 1341 nm와 같이 약 1300 nm 내지 약 1350 nm의 범위로부터 선택된다. 이러한 파장들은 다양한 피부 문제들의 치료 시에 별개로 사용될 수 있고 층들 내로의 파장들의 상이한 흡수/침투로 인해 피부 층들과 상호작용하는 상이한 방식들을 가질 수 있다. 예를 들어, 약 570 nm 내지 약 600 nm의 범위의 파장들을 갖는 광은, 작은 혈관들의 치료, 피부의 적색 변색, 과색소 침착(hyper-pigmentation)을 위해 그리고 콜라겐 성장을 자극하는 데 사용될 수 있다. 약 1064 nm 또는 약 1079 nm의 파장들을 갖는 광은, 멜라닌, 헤모글로빈 및 물의 낮은 흡수로 인해 매우 양호한 침투를 갖고 콜라겐 성장을 자극하고 더 깊은 누워있는 혈관들을 치료하는 데 사용할 수 있다. 약 1319 nm 또는 1350 nm의 파장들을 갖는 광은 양호한 침투를 갖지만, 예를 들어, 1064 nm 또는 1079 nm 광보다 물 및 지방 조직에서 더 높은 흡수를 가지며, 피부 탄력을 개선하고 콜라겐 성장을 자극하는 데 사용될 수 있다. 다수의 파장들 사이를 빠르게 스위칭할 수 있는 레이저 시스템은 치료 시간의 감소를 허용한다.
다른 실시예들에서, 제 1 파장은 약 900 nm 내지 약 980 nm의 범위로부터 선택되며, 예를 들어, 제 1 파장은 946 nm가 되도록 선택될 수 있다. 제 2 파장은 약 1350 nm 내지 약 1650 nm의 범위 또는 약 1500 nm 내지 약 1600 nm의 범위로부터 선택될 수 있으며, 예를 들어, 제 2 파장은 1550 nm가 되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장은 예를 들어, Er : 유리 이득 매체를 사용하여 1550 nm가 되도록 선택될 수 있고, 제 2 파장은 예를 들어, Nd(: YAG) 이득 매체를 사용하여 946 nm가 되도록 선택될 수 있고 이에 따라, 약 587 nm의 제 3 파장을 초래한다. 대안적으로, Er : 섬유 또는 Cr + 4 이를테면, Cr : YAG 이득 매체 또는 다른 적합한 이득 매체는 1350 nm ― 1650 nm의 범위의 제 1 파장을 제공하는데 사용될 수 있고, Nd : xxx 이득 매체 또는 다른 적합한 이득 매체는 900 nm ― 950 nm의 범위의 제 2 파장(예를 들어, 914 nm 또는 946 nm)을 제공하는데 사용될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 제 1 파장은 약 1100 nm 내지 약 1370 nm, 예를 들어, 1285 nm 내지 1370 nm의 범위로부터 선택된다. 제 2 파장은 약 1030 nm 내지 약 1080 nm의 범위로부터 선택되는데, 예를 들어, 1064 nm 또는 1030 nm 또는 심지어 1080 nm일 수 있다. 예를 들어, Cr + 4 이를테면, Cr : Forsterite(튜닝 가능한) 매체 또는 다른 적합한 이득 매체는 1100 nm ― 1370 nm의 범위의 파장을 제공하는데 사용될 수 있고, Nd-도핑된 이득 매체 또는 다른 적합한 매체는 1030 nm ― 1080 nm의 범위의 파장을 제공하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 파장들은 동일하고 제 1 및 제 2 광학 필드들은 상이한 편광 상태들 예를 들어, 수직 및 수평 편광 상태를 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 파장들은 1064 nm와 같이 약 1020 nm 내지 약 1080 nm의 범위에 있다. 제 3 파장은 532 nm와 같이 약 510 nm 내지 약 540 nm일 수 있다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 적어도 하나의 비선형 매체에 2개보다 많은 광학 필드들 예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 4 광학 필드를 공급하도록 동작 가능하다. 제 4 광학 필드는 제 4 파장을 가질 수 있으며, 이는 제 1 및 제 2 파장들 중 하나 또는 둘 모두와 동일한 파장 또는 제 1 및 제 2 파장들과 상이한 파장일 수 있다. 제 4 광학 필드는 제 4 광축을 따른 제 4 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 형태일 수 있다. 제 4 광축은 비선형 매체에서, 제 1 및/또는 제 2 광축과 평행, 예를 들어, 일치할 수 있다.
이를 위해, 레이저 시스템은 제 1 또는 제 2 레이저 소스와 관련하여 설명된 바와 같이, 예를 들어, 레이저 공진기, 추가의 이득 매체 및 추가의 Q-스위치를 포함하는 추가의 레이저 소스를 포함할 수 있다. 추가의 레이저 소스는 추가의 펌프 소스에 의해 펌핑될 수 있다. 추가의 Q-스위치는 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 이를 위해, 제어 신호는 추가의 조정 가능한 지연에 의해 추가의 Q-스위치의 동작을 제어할 수 있다.
따라서, 제어 회로는 제 1, 제 2 및 제 4 펄스 트레인(및 선택적으로 다른 추가의 펄스 트레인들)의 펄스들의 상대적 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다. 제 1 및 제 4 펄스 트레인들의 레이저 펄스들이 적어도 하나의 비선형 매체에서 시간적으로 중첩될 때, 제 5 광학 필드는 제 1 및 제 4 광학 필드들 간의 비선형 상호작용에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 대안적으로 또는 부가적으로, 제 2 및 제 4 펄스 트레인들의 레이저 펄스들이 적어도 하나의 비선형 매체에서 시간적으로 중첩될 때, 제 6 광학 필드는 제 2 및 제 4 광학 필드들 간의 비선형 상호작용에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 제어 회로는 개개의 펄스 트레인들 사이의 상대적 지연들을 제어함으로써 어느 광학 필드(들)가 레이저 시스템의 출력 방사선에 포함될지를 선택적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 비선형 매체는,
- 제 1 및 제 2 광학 필드들로부터 제 3 광학 필드를 생성하도록 동작 가능한 제 1 비선형 매체; 및
- 제 1 및 제 2 광학 필드들로부터 제 5 광학 필드를 생성하도록 동작 가능한 제 2 비선형 매체를 포함한다.
제 1 및 제 2 비선형 매체들은, 제 1, 제 2 및 제 4 광학 필드들이 제 1 비선형 매체에 의해 생성된 임의의 제 3 광학 필드와 함께, 제 1 비선형 매체를 통해 그리고 그 후 제 2 비선형 매체를 통해 공급되도록 배열될 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 필드들의 레이저 펄스들이 제 1 비선형 매체에서 중첩될 때, 출력 방사선은 제 3 광학 필드를 포함한다. 제 1 및 제 4 광학 필드들의 레이저 펄스들이 제 2 비선형 매체에서 중첩될 때, 출력 방사선은 제 5 광학 필드를 포함한다. 이 예에서, 제 2 및 제 4 펄스 트레인들의 상대적 타이밍은 이들이 제 1 또는 제 2 비선형 매체들에서 중첩되지 않도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 그들의 상대적 타이밍은 또한 그들의 레이저 펄스들이 비선형 매체들 중 적어도 하나에서 선택적으로 중첩되도록 조정 가능해질 수 있다.
일반적으로, 본원에서 개시된 의료용 레이저 시스템의 실시예들은 개선된 치료를 제공하는 한편, 레이저 시스템의 소형화, 사용의 용이성 및/또는 경제적 혜택들과 같은 이점들이 유지된다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 펄싱된 레이저 광의 버스트들로 타겟 피부 영역을 조사하도록 구성되며, 각각의 버스트는 약 0.5 ms 내지 약 1000 ms 이를테면, 약 0.5 ms 내지 약 900 ms, 이를테면, 약 0.5 ms 내지 약 800 ms, 이를테면, 약 0.5 ms 내지 약 600 ms, 이를테면, 약 0.5 ms 내지 약 400 ms, 이를테면, 약 0.5 ms 약 300 ms, 이를테면, 약 10 ms 내지 약 200 ms, 또는 심지어 약 20 ms 내지 약 100 ms, 또는 약 10 ms 내지 약 40 ms, 또는 약 0.5 ms 내지 약 40 ms, 이를테면, 약 1 ms 내지 약 20 ms, 이를테면, 약 0.5 ms 내지 약 4 ms의 범위의 지속기간을 갖는다. 버스트 반복률은 상당히 변동될 수 있고, 일부 실시예들에서 0.1 Hz 내지 20 Hz, 이를테면, 0.1 Hz 내지 10 Hz 이를테면, 0.1 Hz 내지 5 Hz의 범위에서 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 훨씬 더 낮거나 더 높은 반복률들이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 버스트의 개별 펄스들 사이의 펄스 반복률은 0.5 Hz 내지 500 kHz, 이를테면, 1 Hz 내지 500 kHz, 이를테면, 5 Hz 내지 500 kHz, 이를테면, 10 Hz 내지 200 kHz, 이를테면, 1 kHz 내지 100 kHz, 예를 들어, 5 kHz 내지 30 kHz, 이를테면, 10 kHz 내지 20 kHz의 범위에서 선택될 수 있다. 펄스 반복률의 선택은 레이저 시스템의 구성요소들에 의존할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 펄스 반복률은 모든 광학 필드들에 대해 동일할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 펄스 반복률은 필드마다 및/또는 시간이 지남에 따라 변동될 수 있다.
일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 각각의 별개의 파장에 대해 약 15 J/cm2 내지 약 150 J/cm2의 범위에서 타겟 영역의 총 방사 노출을 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 의료용 레이저 시스템은 별개의 파장마다 약 5 J/cm2 내지 약 100 J/cm2의 범위, 예를 들어, 각각의 별개의 파장에 대해 약 5 J/cm2 내지 약 50 J/cm2의 범위에서 타겟 영역의 총 방사 노출을 전달하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스는 치료 영역을 커버하는 개별 타겟 피부 영역들의 스캐닝 패턴으로 빔을 스캔하도록 구성된다. 스캐닝 패턴은 다수의 미리 프로그래밍된 패턴들 중에서 미리 세팅되거나 선택 가능할 수 있거나, 또는 심지어 예를 들어, 레이저 시스템의 사용자에 의해 직접 프로그래밍 가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스캐닝 패턴은 개별 타겟 피부 영역들인 "스폿들"의 직사각형 패턴이며, 패턴은 예를 들어, 5x5 패턴 또는 예를 들어, 6x6 패턴, 또는 예를 들어, 7x7 패턴 또는 예를 들어, 3 내지 15 x 3 내지 15 스폿들의 범위의 가변 스폿 밀도를 갖는 패턴과 같이 각각의 방향에서 3 내지 15개의 스폿들로 구성된다.
일부 실시예들에서, 상기 스캐닝 패턴의 개별 타겟 피부 영역들은 예를 들어, 서로 직후에 직접 시퀀스로 조사될 때 2개의 이웃 타겟 피부 영역들이 상이한 파장들로 조사되도록, 교호하는 파장들로 어드레싱된다. 순차적으로 2개의 이웃 타겟 피부 영역들에 대한 노출을 회피하거나, 또는 적어도, 동일한 파장을 이용한 노출을 회피하는 것은 치료 영역에 대한 일반적인 손상의 위험을 감소시킨다. 일부 실시예들에서, 상기 개별 타겟 피부 영역 포지션에서의 체류 시간(dwell time)은 약 0.5 ms 내지 약 100 ms, 이를테면, 0.5 ms 내지 10 ms, 예를 들어, 0.5 ms 내지 4 ms의 범위에 있다.
일부 실시예에서, 스캔된 치료 영역은, 각각의 변을 따른 범위가 예를 들어, 3 mm x 3 mm 영역, 또는 예를 들어, 5 mm x 5 mm 영역, 또는 예를 들어, 5 mm x 10 mm 영역, 또는 심지어 예를 들어, 10 mm x 10 mm 영역과 같이 약 3 mm 내지 약 10 mm 범위를 갖는 직사각형을 실질적으로 형성한다.
일부 실시예들에서, 타겟 피부 영역의 직경 또는 최대 범위와 같은 크기는 약 0.8 mm 내지 약 5.0 mm의 범위에 있도록 이를테면, 약 1.0 mm, 이를테면, 약 2.0 mm, 이를테면, 약 3.0 mm, 또는 심지어 이를테면, 약 4.0 mm가 되도록 선택된다. 타겟 피부 영역의 크기는 레이저 광의 피부 상의 스폿 크기, 즉 피부 상의 조사된 스폿에 의해 정의될 수 있다.
본원에서 설명된 의료용 레이저 시스템의 실시예들은 제 3 광학 필드의 빠른 스위칭 및/또는 효율적인 제어를 용이하게 하기 때문에, 이 실시예들은, 예를 들어, 타겟 영역 및/또는 레이저 출력의 측정들에 기초한 의료용 레이저 시스템의 출력의 실시간 자동 제어에 특히 유용하다. 이를 위해, 레이저 시스템은 타겟 영역에 대한 레이저 출력의 효과를 검출하거나 모니터링하도록 동작 가능한 센서를 포함할 수 있다. 그 후, 제어 회로는 검출 또는 모니터링된 효과에 응답하여 (특히 조정 가능한 지연을 조정함으로써) 제 3 광학 필드의 생성을 제어하도록 구성될 수 있다. 효과의 예들은 온도, 광 강도 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서는 치료 동안 타겟 영역의 이미지들을 캡처하도록 구성된 카메라를 포함하고, 의료용 레이저 시스템은 타겟 영역에 대한 레이저 출력의 효과를 결정하기 위해 카메라에 의해 캡처된 하나 이상의 이미지를 프로세싱하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용은 위에서 그리고 아래에서 설명되는 방법, 추가의 방법들, 시스템들, 디바이스들 및 제품 수단들을 포함하는 상이한 양상들에 관한 것이며, 각각은 다른 양상들 중 하나 이상과 관련하여 설명된 장점들 및 이점들 중 하나 이상을 산출하고, 각각은 본원에서 설명된 및/또는 첨부된 청구 범위에 개시된 다른 양상들 중 하나 이상과 관련하여 설명된 실시예들에 대응하는 하나 이상의 실시예를 갖는다.
특히, 본원에서 개시된 다른 양상은 의료용 레이저 시스템을 제어하기 위한 방법의 실시예에 관한 것이며, 이 의료용 레이저 시스템은,
- 제 1 레이저 공진기, 적어도 제 1 이득 매체, 및 제 1 레이저 공진기의 공진 품질을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 Q-스위치를 포함하는 제 1 레이저 소스;
- 제 2 레이저 소스;
- 제 1 광학 필드와 제 2 광학 필드 사이의 비선형 상호작용에 의해 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체;
- 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 검출하도록 구성된 센서를 포함하고,
방법은,
- 제 1 레이저 소스가 제 1 광학 필드를 생성하게 하는 단계;
- 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 제 1 Q-스위치를 제어하는 단계;
- 제 2 레이저 소스가 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 2 광학 필드를 생성하게 하는 단계;
- 센서로부터 센서 신호를 수신하는 단계 ― 센서 신호는 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 표시함 ― ;
- 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인(pulse train)의 레이저 펄스들로서 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 제 1 Q-스위치를 제어하는 단계;
- 수신된 센서 신호에 응답하여 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 제 1 Q-스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
위의 및 다른 양상들은 도면을 참조하여 아래에서 설명되는 실시예들로부터 명백하고 명확해질 것이다.
도 1은 의료용 레이저 시스템의 일 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 의료용 레이저 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 3은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4는 비선형 매체에서 레이저 펄스들의 상대적 타이밍의 제어를 개략적으로 예시한다.
도 5는 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 6은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 7은 도 6의 실시예의 동작을 예시한다.
도 8은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 9는 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 1은 의료용 레이저 시스템의 일 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 의료용 레이저 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 3은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4는 비선형 매체에서 레이저 펄스들의 상대적 타이밍의 제어를 개략적으로 예시한다.
도 5는 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 6은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 7은 도 6의 실시예의 동작을 예시한다.
도 8은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 9는 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 1은 의료용 레이저 시스템의 일 실시예를 개략적으로 예시한다. 일반적으로, 참조 번호 100가 지정된 의료용 레이저 시스템은 제 1 레이저 소스(120) 및 제 2 레이저 소스(170)를 포함한다. 제 1 레이저 소스(120) 및 제 2 레이저 소스(170) 둘 모두는 각각, 제 1 및 제 2 광학 필드들을 생성하기 위해 개개의 공동들 또는 다른 공진기들(128, 178)의 형태로 각각 제공될 수 있다.
제 1 레이저 소스(120)는 1064 nm의 제 1 파장의 광을 방출할 수 있는 네오디늄(Nd) 도핑된 호스트 재료 이를테면, Nd : YAG의 제 1 이득 매체(121)를 포함한다. 제 1 이득 매체(121)는 공진기(128)에 의해 정의된 제 1 광축 상에서, 제 1 레이저 소스의 공진기(128) 내부에 위치된다. 제 1 레이저 소스(120)의 레이저 공진기는 일 측 상에서 미러와 같은 제 1 반사 요소(122)에 의해 접경된다. 제 1 레이저 소스의 공진기(128)는 제 2 측 상에서, 순환 레이저 필드의 부분들을 커플링 아웃(couple out)하도록 제 1 광학 필드에 대해 부분적으로 반사성인 부분 반사성 제 1 출력 커플러(123)에 의해 접경된다. 제 1 출력 커플러는 1064 nm의 제 1 파장에서 부분적으로 반사성이다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 약 1064 nm의 파장을 갖는 광에 대한 반사율은 적어도 약 60 %, 이를테면, 적어도 약 65 % 또는 적어도 약 70 %, 또는 심지어 적어도 약 75 % 또는 적어도 약 80 %이다. 이러한 출력 커플러는 알려진 기술들에 의해 쉽게 생성되고, 예를 들어, 불화물들 및 산화물들과 같은 다수의 유전체 재료 층들로 비-흡수성의 투명 기판들을 코팅함으로써 달성되는 미러로서 제공될 수 있다. 제 1 레이저 소스는 제 1 광축을 따라 제 1 파장의 제 1 광학 필드(125)를 출력한다.
유사하게, 제 2 레이저 소스(170)는 제 2 레이저 소스(170)의 공진기(178)에 의해 정의된 제 2 광축(117) 상에서, 제 2 공진기(178) 내부에 제 2 이득 매체(171)를 포함한다. 제 2 이득 매체는 1319 nm의 제 2 파장의 광을 방출할 수 있는 Nd 도핑된 호스트 재료 이를테면, Nd : YAG를 포함한다. 제 2 레이저 소스(170)의 공진기(178)는 제 2 반사 요소(172), 및 제 2 광학 필드에 대해 부분적으로 반사성인 부분 반사성 제 2 출력 커플러(173)에 의해 접경되어서, 제 2 레이저 소스의 공진기로부터의 순환 레이저 필드의 부분들을 커플링 아웃한다. 제 2 출력 커플러는 1319 nm의 제 2 파장에서 부분적으로 반사성이다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 약 1319 nm에서 제 2 출력 커플러의 반사율은 적어도 약 85 %, 이를테면, 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 95 %이다. 제 2 레이저 소스는 제 2 광축을 따라 제 2 파장의 제 2 광학 필드(175)를 출력한다.
도 1에서는 완전히 분리된 공동들로서 도시되지만, 제 1 레이저 소스(120) 및 제 2 레이저 소스(170)의 공진기들은 공통 섹션으로서 지칭되는 공동의 부분들 공유할 수 있다. 공통 섹션 내에서, 제 1 광축 및 제 2 광축은 실질적으로 일치하거나 평행할 수 있다.
적합한 이득 재료들의 다른 예들은 약 1079 nm 또는 약 1341 nm에서 레이징할 수 있는 Nd : YAP, 약 1064 nm 또는 약 1341 nm에서 레이징할 수 있는 Nd : GdVO4, 또는 약 1030 nm에서 방출하는 Yb : YAG를 포함한다. 다른 추가의 예들은 Nd, Er, Yb, Cr 및 Ho와 같은 활성 희토류 또는 전이 금속 이온들로 도핑된 YAG, forsterite, YAP, YVO4, LiCAF 및 KGW와 같은 결정 호스트들을 포함한다. 선택적으로, 호스트는 실리카 유리 또는 플루오라이드 유리일 수 있다. 제 1 이득 매체(121) 및 제 2 이득 매체(171)는 동일한 종류일 것을 요구하지 않는데, 예를 들어, 제 1 이득 매체(121)는 1064 nm에서 방출하는 Nd : YAG이고 제 2 이득 매체(171)는 1341 nm에서 방출하는 Nd : YAP이다. 레이저 시스템(100)이 사용되는 특정 용도마다 다른 조합들이 적합할 수 있으며, 본 개시내용의 이점들을 고려하여 당업자들에게 쉽게 명백해질 것이다.
일반적으로, 일부 실시예들에서, 제 1 및/또는 제 2 광학 필드들의 파장들은 1000 nm ― 1250 nm의 범위, 또는 1150 nm ― 1200 nm의 범위, 예를 들어, 1170 nm -1190 nm의 범위, 예를 들어, 1178 nm 또는 심지어 1020 ― 1080의 nm 범위, 예를 들어, 1064 nm이다. 제 3 파장은 500 nm ― 625 nm의 범위 이를테면, 575 nm ― 600 nm의 범위 이를테면, 585 nm ― 595 nm의 범위, 이를테면, 589 nm, 또는 심지어 510 nm ― 540 nm의 범위, 예를 들어, 532 nm일 수 있다.
의료용 레이저 시스템은 제 1 이득 매체(121)에 커플링된 제 1 Q-스위치(124)를 포함한다. 활성화되면, 제 1 능동 Q-스위치는 제 1 파장에서 제 1 이득 매체에 대한 공진의 품질 계수(Q)를 변경한다. 제 1 Q-스위치는 음향-광학 변조기일 수 있다. 레이저 시스템은 추가로, 제 1 드라이버(131) 예를 들어, RF-생성기 또는 고전압 생성기에 의해 제어되는 전기-광학 변조기를 더 포함한다. 제 1 드라이버는 수신된 트리거 신호에 응답하여 Q-스위치를 활성화하도록 동작 가능하다.
유사하게, 의료용 레이저 시스템은 제 2 이득 매체(171)에 커플링된 제 2 Q-스위치(174)를 포함한다. 활성화되면, 제 2 능동 Q-스위치는 제 2 파장에서 제 2 이득 매체에 대한 공진의 품질 계수(Q)를 변경한다. 제 2 Q-스위치는 음향-광학 변조기일 수 있다. 레이저 시스템은 추가로, 제 2 드라이버(132) 예를 들어, RF-생성기 또는 고전압 생성기에 의해 제어되는 전기-광학 변조기를 더 포함한다. 제 2 드라이버는 수신된 트리거 신호에 응답하여 Q-스위치를 활성화하도록 동작 가능하다.
대안적으로, Q-스위치들 중 하나는 예를 들어, Cr : YAG, V : YAG 및/또는 Cr : Forsterite를 포함하는 수동 유형일 수 있다.
제 1 광학 필드 및 제 2 광학 필드는 실질적으로 공통의 광축들을 갖도록 결합된다. 이는, 본질적으로 다른 파장에 대해서는 반사성이면서, 제 1 또는 제 2 파장에 대해서는 본질적으로 투과성인 이색성 미러와 같은 빔 결합기(142)를 활용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 미러는 약 1064 nm의 파장을 가진 광에 대해 본질적으로 투과성인 반면, 약 1319 nm의 파장을 가진 광에 대한 반사율은 적어도 약 95 % 이를테면, 적어도 약 99 %이다. 이러한 방식으로, 2개의 빔들은 겹쳐질 수 있다. 빔 결합기의 다른 예는 분산 프리즘이다. 빔 결합기들의 다른 예들은 반사 격자들 및 투과 격자들이다.
레이저 시스템은 제 3 광학 필드로의 제 1 광학 필드 및 제 2 광학 필드의 합산 주파수 생성 변환을 위한 비선형 매체(140)를 포함한다. 비선형 매체는 빔 결합기(142)로부터 결합된 제 1 및 제 2 광학 필드들을 수신한다. 합산 주파수 생성을 위한 비선형 매체(140)는 여기서 LBO 결정에 의해 구현된다. LBO는 비-임계적(non-critical) 위상 매칭을 위해 배열될 수 있다. LBO 결정의 통상적인 길이는 약 10 mm 내지 약 50 mm의 범위, 이를테면, 약 15 mm 내지 약 25 mm의 범위, 또는 심지어 약 20 mm이다. 다른 실시예들에서, 다른 유형들의 비선형 매체들이 활용될 수 있고 그리고/또는 다른 비선형 프로세스들이 이용될 수 있다.
레이저 시스템은 제 1 레이저 소스의 공진기를 광학적으로 펌핑하기 위한 제 1 펌프 소스(110), 및 제 2 레이저 소스의 공진기를 광학적으로 펌핑하기 위한 제 2 펌프 소스(160)를 포함한다. 예를 들어, 펌프 소스들은 섬유-커플링 레이저 다이오드들일 수 있다. 통상적인 펌프 파장들은 약 808 nm 또는 약 885 nm일 수 있다.
레이저 시스템은 레이저 시스템의 다양한 구성요소들을 제어하기 위한 제어 회로(130)를 더 포함한다. 특히, 제어 회로는 펌프 소스들의 동작을 제어하고 Q-스위치들을 트리거하기 위한 트리거 신호를 생성하도록 동작 가능하다. 제어 회로는 위상-고정 루프 구성요소, FPGA 및 CPLD와 같은 적합한 마이크로프로세서에 의해 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 제어 회로는 단일 기능 블록 또는 다수의 기능 블록들로서 구현될 수 있다. 특히, 제어 회로는 조정 가능한 지연 회로(133)를 통해 제 1 드라이버(131)에 그리고 제 2 드라이버(132)에 포워딩되는 트리거 신호(134)를 생성한다. 물론, 대안적으로, 지연 회로는 제 2 드라이버에 대한 제어 신호로부터의 트리거 신호의 신호 경로에 포지셔닝될 수 있다. 다른 대안으로, 트리거 신호들 둘 모두가 개개의 조정 가능한 지연들에 의해 지연될 수 있다. 드라이버들(131 및 132)은 개개의 Q-스위치를 제어하여 개개의 이득 매체들의 품질 계수를 교호적으로 증가 및 감소시킨다. 따라서, 각각의 레이저 소스는 짧은 레이저 펄스들의 시퀀스(또는 트레인)를 출력한다. 개개의 펄스 트레인들은 비선형 매체(140)에 도달한다. 제어 회로(130)는 제 1 레이저 소스로부터의 레이저 펄스들이 제 2 레이저 소스로부터의 대응하는 레이저 펄스들과 동시에 비선형 매체에 도달하도록, 즉, 비선형 매체에서 제 1 레이저 소스로부터의 레이저 펄스들이 제 2 레이저 소스로부터의 개개의 펄스들과 일치(또는 적어도 시간적으로 중첩)하도록 조정 가능한 지연(133)을 제어할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 레이저 소스로부터의 레이저 펄스들은 제 3 광학 필드의 레이저 펄스들을 생성하도록 비선형 매체에서 상호작용할 수 있다. 따라서, 제어 회로(130)는 비선형 매체(140)에 의해 출력되는 레이저 광(141)이 비선형 프로세스에 기인한 제 3 광학 필드의 광을 포함하도록 조정 가능한 지연(133)을 제어할 수 있다. 제 3 광학 필드의 광량은 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 인입 펄스들의 시간적 중첩량과 같은 비선형 매체의 동작 조건들에 의존한다. 임의의 경우에, 비선형 매체로부터의 출력(141)은 또한 제 1 및/또는 제 2 파장의 특정 광량을 포함할 수 있다.
대안적으로, 제어 회로(130)는, 비선형 매체에서, 제 1 레이저 소스로부터의 펄스들이 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들 사이의 갭들(중단(pause)들))과 일치하도록, 즉, 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들이 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하지 않도록 조정 가능한 지연(133)을 제어할 수 있다. 따라서, 이러한 조정 가능한 지연의 세팅을 통해, 제 1 및 제 2 광학 필드들 사이의 어떠한 효율적인 상호작용도 비선형 매체에서 발생하지 않을 수 있고, 비선형 매체로부터의 출력(141)은 제 1 및 제 2 파장들의 개개의 펄스 트레인들만을 포함할 것이다.
만약 원한다면, 제 1 및/또는 제 2 파장들은 예를 들어, 아래에서 설명되는 바와 같이 출력 선택기에 의해 비선형 매체로부터의 출력(141)으로부터 필터링될 수 있다. 이는, 예를 들어, 파장 선택 신호에 응답하여 영구적으로 또는 선택적으로 행해질 수 있다.
따라서, 제어 회로(130)는 조정 가능한 지연(133)을 조정함으로써 제 1 및 제 2 레이저 소스로부터의 펄스들의 상대적 타이밍을 제어할 수 있다. 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들이 일치하게 하는 적절한 지연은 예를 들어, 레이저 시스템의 다양한 구성요소들의 드리프트 또는 다른 불안정성들로 인해 시간이 지남에 따라 변경될 수 있기 때문에, 제어 회로는 바람직하게는, 지속적으로 또는 적어도 간헐적으로 조정 가능한 지연을 적응시켜야 한다. 이를 위해, 제어 회로는 비선형 매체에서 펄스들의 상대적 타이밍을 표시하는 신호를 수신하고 수신된 신호에 기초하여 조정 가능한 지연을 적응시킬 수 있다.
이를 위해, 도 1의 실시예는 비선형 매체(140)로부터 출력(135)을 수신하고 제 3 파장의 출력(141)의 작은 부분(또는 그렇지 않으면, 비선형 매체에 의해 출력된 제 3 광학 필드 출력의 작은 부분)을 광 검출기(135)를 향해 지향시키는 빔 스플리터(136)를 포함한다. 광 검출기로부터의 출력은 제 3 광학 필드의 강도를 표시하는, 즉, 비선형 매체에서 비선형 프로세스의 효율을 표시하는 신호(137)로서 제어 회로(130)에 공급된다. 따라서, 제어 회로는 제 3 광학 필드의 검출된 강도를 최대화하도록 지연(133)을 조정할 수 있다. 레이저 시스템은 광 검출기(135)가 제 1 및/또는 제 2 파장을 수신 및 검출하도록 구성될 수 있고 제어 회로는 그 후 비선형 매체(140)로부터의 출력(141)에서 제 1 및/또는 제 2 파장의 콘텐츠를 최소화하기 위해 지연(133)을 조정하도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 제 3 광학 필드가 비선형 매체에서 생성되는 것을 방지하도록 제어 회로가 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들을 선택적으로 비동기화시킬 수 있기 때문에, 제어 회로는 노출 제어 디바이스로서 또한 동작할 수 있다. 따라서, 제어 디바이스는 제 3 광학 필드를 선택적으로 턴 온 및 오프시키도록 동작 가능할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제어 회로(130)는 제 3 파장의 레이저 광의 짧은 버스트들, 예를 들어, 하나 이상의 펄스의 펄스 트레인을 포함하는 버스트를 생성하기 위해 제 3 광학 필드의 생성을 선택적으로 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 광의 매우 짧은 버스트들, 특히 10 ms 미만의 버스트들 및 심지어 1 ms 이하의 버스트들이 생성될 수 있다. 더욱이, 제어 회로(130)는 대응하는 커맨드에 응답하여, 예를 들어, 시스템의 오퍼레이터가 제 3 파장에서 동작을 개시하는 것에 응답하여, 제 3 광학 필드를 턴 온 또는 오프시킬 수 있다.
도 2는 의료용 레이저 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 도 2의 의료용 레이저 시스템은, 그것이 제 1 펌프 소스(110), 제 2 펌프 소스(160), 제 1 레이저 소스(120), 제 2 레이저 소스(170), 빔 결합기(142), 비선형 매체(140), 제 1 및 제 2 레이저 소스들의 개개의 Q-스위치들(124 및 174)을 각각 구동하기 위한 드라이버들(131 및 132), 조정 가능한 지연 회로(133) 및 제어 회로(130)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 유사하며, 모두가 도 1과 관련하여 설명되었다.
특히, 도 1을 참조하여 상세히 설명되었던 바와 같이, 제어 회로(130)는 제 1 레이저 소스 및 제 2 레이저 소스로부터의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 제어하도록 조정 가능한 지연(133)을 제어한다. 구체적으로, 제어 회로는 제 3 광학 필드의 생성을 선택적으로 턴 온 또는 오프시키도록 동작 가능할 수 있다. 이를 위해, 제어 회로는 신호(137)를 수신하며, 이에 기초하여 제 1 레이저 소스로부터의 펄스들이 제 2 레이저 소스로부터의 대응하는 펄스들과 시간적으로 중첩하게 하는 적절한 지연 세팅을 제어 회로가 결정한다.
본 실시예에서, 신호(137)는 개개의 제 1 및 제 2 레이저 소스들의 측정된 출력들에 기초하여 생성된다. 이를 위해, 본 실시예의 의료용 레이저 시스템은 제 1 광 검출기(235)를 향해 제 1 광학 필드(125)의 작은 부분을 지향시키는 제 1 빔 스플리터(226)를 포함한다. 유사하게, 본 실시예의 의료용 레이저 시스템은 제 2 광 검출기(236)를 향해 제 2 광학 필드(175)의 작은 부분을 지향시키는 제 2 빔 스플리터(276)를 포함한다. 광 검출기들(235, 236)은 해당 개개의 검출 신호들을 펄스 검출 회로(238)에 포워딩한다. 펄스 검출 회로는 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스 트레인들의 레이저 펄스들을 각각 검출하고, 개개의 펄스들 사이의 시간 지체를 결정한다. 그 후, 펄스 검출 회로는 검출된 시간 지체를 표시하는 신호(137)를 제어 회로(130)에 포워딩한다. 제어 회로(130)가 제 3 광학 필드의 생성을 야기할 때, 제어 회로는 이에 따라 시간 지체가 최소화되도록 조정 가능한 지연(133)을 선택할 수 있다.
이 실시예의 이점은, 특히, 시간 지체가 현재, 광학 매체에서 어떠한 제 3 광학 필드도 생성되지 않도록 하는 경우에도, 시간 지연을 표시하는 신호(137)가 제 3 광학 필드의 생성에 독립적으로 생성될 수 있다는 것이다. 따라서, 제어 회로(130)는 제 3 광학 필드가 턴 오프된 시간 기간들 동안에도 즉, 어떠한 제 3 광학 필드도 생성되지 않도록 제어 회로가 조정 가능한 지연(133)을 제어하는 기간들 동안에도, 예를 들어, 오퍼레이터가 제 3 파장이 아닌 제 1 및 제 2 파장들 중 단 하나 또는 둘 모두를 이용한 치료를 선택하는 기간들 동안에도, 제 3 광학 필드의 생성을 위한 정확한 최적 지연 값을 결정할 수 있다. 따라서, 이 실시예는 제 3 광학 필드의 생성을 위한 대응하는 최적의 지연이 예를 들어, 열 드리프트 등으로 인해 오프 기간 동안 변경된 상황들에서도 제 3 광학 필드의 빠른 스위칭 온(switching on)을 허용한다.
도 3은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 도 3의 의료용 레이저 시스템은, 그것이 제 2 펌프 소스(110), 제 2 펌프 소스(160), 제 1 레이저 소스(120), 제 2 레이저 소스(170), 빔 결합기(142), 비선형 매체(140), 제 1 및 제 2 레이저 소스들의 개개의 Q-스위치들(124 및 174)을 각각 구동하기 위한 드라이버들(131 및 132), 조정 가능한 지연 회로(133), 제 1 및 제 2 빔 스플리터들(226, 276), 제 1 및 제 2 광 검출기들(235 및 236), 펄스 검출 회로(238) 및 제어 회로(130)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 대응하며, 모두가 도 2과 관련하여 설명되었다.
도 3의 실시예는, 도 3의 의료용 레이저 시스템이 비선형 매체(140)로부터의 출력(141)의 빔 경로에 포지셔닝된 출력 선택기(380)를 더 포함한다는 점에서 도 2의 실시예와 상이하다. 출력 선택기(380)는 제어 회로가 출력 선택기(380)의 동작을 제어하도록 제어 회로(130)에 동작 가능하게 커플링된다.
출력 선택기(380)는 다수의 선택 미러들을 홀딩하는 미러 선택기로서 구현될 수 있다. 미러 선택기는, 제어 회로(130)로부터의 제어 신호에 응답하여, 제 1 광축, 제 2 광축 및 제 3 광축을 교차시키도록 선택된 선택 미러를 포지셔닝하게 구성된다. 비선형 매체의 출력에서, 제 1, 제 2 및 제 3 광축들은 실질적으로 일치할 수 있다. 미러 선택기는 선택 미러들이 장착되는, 원주 주위의 슬롯들을 갖는 휠을 포함할 수 있다. 대안적으로, 미러 선택기는 선택 미러들이 장착되는 슬롯들을 갖는 선형 스테이지를 포함할 수 있다. 다른 대안으로, 미러 선택기는 미러들을 홀딩하기에 적절한, 방사상으로 장착된 암들 또는 베인(vane)들을 가진 축을 포함할 수 있다. 미러 선택기는 전기 스테퍼 모터, 선형 모터 또는 전기 모터를 포함할 수 있다. 미러 선택기의 정확한 포지셔닝을 보조하기 위해, 예를 들어, 미러 선택기 포지션을 설정하기 위해 디스크 포지셔닝을 광학적으로 판독하기 위한 수단과 결합된 슬롯들을 갖는 디스크가 사용될 수 있다. 선택적으로, 미러 선택기 포지션을 판독하기 위해 전자 카운터가 사용될 수 있다. 미러 선택기들의 다른 예들은 본 개시내용의 이점들을 고려하여 당업자들에게 쉽게 명백하다.
제어 회로가 비선형 매체에서 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정함으로써 제 3 광학 필드가 턴 온 및 오프될 수 있을 때, 출력 선택기의 복잡성, 예를 들어, 미러들의 수 및 상이한 선택 가능한 포지션들이 단순화된다는 것이 인지될 것이다. 더욱이, 레이저 시스템의 출력에의 제 3 파장의 선택적 포함은 본원에서 개시된 레이저 시스템의 실시예들에 의해 매우 빠르게 수행될 수 있다.
예를 들어, 레이저 시스템으로부터 어떤 방출된 광학 필드들이 출력 포트에서 이용 가능하게 될지에 관한 제어를 가능하게 하도록 선택 미러들이 선택될 수 있다. 예를 들어, 선택 미러들을 통해 투과된 광학 필드들은 출력 포트로 라우팅되는 반면, 반사된 광학 필드들은 빔 덤프로 전달된다. 대안적으로, 반사된 광학 필드들은 레이저 시스템의 출력 포트로 라우팅되는 반면, 투과된 광학 필드들은 빔 덤프로 전달된다. 다른 대안에서, 반사 및 투과된 광학 필드들 둘 모두는 레이저 시스템(100)으로부터의 출력으로서 사용되는데, 예를 들어, 반사된 광학 필드는 주 출력 포트로부터 출력되고 반사된 광학 필드는 보조 출력 포트로부터 출력된다.
일 예에서, 투과된 필드들이 레이저 시스템으로부터의 출력으로서 사용되는 경우, 제 1 선택 미러는 적어도 약 90 %, 이를테면, 적어도 약 95 %, 또는 심지어 약 99.5 %의 제 3 파장(예를 들어, 약 589 nm의 파장)에서의 투과율을 가질 수 있고, 적어도 약 50 %, 이를테면, 적어도 약 75 %, 이를테면, 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 99 %의 제 1 파장(예를 들어, 약 1064 nm의 파장)에서의 반사율을 가질 수 있다. 마지막으로, 제 1 선택 미러는 적어도 약 50 %, 이를테면, 적어도 약 75 %, 이를테면, 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 99 %의 제 2 파장(예를 들어, 약 1319 nm의 파장)에서의 반사율을 가질 수 있다.
제 2 선택 미러는 적어도 약 90 %, 이를테면, 적어도 약 95 %, 또는 심지어 약 99.5 %의 제 3 및 제 1 파장들에서의 투과율을 가질 수 있고, 적어도 약 50 %, 이를테면, 적어도 약 75 %, 이를테면, 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 99 %의 제 2 파장에서의 반사율을 가질 수 있다.
마지막으로, 제 3 선택 미러는 적어도 약 90 %, 이를테면, 적어도 약 95 %, 또는 심지어 약 99.5 %의 제 3 및 제 2 파장들에서의 투과율을 가질 수 있고, 적어도 약 50 %, 이를테면, 적어도 약 75 %, 이를테면, 적어도 약 90 %, 또는 심지어 적어도 약 99 %의 제 1 파장에서의 반사율을 가질 수 있다.
출력 선택기(380)는 도 1의 의료용 레이저 시스템에서, 예를 들어, 도 1의 빔 스플리터(136)의 상류 또는 하류에서 또한 구현될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
레이저 시스템의 실시예들은 부가적인 또는 대안적인 구성요소들을 포함할 수 있다는 것이 또한 인지될 것이다. 예를 들어, 의료용 레이저 시스템은 예를 들어, 아래의 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스를 포함할 수 있다. 의료용 레이저 시스템의 일부 예들은 기계적 또는 다른 유형의 셔터 또는 노출 제어 요소를 포함할 수 있다. 의료용 레이저 시스템의 일부 실시예들은 렌즈들, 빔 재지향 요소들, 필터 등(모두가 당 분야에서 통상적임)과 같은 추가의 광학 요소들을 포함할 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다.
도 4는, 도 1 내지 도 3 중 어느 하나에 도시된 실시예에서 비선형 매체에서 레이저 펄스들의 상대적 타이밍의 제어를 개략적으로 예시한다.
특히, 도 4의 A)는 제 2 레이저 소스로부터의 펄스 트레인의 예를 도시하고, 도 4의 B)는 제 1 레이저 소스로부터의 펄스 트레인의 예를 도시하고, 도 4의 C)는 비선형 매체에 의해 생성된 제 3 광학 필드의 레이저 펄스들의 대응하는 펄스 트레인의 예를 도시한다. 도 4의 A)에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 Q-스위치를 구동하는 제 2 드라이버에 대한 마스터 트리거 신호에 의해 제어됨에 따라, 제 2 레이저 소스에 의해 방출된 펄스들은 시간적으로 실질적으로 등거리에 있다. 유사하게, 도 4의 B)는 조정 가능한 지연이 일정하게 유지되는 기간들 동안, 제 1 Q-스위치를 구동하는 제 1 드라이버에 대한 지연된 마스터 트리거 신호에 의해 제어됨에 따라, 제 1 레이저 소스에 의해 방출된 펄스들은 실질적으로 등거리에 있음을 예시한다. 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들 사이의 상대적 타이밍은 조정 가능한 지연의 크기에 의해 제어된다.
구체적으로, 도 4의 예에서, 초기 기간(410) 동안, 상대적 타이밍은, 제 1 및 제 2 레이저 소스로부터의 펄스들이 시간적으로 일치하지 않도록(그리고 심지어 중첩하지 않도록) 선택된다. 따라서, 비선형 매체에서 일치하는 제 1 및 제 2 광학 필드들이 없기 때문에, 이들은 비선형 매체에서 서로 상호작용할 수 없다. 결과적으로, 제 3 광학 필드의 어떠한 레이저 광도 도 4의 C)에 도시된 바와 같이 기간(410) 동안 생성되지 않는다.
지점(411)에서, 조정 가능한 지연이 변경되는데, 이 예에서는 감소된다. 조정 가능한 지연의 변화는, 후속 기간(402) 동안, 제 1 및 제 2 레이저 소스로부터의 펄스들이 실제로 일치하도록(또는 적어도 실질적으로 시간적으로 중첩하도록) 선택된다. 따라서, 제 1 및 제 2 광학 필드들 사이의 비선형 상호작용이 비선형 매체에서 발생할 수 있으며, 결과적으로 도 4의 C)에 예시된 바와 같이 제 3 광학 필드의 대응하는 레이저 펄스들의 생성을 초래한다.
후속 지점(412)에서, 조정 가능한 지연은 재차, 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 레이저 펄스들이 비선형 매체에서 재차 시간적으로 중첩하지 않도록 재차 변경된다(이 예에서 증가됨). 따라서, 후속 기간(403) 동안, 도 4의 C)에 예시된 바와 같이, 제 3 광학 필드의 어떠한 레이저 펄스들도 생성되지 않는다.
도 4에서 명백한 바와 같이, 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 레이저 펄스들 사이의 지연을 각각 선택적으로 조정함으로써, 제 3 광학 필드가 선택적으로 턴 온 또는 오프될 수 있다. 따라서, 제어 회로는 예를 들어, 도 4의 C)에 도시된 3개의 펄스들의 버스트에 의해 예시된 바와 같이, 제 3 광학 필드의 펄싱된 레이저 광의 짧은 버스트들의 생성을 야기하도록 제 3 광학 필드를 교호적으로(예를 들어, 주기적으로) 턴 온 또는 오프시킬 수 있다. 그러나, 버스트들은 더 적거나 더 많은 펄스들을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 또한, 제 3 광학 필드는 예를 들어, 오퍼레이터 입력에 응답하여 연장된 기간 동안, 완전히 턴 오프(또는 온)될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
도 5는 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 시스템은 예를 들어, 도 1 내지 도 3 중 임의의 것과 관련하여 설명된 바와 같은 레이저 소스(100)를 포함한다. 레이저 시스템은 광섬유(502) 또는 다른 빔 전달 디바이스 및 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스(503)를 더 포함한다. 광 섬유(502)는 레이저 소스의 출력 포트에 커플링되고 레이저 소스로부터 방사선을 수신하도록 구성된 방사선 수신 단부를 갖는다. 광 섬유는 핸드-헬드 전달 디바이스에 커플링되는 방사선 전달 단부를 갖는다. 따라서, 핸드-헬드 전달 디바이스는 광섬유를 통해 레이저 소스로부터 레이저 광을 수신하고 수신된 레이저 광으로 사용자-선택 가능 타겟 영역(504)을 조사한다.
도 6은 의료용 레이저 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 일반적으로 참조 번호 600으로 지정된 의료용 레이저 시스템은 예를 들어, 도 1과 관련하여 각각 설명된 바와 같이 제 1 레이저 소스(120), 제 2 레이저 소스(170) 및 제 3 레이저 소스(680)를 포함한다. 각각의 레이저 소스는 대응하는 펌프 소스(도 6에서 명시적으로 도시되지 않음)에 의해 펌핑될 수 있으며, 각각의 레이저 소스는 각각이 개개의 펄스 트레인의 형태로 개개의 제 1, 제 2 및 제 4 광학 필드들(125, 175 및 685)을 각각 방출하도록 구성된다. 펄스 트레인들의 펄스 타이밍은 제어 회로(130)에 의해, 예를 들어, 개개의 레이저 소스들의 레이저 공진기에서 Q-스위치들에 대한 트리거 신호들의 개개의 지연들을 제어함으로써 제어되며, 모두가 이전 실시예들 중 하나 이상과 관련하여 설명되었다.
본 예에서, 제 1 광학 필드(125)는 수평으로 편광되고 1064 nm의 파장을 가지며, 제 2 광학 필드(175)는 1319 nm의 파장을 가지며, 제 4 광학 필드(685)는 수직으로 편광되고 1064 nm의 파장을 갖는다.
모든 광학 필드들은 예를 들어, 적합한 미러들 및 빔 결합기들에 의해 제 1 비선형 매체(140A)로 지향된다. 제 1 비선형 매체에 의해 생성된 제 3 광학 필드(641A)를 포함하는 제 1 비선형 매체의 출력은 만약 존재한다면, 제 2 비선형 매체(140B)로 지향된다. 만약 존재한다면, 제 2 비선형 매체에 의해 생성된 제 5 광학 필드(641B)를 포함하는 제 2 비선형 매체의 출력은 시스템으로부터의 출력으로서 제공되며, 선택적으로 하나 이상의 구성요소가 적합한 선택기에 의해 선택된다. 도 6에서 별개의 블록들로서 도시되지만, 일부 실시예들에서, 제 1 비선형 매체 및 제 2 비선형 매체는 단일 구성요소, 예를 들어, 단일 주기적 폴링 재료(single periodically poled material)로서 구체화될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제 1 비선형 매체 및 제 2 비선형 매체는 단일 비선형 매체에 통합될 수 있다.
도 7은 도 6의 실시예의 동작을 예시한다. 특히, 도 7의 A)는 제 1 레이저 소스로부터의 펄스 트레인(125)의 예를 도시하고, 도 7의 B)는 제 2 레이저 소스로부터의 펄스 트레인(175)의 예를 도시하고, 도 7의 C)는 제 3 레이저 소스(680)로부터의 대응하는 펄스 트레인(685)의 예를 도시한다. 도 7의 A) 내지 도 7의 B)에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 레이저 소스들에 의해 방출된 펄스들은 시간적으로 실질적으로 등거리이지만, 이 펄스들의 상대적 시간은 이들이 시간적으로 중첩하지 않도록 즉, 이들이 비선형 매체들에서 서로 상호작용하지 않도록 이루어진다.
유사하게, 도 7의 C)는 펄스 트레인(685)의 펄스 타이밍이 일정하게 유지되는 기간들 동안, 제 3 레이저 소스에 의해 방출된 펄스들이 또한 실질적으로 등거리에 있다는 것을 예시한다. 제 3 공진기로부터의 펄스들의 타이밍은, 이들이 선택적으로 펄스들(125)(기간들(601 및 603) 동안) 또는 펄스들(175)(기간(602) 동안) 중 어느 하나와 정렬되도록 조정된다. 펄스들(685)이 펄스들(125)과 정렬될 때, 이들은 589 nm의 광을 생성하도록 비선형 매체(140A)에서 상호작용한다. 펄스들(685)이 펄스들(175)과 정렬될 때, 이들은 532 nm의 광을 생성하도록 비선형 매체(175)에서 대신 상호작용한다.
따라서, 펄스들(685)의 상대적 타이밍을 제어함으로써, 시스템은 2개의 상이한 파장들의 광을 출력하는 것 사이를 스위칭하도록 제어될 수 있다.
도 8은 의료용 레이저 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 도 8의 의료용 레이저 시스템은, 도 8의 실시예의 제 1 및 제 2 레이저 소스들이 공통 출력 커플러(123)를 공유한다는 점을 제외하면, 그것이 제 1 펌프 소스(110), 제 2 펌프 소스(160), 제 1 레이저 소스, 제 2 레이저 소스, 비선형 매체(140), 제 1 및 제 2 레이저 소스들의 개개의 Q-스위치들(124 및 174)을 각각 구동하기 위한 드라이버들(131 및 132), 조정 가능한 지연 회로(133) 및 제어 회로(130)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 유사하며, 모두가 도 1과 관련하여 설명되었다.
특히, 제 1 광학 필드를 생성하기 위한 제 1 레이저 소스는 제 1 공동의 형태로 제공된다. 제 1 공동은 미러와 같은 제 1 반사 요소(122)와 부분 반사성 출력 커플러(123) 사이에서 정의된다. 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 제 2 레이저 소스는 제 2 공동의 형태로 제공된다. 제 2 공동은 미러와 같은 제 2 반사 요소(172)와 부분 반사성 출력 커플러(123) 사이에서 정의된다. 부분 반사성 출력 커플러는 개개의 공동들로부터 순환 레이저 필드의 부분들을 커플링 아웃하기 위해 제 1 및 제 2 광학 필드들을 부분적으로 반사한다.
예를 들어, 출력 커플러는 1064 nm의 제 1 파장 및 1319 nm의 제 2 파장에서 부분적으로 반사성일 수 있다. 특정 실시예에서, 약 1064 nm의 파장을 갖는 광 및 약 1319 nm의 파장을 갖는 광에 대한 반사율은 적어도 약 60 %, 이를테면, 적어도 약 65 % 또는 적어도 약 70 %, 또는 심지어 적어도 약 75 % 또는 적어도 약 80 %이다. 이러한 출력 커플러는 알려진 기술들에 의해 쉽게 생성되고, 예를 들어, 불화물들 및 산화물들과 같은 다수의 유전체 재료 층들로 비-흡수성의 투명 기판들을 코팅함으로써 달성되는 미러로서 제공될 수 있다.
레이저 소스들은 예를 들어, 공통 광축을 따라, 출력 커플러(123)를 향해 제 1 및 제 2 광학 필드들을 지향시키도록 미러(176) 및 빔 결합기(142)와 같은 적합한 구성요소들을 포함한다.
제 1 펌프 소스(110), 제 2 펌프 소스(160), 비선형 매체(140), 드라이버들(131 및 132), Q-스위치들(124 및 174), 조정 가능한 지연 회로(133) 및 제어 회로(130)는 모두가 도 1과 관련하여 설명될 수 있고 따라서 다시 상세히 설명되지 않을 것이다.
특히, 제어 회로(130)는 조정 가능한 지연(133)을 조정함으로써 제 1 및 제 2 레이저 소스로부터의 펄스들의 상대적 타이밍을 제어한다. 제 1 및 제 2 레이저 소스들로부터의 펄스들이 일치하게 하는 적절한 지연은 예를 들어, 레이저 시스템의 다양한 구성요소들의 드리프트 또는 다른 불안정성들로 인해 시간이 지남에 따라 변경될 수 있기 때문에, 제어 회로는 바람직하게는, 지속적으로 또는 적어도 간헐적으로 조정 가능한 지연을 적응시켜야 한다. 이를 위해, 제어 회로는 비선형 매체에서 펄스들의 상대적 타이밍을 표시하는 신호를 수신하고 수신된 신호에 기초하여 조정 가능한 지연을 적응시킬 수 있다.
이를 위해, 도 8의 실시예는 비선형 매체(140)로부터 출력(135)을 수신하고 예를 들어, 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 광 검출기(135)를 향해 출력(141)의 작은 부분을 지향시키는 빔 스플리터(136)를 포함한다. 광 검출기로부터의 출력은 제 3 광학 필드의 강도를 표시하는, 즉, 비선형 매체에서 비선형 프로세스의 효율을 표시하는 신호(137)로서 제어 회로(130)에 공급된다. 따라서, 제어 회로는 제 3 광학 필드의 검출된 강도를 최대화하도록 지연(133)을 조정할 수 있다. 레이저 시스템은 광 검출기(135)가 제 1 및/또는 제 2 파장을 수신 및 검출하도록 구성될 수 있고 제어 회로는 그 후 비선형 매체(140)로부터의 출력(141)에서 제 1 및/또는 제 2 파장의 콘텐츠를 최소화하기 위해 지연(133)을 조정하도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 대안적으로, Q-스위치들의 제어는 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 레이저 소스들에서의 또는 레이저 소스들의 출력에서의 제 1 및 제 2 광학 필드들의 측정들에 기초할 수 있다.
도 8의 레이저 시스템은 예를 들어, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이 비선형 매체(140)로부터의 출력(141)의 빔 경로에 포지셔닝된 출력 선택기(380)를 더 포함한다. 출력 선택기(380)는 제어 회로가 출력 선택기(380)의 동작을 제어하도록 제어 회로(130)에 동작 가능하게 커플링된다.
도 8의 레이저 시스템은, 제어 회로(130)에 의해 제어되고, 선택적으로 출력 빔을 차단하거나 출력 빔을 통과시키도록 허용하게 구성되는 셔터(890) 또는 다른 노출 제어 디바이스를 더 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 예를 들어, 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스 트레인들의 상대적 타이밍이 노출 제어 메커니즘으로 사용될 수 있다. 그럼에도, 일부 실시예들에서, 특히, 매우 빠른 온/오프 스위칭이 요구되지 않을 때, 기계적 셔터(890)가 비용 효과적인 대안일 수 있다.
도 8의 실시예에서, 셔터(890)는 출력 선택기(380)의 하류에 포지셔닝된다. 그러나 대안적으로, 셔터(890)는 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 출력 선택기(380)의 상류에 포지셔닝될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 셔터(890)의 다른 포지션들, 예를 들어, 비선형 매체(140)의 상류가 가능하다. 예를 들어, 시스템은 빔 결합기(142)로 공급되는 개개의 빔 경로에 포지셔닝된 2개의 셔터들을 포함할 수 있어서, 예를 들어, 제 1 및 제 2 광학 필드들은 각각 선택적으로 그리고 개별적으로 차단될 수 있다.
도 9는 의료용 레이저 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 도 9의 의료용 레이저 시스템은, 출력 선택기(380)가 셔터(890) 보다 하류에 포지셔닝된다는 것을 제외하고, Q-스위치들(124 및 174)의 제어가 공동들에서의 개별 광학 필드들의 측정들에 기초한다는 것을 제외하면, 도 8에 도시된 실시예와 유사하다.
이를 위해, 레이저 시스템은 빔 스플리터들(226 및 276)과 광 검출기들(235, 236)을 포함한다. 빔 스플리터(226)가 광 검출기(235)를 향해 제 1 광학 필드의 작은 부분을 지향시키는 반면, 빔 스플리터(276)는 광 검출기(236)를 향해 제 2 광학 필드의 작은 부분을 지향시킨다. 광 검출기들(235, 236)은 해당 개개의 검출 신호들을 펄스 검출 회로(238)에 포워딩한다. 펄스 검출 회로는 제 1 및 제 2 광학 필드들의 펄스 트레인들의 레이저 펄스들을 각각 검출하고, 개개의 펄스들 사이의 시간 지체를 결정한다. 그 후, 펄스 검출 회로는 검출된 시간 지체를 표시하는 신호(137)를 제어 회로(130)에 포워딩한다. 따라서, 제어 회로는 제 3 광학 필드의 생성을 야기하기 위해 시간 지체가 최소화되도록 조정 가능한 지연(133)을 선택할 수 있다.
본원에서 설명된 레이저 제어의 실시예들은 여러 별개의 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해 그리고/또는 적어도 부분적으로, 적합하게 프로그래밍된 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단들을 열거하는 장치 청구항들에서, 이들 수단들 중 여러 개는 하나의 그리고 동일한 요소, 구성요소 또는 하드웨어 아이템에 의해 구체화될 수 있다. 특정 측정들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용되거나 상이한 실시예들에서 설명된다는 단순한 사실만으로 이 측정들의 결합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.
"포함하다/포함하는"이라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징들, 요소들, 단계들, 또는 구성요소들의 존재를 특정하는 것으로 해석되지만, 하나 이상의 다른 특징들, 요소들, 단계들, 구성요소들 또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.
Claims (24)
- 의료용 레이저 시스템으로서,
제 1 레이저 공진기, 적어도, 제 1 광학 필드(optical field)를 생성하기 위한 제 1 이득 매체; 및 상기 제 1 레이저 공진기의 공진 품질을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 Q-스위치를 포함하는 제 1 레이저 소스;
상기 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인(pulse train)의 레이저 펄스들로서 상기 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 상기 제 1 Q-스위치를 제어하게 구성된 제어 회로;
제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 2 광학 필드를 생성하기 위한 제 2 레이저 소스;
상기 제 1 광학 필드와 상기 제 2 광학 필드 사이의 비선형 상호작용에 의해 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체;
상기 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 검출하도록 구성된 센서를 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 검출된 특성에 응답하여 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 상기 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 상기 제 1 Q-스위치의 동작을 제어하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는 조정 가능한 지연 회로를 포함하고;
상기 제어 회로는 트리거 신호를 생성하고 상기 트리거 신호를 상기 조정 가능한 지연 회로에 포워딩하도록 구성되고;
상기 조정 가능한 지연 회로는 상기 트리거 신호에 대해 조정 가능한 지연 만큼 지연된, 상기 트리거 신호의 지연된 버전을 상기 제 1 Q-스위치에 포워딩하도록 구성되고;
상기 제어 회로는 상기 검출된 특성에 응답하여 상기 조정 가능한 지연을 조정하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 검출된 특성은 상기 제 3 광학 필드의 출력 파워(output power)를 표현하는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 검출된 특성은 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 상기 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 표현하는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 상기 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 상기 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하도록 상기 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 3 광학 필드의 생성을 야기하도록 상기 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 3 광학 필드의 생성을 선택적으로 야기하도록 상기 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제 1 신호에 응답하여, 상기 제 3 광학 필드의 생성을 야기하기 위해 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 상기 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 상기 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하도록 상기 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하게 구성되고,
상기 제어 회로는 제 2 신호에 응답하여, 상기 제 3 광학 필드의 생성을 방지하기 위해 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 상기 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 상기 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하지 않도록 상기 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 4 항을 인용하는 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제 3 광학 필드의 생성을 방지하기 위해 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 상기 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 상기 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하지 않게 하는 제 1 상대적 타이밍이 되도록 상기 제어 회로가 상기 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는 기간 동안,
상기 제어 회로는 상기 제 3 광학 필드의 생성을 야기하기 위해 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들이 상기 제 2 펄스 트레인의 개개의 레이저 펄스들과 상기 비선형 매체에서 시간적으로 중첩하게 하는 제 2 상대적 타이밍을 결정하도록 구성되고;
상기 제어 회로는 제 1 신호에 응답하여, 상기 제 1 상대적 타이밍으로부터, 상기 결정된 제 2 상대적 타이밍으로 상기 상대적 타이밍을 스위칭하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 광학 필드는 제 1 파장을 갖고, 상기 제 2 광학 필드는 제 2 파장을 갖고, 상기 제 3 광학 필드는 상기 제 1 및 제 2 파장들과 상이한 제 3 파장을 갖는, 의료용 레이저 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 3 파장을 상기 레이저 시스템의 출력 방사선에 포함시키도록 상기 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어 회로는 파장 선택 커맨드(wavelength selection command)에 응답하여, 상기 제 3 파장을 상기 레이저 시스템의 출력 방사선에 선택적으로 포함시키도록 상기 상대적 타이밍을 선택적으로 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 시스템의 출력 방사선에 포함될 상기 제 1, 제 2 및 제 3 파장 중 적어도 하나의 파장의 방사선을 선택적으로 차단하기 위한 출력 선택기를 포함하고;
상기 제어 회로는 파장 선택 커맨드에 응답하여 상기 출력 선택기를 선택적으로 활성화시키도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 의료용 레이저 시스템은 피부과용 레이저 시스템인, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 광학 필드를 출력으로 전달하기 위한 적어도 하나의 광학 출력 포트를 정의하는 핸드-헬드 방사선 전달 디바이스(hand-held radiation delivery device)를 포함하는, 의료용 레이저 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 의료용 레이저 시스템은 상기 광학 출력 포트에 의해 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드를 선택적으로 전달하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 의료용 레이저 시스템은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드를 복수의 타겟 위치들로 선택적으로 전달하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 의료용 레이저 시스템은 상이한 파장들의 광학 필드를 상이한 타겟 위치들로 선택적으로 전달하도록 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 의료용 레이저 시스템은 적어도 하나의 비선형 매체에 2개보다 많은 광학 필드들을 공급하도록 동작 가능하고, 각각의 광학 필드는 개개의 펄스 트레인의레이저 펄스들을 정의하는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제 3 및 추가의 광학 필드들 중 하나 이상의 광학 필드의 생성을 선택적으로 야기하도록 상기 적어도 하나의 비선형 매체 내부의 상기 개개의 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 제어하게 구성되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 시스템으로부터의 방사선이 타겟 영역을 향해 선택적으로 나아갈 수 있게 하도록 구성되는, 셔터와 같은 노출 제어 디바이스를 포함하는, 의료용 레이저 시스템. - 제 13 항을 인용하는 제 21 항에 있어서,
상기 노출 제어 디바이스는 방사선 경로를 따라 상기 출력 선택기의 상류에 포지셔닝되는, 의료용 레이저 시스템. - 제 13 항을 인용하는 제 21 항에 있어서,
상기 노출 제어 디바이스는 방사선 경로를 따라 상기 출력 선택기의 하류에 포지셔닝되는, 의료용 레이저 시스템. - 의료용 레이저 시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 의료용 레이저 시스템은,
- 제 1 레이저 공진기, 적어도 제 1 이득 매체; 및 상기 제 1 레이저 공진기의 공진 품질을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 Q-스위치를 포함하는 제 1 레이저 소스;
- 제 2 레이저 소스;
- 상기 제 1 광학 필드와 상기 제 2 광학 필드 사이의 비선형 상호작용에 의해 제 3 광학 필드를 생성하기 위한 적어도 하나의 비선형 매체;
- 상기 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 검출하도록 구성된 센서를 포함하고,
상기 방법은,
- 상기 제 1 레이저 소스가 제 1 광학 필드를 생성하게 하는 단계;
- 상기 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 상기 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 상기 제 1 Q-스위치를 제어하는 단계;
- 상기 제 2 레이저 소스가 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 제 2 광학 필드를 생성하게 하는 단계;
- 상기 센서로부터 센서 신호를 수신하는 단계 ― 상기 센서 신호는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광학 필드들 중 적어도 하나의 광학 필드의 특성을 표시함 ― ;
- 상기 제 1 레이저 공진기가 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들로서 상기 제 1 광학 필드를 생성하게 하도록 상기 제 1 Q-스위치를 제어하는 단계;
- 상기 수신된 센서 신호에 응답하여 상기 제 1 펄스 트레인의 레이저 펄스들 및 상기 제 2 펄스 트레인의 레이저 펄스들의 상대적 타이밍을 조정하기 위해 상기 제 1 Q-스위치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는, 의료용 레이저 시스템을 제어하기 위한 방법.
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