一、Nd：YAG 激光器的特性

　　能產(chan) 生激光的係統，稱為(wei) 激光器。一台簡單的激光器通常由工作物質、泵浦源和諧振腔三部分組成。自1960 年第一台激光器誕生以來，已有上百種激光器問世。形形色色的激光器彼此之間差異極大，根據產(chan) 生激光的工作物質，有氣體(ti) 、液體(ti) 、固體(ti) 和半導體(ti) 激光器等。固體(ti) 激光器是以固態基質中摻入少量激活元素為(wei) 工作物質的激光器，工作物質的物理化學性能主要取決(jue) 於(yu) 基質材料，而其光譜特性主要由發光粒子的能級結構決(jue) 定。但發光粒子受基質材料的影響，其光譜特性將有所變化，有的甚至變化很大。用作基質的主要有剛玉、石榴石晶體(ti) 及各種玻璃等。發光粒子稱為(wei) 激活離子，最常用的激活離子為(wei) 釹、鉻等稀土元素離子。例如世界上第一台激光器所用工作物質為(wei) 紅寶石，就是摻入極少量鉻離子的剛玉。以摻有一定量釹離子(Nd3 + ) 的釔鋁石榴石( YAG) 晶體(ti) 為(wei) 工作物質的激光器，稱為(wei) 摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG) 激光器。摻釹激光器是當前應用最廣泛的固體(ti) 器件之一，在激光加工、醫療、軍(jun) 事等領域應用廣泛。

        Nd：YAG 激光器為(wei) 四能級係統，室溫下有多條熒光譜線，正常工作條件下(室溫) 1064 納米波長激光振蕩最強。如果在諧振腔中插入標準具或色散棱鏡，或以特殊設計的諧振腔反射鏡作為(wei) 輸出鏡、使用鍍有高度選擇性介質膜的反射鏡，抑製不需要的波長的激光振蕩，可獲得所需波長的激光躍遷，如1319 納米、1338 納米、946 納米等。輸出波長為(wei) 1064 納米的Nd：YAG 激光器，經過倍頻( KTP) 晶體(ti) 後可產(chan) 生波長為(wei) 532 納米的激光。輸出光有連續、準連續等形式。

　　Nd：YAG 中摻入Nd3 + 濃度應合理，摻雜濃度高，則吸收率高、反轉粒子數高、激光器的效率高，但是摻雜濃度太高時，轉換效率不僅(jin) 不會(hui) 增高，反而會(hui) 下降，甚至出現濃度淬滅現象。Nd 原子濃度一般在015%～115% 以內(nei) ，濃度較高會(hui) 縮短熒光壽命，使展寬線變寬，在晶體(ti) 中引起應變，最終導致光學質量變差、效率降低。應用中，可根據需要選擇合適的摻雜濃度，從(cong) 而提高激光器的性能，對於(yu) Q 開關(guan) 3 運轉， 選擇高濃度的摻劑(112%) ，以產(chan) 生高儲(chu) 能；對於(yu) 連續運轉，通常選擇低濃度的摻劑(015%～018%) ，以獲得優(you) 良的光束質量。增益介質的尺寸通常根據激光器的增益選擇，高增益的激光器選擇大尺寸的YAG 棒，長度可達150 毫米，低增益的激光器通常選擇短的激光棒，有幾毫米或十幾毫米，太長的激光棒不僅(jin) 不能提高增益，反而會(hui) 因為(wei) 吸收損耗等因素而降低效率。

　　Nd：YAG 激光器采用激光二極管(LD) 作為(wei) 泵浦源，體(ti) 積小、重量輕、效率高、壽命長，不需要冷卻係統，為(wei) 激光係統小型化提供了有利條件。LD 泵浦Nd：YAG 激光器的結構形式有端麵泵浦和側(ce) 麵泵浦兩(liang) 種。端麵泵浦方式靈活方便，通過光纖耦合的泵浦光發散角小，可與(yu) 固體(ti) 激光器的基模相匹配。側(ce) 麵泵浦可采用多個(ge) LD 陣列，散熱效果好，可提供較強的泵浦光，適合大功率運轉。

　　LD 泵浦的全固態調Q 激光器是把能量以激活離子的形式存儲(chu) 在增益介質的激光高能級上，集中在一個(ge) 很短的時間內(nei) 釋放出來，可產(chan) 生高重複頻率、高峰值功率、脈寬可調節等特性，在光學檢測、原子#p#分頁標題#e#

　　分子物理、光譜學、非線性光學、激光醫療、激光雷達和光電對抗等領域具有重大應用價(jia) 值。Q 開關(guan) 激光器脈衝(chong) 短、峰值功率高，熱效應小， Q 開關(guan) 激光聚集在靶點組織時會(hui) 產(chan) 生衝(chong) 擊波，靶點組織受到機械性的微爆破作用。國內(nei) 外已有很多關(guan) 於(yu) Q 開關(guan) Nd∶YAG激光在醫學領域中各個(ge) 方麵的應用報道，如外科手術、眼科、牙科、口腔科、耳鼻科、皮膚科等。調Q 激光器的工作方式多種多樣，分為(wei) 主動式調Q 、被動式調Q 、轉鏡調Q 等。主動式調Q 激光器主要有聲光調Q 、電光調Q ，可飽和吸收調Q 激光器是被動式調Q 激光器。

聲光Q 激光器具有插入損耗小、調製電壓低、易與(yu) 連續激光器配合獲得高重複率巨脈衝(chong) 、穩定性好等優(you) 點，但對高能量激光器的開關(guan) 能力較差，隻能用於(yu) 低增益的連續激光器。電光Q 開關(guan) 激光器具有開關(guan) 時間短(10 - 9秒) 、輸出脈寬較窄(10～20 納米) 、效率高、調Q 時刻可精確控製、峰值功率高(幾十兆瓦以上) 等優(you) 點，缺點是半波電壓較高，需要幾千伏的高壓脈衝(chong) 。被動式可飽和吸收調Q 激光器適於(yu) 高重複頻率、高功率的激光器，產(chan) 生窄脈寬巨脈衝(chong) 的同時，譜線變窄，達到選擇相同能量和動量光子的作用，但它是一種被動式Q 開關(guan) ，不能人為(wei) 控製調Q 脈衝(chong) 的產(chan) 生時刻。轉鏡調Q 激光器屬於(yu) 慢開關(guan) 型，無插入損耗、無光損傷(shang) ，用於(yu) 能量較大的脈衝(chong) 激光器，可獲得峰值功率在幾十兆瓦以上、脈寬為(wei) 納秒級的巨脈衝(chong) ，主要缺點是高轉速下的機械磨損影響其使用壽命，且裝配工藝要求高，目前已基本不用。

二、Nd∶YAG激光器在醫療方麵的應用

　　激光治療皮膚色素疾病以及激光美容的理論依據是1983 年美國的安德森(Anderson RR. ) 和帕裏什(Parrish JA. ) 醫生提出的“選擇性光熱解”理論。選擇性光熱解作用就是激光能量有選擇地被某些特定組織成分吸收，熱效應產(chan) 生的熱量破壞這些特定的組織成分。人體(ti) 自身的免疫和代謝係統可將這些被破壞的組織碎屑吸收並排出體(ti) 外，從(cong) 而達到治療色素疾病的目的。該理論指出了皮膚組織對不同波長激光吸收的差異，以及不同脈寬的激光脈衝(chong) 對各種皮膚疾病的影響。該理論是激光治療皮膚類疾病的基礎，為(wei) 激光醫學的發展指引了方向，推動了醫用激光器的迅速發展。在隨後十幾年裏，醫學領域湧現了大量不同波長的激光器。這些激光器在治療色素類疾病(如太田痣、胎記、雀斑、黃褐斑、老年斑) 以及血管類疾病(如鮮紅斑痣、血管瘤、毛細血管擴張)等方麵都取得了較好效果。激光利用選擇性光熱解作用原理治療皮膚疾病，可對目標組織產(chan) 生局部的高度破壞，而對周圍組織的傷(shang) 害很小。為(wei) 了達到選擇性光熱解作用，必須選用恰當的波長、脈衝(chong) 寬度以及能量密度，不同組織吸收不同波長的激光，我們(men) 通常希望激光器光子能量的絕大部分能夠被目標組織吸收，而被周圍組織吸收的較少。

　　Nd：YAG 主要的三條熒光譜線中，中心波長1064 納米的激光最容易形成振蕩，譜線熒光最強，約占整個(ge) 譜線能量的60 %，它可以較深地穿透皮膚，被深色素細胞高度吸收，能更有效地清除較暗色或發炎的組織。根據選擇性光熱解作用原理，可用於(yu) 治療皮膚深層的色素疾病，當今醫用Nd：YAG 激光器的輸出波長多是1064 納米。麵部色素性病變傳(chuan) 統的治療方法有冷凍術、皮膚磨削術、化學剝脫術及二氧化碳激光治療術等，現在已逐漸被全固態激光治療所取代。用1064 納米 Nd：YAG 調Q 激光治療麵部色素性病變時，應根據病變的性質、病灶的部位、患者的年齡及性別等因素合理判別治療參數，並在治療過程中進行適時調整，找出具體(ti) 的最佳治療參數標準，病變組織選擇性吸收激光的能量後即被粉碎，並逐漸被自身吞噬細胞清除，最終達到祛除病灶且不留斑痕的目的。

         1064 納米波長的激光穿透力深，可被皮膚深層的黑色素細胞選擇吸收，治療太田痣時對其周圍組織熱損傷(shang) 小。而Q 開關(guan) 則利用其衝(chong) 擊波的脈衝(chong) 波將色素細胞擊碎，再通過吞噬細胞將色素顆粒吞噬，使色素減退且不留疤痕，具有高選擇性、高效性、安全可靠、操作簡便的優(you) 點。由紋眉所致異物反應屢見不鮮，紋眉液色素物質殘留於(yu) 局部，出現紅腫、浸潤、鱗屑、瘙癢。以往通過外用或局部注射皮質類固醇僅(jin) 能緩解症狀、不能清除病變，局部炎症還會(hui) 複發。采用1064 納米激光治療時，紋眉液中色素顆粒選擇性吸收激光能量後被擊碎，網狀內(nei) 皮係統會(hui) 將其吞噬、排泄，從(cong) 而祛除病因。另外，由於(yu) 該儀(yi) 器采用Q 開關(guan) 技術，光能量在5～10 秒內(nei) 釋放出來，作用時間短，對周圍組織熱損傷(shang) 小，可避免疤痕、萎縮或皮紋改變等現象，且無色素減退或沉著。1064 納米經倍頻晶體(ti) 產(chan) 生532 納米激光輸出，對褐色、紅色的皮損和色素有效，皮膚中的色素顆粒吸收激光後破裂，而細胞框架則被完整保留，皮膚能很快康複。這一波長的激光用於(yu) 治療雀斑，副作用小、操作方便、無疤痕，且術後護理要求低。

　　1064 納米Nd∶YAG激光切除人工晶體(ti) 前膜安全有效，患者沒有不適感，不需要全身麻醉，減小了手術風險，已替代傳(chuan) 統的手術切除虹膜，成為(wei) 青光眼的首選治療方法。

　　激光手術溫度高，有很好的殺菌作用，術後很少感染；激光治療安全，基本上沒有並發症，手術時間短、止血效果好、傷(shang) 口愈合快；激光束能量高，能到達普通手術刀無法進入的部位，並且位置精確，可以做顯微手術，減少了對病變以外組織的傷(shang) 害。1064 納米Nd∶YAG調Q 激光還可用於(yu) 治療喉和喉咽部血管瘤、後發性白內(nei) 障、牙周病等疾病。性能獨特的 Nd∶YAG激光器必將越來越廣泛地用於(yu) 醫療領域。