激光是60 年代初出現的一種新型光源,激光以其高亮度、高單色性、高方向性和高相幹性,引起普遍重視,並很快在工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 、科學技術、醫療、國防等各個(ge) 領域得到廣泛應用。激光醫學是激光技術與(yu) 醫療科學有機結合的產(chan) 物,激光在70 年代開始廣泛用於(yu) 臨(lin) 床;90 年代,隨著新型激光器的研製成功,激光與(yu) 醫療、生物組織科學緊密結合,研究範圍日益擴大。

　　Nd:YAG 激光器以其增益高、閾值低、量子效率高、熱效應小、機械性能良好、適合各種工作模式(連續、脈衝(chong) ) 等特點,在當今各種固體(ti) 激光器中應用物質相互作用的效果是不同的, 不同波長的Nd:YAG激光器采用連續、脈衝(chong) 等方式工作使激光與(yu) 不同部位的生物組織相互作用,可以獲得良好的療效。醫用Nd:YAG 激光器在外科手術、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮膚科、美容等方麵應用廣泛,特別是治療皮膚色素性疾病,有創傷(shang) 小、愈合好、無疤痕等獨特優(you) 點,本文主要介紹Nd:YAG 激光器的特性以及在治療皮膚疾病方麵的應用,使讀者了解各種激光器的性能及不同種類激光治療儀(yi) 的治療效果。

　　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。

圖 　Nd:YAG 的能級圖

　　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,簡化能級如圖1 所示。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
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。