生物物理学 · 11.05
Laserの種類
Types of lasers
🧠 レーザーは活性媒質 active medium 活性媒質(active medium) active medium(活性媒質) で分類できるが、医学的な選択では媒質名より、発振波長・連続かパルスか・組織の吸収特性を結びつけることが重要である。
活性媒質による分類
| 種類 | 代表例 | 代表的な特徴・波長域 |
|---|---|---|
| 固体solid 固体(solid)solid(固体) レーザー | ルビーレーザー、Nd:YAGレーザー | 高出力パルス output pulse出力パルス(output pulse) output pulse(出力パルス)、近赤外など |
| 気体レーザー | ヘリウムhelium ヘリウム(helium)helium(ヘリウム) ネオン(He–Ne)、二酸化炭素carbon dioxide, CO₂ 二酸化炭素(carbon dioxide, CO₂)carbon dioxide, CO₂(二酸化炭素) (CO₂)、エキシマ | 可視、遠赤外、紫外など幅広い |
| 半導体semiconductor 半導体(semiconductor)semiconductor(半導体) レーザー | ダイオードレーザーdiode laserダイオードレーザー(diode laser)diode laser(ダイオードレーザー) | 小型・高効率、波長選択性 |
| 色素レーザーdye laser色素レーザー(dye laser)dye laser(色素レーザー) | 色素レーザーdye laser色素レーザー(dye laser)dye laser(色素レーザー) | 色素を変えて波長可変 |
どの種類でも反転分布population inversion反転分布(population inversion)population inversion(反転分布)と光共振器optical resonator光共振器(optical resonator)optical resonator(光共振器)という基本構成は共通するが、ポンピングpumping ポンピング(pumping)pumping(ポンピング) 法と利得 gain 利得(gain) gain(利得) 帯域は異なる。
波長が標的を決める
組織では水、ヘモグロビン、メラニンなどの吸収スペクトル absorption spectrum 吸収スペクトル(absorption spectrum) absorption spectrum(吸収スペクトル) が波長ごとに異なる。CO₂レーザーは水に強く吸収され表層の蒸散・切開に向き、近赤外光は比較的深く到達する。エキシマの紫外光は光化学的切除に利用される。
時間波形による分類
連続波continuous wave 連続波(continuous wave)continuous wave(連続波) は持続的な加熱、長パルスは凝固、短パルスは熱拡散前の選択的作用や光機械作用 photomechanical 光機械作用(photomechanical) photomechanical(光機械作用) を起こしやすい。ピークパワー power パワー(power) power(パワー) と集光性 focusability集光性(focusability) focusability(集光性)を含めて、目的に合うレーザーを選ぶ。
まとめ
レーザーの出力特性と応用は、誘導放出stimulated emission誘導放出(stimulated emission)stimulated emission(誘導放出)・反転分布population inversion反転分布(population inversion)population inversion(反転分布)・共振器と、照射対象との相互作用を分けて考える。12
- 固体solid固体(solid)solid(固体)・気体・半導体semiconductor半導体(semiconductor)semiconductor(半導体)・色素レーザーdye laser 色素レーザー(dye laser)dye laser(色素レーザー) は活性媒質 active medium 活性媒質(active medium) active medium(活性媒質) で分類される。
- 発振波長は組織内の吸収物質と侵達深さを決める。
- 連続・パルスの時間構造は、熱的・光化学的・機械的作用physical/mechanical action 機械的作用(physical/mechanical action)physical/mechanical action(機械的作用) を変える。
出典
- 1.Population inversion X-ray laser oscillator(Proceedings of the National Academy of Sciences・2020)誘導放出、反転分布および共振器を用いるレーザー発振の物理閲覧 2026-08-21
- 2.Laser-tissue interactions. Photochemical, photothermal, and photomechanical(Surgical Clinics of North America・1992)レーザー光の物理的性質と生体組織への光化学・光熱・光機械的作用閲覧 2026-08-21