生物医疗2μm光纤激光器——长进激光推出高性能掺铥光纤

长进激光 中字

近年来,激光凭借着优良的单色性、准直性以及较高的能量密度,在生物医疗领域尤其是微创手术方面取得了较大的发展。激光作用于生物组织主要是利用激光生物热效应,而不同波长和能量的激光作用于生物组织上产生的热效应也不一样[1]

水分子是生物组织中的主要组成部分,其对不同波长激光的吸收系数是激光生物热效应的重要因素。水分子的吸收系数随着波长增加而增加,在可见光波段最低吸收系数只有10-4  cm-1,但在2 μm波段的吸收系数可以高达600cm-1[2],能够实现较浅的生物组织穿透深度和良好的热凝止血效果。同时,已有研究表明2 μm激光对人眼的损伤阈值对比0.69 μm激光和1.069 μm激光提高了8个数量级,对比1.5 μm激光提高了3个数量级,具有较好的人眼安全性[3]。因此在临床应用中,经过低损光纤传输的2 μm激光结合内窥镜,可以实现较高的手术精度和良好的安全性。

常见的2 μm医疗激光器包括掺钬激光器和掺铥激光器,根据采用的增益介质不同,又可以分为固体激光器和光纤激光器。相比起传统的固体激光器,光纤激光器有着光电转化效率高、稳定性高、光束质量好和轻便易集成等优势,是今后医疗激光器发展的重要方向之一。掺铥激光器相较于掺钬激光器更接近2 μm的水分子吸收峰[4][5],可以更好地汽化和切割组织,具有更高的切割精度,因此无论在组织切割和碎石手术方面的表现均好于掺钬激光器,更受到研究人员和医务工作者的青睐。

生物医疗掺铥激光器发展现状

掺铥激光器主要包括掺铥固体激光器和掺铥光纤激光器。掺铥固体激光器增益介质主要包括掺铥钇铝石榴石(Tm:YAG)、掺铥铝酸钇(Tm:YAP)、掺铥氟化钇锂(Tm:YLF)。传统固体激光器需要将增益物质受激辐射产生的激光,通过透镜耦合进入传输光纤中,但在耦合过程中损耗较大。而全光纤结构的掺铥光纤激光器是特殊的/第三代固体激光器,增益物质为掺铥光纤,泵浦光通过光纤传输无需空间结构耦合,激光始终束缚在光纤纤芯内,斜率效率和传输损耗较低。因此光纤激光器具有较好的光束质量和准直性、较高的能量密度,同时结构紧凑、易于集成,是理想的医疗激光器选择。

从上个世纪80年代开始,伴随着掺铥光纤激光器日益增长的应用需求,国内外对于掺铥光纤激光器的研究也在不断发展,近十年来无论是连续激光器还是脉冲激光器均取得了重大突破。

在生物医疗领域,掺铥激光器已经实现了较为广泛的应用,掺铥激光可以作为常规组织缝合的替代手段还被应用在结石碎石、静脉曲张闭合、喉部微创手术以及口腔鳞状细胞癌切除等方面。

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