一、Nd：YAG 激光器的特性

　　能產(chǎn)生激光的系統(tǒng)，稱為激光器。一臺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 年第一臺激光器誕生以來，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(jù)產(chǎn)生激光的工作物質，有氣體、液體、固體和半導體激光器等。固體激光器是以固態(tài)基質中摻入少量激活元素為工作物質的激光器，工作物質的物理化學性能主要取決于基質材料，而其光譜特性主要由發(fā)光粒子的能級結構決定。但發(fā)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、石榴石晶體及各種玻璃等。發(fā)光粒子稱為激活離子，最常用的激活離子為釹、鉻等稀土元素離子。例如世界上第一臺激光器所用工作物質為紅寶石，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) 晶體為工作物質的激光器，稱為摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG) 激光器。摻釹激光器是當前應用最廣泛的固體器件之一，在激光加工、醫(yī)療、軍事等領域應用廣泛。

        Nd：YAG 激光器為四能級系統(tǒng)，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輸出鏡、使用鍍有高度選擇性介質膜的反射鏡，抑制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1064 納米的Nd：YAG 激光器，經(jīng)過倍頻( KTP) 晶體后可產(chǎn)生波長為532 納米的激光。輸出光有連續(xù)、準連續(xù)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(shù)高、激光器的效率高，但是摻雜濃度太高時，轉換效率不僅不會增高，反而會下降，甚至出現(xiàn)濃度淬滅現(xiàn)象。Nd 原子濃度一般在015%～115% 以內，濃度較高會縮短熒光壽命，使展寬線變寬，在晶體中引起應變，最終導致光學質量變差、效率降低。應用中，可根據(jù)需要選擇合適的摻雜濃度，從而提高激光器的性能，對于Q 開關3 運轉， 選擇高濃度的摻劑(112%) ，以產(chǎn)生高儲能；對于連續(xù)運轉，通常選擇低濃度的摻劑(015%～018%) ，以獲得優(yōu)良的光束質量。增益介質的尺寸通常根據(jù)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，太長的激光棒不僅不能提高增益，反而會因為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) 作為泵浦源，體積小、重量輕、效率高、壽命長，不需要冷卻系統(tǒng)，為激光系統(tǒng)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面泵浦和側面泵浦兩種。端面泵浦方式靈活方便，通過光纖耦合的泵浦光發(fā)散角小，可與固體激光器的基模相匹配。側面泵浦可采用多個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(tài)調Q 激光器是把能量以激活離子的形式存儲在增益介質的激光高能級上，集中在一個很短的時間內釋放出來，可產(chǎn)生高重復頻率、高峰值功率、脈寬可調節(jié)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(yī)療、激光雷達和光電對抗等領域具有重大應用價值。Q 開關激光器脈沖短、峰值功率高，熱效應小， Q 開關激光聚集在靶點組織時會產(chǎn)生沖擊波，靶點組織受到機械性的微爆破作用。國內外已有很多關于Q 開關Nd∶YAG激光在醫(yī)學領域中各個方面的應用報道，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、調制電壓低、易與連續(xù)激光器配合獲得高重復率巨脈沖、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但對高能量激光器的開關能力較差，只能用于低增益的連續(xù)激光器。電光Q 開關激光器具有開關時間短(10 - 9秒) 、輸出脈寬較窄(10～20 納米) 、效率高、調Q 時刻可精確控制、峰值功率高(幾十兆瓦以上) 等優(yōu)點，缺點是半波電壓較高，需要幾千伏的高壓脈沖。被動式可飽和吸收調Q 激光器適于高重復頻率、高功率的激光器，產(chǎn)生窄脈寬巨脈沖的同時，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，不能人為控制調Q 脈沖的產(chǎn)生時刻。轉鏡調Q 激光器屬于慢開關型，無插入損耗、無光損傷，用于能量較大的脈沖激光器，可獲得峰值功率在幾十兆瓦以上、脈寬為納秒級的巨脈沖，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(yī)療方面的應用

　　激光治療皮膚色素疾病以及激光美容的理論依據(jù)是1983 年美國的安德森(Anderson RR. ) 和帕里什(Parrish JA. ) 醫(yī)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(chǎn)生的熱量破壞這些特定的組織成分。人體自身的免疫和代謝系統(tǒng)可將這些被破壞的組織碎屑吸收并排出體外，從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沖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，為激光醫(yī)學的發(fā)展指引了方向，推動了醫(yī)用激光器的迅速發(fā)展。在隨后十幾年里，醫(yī)學領域涌現(xiàn)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)等方面都取得了較好效果。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(chǎn)生局部的高度破壞，而對周圍組織的傷害很小。為了達到選擇性光熱解作用，必須選用恰當?shù)牟ㄩL、脈沖寬度以及能量密度，不同組織吸收不同波長的激光，我們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(fā)炎的組織。根據(jù)選擇性光熱解作用原理，可用于治療皮膚深層的色素疾病，當今醫(yī)用Nd：YAG 激光器的輸出波長多是1064 納米。面部色素性病變傳統(tǒng)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(xiàn)在已逐漸被全固態(tài)激光治療所取代。用1064 納米 Nd：YAG 調Q 激光治療面部色素性病變時，應根據(jù)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(shù)，并在治療過程中進行適時調整，找出具體的最佳治療參數(shù)標準，病變組織選擇性吸收激光的能量后即被粉碎，并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小。而Q 開關則利用其沖擊波的脈沖波將色素細胞擊碎，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(yōu)點。由紋眉所致異物反應屢見不鮮，紋眉液色素物質殘留于局部，出現(xiàn)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能緩解癥狀、不能清除病變，局部炎癥還會復發(fā)。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后被擊碎，網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)會將其吞噬、排泄，從而祛除病因。另外，由于該儀器采用Q 開關技術，光能量在5～10 秒內釋放出來，作用時間短，對周圍組織熱損傷小，可避免疤痕、萎縮或皮紋改變等現(xiàn)象，且無色素減退或沉著。1064 納米經(jīng)倍頻晶體產(chǎn)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后破裂，而細胞框架則被完整保留，皮膚能很快康復。這一波長的激光用于治療雀斑，副作用小、操作方便、無疤痕，且術后護理要求低。

　　1064 納米Nd∶YAG激光切除人工晶體前膜安全有效，患者沒有不適感，不需要全身麻醉，減小了手術風險，已替代傳統(tǒng)的手術切除虹膜，成為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，術后很少感染；激光治療安全，基本上沒有并發(fā)癥，手術時間短、止血效果好、傷口愈合快；激光束能量高，能到達普通手術刀無法進入的部位，并且位置精確，可以做顯微手術，減少了對病變以外組織的傷害。1064 納米Nd∶YAG調Q 激光還可用于治療喉和喉咽部血管瘤、后發(fā)性白內障、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于醫(yī)療領域。