周波数倍増結晶は、精密な光学コンバーターとして機能し、Nd:YAGレーザーの目に見えない赤外線出力を目に見える緑色光に変換します。非線形光学効果、特に第二高調波発生（SHG）を利用することで、KTP（リン酸チタニルカリウム）などの結晶は、基本波長1064nmの波長を半分にして532nmの放射を生成します。
コアの要点：レーザー共振器内に周波数倍増結晶を配置することにより、標準的な赤外線Nd:YAGシステムは、効果的にデュアル波長プラットフォームにアップグレードされます。この変換プロセスは、532nmの緑色光を生成するために高いピーク電力密度に依存しており、基本波長の赤外線では効果的に対処できない血管病変や赤色顔料のタトゥーなどの特定のターゲットの治療を可能にします。
波長変換のメカニズム
第二高調波発生（SHG）
結晶の基本的な役割は、第二高調波発生として知られる非線形光学効果を誘発することです。
このプロセスでは、元のレーザービームからの光子が結晶の格子構造と相互作用します。
この相互作用により、2つの赤外線光子（1064nm）が組み合わされ、エネルギーと周波数が2倍の単一の緑色光子（532nm）が生成されます。
共振器配置の重要性
効率を最大化するために、これらの結晶は通常、レーザー共振器内に直接配置されます。
結晶を共振空洞内に配置することで、高い循環内空洞電力を活用できます。
この内部配置により、結晶は非線形変換プロセスを効果的に駆動するために必要な強度にさらされます。
電力密度の依存性
赤外線から緑色光への変換は自動的なものではなく、レーザーのピーク電力密度に厳密に依存します。
周波数倍増の効率は、結晶を通過する光の強度に非線形にスケールします。
レーザーが十分なピーク電力を維持しない場合、変換効率は大幅に低下し、弱く不安定な532nm出力を生じます。
臨床的有用性の拡大
血管疾患の標的化
532nmの緑色光への移行は、レーザーが生体組織と相互作用する方法を根本的に変えます。
緑色光は、赤外線と比較してヘモグロビンに対する吸収効率がはるかに高いです。
これにより、周波数倍増出力は、血管病変の治療や眼科的網膜光凝固術に理想的であり、周囲組織を温存しながら血管を特異的に標的とします。
多色タトゥーの治療
KTP結晶の導入により、単一のレーザーデバイスでより広範囲のタトゥーインクの色を治療できるようになります。
基本波長1064nmは黒や濃紺などの暗いインクに効果的ですが、明るい顔料には効果がないことがよくあります。
変換された532nm波長は、赤、オレンジ、黄色のインクを特異的に標的とし、レーザーシステムの臨床範囲を大幅に拡大します。
運用上のトレードオフの理解
効率の限界
変換プロセスには、総エネルギー出力における固有のトレードオフが伴います。
このプロセスは非線形光学効果に依存しているため、すべての1064nmエネルギーが532nm光に正常に変換されるわけではありません。
ユーザーは、緑色モードで利用可能な最大パルスエネルギーが、基本赤外線モードで利用可能な最大エネルギーよりも通常低いことを理解する必要があります。
システムの複雑さ
周波数倍増結晶の統合は、精密なアライメントとメンテナンスを必要とする光学コンポーネントを追加します。
結晶の性能はピーク電力密度に依存しており、レーザーのフラッシュランプまたはロッドの品質の低下は、532nm出力に不釣り合いな影響を与えることを意味します。
一貫したパフォーマンスには、レーザー共振器全体が最適な仕様で維持される必要があります。
目標に合わせた適切な選択
周波数倍増結晶を備えたNd:YAGシステムを評価する際は、主な臨床目標を考慮してください。
- 主な焦点が血管または赤色顔料である場合：ヘモグロビン吸収のために532nmの緑色光出力を最大化するように最適化された高品質のKTP結晶を備えたシステムが必要です。
- 主な焦点が深部浸透または暗いインクである場合：周波数倍増結晶をバイパスして1064nmの基本波長の全出力を利用できるようにするシステムを確保する必要があります。
最終的に、周波数倍増結晶は、Nd:YAGレーザーを専門的な赤外線ツールから、多様な医学的および美容上の課題に対処できる汎用性の高い多スペクトルワークステーションに変換します。
概要表：
| 特徴 | 基本波長（Nd:YAG） | 周波数倍増波長（KTP） |
|---|---|---|
| 波長 | 1064nm（赤外線） | 532nm（緑色） |
| 光学プロセス | 基本放出 | 第二高調波発生（SHG） |
| 主なターゲット | 黒/暗いインク、深部組織 | ヘモグロビン、赤/オレンジ/黄色のインク |
| 臨床用途 | 深部顔料および皮膚の再構築 | 血管病変および表在性顔料 |
| エネルギー効率 | 高（直接出力） | 低（変換損失依存） |
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参考文献
- Yoon-Ah Kim, Seung Hoon Woo. A Comparison of the Effects of Solid-state Lasers on Normal Guinea-pig Muscle and Skin: Using 532 nm Flashlamp-excited and Diode-excited Lasers. DOI: 10.25289/ml.2022.11.1.40
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Belislaser ナレッジベース .
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