医療用レーザーにアナモルフィックプリズムペアが一般的に必要とされるのはなぜですか？円形ビームで精密を実現

アナモルフィックプリズムペアは、半導体レーザー固有の光学欠陥、特に楕円形ビームを発する傾向を補正するために一般的に必要とされます。この出力を円形化することで、これらのプリズムは、医療処置に不可欠な細い光ファイバーへのレーザーのタイトな集光と効率的なカップリングを保証します。

半導体レーザーは、自然に不均一な発散角を持つビームを生成するため、精密作業には非効率的な楕円形のプロファイルになります。アナモルフィックプリズムペアは、この出力を高品質の円形ビームに再形成し、医療用光ファイバーへのエネルギー伝送を最大化します。

半導体レーザー出力の課題

通常、対称ビームを発するガスレーザーとは異なり、半導体レーザーは一貫性のない発散角に悩まされます。

ビームは、一方の方向（垂直）でもう一方の方向（水平）よりもはるかに速く広がります。この非対称性は、半導体媒質の基本的な特性です。

この不均一な発散の結果、ビームプロファイルは円形ではなく楕円形になります。

高精度を必要とする医療機器にとって、楕円形のビームは問題となります。エネルギーの不均一な分布を引き起こし、レーザーを集光できるタイトさを制限します。

アナモルフィックプリズムペアは、特定の1次元でビームを拡大または圧縮することによって機能します。

プリズムは、楕円の狭い軸を広い軸に一致するように拡大することで、歪んだ楕円を対称な円に変換します。この幾何学的補正が、プリズムペアの主な役割です。

ビームが円形化されると、その光学性能は大幅に向上します。

対称ビームは、はるかに小さくシャープな点に集光できます。これにより、医療用途での切開がよりクリーンになったり、組織のアブレーションがより正確になったりします。

医療機器では、レーザーエネルギーを光源から患者に伝送するために細い光ファイバーが使用されることがよくあります（遠隔伝送）。

楕円形ビームを円形光ファイバーにカップリングすることは非常に非効率的であり、かなりの電力損失につながります。ビームの形状は、ファイバーコアの形状と一致する必要があります。

アナモルフィックプリズムは、ビームを円形化してからファイバーに導入することで、最大の電力カップリングを保証します。

これにより、レーザーによって生成されたエネルギーが、形状の不一致によるファイバーインターフェースでの損失ではなく、実際に治療部位に届けられることが保証されます。

パフォーマンスに不可欠ですが、プリズムペアの導入は光学的な複雑さを増します。

正しい倍率比を達成するには、プリズムをレーザーダイオードに対して正確にアライメントする必要があります。アライメントがずれると、楕円形が補正されない、または新しい光学収差が発生する可能性があります。

これらの光学部品を追加すると、レーザーモジュールの物理的なフットプリントが増加します。

設計者は、レーザー光源とファイバーカプラーの間にプリズムペアを収容するために必要なスペースを考慮する必要があります。これは、医療の安全性と有効性に必要なビーム品質を達成するための必要なトレードオフです。

リモート配信が主な焦点である場合：

外科的精度が主な焦点である場合：

ビームを円形化することは、生の半導体コンポーネントを精密な医療機器に変える重要なステップです。