生物医疗2μm光纤激光器——长进激光推出高性能掺铥光纤

2022-03-07 09:38

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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