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レーザーとは


レーザーの呼び名

世界初のレーザー(ルビーレーザー)を開発したセオドア・マイマン
Theodore Harold Maiman

レーザーは英語でLASERと書きます。
これは1960年、レーザーを初めて発振させたマイマン氏が名づけた Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(放射の誘導放出による光の増幅)という言葉の頭文字をとった人造語です。

 

レーザーと光

レーザーとは純粋な単一波長の光です。
では、光とは何かというとこれは量子力学でいう、波動性エネルギー表す電磁波の中のある波長帯(0.1〜10μm)を表しています。(μm=1/1000mm)
分かりやすいように図にしてみました。

光の波長による呼び方

そもそも自然光は無数の波長の電磁波が入り混ざったもので、だからこそ色に満ち溢れているのですね。
ただし、人間の目に認識できる光は、おおよ0.4〜0.9μm(400〜900nm)の電磁波で、これは色として識別され、これを可視光線と呼んでいます。
ちなみに電磁波のなかでおおよそ1nm以下を放射線、1〜400nmを紫外線900〜10,000nm(0.9〜10μm)を赤外線、それ以上を電波と呼んでいます。

レーザーと自然光の性質差

  レーザー 自然光
コヒーレント性
(波のそろい方)
すべての波が一定にそろっている。
コヒーレントな波。
多方向性(分散)、多波長性
非コヒーレントな波
単一色 多発色
集束性 あり なし(分散)

レーザーの発振

自然光は無数の波長の電磁波から成り立っていて、無数の色が存在しています。これに対しレーザーはたった1つの波長の電磁波であり、これを発振させることはきわめて困難なことでした。
1960年マイマン(maiman)氏が、初めて巨大なルビー結晶から694nmのルビーレーザーの発振に成功しました。
これ以後、何種類かのレーザー媒体により数種類のレーザーが発見されました。これらの媒体により発振されたレーザーは、その媒体名がレーザー名となりそれぞれ固有の波長を持っています。

アレキサンドライトレーザーの波長
レーザーの発振の模式図

レーザー媒体にフラッシュランプ等である光を投入し、高圧電気などの励起(れいき)エネルギーをあてると共振的に増幅してレーザー光が発生します。レーザー媒体を小さくするために、鏡を利用し媒体内を反復させます。

レーザーのパラメーター

レーザーの出力を表すものとして次のものがあげられます。


パワー・P(W:ワット) レーザーの1秒あたりのエネルギー。
エネルギー・E(J:ジュール) Pに作用時間をかけたもの。
フルエンス・E/A 1cm2あたりのエネルギー。
パルスワイド・PW(時間)
(ミリ秒・マイクロ秒・ナノ秒)
レーザーの光っている時間 。


この中でもエネルギーのJ(ジュール)とPW(パルスワイド)は、とてもよくでてくる表示です。

レーザーの生体作用

生体組織にレーザーがあたると、レーザーはエネルギーを熱として放出しつつ、生体組織のある深度で消滅します。これは、皮膚に太陽光があたると、暖かいと感じられるのといっしょの原理ですね。ただし、レーザーは特有の波長の単一光ですので、ある色にしか反応しないのです。
また、レーザーがどの程度その組織に浸透するかは、その波長によって異なります。組織の吸収スペクトルでもっとも大切なものは、水、ヘモグロビン、メラニンです。この3つの物質のそれぞれのレーザー吸収特性を表したものが下の図です。

【水・メラニン・ヘモグロビンの各波長における吸収スペクトル】

水・メラニン・ヘモグロビンの各波長における吸収スペクトル

主な皮膚用レーザーと光治療器

  波長(nm) 特性 適応疾病 欠点
炭酸ガスレーザー 10,600 水への熱吸収 小さな皮膚腫瘍の切除 傷跡ができやすい
ロングパルス色素レーザー 590 血管の破壊 血管種
あかあざ
 
ノーマルルビーレーザー 694 メラニン特異吸収 表在性色素班 深達性が低い
Q-ルビーレーザー 694 メラニン特異吸収 深在性色素班  
ログパルスアレキサンドライトレーザー(LPIR) 755 メラニン特異吸収 脱毛
表在性色素班
 
Q-Nd.YAGレーザー 1,064   深在性色素班 Qルビーに劣る
ロングパルス Nd : YAGレーザー 1,064 組織深達性 脱毛 軟毛には不適
Nd : YAGレーザー(クールタッチ) 1,320 真皮乳頭刺激 しわ取り 効果が少ない
ダイオードレーザー 810 凝固作用 組織切開
脱毛
脱毛では使い勝手が悪い
IPL(フォトフェイシャル) 640〜1,200 フラッシュランプ使用 しわ取り オーロラより効果が低い
IPL+RF(オーロラ) 580〜980 RF(高周波電気装置) しわ取り  
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