KR102296466B1 - Apparatus for generating picosecond laser and method for generating the picosecond laser - Google Patents

Apparatus for generating picosecond laser and method for generating the picosecond laser Download PDF

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Abstract

본 발명은 피코초 레이저 생성 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치는 펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성시키되, 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 압축기; 및 상기 압축기로부터 상기 SBS 압축 펄스를 추출시키는 추출기를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for generating a picosecond laser, and the apparatus for generating a picosecond laser according to an embodiment of the present invention generates pulsed laser energy, and generates a laser oscillated from a laser source through Stimulated Brilliouin Scattering (SBS). ) Compressor to compress by compression method; and an extractor for extracting the SBS compression pulse from the compressor.

Description

피코초 레이저 생성 장치 및 방법{APPARATUS FOR GENERATING PICOSECOND LASER AND METHOD FOR GENERATING THE PICOSECOND LASER}Picosecond laser generating apparatus and method

본 발명은 레이저 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 단기 펄스 지속시간(예를 들어, 약 1 ns 미만) 및 펄스당 고에너지 출력(예를 들어, 약 250 mJ 초과)을 갖는 레이저 에너지를 생성하여 인체로부터 문신과 같은 색소 입자들을 제거하는 피코초 레이저 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a laser generating apparatus and method, which generates laser energy having a short pulse duration (e.g., less than about 1 ns) and a high energy output per pulse (e.g., greater than about 250 mJ) to the human body A picosecond laser generating apparatus and method for removing pigment particles such as tattoos from

서브나노세컨드(Subnanosecond, shorter in duration than a nanosecond)와 피코초(Picosecond) 레이저는 광 파라메트릭 증폭기를 위한 효율적인 펌프 소스(pump source)로서 활용되거나, 원자 및 분자 분광법(atomic and molecular spectroscopy)을 위한 스페트럼 순도가 높은 고차 조화파 발생에 활용되는 등 다양한 분야에 활용되고 있다.Subnanosecond, shorter in duration than a nanosecond and picosecond lasers are utilized as efficient pump sources for optical parametric amplifiers, or for atomic and molecular spectroscopy. It is used in various fields, such as being used to generate higher-order harmonics with high spectral purity.

이러한 피코초 레이저는 주로 모드락(Mode-locking) 방식으로 생성되고 있었다. 그러나, 모드락 방식으로 생성된 레이저는 비변동식 반복률에서 작동하고, 특정한 상황이 일어나도록 동기화되게 하는 등의 정교한 기술들을 필요로 한다.These picosecond lasers were mainly generated by a mode-locking method. However, modlocked-generated lasers require sophisticated techniques, such as operating at a non-varying repetition rate, and synchronizing certain situations to occur.

한편, 모드락 방식의 대안으로써는 Q-switched nanosecond 레이저를 라만 (Raman)과 브릴루안(Brillouin) 펄스 압축방식에 의해 펄스를 압축하는 방식이 있다. 유도 브릴루안 산란(stimulated Brillouin scattering) 현상은 강력한 레이저의 펄스 압축을 위해 더 적합하고, 더 높은 양자 효율(quantum efficiency)과 높은 이익, 위상 공액(phase conjugation)에 의한 수차(aberrations) 보정을 제공한다고 밝혀진 바 있다.On the other hand, as an alternative to the modlock method, there is a method of compressing a Q-switched nanosecond laser pulse by Raman and Brillouin pulse compression methods. The stimulated Brillouin scattering phenomenon is more suitable for pulse compression of powerful lasers, providing higher quantum efficiency and higher gain, and correction of aberrations due to phase conjugation. has been revealed

한편, 레이저는 의료 분야에서 특정 조직의 파괴를 일으키는 외과적 수술 및 성형 시술에 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 예컨데, 연령 관련 황반변성(age-related macular degeneration; AMD)에서 형성되는 망막하(subretinal) 상처 조직 또는 혈관 장애(vascular lesion)들을 일으키는 확장성 혈관들을 파괴하는데 레이저가 활용될 수 있다. 또한, 다리 심정맥들, 포도주색 반점 모반(portwine stain birthmark) 및 다른 확장성 혈관 및 색소성 병변과 같은 다양한 피부과적 문제들을 해결하는데 레이저가 활용되고 있다.On the other hand, lasers are known to be very useful in surgical and cosmetic procedures that cause destruction of specific tissues in the medical field. For example, lasers can be utilized to destroy dilated blood vessels that cause subretinal wound tissue or vascular lesions that form in age-related macular degeneration (AMD). Lasers are also being utilized to address a variety of dermatological problems, such as deep veins in the legs, portwine stain birthmarks and other dilated vascular and pigmented lesions.

여기서, 레이저의 펄스 지속시간 및 펄스 강도는, 예를 들어 레이저 에너지가 상기 펄스 중에 둘러싸고 있는 조직에 대해 확산하거나 원하지 않는 국지적 기화를 유발하는 등의 영향을 미칠 수 있다.Here, the pulse duration and pulse intensity of the laser can have an effect, for example, during which the laser energy diffuses into the surrounding tissue during the pulse or causes an undesirable localized vaporization.

레이저 펄스 지속시간이 치료대상 조직 또는 구조들의 열 이완 시간(thermal relaxation time) 이하로 유지되도록 하여 적절한 가열효과를 구현하고 있었다. 예를 들면, 포도주색 반점 모반들에 포함되는 작은 혈관들의 경우, 대략 수백 μs 내지 수 ms의 열 이완 시간을 가지므로, 이러한 조직들에 조사되는 레이저 펄스의 지속시간이 수백 ㎲ 내지 수 ㎳ 이하가 되야 한다는 것이다.The laser pulse duration was maintained below the thermal relaxation time of the tissue or structures to be treated, thereby realizing an appropriate heating effect. For example, in the case of small blood vessels included in burgundy nevus, since they have a thermal relaxation time of approximately several hundred μs to several ms, the duration of the laser pulse irradiated to these tissues is several hundred μs to several ms or less. that it should be

그러나, 펄스 지속시간이 훨씬 더 짧은 레이저들은 광기계적(photo mechanical) 프로세스를 유발시킬 수 있다. 이러한 광기계적 프로세스는 레이저의 펄스 지속시간이 목표 입자들을 통과하는 음파의 음향 전달 시간 이하일 때 발생될 수 있으며, 열 이완 시간 미만의 지속시간을 가지는 레이저 펄스들이 조사된 목표 입자 내에서의 열의 축적과 유사한 방식으로 입자들 내에 압력이 증강하도록 한다.However, lasers with much shorter pulse durations can trigger a photo mechanical process. Such an opto-mechanical process may occur when the pulse duration of the laser is less than the acoustic transmission time of the sound wave passing through the target particles, and laser pulses having a duration less than the thermal relaxation time cause the accumulation of heat in the irradiated target particles and The pressure builds up within the particles in a similar way.

상술한 광기계적 프로세스는 특히 문신들, 포도주색 반점들 및 다른 모반들을 포함하는 피부 색소침착(pigmentation)을 치료하는 분야에서, 상업적으로 중요한 기회들을 제공할 수 있다.The photomechanical process described above may offer commercially significant opportunities, particularly in the field of treating skin pigmentation, including tattoos, burgundy spots and other birthmarks.

직경이 1㎛ 이하의 문신 색소 입자들로 이루어진 문신들은, 인체의 일반적인 면역작용을 통해 제거될 수 있지만, 직경이 1 내지 10 ㎛ 이상인 색소 입자들은 자연적으로 제거되기 어렵다.Tattoos composed of tattoo pigment particles having a diameter of 1 μm or less can be removed through the normal immune action of the human body, but pigment particles having a diameter of 1 to 10 μm or more are difficult to remove naturally.

일반적인 고체 매질에서의 음파의 속도가 약 3000 m/s이므로, 그와 같은 입자들에 걸친 음향 전달 시간 및 결과적으로 이들의 광기계적 파괴를 달성하는 데 요구되는 레이저 펄스 지속시간은 수백 피코초 이하가 될 수 있다.Since the speed of sound waves in a typical solid medium is about 3000 m/s, the sound propagation time across such particles and consequently the laser pulse duration required to achieve their optomechanical destruction is less than a few hundred picoseconds. can be

한편, 문신 색소 입자들 및 다른 색소 침착들을 효과적으로 파괴 또는 붕괴시키기 위해서는 전술한 펄스 지속시간 이외에도, 소정 기준 이상의 에너지가 필요하다. 예컨데, 치료 스팟의 직경이 수 mm인 경우, 수백 mJ 이상의 에너지를 갖는 레이저가 조사될 필요가 있다.On the other hand, in order to effectively destroy or disrupt the tattoo pigment particles and other pigment deposits, in addition to the above-described pulse duration, energy above a predetermined standard is required. For example, when the diameter of the treatment spot is several mm, a laser having an energy of several hundred mJ or more needs to be irradiated.

따라서, 전술한 펄스 지속시간 및 에너지 크기 기준에 부합되는 레이저를 출력할 수 있으면서도 의료분야에 활용될 수 있는 기술적 수단의 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, there is a demand for the development of technical means that can be used in the medical field while being able to output a laser that meets the above-described pulse duration and energy size criteria.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체의 문신과 같은 색소 침착 조직 등과 관련하여, 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있는 피코초 레이저 생성 장치를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a picosecond laser generating apparatus capable of efficiently destroying or disintegrating pigment particles in relation to pigmented tissues such as tattoos of the human body.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대략 800ps 미만의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성시킬 수 있는 피코초 레이저 생성 장치를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a picosecond laser generating apparatus capable of generating pulsed laser energy having a pulse duration of less than about 800 ps.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체의 문신과 같은 색소 침착 조직 등과 관련하여, 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있는 피코초 레이저 생성 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a picosecond laser generating method capable of efficiently destroying or disintegrating pigment particles in relation to pigmented tissues such as tattoos of the human body.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대략 800ps 미만의 펄스 지속시간을 갖는 펄스형 레이저 에너지를 생성시킬 수 있는 피코초 레이저 생성 방법을 제공하는 것에 있다.
An object of the present invention is to provide a picosecond laser generating method capable of generating pulsed laser energy having a pulse duration of less than about 800 ps.

본 발명의 일실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치는 펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성시키되, 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 압축기; 및 상기 압축기로부터 상기 SBS 압축 펄스를 추출시키는 추출기를 포함할 수 있다.A picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a compressor that generates pulsed laser energy and compresses a laser oscillated from a laser source in a simulated Brilliouin Scattering (SBS) compression method; and an extractor for extracting the SBS compression pulse from the compressor.

이때, 상기 SBS 압축기는 액체 상태의 SBS 레이저 매질(medium)을 포함할 수 있다.In this case, the SBS compressor may include an SBS laser medium in a liquid state.

또한, 상기 공진기는 상기 SBS 압축기의 양측에 배치되는 미러들을 더 포함할 수 있다.In addition, the resonator may further include mirrors disposed on both sides of the SBS compressor.

또한, 상기 공진기는: 레이저의 이동 경로 상에 나란히 배치되는 제1 압축기 및 제2 압축기; 및 상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 배치되는 렌즈를 포함할 수 있다.In addition, the resonator may include: a first compressor and a second compressor disposed side by side on a movement path of the laser; and a lens disposed between the first compressor and the second compressor.

또한, 상기 추출기에 의해 추출된 펄스형 레이저 에너지는 800ps 미만의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 것이 바람직하다.
In addition, the pulsed laser energy extracted by the extractor preferably has a pulse duration of less than 800ps.

본 발명의 일실시예에 다른 피코초 레이저 생성 방법은, 펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성하되, 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계; 및 상기 SBS 압축된 펄스를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.A picosecond laser generation method according to an embodiment of the present invention includes the steps of generating pulsed laser energy, but compressing a laser oscillated from a laser source in a Stimulated Brilliouin Scattering (SBS) compression method; and extracting the SBS compressed pulse.

이때, 상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계는, 액체 상태의 SBS 매질(medium)에 상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of compressing the laser oscillated from the laser source by a simulated brillouin scattering (SBS) compression method may include providing the laser oscillated from the laser source to an SBS medium in a liquid state.

또한, 상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계는, 800ps 미만의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 펄스형 레이저 에너지를 생성하는 것일 수 있다.
In addition, the step of compressing the laser oscillated from the laser source using a simulated brillouin scattering (SBS) compression method may include generating pulsed laser energy having a pulse duration of less than 800 ps.

본 발명에 따른 피코초 레이저 생성 장치는 대략 800ps 미만의 펄스 지속시간을 갖는 펄스형 레이저 에너지를 생성한 후 이를 인체의 문신과 같은 색소 침착 조직에 조사함으로써, 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있으므로, 인체의 문신 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The picosecond laser generating apparatus according to the present invention generates pulsed laser energy having a pulse duration of less than approximately 800 ps and then irradiates it to pigmented tissues such as tattoos of the human body, thereby effectively destroying or disintegrating pigment particles. Therefore, it is possible to greatly improve the tattoo removal efficiency of the human body.

본 발명에 따른 피코초 레이저 생성 방법은 대략 800ps 미만의 펄스 지속시간을 갖는 펄스형 레이저 에너지를 생성한 후 이를 인체의 문신과 같은 색소 침착 조직에 조사함으로써, 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있으므로, 인체의 문신 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
The picosecond laser generation method according to the present invention generates pulsed laser energy having a pulse duration of less than approximately 800 ps and then irradiates it to pigmented tissues such as tattoos of the human body, thereby effectively destroying or disintegrating pigment particles. Therefore, it is possible to greatly improve the tattoo removal efficiency of the human body.

도 1은 레이저 펄스 지속시간에 따른 타겟 내의 상대 피크 압력의 비선형 응답을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치를 이용하여 추출된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치를 이용하여 추출된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1.2GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a diagram showing the nonlinear response of relative peak pressure in a target as a function of laser pulse duration.
2 is a diagram schematically showing a picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of measuring a pulsed laser extracted using a picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention using a 16 GHz oscilloscope and a 1 GHz Si photodiode.
4 is a graph showing measurement results of a pulsed laser extracted using a picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention using a 16 GHz oscilloscope and a 1.2 GHz Si photodiode.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments may be provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used herein are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprise' and/or 'comprising' means that a referenced component, step, operation and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or addition is not excluded.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 각 구성들의 세부 크기, 형태, 두께, 곡률 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장되거나 도식화된 것으로서, 허용 오차 등에 의해 그 형태가 변형될 수 있다.
In addition, the embodiments described in this specification will be described with reference to the ideal illustrative drawings of the present invention. In the drawings, the detailed size, shape, thickness, curvature, etc. of each component are exaggerated or schematically exaggerated for effective description of technical content, and the shape may be deformed by tolerance.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치 및 이의 동작 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a picosecond laser generating apparatus and an operating method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 레이저 펄스 지속시간에 따른 타겟 내의 상대 피크 압력의 비선형 응답을 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing the nonlinear response of relative peak pressure in a target as a function of laser pulse duration.

본 발명은 문신 색소 입자들 및 색소성 병변 등을 광기계적으로 파괴하는 수십 내지 수백 피코초(picosecond)의 지속시간을 갖는 레이저 펄스 생성 능력과 연관될 수 있다. 색소 입자들에 대한 기계적 파괴는 면역 체계와 연관된 제거 등과 같은 신체의 자연스런 제거 프로세스들에 의한 색소 입자들의 제거를 용이하게 할 수 있다. 이 펄스 지속시간들은 다른 방식으로는 피복 조직 내에서 지속적으로 남아 있을 만큼(예를 들어, 정상적인 면역 체계 응답들에 의해서는 제거되지 않는) 충분하게 큰 약 1 내지 10 ㎛의 직경을 가지는 입자들에 걸친 음향 전달 시간과 동일한 크기를 가질 수 있다.The present invention may relate to the ability to generate laser pulses with durations of tens to hundreds of picoseconds to photomechanically destroy tattoo pigment particles, pigmented lesions, and the like. Mechanical disruption of the pigment particles may facilitate removal of the pigment particles by the body's natural removal processes, such as those associated with the immune system. These pulse durations can be applied to particles having a diameter of about 1 to 10 μm that are otherwise large enough to remain persistent within the covering tissue (eg, not cleared by normal immune system responses). It can have the same magnitude as the sound propagation time spanned.

도 1을 참조하면, 도 1의 X축에 따른 펄스 지속시간의 단위들은 문신 색소 입자 등의 목표 입자에 걸친 음향 전송 시간의 배수로 정의될 수 있다. 음향 전달 시간은 음파가 이 표적화된 입자를 횡단하는 데 요구되는 시간으로 정의될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 타겟에 대한 광기계적 응력은 조사하는 펄스 지속시간이 약 2 전달 시간들 미만으로 감소될 때 급격히 증가될 수 있다. 이 효과는 약 하나의 전달 시간 이하에서 극적으로 더욱 현저해진다. 따라서, 도 1을 통해, 문신들 및 다른 색소성 피부 병변들에 대한 광기계적 치료 또는 제거 프로토콜을 설계할 때 피코초 펄스 지속시간 범위에서 동작하는 능력이 중요하다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1 , units of pulse duration along the X-axis of FIG. 1 may be defined as multiples of sound transmission time across a target particle, such as a tattoo pigment particle. Acoustic transit time can be defined as the time required for a sound wave to traverse this targeted particle. As shown in FIG. 1 , the optomechanical stress on the target can increase rapidly when the irradiating pulse duration is reduced to less than about 2 transfer times. This effect becomes dramatically more pronounced below about one delivery time. Thus, it can be seen from FIG. 1 that the ability to operate in the picosecond pulse duration range is important when designing an optomechanical treatment or removal protocol for tattoos and other pigmented skin lesions.

본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치는 대략 1 ns 미만, 예컨대 대략 500 피코초(ps) 내지 900ps 범위의 펄스 지속시간을 가지는 레이저 에너지를 생성할 수 있다. 더 바람직하게는, 대략 700ps 내지 800ps 범위의 펄스 지속시간을 가지는 레이저를 생성할 수 있다. 이때, 공통 펄스 지속시간 값들은 대략 500ps부터 약 900ps까지의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 값들은 일반적으로 약 1내지 10 ㎛의 직경을 가지는 색소 침착 입자들에 대한 수개 미만(예를 들어, 약 1에서 약 3)의 음향 전달 시간들을 나타낸다.The picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention may generate laser energy having a pulse duration of less than about 1 ns, for example, about 500 picoseconds (ps) to about 900 ps. More preferably, it is possible to generate a laser having a pulse duration in the range of approximately 700 ps to 800 ps. In this case, the common pulse duration values may be in a range from about 500 ps to about 900 ps. The values generally represent sound transmission times of less than a few (eg, about 1 to about 3) for pigmented particles having a diameter of about 1 to 10 μm.

또한, 피부에 침착된 색소 입자들을 효율적으로 치료 또는 제거하기 위해서는 소정 기준 이상의 출력특성을 갖는 레이저가 필요하다. 예를 들어, 색소 입자들을 효과적으로 파괴하는데 요구되는 에너지 플루언스는 일반적으로 약 1~10J/㎠의 범위 내에 있다. 또한, 수 mm 직경의 영역을 치료하기 위해서 요구되는 레이저 출력은 적어도 펄스당 약 100mJ이고, 바람직하게는 펄스당 약 200부터 약 800mJ의 범위가 충족될 필요가 있다.
In addition, in order to efficiently treat or remove pigment particles deposited on the skin, a laser having an output characteristic greater than or equal to a predetermined standard is required. For example, the energy fluence required to effectively destroy pigment particles is generally in the range of about 1-10 J/cm 2 . In addition, the laser power required to treat an area of several mm diameter is at least about 100 mJ per pulse, and preferably a range of about 200 to about 800 mJ per pulse needs to be satisfied.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치(10)는 레이저 소스(20), 아이솔레이터(isolator, 30), 편광기(40), 그리고 공진부(50)를 포함할 수 있다.2 is a diagram schematically showing a picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , a picosecond laser generating apparatus 10 according to an embodiment of the present invention may include a laser source 20 , an isolator 30 , a polarizer 40 , and a resonator 50 . have.

상기 레이저 소스(20)는 레이저를 생성 또는 발진시킬 수 있다. 상기 레이저 소스(20)에는 오실레이터(oscillator)가 포함될 수 있다. 또한, 상기 레이저 소스(20)는 Q-switching 방식으로 레이저를 발진할 수 있다. 상기 레이저 소스(20)에 의해 발진된 레이저는 상기 아이솔레이터(30)에 의해 상기 공진부(50)를 향하는 단방향으로 최소 손실 조건으로서 이동할 수 있다. 상기 편광기(40)는 상기 아이솔레이터(30)로부터 제공받은 레이저를 상기 공진부(50)로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 편광기(40)는 상기 공진부(50)에 의해 압축된 펄스형 레이저를 측정부(60)를 향해 추출시키는 추출기로 사용될 수 있다. 상기 공진부(50)는 레이저를 압축 및/또는 증폭시키는 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 측정부(60)는 상기 피코초 레이저 생성 장치(10)로부터 추출된 레이저의 펄스 지속시간(pulse duration)을 측정할 수 있는 장치일 수 있다. 상기 측정부(60)로는 포토 다이오드(photo diode) 등이 사용될 수 있다.The laser source 20 may generate or oscillate a laser. The laser source 20 may include an oscillator. In addition, the laser source 20 may oscillate the laser in a Q-switching manner. The laser oscillated by the laser source 20 may move in a unidirectional direction toward the resonance unit 50 by the isolator 30 as a condition of minimum loss. The polarizer 40 may move the laser provided from the isolator 30 to the resonance unit 50 . In addition, the polarizer 40 may be used as an extractor for extracting the pulsed laser compressed by the resonator 50 toward the measuring unit 60 . The resonator 50 may perform a function of compressing and/or amplifying the laser. In addition, the measuring unit 60 may be a device capable of measuring a pulse duration of the laser extracted from the picosecond laser generating device 10 . A photo diode or the like may be used as the measurement unit 60 .

상기 아이솔레이터(30)와 상기 편광기(40) 사이에는 이분의 일 파장판(Half Wave Plate:HWP, 22)이 배치되고, 상기 편광기(40)와 상기 공진부(50) 사이에는 사분의 일 파장판(Quarter Wave Plate:QWP, 24)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 공진부(50) 상의 적절한 위치에 빔 익스팬더(beam expander, 32) 및 제1 렌즈(34)가 배치될 수 있다. 상기 빔 익스팬더(32)는 직경이 작은 평행 광선속을 직경이 큰 평행 광선속으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같은 기능을 수행하기 위하여, 일실시예에서, 빔 익스팬더(32)는 초점 위치를 일치시킨 2조의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(34)는 상기 빔 익스팬더(32)를 투과한 레이저가 소정의 광폭을 갖도록 압축시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 추가 렌즈 등이 더 구비될 수도 있다.A half wave plate (HWP) 22 is disposed between the isolator 30 and the polarizer 40 , and a quarter wave plate is disposed between the polarizer 40 and the resonator 50 . (Quarter Wave Plate: QWP, 24) may be disposed. In addition, a beam expander 32 and a first lens 34 may be disposed at an appropriate position on the resonator 50 . The beam expander 32 may perform a function of converting a parallel beam having a small diameter into a parallel beam having a large diameter. In order to perform such a function, in one embodiment, the beam expander 32 may include two sets of lenses having the same focal positions. The first lens 34 may perform a function of compressing the laser passing through the beam expander 32 to have a predetermined width. In addition, although not shown, an additional lens may be further provided.

상기 공진부(50)는 원하는 펄스 지속시간 및 펄스당 에너지를 가지는 레이저 를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 공진부(50)는 적어도 하나의 압축기(52)를 포함할 수 있다.The resonator 50 may perform a function of generating a laser having a desired pulse duration and energy per pulse. To this end, the resonator 50 may include at least one compressor 52 .

한편, 도시되지는 않았지만, 상기 공진부(50)의 양단에 특정 반사율을 갖는 별도의 미러들을 배치시킬 수 있다. 상기 미러들은 레이저를 전반사 하거나, 또는 입사하는 방사선의 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95%, 더 바람직하게는 적어도 99%를 반사하는 기능을 수행할 수 있다.Meanwhile, although not shown, separate mirrors having a specific reflectivity may be disposed at both ends of the resonator 50 . The mirrors may serve to either totally reflect the laser, or to reflect at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 99% of the incident radiation.

또한, 도시되지는 않았지만, 상기 압축기(52)는 적어도 하나의 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축기를 포함할 수 있다.Also, although not shown, the compressor 52 may include at least one simulated brillouin scattering (SBS) compressor.

일실시예에서, 상기 압축기(52)는 레이저의 이동 경로 상에 나란히 배치되는 제1 및 제2 압축기들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 압축기들 각각은 레이저 펄스를 압축할 수 있는 소정의 매질을 가질 수 있다. 여기서, 레이저 펄스의 압축은 전술한 라만(Raman)과 브릴루안(Brilouin) 펄스 압축방식에 의하여 수행될 수 있으며, 소정의 매질은 액체 또는 고체 타입일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 압축기(52)는 하나의 압축기를 구비할 수도 있다. 상기 압축기는 전술한 라만(Raman)과 브릴루안(Brilouin) 펄스 압축방식에 의하여 페이저 펄스를 압축시킬 수 있는 매질을 가질 수 있다.In one embodiment, the compressor 52 may include first and second compressors arranged side by side on the movement path of the laser. In this case, each of the first and second compressors may have a predetermined medium capable of compressing a laser pulse. Here, the compression of the laser pulse may be performed by the Raman and Brilouin pulse compression methods described above, and the predetermined medium may be a liquid or solid type. In another embodiment, the compressor 52 may include a single compressor. The compressor may have a medium capable of compressing the phasor pulse by the Raman and Brilouin pulse compression methods described above.

특히, 압축기(52)에 포함되는 매질은 플루오르화탄소(flourocarbons) 또는 사염화탄소(tetrachlorides) 등의 액체 타입 매질이거나, 결정질 석영(Crystalline Quartz)이나 사파이어(sapphire) 등의 고체 타입 매질일 수 있다. 더 나아가, 용융 실리카(fused silica)나 용융석영(fused quartz)로 매질이 이루어질 수도 있다. 그 밖에도 다양한 형태의 레이저 매질이 사용될 수 있으며, 상술한 매질로 한정되지 않을 수 있다.In particular, the medium included in the compressor 52 may be a liquid type medium such as fluorocarbons or tetrachlorides, or a solid type medium such as crystalline quartz or sapphire. Furthermore, the medium may be made of fused silica or fused quartz. In addition, various types of laser medium may be used, and may not be limited to the above-described medium.

다만, 플루오르화탄소 또는 사염화탄소와 같은 액체 매질들은 용해된 불순물들을 제거하기 위해 미세 여과를 필요로 하며, 독성을 지니고 있기 때문에 반드시 주의해서 다루어야 한다. 이에 반해, 고체 타입의 매질은 컴팩트(compact)하고 무해한 반면에 고장 손상 유발하는 빈도가 높다.However, liquid media such as fluorocarbon or carbon tetrachloride require microfiltration to remove dissolved impurities and must be handled with care because they are toxic. In contrast, the solid type medium is compact and harmless, but has a high frequency of causing breakdown damage.

이에 따라, 상기 제1 및 제2 압축기들은 레이저 펄스의 압축을 수행할 수 있다.Accordingly, the first and second compressors may compress the laser pulse.

참고로, SBS 위상 공액 거울과 SBS 펄스 압축기에서 셀 배열(cell arrangements)에는 크게 두 가지 방식이 있다. 먼저, 장초점 렌즈가 SBS 셀 또는 끝이 가늘어지는 도파로인 테이퍼 도파로(tapered waveguide)로 레이저를 포커스 되도록 하는 싱글 셀(single cell) SBS 발생기는 SBS 매질(medium)을 포함할 수 있다. 두번째로는, 전체 체인(chain)이 있는 멀티 셀(multiple cell) SBS 증폭기는 싱글 셀(single cell SBS) 생성기에 의해 시드(seed) 될 수 있다. 상기 싱글 셀 압축기는 단지 낮은 입력 에너지(input energy)와 높은 변환 효율에서만 작동하므로, 고에너지(high-energy) 펄스에서의 사용에는 적합하지 않을 수 있다.For reference, there are largely two methods for cell arrangements in the SBS phase conjugate mirror and the SBS pulse compressor. First, a single cell SBS generator for focusing a laser to an SBS cell or a tapered waveguide that is a tapered waveguide in which a long focus lens is used may include an SBS medium. Second, a multiple cell SBS amplifier with an entire chain can be seeded by a single cell SBS generator. Since the single cell compressor operates only with low input energy and high conversion efficiency, it may not be suitable for use in high-energy pulses.

SBS 펄스 압축 방식은 별도의 복잡한 전자장치가 없이도 구현될 수 있으며, 상대적으로 저비용의 재료들로 구현될 수 있는 수동적인 프로세스(passive process)라 볼 수 있다.The SBS pulse compression method can be implemented without a separate complicated electronic device and can be viewed as a passive process that can be implemented with relatively low-cost materials.

따라서, SBS 펄스 압축 방식은 편리하고 경제적인 방식으로 대략 100 내지 200ps의 단펄스가 몇몇의 나노세컨드(nanosecond) 펄스와 동기화될 수 있다. 이러한 동기화는 나노세컨드 레이저 펄스에 의해 시작된 플라즈마를 위해 진단하는 툴(tool)로서 사용될 수도 있다.Therefore, the SBS pulse compression method can synchronize a short pulse of approximately 100 to 200 ps with several nanosecond pulses in a convenient and economical manner. This synchronization can also be used as a diagnostic tool for plasma initiated by nanosecond laser pulses.

한편, 상기 공진부(50)를 이루는 요소들은 다음과 같이 배치될 수 있다.On the other hand, the elements constituting the resonance unit 50 may be arranged as follows.

먼저, 상기 제1 렌즈(34)는 레이저 초점(F)으로부터 대략 140 내지 160㎝에 배치되고, 상기 부가 렌즈(미도시됨)는 상기 레이저 초점(F)으로부터 대략 50 내지 70㎝에 배치될 수 있다. 상기 제1 압축기(미도시됨)는 상기 제1 렌즈 및 부가 렌즈들 사이에서 대략 70cm 내지 90cm의 길이로서 배치될 수 있다. 상기 제2 압축기(미도시됨)는 상기 부가 렌즈의 일측에서 상기 제1 압축기와 대체로 유사한 길이로서, 대략 70 내지 90㎝의 길이로서 배치될 수 있다.
First, the first lens 34 may be disposed at approximately 140 to 160 cm from the laser focal point F, and the additional lens (not shown) may be disposed approximately 50 to 70 cm from the laser focal point F. have. The first compressor (not shown) may be disposed with a length of approximately 70 cm to 90 cm between the first lens and the additional lenses. The second compressor (not shown) may have a length substantially similar to that of the first compressor at one side of the additional lens, and may be disposed as a length of about 70 to 90 cm.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치(10)에서 생성된 레이저를 측정기(60)을 통해 검출하여, 피코초 레이저가 생성되는지 여부를 확인하였다.By detecting the laser generated by the picosecond laser generating apparatus 10 according to the above-described embodiment of the present invention through the measuring device 60, it was checked whether the picosecond laser was generated.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치를 이용하여 추출된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치(10)로부터 추출된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과, 대략 695ps의 펄스 지속시간을 갖는 것을 확인할 수 있었다.3 is a graph showing the results of measuring a pulsed laser extracted using a picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention using a 16 GHz oscilloscope and a 1 GHz Si photodiode. As shown in FIG. 3 , the pulsed laser extracted from the picosecond laser generating apparatus 10 according to the embodiment of the present invention was measured using a 16 GHz oscilloscope and a 1 GHz Si photodiode. As a result, the pulse duration of approximately 695 ps could be confirmed to have

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치에서 생성된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1.2GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 피코초 레이저 생성 장치(10)로부터 추출된 펄스형 레이저를 16GHz 오실로스코프와 1.2GHz Si 포토 다이오드를 이용하여 측정한 결과, 대략 580ps의 펄스 지속시간을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
4 is a graph showing the measurement result of the pulsed laser generated by the picosecond laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention using a 16 GHz oscilloscope and a 1.2 GHz Si photodiode. As shown in FIG. 3 , the pulsed laser extracted from the picosecond laser generating apparatus 10 according to the embodiment of the present invention was measured using a 16 GHz oscilloscope and a 1.2 GHz Si photodiode. As a result, the pulse duration of approximately 580 ps I was able to make sure I had time.

상술한 바와 같은 에너지 크기 및 펄스 지속시간을 가지는 레이저는 문신 제거 치료가 진행 중인 환자에게 적용될 수 있다. 이 레이저는 원하지 않는 문신 색소 입자들을 가지는 피부의 모든 영역들에 소정시간 동안 조사될 수 있다. 이 색소 입자들의 광기계적 파괴는 단기 펄스 지속시간(타겟팅된 문신 색소 입자들을 통하는 음파의 전달 시간 아래의)을 2 내지 4J/㎠의 범위 내의 플루언스와 함께 이용하여 달성된다. 이 플루언스는 약 5mm의 레이저 에너지 스팟 직경으로 달성된다.The laser having the energy magnitude and pulse duration as described above can be applied to a patient undergoing tattoo removal treatment. This laser can be irradiated for a predetermined time to all areas of the skin that have unwanted tattoo pigment particles. The photomechanical destruction of these pigment particles is achieved using a short pulse duration (below the propagation time of a sound wave through the targeted tattoo pigment particles) with a fluence in the range of 2 to 4 J/cm 2 . This fluence is achieved with a laser energy spot diameter of about 5 mm.

레이저가 조사된 색소 입자들 중 적어도 일부는 레이저에 의한 광기계적 프로세스에 의하여 효율적으로 파괴 또는 붕괴될 수 있다. 이에 따라, 파괴된 색소 입자들은 인체 고유의 면역반응에 따른 정상적인 생리학적 프로세스들을 통해 신체로부터 제거될 수 있으며, 이에 따라 문신이 효과적으로 제거될 수 있는 것이다.
At least some of the laser-irradiated dye particles may be efficiently destroyed or collapsed by a photomechanical process by the laser. Accordingly, the destroyed pigment particles can be removed from the body through normal physiological processes according to the body's intrinsic immune response, and thus the tattoo can be effectively removed.

지금까지 본 발명에 따른 피코초 레이저 생성 장치 및 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Although specific embodiments of the apparatus and method for generating a picosecond laser according to the present invention have been described so far, it is apparent that various implementation modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be conveyed limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents. It should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their equivalents All changes or modifications derived from the concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 피코초 레이저 생성 장치
20 : 레이저 소스
30 : 아이솔레이터
32 : 빔 익스팬더
52 : 압축기
40 : 편광기
50 : 공진부
60 : 측정부10: picosecond laser generating device
20: laser source
30: isolator
32: beam expander
52: compressor
40: polarizer
50: resonance part
60: measurement unit

Claims (8)

펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성시키되,
레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 압축기; 및
상기 압축기로부터 상기 SBS 압축 펄스를 추출시키는 추출기를 포함하고,
상기 압축기는 레이저의 이동 경로 상에 나란히 배치되는 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함하고,
상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 배치되며 상기 레이저 소스에서 생성되는 레이저의 초점으로부터 50 내지 70cm 거리에 배치되는 부가 렌즈를 더 포함하고,
상기 추출기를 통해 추출되는 상기 SBS 압축 펄스는 인체로부터 색소 입자를 제거하는, 피코초 레이저 생성 장치.Generates pulsed laser energy,
a compressor for compressing the laser oscillated from the laser source in a Stimulated Brilliouin Scattering (SBS) compression method; and
An extractor for extracting the SBS compression pulse from the compressor,
The compressor includes a first compressor and a second compressor disposed side by side on the movement path of the laser,
An additional lens disposed between the first compressor and the second compressor and disposed at a distance of 50 to 70 cm from the focal point of the laser generated by the laser source,
The SBS compression pulse extracted through the extractor removes the pigment particles from the human body, a picosecond laser generating device. 제 1 항에 있어서,
상기 SBS 압축기는 액체 상태의 SBS 레이저 매질(medium)을 포함하는 피코초 레이저 생성 장치.The method of claim 1,
The SBS compressor is a picosecond laser generating device including a liquid SBS laser medium (medium). 제 1 항에 있어서,
상기 SBS 압축기의 양측에 배치되는 미러들을 더 포함하는 피코초 레이저 생성 장치.The method of claim 1,
The picosecond laser generating device further comprising mirrors disposed on both sides of the SBS compressor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 추출기에 의해 추출된 펄스형 레이저 에너지는 800ps 미만의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 피코초 레이저 생성 장치.The method of claim 1,
The pulsed laser energy extracted by the extractor is a picosecond laser generating device having a pulse duration of less than 800 ps. 펄스형 레이저 에너지(pulsed laser energy)를 생성하되,
레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계; 및
상기 SBS 압축된 펄스를 추출하는 단계를 포함하고,
상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계는, 레이저의 이동 경로 상에 나란히 배치되는 제1 압축기 및 제2 압축기를 통해 수행되고,
상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 배치되며 상기 레이저 소스에서 생성되는 레이저의 초점으로부터 50 내지 70cm 거리에 배치되는 부가 렌즈를 더 포함하고,
상기 SBS 압축된 펄스를 추출하는 단계는, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기로부터 상기 SBS 압축 펄스를 추출시키는 추출기를 통해 수행되고,
상기 추출기를 통해 추출되는 상기 SBS 압축 펄스는 인체로부터 색소 입자를 제거하는, 피코초 레이저의 생성 방법.Generates pulsed laser energy,
Compressing the laser oscillated from the laser source in a Stimulated Brilliouin Scattering (SBS) compression method; and
extracting the SBS compressed pulse,
The step of compressing the laser oscillated from the laser source in a simulated brillouin scattering (SBS) compression method is performed through a first compressor and a second compressor arranged side by side on a movement path of the laser,
An additional lens disposed between the first compressor and the second compressor and disposed at a distance of 50 to 70 cm from the focal point of the laser generated by the laser source,
The step of extracting the SBS compressed pulse is performed through an extractor for extracting the SBS compressed pulse from the first compressor and the second compressor,
The SBS compression pulse extracted through the extractor removes pigment particles from the human body, a picosecond laser generation method. 제 6 항에 있어서,
상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계는,
액체 상태의 SBS 매질(medium)에 상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 제공하는 단계를 포함하는 피코초 레이저의 생성 방법.7. The method of claim 6,
Compressing the laser oscillated from the laser source in a simulated brillouin scattering (SBS) compression method comprises:
A method of generating a picosecond laser comprising the step of providing a laser oscillated from the laser source to an SBS medium in a liquid state. 제 6 항에 있어서,
상기 레이저 소스로부터 발진된 레이저를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 압축 방식으로 압축시키는 단계는,
800ps 미만의 펄스 지속시간(pulse duration)을 갖는 펄스형 레이저 에너지를 생성하는 것인 피코초 레이저 생성 방법.7. The method of claim 6,
Compressing the laser oscillated from the laser source in a simulated brillouin scattering (SBS) compression method comprises:
A method of generating a picosecond laser for generating pulsed laser energy having a pulse duration of less than 800 ps.
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