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Nd:YAG激光器的特性及其在医学领域的应用

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激光是60年代初出现的一种新
型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工
农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。激光医学是激光技术与医疗
科学有机结合的产物，激光在70年代开始广泛用于临床;90年代，随着新型激光器的研
制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。

Nd:YAG激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种
工作模式(连续、脉冲)等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同
的，不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织
相互作用，可以获得良好的疗效。医用Nd:YAG激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、
耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合
好、无疤痕等独特优点，本文主要介绍Nd:YAG激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的
应用，使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。

一、Nd:YAG激光器的特性

能产生激光的系统，称为激光器。一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三
部分组成。自1960年第一台激光器诞生以来，已有上百种激光器问世。形形色色的激光
器彼此之间差异极大，根据产生激光的工作物质，有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器，工作物质的物理化学
性能主要取决于基质材料，而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。但发光粒子受
基质材料的影响，其光谱特性将有所变化，有的甚至变化很大。用作基质的主要有刚玉、
石榴石晶体及各种玻璃等。发光粒子称为激活离子，最常用的激活离子为钕、铬等稀土元
素离子。例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石，就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3+)的钇铝石榴石(YAG)晶体为工作物质的激光器，称为掺钕
钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。掺钕激光器是当前应用最广泛的固体器件之一，在激光加
工、医疗、军事等领域应用广泛。

图1Nd:YAG的能级图

Nd:YAG激光器为四能级系统，室温下有多条荧光谱线，正常工作条件下(室温)1064纳
米波长激光振荡最强，简化能级如图1所示。如果在谐振腔中插入标准具或色散棱镜，或
以特殊设计的谐振腔反射镜作为输出镜、使用镀有高度选择性介质膜的反射镜，抑制不需
要的波长的激光振荡，可获得所需波长的激光跃迁，如1319纳米、1338纳米、946纳
米等。输出波长为1064纳米的Nd:YAG激光器，经过倍频(KTP)晶体后可产生波长为
532纳米的激光。输出光有连续、准连续等形式。

Nd:YAG中掺入Nd3+浓度应合理，掺杂浓度高，则吸收率高、反转粒子数高、激光器的
效率高，但是掺杂浓度太高时，转换效率不仅不会增高，反而会下降，甚至出现浓度淬灭
现象。Nd原子浓度一般在015%～115%以内，浓度较高会缩短荧光寿命，使展宽线变宽，
在晶体中引起应变，最终导致光学质量变差、效率降低。应用中，可根据需要选择合适的
掺杂浓度，从而提高激光器的性能，对于Q开关3运转，选择高浓度的掺剂(112%)，以
产生高储能;对于连续运转，通常选择低浓度的掺剂(015%～018%)，以获得优良的光束质
量。增益介质的尺寸通常根据激光器的增益选择，高增益的激光器选择大尺寸的YAG棒，
长度可达150毫米，低增益的激光器通常选择短的激光棒，有几毫米或十几毫米，太长的
激光棒不仅不能提高增益，反而会因为吸收损耗等因素而降低效率。

Nd:YAG激光器采用激光二极管(LD)作为泵浦源，体积小、重量轻、效率高、寿命长，不
需要冷却系统，为激光系统小型化提供了有利条件。LD泵浦Nd:YAG激光器的结构形式
有端面泵浦和侧面泵浦两种。端面泵浦方式灵活方便，通过光纤耦合的泵浦光发散角小，
可与固体激光器的基模相匹配。侧面泵浦可采用多个LD阵列，散热效果好，可提供较强
的泵浦光，适合大功率运转。

LD泵浦的全固态调Q激光器是把能量以激活离子的形式存储在增益介质的激光高能级
上，集中在一个很短的时间内释放出来，可产生高重复频率、高峰值功率、脉宽可调节等
特性，在光学检测、原子分子物理、光谱学、非线性光学、激光医疗、激光雷达和光电对
抗等领域具有重大应用价值。Q开关激光器脉冲短、峰值功率高，热效应小，Q开关激光
聚集在靶点组织时会产生冲击波，靶点组织受到机械性的微爆破作用。国内外已有很多关
于Q开关Nd∶YAG激光在医学领域中各个方面的应用报道，如外科手术、眼科、牙科、
口腔科、耳鼻科、皮肤科等。调Q激光器的工作方式多种多样，分为主