Ti:sapphire 레이저로 펌핑하는 연속발진 Nd:YAG 레이저의 출력 특성과 Cr$^{4+}$:YAG 결정을 포화 흡수체로 이용하는 수동형 Q-switching된 Nd:YAG 레이저의 평균 출력, 펄스폭 및 반복률 등의 특성을 조사하였다. 그 결과 Nd:YAG 결정에 입사되는 Ti:sapphire 레이저의 펌핑 출력이 850 ㎽일 때, 연속 발진 Nd:YAG 레이저의 출력이 450 ㎽로 측정되어 출력 기울기 효율이 약 56%로 계산되었다. 또한, 초기 투과율이 90%인 Cr$^{4+}$:YAG 결정을 이용하여 수동형 Q-switching된 Nd:YAG 레이저 출력이 200㎽로 측정되었고, 이때의 펄스 반복률 및 펄스폭은 각각 23.8 KHz 및 17.0 ns로 측정되었다.되었다.
입사면에서 발생하는 열을 효율적으로 제거하기 위하여 Yb:YAG 결정의 표면에 sapphire 창을 부착하여 레이저를 발진 시켰다. Yb:YAG 결정에서 발생하는 열이 sapphire 창을 통하여 구리판으로 전달되는 경우 와 Yb:YAG 결정의 측면에서 냉각하는 경우의 레이저 출력을 측정하여 각각의 레이저 발진 특성을 비교하여 보았다. 여기면을 sapphire 창으로 냉각하는 micro-chip Yb:YAG 레이저의 레이저 에너지 전환 효율은 38%였으며 레이저 발진 문턱값은 4 kw/mm$^2$, slope efficiency는 56%로 측정되었다. Sapphire 창을 사용하는 경우 표면에서의 열전달도는 10 W/mm$^2$이상으로 관측되었다. Yb:YAG의 도핑율, 출력경의 반사율 등을 레이저 변수를 최적화할 경우 같은 구조에서 50 W급 레이저도 발진 가능할 것으로 예상된다.
본 연구는 두 가지 관점, 즉 다이오드레이저를 구강연조직에 접촉식으로 조사하여 조직을 절제할 경우 첫째 심부조직에서의 온도 상승 정도에 대한 분석 평가, 둘째 절제에 따른 조직의 열적 응고에 대한 조직학적 분석 평가를 위해 시도되었다. 연구를 위해 도축된 소의 혀 배면으로부터 5.0mm깊이에 T형 열전대(type T thermocouple)를 설치하고 조사조건에 따른 레이저절제 도주의 온도변화를 측정하고, 또한 해당조사부위의 조직을 대상으로 통법에 의한 H-E염색 후 조직학적 측면에서 열적 응고상을 검색하여 Nd:YAG레이저의 경우에서와 비교하였다. 즉 파장815nm의 다이오드레이저를 0-10W의 출력, 50Hz와 연속파의 주파수조건에서 접촉식으로 조사하였으며, 또한 파장1064nm의 Nd:YAG레이저를 0-10W의 출력, 50Hz와 100Hz의 주파수 조건에서 접촉식으로 조사하였다. 레이저의 접촉조사시 레이저광섬유 첨단부에서 10(10gm의 일정한 압력과 25mm/sec의 이동속도로 조직을 절제하였다. 레이저가 접촉조사된 조직부위를 통법에 의해 조직학적으로 H-E염색을 시행하였으며, 계측현미경을 이용하여 10배율 아래에서 조직절제의 폭과 깊이, 측방 및 하방 쪽으로 열적 응고의 폭을 계측하였다. 계측치에 대한 통계학적 처리결과 조직절제의 폭과 측방쪽으로 열적응고의 폭은 다이오드레이저에와 Nd:YAG레이저에서 같은 정도를 나타냈다. 조직절제의 깊이는 Nd:YAG레이저에서에 비해 다이오드레이저에서 더 깊었다. 하방쪽으로의 열적응고의 폭은 Nd:YAG레이저를 10Hz의 조건에서 조사한 경우에서 가장 넓었으며, 다이오드레이저를 50Hz와 연속파의 조건에서 조사한 경우에서 가장 좁았다. 레이저절제 도중 심부조직에서의 온도변화는 다이오드 레이저에서와 Nd:YAG레이저에서 모두 출력이 증가함에 따라 상승되었으며, 다이오드레이저에서 보다 Nd:YAG레이저에서 더 높이 상승되었다. 결론적으로 본 연구에서 시도된 조사조건 범위 이내에서는 구강연조직 절제시 다이오드레이저가 펄스형 광섬유 전달식 Nd:YAG레이저 보다 심부조직에서의 낮은 온도상승과 하방쪽으로의 좁은 열적 응고의 폭을 보이면서 우수한 조직절제효과를 나타냈다.
레이저 시스템에서의 혼돈에 관한 연구는 Q-스위칭 레이저$^{(1)}$ , 모드록킹 레이저$^{(2)}$ 그리고 Nd:YAG 레이저의 제2차 고조파에서$^{(3)}$ 실험적으로 수행되었다. 또한 이러한 실험적인 결과들을 레이저 비율 방정식을 사용하여 이론적으로 분석하고자 하는 방법들이 보고되었다.$^{(4-6)}$ 그러나 이러한 노력에도 불구하고 여전히 비율 방정식만으로는 만족스럽게 설명하지 못하는 레이저 혼돈 현상들이 많이 존재한다. 레이저시스템에서 알려지지 않은 현상들 중 하나가 발진 문턱 근처에서의 행동이다. 레이저 시스템은 양자 잡음, 펌핑 잡음 등에 의한 잡음 현상들을 나타내는데, 이것들은 때때로 특히 발진 문턱에서의 레이저 동작에 중요한 역할을 한다. 그러한 경우 잡음에 관한 정확한 정보를 가지고 있지 않는 한 비율 방정식만으로 혼돈 현상들을 설명하기란 매우 어려운 일이다. 발진 문턱 근처에서의 레이저 출력에 관한 혼돈 현상은 최근에 수행된 연속 발진 Nd:YAG 레이저와$^{(7)}$ Q-스위칭 Nd:YAG 레이저를$^{(8)}$ 제외하면 보고된 것이 거의 없다. 본 논문에서는 작은 주기적인 변조가 가해진 다이오드 레이저로 들띄운 Nd:YAG 레이저의 내부 발생형 제2차 고조파의 출력이 나타내는 혼돈 현상이 바로 on-off 간헐성임을 보여주는 실험결과를 보고하고자 한다. (중략)
본고에서는 Nd:YAG 레이저의 구조 및 특성에 대하여 설명한 뒤 그 제작 및 응용기술에 대한 이해를 돕고자 한다. 제2장에서는 일반적으로 레이저에 대하여 잘 모르는 사람이 이해하기 쉽도록 발전원리에 대하여 간략하게 기술한 후, YAG 레이저의 구조 및 특징에 대하여 간략하게 기술하고 YAG레이저의 구조 및 특징에 대하여 설명하고자 한다. 제3장에서는 전기연구소에서 수행한 YAG 레이저의 설계 및 제작기술, 그리고 연구결과에 대하여 간략히 설명하고 제4장에서는 그 응용기술에 대하여 설명한다. 제5장은 본고에서 기술한 내용을 정리함과 동시에 금후의 발전방향에 대하여 이야기 하고자 한다.
레이저의 구강내 산 생성 세균인 S. mutans에 대한 증식 및 기능 억제효과를 평가하기 위하여 S. mutans KCTC 3065가 포함된 세균 pellet에 Er:YAG 레이저와 Nd:YAG 레이저를 비접촉식 방법으로, 조사세기 50mJ, 조사시간 5초, 그리고 pulse repetition rate를 각각 10Hz와 30Hz로 하여 조사하고 세균 군락수, 산 생성능, 불용성 세포외다당류의 합성량을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Chinese ink로 photosensitization을 시행한 후 Nd:YAG 레이저를 조사한 경우가 S. mutans의 증식을 가장 많이 억제하였으며 Er:YAG 레이저 조사도 증식을 억제하였다. 그러나 Chinese ink를 사용하지 않고 Nd:YAG 레이저를 단독으로 조사한 경우는 S. mutans의 증식을 억제하지 못하였다. 레이저 조사조건 중 pulse repetition rate는 전반적으로 세균 증식 억제에 영향을 미치지 못하였다. 2. Chinese ink로 photosensitization을 시행한 후 Nd:YAG 레이저를 조사한 경우가 일정기간 동안 S. mutans의 산생성능을 가장 많이 억제하였으며 Er:YAG 레이저 조사도 산 생성능을 억제하였다. Chinese ink를 사용하지 않고 Nd:YAG 레이저를 단독으로 조사한 경우는 S. mutans의 산생성능을 억제하지 못하였다 Er:YAG 레이저와 Chinese ink로 photosensitization을 시행한 후 Nd:YAG 레이저를 조사한 경우는 pulse repetition rate가 클수록 전반적으로 세균의 산생성능을 더 많이 억제하였다. 3. 레이저 조사는 S. mutans의 불용성 세포외다당류의 합성에 영향을 미치지 못하였다. 이상의 결과로 보아 Er:YAG 레이저와 Chinese ink로 photosensitization을 시행한 후의 Nd:YAG 레이저 조사는 일정시간 동안 S. mutans의 증식과 산 생성능을 억제시키므로써 치아우식증 예방효과를 얻을 수 있다고 사료되나 억제효과가 오래가지 않아 임상적으로 효과를 얻기 위해서는 자주 조사를 해주어야 한다는 문제점을 안고 있어 임상적으로 치아우식증 예방이란 단독 목적으로 사용하기에는 실용성이 크지 않다고 사료된다.
이 연구의 목적은 하악 이공부에 Nd:YAG 레이저 조사시 통증의 전달과 관련하여 감각신경전도 변화에 영향을 미치는지 조사하는 것이다. 각각 10 Hz와 20 Hz에 100 mJ/pulse의 조건으로 Nd:YAG 레이저를 하악 이공부에 비접촉식으로 5분간 조사하였다. 조사부위는 하악 이공부의 30 mm 지름을 가지는 원으로 설정하였고 조사부와 레이저 팁사이의 거리는 10 mm로 유지하여 원을 그리듯 움직이며 조사하였다. 이때의 출력밀도는 각각 $212\;mW/cm^2$과 $424\;mW/cm^2$이었다. Nd:YAG 레이저 조사 전과 후의 감각신경전도는 $Neurometer^{(R)}$ CPT/C를 이용하여 평가하였다. 그 결과 레이저 조사 전과 후 이공부에서의 전류인지역치(CPT)와 통증내성역치(PTT)를 얻었으며 통계처리를 거쳐 다음의 결과를 얻었다. 1. 2 W, 20 Hz 조건과 1 W, 10 Hz 조건으로 Nd:YAG 레이저를 조사한 경우 레이저 조사 전과 조사 후의 유의한 전류인지역치의 차이는 없었다. 2. 2 W, 20 Hz 조건과 1 W, 10 Hz 조건으로 Nd:YAG 레이저를 조사한 경우 레이저 조사 전과 조사 후의 유의한 통증내성역치의 차이는 없었다. 3. 1 W, 10 Hz 조건과 2 W, 20 Hz 조건으로 Nd:YAG 레이저를 조사하였을 때 두 군 사이 전류인지역치와 통증내성역치의 유의한 차이는 없었다. 따라서 우리는 하악 이공부에 Nd:YAG 레이저 조사가 이신경의 감각신경전도에 유의한 변화를 보이지 않음을 확인하였다.
레이저 다이오드 뒷면 여기 방식을 이용한 Nd: YAG 레이저를 제작하고, 뒷면 여기 방식을 이용하였을 때, 들뜸 효율을 측정하였다. 포화 흡수체로 $Cr^{4+}$:YAG를 레이저 공진기 내부에 설치하여 수동형 Q-switching을 수행하였고, 그 때, 평균 출력, 펄스폭 및 반복율 특성등을 조사하였다. 수동형 Q-switching된 레이저의 펄스폭 및 반복율은 평균 출력 및 $Cr^{4+}$:YAG 결정의 낮은 강도 투과율(low intensity trasmission)에 따라 변화하였으며, 평균 출력은 최고 1 W, 펄스폭은 최저 51 nsec 까지 얻을 수 있었고 최고 약 40kHz의 고반복율로 동작하는 것을 관찰하였다.
For the conventional welding method. the high heat transfer makes the crystallized zone of the work material unavoidable. Whereas the laser is able to weld the amorphous metal without a crystallized zone, because heat transfer is limited within a very small restricted volume. In this paper, the possibilities and the limits of the laser welding were studied to utilize the advantageous properties of amorphous metal foils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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