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보정률  A

문서에서 저작자표시 (페이지 48-103)

국제 레이저 안전 표준에서는 보정률 A 등을 사용하여 MPE 조건의 파장 의 존성을 나타내고 있다.[23-25] 보정률 A는 본래 눈에 대한 손상 한계(damage threshold)로부터 결정되었다. 망막에 흡수되는 레이저 에너지 

는 다음 식과 같 이 표현할 수 있다.[26]

∙∙∙ (3.3)

여기서, 

, , 

, 는 각각 눈에 최초 입사된 레이저 에너지, 눈 입사 후 망막 도달 전 까지의 투과율, 혈액층에서의 투과율, 망막(주로 멜라닌으로 구성) 의 흡수율을 의미한다. 만약 손상 한계에서의 망막 흡수 에너지 

가 파장에 무 관한 상수라면, 손상 한계에 해당하는 입사 레이저 에너지 는 다음과 같이 표 현될 수 있다.[26]

∝ ∙

∙

 (3.4)

보정률 A 등은 표준 제정을 위해 측정 데이터를 다루기 쉬운 형태로 간략화 하기 위해 도입되었다. 그림 3.16은 식 (3.4)의 우변에 대한 측정 데이터와 보정 률 A와 C를 사용하여 이를 직선 형태로 단순화한 그래프를 보여주고 있다.

피부에 대한 700 nm ~ 1400 nm 파장 영역에 대한 MPE 또한 보정률 A를 사 용하여 규정되어 있는데, 이는 상기 파장 영역에서 망막과 피부의 손상 한계가 모두 멜라닌의 흡수율 역수에 주로 의존하여 변화하기 때문이다.[27] 보정률 도입 을 통한 이러한 파장 의존성 단순화 과정을 거치며 파장별로 다른 안전 인자 (safety factor)가 적용되었다. 532 nm, 809 nm, 905 nm, 1064 nm 4개의 파장 중 측정 데이터와 보정률 A 사이의 간격이 가장 좁은 532 nm에 대한 안전 인자가 가장 작은 값을 갖고 있음을 알 수 있다.

표 3.3 ANSYS CFD 피부 모델링에 적용한 표피와 진피층의 비열, 열전도도, 질량밀도[20]

비열  (J·kg·K-1)

열전도도  (W·m-2·K-1)

질량밀도  (kg·m-3)

표피 3589 0.235 1200

진피 3300 0.445 1200

표 3.4 Long Pulse(펄스 폭: 100 ms) 조건에 사용된 LPE 파라미터

파장 LPE (Laser Pulse Energy)

Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 532 nm 0.02 J 0.04 J 0.06 J 0.08 J 809 nm 0.05 J 0.10 J 0.15 J 0.20 J 905 nm 0.10 J 0.15 J 0.20 J 0.30 J 1064 nm 0.15 J 0.30 J 0.40 J 0.50 J

표 3.5 Short Pulse(펄스 폭: 5 ns) 조건에 사용된 LPE 파라미터

파장 LPE (Laser Pulse Energy)

Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 532 nm 0.0010 J 0.0015 J 0.0019 J 0.0025 J 809 nm 0.0015 J 0.0032 J 0.0045 J 0.0060 J 905 nm 0.0020 J 0.0049 J 0.0070 J 0.0090 J 1064 nm 0.0060 J 0.0096 J 0.0120 J 0.0140 J

표 3.6 Long Pulse 조건 시뮬레이션의 최대 온도 상승치 결과

파장 LPE (Laser Pulse Energy)

Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 532 nm 19.26 ℃ 38.54 ℃ 57.83 ℃ 77.12 ℃ 809 nm 12.40 ℃ 24.82 ℃ 37.26 ℃ 49.68 ℃ 905 nm 12.37 ℃ 18.57 ℃ 24.77 ℃ 37.17 ℃ 1064 nm 8.20 ℃ 16.40 ℃ 21.86 ℃ 27.33 ℃

표 3.7 Short Pulse 조건 시뮬레이션의 최대 온도 상승치 결과

파장 LPE (Laser Pulse Energy)

Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 532 nm 1.33 ℃ 1.99 ℃ 2.52 ℃ 3.32 ℃ 809 nm 0.47 ℃ 1.01 ℃ 1.42 ℃ 1.90 ℃ 905 nm 0.30 ℃ 0.74 ℃ 1.04 ℃ 1.30 ℃ 1064 nm 0.52 ℃ 0.83 ℃ 1.03 ℃ 1.21 ℃

표 3.8 Long Pulse 조건에 대해 LPE를 MPE 값으로 고정하고 시뮬레이션을 수행하여 얻은 피부의 최대 온도 상승치

파장 레이저 펄스 에너지

(MPE 조건)

최대 온도 상승치

∆m ax

532 nm 0.060 J 57.83 ℃

809 nm 0.098 J 24.82 ℃

905 nm 0.150 J 18.57 ℃

1064 nm 0.300 J 16.40 ℃

표 3.9 Short Pulse 조건에 대해 LPE를 MPE 값으로 고정하고 시뮬레이션을 수행하여 얻은 피부의 최대 온도 상승치

파장 레이저 펄스 에너지

(MPE 조건)

최대 온도 상승치

∆m ax

532 nm 0.0019 J 2.52 ℃

809 nm 0.0032 J 1.01 ℃

905 nm 0.0049 J 0.74 ℃

1064 nm 0.0096 J 0.83 ℃

그림 3.10 ANSYS CFD의 시뮬레이션 레이아웃(깊이 3 mm × 폭 6 mm)

t = 100 × 10-3s t = 1 s

t = 2 s t = 3 s

t = 5 s t = 4 s

그림 3.11 Long Pulse 조건에서 파장 905 nm, LPE 0.15 J인 경우에 대해 시뮬레이션을 수행 한 결과 중    ×  , 1, 2, 3, 4, 5 s일 때의 온도 분포

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 305

310 315 320 325 330 335

Axial Position [mm]

Temperature [K]

Temperature along Axial Position

t = 0 s t = 1 s t = 2 s t = 3 s t = 4 s t = 5 s

DT

max

= 18.57

o

C

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

305 310 315 320 325 330 335

Time [s]

Temperature [K]

Maximum Temperature

(b) (a)

그림 3.12 Long Pulse 조건에서 파장 905 nm, LPE 0.15 J인 경우 (a) 레이저 빔 중심에서 피부 깊이 방향으로의 온도 분포, (b) 시간에 따른 레이저 빔

중심에서의 피부 표면 온도 변화

t = 5 × 10-9s t = 0.2 s

t = 0.4 s t = 0.6 s

t = 1 s t = 0.8 s

그림 3.13 Short Pulse 조건에서 파장 532 nm, LPE 1.9 mJ인 경우에 대해 시뮬레이션을 수행 한 결과 중    ×  , 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1 s일 때의 온도

분포

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 310

310.5 311 311.5 312 312.5 313

Time [s]

Temperature [K]

Maximum Temperature

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

309 309.5 310 310.5 311 311.5 312 312.5 313 313.5

Axial Position [mm]

Temperature [K]

Temperature along Axial Position

t = 0 s t = 0.1 s t = 0.2 s t = 0.3 s t = 0.4 s t = 0.5 s t = 0.6 s t = 0.7 s t = 0.8 s t = 0.9 s t = 1 s

DT

max

= 2.52

o

C

e / 1

(b) (a)

그림 3.14 Short Pulse 조건에서 파장 532 nm, LPE 0.19 mJ인 경우 (a) 레이저 빔 중심에서 피부 깊이 방향으로의 온도 분포, (b) 시간에 따른 레이저 빔

중심에서의 피부 표면 온도 변화

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0

10 20 30 40 50 60 70 80

Laser Pulse Energy [J]

Temperature Rise [°C]

532 nm 809 nm 905 nm 1064 nm

그림 3.15 Long Pulse 조건 시뮬레이션의 LPE 변화에 따른 파장별 온도 상승 결과 그래프

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Laser Pulse Energy [J]

Temperature Rise [°C]

532 nm 809 nm 905 nm 1064 nm

그림 3.16 Short Pulse 조건 시뮬레이션의 LPE 변화에 따른 파장별 온도 상승 결과 그래프

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 10-2

10-1 100 101

Wavelength [nm]

Laser Pulse Energy [J]

MPE DLPE, 532 nm DLPE, 809 nm DLPE, 905 nm DLPE, 1064 nm

그림 3.17 Long Pulse 조건에서의 MPE[23]와 ∆LPE(최대 온도 상승치가 15 ℃ ∼ 60 ℃ 사이 값이 되는 LPE 영역) 비교

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 10-4

10-3 10-2 10-1 100 101

Wavelength [nm]

Laser Pulse Energy [J]

MPE DLPE, 532 nm DLPE, 809 nm DLPE, 905 nm DLPE, 1064 nm

그림 3.18 Short Pulse 조건에서의 MPE[23]와 ∆LPE(최대 온도 상승치가 0.5 ℃ ∼ 3.0 ℃ 사이 값이 되는 LPE 영역) 비교

) /(

1 T

λ

× T

bλ

× A

λ

C

A

400 600 800 1000 1200 1400

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Wavelength [nm]

C

A

C

C ×

그림 3.19 식 (3.4)의 우변에 대한 측정 데이터와 보정률 A와 C를 사용하여 이를 직선 형태로 단순화한 그래프[26]

4장 레이저의 피부 흡수에 의한 기계적 효과

제1절 레이저에 의해 발생하는 기계적 효과의 종류

레이저에 의해 발생하는 스트레스파(laser-induced stress waves)는 레이저에 의한 광학 절연파괴(laser-induced optical breakdown), 레이저 제거(laser ablation), 레이저 에 의한 열탄성 효과(laser-induced thermoelastic effects) 등의 기전에 의해 발생된 다고 알려져 있다.[28]

큐-스위칭(Q-switching) 또는 모드 잠금(mode-locking)에 의해 발생된 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저는 순간적인 전기장의 세기가 매우 크기 때문에 매질을 이온화 시키고 플라즈마를 형성할 수 있다. 이러한 현상을 레이저에 의한 광학 절연파괴 라 부르는데, 이때 발생한 고온, 고압의 플라즈마가 빠르게 팽창하며 압력파를 형성하고 이온화가 이루어지지 않은 매질 내부로 충격파(shock wave)가 전달 된 다. 광학 절연파괴(laser-induced optical breakdown)에 의해 발생하는 충격파는 의 학적으로 수정체 분쇄(lens fragmentation), 레이저 쇄석술(laser lithotripsy) 등에 응 용되고 있다.[2]

레이저 제거는 주로 자외선 파장대의 레이저를 사용한다. 자외선 파장대의 광 자는 매우 큰 에너지를 갖고 있어 생체조직과 같은 매질의 분자결합을 분해할 수 있다. 자외선 파장대의 레이저에 노출된 매질은 분자결합의 분해에 의해 작은 조각으로 해체되고 매질 표면으로부터 빠른 속도로 제거된다. 이때 반동 운동량 (recoil momentum)이 남아 있는 매질에 순간적으로 전달되는데, 이를 통해 스트레 스파가 생성되게 된다. 레이저 제거 기술은 의학적으로 굴절각막 교정술 (refractive corneal surgery)에 응용되고 있다.[29]

매우 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저가 흡수 매질에 조사될 경우 순간적인 레이 저 흡수에 의해 매질이 국소적으로 가열된다. 이때 순간적으로 가열된 매질의 국 소부가 열팽창을 하게 되는데, 이를 통해 국소적으로 압력이 증가하게 되고 이 압력파가 스트레스파의 형태로 탄성을 갖고 있는 매질(elastic medium) 내부로 전

달되게 된다.[30] 광학 절연파괴나 레이저 제거는 매질의 손상을 동반하는 기전이 지만, 레이저에 의한 열탄성 효과는 매질의 손상 없이도 스트레스파를 발생시킬 수 있는 기전이다. 레이저 열탄성 효과에 의해 발생하는 스트레스파는 세포의 구 조와 기능에 영향을 줄 수 있으며, 특히 세포막의 투과성을 상당히 크게 증가시 킬 수 있어 약물 또는 유전자 전달을 위한 훌륭한 툴로 주목 받고 있다.[31,32]

제2절 열탄성 파동 방정식과 1차원 해

[33]

열탄성 파동 방정식(thermoelastic wave equation)은 다음 식과 같이 표현된다.

 

u

   

 ∇u     

 ∇∇ ∙ u   



∇ (4.1)

여기서, , , u , , ,  는 각각 질량밀도(mass density), 포아송비(Poisson's ratio), 변위 벡터(displacement vector), 열팽창계수(thermal expansion coefficient), 영 률(Young's modulus), 온도 증가 분포(distribution of temperature increase)을 의미한 다. 한편, 응력 텐서(stress tensor) 와 변형 텐서(strain tensor) 는 다음 식과 같이 주어진다.

   

   

 

   

  (4.2)

  





 



(4.3)

여기서, , , 는 각각 크로네커 델타(Kroneker delta), 변위 벡터 u의 성분 (component), 위치 벡터 r의 성분을 의미한다.

단면적이 매우 크고 펄스 폭이 매우 작은 레이저 빔이 매질에 지수함수적으로 (침투 깊이 ) 흡수 되는 경우, 매질 표면으로부터 깊이 방향으로 지수함수적으 로 감소하는 온도 증가 분포를 형성하게 된다. 이때, 변위는 깊이 방향(축 방향) 으로만 존재하게 되고  좌표값에만 의존하게 된다. 이러한 1차원 문제의 경우, 열탄성 파동 방정식 (4.1)은 다음과 같이 단순화 된다.



 

   



 

(4.4)

여기서, 와 은 각각 최대 온도 증가량과 종 음파 속도(longitudinal speed of sound)를 의미한다. 은 다음 식을 사용하여 계산할 수 있다.

     

  

(4.5)

자유 경계 조건(free boundary condition)에 대해 1차원 열탄성 파동 방정식 (4.4) 를 풀면 변위 와 스트레스  에 대한 해를 다음과 같이 구할 수 있다.

 



  

  

      

for  ≤  (4.6)

 



  

  

      

for  ≥  (4.7)

  

m ax

    

    

for  ≤  (4.8)

  

m ax

    

    

for  ≥  (4.9)

여기서, m ax와 는 각각 최대 스트레스 값과 스트레스 이완 시간(stress relaxation time)을 의미하며, 다음 식들을 사용하여 계산할 수 있다.

m ax   

  

 (4.10)

 

 (4.11)

한편, 최대 변위 m ax는 식 (4.6)과 (4.7)로부터 다음과 같이 주어진다.

m ax 



  

  

(4.12)

제3절 논의

레이저 흡수에 의해 발생한 초기 스트레스 분포는 열팽창에 의한 것이기 때문 에 압축 스트레스(compressive stress)이다. 이 초기 스트레스 분포는 음파의 속도 로 매질 내에서 전파하는데, 1차원의 경우 레이저 빔 축(laser beam axis)을 따라 매질 경계면 방향과 매질 내부 방향의 양방향으로 전파가 이루어진다. 레이저 빔 이 입사하는 매질 경계면에서의 경계조건에 따라 최종적으로 매질 내부를 통해 전파하는 스트레스파의 모양이 달라진다.

자유 경계 조건의 경우, 매질 경계면 방향으로 진행한 파는 경계면에서 반사되 어 매질 내부로 진행방향을 바꾸면서 위상변화가 발생하여 스트레스의 부호가 변화하게 되고 인장 스트레스(tensile stress)로 변환된다. 따라서, 이 경우 최종적 으로 매질 내부를 통해 전파하는 스트레스 파는 압축과 인장 성분을 모두 갖고 있는 바이폴러 파(bipolar wave)가 된다. 스트레스파를 시간적으로 측정해 보면 압축과 인장 각 성분은 대략 스트레스 이완 시간 의 폭을 갖고 있다. 식 (4.8) 과 (4.9)는 이렇게 형성된 바이폴러 파를 나타낸다. 강체 경계 조건(rigid boundary condition)의 경우, 경계면에서의 반사에 의해 스트레스파의 위상변화가 발생하지 않으므로 최종적으로 매질 내부를 통해 전파하는 스트레스파는 압축 성분만을 갖게 된다.

그림 4.1은 식 (4.6) ~ (4.9)를 사용하여 계산한 결과를 보여 주고 있다. 시간  와 피부 조직 내부 방향으로의 깊이(depth into tissue)는 각각 스트레스 이완 시간

와 침투 깊이  를 단위로 사용하였다. 변위와 스트레스 값은 각각의 최대값을 사용하여 규격화하였다.

매질에 조사되는 레이저가 유한한 펄스 폭 을 갖는 경우, 스트레스 이완 현 상에 의해 스트레스파의 최대값이 감소율(reduction factor) A 만큼 작아지게 된다.

레이저 펄스가 시간적으로 사각형 형태를 갖고 있는 경우 감소율 A는 다음과 같 이 주어진다.[34]

  

  exp 

(4.13)

여기서,  는 레이저 펄스 폭 과 스트레스 이완 시간 의 비율이다. 레 이저 펄스 폭이 스트레스 이완 시간과 비슷하거나 크게 되면 감소율 A가 상당히 작아져 발생하는 스트레스파의 최대값이 현저히 작아지게 됨을 알 수 있다. 표 4.1은 일반적인 인체 연조직(soft tissue)의 특성 상수값를 보여 주고 있

다.[20,35-37] 침투 깊이 를 앞서 가정한 표피의 두께인 100 μm로 가정하고, 표 4.1

의 특성 상수값을 사용하여 최대 스트레스 m ax, 최대 변위 m ax, 스트레스 이완 시간 를 계산해 보면 다음과 같은 결과를 얻게 된다.

m ax   ×  P a   MP a   bar (4.14)

m ax  nm (4.15)

  ns (4.16)

여기서, 의 단위는 K 또는 ℃이다.

제3장의 온도 시뮬레이션 결과 중 Shot Pulse 조건(레이저 펄스 폭: 5 ns)에서 파장이 532 nm이고 LPE가 1.9 mJ인 경우 최대 온도 증가량은 약 2.5 ℃이었다.

본 논문의 온도 시뮬레이션에서는 0.69 mm 직경( 기준)을 갖는 가우시안 레 이저 빔을 가정하였으므로 1차원 열탄성 파동 방정식의 해를 곧바로 적용할 수 는 없다. 그러나 유한한 직경을 갖는 가우시안 레이저 빔의 경우에도 1차원 해에 서 예측하는 것과 비슷한 크기(order of magnitude)의 최대 스트레스와 최대 변위 를 나타낼 것으로 예상할 수 있으므로, 관련 값들을 (4.14), (4.15)에 대입하면 최 대 스트레스는 약 6.0 MPa, 최대 변위는 약 200 nm 정도 일 것으로 예측된다.

한편, 식 (4.13)을 사용하여 계산한 감소율 A의 값은 약 0.96으로 5 ns 레이저 펄 스의 경우 스트레스 이완 현상에 의한 스트레스파 감소는 약 4 % 정도일 것으 로 예상된다.

표 4.1 일반적인 인체 연조직(soft tissue)의 특성 상수값[20,35-37]

순번 상수값 참고문헌번호

1 질량밀도 

(kg/m3) 1200 [20]

2 선형열팽창계수 /3

(K-1) 3 × 10-4 [35]

3 음파 속도 

(m/s) 1540 [36]

4 포아송비  0.48 [37]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -1

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 0 Displacement

Stress

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 1 Displacement

Stress

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 2 Displacement

Stress

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 3 Displacement

Stress

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 4

Displacement Stress

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Depth into Tissue

Normalized Displacement or Stress

t = 5

Displacement Stress

그림 4.1 자유 경계 조건에 대한 1차원 열탄성 파동 방정식의 해

5장 촉감 자극 생성을 위한 레이저 시스템

제1절 532 nm/1064 nm 레이저

레이저를 이용한 촉감 자극 생성 실험을 위해 Quantel사의 고출력 큐-스위치된 Nd:YAG(Brilliant b)[39]를 사용하고 있다.(건국대학교 의공학부 전재훈 교수 연구팀 과 함께 연구 수행 중) 표 5.1은 Brilliant b의 출력 특성을 정리한 것이다.[39] 532 nm와 1064 nm 파장의 출력을 선택적으로 사용할 수 있으며, 펄스 반복률은 10 Hz, 펄스 폭은 5 ~ 6 ns이다. 그림 5.1은 Brilliant b의 외관과 532 nm 파장 출력 빔의 사진이며, 그림 5.2는 532 nm 파장의 시간적 출력을 측정한 결과이다. 이 때 사용한 광검출기와 오실로스코프는 각각 Newport Corporation사의 818-BB-21[40]와 Tektronix Incorporated사의 TDS7154B[41]이었다. 약 5 ns의 펄스 폭 을 갖고 있음을 확인할 수 있다.

인체 피부 조직과 유사한 인공 합성물인 콜라겐 조직(MEDIRA사의 NSNF 1002-5)[42]에 532 nm 레이저 펄스를 조사하고 피에조 센서(Measurement Specialties 사의 LDT1-028K)[43]를 사용하여 콜라겐 조직 후면에 전달되는 스트레스파 측정 실험이 수행 중에 있다. 또한, 자발적 피험자를 대상으로 레이저 자극에 의한 뇌 파 변화 측정 실험을 함께 수행하고 있는데, 레이저 촉감 자극 제시 후 뇌전도 (electroencephalography, EEG)를 획득하고 획득한 신호에서 ERP(event-related potential)을 검출함으로써 레이저 기반 촉각 자극으로 인한 뇌파 변화를 측정하 는 것을 목표로 한다. 이 결과는 레이저, 피부 수용기, 뇌 뉴런 사이의 신경 생리 학적 해석에 매우 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.

표 5.1 Brilliant b의 출력 특성[39]

Repetition rate (Hz) 10 Energy Per Pulse (mJ) 1064 nm 850

Measured with a calibrated wattmeter 532 nm 400

Energy Stability Shot to Shot (%)

1064 nm ± 2 (0.6)

Peak to Peak, 100% of Shots (RMS) 532 nm ± 4 (1.3)

Power drift (%) 1064 nm ± 3 Over 8 hours, without readjustment of Phase-matching, 18oC < ToC 25oC 532 nm ± 5

Pulse duration (㎱) 1064 nm 6 FWHM, fast photodiode and 1 GHz scope

532 nm 5

Linewidth standard (cm-1) 1064 nm 0.7 FWHM, measured by a grating spectrometer with a 0.045 cm-1 resolution 532 nm 1.4

Linewidth with etalon LNE

(cm-1) 1064nm 0.1 LNE : 15 % energy reduction

Jitter (ns) 1064 nm ± 0.5

With respect to Q-switch trigger, measured at half- width of 500

accumulated shots

Pointing stability (μ㎭) 1064 nm < 50 Measured by SPIRICON LBA-100, RMS, on 200 pulse at the focal plane of a 2

m focus lens 532 nm < 50

Divergence (m㎭)) 1064 nm 0.5 Full angle, at 1/e2 of the peak, 85 % of total energy

Polarization ratio (%) 1064 nm >80 Horizontal polarization Bema diameter (㎜) 1064 nm 9 At the output of the laser

Focusability

(times Diffraction Limit) 1064 nm <2 At 1/e2 of the peak, by SPIRICON LBA-100

Spatial profile (fit to Gaussian)

Near field 1064 nm 0.70 At 1m from the laser output

Far field 1064 nm 0.90 At focal plane of a 2 m focus lens least square fit to gaussian (perfect fit = 1)

(a) (b)

그림 5.1 (a) Brilliant b의 외관 사진과 (b) 532 nm 파장 출력 빔의 모습

-50n -40n -30n -20n -10n 0 10n 20n 30n 40n 50n 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Output Power [arb. units]

Time [s]

그림 5.2 Brilliant b의 시간적 출력을 측정한 결과(파장: 532 nm)

제2절 809 nm 레이저

앞 절에서 소개한 532/1064 nm 레이저는 고정된 펄스 반복률과 펄스 폭을 갖 고 있어 촉감 자극 생성에 한계를 갖고 있다. 펄스 반복률과 펄스 폭 변화가 비 교적 자유로운 nLight 사의 LD 기반 레이저 시스템인 PearlTM TKS-B[44]를 사용하 여 다양한 종류의 레이저 촉감 자극을 생성하고 이를 이용한 실험 및 분석이 진 행 중에 있다.

이 레이저 시스템의 출력 파장은 809 nm이며, 최대 출력 파워는 35 W이다. 최 소 펄스 폭과 최대 펄스 반복률은 각각 10 μs와 12.5 kHz이며, 조절 가능한 듀티 비(duty ratio) 영역은 5-95 %이다. PearlTM TKS-B의 주요 특성을 표 5.2에 정리하

였다.[44] 그림 5.3은 PearlTM TKS-B의 외관 사진을 보여주고 있다.

건국대학교 의과대학 배영민 교수 연구팀을 중심으로 레이저에 의한 촉감 자 극 생성에 대한 세포 수준에서의 기전에 대한 연구가 진행 중에 있다. 촉각을 감 지하는 감각세포 중 하나인 메르켈 세포(Merkel cell)를 배양하여 레이저를 직접 조사하고 그 후 나타나는 생리학적 변화를 관찰, 기록하여 물리적인 촉감 자극과 의 공통점과 차이점에 대한 분석이 수행 중이다. 현재 809 nm 레이저 시스템은 이 연구에 주로 사용되고 있다.

문서에서 저작자표시 (페이지 48-103)

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