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レーザー

レーザーとは何か

「レーザー(LASER)」という言葉は、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiationの頭文字をとって並べたものです。これを日本語であらわすと、「誘導放出による光の増幅」ということになります。まず、レーザー光の特徴は以下の3つが挙げられます。

(1) 単一波長(単一色)
(2) 位相が一致
(3) 方向が一致

まず、(1)の「単一波長」について、図1-1を見てください。

図1-1 単一波長と複数の波長

上はレーザー光、下は懐中電灯の光をそれぞれあらわしています。このように懐中電灯の光の中には様々な色が含まれています。自然光(太陽光)についても同様のことがいえます。それとは逆にレーザー光には1色だけしか含まれていません。これが、レーザー光は単一波長・単一色ということです。

次に、(2)の「位相が一致」について、図1-2を見てください。まず、「位相」とは「単振動や波動のように同じ運動が周期的に繰り返されるとき、一周期ごとに繰り返される変数の値」のことです。従って位相とは、「あるひとつの波長における変数」ということになります。ここでいう「変数」とは、ひと波の長さ・振幅の大きさ等を指します。いわゆる“山と谷”です。自然光のようにいろいろな波長が入り乱れていると、各波長どうしの「位相がずれている」といい、位相にずれがあるといくら増幅させても強力なエネルギーとはなりません。しかし、レーザー光のように単一波長であれば「位相が一致」していますから、増幅すると非常に強力なエネルギーが得られるのです。

図1-2 位相の一致とずれ

最後に、(3)の「方向が一致」とは何でしょう?自然光は一方向だけに向かうのではなく、放射線状に拡がります。室内照明を想像してみましょう。もし、蛍光灯や白熱灯の光が拡がらなければ、照明器具の真下しか明るくなりません。しかし、実際には部屋全体が明るくなります。これは光が拡がっているからです。もし、拡がらないようにしたければ、筒などを作って物理的に光の通り道を制限するしかありません。そのような物理的な遮断をしなくても、本来の性質として拡がらない光が、レーザー光なのです。図1-3を見てください。よく“レーザー光線”という言い方をされますが、これはレーザーの光が線状であることからきています。なぜ拡がらないかというと、これまでに説明したように波長が単一で位相が一致しているためです。位相の違う複数の波長が混ざり合っていると、それぞれの波長がそれぞれ違った方向にばらばらに進みます。しかし、単一波長・同一位相だと同じ波長が同じ方向にそろって一直線に進んでいくのです。光が拡がらなければ、エネルギーを1ヵ所に絞り込んで供給でき、また細いファイバーケーブルを通して光をハンドピースまで送ることができますので、手元で光の方向をコントロールすることが可能になります。

図1-3 方向の一致と不一致

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