炬光科技:半导体激光脱毛技术发展新趋势

半导体激光脱毛技术发展新趋势

 

来自美国的R. Rox Anderson和John A. Parrish博士,在上世纪八十年代初提出了选择性光热理论:根据不同组织的生物学特性,只要选择合适的激光参数(波长、脉冲持续时间、能量),就可以保证在最有效治疗病变部位的同时,把对周围正常组织的损伤降到最小。同时,Anderson和Parrish博士基于该理论引领业界绘制出了靶组织波长吸收图谱(见图1),这让利用光来达到医疗美容的疗效有了指导法则。

 

在选择性光热理论的诸多应用中,利用激光进行脱毛治疗,无疑是最卓有成效的应用之一。激光的波长精确且具有更强的能量扩展性,医生可根据患者的肤色、毛发颜色、疼痛感知度等,使用合适的波长、合适的能量密度和脉宽等参数的激光来实现脱毛。

 

图1  光热理论-生物组织吸收曲线

 

随着激光脱毛技术的不断进步以及人们对美和体验感的追求,人们已不满足于脱毛这一基本诉求,而是转变成对更安全舒适、更有效、更高效的脱毛体验的追求。这就对激光脱毛技术提出了更高要求,同时也推动了该技术的新发展。

 

图2  激光脱毛

 

如何将终端用户所追求的更舒适、更有效、更高效的治疗体验,转化为对设备的要求,又如何将这些要求转化成设计语言融入到产品设计中,就需要产品研发和设计人员参照下面的公式来进行产品的开发,而这个公式也是光电类医美设备的设计指导法则。同时,如何平衡下面公式中各个指标的选择,让开发的设备更满足未来终端用户的需求、更符合终端市场的发展趋势,也成为医美设备制造商的核心竞争力之一。

 

 

对于激光脱毛应用来说,能量密度意味着效果,理论上更高的能量密度会带来更好的治疗效果;而峰值功率与成本相关,峰值功率越高,对应的激光器的成本就会越高;光斑面积与治疗效率有关,对于腋下,唇周等较小的治疗区域,输出较小的光斑面积并不会带来治疗效率的低下,但对于腿部,后背等大面积治疗区域来讲,光斑面积越大,治疗效率则会显著提高;脉宽与舒适度以及效果相关,脉宽越短,治疗过程就越舒适,同时当脉宽在10~30ms之内时,治疗效果也会更好。

 

正是这种对于终端体验的越来越高的要求,促进了美容设备制造商对于仪器设计理念的转变,同时也形成了激光脱毛技术的新趋势。

 

“高峰值功率+窄脉宽”趋势  

 

近年来用于激光脱毛的半导体激光器的主流功率,经历了从300W提升到600W,并且正在快速向1200W以上功率转变的过程,这是业内公认的趋势之一。为什么会有这种转变呢?究其根源,还是体现在终端用户对于更有效、更舒适的治疗体验的需求上。

 

根据上述能量密度公式,在保证能量密度(效果)和光斑面积(效率)不变的前提下,峰值功率越高,就意味着可以将脉宽压缩的更窄。而窄脉宽带来的则是更好的临床效果和更舒适的临床体验。

 

图3  激光穿透皮肤至毛囊

 

在激光脱毛的整个治疗过程中,激光会先穿过表皮层、真皮层等,最后到达毛囊,并破坏毛囊。在这个过程中,我们希望毛囊被更有效地破坏,但与此同时,我们又需要避免皮肤被损伤。这里脉冲宽度就显得尤为重要了。

 

通常来说,10~30ms被认定为用于脱毛的最佳脉冲宽度。这是由于人体皮肤组织的热弛豫时间一般<10ms, 而富含黑色素的毛囊的热弛豫时间一般在30ms~100ms不等。

 

在进行激光脱毛时,激光在到达毛囊之前需要先穿过人体皮肤组织,为了避免皮肤被烫伤,那么对应的脉宽就要大于皮肤组织的热弛豫时间,这样皮肤就有了充分的时间来散热,以避免热量累积而烫伤。同时,为了破坏毛囊,又不希望给其充分的时间散热,那么脉冲宽度就要小于毛囊的热弛豫时间,因此10~30ms最终被定义为最佳脉冲宽度。为了在如此窄的脉宽条件下完成脱毛治疗,传统的300~600W峰值功率的激光器已无法达到应有的治疗效果。所以“高峰值功率+窄脉宽”成为未来的发展趋势。同时,在窄脉宽治疗时,皮肤有了充分的时间散热,能量不会过度累积,治疗过程也会更加舒适。

 

新型激光脱毛设备所需要的激光器功率通常在1200W及以上。因为在这个功率范围内,无论是采用10*10mm还是10*20mm的光斑输出,在10~30ms这个最优脉宽范围内,设备都可以轻松实现10J/cm²以上的脱毛必需的能量密度输出。

 

“高有效能量”趋势

 

对于激光脱毛应用来说,在治疗过程中是否有足够多的有效能量注入皮肤并抵达毛囊,进而提升毛囊温度并损伤毛囊是核心。而随着脱毛治疗方式的演变,对于有效脱毛的定义也在发生改变。

 

在2010年以前,激光脱毛采用的是盖章式脱毛方式,该治疗方式的有效性完全取决于手具出光口面积确定的前提下,单个脉冲的能量值;能量值越高,对应盖章区域的毛囊温度就会被提升的越高,对应的治疗效果也会越好。

 

在2010年以后,在医美设备领导者飞顿公司的引领下,激光脱毛的治疗方式发生了改变。为了让治疗过程更高效、更舒适,飞顿公司创新引入了滑动式治疗方式,治疗频率常被设定在10Hz。而在采用这种滑动式治疗方式时,只考虑单个脉冲的能量是不够的。为了确保被激光扫描的区域没有遗漏,就需要将单位时间内的脉冲次数也考虑进来,单位时间内注入皮肤的能量越多,到达毛囊的能量也会更多,治疗效果就会更好。

 

所以,随着激光脱毛治疗方式的改变,有效能量就成为了衡量激光脱毛是否有效的新标准,高有效能量也成为了新的行业趋势。    

 

 有效能量= 峰值功率 × 脉宽 × 频率   

 

图4  有效能量概念

 

新型激光脱毛设备的有效能量通常在每秒钟300J及以上。这是由峰值功率、脉宽和频率三重因素决定的。新型激光脱毛设备的峰值功率通常在1200W及以上,脉冲宽度需要能够达到最优参数中的上限值30ms, 频率需要满足滑动式脱毛所需要的10Hz的要求。

 

“高光束质量”趋势(无波导技术)

 

常见的激光脱毛手具方案,采用的是波导化设计,选择该设计的目的是将快速发散的半导体激光器的光束,通过光波导进行匀化和收缩输出。这种设计相对简单,但是会带来穿透深度浅、能量损耗大、手具大且重等问题,会大幅降低临床效果和增加操作者的操作难度。

 

为解决上述问题,可实现高光束质量的光场匀化技术被引入到激光脱毛领域——无波导技术应运而生。无波导技术具有以下特点:

 

1.更深的穿透深度

 

传统的光波导方式,由于波导出光口的快速收缩会大幅加剧光束的发散,当光束进入皮肤后会横向快速发散和衰减,导致穿透深度减小,使最终到达毛囊的能量明显降低,进而影响脱毛效果。

 

而无波导技术所使用的激光模组采用光场匀化技术,该技术的核心是通过非球面光场匀化器,对半导体激光器所发射出的光束进行准直与匀化,从而使输出光束具有更深的穿透深度,使更多能量直达毛囊,脱毛效果更优。

 

图5  不同类型激光脱毛手具穿透深度对比

 

2.更低的能量损耗

 

传统的光波导技术由于光波导本身的漏光损失、端面损失等,使得整个传输过程中10%左右的能量被损耗。这种能量损失一方面会降低设备的治疗效果,另一方面会使设备的性价比大打折扣。

 

而无波导技术由于省掉了光波导,规避了这一部分能量损耗,整个传输过程几乎零损耗,大幅提高产品的能量利用率,有效提升治疗效果。

 

图6  不同类型激光脱毛手具光损耗对比

 

3.更小的手具体积/更轻的手具重量

 

传统的光波导技术为了将漏光损耗降至最低且确保均匀度,光波导的长度通常都在40~100mm之间,这种硬性的尺寸要求必然会带来整体手具尺寸和重量的增加。而无波导技术由于省掉了光波导,整体手具尺寸大幅减小,同时也会带来重量的减轻。

 

图7 无波导手具尺寸示意图

 

同时,随着终端用户对于设备多样性、治疗效果等要求的不断提升,无波导技术也让可变光斑脱毛,真空吸附脱毛成为可能。

 

炬光科技的解决方案

 

基于以上市场与技术新趋势,炬光科技Vsilk系列专业级脱毛高功率半导体激光器全面升级,并发布全新中文名称“绮昀“及“绮昀Pro”。全新的产品充分发掘了传导冷却技术的潜力,集先进的无铟化封装工艺、散热结构、微光学设计于一身,实现了有效能量与峰值功率的大幅提升,达到强大性能与轻巧尺寸的精妙融合。

 

 “绮昀”与“绮昀Pro”分别搭载120W和200W高功率巴条芯片,可达到最高1800W输出功率@30%占空比,以及3000W输出功率@10%占空比。

 

图8 “绮昀”与“绮昀Pro”专业级脱毛激光器系列

 

“绮昀”与“绮昀Pro”专业级脱毛激光器的优势:

 

01 高峰值功率+窄脉宽

 

脱毛更舒适/更有效——峰值功率和脉宽进一步优化,最高可达3000W@10ms,10Hz。在实现更优脱毛效果的基础上,有效提升治疗过程舒适度。

 

02 高有效能量

 

脱毛更有效——单位时间内更多能量注入皮肤并作用于毛囊,如绮昀1800可达到1800W@30ms,10Hz工作参数,有效能量超过每秒钟500J,从而在特定光斑面积下具有更好的治疗效果。

 

图9,“绮昀”专业级脱毛激光器测试数据

 

03 高光束质量

 

脱毛更有效/更高效——全系标配光场匀化器。准直且匀化后的光束可以获得更大的皮肤穿透深度,带来更好的临床效果与效率。

 

04 高可靠性

 

采用领先的热管理技术,进一步优化产品设计,大幅提升激光器散热能力;采用全无铟封装技术,可提供两年/无限次脉冲质保。

 

05 小型化、轻量化

 

手具设计更小巧——相比前代产品,相同峰值功率条件下,“绮昀”系列产品体积缩小最高可达50%,重量减轻约30%。

 

依托炬光科技完善的生产与质量管理体系,“绮昀”与“绮昀Pro”专业级脱毛激光器,具有更高的产品可靠性与一致性,并为客户提供两年/无限次脉冲质保。对于客户设备开发过程中遇到的问题,炬光科技提供专业的技术团队协同响应,帮助客户快速定位与解决问题。另外,炬光科技可提供“激光器+电源”解决方案,充分验证的配套电源可让激光器更稳定的运行。

 

“绮昀”与“绮昀Pro”专业级脱毛激光器,凝聚着炬光科技的智慧与力量。炬光科技一直以“通过技术创新、卓越制造和快速响应,成为全球可信赖的光子应用解决方案提供商”为公司使命。我们研发、生产的解决方案产品在激光医疗健康领域,特别是激光脱毛领域的市场占有率遥遥领先,客户遍布以色列、美国、中国、韩国、意大利等全球市场,产品性能和质量受到客户长期信赖。同时,炬光科技针对市场需求,加强在新应用方向的应用解决方案的研发,不断开拓激光医疗健康新领域,相信将为医美行业带来新体验、新风尚、新发展!

 

 

关于炬光科技

 

炬光科技主要从事光子产业链上游的高功率半导体激光元器件和原材料(“产生光子”)、激光光学元器件(“调控光子”)的研发、生产和销售。目前正在积极拓展光子产业链中游的光子应用模块、模组、子系统(“提供光子应用解决方案”)的研发、生产和销售,重点布局汽车应用、泛半导体制程、医疗健康。

 

作者:杨凯,炬光科技半导体激光事业部专业医美解决方案产品线总监来源:《激光世界》,10月刊

如涉及作品内容、版权和其它问题,请在7日内与本平台联系(邮箱:2900646553@qq.com),我们将在第一时间给予处理!

激光之家
视频报道
会议展览

大科激光DK-YMM 6000多模光纤激光器

投稿邮箱:2900646553@qq.com