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（图1），这让利用光来达到医疗美容的疗效有了指导法则。

图1 光热理论-生物组织吸收曲线

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。

随着激光脱毛（图2）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10~30 ms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300 W提升到600 W，并且正在快速向1200 W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。

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（图3）。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。

图3 激光穿透皮肤至毛囊

通常来说，10~30 ms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＜10 ms，而富含黑色素的毛囊的热弛豫时间一般在30~100 ms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10~30 ms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300~600 W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1200 W及以上。因为在这个功率范围内，无论是采用10*10 mm还是10*20 mm的光斑输出，在10~30 ms这个最优脉宽范围内，设备都可以轻松实现10 J/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10 Hz。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（图4）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300 J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1200 W及以上，脉冲宽度需要能够达到最优参数中的上限值30 ms，频率需要满足滑动式脱毛所需要的10 Hz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为不同类型激光脱毛手具穿透深度对比。

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为不同类型激光脱毛手具光损耗对比。

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40~100 mm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”（图8）分别搭载120 W和200 W高功率巴条芯片，可达到最高1800 W输出功率@30%占空比，以及3000 W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：

• 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3000 W@10 ms、10 Hz。在实现更优脱毛效果的基础上，有效提升治疗过程舒适度。

• 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1800 W@30 ms、10 Hz工作参数，有效能量超过每秒钟500 J，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

• 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。

• 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。

• 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。

2021年12月24日，炬光科技成功在上海证券交易所首次公开发行A股上市（股票代码：688167）。自2022年1月1日起，炬光科技旗下所有子公司、所有产品线已实现炬光科技Focuslight品牌统一化。

以上原文发表于《激光世界》，10月刊

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