4. 적외선 치료기에서 레이저와 LED 차이

[다프네660]

현재 시중에 유통되는 적외선 탈모/두피 치료기에는 크게 두 가지 종류가 있습니다.

①레이저 치료기  ②적외선 LED 치료기  ③ 레이저+LED 치료기(혼합형)

그럼, 레이저 치료기와 적외선 LED 치료기는 과연 무엇이 다른가?

이를 위해 먼저 레이저와 LED의 차이에 대해 알아보겠습니다.

( 조금 전문적인 내용이므로 어려울 수 있으니 관심 있으신 분만 읽으십시요..^^ )

반도체 레이저와 적외선 LED에 사용되는 광원은, 둘 다 약 0.3mm 크기의 매우 작은 반도체 칩으로 기본적인 작동 원리는 같습니다. 단지 칩 내부에 공진구조를 만들어 줌으로써 방출되는 적외선 광이 가간섭성(coherent)을 갖게 하느냐 아니면 갖지 않도록 하느냐의 차이입니다.

먼저 레이저의 작동 원리를 살펴보면,

레이저는 반도체 레이저나 일반 벌크 레이저나 내부에 공진구조를 갖습니다. 이 공진구조는 레이저 종류에 따라 다양한데, 목적은 하나이며 내부 유도 발광을 통해 생성되는 모든 빛(광자)이 완전히 똑같은 특성을 갖도록 하는 것입니다. 즉 유도 발광을 통해 생성된 모든 빛(광자)은 파장, 위상,  편광 특성이 모두 같게 되는데, 이러한 빛은 가간섭성을 갖게 됩니다. 참고로 가간섭성이란 광자 하나 하나가 보강 상쇄 간섭을 하는 특성을 말하는데 이러한 가간섭성은 빛이 공기와 같이 투명한 매질을 통과할 때 서로 보강 간섭을 함으로써 아주 멀리까지 빛이 퍼지지 않고 그 세기를 유지하며 전달되는 특성을 말합니다. 따라서 가간섭성을 가진 레이저는 수백 미터 혹은 수 킬로미터까지 공기 중에서 흩어짐 없이 전달될 수 있습니다. (예: 레이저 포인터)

두 번째로 적외선 LED를 살펴보겠습니다.

우리가 주변에서 흔히 접하는 LED 역시 반도체 레이저와 기본 발광 구조는 같습니다. 다만 내부에 공진 구조를 가지고 있지 않으며, 이 때문에 LED 내부에서 생성되는 빛(광자)은 유도 발광이 아니고 자발 발광을 통해서 만들어 집니다. 태양빛을 포함한 우리가 주변에서 접하는 모든 빛이 자발 발광에 속하며 이러한 빛(광자)은 개별 광자의 특성이 다 다르므로 가간섭성을 갖지 않습니다. (정확히 말씀 드리면 가간섭성 길이가 0.1mm 이하로 매우 짧아서 우리가 느낄 수 없습니다.) 가간섭성이 없는 빛은 공기를 통과할 때 보강 간섭을 못하기 때문에 진행하면서 퍼지게 됩니다.

그럼 레이저와 LED 빛이 피부를 통과할 때는 어떻게 달라질까?

먼저 결론을 말씀 드린다면, 피부와 같이 불투명한 재질을 통과할 때는 위에서 언급한 가간섭성은 거의 영향을 미치지 않습니다. 왜냐하면 불투명한 재질을 통과할 때의 투과 깊이는 가간섭성이 아닌 빛의 파장(에너지)에 의존하는 광 흡수 특성에 영향을 받기 때문입니다. 광 흡수 특성이란 피부 안에 존재하는 여러 가지 분자 내부의 전자 운동 에너지와 광자의 상호 작용을 말하는데 내용이 어려우니 추가 설명은 제외하겠습니다. 어쨌든 적외선 치료에 사용되는 레이저와 LED의 경우 빛의 파장과 세기가 같다면 피부 투과 깊이는 동일하며, 660nm 파장의 경우 약 5mm ~ 1cm 정도의 투과 깊이를 가집니다.

다시 말하면 레이저와 LED의 피부 투과 깊이는 같으며, 단지 어느 게 더 강한 출력(많은 광자를 내보내느냐)을 내느냐가 최종 투과 깊이를 결정합니다

자, 그럼 레이저와 적외선 LED의 피부 투과 깊이가 같다면, 피부 안에서 일어나는 치료 효과에는 어떤 차이가 있을까요?

결론부터 말씀 드리면, 레이저와 LED 적외선의 생체 광활성화 효과에 대한 차이는 없습니다.

쉽게 예를 들어 설명 드리겠습니다.

동물원이나 놀이공원(우리 몸의 피부 세포라 가정) 입장에서는 입장객(손님)을 받을 때, 군인이나 학생들이 2열 횡대로 줄을 맞추어 나란히 들어오나(레이저), 한 무리의 관광객이 줄 서지 않고 무작위로 막 들어오나(LED) 아무 차이가 없는 것입니다. 그냥 많이 들어오면 좋은 것입니다.

우리 몸의 세포 역시 적외선이 들어올 때, 광자(빛 알갱이)가 열을 맞추어 들어오든(레이저) 아니면 무작위로 들어오든(LED) 아무 상관없이 그냥 많이 들어오면 좋은 것입니다. 왜냐하면 우리 몸의 피부세포 內에서 이루어지는 광의 생체 활성화 효과는 적외선 광자 하나 하나와 1:1 반응을 하므로 가간섭성(레이저)과 같은 광자의 집합적 특성에는 아무런 영향을 받지 않기 때문입니다.

이제까지의 설명을 간략히 요약하겠습니다.

적외선 치료에 있어서 레이저와 LED의 차이는 없습니다. 

즉 적외선 치료에 있어서 중요한 것은 빛의 파장과 세기 입니다.

여담으로 레이저와 적외선 LED의 용도에 대해서 말씀드리면,

레이저의 경우 투명매질 통과 시 빛이 퍼지지 않기 때문에 군사용, 통신용에 많이 사용됩니다. 의료용 레이저의 경우 출혈 없는 절제 수술 그리고 점을 빼거나 박피 시술 등에 사용됩니다.

적외선 치료인 생체 광활성화 효과의 경우 광 집중현상에 의한 손상이 없는 LED가 많이 사용되고 있습니다. 진화론적으로도 인류를 포함한 지구상의 모든 생물은 비가간섭광인 태양광을 받으며 생체활동을 발달 시켜왔습니다. 따라서 치료를 위한 생체 광 활성화 작용 역시 비가간섭광인 자연광에 더 잘 반응할 것이 분명하다고 판단됩니다.