用于利用激光辐射进行材料加工的激光器及方法技术

一种用于材料加工的激光器，其具有产生脉冲激光辐射（３）的激光束源（Ｓ），以及可变的偏转装置（１７），该偏转装置将激光辐射（３）引导到材料（１）内的不同可选位置，以产生光学穿透，该激光器设置有脉冲选择装置（１５），脉冲激光辐射（３）的被选择的激光脉冲至少有一个光学参数发生改变，以使得改变后的激光脉冲不会产生光学穿透。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于材料加工的激光器，其具有产生脉冲激光辐射的激光束源和可变的偏转装置，该偏转装置将激光辐射引导到材料内的不同可选位置以发生光学穿透。本专利技术还涉及一种使用激光辐射进行材料加工的方法，其中产生脉冲激光辐射并以可变的方式将其偏转到材料中以形成光学穿透。用于材料加工的激光器以及基于其的方法尤其适于在透明材料中构造弯曲剖面。位于透明材料内的弯曲剖面在例如激光外科手术，尤其是眼科手术中产生。因此，加工激光辐射在该组织中，也即在该组织上表面的下方聚焦，以在该组织中产生光学穿透。在该组织中，由激光辐射引起的若干过程依照时间顺序发生。如果辐射的功率密度超过一定阈值，那么就形成了在材料中产生等离子气泡的光学穿透。所述等离子气泡在光学穿透产生后由于膨胀的气体而增加。接着，在等离子气泡中产生的气体由周围的材料吸收，并且气泡消失。但是，同气泡的产生相比，这一过程持续得非常长。如果等离子在也肯定可以在位于材料结构内部的材料界面上产生，那么材料就会被从该界面处移除。这就涉及到光解切除。对于将预先连接的材料层分开的等离子气泡，通常被称作光解破坏(photodisruption)。为简单起见，所有这样的过程都被概括为是光学穿透，也就是说，这一术语不仅包括光学穿透本身，而且也包括由其在材料中导致的效果。为实现激光外科手术的高精度，必要的是，确保激光束的高定位性能，并尽可能地避免在相邻组织中的伴随损伤。因此，在现有技术中普遍的是，采用脉冲式的激光辐射，以使得仅仅在个别脉冲内才会超过引起光学穿透所必需的功率密度阈值。对此，美国专利US5984916最清楚地示出了光学穿透的空间范围(在此是指所产生的相互作用)很严重地依赖于脉冲的持续时间。激光辐射的高聚焦与其很短的脉冲相组合，从而实现了在材料中位置非常精确地产生光学穿透。脉冲激光辐射的使用在近年来成为了眼科学中激光外科手术校正缺陷视力的成熟手段。眼睛的缺陷视力通常是由于角膜和晶状体的屈光特性不能在视网膜上实现最优的对焦引起的。所述美国专利US5984916以及US6110166公开了借助于适当产生的光学穿透的切割方法，以使得角膜的屈光特性最终有选择地受到影响。多个光学穿透一个接一个的设置，以便在眼角膜内隔开一块晶状体形状的部分容积。这一与其它角膜组织分开的晶状体形状的部分容积然后通过侧面开口从角膜中取出。部分容积的形状被选择成使得在取出该形状并由此改变角膜的屈光特性后，实现所期望的缺陷视力校正。所需的剖面是弯曲的，这就要求必须对焦点进行三维的调节。因此，激光辐射的二维偏转就与同时在第三维空间方向上所进行的焦点调节相组合。这在下文中称作“偏转”。在通过串联材料中的光学穿透而实现切割时，该光学穿透的产生以一种较其持续时间快很多倍的方式进行，直到由其产生的等离子再次被该组织吸收。在Der Ophthalmologe(眼科学)，2002，98623-628中A.Heisterkamp等人的文章中公开了，在眼角膜中产生光学穿透之后，在产生光学穿透的焦点处等离子气泡膨胀，该等离子气泡在几个ns后达到最大尺寸并随后再几乎完全湮灭。然后，仅有小的残余气泡留下来。该文章指出，膨胀中的等离子气泡的串联降低了切割质量。因此，建议一种方法，其中个别等离子气泡并不直接彼此相邻产生。替代的是，在螺旋形的轨迹中，在逐次产生的光学穿透之间留有间隙，该间隙在第二轮中被具有光学穿透的螺旋形和由其产生的等离子气泡填充。然而，通常需要的是，连续的两个等离子气泡的距离被尽可能精确地控制在轨迹曲线上。在激光脉冲的恒定的重复频率下，理论上，这可以通过对轨迹速度也即偏转速度的适应来实现。在螺旋形的情况下，这意味着，激光束经过内螺旋轨迹的速度要基本上快于外螺旋轨迹(即，具有更高的角频率)。只要所采用的各个扫描系统的最大偏转频率允许了一个合适的轨道速度，那么这就是一种适当的方法。对于偏转频率fs，用于实现激光束的横向偏转的扫描器满足简单的关系fs＝(fL*s)/(2π*r)。因此，fL是脉冲激光束中的脉冲重复频率，s是沿着轨道曲线测得的两个在至少是部分地接近于半径为r的圆形的轨道曲线上一个接着一个地产生的等离子气泡之间的几何距离。如果在对最大偏转频率进行估计时使用通常的电流计扫描器，该电流计扫描器可以在非共振方式下以良好的精度跟随控制信号一直到约300Hz，那么对于s＝10μm和r＝20μm，就得出约4kHz的最大脉冲频率。由于在偏转角度方面的限制，甚至也还可以实际上采用更高的脉冲频率。然而这样位置误差就会增加，这为该方法造成了实际上的限制。这种考虑表明，对于现有的通常扫描系统而言，必要的是，将激光辐射的脉冲频率限制为最大10kHz，以实现所期望的螺旋轨道。作为另外的设置，在理论上可以考虑，使激光辐射的脉冲频率可变，然而，对于这种方法，在使用具有被动模式同步振荡器的激光系统时，有特定的限制。现有的通常的fs激光系统用于医药领域，因此仅有具有固定脉冲频率的激光辐射。这导致一种固定脉冲频率在几个kHz范围内的技术方案。因此，在形成切割面时的加工速度适应于最需要实现偏转的轨道的范围。尽可能快的形成切割面不仅是为了方便或是出于节省时间的考虑，出于更深层次的考虑，即考虑到在眼科手术中眼睛不可避免的运动，因而快速地形成切割面也是出于对所获得的结果的光学质量的需求，以及降低对在万一情况下对眼睛运动的跟随的需求。因此，本专利技术的目的在于，实现一种上述的方法及装置，其中，形成切割面需要尽可能短的时间。根据本专利技术在前面所述的方法实现了上述目的，其中，所选择的脉冲激光辐射的激光脉冲在光学参数方面改变，以使得所改变的激光脉冲不再产生光学穿透。根据本专利技术，利用在前面所述的装置，进一步实现了上述目的，该装置包括脉冲选择装置，其所选择的该脉冲激光辐射的激光脉冲在至少一个光学参数方面发生改变，以使得使用这些改变了的激光脉冲不会产生光学穿透。因此，在原理上适于加工由该激光系统的末端放大级发射出的激光辐射的脉冲频率是恒定的并借助于适当的装置在激光脉冲的作用下在物理上依次发生改变，以使得所产生的激光脉冲仅有部分还在组织中发生光学穿透。因此，发射激光脉冲的激光束源在重复频率方面与现有技术不同，不再以对偏转的最大需求(例如，相继光学穿透之间的最大距离)在轨道曲线的范围内进行优化，而是可以被选择得非常高。例如，可能的是，在脉冲频率方面调节激光束源以适应对偏转的最小需求(例如，小的空间距离，优选的是时间距离，一个接一个地产生的光学穿透)。通过对激光脉冲的选择，激光脉冲的在光学穿透方面起作用的重复频率，即每个能够导致光学穿透的脉冲的脉冲频率，可以被逐级选择地衰减，这使得对偏转系统的限制不再起作用。然而，通过对激光脉冲的选择的这种衰减并未妨碍激光束源的调节和设计，因而有关具有可变脉冲频率的激光的上述问题不会发生。本专利技术可以实现对于待改变的激光脉冲的选择和激光束偏转的相互调节，以使得总是可以有利地尽可能接近最大偏转速度地实现。由此实现了一种快速切割工具，而不必对激光系统进行改动。为所述调节，基本上必要的是，对待改动的激光脉冲的选择是可以选择的。特别的是，利用根据本专利技术的装置，在从最终放大器离开的激光辐射的恒定脉冲频率的可变分布是可能的。这样，最终仅由离开激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于材料加工的激光器，具有产生脉冲激光辐射（３）的激光束源（Ｓ）以及可变的偏转装置（１０），该偏转装置将激光辐射（３）引导到材料（５）中的不同可选位置，以产生光学穿透，其特征在于，脉冲选择装置（１５），该脉冲激光辐射（３）的所选择的激光脉冲（ＳＰ）在至少一个光学参数上发生改变，以使得所改变的激光脉冲（ＳＰ）并不会产生光学穿透。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克比朔夫，德克米尔霍夫，马里奥格拉赫，
申请(专利权)人：卡尔蔡司医疗技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]