激光脈沖聚焦的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)大體上涉及激光系統(tǒng)，并且更具體地說(shuō)涉及激光脈沖聚焦。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)地使用超短激光脈沖來(lái)處理醫(yī)學(xué)材料和科學(xué)材料。在某些情況下，可需要非常高的峰值強(qiáng)度。在某些應(yīng)用中，激光脈沖通過(guò)光學(xué)裝置并且然后聚焦在目標(biāo)上的聚焦點(diǎn)處。然而，光學(xué)裝置可相對(duì)于時(shí)間展寬激光脈沖，這降低了在目標(biāo)處的脈沖的峰值強(qiáng)度。另夕卜，較短的激光脈沖可經(jīng)歷比較長(zhǎng)的激光脈沖更大的展寬。
[0003]簡(jiǎn)述
[0004]在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括激光源、一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件、監(jiān)視裝置以及控制計(jì)算機(jī)。激光源發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光脈沖。光學(xué)元件改變激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度，并且監(jiān)視裝置測(cè)量激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度以檢測(cè)脈沖長(zhǎng)度的變化?？刂朴?jì)算機(jī)接收來(lái)自監(jiān)視裝置的所測(cè)量的脈沖長(zhǎng)度，確定對(duì)脈沖長(zhǎng)度的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)激光參數(shù)，以及根據(jù)激光參數(shù)控制激光源。
[0005]在某些實(shí)施方案中，方法包括:由激光源發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光脈沖；由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件改變激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度；由監(jiān)視裝置測(cè)量激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度以檢測(cè)脈沖長(zhǎng)度的變化；在控制計(jì)算機(jī)處接收來(lái)自監(jiān)視裝置的所測(cè)量的脈沖長(zhǎng)度；由控制計(jì)算機(jī)確定對(duì)脈沖長(zhǎng)度的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)激光參數(shù)；以及由控制計(jì)算機(jī)根據(jù)激光參數(shù)來(lái)控制激光源。
【附圖說(shuō)明】
[0006]現(xiàn)在將參考附圖，通過(guò)舉例更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施方案，在附圖中:
[0007]圖1示出根據(jù)某些實(shí)施方案的配置成將激光脈沖聚焦在目標(biāo)上的系統(tǒng)的實(shí)例；
[0008]圖2A和圖2B示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可同圖1的系統(tǒng)一起使用的聚焦物鏡和監(jiān)視裝置的實(shí)例；
[0009]圖3示出影響脈沖持續(xù)時(shí)間的循環(huán)次數(shù)的實(shí)例；以及
[0010]圖4示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可借以使用圖1的系統(tǒng)的裝置的實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)在參照描述和附圖，詳細(xì)示出了所公開(kāi)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施方案。描述和附圖不旨在是詳盡的或以其它方式將權(quán)利要求限制于或限定于附圖中示出以及描述中公開(kāi)的特定實(shí)施方案。盡管附圖代表可能的實(shí)施方案，但是附圖不必按比例繪制并且某些特征可被放大、移除或部分剖開(kāi)以更好地說(shuō)明實(shí)施方案。
[0012]圖1示出根據(jù)某些實(shí)施方案的配置成將激光束22的激光脈沖聚焦在目標(biāo)26上的系統(tǒng)10的實(shí)例。在實(shí)例中，系統(tǒng)10包括激光源20、一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件24、監(jiān)視裝置28以及控制計(jì)算機(jī)30。在某些實(shí)施方案中，監(jiān)視裝置28測(cè)量從光學(xué)元件24輸出的激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度，以檢測(cè)脈沖長(zhǎng)度的變化(例如增加或減少)并且將測(cè)量信息發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)30。控制計(jì)算機(jī)30和/或激光源20對(duì)脈沖長(zhǎng)度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。在某些實(shí)施方案中，控制計(jì)算機(jī)30確定可對(duì)變化(例如脈沖長(zhǎng)度)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募す庠磪?shù)，并且然后控制使用所述參數(shù)的激光源20來(lái)朝目標(biāo)26引導(dǎo)激光束22。
[0013]在某些實(shí)施方案中，光學(xué)元件24和/或激光源20可產(chǎn)生脈沖長(zhǎng)度變化。在實(shí)施方案中，可使用激光源20的元件(如光學(xué)元件)來(lái)應(yīng)用合適的調(diào)整(如負(fù)啁啾)，以對(duì)引起啁啾(如正啁啾)的光學(xué)元件24和/或激光源20的色散(如正色散)進(jìn)行補(bǔ)償?；蛘?，可應(yīng)用正啁啾以對(duì)引起負(fù)啁啾的光學(xué)元件24和/或激光源20的負(fù)色散進(jìn)行補(bǔ)償。系統(tǒng)10可將具有期望脈沖長(zhǎng)度和脈沖能量的激光脈沖輸出到目標(biāo)26。在某些情況下，可將脈沖長(zhǎng)度最小化。
[0014]激光源20產(chǎn)生和發(fā)射具有超短波激光脈沖的激光束。在本文中，光的“超短”脈沖指具有小于或等于納秒的持續(xù)時(shí)間的光脈沖，如納秒、皮秒、飛秒或阿秒數(shù)量級(jí)。激光源20的實(shí)例包括納秒、飛秒、皮秒和阿秒激光。激光束可具有任何合適波長(zhǎng)，如在300納米到1900 納米(nm)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，例如在 300nm 到 650nm、650nm 到 1050nm、1050nm 到 1250nm或IlOOnm到1900nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。激光束可包括任何合適的脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖，如I飛秒到1000飛秒(fs)，例如大約1fso
[0015]光學(xué)元件24可包括可對(duì)光進(jìn)行操作(例如反射光、折射光、衍射光和/或透射光)的一個(gè)或多個(gè)元件。光學(xué)元件24可包括任何可適用的元件，如可將激光束22聚焦到目標(biāo)26上的聚焦物鏡。光學(xué)元件24可改變(例如增加或減少)激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度。在某些實(shí)施方案中，光學(xué)元件24可應(yīng)用在時(shí)間上展寬脈沖的正啁啾。例如，光學(xué)元件24可將脈沖長(zhǎng)度從1fs增加到200fs。另外，更短的(例如200fs或更少)激光脈沖可經(jīng)歷比更長(zhǎng)的(例如約400fs)的激光脈沖更大的展寬。
[0016]監(jiān)視裝置28測(cè)量激光脈沖的脈沖長(zhǎng)度以檢測(cè)相對(duì)于時(shí)間的脈沖展寬，并且然后將測(cè)量信息發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)30?？梢匀魏魏线m的方式來(lái)測(cè)量脈沖長(zhǎng)度。在某些實(shí)施方案中，監(jiān)視裝置28使用非線性測(cè)量技術(shù)，在所述非線性測(cè)量技術(shù)中復(fù)制脈沖并且將副本組合到非線性媒質(zhì)中。非線性媒質(zhì)只有在脈沖副本同時(shí)存在時(shí)產(chǎn)生特定的信號(hào)，因此改變?cè)诿}沖副本之間的延遲并且針對(duì)所述信號(hào)測(cè)量給出脈沖長(zhǎng)度的估計(jì)的每個(gè)延遲。這些監(jiān)視裝置可包括SHG晶體、光敏二極管和/或檢測(cè)兩個(gè)或多個(gè)光子的多光子檢測(cè)器。這些監(jiān)視裝置的實(shí)例包括頻率分辨光學(xué)門(mén)(FROG)裝置、自動(dòng)校正監(jiān)視器以及(用于近紅外激光脈沖的多光子吸收的)日盲檢測(cè)器。
[0017]控制計(jì)算機(jī)30被配置成以接收來(lái)自監(jiān)視裝置28的所測(cè)量的脈沖長(zhǎng)度，確定一個(gè)或多個(gè)大體上對(duì)脈沖長(zhǎng)度的展寬在時(shí)間上進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募す鈪?shù)，并且根據(jù)激光參數(shù)控制激光源20。激光參數(shù)和/或激光源元件以任何合適的方式可對(duì)脈沖寬度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。例如，激光源元件可產(chǎn)生負(fù)啁啾以對(duì)光學(xué)元件24應(yīng)用到激光脈沖的正色散進(jìn)行補(bǔ)償(或反之亦然)。作為另一實(shí)例，參數(shù)可增加激光源20的再生式放大器的循環(huán)次數(shù)以誘導(dǎo)相位調(diào)制來(lái)應(yīng)用負(fù)啁啾。
[0018]在某些實(shí)例中，由光學(xué)元件24應(yīng)用的正色散或波群速延遲(GVD)可表示為GVDp()S。由激光參數(shù)應(yīng)用的負(fù)啁啾可表示為IgvdmsI = IgvdixJ。負(fù)啁啾可具有任何合適的值，例如在小于O飛秒2 (fs2)到大于-20，000飛秒2 (fS2)的范圍內(nèi)的值。在某些實(shí)施方案中，激光源20可執(zhí)行全補(bǔ)償來(lái)大體上對(duì)脈沖長(zhǎng)度變化進(jìn)行補(bǔ)償。在其它實(shí)施方案中，激光源20可執(zhí)行大體上對(duì)脈沖長(zhǎng)度變化并不進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟糠盅a(bǔ)償，并且另一裝置在將脈沖輸出到目標(biāo)26之前可執(zhí)行剩余的補(bǔ)償。
[0019]目標(biāo)26可代表任何合適的材料，例如活體生物組織或非活體生物組織。在某些實(shí)施方案中，目標(biāo)26是眼組織，例如角膜組織。激光束的聚焦點(diǎn)可在目標(biāo)26處產(chǎn)生激光引發(fā)的光學(xué)擊穿(L1B)。最小化的脈沖長(zhǎng)度可以較低的脈沖能量而產(chǎn)生L10B，所述較低的脈沖能量可減少或避免不希望的影響，如散射輻射、氣泡或不透明的氣泡層。
[0020]圖2A和圖2B示出可同系統(tǒng)10—起使用的聚焦物鏡32和監(jiān)視裝置28的實(shí)例。聚焦物鏡32是光學(xué)元件24，并且可以是可聚焦激光束22的任何合適的光學(xué)元件，例如F- Θ物鏡。在某些實(shí)施方案中，聚焦物鏡32可以是融蝕錐。
[0021]監(jiān)視裝置28可在任何合適的位置測(cè)量脈沖長(zhǎng)度，在所述任何合適的位置處測(cè)量可向控制計(jì)算機(jī)30提供可允許控制計(jì)算機(jī)30計(jì)算可大體上對(duì)脈沖寬度的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募す鈪?shù)的信息。在實(shí)例中，監(jiān)視裝置28測(cè)量在聚焦物鏡32的出口處輸出的脈沖的脈沖長(zhǎng)度。監(jiān)視裝置28可耦接到聚焦物鏡32(如圖2A中的實(shí)例所示)或安置在聚焦物鏡32內(nèi)(如圖2B中的實(shí)例所示)。
[0022]監(jiān)視裝置28可在任何合適的時(shí)間測(cè)量脈沖長(zhǎng)度，如無(wú)論何時(shí)希望進(jìn)行校準(zhǔn)。在某些情況下，可機(jī)械地或自動(dòng)地執(zhí)行測(cè)量，如定期地(例如每周、每天或每小時(shí))或響應(yīng)于觸發(fā)事件(例如當(dāng)打開(kāi)系統(tǒng)10或當(dāng)輸入新的患者信息時(shí))。在其它情況下，可響應(yīng)于可由任何合適的用戶例如由外科醫(yī)生、檢修人員或制造商作出的用戶請(qǐng)求而執(zhí)行測(cè)量。
[0023]圖3示出展示在循環(huán)次數(shù)和脈沖持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系的圖表的實(shí)例。在圖表中，脈沖持續(xù)時(shí)間40是在激光源20的輸出處的脈沖持續(xù)時(shí)間，并且脈沖持續(xù)時(shí)間42是在目標(biāo)26處的脈沖持續(xù)時(shí)間。參照箭頭50指示從激光源20的輸出處的脈沖持續(xù)時(shí)間40到目標(biāo)26處的脈沖持續(xù)時(shí)間42的脈沖持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)。參照箭頭52指示從90次循環(huán)到83至85次循環(huán)的循環(huán)次數(shù)的變化，從而產(chǎn)生更靠近光學(xué)系統(tǒng)中的脈沖的最小脈沖持續(xù)時(shí)間40的脈沖持續(xù)時(shí)間42。
[0024]圖4示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可借以使用圖1的系統(tǒng)10的裝置110的實(shí)例。可使用系統(tǒng)10用于任何合適的激光應(yīng)用。應(yīng)用的實(shí)例包括科學(xué)的和醫(yī)療的應(yīng)用，例如外科手術(shù)應(yīng)用或診斷應(yīng)用。例如，可將系統(tǒng)10和激光外科手術(shù)系統(tǒng)(如下文描述的一個(gè)系統(tǒng))、多光子光譜學(xué)或其它診斷系統(tǒng)一起使用。
[0025]在某些實(shí)施方案中，裝置110在眼睛122上執(zhí)行激光屈光外科手術(shù)。裝置110包