Фемтосекундный лазер высокой мощности с частотой повторения, регулируемой согласно скорости сканирования

Фемтосекундный лазер высокой мощности с частотой повторения, регулируемой согласно скорости сканирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Данный патентный документ относится к фемтосекундным лазерам, включая фемтосекундные лазеры высокой мощности с регулируемой частотой повторения.

Уровень техники

[0002] Во многих современных все более перспективных применениях лазеров существует постоянная потребность в более коротких импульсах, которые обладают высокими энергиями в расчете на импульс. Эти признаки обеспечивают лучшее управление и повышенное быстродействие для применений лазеров. Важным этапом развития данной области техники является возникновение и развитие лазерных систем, выводящих фемтосекундные лазерные импульсы. Эти фемтосекундные лазеры можно использовать для самых разнообразных применений, включая несколько различных типов офтальмологических операций, где эти сверхкороткие импульсы могут обеспечивать хорошо управляемую модификацию ткани.

Раскрытие изобретения

[0003] В этом документе представлены конструкции и методы для построения и эксплуатации фемтосекундных импульсных лазеров, в том числе приведены примеры и реализации лазерных систем с усилением чирпированных импульсов, некоторые из которых имеют малое количество оптических элементов, некоторые имеют низкую частоту отказов, другие имеют достаточно малую физическую протяженность, и еще другие могут допускать изменение частот повторения без существенных повторных регулировок системы, и некоторые имеют пониженную чувствительность к тепловой фокусировке.

[0004] Например, некоторые примеры лазерного двигателя включают в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов, модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов, и усилитель, который принимает растянутые затравочные импульсы от модуля растяжения-сжатия, усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов, причем модуль растяжения-сжатия принимает лазерный пучок усиленных растянутых импульсов, уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд, и усилитель включает в себя компенсатор дисперсии, который снижает дисперсию усиленных растянутых импульсов.

[0005] В некоторых примерах генератор представляет собой оптоволоконный генератор с диодной накачкой и выводит ограниченные преобразованием затравочные импульсы.

[0006] В некоторых примерах генератор генерирует пучок с длительностью затравочного импульса менее 1,000 фемтосекунд.

[0007] В некоторых реализациях генератор выводит пучок с частотой повторения затравочных импульсов в одном из диапазонов 10-100 МГц и 20-50 МГц.

[0008] В некоторых реализациях модуль растяжения-сжатия включает в себя чирпированную объемную брэгговскую решетку.

[0009] В некоторых реализациях модуль растяжения-сжатия включает в себя фототепловое преломляющее стекло.

[0010] В некоторых реализациях модуль растяжения-сжатия увеличивает длительность фемтосекундных затравочных импульсов с коэффициентом более 10.

[0011] В некоторых реализациях модуль растяжения-сжатия увеличивает длительность фемтосекундных затравочных импульсов до увеличенной длительности 1,000-200,000 фемтосекунд.

[0012] В некоторых реализациях лазерный двигатель не содержит настраиваемого модуля растяжения-сжатия.

[0013] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя поляризатор и четвертьволновую пластинку между генератором и модулем растяжения-сжатия, которая перенаправляет пучок растянутых затравочных импульсов к усилителю.

[0014] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя изолятор Фарадея, который принимает пучок растянутых затравочных импульсов от модуля растяжения-сжатия, выводит пучок растянутых затравочных импульсов на усилитель, принимает лазерный пучок усиленных растянутых импульсов от усилителя, выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов на порт сжатия модуля растяжения-сжатия, и изолирует генератор от лазерного пучка усиленных растянутых импульсов.

[0015] В некоторых реализациях усилитель включает в себя оптические элементы, и компенсатор дисперсии вносит дисперсию, противоположную по знаку дисперсии, вносимой оптическим элементом усилителя.

[0016] В некоторых реализациях дисперсия, вносимая компенсатором дисперсии, по существу, равна по величине и противоположна по знаку дисперсии, вносимой при одном двустороннем прохождении оптическими элементами усилителя, отличными от компенсатора дисперсии.

[0017] В некоторых реализациях компенсатор дисперсии включает в себя, по меньшей мере, одно из чирпированного зеркала, чирпированного волокна, чирпированной решетки, призмы и чирпированного пропускающего оптического элемента.

[0018] В некоторых реализациях усилитель включает в себя усиливающий материал, который усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов, два торцевых зеркала, которые образуют резонатор, и два изламывающих зеркала, которые изламывают резонансный оптический путь внутри усилителя, причем, по меньшей мере, одно из двух торцевых зеркал и двух изламывающих зеркал является чирпированным зеркалом.

[0019] В некоторых реализациях чирпированное зеркало вносит отрицательную дисперсию в усиленные растянутые импульсы.

[0020] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован так, чтобы выводить лазерный пучок с первой частотой повторения, и затем с другой, второй частотой повторения с, по существу, одной и той же конструкцией всех оптических элементов лазерного двигателя.

[0021] В некоторых реализациях первая частота повторения и вторая частота повторения оказываются в одном из диапазонов 10 кГц - 2 МГц, 50 кГц - 1 МГц или 100 кГц - 500 кГц.

[0022] В некоторых реализациях лазерный двигатель можно модифицировать для вывода лазерного пучка со второй частотой повторения с, по существу, одной и той же конструкцией всех оптических элементов, что и для первой частоты повторения, когда немодифицированный лазерный двигатель использовал разные конструкции оптических элементов для первой и второй частот повторения.

[0023] В некоторых реализациях усилитель сконфигурирован так, чтобы количество двусторонних прохождений усиленных растянутых импульсов в усилителе изменялось с изменением частоты повторения при сохранении неизменной оптической конструкции усилителя.

[0024] В некоторых реализациях усилитель имеет изломанный оптический путь между торцевыми зеркалами менее 1 метра.

[0025] В некоторых реализациях усилитель является регенеративным усилителем в режиме открытия резонатора, усилителем чирпированных импульсов или усилителем с модулируемой добротностью.

[0026] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор на оптическом пути между торцевыми зеркалами, который может выбирать растянутые импульсы, осуществляя переключение между состоянием регулировки поляризации, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов, и состоянием без регулировки поляризации, в котором переключаемый поляризатор, по существу, не регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов.

[0027] В некоторых реализациях лазерный двигатель может включать в себя высоковольтный силовой переключатель, который управляет переключаемым поляризатором для осуществления переключения из состояния без регулировки поляризации в состояние регулировки поляризации с временем нарастания менее 5 наносекунд, 4 наносекунд или 3 наносекунд.

[0028] В некоторых реализациях лазерный двигатель изменяет первую частоту повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов на вторую частоту повторения в пределах одного из диапазонов 1-120 секунд, 10-60 секунд и 20-50 секунд.

[0029] В некоторых реализациях лазерный двигатель изменяет первую частоту повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов ну вторую частоту повторения в течение времени изменения в пределах 1 мкс - 1 с.

[0030] В некоторых реализациях усилитель включает в себя, по меньшей мере, одно фокусирующее зеркало и лазерный кристалл, расположенный в непосредственной близости от фокальной точки фокусирующего зеркала.

[0031] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован так, что при изменении частоты повторения лазерного двигателя с первого значения на второе значение - причем оба значения находятся в пределах 10 кГц - 2 МГц - диаметр выводимого лазерного пучка изменяется менее чем на 10% или 20%, или центр выводимого лазерного пучка перемещается менее чем на 20% или 40% диаметра пучка.

[0032] В некоторых реализациях фемтосекундные импульсы лазерного пучка имеют энергию в одном из диапазонов 1-100 мкДж/импульс, 10-50 мкДж/импульс и 20-30 мкДж/импульс.

[0033] В некоторых реализациях лазерный двигатель выводит лазерный пучок мощностью свыше 0,1 Вт, 1 Вт или 10 Вт.

[0034] В некоторых реализациях лазерный двигатель входит в состав офтальмологической хирургической системы.

[0035] В некоторых реализациях способ генерации лазерного пучка с помощью лазерного двигателя включает в себя этапы, на которых: генерируют пучок затравочных импульсов длительностью менее 1000 фемтосекунд с помощью генератора; уменьшают длительность затравочных импульсов с помощью модуля растяжения импульсов; усиливают амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов с помощью усилителя для генерации усиленных растянутых импульсов; уменьшают длительность усиленных растянутых импульсов до менее 1,000 фемтосекунд с помощью модуля сжатия импульсов; выводят лазерный пучок фемтосекундных импульсов с первой частотой повторения в пределах 10 кГц - 2 МГц и с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд; изменяют частоту повторения с первой частоты повторения на вторую частоту повторения в пределах 10 кГц - 2 МГц без существенного изменения оптической конструкции лазерного двигателя; и выводят лазерный пучок фемтосекундных импульсов со второй частотой повторения и с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд.

[0036] В некоторых реализациях этап усиления включает в себя использование компенсатора дисперсии в усилителе для снижения дисперсии усиленных растянутых импульсов, вызванной оптическим компонентом усилителя.

[0037] В некоторых реализациях этап снижения дисперсии включает в себя введение компенсирующей дисперсии с помощью, по меньшей мере, одного чирпированного зеркала в усилителе, причем компенсирующая дисперсия, по существу, равна по величине и противоположна по знаку дисперсии, вносимой всеми оптическими элементами усилителя, отличными от компенсатора дисперсии, при каждом двустороннем прохождении.

[0038] В некоторых реализациях этап изменения частоты повторения включает в себя изменение количества двусторонних прохождений в усилителе при сохранении оптической конструкции усилителя, по существу, неизменной.

[0039] В некоторых реализациях этап растяжения и этап сжатия выполняются одним и тем же модулем растяжения-сжатия.

[0040] В некоторых реализациях выводят лазерный пучок со второй частотой повторения в одном из диапазонов 1-120 секунд, 10-60 секунд и 20-50 секунд по завершении вывода лазерного пучка с первой частотой повторения.

[0041] В некоторых реализациях изменяют частоту повторения с первой частоты повторения на вторую частоту повторения в течение времени изменения в пределах 1 мкс - 1 с.

[0042] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя генератор, который генерирует импульсный световой пучок с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд; модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность импульсов светового пучка; и усилитель, который усиливает амплитуду растянутых световых импульсов для генерации усиленных растянутых импульсов, причем модуль растяжения-сжатия уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов и выводит пучок лазерных импульсов; и лазерный двигатель выполнен с возможностью выводить пучок лазерных импульсов с первой частотой повторения в диапазоне 10 кГц - 2 МГц и затем со второй частотой повторения в диапазоне 10 кГц - 2 МГц с использованием, по существу, одной и той же конструкции всех оптических элементов лазерного двигателя, причем длительность лазерных импульсов составляет менее 1000 фемтосекунд для первой и второй частот повторения.

[0043] В некоторых реализациях усилитель включает в себя компенсатор дисперсии, который, по меньшей мере, частично компенсирует дисперсию, вносимую оптическими элементами усилителя.

[0044] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор между торцевыми зеркалами усилителя, который переключается между состоянием, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов; и состоянием, в котором переключаемый поляризатор не регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов с временем нарастания менее 5 наносекунд, 4 наносекунд или 3 наносекунд.

[0045] В некоторых реализациях усилитель включает в себя, по меньшей мере, одно фокусирующее зеркало; и усилительный кристалл, расположенный вблизи фокальной точки фокусирующего зеркала.

[0046] В некоторых реализациях лазерный двигатель переключается между первой частотой повторения и второй частотой повторения в течение времени менее 60 секунд, 1 секунды или 10 мкс.

[0047] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя генератор, который выводит фемтосекундные затравочные импульсы; модуль растяжения, который увеличивает длительность затравочных импульсов; усилитель, который усиливает растянутые затравочные импульсы с образованием усиленных растянутых импульсов, и включает в себя компенсатор дисперсии для компенсации дисперсии усиленных растянутых импульсов, вносимой оптическими элементами усилителя; и модуль сжатия, который принимает усиленные растянутые импульсы, уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов.

[0048] В некоторых реализациях лазерный двигатель с переменной частотой повторения включает в себя регенеративный усилитель с модулируемой добротностью в режиме открытия резонатора; усилитель, включающий в себя два торцевых зеркала, причем лазерный двигатель выводит фемтосекундные лазерные импульсы; и длина оптического пути между торцевыми зеркалами меньше 2 метров.

[0049] В некоторых реализациях длина оптического пути между торцевыми зеркалами меньше 1 метра.

[0050] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя генератор, который генерирует затравочные импульсы, которые поступают на усилитель, причем полная длина оптического пути в свободном пространстве от точки, где фотоны затравочных импульсов генерируются в генераторе, до точки, где лазерный двигатель выводит лазерные импульсы, меньше 500 метров, 300 метров или 150 метров.

[0051] В некоторых реализациях все габаритные размеры резонатора усилителя меньше 1 метра или 0,5 метра, причем резонатор усилителя заключает в себе все оптические элементы усилителя.

[0052] В некоторых реализациях площадь основания усилителя меньше 1 м² или 0,5 м².

[0053] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя модуль растяжения-сжатия, который включает в себя чирпированную объемную брэгговскую решетку.

[0054] В некоторых реализациях усилитель включает в себя компенсатор дисперсии, который компенсирует дисперсию, вносимую оптическими элементами усилителя.

[0055] В некоторых реализациях усилитель включает в себя лазерный кристалл, который усиливает амплитуду импульсов лазерной генерации; и два изламывающих зеркала, которые изламывают резонансный оптический путь внутри усилителя, причем, по меньшей мере, одно из двух торцевых зеркал и двух изламывающих зеркал является чирпированным зеркалом.

[0056] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован так, чтобы выводить лазерный пучок с первой частотой повторения в диапазоне частоты повторения; и затем со второй частотой повторения в диапазоне частоты повторения с, по существу, одной и той же конструкцией всех оптических элементов лазерного двигателя.

[0057] В некоторых реализациях первая и вторая частоты повторения находятся в одном из диапазонов 10 кГц - 2 МГц, 50 кГц - 1 МГц или 100 кГц - 500 кГц.

[0058] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован с возможностью перехода от первой частоты повторения ко второй частоте повторения в течение времени менее 60 секунд, 1 секунды или 1 мкс.

[0059] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор между торцевыми зеркалами, который переключается за менее чем 5 нс, 4 нс или 3 нс между состоянием, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных импульсов, и состоянием, в котором переключаемый поляризатор, по существу, не регулирует поляризацию усиленных импульсов.

[0060] В некоторых реализациях усилитель включает в себя, по меньшей мере, одно фокусирующее торцевое зеркало и лазерный кристалл, находящийся в непосредственной близости от фокальной точки фокусирующего торцевого зеркала.

[0061] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов; и усилитель, который принимает растянутые затравочные импульсы от модуля растяжения-сжатия, усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов; причем модуль растяжения-сжатия принимает лазерный пучок усиленных растянутых импульсов, уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд; причем длина оптического пути от точки, где фотоны затравочных импульсов генерируются в генераторе, до точки, где лазерный двигатель выводит лазерные импульсы, меньше 500 метров.

[0062] В некоторых реализациях длина оптического пути меньше 300 метров.

[0063] В некоторых реализациях лазерный двигатель с переменной частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов; усилитель чирпированных импульсов, который усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов; причем усилитель включает в себя переключаемый поляризатор со временем переключения менее 5 нс; модуль растяжения-сжатия уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов до фемтосекундных значений; и лазерный двигатель занимает площадь менее 1 м².

[0064] В некоторых реализациях лазерный двигатель входит в состав хирургической лазерной системы, причем хирургическая лазерная система имеет лазерный двигатель и систему формирования изображения в верхнем ярусе хирургической лазерной системы.

[0065] В некоторых реализациях лазерный двигатель с переменной частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; интегрированный модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов; и регенеративный усилитель с модулируемой добротностью в режиме открытия резонатора, который усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов; причем модуль растяжения-сжатия уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов для вывода фемтосекундных лазерных импульсов, и количество оптических элементов лазерного двигателя составляет менее 75.

[0066] В некоторых реализациях количество оптических элементов лазерного двигателя составляет менее 50.

[0067] В некоторых реализациях количество оптических элементов лазерного двигателя в модулях, отличных от генератора, составляет менее 50.

[0068] В некоторых реализациях количество оптических элементов лазерного двигателя в модулях, отличных от генератора, составляет менее 35.

[0069] В некоторых реализациях оптический элемент представляет собой одно из: зеркала, линзы, параллельной пластинки, поляризатора, изолятора, любого переключаемого оптического элемента, преломляющего элемента, пропускающего элемента и отражающего элемента.

[0070] В некоторых реализациях свет приходит в оптический элемент из воздуха и выходит из оптического элемента в воздух.

[0071] В некоторых реализациях интегрированный модуль растяжения-сжатия включает в себя чирпированную объемную брэгговскую решетку.

[0072] В некоторых реализациях усилитель включает в себя компенсатор дисперсии, который компенсирует дисперсию, вносимую оптическими элементами усилителя.

[0073] В некоторых реализациях усилитель включает в себя два торцевых зеркала, образующие резонатор; и два изламывающих зеркала, которые изламывают резонансный оптический путь внутри усилителя, причем, по меньшей мере, одно из двух торцевых зеркал и двух изламывающих зеркал является чирпированным зеркалом.

[0074] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован так, чтобы выводить лазерный пучок с первой частотой повторения в диапазоне частоты повторения и затем со второй частотой повторения в диапазоне частоты повторения с, по существу, одной и той же конструкцией всех оптических элементов лазерного двигателя, причем первая и вторая частоты повторения находятся в одном из диапазонов 10 кГц - 2 МГц, 50 кГц - 1 МГц и 100 кГц - 500 кГц.

[0075] В некоторых реализациях лазерный двигатель сконфигурирован с возможностью перехода от первой частоты повторения ко второй частоте повторения со временем изменения менее 1 секунды.

[0076] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор между торцевыми зеркалами, который может переключаться в течение времени менее 5 нс, 4 нс или 3 нс между состоянием, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов, и состоянием, в котором переключаемый поляризатор, по существу, не регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов.

[0077] В некоторых реализациях усилитель включает в себя, по меньшей мере, одно фокусирующее зеркало и лазерный кристалл, находящийся в непосредственной близости от фокальной точки фокусирующего зеркала.

[0078] В некоторых реализациях лазерный двигатель включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов; и усилитель, который принимает растянутые затравочные импульсы от модуля растяжения-сжатия, усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов, и выводит усиленные растянутые импульсы; причем модуль растяжения-сжатия принимает усиленные растянутые импульсы, уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд; причем количество оптических элементов лазерного двигателя в модулях, отличных от генератора, составляет менее 50.

[0079] В некоторых реализациях количество оптических элементов лазерного двигателя составляет менее 75.

[0080] В некоторых реализациях способ сканирования с помощью лазерной системы включает в себя этапы: генерации лазерных импульсов, имеющих переменную частоту повторения, с помощью лазерного двигателя; фокусировки лазерных импульсов в фокальное пятно в области мишени с помощью системы доставки сканирующего лазерного пучка; сканирования фокальным пятном с некоторой скоростью сканирования в области мишени с помощью системы доставки сканирующего лазерного пучка; изменения скорости сканирования; и регулировки частоты повторения согласно измененной скорости сканирования с помощью модуля управления частотой повторения.

[0081] В некоторых реализациях этап генерации включает в себя: генерирование фемтосекундных затравочных импульсов с помощью генератора; растяжение затравочных импульсов с помощью модуля растяжения-сжатия; усиление выбранных растянутых затравочных импульсов с образованием усиленных растянутых импульсов с помощью усилителя; и сжатие усиленных растянутых импульсов с образованием фемтосекундных лазерных импульсов с помощью модуля растяжения-сжатия.

[0082] В некоторых реализациях способ включает в себя регулировку частоты повторения для поддержания плотности пузырьков, создаваемых лазером, в области мишени приблизительно в пределах выбранного значения.

[0083] В некоторых реализациях плотность пузырьков представляет собой одну из линейной плотности, поверхностной плотности и объемной плотности.

[0084] В некоторых реализациях этап регулировки частоты повторения состоит в регулировке частоты повторения пропорционально скорости сканирования.

[0085] В некоторых реализациях этап регулировки частоты повторения состоит в изменении частоты повторения с первого значения на второе значение за время в пределах 1 мкс - 1 с.

[0086] В некоторых реализациях этап осуществления сканирования фокальным пятном состоит в осуществлении сканирования фокальным пятном вдоль пути минимального ускорения.

[0087] В некоторых реализациях способ включает в себя: сканирование фокальным пятном в плоскости XY по извилистому пути; и снижение частоты повторения при приближении к участку изгиба пути.

[0088] В некоторых реализациях способ включает в себя: сканирование лазерным пучком по спирали; и снижение частоты повторения при приближении сканирования к центру спирали.

[0089] В некоторых реализациях регулировка частоты повторения включает в себя: прием модулем управления частотой повторения информации об измененной скорости сканирования посредством считывания изменения скорости сканирования или получения электронной информации об изменении скорости сканирования от процессора или устройства памяти; и регулировку частоты повторения согласно принятой информации об измененной скорости сканирования.

[0090] В некоторых реализациях система лазерного сканирования с переменной частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который увеличивает длительность затравочных импульсов, принимает усиленные растянутые импульсы от усилителя, уменьшает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с некоторой частотой повторения; усилитель, который принимает растянутые затравочные импульсы от модуля растяжения-сжатия, усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов и выводит усиленные растянутые импульсы на модуль растяжения-сжатия; и сканирующее оптическое средство, которое осуществляет сканирование фокальным пятном лазерного пучка в области мишени с переменной скоростью сканирования для генерации пятен фоторазрушения; причем система лазерного сканирования изменяет частоту повторения для создания пятен фоторазрушения с заранее определенным профилем плотности.

[0091] в некоторых реализациях усилитель включает в себя компенсатор дисперсии, который снижает дисперсию усиленных растянутых импульсов.

[0092] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор, который вращает плоскость поляризации растянутых импульсов в усилителе, причем время нарастания переключаемого поляризатора меньше 5 нс, 4 нс или 3 нс.

[0093] В некоторых реализациях система лазерного сканирования включает в себя электронное средство управления, которое подает на переключаемый поляризатор сигналы управления, побуждающие переключаемый поляризатор осуществлять переключение с временем нарастания менее 5 нс, 4 нс или 3 нс.

[0094] В некоторых реализациях способ сканирования с помощью лазерного двигателя включает в себя этапы: генерации фемтосекундных лазерных импульсов с некоторой частотой повторения; фокусировки лазерных импульсов в фокальное пятно в области мишени для генерации пятен фоторазрушения; сканирование фокальным пятном в области мишени с некоторой скоростью сканирования; и регулировку частоты повторения в ходе сканирования для создания пятен фоторазрушения с некоторым профилем плотности.

[0095] В некоторых реализациях этап регулировки включает в себя создание пятен фоторазрушения, причем одну из линейной плотности пятен, поверхностной плотности пятен и объемной плотности пятен поддерживают, по существу, однородной в области мишени.

[0096] В некоторых реализациях этап регулировки состоит в регулировке частоты повторения согласно изменению скорости сканирования.

[0097] В некоторых реализациях этап регулировки состоит в регулировке частоты повторения пропорционально скорости сканирования.

[0098] В некоторых реализациях этап регулировки частоты повторения состоит в изменении частоты повторения с первого значения на второе значение за время в пределах 1 мкс - 1 с.

[0099] В некоторых реализациях этап генерации включает в себя: генерирование фемтосекундных затравочных импульсов с помощью генератора; растяжение затравочных импульсов с помощью модуля растяжения-сжатия; усиление выбранных растянутых затравочных импульсов с образованием усиленных растянутых импульсов с помощью усилителя; и сжатие усиленных растянутых импульсов с образованием фемтосекундных лазерных импульсов с помощью модуля растяжения-сжатия.

[00100] В некоторых реализациях этап осуществления сканирования фокальным пятном состоит в осуществлении сканирования фокальным пятном вдоль пути минимального ускорения.

[00101] В некоторых реализациях способ включает в себя: сканирование фокальным пятном по извилистому пути; и снижение частоты повторения при приближении к участку изгиба пути.

[00102] В некоторых реализациях способ включает в себя: сканирование лазерным пучком по спирали; и снижение частоты повторения по мере приближения сканирования к центру спирали.

[00103] В некоторых реализациях способ включает в себя: сканирование лазерным пучком вдоль конца линии или излома линии; и снижение частоты повторения по мере приближения сканирования к концу линии или излому линии.

[00104] В некоторых реализациях способ включает в себя: прием сохраненной или считанной информации о скорости сканирования, и регулировку частоты повторения согласно принятой информации, касающейся скорости сканирования.

[00105] В некоторых реализациях способ включает в себя: прием считанной или отображенной информации об области мишени, и регулировку частоты повторения согласно принятой информации, касающейся области мишени.

[00106] В некоторых реализациях, лазерный двигатель может включать в себя генератор, который выводит фемтосекундные затравочные оптические импульсы, и усилитель, который усиливает затравочные оптические импульсы для формирования усиленных оптических импульсов. Этот усилитель включает в себя оптический резонатор, который подключен для приема и циркуляции затравочных оптических импульсов, и оптическое переключающее устройство, подключенное к оптическому резонатору для управления подачей света принятых затравочных оптических импульсов в оптический резонатор и для управления выводом света из оптического резонатора в качестве выходного света усилителя. Оптическое переключающее устройство сконфигурировано для управления и регулировки количества двусторонних прохождений света, соединенных внутри оптического резонатора для управления и регулировки частоты повторения импульсов для усиленных оптических импульсов, сформированных усилителем. Усилитель также включает в себя оптическую усиливающую среду внутри оптического резонатора для усиления затравочных оптических импульсов с образованием усиленных оптических импульсов, и компенсатор дисперсии внутри оптического резонатора для компенсации дисперсии усиленных оптических импульсов, индуцированной усилителем. Лазерный двигатель включает в себя один или более оптических элементов вне усилителя для увеличения длительности затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель и для уменьшения длительности усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем, для формирования усиленных оптических импульсов. Лазерный двигатель может быть сконфигурирован без устройства компенсации дисперсии вне усилителя, которое предусмотрено для компенсации дисперсии усиленных оптических импульсов, индуцированной усилителем.

[00107] В других реализациях способ эксплуатации лазерного двигателя для формирования фемтосекундных оптических импульсов может включать в себя растяжение фемтосекундных затравочных оптических импульсов для формирования растянутых затравочных оптических импульсов с пониженной оптической мощностью в каждом импульсе; и ввод растянутых затравочных оптических импульсов в оптический резонатор оптического усилителя для усиления оптической мощности каждого растянутого затравочного оптического импульса для формирования усиленных растянутых оптических импульсов. Внутри оптического усилителя оптический компенсатор используется для обеспечения компенсации дисперсии каждого оптического импульса, причем оптический компенсатор структурирован для внесения дисперсии, противоположной по знаку и, по существу, равной по величине дисперсии, индуцированной усилителем при одном двустороннем прохождении света, внутри оптического резонатора усилителя, за исключением дисперсии, обусловленной компенсатором дисперсии. Этот способ включает в себя: эксплуатацию оптического переключающего устройства, подключенного к оптическому резонатору для управления подачей света растянутых затравочных оптических импульсов в оптический резонатор и вывода света усиленных растянутых оптических импульсов из оптического резонатора; уменьшение длительности импульса усиленных растянутых оптических импульсов из оптического резонатора для формирования сжатых усиленных оптических импульсов на выходе лазерного двигателя; и эксплуатацию оптического переключающего устройства для управления и регулировки количества двусторонних прохождений света внутри оптического резонатора для управления и регулировки частоты повторения импульсов для сжатых усиленных оптических импульсов, не используя устройство компенсации дисперсии, которое находится вне усилителя для компенсации дисперсии, индуцированной усилителем.

Краткое описание чертежей

[00108] Фиг. 1A-B иллюстрируют два варианта осуществления фемтосекундного лазерного двигателя 1 высокой мощности.

[00109] Фиг. 2 более подробно иллюстрирует вариант осуществления фемтосекундного лазерного двигателя 1 высокой мощности.

[00110] Фиг. 3A иллюстрирует идею чирпирования лазерного импульса.

[00111] Фиг. 3B иллюстрирует пример модуля 200' растяжения и модуля 400 сжатия.

[00112] Фиг. 3C иллюстрирует реализацию интегрированного модуля 200 растяжения-сжатия.

[00113] Фиг. 4 иллюстрирует вариант осуществления усилителя 300.

[00114] Фиг. 5A-B иллюстрируют цикл накачки-усиления-выпуска лазерного резонатора.

[00115] Фиг. 6A-D иллюстрируют хирургические шаблоны сканирования с постоянными и переменными частотами повторения.

[00116] Фиг. 7A-B иллюстрируют проблемы конструкции, относящиеся к тепловой фокусировке при двух разных температурах лазерного кристалла 310 в усилителе 300.

[00117] Фиг. 7C-D иллюстрируют две реализации усилителя 300 с ослабленной тепловой фокусировкой.

[00118] Фиг. 8 иллюстрирует зависимость оптической мощности пучка от рабочей температуры.

Осуществление изобретения

[00119] В ранних фемтосекундных лазерах чрезвычайно малая длина импульса обеспечивает чрезвычайно высокую мощность в этих импульсах. Однако эта высокая мощность, грозит повреждением усиливающей среды лазеров. Решение состоит в усилении чирпированных импульсов (CPA