Фемтосекундный лазер высокой мощности с регулируемой частотой повторения

Фемтосекундный лазер высокой мощности с регулируемой частотой повторения

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 лазерных применениях существует постоянная потребность в более коротких импульсах, которые несут высокие энергии в расчете на импульс. Эти признаки предусматривают лучшее управление и повышенное быстродействие для лазерных применений. 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 офтальмических 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, включающие в себя 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 другие могут допускать изменение частот повторения без существенных повторных регулировок системы, и некоторые имеют пониженную чувствительность к тепловой фокусировке.

[0004] Например, некоторые примеры лазерного устройства включают в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов, модуль растяжения-сжатия, который растягивает 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, сжимает 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 фототермическое преломляющее стекло.

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

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

[0012] В некоторых реализациях лазерное устройство не содержит настраиваемого модуля растяжения-сжатия.

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

[0014] В некоторых реализациях лазерное устройство 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 в 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 лазерное устройство 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 устройства.

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

[0022] В некоторых реализациях лазерное устройство 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 немодифицированное лазерное устройство использовало 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 структуры 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 путем переключения 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 лазерное устройство может включать в себя высоковольтный силовой переключатель, который управляет переключаемым поляризатором для 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 лазерное устройство переходит от первой частоты повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов до второй частоты повторения в пределах одного из диапазонов 1-120 секунд, 10-60 секунд и 20-50 секунд.

[0029] В некоторых реализациях лазерное устройство переходит от первой частоты повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов до второй частоты 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 лазерное устройство сконфигурирован так, что при изменении частоты повторения лазерного устройства от первого значения ко второму значению, причем оба значения находятся в пределах 10 кГц-2 МГц, диаметр выводимого лазерного пучка изменяется менее чем на одно из 10% и 20%, или центр выводимого лазерного пучка перемещается менее чем на одно из 20% и 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 лазерное устройство выводит лазерный пучок мощностью свыше одного из 0,1 Вт, 1 Вт и 10 Вт.

[0034] В некоторых реализациях лазерное устройство входит в состав офтальмической хирургической системы.

[0035] В некоторых реализациях способ генерации лазерного пучка с помощью лазерного устройства включает в себя этапы, на которых: генерируют пучок затравочных импульсов длительностью менее 1000 фемтосекунд с помощью генератора; сжимают длительность затравочных импульсов с помощью модуля растяжения импульсов; усиливают амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов с помощью усилителя для генерации усиленных растянутых импульсов; сжимают 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 от первой частоты повторения до второй частоты повторения в пределах 10 кГц-2 МГц без существенного изменения оптической структуры лазерного устройства; 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 вносят компенсирующую дисперсию 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 структуры 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 от первой частоты повторения до второй частоты повторения в течение времени изменения в пределах 1 мкс-1 с.

[0042] В некоторых реализациях лазерное устройство включает в себя генератор, который генерирует импульсный световой пучок с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд; модуль растяжения-сжатия, который растягивает длительность импульсов светового пучка; и усилитель, который усиливает амплитуду растянутых световых импульсов для генерации усиленных растянутых импульсов, причем модуль растяжения-сжатия сжимает длительность усиленных растянутых импульсов и выводит пучок лазерных импульсов; и лазерное устройство выполнено 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 устройства, 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 одного из 5 наносекунд, 4 наносекунд и 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 лазерное устройство переключается между первой частотой повторения и второй частотой повторения в течение времени менее одного из 60 секунд, 1 секунды и 10 мкс.

[0047] В некоторых реализациях лазерное устройство включает в себя генератор, который выводит фемтосекундные затравочные импульсы; модуль растяжения, который растягивает 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, сжимает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов.

[0048] В некоторых реализациях лазерное устройство с изменяемой частотой повторения включает в себя регенеративный усилитель с модулируемой добротностью в режиме открытия резонатора; усилитель, включающий в себя два торцевых зеркала, причем лазерное устройство 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 лазерное устройство 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 лазерное устройство выводит лазерные импульсы, меньше одного из 500 метров, 300 метров и 150 метров.

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

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

[0053] В некоторых реализациях лазерное устройство 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 лазерное устройство 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 устройства.

[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 лазерное устройство сконфигурировано с возможностью перехода от первой частоты повторения ко второй частоте повторения в течение времени менее одного из 60 секунд, 1 секунды и 1 мкс.

[0059] В некоторых реализациях усилитель включает в себя переключаемый поляризатор между торцевыми зеркалами, который переключается за менее чем одно из 5 нс, 4 нс и 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 лазерное устройство включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который растягивает 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, сжимает 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 лазерное устройство выводит лазерные импульсы, меньше 500 метров.

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

[0063] В некоторых реализациях лазерное устройство с изменяемой частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который растягивает 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 с временем переключения менее 5 нс; модуль растяжения-сжатия сжимает длительность усиленных растянутых импульсов до фемтосекундных значений; и лазерное устройство занимает площадь менее 1 м².

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

[0065] В некоторых реализациях лазерное устройство с изменяемой частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; объединенный модуль растяжения-сжатия, который растягивает 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 сжимает длительность усиленных растянутых импульсов для вывода фемтосекундных лазерных импульсов, и количество оптических элементов лазерного устройства составляет менее 75.

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

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

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

[0069] В некоторых реализациях оптический элемент представляет собой одно из: зеркала, линзы, параллельной пластины, 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 объединенный 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 лазерное устройство сконфигурировано 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 устройства, 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 лазерное устройство сконфигурировано с возможностью перехода от первой частоты повторения ко второй частоте повторения с 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 одного из 5 нс, 4 нс и 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 лазерное устройство включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который растягивает 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, сжимает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с длительностью импульса менее 1,000 фемтосекунд; причем количество оптических элементов лазерного устройства в модулях, отличных от генератора, составляет менее 50.

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

[0080] В некоторых реализациях способ сканирования с помощью лазерной системы включает в себя этапы генерации лазерных импульсов, имеющих изменяемую частоту повторения, с помощью лазерного устройства; фокусировки лазерных импульсов в фокальное пятно в области мишени с помощью системы доставки сканирующего лазерного пучка; сканирования фокальном пятном со 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 приблизительного поддержания плотности пузырьков, создаваемых лазером, в области мишени в окрестности 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 включает в себя регулировку частоты повторения пропорционально скорости сканирования.

[0085] В некоторых реализациях этап регулировки частоты повторения включает в себя регулировку частоты повторения от первого значения ко второму значению за время в пределах 1 мкс-1 с.

[0086] В некоторых реализациях этап сканирования фокальном пятном включает в себя сканирование фокальном пятном вдоль пути минимального ускорения.

[0087] В некоторых реализациях способ включает в себя XY-сканирование фокальном пятном 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, когда сканирование достигает центра спирали.

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

[0090] В некоторых реализациях система лазерного сканирования с изменяемой частотой повторения включает в себя генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов; модуль растяжения-сжатия, который растягивает длительность затравочных импульсов, принимает усиленные растянутые импульсы от усилителя, сжимает длительность усиленных растянутых импульсов, и выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с 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 сканирующая оптика, которая 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 одного из 5 нс, 4 нс и 3 нс.

[0093] В некоторых реализациях система лазерного сканирования включает в себя управляющую электронную схему, которая подает на переключаемый поляризатор сигналы управления, предписывающие переключаемому поляризатору переключаться с временем нарастания менее одного из 5 нс, 4 нс и 3 нс.

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

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

[0096] В некоторых реализациях этап регулировки включает в себя регулировку частоты повторения согласно изменению скорости сканирования.

[0097] В некоторых реализациях этап регулировки включает в себя регулировку частоты повторения пропорционально скорости сканирования.

[0098] В некоторых реализациях этап регулировки частоты повторения включает в себя регулировку частоты повторения от первого значения ко второму значению 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 сканирования фокальном пятном включает в себя сканирование фокальном пятном вдоль пути минимального ускорения.

[00101] В некоторых реализациях способ включает в себя сканирование фокальном 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 одного из конца линии и излома линии; и снижение частоты повторения по мере приближения сканирования к одному из конца линии и излома линии.

[00104] В некоторых реализациях способ включает в себя прием сохраненной и 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 изображаемой информации об области мишени, и регулировку частоты повторения согласно принятой информации, касающейся области мишени.

[00106] В некоторых реализациях, лазерное устройство 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 устройство оптического переключателя, 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. Устройство оптического переключателя 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. Лазерное устройство включает в себя один или более оптических элементов вне усилителя для растяжения длительности затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель и для сжатия длительности усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем, для формирования усиленных оптических импульсов. Лазерное устройство может быть сконфигурировано без устройства компенсации дисперсии вне усилителя, которое предусмотрено для компенсации дисперсии усиленных оптических импульсов, индуцированной усилителем.

[00107] В других реализациях, способ функционирования лазерного устройства 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 в одном двустороннем прохождении света, внутри оптического резонатора усилителя, за исключением дисперсии, обусловленной компенсатором дисперсии. Этот способ включает в себя эксплуатацию устройства оптического переключателя, 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; сжатие длительности усиленных растянутых оптических импульсов из оптического резонатора для формирования сжатых усиленных оптических импульсов в качестве выходного сигнала лазерного устройства; и эксплуатацию устройства оптического переключателя для управления и регулировки количества двусторонних прохождений света внутри оптического резонатора для управления и регулировки частоты повторения импульсов для сжатых усиленных оптических импульсов, без использования устройства компенсации дисперсии, которое находится вне усилителя, для компенсации дисперсии, индуцированной усилителем.

Краткое описание чертежей

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

[00109] Фиг. 2 более подробно иллюстрирует вариант осуществления фемтосекундного лазерного устройства 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 объединенного 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.

Подробное описание

[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). Согласно