CN104798268B - 激光脉冲聚焦 - Google Patents
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Abstract
在某些实施方案中，一种系统(10)包括激光源(20)、一个或多个光学元件(24)、监视装置(28)以及控制计算机(30)。所述激光源(20)发射一个或多个激光脉冲。所述光学元件(24)改变所述激光脉冲的脉冲长度，并且所述监视装置(28)测量所述激光脉冲的所述脉冲长度以检测所述脉冲长度的变化。所述控制计算机(30)接收来自所述监视装置(28)的所测量的脉冲长度，确定对所述脉冲长度的所述变化进行补偿的一个或多个激光参数，以及根据所述激光参数控制所述激光源(20)。
Description
技术领域
本公开大体上涉及激光系统，并且更具体地说涉及激光脉冲聚焦。
背景技术
常规地使用超短激光脉冲来处理医学材料和科学材料。在某些情况下，可需要非常高的峰值强度。在某些应用中，激光脉冲通过光学装置并且然后聚焦在目标上的聚焦点处。然而，光学装置可相对于时间展宽激光脉冲，这降低了在目标处的脉冲的峰值强度。另外，较短的激光脉冲可经历比较长的激光脉冲更大的展宽。
简述
在某些实施方案中，系统包括激光源、一个或多个光学元件、监视装置以及控制计算机。激光源发射一个或多个激光脉冲。光学元件改变激光脉冲的脉冲长度，并且监视装置测量激光脉冲的脉冲长度以检测脉冲长度的变化。控制计算机接收来自监视装置的所测量的脉冲长度，确定对脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个激光参数，以及根据激光参数控制激光源。
在某些实施方案中，方法包括：由激光源发射一个或多个激光脉冲；由一个或多个光学元件改变激光脉冲的脉冲长度；由监视装置测量激光脉冲的脉冲长度以检测脉冲长度的变化；在控制计算机处接收来自监视装置的所测量的脉冲长度；由控制计算机确定对脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个激光参数；以及由控制计算机根据激光参数来控制激光源。
附图说明
现在将参考附图，通过举例更详细地描述本公开的示例性实施方案，在附图中：
图1示出根据某些实施方案的配置成将激光脉冲聚焦在目标上的系统的实例；
图2A和图2B示出根据某些实施方案的可同图1的系统一起使用的聚焦物镜和监视装置的实例；
图3示出影响脉冲持续时间的循环次数的实例；以及
图4示出根据某些实施方案的可借以使用图1的系统的装置的实例。
具体实施方式
现在参照描述和附图，详细示出了所公开的设备、系统和方法的示例性实施方案。描述和附图不旨在是详尽的或以其它方式将权利要求限制于或限定于附图中示出以及描述中公开的特定实施方案。尽管附图代表可能的实施方案，但是附图不必按比例绘制并且某些特征可被放大、移除或部分剖开以更好地说明实施方案。
图1示出根据某些实施方案的配置成将激光束22的激光脉冲聚焦在目标26上的系统10的实例。在实例中，系统10包括激光源20、一个或多个光学元件24、监视装置28以及控制计算机30。在某些实施方案中，监视装置28测量从光学元件24输出的激光脉冲的脉冲长度，以检测脉冲长度的变化(例如增加或减少)并且将测量信息发送到控制计算机30。控制计算机30和/或激光源20对脉冲长度的变化进行补偿。在某些实施方案中，控制计算机30确定可对变化(例如脉冲长度)进行补偿的激光源参数，并且然后控制使用所述参数的激光源20来朝目标26引导激光束22。
在某些实施方案中，光学元件24和/或激光源20可产生脉冲长度变化。在实施方案中，可使用激光源20的元件(如光学元件)来应用合适的调整(如负啁啾)，以对引起啁啾(如正啁啾)的光学元件24和/或激光源20的色散(如正色散)进行补偿。或者，可应用正啁啾以对引起负啁啾的光学元件24和/或激光源20的负色散进行补偿。系统10可将具有期望脉冲长度和脉冲能量的激光脉冲输出到目标26。在某些情况下，可将脉冲长度最小化。
激光源20产生和发射具有超短波激光脉冲的激光束。在本文中，光的“超短”脉冲指具有小于或等于纳秒的持续时间的光脉冲，如纳秒、皮秒、飞秒或阿秒数量级。激光源20的实例包括纳秒、飞秒、皮秒和阿秒激光。激光束可具有任何合适波长，如在300纳米到1900纳米(nm)范围内的波长，例如在300nm到650nm、650nm到1050nm、1050nm到1250nm或1100nm到1900nm范围内的波长。激光束可包括任何合适的脉冲持续时间的脉冲，如1飞秒到1000飞秒(fs)，例如大约10fs。
光学元件24可包括可对光进行操作(例如反射光、折射光、衍射光和/或透射光)的一个或多个元件。光学元件24可包括任何可适用的元件，如可将激光束22聚焦到目标26上的聚焦物镜。光学元件24可改变(例如增加或减少)激光脉冲的脉冲长度。在某些实施方案中，光学元件24可应用在时间上展宽脉冲的正啁啾。例如，光学元件24可将脉冲长度从10fs增加到200fs。另外，更短的(例如200fs或更少)激光脉冲可经历比更长的(例如约400fs)的激光脉冲更大的展宽。
监视装置28测量激光脉冲的脉冲长度以检测相对于时间的脉冲展宽，并且然后将测量信息发送到控制计算机30。可以任何合适的方式来测量脉冲长度。在某些实施方案中，监视装置28使用非线性测量技术，在所述非线性测量技术中复制脉冲并且将副本组合到非线性媒质中。非线性媒质只有在脉冲副本同时存在时产生特定的信号，因此改变在脉冲副本之间的延迟并且针对所述信号测量给出脉冲长度的估计的每个延迟。这些监视装置可包括SHG晶体、光敏二极管和/或检测两个或多个光子的多光子检测器。这些监视装置的实例包括频率分辨光学门(FROG)装置、自动校正监视器以及(用于近红外激光脉冲的多光子吸收的)日盲检测器。
控制计算机30被配置成以接收来自监视装置28的所测量的脉冲长度，确定一个或多个大体上对脉冲长度的展宽在时间上进行补偿的激光参数，并且根据激光参数控制激光源20。激光参数和/或激光源元件以任何合适的方式可对脉冲宽度的变化进行补偿。例如，激光源元件可产生负啁啾以对光学元件24应用到激光脉冲的正色散进行补偿(或反之亦然)。作为另一实例，参数可增加激光源20的再生式放大器的循环次数以诱导相位调制来应用负啁啾。
在某些实例中，由光学元件24应用的正色散或波群速延迟(GVD)可表示为GVDpos。由激光参数应用的负啁啾可表示为|GVDneg|＝|GVDpos|。负啁啾可具有任何合适的值，例如在小于0飞秒2(fs2)到大于–20,000飞秒2(fs2)的范围内的值。在某些实施方案中，激光源20可执行全补偿来大体上对脉冲长度变化进行补偿。在其它实施方案中，激光源20可执行大体上对脉冲长度变化并不进行补偿的部分补偿，并且另一装置在将脉冲输出到目标26之前可执行剩余的补偿。
目标26可代表任何合适的材料，例如活体生物组织或非活体生物组织。在某些实施方案中，目标26是眼组织，例如角膜组织。激光束的聚焦点可在目标26处产生激光引发的光学击穿(LIOB)。最小化的脉冲长度可以较低的脉冲能量而产生LIOB，所述较低的脉冲能量可减少或避免不希望的影响，如散射辐射、气泡或不透明的气泡层。
图2A和图2B示出可同系统10一起使用的聚焦物镜32和监视装置28的实例。聚焦物镜32是光学元件24，并且可以是可聚焦激光束22的任何合适的光学元件，例如F-θ物镜。在某些实施方案中，聚焦物镜32可以是融蚀锥。
监视装置28可在任何合适的位置测量脉冲长度，在所述任何合适的位置处测量可向控制计算机30提供可允许控制计算机30计算可大体上对脉冲宽度的变化进行补偿的激光参数的信息。在实例中，监视装置28测量在聚焦物镜32的出口处输出的脉冲的脉冲长度。监视装置28可耦接到聚焦物镜32(如图2A中的实例所示)或安置在聚焦物镜32内(如图2B中的实例所示)。
监视装置28可在任何合适的时间测量脉冲长度，如无论何时希望进行校准。在某些情况下，可机械地或自动地执行测量，如定期地(例如每周、每天或每小时)或响应于触发事件(例如当打开系统10或当输入新的患者信息时)。在其它情况下，可响应于可由任何合适的用户例如由外科医生、检修人员或制造商作出的用户请求而执行测量。
图3示出展示在循环次数和脉冲持续时间之间的关系的图表的实例。在图表中，脉冲持续时间40是在激光源20的输出处的脉冲持续时间，并且脉冲持续时间42是在目标26处的脉冲持续时间。参照箭头50指示从激光源20的输出处的脉冲持续时间40到目标26处的脉冲持续时间42的脉冲持续时间的增长。参照箭头52指示从90次循环到83至85次循环的循环次数的变化，从而产生更靠近光学系统中的脉冲的最小脉冲持续时间40的脉冲持续时间42。
图4示出根据某些实施方案的可借以使用图1的系统10的装置110的实例。可使用系统10用于任何合适的激光应用。应用的实例包括科学的和医疗的应用，例如外科手术应用或诊断应用。例如，可将系统10和激光外科手术系统(如下文描述的一个系统)、多光子光谱学或其它诊断系统一起使用。
在某些实施方案中，装置110在眼睛122上执行激光屈光外科手术。装置110包括如实例中所示的耦接的激光装置115、患者适配器120、控制计算机130以及存储器132。激光装置115可包括如实例中所示的耦接的激光源112、扫描仪116、一个或多个光学元件117和/或聚焦物镜118。患者适配器120可包括如图所示耦接的(具有从样本向外安置的支承面126的)接触元件124以及套筒128。存储器132存储控制程序134。
激光源112可与图1的激光源20相似，并且光学元件117和聚焦物镜118可与光学元件24相似。扫描仪116、光学元件117和聚焦物镜118是在光束路径中并且可取决于应用而容易地从光束路径中移出。扫描仪116横向地(x和y方向)和纵向地(z方向)控制激光束114的焦点。一个(或多个)光学元件117朝聚焦物镜118导引激光束114。聚焦物镜118将激光束114聚焦在患者适配器120上，并且可分离地将激光束114耦接至患者适配器120。患者适配器120与眼睛122的角膜对接。在实例中，患者适配器120具有耦接至接触元件124的套筒128。套筒128耦接至聚焦物镜118。
控制计算机130根据控制程序134控制可控制组件，例如激光源112、扫描仪116和/或至少一个光学元件117。控制程序134包含指示可控制组件将脉冲激光辐射聚焦在角膜区域处以光离解所述区域的至少一部分的计算机代码。
本文公开的系统和设备的组件(如控制计算机130)可包括接口、逻辑、存储器和/或其它合适的元件，任何所述组件均可包括硬件和/或软件。接口可以接收输入、发送输出、处理输入和/或输出，和/或执行其它合适的操作。逻辑可以执行组件的操作，例如，执行指令以由输入产生输出。逻辑可在存储器中编码，并且可在由计算机执行时执行操作。逻辑可以是处理器，如一个或多个计算机、一个或多个微处理器、一个或多个应用，和/或其它逻辑。存储器可以存储信息并且可包括一个或多个有形的、计算机可读的和/或计算机可执行的存储介质。存储器的实例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移动存储介质(例如，高密度磁盘(CD)或数字视频光盘(DVD))、数据库和/或网络存储(例如，服务器)，和/或其它计算机可读介质。
在具体实施方案中，可由编码有计算机程序、软件、计算机可执行指令和/或能够由计算机执行的指令的一个或多个计算机可读介质执行实施方案的操作。在具体实施方案中，可由存储、体现和/或编码有计算机程序和/或具有存储的和/或编码的计算机程序的一个或多个计算机可读介质执行操作。虽然本公开就某些实施方案已经进行了描述，但是实施方案的修改(如改变、替代、添加、省略和/或其它修改)对本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，在不违背本发明的范围的情况下可对实施方案作出修改。例如，可对本文公开的系统和设备做出修改。系统和设备的组件可以是集成的或单独的，并且系统和设备的操作可由更多、更少或其它组件来执行。作为另一个实例，可对本文公开的方法做出修改。方法可包括更多、更少或其它步骤，并且所述步骤可以任何合适的顺序执行。
在不脱离本发明范围的情况下，其它修改是可能的。例如，描述示出了在具体的实际应用中的实施方案，然而其它应用对本领域的技术人员来说将是显而易见的。另外，未来的研发将发生在本文所讨论的领域中，并且所公开的系统、设备以及方法将由此类未来的研发使用。
本发明的范围不应参考描述来确定。根据专利法规，描述使用示例性实施方案来解释和说明本发明的原理和操作模式。描述使得本领域其它技术人员能够利用各种实施方案中的系统、设备和方法，并且可以有各种修改，但是不应用于确定本发明的范围。
本发明的范围应参考权利要求以及权利要求被授权的等效物的全部范围来确定。除非本文做出相反的明确指示，否则所有权利要求术语应给予其最广泛的合理解释以及如本领域技术人员所理解的其普通含义。例如，除非权利要求给出明确的相反限制，否则单数冠词(如，一个/种、所述等)的使用应理解为叙述一个或多个所指示元件。作为另一个实例，“每个/种”是指集合的每个成员或集合子集的每个成员，其中集合可包括零个、一个或一个以上元件。总之，本发明能够修改，并且不应参考描述，而应参考权利要求以及其等效物的全部范围来确定本发明的范围。
Claims (14)
1.一种激光系统，其包括：
激光源，其被配置成发射一个或多个激光脉冲，所述激光源包括再生式放大器；
一个或多个光学元件，其改变所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度；
监视装置，其被配置成测量所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度，以检测所述脉冲长度的变化；以及
控制计算机，其被配置成：
接收来自所述监视装置的所测量的脉冲长度；
确定对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个激光参数，所述一个或多个激光参数包括所述再生式放大器的循环次数；以及
通过指示所述激光源来调整所述循环次数以补偿所检测到的脉冲长度的变化，来根据所述一个或多个激光参数控制所述激光源。
2.如权利要求1所述的激光系统，其中所述脉冲长度的变化是脉冲长度的增加或减少。
3.如权利要求1所述的激光系统，其中所述监视装置被配置成测量从所述一个或多个光学元件的聚焦物镜输出的所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度。
4.如权利要求1所述的激光系统，其中所述控制计算机被配置成通过确定引入正啁啾或负啁啾以对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个参数来确定所述一个或多个激光参数。
5.如权利要求1所述的激光系统，其中：
所述一个或多个光学元件通过引起所述激光脉冲中的负啁啾来改变所述脉冲长度；以及
所述控制计算机被配置成通过确定引入正啁啾或负啁啾以对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个参数来确定所述一个或多个激光参数。
6.如权利要求1所述的激光系统，其中所述一个或多个激光参数基本上对所述脉冲长度的变化进行补偿。
7.如权利要求1所述的激光系统，其中所述一个或多个激光参数部分地对所述脉冲长度的变化进行补偿。
8.一种用于激光源的控制方法，其包括：
由所述激光源发射一个或多个激光脉冲，所述激光源包括再生式放大器；
由一个或多个光学元件改变所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度；
由监视装置测量所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度以检测所述脉冲长度的变化；
在控制计算机处接收来自所述监视装置的所测量的脉冲长度；
由所述控制计算机确定对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个激光参数，所述一个或多个激光参数包括所述再生式放大器的循环次数；以及
由所述控制计算机通过指示所述激光源来调整所述循环次数以补偿所检测到的脉冲长度的变化，来根据所述一个或多个激光参数来控制所述激光源。
9.如权利要求8所述的控制方法，其中所述脉冲长度的变化是脉冲长度的增加或减少。
10.如权利要求8所述的控制方法，其中所述测量包括测量从所述一个或多个光学元件的聚焦物镜输出的所述一个或多个激光脉冲的脉冲长度。
11.如权利要求8所述的控制方法，其中所述确定所述一个或多个激光参数包括确定引入正啁啾或负啁啾以对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个参数。
12.如权利要求8所述的控制方法，其中：
所述一个或多个光学元件通过引起所述激光脉冲中的负啁啾来改变所述脉冲长度；以及
所述确定所述一个或多个激光参数包括确定引入正啁啾以对所述脉冲长度的变化进行补偿的一个或多个参数。
13.如权利要求8所述的控制方法，其中所述一个或多个激光参数基本上对所述脉冲长度的变化进行补偿。
14.如权利要求8所述的控制方法，其中所述一个或多个激光参数部分地对所述脉冲长度的变化进行补偿。
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