CN106163466A - 用于材料的光离解多脉冲处理的技术 - Google Patents

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Abstract

在此披露一种用于激光处理材料的方法和设备。在该方法和设备中，脉冲激光辐射的衍射限制光束由衍射装置衍射以便产生脉冲激光辐射的衍射光束。该衍射光束随后被聚焦到该材料上并且在时间和空间上被控制以便在目标位置处利用来自该衍射光束的一组辐射脉冲的辐射来辐射该材料，这样使得来自该组辐射脉冲的每个辐射脉冲以该衍射光束的截面部分入射在该目标位置处，该截面部分包括该衍射光束的局部强度最大值。该组辐射脉冲的这些脉冲的至少一子集的这些光束截面部分各自包括不同局部强度最大值。以此方式，用于在该材料的目标位置处产生光离解的多脉冲施加可以被实施。

Description

用于材料的光离解多脉冲处理的技术
本公开涉及一种用于材料的使用脉冲聚焦激光辐射的光离解处理的技术。更确切地，本公开涉及一种用于在材料中产生光离解的多脉冲方案。在某些实施例中，该材料是生物材料，包括但不限于人眼组织。在其他实施例中，该材料是非生物材料。
光离解指材料与入射在该材料处的激光辐射之间的特定类型的交互。该光离解源于被称为激光感生的光学击穿(缩写为LIOB)的物理现象并且与机械效应相关联，这些机械效应包括但不限于由利用激光辐射来辐射的材料中的等离子体形成导致的空泡化。该光离解已经证明是对在透明材料(即，对激光辐射透明)中制造切口的有用危害作用。尽管LIOB自身可以基本上被限制于激光辐射的焦区，但是LIOB感生空泡可以将损伤区域扩展超过焦点体积，从而损坏在材料中制造的切口的精度。
光离解可以被看作受强度驱动的过程，因为该入射激光辐射应当超过特定强度阈值以便致使该材料中的光离解。该光离解阈值可以取决于此类因素，如材料的类型以及激光辐射的波长和脉宽。触发光离解所必须的总能量可以通过辐射的单个分组或脉冲(即，单脉冲施加)或通过辐射的单独分组或脉冲的时间序列(即，多脉冲施加)施加到该材料。这些序列可以由多于一个的任何数量的脉冲组成，并且这些序列的脉冲可以具有相同或不同能量。已经观察到对于多脉冲施加，这些序列的每个脉冲的能量可以小于针对单个脉冲施加的可施加阈能(假定相同材料、波长、脉宽和焦点尺寸)，然而这些序列脉冲的累积效应仍然可以致使光离解。还已经观察到空泡化的损伤尺寸对于多脉冲施加可以小于对于单脉冲施加，从而最小化损伤区域并且增强切割精度。
常规双脉冲施加包括在生物材料中的多个处理部位的每个处的光离解的产生，其中每次利用激光辐射来辐射这些处理部位中的仅一个。利用相对较低能量的预脉冲和相对较高能量的后续主脉冲辐射每个处理部位，其中该主脉冲致使光离解在被辐射的该处理部位发生。在这些处理部位中的一个处制造光离解之后，扫描器将激光辐射的焦点移动到下一个处理部位以便施加另一对预脉冲和主脉冲。
根据本发明的实施例，一种激光处理生物或非生物材料的方法包括：提供脉冲激光辐射的衍射光束；利用来自该衍射光束的一组辐射脉冲的辐射在目标位置处辐射该材料以便在该目标位置处产生光离解，其中来自该组辐射脉冲的每个辐射脉冲以该衍射光束的截面部分入射在该目标位置处，该截面部分包括该衍射光束的局部强度最大值，其中该组辐射脉冲的这些脉冲的至少一子集的这些光束截面部分各自包括不同局部强度最大值。
该方法因此实施多脉冲施加，因为该目标位置是利用来自激光束的多个时间上偏移脉冲的辐射来辐射的。由于该光束的衍射，每个脉冲的横向强度分布展现多个(即，两个或更多个)局部最大值。光离解通过利用多个横向脉冲区段以空间重叠方式辐射该材料产生，每个横向脉冲区段属于该激光辐射的时间上不同的脉冲并且各自包括来自该衍射光束的该多个局部强度最大值中的仅一个。该横向区段在此还被称为该衍射光束的截面部分。对于实现光离解所需要的该组脉冲的至少一子集，该光束可以在该子集的连续脉冲之间横向移位，即，垂直于该光束的传播方向。通过在横向方向上这样移位(或：扫描)该衍射光束，至少该子集的每个脉冲利用光束截面部分辐射该目标位置，该光束截面部分包括对应不同局部强度最大值。在某些实施例中，该光束在该组的所有脉冲之间被横向地扫描，这样使得由这些横向区段中的一个包括的局部强度最大值不由这些横向区段中的任何其他包括。
通过衍射初始衍射极限光束，可以制造多个部分光束，每个与来自该衍射光束的该多个局部强度最大值的不同局部强度最大值相关联。在某些实施例中，这些部分光束可以具有位于x-y-z坐标系中的公共x-y平面中的焦点，其中z指该衍射光束的传播方向并且x-y指正交该z方向的方向。在此情况下，该衍射光束的横向扫描允许制造二维延伸的切口，该切口具有相对于x-y平面平行的切割平面。在其他实施例中，这些部分光束中的至少一些可以具有位于不同x-y平面中的焦点，即，具有不同z位置。更确切地，某些实施例可以提供这些部分光束的焦点的二维排和行分布，其中当在该分布的排方向上观察时，这些焦点的z位置改变，但是当在该分布的行方向上观察时，保持不变或基本上不变。在行方向上横向扫描该衍射光束随后可以允许制造二维延伸的切口，该切口具有相对于x-y平面倾斜的切割平面。
由于该衍射光束，多个目标位置可以每次利用对应横向脉冲区段辐射，其中这些横向脉冲区段中的每个包括该光束的不同局部强度最大值。以此方式，该材料可以时间上重叠的方式在多个目标位置(或：处理部位)处被同时处理。这允许在不增加该激光束的横向扫描速度的情况下，用于完成该材料的所希望处理所需的总处理时间的减少。
在某些实施例中，当投射到横向平面上时(即，横向于该激光束的传播方向)，至少该子集的这些光束截面部分是相异的(即，不重叠)。在其他实施例中，当投射到横向平面上时，至少该子集的这些光束截面部分的至少一对部分地重叠。
在优选实施例中，该衍射光束在该光束的焦区中具有局部强度最大值的点分布。该点分布可以是一维分布或二维分布。该一维分布是沿着曲线的规则和不规则分布中的一个，其中该曲线具有零曲率和非零曲率中的一个。零曲率的曲线还可以被称为直线，而非零曲率的曲线是不直的，即，是弯曲的。非零曲率的示例性曲线是螺线和圆。在规则分布中，相邻局部强度最大值具有距彼此基本上相等的距离，而在不规则分布中，这个距离对于该分布的所有局部强度最大值不相等。该二维分布可以是矩阵分布和基于同心圆的分布中的一个。在某些实施例中，该矩阵分布是规则的，即，该局部强度最大值在该矩阵的排和行方向上具有基本上相等的相互距离。在其他实施例中，该矩阵分布是不规则的，即，相邻局部强度最大值之间的距离不论在排方向上或在行方向上，在该矩阵中每个地方不相等。
根据某些实施例，该衍射光束的局部强度最大值的至少一子集沿着线分布，其中该方法包括在该线的方向上在该目标位置上方移动该衍射光束。该线可以是直线或其可以是曲线，例如，圆形曲线或螺旋曲线。曲线可以是有用的，例如，对于环形或部分环形切口的制造(例如像LASIK处理中的侧面切割，其中该侧面切割从基质床切割延伸到前部角膜表面)。在一个实施例中，该衍射光束的局部强度最大值全部沿着单线分布。在替代实施例中，该衍射光束的局部强度最大值的分布图案限定多个相互平行的线，例如，以矩阵形式或以多个同心圆的形式，其中每条线包括局部强度最大值的不同子集，其中每个子集可以包括相同数量或不同数量的局部强度最大值。
在某些实施例中，线分布的局部强度最大值，即，沿着同一条线分布的那些局部强度最大值，按照增加的强度值的顺序被安排，由此更小的局部强度最大值在第一时间点入射在该目标位置处并且更大的局部强度最大值在该第一时间点后的第二时间点入射在该目标位置处。以此方式，利用时间序列的辐射分组来辐射该目标位置，其中这些辐射分组的强度随着这些序列的辐射分组一个接一个到达而增加。
根据实施例，该线分布局部强度最大值全部具有不同强度值，这样使得入射在该目标位置处的这些时间序列的辐射分组中，该强度从一个分组到另一个分组增加。
根据其他实施例，该线分布局部强度最大值包括基本上相等强度值中的两个或更多个最大值。在某些实施例中，沿着该分布图案的同一条线分布的这些局部强度最大值全局具有基本上相等的强度值。
不考虑沿着分布图案的线安排的局部强度最大值中的具体强度分布，来自该组辐射脉冲中的时间上最后的脉冲的辐射在某些实施例中致使针对该材料的光离解损伤的阈值被超过。换言之，无论利用相互不同强度的一组辐射脉冲辐射该目标位置还是利用基本上相同强度的一组辐射脉冲辐射，该组的时间上最后的脉冲在此类实施例中具有以下效果：用于材料中的光离解的制造的多脉冲阈值被超过。
以上已经指示用于通过光离解实现损伤的单脉冲强度阈值可以对于不同材料是不同的。根据本发明的实施例，该衍射光束的每个局部强度最大值低于用于人眼组织中的激光感生的光学击穿的单脉冲强度阈值。单脉冲强度阈值是适用于人眼组织中通过激光辐射的单个脉冲的LIOB和产生光离解的产生的阈值。人眼组织包括但不限于角膜组织、晶状体组织和视网膜组织中的一个。
根据实施例，本发明的方法包括：根据预先确定的照射图案相对于光束传播方向在该材料上横向地移动该衍射光束以便相对于每个照射位置将激光辐射的脉冲递送到该材料，其中相邻照射位置之间的距离对应于该点分布的相邻局部强度最大值之间的距离。
在某些实施例中，来自该组辐射脉冲中的时间上最后的脉冲的辐射具有该组中的最高强度。确切地，来自该组中的时间上最后的脉冲的辐射可以包括该衍射光束的全局强度最大值。
用于辐射该材料以便在该目标位置处产生光离解的该组辐射脉冲可以由多于一个的任何数量的脉冲组成。例如，该组可以由两个、三个、四个或五个脉冲组成。在其他实施例中，该组可以包括实质上更大数量的脉冲。例如，脉冲的数量可以在两位数或三位数范围内。
该激光辐射的这些脉冲可以具有在阿秒、飞秒、皮秒或纳秒范围内的脉宽。
在某些实施例中，该衍射光束的空间上相邻的局部强度最大值在该光束的焦区中具有不大于20μm或15μm或10μm或8μm或6μm或5μm或4μm或3μm或2μm的距离。
在另一个方面中，本发明的实施例提供一种用于激光处理材料的设备，该设备包括：激光源，该激光源被配置成提供脉冲激光辐射的衍射极限光束；衍射装置，该衍射装置被配置成衍射该衍射极限光束以便产生脉冲激光辐射的衍射光束；聚焦装置，该聚焦装置被配置成将该衍射光束聚焦到该材料上；以及控制器，该控制器被配置成在时间和空间上控制该衍射光束以便在目标位置处利用来自该衍射光束的一组辐射脉冲的辐射来辐射该材料，这样使得来自该组辐射脉冲的每个辐射脉冲以该衍射光束的截面部分入射在该目标位置处，该截面部分包括该衍射光束的局部强度最大值，其中该组的这些脉冲的至少一子集的这些光束截面部分各自包括不同局部强度最大值。
该衍射装置可以包括至少一个光栅以便衍射该激光束。另外地或可替代地，该衍射装置可以包括一个或多个其他衍射结构，包括但不限于孔口、叶片、声学光调制器和全息照相(例如，二维或三维全息照相)。在某些实施例中，该衍射装置包括DOE(衍射性光学元件)，该DOE具有用于其光学功能的微结构化表面。
本公开的又一方面提供一种包括指令的计算机程序产品，这些指令当由激光装置的控制器执行时，致使以上方法被执行。
本公开的再一方面提供一种信息存储介质(例如像光盘、存储卡或棒)，以上计算机程序产品存储在该信息存储介质上。
此后将参考附图来更详细地解释本发明，在附图中：
图1示意性地示出根据一个实施例的用于靶材料的激光外科处理的装置的部件；并且
图2示意性地示出用于激光辐射的目标位置与由图1的装置照射的聚焦激光束的横向强度分布之间的示例性关系。
图1示出用于使用脉冲聚焦激光辐射处理靶材料的激光设备，该设备总体上被指示为10。在图1中示出的示例性情况中，设备10用于在人眼12上执行激光手术，如在眼睛12的视力损伤或疾病的情况下可能必须的。例如，设备10可以用于在眼睛12的角膜组织、晶状体组织、玻璃体纤维或视网膜组织中制造一个或多个切口。此类切口可以作为旨在通过折射校正改善患者视力的手术的一部分被需要。衍射眼睛手术的示例性类型是LASIK(激光原位角膜磨削术)。无需说明设备10的适用性不限于在LASIK手术的过程中在眼睛12中产生切口。需要眼睛12中的一个或多个切口的制造的其他类型的眼睛外科手术可以使用设备10相同地执行，此类其他类型的手术包括但不限于角膜内微透镜提取、角膜形成术(层状的或贯通的)、白内障手术等等。此外，设备10可以可用于无生命材料的激光处理，诸如在照相平版印刷应用中。
设备10对于需要在激光设备10的x-y-z坐标系中的一个或多个x-y平面中的每个中在靶材料中产生一串或多串并列光离解的应用可以尤其有用。如在此所使用的，z指该光束的纵向方向并且x-y指相对于该光束的传播方向的横向平面。该串可以是直线串或弯曲串。光离解的直线串可以在每次该光束焦点沿着蛇形扫描路径的直线路径部分移动时被制造，该蛇形扫描路径包括平行于彼此延伸的多个直线路径部分，其中这些直线路径部分中相邻的由反向路径部分终端连接。蛇形扫描图案可以可用于在x-y平面中产生二维延伸的切口，例如，用于LASIK瓣的床切割，其中该床切割限定该瓣的基质床。相反地，光离解的弯曲串可以在该光束焦点在x-y平面中沿着曲线，例如圆形线移动时被制造，诸如可能必须在LASIK手术中产生从床切割的外围边缘延伸到前部角膜表面的横向切口。
设备10包括激光源14、光束扩展器16、衍射装置18、扫描器20、聚焦物镜22、控制单元24、存储器26和存储在存储器26中用于控制控制单元24的操作的控制程序28。
该激光源产生由激光辐射的脉冲32的规则(即，周期性)列组成的衍射极限激光束30。如可以从图1中的若干激光脉冲32的示例性图示看出，激光脉冲32的空间(即，横向)强度分布是高斯或近高斯的并且包括单个强度最大值。由激光源14产生的激光辐射的波长被适当地选择以便确保从设备10照射的辐射可以充分地贯穿到眼睛12的靶组织(或更一般地：该靶材料)中，以便实现LIOB和通过多脉冲施加产生的光离解。对于人眼治疗，例如，该激光脉冲可以在约700nm与约1900nm的红外线范围内或可以在约300nm以上的紫外线范围内。其他波长可以适于其他材料的处理。由激光源14产生的激光脉冲的脉宽可以在阿秒与纳秒之间的任何地方，并且例如，在两位数或三位数飞秒范围内。
激光扩展器16以总体上本身已知的方式扩展激光束30，使用例如伽利略望远，伽利略望远镜包括发散镜片和相对于激光束30的传播方向安排在该发散镜片下游的会聚镜片。从光束扩展器16输出的扩展激光束在图1中指示为30exp并且由激光脉冲32exp的周期性列组成。如图1中示意性地示出，扩展激光束30exp的激光脉冲32exp具有比衍射极限激光束30的激光脉冲32更大的横截面积，但是具有更小的最大强度。
衍射装置18对于衍射扩展激光束30exp以便产生衍射激光束30diff有效。衍射激光束30diff由衍射激光脉冲32diff的规则列组成。如图1中示意性地示出，衍射脉冲32diff各自具有示出多个局部强度最大值36i(下标i从1至N取值，其中N指示衍射激光脉冲32diff的局部强度最大值的总数)的空间(即，横向)强度分布。该衍射图案，即，该横向强度分布对于该列的所有衍射脉冲32diff相同。如容易理解的，一对空间上相邻的局部强度最大值将由局部强度最小值(图中未确切指示)分离。
在图1中所示的示例性情况下，衍射脉冲32diff各自具有共两个局部强度最大值361、362。应当理解的是设备10不旨在限制于产生具有精确两个强度最大值的衍射激光脉冲。替代地，衍射装置18可以被配置成产生具有多于两个的任何数量的局部强度最大值的衍射激光脉冲，例如三个、四个、五个或六个强度最大值。这些最大值可以具有一维分布图案，例如像沿着直线，或二维分布图案，例如像矩阵图案。
在图1中所示的示例性情况下，每个衍射脉冲32diff的局部强度最大值361、362具有不同强度。应当理解的是在其他实施例中，局部强度最大值361、362可以是基本上相等的强度。一般而言并且不管局部强度最大值的总数，衍射光束30diff可以具有展示基本上相等大小的两个或更多个局部强度最大值，并且可替代地或另外地，不相等大小的两个或更多个局部强度最大值的截面强度分布。
衍射装置18包括至少一个衍射构件，该衍射构件具有当辐射横跨该衍射构件时，针对激光辐射的衍射效应。可以在衍射装置18中使用的示例性衍射构件时衍射性光学元件(DOE)，该衍射构件被普遍地理解为指具有透明基底(例如，玻璃基底)的光学元件，该透明基底已经通过照相平版印刷过程图案化以便具有一个或多个微光栅结构，这些微光栅结构对于将原始光束图案转换为不同光束图案有效。例如，衍射装置18可以被配置成将激光束30exp的横向(即，x-y)光束图案转换为衍射光束30diff的点线图案或点阵图案，其中该衍射图案的每个点包括衍射光束30diff的局部强度最大值。全息光学元件(HOE)是可用于实现用于该激光辐射的所希望衍射效果的衍射构件的另一个实例。
在此未确切示出的实施例中，衍射装置18可以被布置在光束扩展器16的上游。
聚焦物镜22聚焦衍射光束30diff，从而导致聚焦激光束30foc(在图1中由虚线示意性地示出)。聚焦物镜22可以例如是F-θ类型的并且可以是单透镜物镜或多透镜物镜。聚焦激光束30foc由聚焦激光脉冲32foc的周期性列组成，为了说明的目的在图1中示意性地示出这些聚焦激光脉冲中的一个。从设备10照射的聚焦激光脉冲32foc的重复率在kHz、MHz或GHz范围内，并且例如在从50kHz至5MHz或从5MHz至50MHz或从50MHz至100MHz或从100MHz至500MHz或高达1GHz或更高的范围。
设备10装备具有适合的扫描结构以便允许聚焦激光束30foc的焦点位置在z方向上(即，在光束传播方向上)的纵向调节并且以便允许该焦点位置在x-y平面中的横向调节。对于光束焦点的扫描，扫描器20可以总体上本领域本身已知的方式包括一对扫描镜37，该对扫描镜被布置成围绕相互正交的倾斜轴可倾斜，如图1中在表示扫描器20的盒子内侧示意性指示的。对于光束焦点的z扫描，光束扩展器16可以是被配置成适当地可调节以便在扩展激光束30exp上赋予可变发散程度的光学元件(图中未示出)。此类光学元件可以例如由可变屈光力的透镜或被布置以在光束传播的方向上按位置可调节的透镜构成。在不同实施例中，设备10的其他部分，例如像扫描器20或聚焦物镜22可以被装备具有z扫描能力。
控制单元24在控制程序28的控制下控制设备10的总体操作并且具体地控制激光源14和包括扫描器20的设备10的扫描结构的操作。控制程序28限定由多个照射位置构成的照射图案，每个照射位置由设备10的x-y-z坐标系中的一组x、y和z坐标值表示，其中该照射图案被这样设计以便在眼睛12中产生所希望几何形状的切口。每个照射位置对应于由设备10照射的一个激光照射(即，一个聚焦脉冲32foc)。
随着聚焦光束30foc的焦点根据该照射图案在横向方向上(即，在x-y平面中)跨过眼睛12的目标区域(该目标区域可以在眼睛12的外表面上或在眼睛12内)移动，眼睛12上或内的相同位置利用来自多个聚焦脉冲32foc的辐射连续地辐射，并且光离解在眼睛组织中的该位置处作为来自该组织中的亚阈值脉冲的复合的能量沉积的累积效应而产生。这在以下另外参考图2进一步详细解释。
图2通过非限制性实例示出x-y平面中的床切割38的轮廓。床切割38是x-y平面中的二维延伸切口并且可以作用于限定用于在LASIK过程的进程中在眼睛12的角膜中制造的角膜瓣的基质床。38a指示铰接线，该瓣沿着该铰接线与周围角膜组织保持接触，这样使得该瓣可以被折叠到一边以便暴露下方的角膜组织，用于预定体积的组织的使用UV激光辐射(例如，激发物激光辐射)的随后移除。为了产生床切割38，光离解将在x-y平面中并列的多个损伤部位中的每个处起作用，这样使得与该多个光离解相关联的组织损伤导致床切割38的制造。
光束照射图案的用于制造床切割38的一部分在图2中床切割38的右手侧示意性地可视化并且包括以排和行以矩阵式样安排的照射位置40。图2进一步示意性地示出聚焦光束30foc的四个示例性点图案42a、42b、42c、42d。点图案42a、42b、42c、42d是用于表示该光束焦点的区域中的聚焦光束30foc的x-y能量分布(以及因此x-y光束图案)的图形工具；如果不是全部的话，该能量中的大多数集中在由这些点(“点区域”)表示的该区域中，并且如果有的话，仅少许辐射能量在这些区域外侧相遇。每个点图案42a、42b、42c、42d对应于设备10的衍射装置18的不同配置。点图案的每个点表示聚焦光束30foc的不同截面(即，x-y)区段并且可以指示聚焦光束30foc的对应局部强度最大值36i。在所示实例中，点图案的这些点的不同颜色表示这些点区域的局部强度最大值36i的不同强度和/或可以表示这些点区域的不同能量。更确切地，在图2a的所示实例情况中，黑点表示比灰点更大强度和/或更大能量的局部强度最大值36i，并且灰点表示比白点更大强度和/或更大能量的局部强度最大值36i。
点图案42a、42b各自被配置为点线图案，即，它们的点沿着单线分布，该单线在所示示例情况下是直线。对于点图案42a、42b，聚焦光束30foc在每种情况下包括共三个局部强度最大值36i，从而导致针对图案42a、42b中的每个共三个点。在点图案42a中，这些点表示不同强度的局部强度最大值36i，如由点图案42a的这些点的不同颜色指示的。相关联示例性横向强度分布44a在图2的点图案42a的右手侧上描绘。如可以看到的，强度分布44a展示不同强度的局部强度最大值361、362、363。
相反地，在点图案42b中，这些点表示相同或基本上相同强度的局部强度最大值36i，如由点图案42b的所有点的相同颜色指示的。相关联示例性横向强度分布44b在图2的点图案42b的右手侧上描绘。如可以看到的，强度分布44b展示相等强度的局部强度最大值361、362、363。
点图案42c、42d各自被配置为点阵图案，即，它们的点被安排在具有m排和n行的m×n矩阵中(其中m和n是大于1的整数)。确切地说，点图案42c是点的3×5矩阵，并且点图案42d是点的3×3矩阵。在该矩阵的排内，聚焦光束30foc可以具有相等强度(如在点图案42c的情况下)或不同强度(如在点图案42d的情况下)的局部强度最大值。但是每排表示与该矩阵的任何其他排相同或基本上相同的强度分布。
在某些实施例中，聚焦光束30foc在其焦区中的的x-y截面将能量的集中展现为圆形区段，诸如由图2中所示的这些点的圆形形状所示的。然而应当指出的是本披露的范围决不意图限制于此类实施例并且聚焦光束30foc可以在其焦区中展示伴随多个空间上分散的局部强度最大值的任何适合的x-y能量分布。聚焦光束30foc的点图案的概念在此仅用于促进本发明，并且具体地通过空间上叠加来自衍射激光束的时间上连续脉冲的至少部分不重叠横向区段的辐射在靶材料中制造光离解的概念的理解的目的。
每个点区域的直径可以在1μm与10μm之间或在2μm与8μm之间或在3μm与6μm之间，并且可以基本上等于非衍射光束的焦点直径，该非衍射光束可以在移除衍射装置18后由设备10产生。
x-y平面中的照射图案的相邻点位置40的相互距离在图2中指示为d1，并且例如在1μm与10μm之间或2μm与8μm之间或3μm与6μm之间的范围内。聚焦光束30foc的相邻局部强度最大值36i在x-y平面中的相互距离(在光束焦点的区域中)在图2中指示为d2并且基本上等于距离d1。用于聚焦光束30foc的x-y扫描路径可以被限定为蛇形扫描路径，如图2中的46处示意性地描绘的，其中蛇形扫描路径46包括由反向路径部分46b终端连接的相互平行的直线路径部分46a。
因此，随着聚焦光束30foc根据预定扫描路径，例如像蛇形扫描路径46在x-y平面中跨过照射位置40移动，眼睛12上或内的相同位置利用来自聚焦光束30foc的一组脉冲的不同光束截面部分的辐射连续地辐射。例如，考虑聚焦光束30foc的对应于点线图案42a的衍射图案，聚焦光束30foc的第一脉冲在与照射位置40中的一个相关联的特定位置处利用来自这些点中的一个，例如，表示点图案42a的这些点中的最低峰值强度的左侧白点的辐射来辐射眼睛12。随着聚焦光束30foc根据预定扫描路径在连续脉冲之间移动距离d1，聚焦光束30foc的后续第二脉冲将来自聚焦光束30foc的另一个点，例如，表示中间峰值强度的中间灰点的辐射施加到相同位置，即，相同照射位置40。随着聚焦光束30foc此后又一时间根据预定扫描路径移动距离d1，聚焦光束30foc的第三脉冲将来自第三点，例如表示最高峰值强度的右侧黑点的辐射施加到眼睛12的相同位置，并且最终致使眼睛组织中的相应照射位置40处的光离解。当聚焦光束30foc具有对应于点图案42b的能量/强度分布时，应用类似考虑。
以此方式，多脉冲施加可以使用衍射聚焦光束30foc实施。该光离解由来自该辐射过的材料中的该光束的一系列脉冲内的聚焦光束30foc的不同截面部分的能量沉积产生。用于引起该光离解的必须阈值可以使用(如在此情况下，例如点图案42a的)不同峰值强度/能量的光束截面部分或(如在此情况下，例如点图案42b的)基本上相等峰值强度/能量的光束截面部分达到。在优选实施例中，这些序列脉冲的入射在该辐射过的材料的特定位置处的最后脉冲最终触发该材料中的光离解。换言之，用于光离解的可适用阈值在此类实施例中仅在这些序列的最后脉冲到达的情况下被超过。
由于聚焦光束30foc是在覆盖多个照射位置40的区域内具有其能量散度的衍射光束的事实，并且进一步由于聚焦光束30foc在x-y平面中在连续脉冲之间仅移动距离d1的事实，多个照射位置40可以一次利用来自聚焦光束30foc的辐射来辐射。对于聚焦光束30foc的给定脉冲重复率和该光束的给定x-y扫描速度，当相比于使用衍射极限激光束的常规多脉冲施加以在将该光束扫描到相邻照射位置之前将多个连续脉冲放置在相同照射位置处时，这允许减少产生所希望切口(例如，针对角膜内微透镜(未示出)的床切割38或后部或前部切割)所需要的总时间。
总处理时间的进一步减少可以通过衍射该激光束以产生矩阵点图案，诸如图案42c或图案42d来实现。二维点图案，诸如图案42c或图案42d允许以多条平行线在照射位置40处同时实现该靶材料的辐射，这样使得蛇形扫描路径40的相邻直线路径部分46a之间的间距(距离)可以对应于由矩阵点图案覆盖的照射位置40的线的数量增加。二维点图案，诸如图案42c或42d可以例如使用二维光栅或全息照相产生。
在点图案42c、42d中，这些点区域可以各自表示该衍射光束的部分光束，其中每个部分光束具有相关联焦点。根据某些实施例，这些部分光束的这些焦点全部具有相同或基本上相同的z位置。根据其他实施例，这些部分光束的这些焦点不全部在相同x-y平面中。例如，在点图案42d中，当在该矩阵的排方向上(即，在图中水平地)从部分光束移动到部分光束时，该焦点位置可以在z方向上不变，而当在该矩阵的行方向上(即，在图中垂直地)从部分光束移动到部分光束时，该焦点位置可以在z方向上改变。因此，尽管与来自该矩阵的相同排的白点、灰点和黑点的三重相关联的这些部分光束可以使它们的焦点定位在相同z位置处，但是与三个黑点相关联的这些部分光束可以具有它们的焦点的不同z位置(并且类似地对于与三个灰点相关联的这些部分光束和与三个白点相关联的这些部分光束)。

Claims (43)

1.一种激光处理生物或非生物材料的方法，该方法包括：
提供脉冲激光辐射的衍射光束；
利用来自该衍射光束的一组辐射脉冲的辐射在目标位置处辐射该材料以便在该目标位置处产生光离解，其中来自该组辐射脉冲的每个辐射脉冲以该衍射光束的截面部分入射在该目标位置处，该截面部分包括该衍射光束的局部强度最大值，其中该组辐射脉冲的这些脉冲的至少一子集的这些光束截面部分各自包括不同的局部强度最大值。
2.如权利要求1所述的方法，其中当投射到横向平面上时，至少该子集的这些光束截面部分相异。
3.如权利要求1所述的方法，其中当投射到横向平面上时，至少该子集的这些光束截面部分中的至少一对部分地重叠。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该衍射光束在该光束的焦区中具有局部强度最大值的点分布。
5.如权利要求4所述的方法，其中该点分布是一维分布。
6.如权利要求5所述的方法，其中该一维分布是沿着曲线的规则和不规则分布中的一个，其中该曲线具有零曲率和非零曲率中的一个。
7.如权利要求4所述的方法，其中该点分布是二维分布。
8.如权利要求7所述的方法，其中该二维分布是矩阵分布和基于同心圆的分布中的一个。
9.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其中该衍射光束的这些局部强度最大值的至少一子集沿着线分布，并且其中该方法包括在该线的方向上在该目标位置上方移动该衍射光束。
10.如权利要求9所述的方法，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值包括不同强度值中的两个或更多个最大值。
11.如权利要求10所述的方法，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值按照强度值增加的顺序被安排，由此更小强度值的最大值在第一时间点入射在该目标位置处并且更大强度值的最大值在该第一时间点后的第二时间点入射在该目标位置处。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值包括基本上相等的强度值中的两个或更多个最大值。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中来自该组辐射脉冲中的时间上最后的脉冲的该辐射致使该材料的离解阈值被超过。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中该衍射光束的每个局部强度最大值低于用于人眼组织中的激光感生的光学击穿的单脉冲强度阈值。
15.如权利要求4至14中任一项所述的方法，包括：
根据预先确定的照射图案相对于光束传播方向在该材料上横向地移动该衍射光束，以便在由该照射图案限定的多个照射位置中的每个处产生光离解，
其中相邻照射位置之间的距离对应于该点分布的相邻的局部强度最大值之间的距离。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中来自该组辐射脉冲中的时间上最后的脉冲的该辐射具有该组辐射脉冲中的最高强度。
17.如权利要求16所述的方法，其中来自该组辐射脉冲中的该时间上最后的脉冲的该辐射包括该衍射光束的全局强度最大值。
18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中该组辐射脉冲由两个或更多个辐射脉冲组成。
19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其中该材料是人眼组织。
20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其中该激光辐射具有在阿秒、飞秒、皮秒或纳秒范围内的脉冲时长。
21.如权利要求1至20中任一项所述的方法，其中该衍射光束的空间上相邻的局部强度最大值在该光束的焦区中具有小于20μm或15μm或10μm或8μm或6μm或5μm或4μm或3μm或2μm的距离。
22.一种用于激光处理材料的设备，该设备包括：
激光源(14)，该激光源被配置成提供脉冲激光辐射的衍射极限光束(30)；
衍射装置(18)，该衍射装置被配置成衍射该衍射极限光束以便产生脉冲激光辐射的衍射光束(30diff)；
聚焦装置(22)，该聚焦装置被配置成将该衍射光束聚焦到该材料上；以及
控制器(24)，该控制器被配置成在时间和空间上控制该衍射光束以便在目标位置处利用来自该衍射光束的一组辐射脉冲的辐射来辐射该材料，这样使得来自该组辐射脉冲的每个辐射脉冲以该衍射光束的截面部分入射在该目标位置处，该截面部分包括该衍射光束的局部强度最大值，其中该组辐射脉冲的这些脉冲的至少一子集的这些光束截面部分各自包括不同的局部强度最大值。
23.如权利要求22所述的设备，其中当投射到横向平面上时，至少该子集的这些光束截面部分相异。
24.如权利要求22所述的设备，其中当投射到横向平面上时，至少该子集的这些光束截面部分中的至少一对部分地重叠。
25.如权利要求22至24中任一项所述的设备，其中该衍射光束在该光束的焦区中具有局部强度最大值的点分布。
26.如权利要求25所述的设备，其中该点分布是一维分布。
27.如权利要求26所述的设备，其中该一维分布是沿着曲线的规则和不规则分布中的一个，其中该曲线具有零曲率和非零曲率中的一个。
28.如权利要求25所述的设备，其中该点分布是二维分布。
29.如权利要求28所述的设备，其中该二维分布是矩阵分布和基于同心圆的分布中的一个。
30.如权利要求25至29中任一项所述的设备，其中该衍射光束的这些局部强度最大值的至少一子集沿着线分布，并且其中该控制器被配置成控制该衍射光束以便在该线的方向上在该目标位置上方移动该光束。
31.如权利要求30所述的设备，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值包括不同强度值中的两个或更多个最大值。
32.如权利要求31所述的设备，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值按照强度值增加的顺序被安排，由此更小强度值的最大值在第一时间点入射在该目标位置处并且更大强度值的最大值在该第一时间点后的第二时间点入射在该目标位置处。
33.如权利要求31或32所述的设备，其中沿着该线分布的这些局部强度最大值包括基本上相等的强度值中的两个或更多个最大值。
34.如权利要求22至33中任一项所述的设备，其中该衍射光束的每个局部强度最大值低于用于人眼组织中的激光感生的光学击穿的单脉冲强度阈值。
35.如权利要求26至34中任一项所述的设备，其中该控制器被配置成控制该衍射光束以便根据预先确定的照射图案相对于光束传播方向在该材料上横向地移动该衍射光束，以便在由该照射图案限定的多个照射位置中的每个处产生光离解，其中相邻照射位置之间的距离对应于该点分布的相邻的局部强度最大值之间的距离。
36.如权利要求22至35中任一项所述的设备，其中来自该组辐射脉冲中的时间上最后的脉冲的该辐射具有该组辐射脉冲中的最高强度。
37.如权利要求36所述的设备，其中来自该组辐射脉冲中的该时间上最后的脉冲的该辐射包括该衍射光束的全局强度最大值。
38.如权利要求22至37中任一项所述的设备，其中该组辐射脉冲由两个或更多个辐射脉冲组成。
39.如权利要求22至38中任一项所述的设备，其中该衍射装置包括孔口、叶片、声学光调制器、衍射性光学元件、光栅和全息光栅中的至少一个。
40.如权利要求22至39中任一项所述的设备，其中该激光辐射具有在阿秒、飞秒、皮秒或纳秒范围内的脉冲时长。
41.如权利要求22至40中任一项所述的设备，其中该衍射光束的空间上相邻的局部强度最大值在该光束的焦区中具有小于20μm或15μm或10μm或8μm或6μm或5μm或4μm或3μm或2μm的距离。
42.一种包括指令的计算机程序产品，这些指令当由激光设备的控制器执行时，致使进行如权利要求1至21中任一项所述的方法。
43.一种存储如权利要求42所述的计算机程序产品的信息存储介质。
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