DE102008035898A1 - Apparatus and method for reducing speckling in the field of laser applications - Google Patents

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Abstract

Die vorleigende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Laserstrahlqualität für abtragende Anwendungen, umfassend einen Laser (1) mit asymmetrischem Strahlprofil, umfassend eine erste, kurze Strahlachse (20), eine zweite, lange Strahlachse (30), wobei der Laser (1) mindestens ein optisches Element (10) und/oder ein Resonatorspiegel (11) mit zylindrischer Spiegelfläche (13) zur Reduzierung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz in der kurzen Strahlachse umfasst.The present invention relates to an apparatus for improving the laser beam quality for abrasive applications, comprising a laser (1) with asymmetric beam profile, comprising a first, short beam axis (20), a second, long beam axis (30), wherein the laser (1) at least an optical element (10) and / or a resonator mirror (11) with a cylindrical mirror surface (13) for reducing the spatial coherence and / or increasing the divergence in the short beam axis.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren im Bereich der Laseranwendungen zur Reduzierung von Speckle.The The invention relates to an apparatus and a method in Range of laser applications for reducing speckle.

Bei der Verwendung eines Laserstrahls in der Lithographie, der Mikrobearbeitung und insbesondere der refraktiven Chirurgie ist ein Auftreten von Speckles in der Bearbeitungsebene unerwünscht. Das Specklemuster des Laserstrahls bildet sich auf der Bearbeitungsebene ab und führt zu Ungenauigkeiten. Zur Vermeidung von Speckles und der damit verbundenen Erzeugung eines glatten Strahlprofils sind folgende Lösungswege bekannt.at the use of a laser beam in lithography, micromachining and especially refractive surgery is an occurrence of speckles undesirable in the working plane. The bacon pattern of the laser beam is formed on the working plane and leads to inaccuracies. To avoid speckles and the associated Generation of a smooth beam profile are the following approaches known.

„The Laser Guidbook" (Autor: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw-Hill Ins., ISBN: 0071359672) beschreibt einen Einsatz von sphärischen HR stabilen Resonatoren um die Kohärenz zu verringern, die Divergenzen zu erhöhen und damit Speckles zu vermeiden. Viele Moden und schlechte Strahleigenschaften sind die Folge. Ein weiterer Nachteil ist die fehlende Anpassung der Strahlachsen zueinander und die damit verbundene verschiedene Divergenz und Kohärenz in den Achsen. Außerdem können sich Pulsform und Pulsdauer bei dieser Lösung ändern. "The Laser Guidbook" (Author: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw-Hill Ins., ISBN: 0071359672) describes a use of spherical HR stable resonators to reduce the coherence, increase the divergences and thus avoid speckles. Many fashions and bad ray characteristics are the result. Another disadvantage is the lack of adjustment of the beam axes to each other and the associated different divergence and coherence in the axes. In addition, pulse shape and pulse duration may change with this solution.

In WO 2004021529 A1 wird ein Resonator beschrieben, welcher sphärische und asphärische hemisphärische Spiegel verwendet um die Divergenz und Kohärenz des Strahls anzugleichen. Weiterhin wird hierin beschrieben, dass Diffusoren, welche auf oder zwischen den Spiegeln angebracht sind und nur in der kritischen Achse wirken, das Problem lösen können.In WO 2004021529 A1 For example, a resonator is described which uses spherical and aspherical hemispherical mirrors to approximate the divergence and coherence of the beam. Furthermore, it is described herein that diffusers mounted on or between the mirrors and acting only in the critical axis can solve the problem.

In WO 1996016455 A1 sind unstabile Resonatoren mit konvexer zylindrischer Spiegelfläche beschrieben welche die Divergenz und damit Kohärenz achsenabhängig verändern. Die Kohärenz wird vergrößert und die Divergenz verringert. Weiterhin wird die Möglichkeit beschrieben diesen Effekt durch im Resonator liegende zylinderförmige Linsen zu erreichen.In WO 1996016455 A1 are described unstable resonators with convex cylindrical mirror surface which change the divergence and thus coherence axis-dependent. The coherence is increased and the divergence is reduced. Furthermore, the possibility is described of achieving this effect by cylindrical lenses lying in the resonator.

In US 5946337 ist ein unstabiler Resonator mit divergierend (konvexer) reflektierender zylindrischer Spiegelfläche und dispersivem Wellenlängenselektor beschrieben um einen Strahl mit geringer Bandbreite und dennoch hoher Energieausbeute zu erlangen. Eine geringe Bandbreite führt zu einer Erhöhung der zeitlichen Kohärenz.In US 5946337 is an unstable resonator with divergent (convex) reflective cylindrical mirror surface and dispersive wavelength selector described to obtain a beam with low bandwidth and yet high energy yield. Low bandwidth leads to an increase in temporal coherence.

In DE 4225781 ist ein unstabiler Resonator mit zylindrischen Spiegeln beschrieben mit welchem eine Divergenzanpassung erfolgen kann. Die Kohärenz wird vergrößert und die Divergenz verringert.In DE 4225781 is an unstable resonator with cylindrical mirrors described with which a Divergenzanpassung can be done. The coherence is increased and the divergence is reduced.

Die bekannten Vorrichtungen vermögen es nicht, die auftretenden Speckle in der Bearbeitungsebene zu reduzieren, ohne dabei Energieverluste, Pulsdaueränderungen oder Pulsformänderungen hinnehmen zu müssen.The known devices are not capable of occurring To reduce speckle in the working plane, without losing energy, pulse duration changes or having to accept heart rate changes.

Aufgabe der Erfindung ist es den Speckle-Effekt in der Bearbeitungsebene zu Reduzieren und ein glattes Strahlprofil bereitzustellen.task of the invention, it is the speckle effect in the working plane To reduce and provide a smooth beam profile.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.The The present invention solves this problem by the invention Device and the method according to the independent Claims. Further advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verbesserung der Laserstrahlqualität für Laseranwendungen bereitgestellt, umfassend einen Laser (1) mit einem asymmetrischem Strahlprofil und einer ersten, kurzen Strahlachse (20) und einer zweiten, langen Strahlachse (30) und einer Strahlausbreitungsachse (35) und einem Resonator (60), wobei der Laser (1) mindestens ein optisches Element (10) und einen Resonatorspiegel (11) mit zylindrischer Spiegelfläche (13), zur Reduzierung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz, insbesondere in der kurzen, d. h. in der Regel kohärenten Strahlachse umfasst.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for improving laser beam quality for laser applications, comprising a laser ( 1 ) with an asymmetric beam profile and a first, short beam axis ( 20 ) and a second, long beam axis ( 30 ) and a beam propagation axis ( 35 ) and a resonator ( 60 ), whereby the laser ( 1 ) at least one optical element ( 10 ) and a resonator mirror ( 11 ) with a cylindrical mirror surface ( 13 ), for reducing the spatial coherence and / or increasing the divergence, in particular in the short, ie generally coherent beam axis.

Als Laser bezeichnet man bevorzugt Quellen, welche kohärente, kaum divergente Elektromagnetische Strahlung aussenden.When Lasers are preferably called sources, which are coherent, emit hardly divergent electromagnetic radiation.

Erfindungsgemäß werden bevorzugt Gaslaser, besonders bevorzugt Entladungslaser jeglicher Art verwendet. Als Gaslaser wird am meisten bevorzugt der Excimerlaser eingesetzt.According to the invention preferably gas lasers, particularly preferably discharge lasers of any kind used. The gas laser is most preferably the excimer laser used.

Laseranwendungen sind bevorzugt abtragende oder belichtende Laseranwendung. Darunter versteht man bevorzugt Anwendungen, welche bevorzugt durch gepulste Strahlabgabe mit Material in einer Bearbeitungsebene Wechselwirken, besonders bevorzugt Material abtragen. Bevorzugt geschieht dies in einem Punkt (Spot). Bevorzugt werden neben punktförmig fokussierten Strahlen (Spots) auch großflächige, homogenisierte Strahlen in der Bearbeitungsebene verstanden. Das entstandene Profil in der Bearbeitungsebene nennt man Abtragsprofil.laser applications are preferably ablative or exposing laser application. Under it understands one prefers applications, which preferably by pulsed jet delivery Interact with material in a working plane, particularly preferred Remove material. This is preferably done in one point (spot). Preference is given to point-focused rays (Spots) also large-scale, homogenized rays understood in the working level. The resulting profile in the Working plane is called removal profile.

Ein Abtragsprofil kann bevorzugt durch die bekannten Verfahren des Spotscannings besonders bevorzugt durch Verfahren mit variablen Blenden, am meisten bevorzugt auch durch Maskenbelichtungsverfahren erzeugt werden.One Abtragsprofil can preferably by the known methods of Spotscannings most preferably by variable-iris methods, most preferably also be generated by mask exposure method.

Als Entfernen von Material bezeichnet man bevorzugt das Verdampfen oder Ablatieren von Material in diesem Punkt bzw. Spot. Durch das örtliche nebeneinander setzen von bevorzugt punktuellen Eingriffen, wird bevorzugt eine bearbeitete Fläche geschaffen. Bevorzugt bildet sich das Querschnittsprofil des Spots am Eingriffspunkt aus. Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein gaußförmiges, glattes Querschnittsprofil des Spots. Es können auch plateauförmige Querschnittsprofile des Spots, je nach Anwendung, bevorzugt werden. Laser-Lithografie, besonders bevorzugt die Laser-Mikrobearbeitung, am meisten bevorzugt die refraktive Chirurgie oder eine andere Laserbehandlungsart sind Beispiele für abtragende Laseranwendungen.Removal of material is preferably referred to as vaporizing or ablating material in this spot. By the local set side by side of preferably selective interventions, a machined surface is preferably created. Preferably, the cross-sectional profile of the spot is formed at the point of engagement. According to the invention, a Gaussian, smooth cross-sectional profile of the spot is preferred. It can also plateau-shaped cross-sectional profiles of the spot, depending on the application, are preferred. Laser lithography, most preferably laser micromachining, most preferably refractive surgery or other type of laser treatment are examples of ablative laser applications.

Die Laserstrahlqualität wird bei dieser Erfindung im Laserspot definiert. Der Laserspot ist der Punkt, an dem der gebündelte Laserstrahl auf die Bearbeitungsebene trifft und seine Wirkung entfaltet, d. h. Material abträgt. Als Bearbeitungsebene wird die Ebene verstanden, in welcher der Laserstrahl im Rahmen der Laseranwendung in Wechselwirkung mit Materie tritt. Ist im Profilschnitt durch den Spot das Profil des Laserstrahls, gleich dem Profil des theoretisch gewünschten Strahls, ist die Laserstrahlqualität gut. Erfindungsgemäß wird ein gaußförmiger Profilschnitt im Spot bevorzugt. Auch Top-Hat oder Andere Verteilungen werden bevorzugt verwendet.The Laser beam quality is in this invention in the laser spot Are defined. The laser spot is the point where the bundled Laser beam hits the working plane and unfolds its effect, d. H. Material removes. The working level is the level understood in which the laser beam in the context of laser application interacts with matter. Is in profile section through the spot the profile of the laser beam, equal to the profile of the theoretical desired beam, is the laser beam quality Good. According to the invention, a Gaussian profile cut preferred in the spot. Also top hat or other distributions will be preferably used.

Als lange Strahlachse wird bevorzugt die Richtung von Elektrode zu Elektrode bezeichnet. Entlang dieser Achse verläuft bevorzugt die Entladung bei entladungsgepumpten Gaslasern. Das Strahlprofil in dieser Richtung ist bevorzugt top-hat-förmig. Die Anzahl an Transversalmoden in dieser Richtung ist groß, abhängig vom Elektrodenabstand. Die Kohärenzlänge ist entsprechend gering und meist unkritisch in Bezug auf die Interferenzwirkung an mikrooptischen Elementen (z. B. Beamshapern). Die Divergenz ist entsprechend groß.When long beam axis is preferably the direction from electrode to electrode designated. Along this axis preferably runs the Discharge in discharge-pumped gas lasers. The beam profile in This direction is preferably top-hat-shaped. The number Transverse modes in this direction are large, dependent from the electrode gap. The coherence length is corresponding low and mostly uncritical with regard to the interference effect on micro-optical elements (eg beamshapers). The divergence is correspondingly large.

Die kurze Strahlachse steht im rechten Winkel auf der langen Strahlachse. Entsprechend der Ausbreitung der Entladung, bei entladungsgepumpten Lasern, ist das Strahlprofil in dieser Richtung bevorzugt gaußförmig. Die Anregung konzentriert sich entsprechend der Gausverteilung der Entladungsanregung auf das Zentrum der Entladung. Die Ausbildung von Transversalmoden in dieser Richtung ist entsprechend eingeschränkt und deren Anzahl geringer. Daraus resultiert eine größere Kohärenzlänge in dieser Richtung, welche sich kritisch auf die Interferenzwirkung bei Verwendung von mikrooptischen Elementen auswirkt. Die Divergenz ist entsprechend geringer in dieser Richtung.The short beam axis is at right angles to the long beam axis. According to the propagation of the discharge, at discharge-pumped Lasers, the beam profile in this direction is preferably Gaussian. The suggestion concentrates according to the Gaus distribution of the Discharge excitation to the center of the discharge. Training Transverse modes in this direction are restricted accordingly and their number is smaller. This results in a larger one Coherence length in this direction, which is critical on the interference effect when using micro-optical elements effect. The divergence is correspondingly lower in this direction.

Kurze und lange Strahlachse bilden sich bevorzugt in ihren Eigenschaften in Zusammenwirkung mit mikrooptischen Bauelementen in die Bearbeitungsebene ab. Die Interferenzwirkung und damit Speckle-Bildung tritt vorzugsweise in der kritischen kurzen Strahlachse zu Tage. Die kurze Strahlachse ist damit beim Vergleich mit der langen Strahlachse in der Regel die kohärentere Strahlachse.short and long beam axis are preferably formed in their properties in cooperation with micro-optical components in the working plane from. The interference effect and thus speckle formation occurs preferably in the critical short beam axis to day. The short beam axis is so when compared with the long beam axis usually the more coherent beam axis.

Kurze und lange Strahlachse werden außerdem bevorzugt zur Orientierung auf der Bearbeitungsebene verwendet. Besonders bevorzugt spannen sie als Koordinatenachsen die Bearbeitungsebene auf. Als Bearbeitungsebene wird beispielsweise auch die konvex gewölbte Cornea bezeichnet.short and long beam axis are also preferred for orientation used at the working level. Particularly preferred tension they work as coordinate axes on the working plane. As a working level For example, the convex cornea is also referred to.

Die Strahlausbreitungsachse ist bevorzugt die Achse, entlang der sich der Laserstrahl ausbreitet. Die Strahlausbreitungsachse steht bevorzugt senkrecht auf der kurzen und langen Strahlachse.The Beam propagation axis is preferably the axis along which the laser beam propagates. The beam propagation axis is preferably perpendicular on the short and long beam axis.

Der Resonator des Lasers ist ein optischer Resonator, welcher dazu dient, emittiertes Licht möglichst oft hin und her zu reflektieren. Aufgrund von Interferenz bildet sich im Resonator dann eine stehende Welle, wenn die optische Weglänge des Resonators ein Vielfaches der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts beträgt. Erfindungsgemäß werden bevorzugt stabile Resonatoren verwendet.Of the Resonator of the laser is an optical resonator, which serves reflected light as often as possible back and forth. Due to interference then forms a standing in the resonator Wave, when the optical path length of the resonator is a multiple the wavelength of the incident light is. According to the invention, stable resonators are preferred used.

Besonders bevorzugt finden in dieser Erfindung Laser mit asymmetrischem Strahlprofil Anwendung. Das Strahlprofil bildet sich bevorzugt abhängig von den Materialeigenschaften des bearbeiteten Materials auch im Abtragsprofil ab. Entsprechend der Definition von langer und kurzer Strahlachse ist das Strahlprofil als asymmetrisch anzusehen, wenn die Strahlform (Energie-Leistungsverteilung über die Fläche) in beide Richtungen unterschiedlich ist. Daraus resultieren bevorzugt unterschiedliche Eigenschaften des Strahls, wie Kohärenz und Divergenz, entlang dieser Strahlrichtungen. Ein Strahlprofil ist asymmetrisch, wenn Strahlform, Kohärenz und die daraus resultierende Divergenz sich bevorzugt in den Strahlachsen der Bearbeitungsebenen unterscheiden.Especially Preferably, lasers with asymmetric beam profile are used in this invention Application. The beam profile is preferably formed depending on the material properties of the machined material also in the removal profile from. According to the definition of long and short beam axis the beam profile is considered asymmetric when the beam shape (Energy-power distribution over the area) is different in both directions. This results in preference different properties of the beam, such as coherence and divergence along these beam directions. A beam profile is asymmetric when beamform, coherence and the resulting resulting divergence preferably in the beam axes of the processing planes differ.

Ein optisches Element ist bevorzugt ein Element, welches mindestens einen elektromagnetischen Strahl bevorzugt spiegelt, besonders bevorzugt bricht, am meisten bevorzugt Phase oder Amplitude des Strahls beeinflusst.One Optical element is preferably an element which at least preferably reflects an electromagnetic beam breaks, most preferably affects phase or amplitude of the beam.

Unter Abbildungsoptik wird bevorzugt eine Optik verstanden, mit welcher der Strahl, bevorzugt im Zuge einer Strahlformung, auf die Bearbeitungsebene abgebildet wird um bevorzugt eine vorbestimmte Form und Größe der Intensitätsverteilung zu erhalten.Under Imaging optics is preferably understood optics, with which the beam, preferably in the course of beam shaping, on the working plane is shown to preferably a predetermined shape and size to get the intensity distribution.

Unter räumlicher Kohärenz versteht man die Fähigkeit einer Lichtquelle, an zwei verschiedenen Orten, aber zum jeweils selben Zeitpunkt stationäre Interferenzerscheinungen hervorzurufen. Es ist die Aussage der Korrelation der Phase des Signals an räumlich getrennten Punkten zur gleichen Zeit.Under Spatial coherence is the ability a light source, in two different places, but to each same time to cause stationary interference phenomena. It is the statement of the correlation of the phase of the signal to spatial separate points at the same time.

Unter zeitlicher Kohärenz versteht man die Fähigkeit einer Lichtquelle, an einem festen Ort mit Licht, das zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten die Lichtquelle verlassen hat, noch stationäre Interferenzerscheinungen hervorzurufen. Es ist die Aussage der Korrelation der Phase des Signals zu verschiedenen Zeitpunkten am gleichen Ort.Under Temporal coherence is the ability a light source, in a fixed place with light that is two different Time points left the light source, still stationary To cause interference phenomena. It is the statement of the correlation the phase of the signal at different times in the same place.

Als Divergenz bezeichnet man die Eigenschaft eines Strahlenbündels, welches von ein einem Zentrum, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, auseinander läuft. Als Divergenzwinkel wird der Winkel bezeichnet, der durch das Geradenpaar gebildet wird, das asymptotisch die Einhüllende der zunehmenden Strahlabmessung darstellt.When Divergence is the property of a beam, which of a center, perpendicular to the propagation direction, diverge. Divergence angle is the angle, which is formed by the line pair, the asymptotic envelope represents the increasing beam dimension.

Als Resonatorspiegel wird bevorzugt einer der beiden äußersten Spiegel in einem Resonator bezeichnet, welche das aktive Medium (Verstärkungsmedium) mit zueinander gerichteten Spiegelflächen umschließen. Dieser Resonatorspiegel ist bevorzugt ein HR-Spiegel auf der Nichtauskopplungsseite, besonders bevorzugt ein OC-Spiegel auf der Auskopplungsseite des Resonators. Der hoch reflektierende Spiegel hat bevorzugt einen möglichst hohen Reflexionsgrad.When Resonator mirror is preferably one of the two outermost Mirror in a resonator called the active medium (Gain medium) with mutually facing mirror surfaces enclose. This resonator is preferably a HR mirror on the non-outcoupling side, more preferably one OC mirror on the outcoupling side of the resonator. The highly reflective Mirror preferably has the highest possible degree of reflection.

Bevorzugt stehen sich die Resonatorspiegel mit den Spiegelflächen parallel gegenüber. Dabei weist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen bevorzugt folgende Konfigurationen auf (dabei wird die Form des Resonatorspiegels auf der Auskopplungsseite zuerst genannt und dann die Form des Resonatorspiegels auf der nicht Auskopplungsseite): konkav-plan, plan-konkav, konkav-konkav.Prefers the resonator mirrors stand with the mirror surfaces parallel opposite. In this case, the invention in various Embodiments prefer the following configurations (Here, the shape of the resonator mirror on the output side called first and then the shape of the resonator mirror on the not Outcoupling side): concave-plan, plan-concave, concave-concave.

Die Spiegelfläche des konkaven Resonatorspiegels ist dabei bevorzugt zylindrisch. Die konkave Spiegelfläche ist bevorzugt ein Segment eines Zylinders. Der Krümmungsradius der zylindrischen Innenfläche ist bevorzugt 1 mm bis 1000 m, besonders bevorzugt 50 mm bis 200 m, am meisten bevorzugt 1 m bis 10 m. Bevorzugt ist der bestmöglichste angepasste Krümmungsradius abhängig von der Resonatorlänge, der Kohärenz und der Größe der Einzelelemente eines mikrooptischen Bauelements.The Mirror surface of the concave resonator is included preferably cylindrical. The concave mirror surface is preferred a segment of a cylinder. The radius of curvature of the cylindrical Inner surface is preferably 1 mm to 1000 m, particularly preferred 50 mm to 200 m, most preferably 1 m to 10 m. Is preferred the best possible adjusted radius of curvature depending on the resonator length, the coherence and the size of the individual elements of a micro-optical Component.

Optische Elemente sind außerdem bevorzugt beugende Elemente wie Gitter oder brechend wirkende Elemente wie Linsen, welche die räumliche Kohärenz beeinflussen können. Besonders bevorzugt können Stufenstrukturen die Strahlen zeitlich zueinander verschieben und so die zeitliche Kohärenz verringern. Damit kann bevorzugt die Interferenzwirkung an mikrooptischen Elementen verringert werden.optical Elements are also preferred diffractive elements such as Grids or refractive elements such as lenses, which are the spatial coherence can influence. Particularly preferred Step structures shift the beams temporally to each other and so reduce the temporal coherence. This may be preferred the interference effect on micro-optical elements are reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die zylindrische Spiegelfläche (13) des konkaven Resonatorspiegels (11) so angeordnet, dass die gekrümmte Achse des Spiegels senkrecht zur langen Strahlachse (30) und/oder senkrecht zur Strahlausbreitungsachse (35) des Lasers (1) liegt.In a further preferred embodiment, the cylindrical mirror surface ( 13 ) of the concave resonator mirror ( 11 ) arranged so that the curved axis of the mirror perpendicular to the long beam axis ( 30 ) and / or perpendicular to the beam propagation axis ( 35 ) of the laser ( 1 ) lies.

Als gekrümmte Achse des Spiegels wird die Mittelpunktsachse des imaginären Zylinders bezeichnet.When Curved axis of the mirror becomes the center axis of the imaginary cylinder.

Durch die bevorzugte Anordnung dieser Krümmungsrichtung senkrecht zur langen Strahlachse, d. h. entlang der kurzen, in der Regel kohärenteren Strahlachse und senkrecht zur Strahlausbreitungsachse wird die Kohärenz der kohärenten, kurzen Achse verringert und die Divergenz in dieser Richtung vergrößert. Die Energieausbeute bleibt gleich, da trotz Fokussierung durch die gaußförmige Anregungsverteilung in der kurzen Achse genügend Emission entsteht. Aus dem gleichen Grund bleibt auch die Pulsdauer und Form erhalten.By the preferred arrangement of this direction of curvature perpendicular to the long beam axis, d. H. along the short, usually more coherent Beam axis and perpendicular to the beam propagation axis is the coherence the coherent, short axis decreases and the divergence enlarged in this direction. The energy yield remains the same, because despite focusing by the Gaussian excitation distribution there is enough emission in the short axis. From the same reason, the pulse duration and shape is retained.

Bei einem bevorzugt stabilen Resonator nimmt bevorzugt mit zunehmender Krümmung des konkaven Spiegels die Divergenz des Strahls außerhalb des Resonators zu. Das ist besonders bevorzugt bei zylinderförmigen Spiegeln in Krümmungsrichtung der Fall. Die Zunahme der Divergenz ist gleich bedeutend mit einer Verringerung der räumlichen Kohärenz.at a preferably stable resonator preferably increases with increasing Curvature of the concave mirror the divergence of the beam outside the resonator too. This is especially preferred cylindrical mirrors in the direction of curvature of Case. The increase in divergence is equal to a decrease spatial coherence.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Laser (1) ein Excimerlaser.In a preferred embodiment, the laser is 1 ) an excimer laser.

Der Excimerlaser ist ein ultravioletter Gaslaser, dessen Resonator mit Gas gefüllt ist. Bevorzugt kommt der Excimerlaser erfindungsgemäß zum Einsatz, da er ein assymetrisches Strahlprofil bereitstellt. Die verwendeten Gase im Resonator sind bevorzugt Fe2 oder Xe oder ArF oder KrF oder XeBr oder XeCl oder XeF. Bevorzugt stellt der Excimerlaser hohe UV Pulsenergien zur Verfügung.Of the Excimer laser is an ultraviolet gas laser whose resonator with Gas is filled. Preferably, the excimer laser is used according to the invention Use because it provides an asymmetric beam profile. The gases used in the resonator are preferably Fe2 or Xe or ArF or KrF or XeBr or XeCl or XeF. The excimer laser is preferred high UV pulse energies available.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) ein Homogenisator (42) und/oder ein Integrator und/oder ein Beamshaper.In a preferred embodiment, the optical element ( 10 ) a homogenizer ( 42 ) and / or an integrator and / or a beamshaper.

Ein Homogenisator (Beam Homogenisator) ist bevorzugt ein optisches Element, dass eine einfallende Intensitätsverteilung in eine veränderte gleichmäßige Intensitätsverteilung überführt.One Homogenizer (beam homogenizer) is preferably an optical element, that an incident intensity distribution into an altered transferred uniform intensity distribution.

Ein Strahlformer (Beam Shaper, Beam Integrator) ist bevorzugt ein Homogenisierer, womit eine einfallenden Intensitätsverteilung in eine Intensitätsverteilung mit lateral vorbestimmter Form überführt wird.One Beam Shaper (Beam Shaper, Beam Integrator) is preferably a homogenizer, with an incident intensity distribution in an intensity distribution is transferred with laterally predetermined shape.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) eine Abbildungsoptik (44).In a further preferred embodiment, the optical element ( 10 ) an imaging optics ( 44 ).

Eine Abbildungsoptik ist bevorzugt mindestens eine optische Linse, besonders bevorzugt parallel in Reihe stehende Linsen, welche den Laserstrahl in einem Punkt abbilden.A Imaging optics is preferably at least one optical lens, especially preferably in parallel standing lenses, which the laser beam in to represent a point.

Die Erfindung kann bevorzugt mit einem mikrooptischen Element, besonders bevorzugt auch mit einer vergrößernd oder verkleinernd wirkenden Abbildungsoptik verwendet werden. Am meisten bevorzugt wird ein refraktiv wirksamer Beamshaper und ein Teleskop zur verkleinernden Abbildung eingesetzt.The Invention may preferably be with a micro-optical element, especially preferably also with an enlarging or reducing acting imaging optics are used. Most preferred becomes a refractively effective beamshaper and a telescope for downsizing Figure inserted.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) ein mikrooptisches Element (40).In a further preferred embodiment, the optical element ( 10 ) a micro-optical element ( 40 ).

Ein mikrooptisches Element ist ein Element, welches bevorzugt außerhalb des Laserapparates liegt, besonders bevorzugt hinter der Austrittsöffnung des Lasers, besonders bevorzugt in der Achse des Laserstrahls. Auf die Eigenschaften des mikrooptischen Elements ist bevorzugt der austretende Laserstrahl ausgerichtet. Bevorzugt vermindert die Einstellung des Laserstrahls den Speckle-Effekt, welcher ohne Anpassung des Laserstrahls an das mikrooptische Element auftreten würde. Durch die Anpassung des Laserstrahls an die optischen Eigenschaften der mikrooptischen Elemente, wird bevorzugt die räumliche Kohärenz verkleinert und die Divergenz eines bevorzugten Excimerlaserstrahls in der kurzen Strahlrichtung bei gleich bleibenden Pulseigenschaften (Pulsenergie, Pulsdauer, Pulsform) vergrößert. Dadurch wird bevorzugt der störende Speckle-Effekt in der Bearbeitungsebene vermindert.One Micro-optical element is an element which is preferably outside the laser apparatus is located, particularly preferably behind the outlet opening of the Lasers, particularly preferably in the axis of the laser beam. On the Properties of the micro-optical element is preferably the exiting Laser beam aligned. Preferably, the setting of the reduced Laser beam the speckle effect, which without adjustment of the laser beam would occur to the micro-optical element. By the Adaptation of the laser beam to the optical properties of the micro-optical Elements, preferred is the spatial coherence reduced and the divergence of a preferred excimer laser beam in the short beam direction with constant pulse properties (Pulse energy, pulse duration, pulse shape) increased. Thereby is preferred the disturbing speckle effect in the working plane reduced.

Mikrooptische Elemente sind bevorzugt optische Elemente, deren geometrische Dimensionen nur wenige Größenordnungen über der Wellenlänge des sie durchstrahlenden Lichts liegen. Aufgrund dieser Größenverhältnisse tritt die Wellencharakteristik des Lichtes stark in den Vordergrund.microoptic Elements are preferably optical elements whose geometric dimensions only a few orders of magnitude above the wavelength of the they are radiating light. Because of these proportions the wave characteristic of the light strongly comes to the fore.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein mikrooptisches Element 40 ein Beamshaper 41 oder ein Beamhomogenisator 42 oder ein Beamintegrator 43 oder eine Abbildungsoptik 44.In a further preferred embodiment, at least one micro-optical element 40 a beamshaper 41 or a beam homogenizer 42 or a beam integrator 43 or an imaging optics 44 ,

Bevorzugt ist das mikrooptische Element ein Beamshaper, um bevorzugt die Strahlenverteilung zu formen. Dadurch ist bevorzugt das Einstellen von abtragenden Laserstrahlen möglich.Prefers the micro-optical element is a beamshaper, in order to prefer the radiation distribution to shape. This makes it preferable to set erosive Laser beams possible.

Das mikrooptische Element ist bevorzugt ein Beamhomogenisator, mit welchem Unregelmäßigkeiten im Laserstrahlprofil ausgeglichen werden und bevorzugt ein gleichmäßiger Strahl gebildet wird.The micro-optical element is preferably a beam homogenizer, with which Irregularities in the laser beam profile balanced be and prefers a uniform beam is formed.

Bevorzugt ist das mikrooptische Element ein Beamintegrator, um bevorzugt relativ flache Intensitätsprofile des Laserstrahls zu erzeugen.Prefers For example, the micro-optical element is a beam integrator, preferably relatively generate flat intensity profiles of the laser beam.

Mikrooptische Bauelement (beispielsweise Beamshaper oder -homogenisator oder -integrator) haben bevorzugt folgende Spezifikationen.microoptic Component (eg beam shaper or homogenizer or integrator) prefers the following specifications.

Das mikrooptische Bauelement ist bevorzugt ein refraktiv wirksames mikrooptisches Element. Die Mikrolinsen haben einen bevorzugten Durchmesser von 0,1 μm bis 2 mm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 1 μm bis 1 mm und am meisten bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 600 μm.The Micro-optical component is preferably a refractive micro-optical Element. The microlenses have a preferred diameter of 0.1 microns to 2 mm, more preferably a diameter from 1 μm to 1 mm, and most preferably one diameter in the range of 10 μm to 600 μm.

Das mikrooptische Bauelement ist weiterhin bevorzugt ein diffraktiv wirksames mikrooptisches Element mit einem Gitterabstand von 0,1 μm bis 1 mm besonders bevorzugt 1 μm bis 500 μm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 2 μm bis 200 μm.The Micro-optical component is furthermore preferably a diffractive effective micro-optical element with a grid spacing of 0.1 μm to 1 mm, more preferably 1 .mu.m to 500 .mu.m and most preferably in a range of 2 μm to 200 μm.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Resonator (60) ein anamorph stabiler Resonator ist.Apparatus according to claim 1 to 5, wherein the resonator ( 60 ) is an anamorphic stable resonator.

Bevorzugt ist der Resonator ein anamorph stabiler Resonator. Ein „anamorph stabiler Resonator" ist ein stabiler Resonator mit strahlachsenunterschiedlicher Wirkung in Bezug auf Kohärenz und Divergenz. D. h. achsenabhängige Optimierung der Kohärenz und damit Reduzierung der Speckle in der kritischen, kurzen Strahlachse.Prefers the resonator is an anamorphic stable resonator. An "anamorphic stable resonator "is a stable resonator with different beam axes Effect on coherence and divergence. Ie. axis-dependent Optimizing the coherence and thus reducing the speckle in the critical, short beam axis.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines glatten Strahlprofils gelöst, d. h. durch Verminderung der Speckle in der Bearbeitungsebene, wobei ein Laserstrahl mit asymmetrischem Strahlprofil umfassend eine erste, kurze Strahlachse (20) und eine zweite, lange Strahlachse (30) bereitgestellt wird und die räumliche Kohärenz vermindert wird und/oder die Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls vergrößert wird.The object of the invention is further achieved by a method for providing a smooth beam profile, ie by reducing the speckle in the working plane, wherein a laser beam with asymmetrical beam profile comprising a first, short beam axis ( 20 ) and a second, long beam axis ( 30 ) is provided and the spatial coherence is reduced and / or the divergence of the short beam axis of the laser beam is increased.

Bevorzugt werden Laserstrahlen, durch dieses Verfahren so optimiert, dass sie ein glattes Strahlprofil ausbilden. Dadurch wird bevorzugt bei der refraktiven Chirurgie ein präzises Materialabtragen ermöglicht.Prefers are laser beams, optimized by this method so that they form a smooth beam profile. This is preferred in the refractive surgery allows for precise material removal.

Ein glattes Strahlprofil weist bevorzugt keine „Ausreißer" im Profilschnitt des Laserspots auf, sondern bevorzugt eine geringe Abweichung in Form und Rauhigkeit bezogen auf das gewünschte Strahlprofil auf. Besonderst bevorzugt ist der Profilschnitt möglichst gaußförmig. Bevorzugt werden auch Profilformen, wie beispielsweise Top-Hat verwendet.One smooth beam profile preferably has no "outliers" in the profile section of the laser spot, but preferably a small Deviation in shape and roughness based on the desired Beam profile on. Most preferably, the profile section is possible Gaussian. Also preferred are profile shapes, such as Top-Hat.

Besonders bevorzugt finden glatte Strahlprofile in der refraktiven Corneachirurgie Anwendung. Bevorzugt werden in der Lithographie oder Mikromaterialbearbeitung glatte Stahlprofile verwendet.Smooth beam profiles are particularly preferred in refractive corneal surgery. Preferably, smooth steel profiles are used in lithography or micromachining.

Bevorzugt kommen bei dieser Erfindung Laser zum Einsatz, welche bevorzugt durch zwei gegenüberliegende Elektroden gepumpt werden und/oder ein asymmetrisches Strahlprofil ausbilden.Prefers In this invention, lasers are used, which are preferred be pumped by two opposing electrodes and / or form an asymmetric beam profile.

Es bildet sich bevorzugt auf der kurzen Strahlachse des Lasers eine größere Kohärenz und kleinere Divergenz aus als auf der langen Strahlachse.It preferably forms on the short beam axis of the laser greater coherence and smaller divergence out than on the long beam axis.

Die lange Strahlachse ist die Strecke von Elektrode zu Elektrode, die kurze Strahlachse steht im rechten Winkel auf der langen Strahlachse.The long beam axis is the distance from electrode to electrode that short beam axis is at right angles to the long beam axis.

Die Verkleinerung der räumliche Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls wird bevorzugt durch einen konkaven zylinderförmigen Resonatorspiegel erzeugt. Dadurch werden bevorzugt die Laserstrahlen der kurzen Strahlachse kollimiert. Durch die bevorzugte gaußförmige Anregungsverteilung in dieser Achse entsteht genügend Emission und nur eine geringfügige Verminderung der Energieausbeute.The Reduction of spatial coherence and / or Increasing the divergence of the short beam axis of the laser beam is preferably by a concave cylindrical Resonator mirrors generated. As a result, the laser beams are preferred collimated the short beam axis. By the preferred Gaussian Excitation distribution in this axis produces enough emission and only a slight reduction in energy yield.

Die Verringerung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz entsteht durch die Vergrößerung der Anzahl an Transversalmoden aufgrund der veränderten Resonatoranordnung.The Reduction of spatial coherence and / or Enlargement of the divergence arises through the Increasing the number of transversal modes due the changed resonator arrangement.

In der Bearbeitungsebene treffen die fokussierten Laserstrahlen bevorzugt auf einen Punkt. Dieser Punkt wird als Spot bezeichnet. Der Spot ist der Eingriffsort beispielsweise bei einer Operation. Hier wird bevorzugt Material abgetragen.In the machining plane to meet the focused laser beams preferred to a point. This point is called a spot. The spot is the site of intervention, for example during an operation. Here is preferably removed material.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Laserstrahlen mit einer Abbildungsoptik (44) auf einer Bearbeitungsebene (45) abgebildet wird, eine Prüfung des vorhandenen Speckle-Musters erfolgt, eine Anpassung der Krümmungsradien der Resonatorspiegel (11) erfolgt, die räumliche Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlenachse (20) des Laserstrahls wird des weiteren vermindert, eine erneute Prüfung des Specklemusters wird durchgeführt.In a further preferred embodiment, a method is provided, wherein the laser beams with an imaging optics ( 44 ) on a working plane ( 45 ), an examination of the existing speckle pattern takes place, an adaptation of the radii of curvature of the resonator mirrors ( 11 ), the spatial coherence and / or increase of the divergence of the short beam axis ( 20 ) of the laser beam is further reduced, a re-examination of the speckle pattern is performed.

Unter Abbildungsoptik wird bevorzugt eine Optik verstanden, mit welcher der Strahl, bevorzugt im Zuge einer Strahlformung, auf die Bearbeitungsebene abgebildet wird um bevorzugt eine vorbestimmte Form und Größe der Intensitätsverteilung zu erhalten.Under Imaging optics is preferably understood optics, with which the beam, preferably in the course of beam shaping, on the working plane is shown to preferably a predetermined shape and size to get the intensity distribution.

Auf der Bearbeitungsebene wird der Strahl bevorzugt im Fokus abgebildet. Die Testoberfläche ist eine Fläche, die es ermöglicht das Strahlprofil zu untersuchen. Bevorzugt kann aus dem erzeugten Spot auf der Testoberfläche ein Profilschnitt durch den Spot bevorzugt visuell darstellen, besonders bevorzugt berechnen. Bevorzugt ist in der Bearbeitungsebene ein Strahlbeobachtungssystem positioniert.On In the working plane, the beam is preferably imaged in the focus. The test surface is an area that makes it possible to investigate the beam profile. Preferably, from the generated spot on the test surface a profile section through the spot preferably visually represent, particularly preferably calculate. Prefers a beam observation system is positioned in the working plane.

Die Prüfung des auftreffenden Laserstrahls in der Bearbeitungsebene und damit die Analyse des Specklemusters kann bevorzugt mit bekannten Methoden und Systemen automatisch bewerkstelligt werden.The Examination of the incident laser beam in the working plane and hence the analysis of the speckle pattern may be preferred with known ones Methods and systems are done automatically.

Bevorzugt wird die Methode des Moving Slit verwendet. Dabei wird eine Schlitzblende mit möglichst kleiner Schlitzbreite (in Bezug auf die Strahlgröße) in der Bearbeitungsebene durch den Laserstrahl Schritt für Schritt hindurchbewegt, und die Energie nach der Blende mit einem Energiedetektor gemessen. Die Blendenpositionierung kann bevorzugt über automatische Verschiebetische mit Schrittmotor gewährleistet werden. Die Energie wird so in kleine ortsabhängige Teile aufgespaltet, und man erhält die räumliche Fluence-Verteilung des Laserstrahls, das Strahlprofil, sowie das Specklemuster. Das Strahlprofil mit erkennbarem Specklemuster wird bevorzugt in digitaler Form gespeichert.Prefers The method of moving slit is used. This is a slit with the smallest possible slot width (in relation to the beam size) in the working plane by the laser beam step by step Step moved through, and the energy after the iris with a Energy detector measured. The aperture positioning can preferably via automatic Moving tables are provided with stepper motor. The energy is thus split into small, location-dependent parts, and you get the spatial fluence distribution of the laser beam, the beam profile, and the speckle pattern. The Beam profile with recognizable speckle pattern is preferred in digital Form saved.

Besonders bevorzugt wird die Methode der Strahlprüfung und/oder der Specklemusterprüfung mittels Strahlkamera verwendet. Bei dieser Methode wird bevorzugt der Strahl z. B. über einen Strahlteiler in geeigneter Weise Richtung Strahlkamera ausgekoppelt. Je nach Laserwellenlänge ist es unter Umständen nötig eine Frequenzwandlung vorzunehmen um den Strahl für den Kamerachip sichtbar zu machen. Bevorzugt für einen 193 nm Laserstrahl wird dafür eine Fluoreszenzscheibe verwendet. Die Abbildung des Laserstrahls muss dabei in der Bearbeitungsebene liegen. Das Fluoreszenzlicht wird durch ein Objektiv auf den Kamerachip (meist CCD oder CMOS) abgebildet und kann digital gespeichert werden.Especially preference is given to the method of blasting and / or the Specklemusterprüfung used by beam camera. at This method is preferably the beam z. B. over a Beam splitter in a suitable direction coupled to the beam camera. Depending on the laser wavelength, it may be necessary to make a frequency conversion to the beam for to make the camera chip visible. Preferred for one 193 nm laser beam is used for a fluorescent disc. The image of the laser beam must be in the working plane lie. The fluorescent light is transmitted through a lens to the camera chip (usually CCD or CMOS) and can be stored digitally.

Die digitalisierten Strahlprofile und/oder Specklemuster beider bevorzugten Messmethoden werden bevorzugt mathematisch analysiert. In dem Strahlprofil wird bevorzugt die Rauhigkeit als Differenz einer Fitfunktion mit den Messdaten ermittelt.The digitized beam profiles and / or speckle patterns of both preferred Measuring methods are preferably mathematically analyzed. In the beam profile the roughness is preferred as the difference of a fit function determined the measured data.

Die Rauhigkeit ist dann bevorzugt ein Maß für die Stärke der Specklewirkung und kann bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren iterativ vermindert werden.The Roughness is then preferably a measure of the Strength of Specklewirkung and may preferably in the inventive Method be iteratively reduced.

Bevorzugt wird damit der Strahl auf Speckle visuell untersucht. Durch das Strahlbeobachtungssystem, kann bevorzugt auch die Überprüfung anderer Laserparameter wie Energie, Pulsdauer, Pulsform überwacht werden. Damit wird bevorzugt sichergestellt, dass bei nur minimaler Beeinflussung der weiteren Laserparameter die Specklewirkung minimiert wird.Preferably, the beam is thus visually inspected for speckle. By the beam observation system, preferably also checking other laser parameters such as energy, pulse duration, pulse shape can be monitored. This is preferably sicherge provides that with only minimal influence on the other laser parameters, the speckle effect is minimized.

Das Strahlprofil bietet bevorzugt die Möglichkeit, das eventuelle Speckle-Muster des Strahls darzustellen. Ist das Strahlprofil, bzw. das Spotprofil nicht glatt, wird ein Speckle-Muster ausgebildet.The Beam profile offers preferably the possibility of the eventual Speckle pattern of ray represent. Is the beam profile, or the spot profile is not smooth, a speckle pattern is formed.

Durch Anpassung der Resonatorelemente, bevorzugt durch Änderung des Krümmungsradius eines oder beider Resonatorspiegel, ist es möglich, die räumliche Kohärenz und/oder die Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls zu beeinflussen. Dies wird bevorzugt iterativ so lange durchgeführt, bis die Speckle nicht mehr auftreten. Dadurch wird bevorzugt der Strahl, bzw. das Spotprofil optimiert.By Adaptation of the resonator elements, preferably by modification the radius of curvature of one or both resonator mirrors, is it possible the spatial coherence and / or increasing the divergence of the short ones Beam axis of the laser beam to influence. This is preferred iteratively carried out until the speckle stopped working occur. As a result, the beam or the spot profile is preferred optimized.

Über eine weitere Prüfung, identisch mit der obig beschriebenen ersten Prüfung wird die Strahlqualität erneut geprüft.about another test, identical to the one described above first test, the beam quality is again checked.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, welches den Laserstrahl mit 193 nm Wellenlänge auf die Cornea abbildet, den Laserstrahl mit einer Pulsdauer von 4 bis 15 ns über die Cornea scannt, refraktionsverbesserte Profile mit verminderter Rauhigkeit und optimierter Formtreue abträgt und mit einer Energie im Bereich 0,5 mJ bis 1,5 mJ abträgt.In Another preferred embodiment is a method provided, which the laser beam with 193 nm wavelength on the cornea, the laser beam with a pulse duration of 4 to 15 ns scanning over the cornea, refraction-enhanced profiles with reduced roughness and optimized form fidelity ablates and with an energy in the range of 0.5 mJ to 1.5 mJ.

Bei diesem Verfahren werden bevorzugt Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm eingesetzt, welche die Cornea des Auges abfahren.at This method is preferably laser with a wavelength used by 193 nm, which depart the cornea of the eye.

Bevorzugt wird zum scannen der Cornea ein Spotscanningverfahren eingesetzt, wobei der bevorzugt verwendete Laserstahl in der Bearbeitungsebene (Cornea) verkleinert abgebildet. Die verkleinerte Strahlabbildung wird bevorzugt als Spot bezeichnet. Bevorzugt werden mittels lateral strahlauslenkenden Optiken (bevorzugt Galvoscanner) der Laserstrahl mit einer bevorzugten Pulsdauer von 4 bis 15 ns über die Cornea bewegt.Prefers a spot scanning method is used to scan the cornea, wherein the preferably used laser steel in the working plane (Cornea) shown reduced. The reduced beam imaging is preferably referred to as a spot. By means of lateral Strahlauslenkenden optics (preferably Galvoscanner) the laser beam with a preferred pulse duration of 4 to 15 ns over the cornea emotional.

Bei diesem bevorzugten Verfahren ist der Spot bevorzugt der Ort, an dem der Laserstrahl mit der Materie (dem Corneagewebe) wechselwirkt. Beim bevorzugten Überschreiten einer minimalen Energieflächendichte (Schwellfluence) kommt es zur Ablation von Gewebe. Der Energiebereich ist dabei bevorzugt 0,5 mJ–1,5 mJ.at In this preferred method, the spot is preferably the location the laser beam interacts with the matter (the corneal tissue). At the preferably exceeding a minimum energy surface density (Schwellfluence) it comes to ablation of tissue. The energy sector is preferably 0.5 mJ-1.5 mJ.

Als Ablation wird bevorzugt als nichtthermische Molekülzersetzung bezeichnet, bei der das Material abgetragen wird. Durch die Verteilung vieler derartiger Spots über die Cornea kann diese durch Abtrag eine Änderung der Krümmungsform und damit eine Änderung der Refaktion erfahren.When Ablation is preferred as nonthermal molecule decomposition referred to, in which the material is removed. By the distribution many such spots over the cornea, this can be done by removal a change of the curvature and thus a change experienced the refraction.

Bei einem zweiten Verfahren der Abbildung wird bevorzugt über Blenden und variable Blenden die Strahlgröße während der Behandlung variiert um einen Abtrag zu erhalten, der die refraktiven Eigenschaften der Cornea verändert.at a second method of mapping is preferred over Apertures and variable stops the beam size during The treatment varies to obtain a removal of the refractive Properties of the cornea changed.

Diese Verfahren werden bevorzugt zur Behandlung von refraktiven Fehlsichtigkeiten wie Myopie, Hyperopie, Astigmatismus und deren Mischformen, sowie zur patientenangepassten Behandlung höherer Aberrationen verwendet.These Methods are preferred for the treatment of refractive disorders like myopia, hyperopia, astigmatism and their mixed forms, as well for the patient-adapted treatment of higher aberrations used.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt bevorzugt bei der Anwendung in der refraktiven Corneachirurgie zu glatteren, formgetreueren Abtragsprofilen. Eine verbesserte Glattheit kann die Entstehung von Haze (Eintrübungen) infolge der Chirurgie verringern. Durch die verbesserte Strahlform kann der Abtrag besser vorhergesagt werden, was die Erzeugung einer Zielrefraktion stabilisiert.The inventive method preferably leads smoother when used in refractive corneal surgery, more faithful removal profiles. An improved smoothness can Haze (clouding) as a result of surgery reduce. Due to the improved beam shape, the removal can be better be predicted, which stabilizes the generation of a target refraction.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung in einem Verfahren zur Mikromaterialbearbeitung verwendet. Unter dieses Verfahren zählen besonders bevorzugt Anwendungen wie Patterning, Schneiden, Bohren und Strukturierung. In dieser Ausführungsform werden bevorzugt Materialien wie Keramik, Glas und Polymere bearbeitet. Dabei tritt der Laserstrahl in der Bearbeitungsebene (Spot) mit diesen Materialien in Wechselwirkung. Überschreitet der Laser eine minimale Energieflächendichte in der Bearbeitungsebene kommt es zur nichtthermischen Abtragung (Ablation) der Materialien. Bevorzugt werden mit diesen Verfahren Tintenstrahlköpfe, Masken und Faserstrukturen erzeugt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Rauhigkeit maßgeblich verringert und die Formtreue der erzeugten Strukturen verbessert werden.In Another preferred embodiment of the invention used in a process for micromachining. Under these methods are particularly preferred applications like patterning, cutting, drilling and structuring. In this Embodiment are preferred materials such as ceramic, Glass and polymers processed. The laser beam enters the Working plane (spot) interacting with these materials. exceeds the laser has a minimum energy surface density in the working plane it comes to non-thermal ablation (ablation) of the materials. Preference is given to these methods ink jet heads, Masks and fiber structures produced. By the invention Method can significantly reduce the roughness and the form fidelity of the structures produced can be improved.

In der Figurenbeschreibung werden weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Die Figuren zeigen;In The description of the figures will be further preferred embodiments shown. The figures show;

1 eine schematische Darstellung eines Lasers; 1 a schematic representation of a laser;

2a, 2b einen Laserspot mit Profilschnitt ohne Erfindungsgemäße Vorrichtung; und 2a . 2 B a laser spot with profile section without device according to the invention; and

3a, 3b einen Laserspot mit Profilschnitt mit erfindungsgemäßer Vorrichtung. 3a . 3b a laser spot with profile section with inventive device.

4a, 4b, 4c Dreidimensionale Ansichten von Ausführungsformen des Erfindungsgemäßen Resonators. 4a . 4b . 4c Three-dimensional views of embodiments of the inventive resonator.

5a, 5b Zweidimensionale Ansichten von Ausführungsform 4a des Erfindungsgemäßen Resonators. 5a . 5b Two-dimensional views of embodiment 4a of the resonator according to the invention.

6a, 6b eine schematische Darstellung des Pulsverlaufs mit gekrümmten Resonatorspiegel. 6a . 6b a schematic representation of the pulse curve with curved resonator mirror.

In 1 wird eine schematische Darstellung eines Lasers gezeigt. Der Excimerlaser 1.1 umfasst einen Resonator 60, gefüllt mit Excimergas. Im Resonator stehen sich zwei parallele Resonatorspiegel 11.1 und 11.2 gegenüber, wobei der Resonatorspiegel 11.2 auf der Auskopplungsseite und Resonatorspiegel 11.1 auf der Nichtauskopplungsseite liegt. Resonatorspiegel 11.2 ist ein planer Resonatorspiegel. Resonatorspiegel 11.1 ist ein konkaver hoch reflektierender Spiegel 12 mit einer zylindrischen Spiegelfläche 13. Seitlich des Resonators 60 liegen die Elektroden 70.1 und 70.2. 70.1 und 70.2 sind so angeordnet, dass sie sich parallel gegenüberliegen und senkrecht zur Krümmungsrichtung des Zylinderspiegels stehen. Außerhalb des Lasers 1 liegt das mikrooptische Element 41 in Strahlrichtung vor der Abbildungsoptik 44, vor der Bearbeitungsebene 45. 41, 44 und 45 sind so angeordnet, dass der austretende Laserstrahl auf die Bearbeitungsebene 45 in gewünschter Weise abgebildet wird.In 1 a schematic representation of a laser is shown. The excimer laser 1.1 includes a resonator 60 , filled with excimer gas. The resonator has two parallel resonator mirrors 11.1 and 11.2 opposite, wherein the resonator mirror 11.2 on the outcoupling side and resonator mirrors 11.1 on the non-outcoupling side. resonator 11.2 is a planar resonator mirror. resonator 11.1 is a concave highly reflective mirror 12 with a cylindrical mirror surface 13 , Side of the resonator 60 lie the electrodes 70.1 and 70.2 , 70.1 and 70.2 are arranged so that they are parallel to each other and perpendicular to the direction of curvature of the cylinder mirror. Outside the laser 1 lies the micro-optical element 41 in the beam direction in front of the imaging optics 44 , in front of the working level 45 , 41 . 44 and 45 are arranged so that the exiting laser beam on the working plane 45 is displayed in the desired manner.

Für die Mikromaterialbearbeitung und die Corneachirurgie gelten unterschiedliche physikalische Größen bezogen auf den Laserstrahl.For Micro-material processing and corneal surgery are different physical quantities related to the laser beam.

In der refraktiven Corneachirurgie werden Ausgangsenergien an der Laserquelle von nicht größer 500 mJ, besonders bevorzugt 100 mJ und ganz besonders bevorzugt kleiner 20 mJ, und Bearbeitungsenergien (in der Bearbeitungsebene) von bevorzugt 10 μJ bis 15 mJ, besonders bevorzugt von 0,1 mJ bis 5 mJ und ganz besonders bevorzugt von 0,5 mJ bis 1,5 mJ verwendet. Es wird eine Wellenlänge im UV Bereich verwendet, bevorzugt 150 nm bis 250 nm, besonders bevorzugt 180 nm bis 200 nm. Es wird besonders bevorzugt ArF als Excimergas verwendet. Es wird eine Pulsdauer im Bereich von bevorzugt kleiner 2 μs, besonders bevorzugt 0,1 ns bis 50 ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3 ns bis 8 ns verwendet. Es wird bevorzugt eine gaußförmige Strahlform verwendet um den Abtrag aus zusammengesetzten Spots glatter zu gestalten. Es wird bevorzugt eine Strahlgröße verwendet im FWHM (Full Width at Half Maximum) Bereich von kleiner 5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 2,5 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 mm. Es wird eine Pulsrepetitionsrate im Bereich von bevorzugt 1 Hz bis 5 kHz, besonders bevorzugt von 5 Hz bis 1 kHz, ganz besonders bevorzugt von 10 Hz bis 500 Hz verwendet.In of refractive corneal surgery become output energies at the laser source of not larger than 500 mJ, particularly preferably 100 mJ, and most preferably less than 20 mJ, and machining energies (in the working plane) of preferably 10 μJ to 15 mJ, more preferably from 0.1mJ to 5mJ, and most preferably from 0.5 mJ to 1.5 mJ. It will be a wavelength used in the UV range, preferably 150 nm to 250 nm, especially preferably 180 nm to 200 nm. It is particularly preferred ArF as Excimer gas used. A pulse duration in the range of is preferred less than 2 μs, particularly preferably 0.1 ns to 50 ns, completely more preferably used in the range of 3 ns to 8 ns. It will preferably uses a Gaussian beam shape To make the removal of composite spots smoother. It is preferred to use a beam size in FWHM (Full Width at Half Maximum) range of less than 5mm, especially preferably in the range of 10 microns to 2.5 mm, especially preferably from 0.5 to 1.5 mm. There will be a pulse repetition rate in the Range of preferably 1 Hz to 5 kHz, more preferably from 5 Hz to 1 kHz, most preferably used from 10 Hz to 500 Hz.

In der Mikromaterialbearbeitung wird eine Pulsrepetitionsrate im Bereich von 1 Hz bis 100 kHZ besonders bevorzugt im Bereich von 500 Hz bis 5 kHz, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 kHz bis 4 kHz. Es wird eine Wellenlänge im UV Bereich verwendet, bevorzugt 150 nm bis 250 nm, besonders bevorzugt 180 nm bis 200 nm. Und Ganz besonders bevorzugt im Bereich von 240 nm bis 260 nm. Das Excimer Lasergas ist bevorzugt ArF und besonders bevorzugt KrF. Es wird eine Pulsdauer im Bereich von bevorzugt kleiner 2 μs, besonders bevorzugt 0,1 ns bis 50 ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5 ns bis 25 ns verwendet. Es werden Energien von 0.1 mJ/cm bis 10 J/cm, besonders bevorzugt 0,1 J/cm bis 5 J/cm verwendet.In Micro material processing will have a pulse repetition rate in the range from 1 Hz to 100 kHZ, more preferably in the range of 500 Hz to 5 kHz, most preferably in the range of 1 kHz to 4 kHz. A wavelength in the UV range is used, preferably 150 nm to 250 nm, more preferably 180 nm to 200 nm. And Whole particularly preferably in the range from 240 nm to 260 nm. The excimer Laser gas is preferably ArF and more preferably KrF. It will a pulse duration in the range of preferably less than 2 μs, especially preferably 0.1 ns to 50 ns, very particularly preferably in the range of 5 ns to 25 ns used. There are energies from 0.1 mJ / cm to 10 J / cm, particularly preferably 0.1 J / cm to 5 J / cm used.

Die Zündspannung für die Gasentladung wird von den Elektroden 70.1 und 70.2 erzeugt. Durch die Gasentladung, provoziert von den beiden gegenüberliegenden Elektroden 70.1 und 70.2, kommt es zu einer Entwicklung eines asymmetrischen Strahlprofils. Die kurze Strahlachse 20 des Lasers 1 weist eine größere Kohärenz und eine kleinere Divergenz als die lange Strahlenachse 30 auf.The ignition voltage for the gas discharge is from the electrodes 70.1 and 70.2 generated. By the gas discharge, provoked by the two opposite electrodes 70.1 and 70.2 , it comes to a development of an asymmetric beam profile. The short beam axis 20 the laser 1 has a greater coherence and a smaller divergence than the long beam axis 30 on.

Die Laserstrahlen entstehen im zylindrisch konkaven Resonator 60. Die Krümmungsrichtung des Resonatorspiegels 12 liegt entlang der kurzen Strahlachse 20 des Lasers 1. Damit wird die Kohärenz der kohärenten kurzen Achse 20 verringert und die Divergenz in dieser Richtung vergrößert. Die Energieausbeute und Pulsdauer/-form bleiben gleich, da trotz Fokussierung durch die gaußförmige Anregungsverteilung in der kurzen Achse genügend Emission entsteht.The laser beams are generated in the cylindrically concave resonator 60 , The direction of curvature of the resonator mirror 12 lies along the short beam axis 20 the laser 1 , This will be the coherence of the coherent short axis 20 decreases and increases the divergence in this direction. The energy yield and pulse duration / shape remain the same because, despite focusing by the Gaussian excitation distribution in the short axis, sufficient emission is produced.

Der so veränderte Laserstrahl tritt nun durch den OC-Spiegel 11.2 aus und trifft zuerst auf das mikrooptische Element 41, dann auf die Abbildungsoptik 44 und dann auf die Bearbeitungsebene 45. Das mikrooptische Element hat die Aufgabe den Strahl in der Bearbeitungsebene zu homogenisieren und/oder die gewünschte Strahlform bereitzustellen. Die Abbildungsoptik hat die Aufgabe den Strahl in der Bearbeitungsebene auf die gewünschte Größe zu skalieren.The thus changed laser beam now passes through the OC mirror 11.2 and hits the micro-optical element first 41 , then on the imaging optics 44 and then to the editing level 45 , The task of the micro-optical element is to homogenize the beam in the working plane and / or to provide the desired beam shape. The imaging optics has the task of scaling the beam in the working plane to the desired size.

In 2a wird ein Laserspot 2 eines Laserstrahlbündels auf einer Bearbeitungsebene 45 gemäß des Standes der Technik gezeigt. Zu sehen ist ein Spot 2 mit einem nicht homogenen Rand. D. h. in dem fokussierten Laserstrahlbündel treten Interferenzen auf, welche zu einem Speckle-Effekt im Spot 2 führen. Diese Struktur würde beim Abtragen auf dem bearbeiteten Material abgebildet werden.In 2a becomes a laser spot 2 a laser beam on a working plane 45 shown in the prior art. You can see a spot 2 with a non-homogeneous edge. Ie. in the focused laser beam interference occur, which leads to a speckle effect in the spot 2 to lead. This structure would be mapped on the machined material during removal.

In 2b wird ein Profilschnitt 3 des „rauen" Laserstrahls im Spot 2, aus 2a gezeigt. Der Profilschnitt zeigt deutlich eine inhomogene, nicht gaußförmige Verteilung. Dieser Effekt stellt sich bei Verwendung von Vorrichtungen gemäß des Standes der Technik ein.In 2 B becomes a profile cut 3 the "rough" laser beam in the spot 2 , out 2a shown. The profile section clearly shows an inhomogeneous, non-Gaussian distribution. This effect occurs when using devices according to the prior art.

In 3a wird ein Laserspot 2 eines Laserstrahlbündels gemäß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer Bearbeitungsebene 45 gezeigt. Zu sehen ist ein Spot 2 mit einem homogenen Rand. D. h. in dem Laserstrahlbündel ist kein Speckle-Muster zu sehen. In dieser Ausführungsform wurde der Laserstrahl mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt und abgebildet.In 3a becomes a laser spot 2 a laser beam according to a device according to the invention on a working plane 45 shown. To see is a spot 2 with a homogeneous border. Ie. no speckle pattern can be seen in the laser beam. In this embodiment, the laser beam was generated and imaged with the device according to the invention.

In 3b wird das glatte Strahlprofil 3 des Laserstrahls im Spot 2 gezeigt. Der Profilschnitt zeigt deutlich eine weitgehend homogene gaußförmige Verteilung. Dieser Effekt stellt sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein.In 3b becomes the smooth beam profile 3 of the laser beam in the spot 2 shown. The profile section clearly shows a largely homogeneous Gaussian distribution. This effect is achieved by the use of the device according to the invention.

In 4a wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonators gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein konkav gewölbter Spiegel 12 mit einer zylindrischen Spiegelfläche 13. 11.2 ist eine ebene Fläche. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse 20 ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.In 4a an embodiment of the resonator according to the invention is shown. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflective mirror and 11.2 as Auskoppelspiegel are facing each other with the reflective surfaces facing each other and close the active medium 80 one. It is 11.1 a concave arched mirror 12 with a cylindrical mirror surface 13 , 11.2 is a flat surface. The axis 30 So the axis between the electrodes is the direction of the discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis 20 is the short beam axis and stands upright 30 , The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is vertical. The axis 35 is the optical axis of the beam.

In Richtung 30 Achse entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d. h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction 30 Axis discharges the discharge voltage producing a top-hat shaped excitation and beam profile. Perpendicular to the discharge direction, ie in the direction of the axis 20 a Gaussian similar excitation and beam profile is created. In the direction of the axis 35 the laser beam spreads out.

In 4b wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonator gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein Spiegel mit einer ebenen Fläche. 11.2 ist ein gewölbter Spiegel mit einer Zylindrischen Spiegelfläche. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse y ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.In 4b an embodiment of the resonator according to the invention is shown. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflective mirror and 11.2 as Auskoppelspiegel are facing each other with the reflective surfaces facing each other and close the active medium 80 one. It is 11.1 a mirror with a flat surface. 11.2 is a domed mirror with a cylindrical mirror surface. The axis 30 So the axis between the electrodes is the direction of the discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis y is the short beam axis and is perpendicular 30 , The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is vertical. The axis 35 is the optical axis of the beam.

In Richtung Achse 30 entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d. h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction of the axis 30 discharges the discharge voltage with a top hat-shaped excitation and beam profile is formed. Perpendicular to the discharge direction, ie in the direction of the axis 20 a Gaussian similar excitation and beam profile is created. In the direction of the axis 35 the laser beam spreads out.

In 4c wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonator gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein konkav gewölbter Spiegel 12 mit einer zylindrischen Innenfläche 13. Spiegel 11.2 ist ebenfalls nach außen gewölbt und besitzt eine Spiegelfläche 13. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse 20 ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.In 4c an embodiment of the resonator according to the invention is shown. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflective mirror and 11.2 as Auskoppelspiegel are facing each other with the reflective surfaces facing each other and close the active medium 80 one. It is 11.1 a concave arched mirror 12 with a cylindrical inner surface 13 , mirror 11.2 is also arched outward and has a mirror surface 13 , The axis 30 So the axis between the electrodes is the direction of the discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis 20 is the short beam axis and stands upright 30 , The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is vertical. The axis 35 is the optical axis of the beam.

In Richtung Achse 30 entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d. h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction of the axis 30 discharges the discharge voltage with a top hat-shaped excitation and beam profile is formed. Perpendicular to the discharge direction, ie in the direction of the axis 20 a Gaussian similar excitation and beam profile is created. In the direction of the axis 35 the laser beam spreads out.

In 5a wird ein Resonator 60, betrachtet aus Richtung der Achse 20, gezeigt. Des Weiteren zeigt die Figur einen HR Spiegel 11.1 und einen Auskopplungsspiegel 11.2. Die lange Strahlachse 30 liegt entlang der Entladungsrichtung zwischen den Elektroden. Der konkave Zylinderspiegel ist entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Richtung nicht gekrümmt.In 5a becomes a resonator 60 , viewed from the direction of the axis 20 , shown. Furthermore, the figure shows an HR mirror 11.1 and an outcoupling mirror 11.2 , The long beam axis 30 lies along the direction of discharge between the electrodes. The concave cylindrical mirror is not curved according to the device according to the invention in this direction.

Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls in Richtung Achse 30 ist entsprechend der Entladungsverteilung top-hat-förmig. Achse 35 ist die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, d. h. die optische Achse.The intensity distribution of the laser beam in the direction of the axis 30 is top-hat-shaped according to the discharge distribution. axis 35 is the propagation direction of the laser beam, ie the optical axis.

In 5b wird ein Resonator 60, betrachtet aus Richtung der Achse 30, gezeigt. Des Weiteren zeigt die Figur einen HR Spiegel 11.1 und einen Auskopplungsspiegel 11.2. Die kurze Strahlachse 20 liegt senkrecht zur Entladungsrichtung zwischen den Elektroden 70.1 und 70.2. Der konkave Zylinderspiegel 11.1 ist entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Richtung gekrümmt.In 5b becomes a resonator 60 , viewed from the direction of the axis 30 , shown. Furthermore, the figure shows an HR mirror 11.1 and an outcoupling mirror 11.2 , The short beam axis 20 is perpendicular to the direction of discharge between the electrodes 70.1 and 70.2 , The concave cylindrical mirror 11.1 is curved according to the device according to the invention in this direction.

Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls ist entsprechend der Entladungsverteilung Gauß ähnlich. Achse 35 ist die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, d. h. die optische Achse.The intensity distribution of the laser beam is similar according to the discharge distribution Gauss. axis 35 is the propagation direction of the laser beam, ie the optical axis.

In 6a wird eine Darstellung des Pulsverlaufes 100 bei Verwendung eines gekrümmten Resonatorspiegels 11.1 in der langen Strahlachse 30 gezeigt.In 6a becomes a representation of the pulse progression 100 when using a curved resonator mirror 11.1 in the long beam axis 30 shown.

Zu sehen sind die möglichen Auswirkungen eines gekrümmten Spiegels auf die top hat förmige Anregungsverteilung in der langen Strahlachse 30. Bei Spiegelkrümmung in dieser Strahlrichtung umfasst der Bereich der Rückkopplung nur einen Teil des angeregten Volumens. Deshalb kann es zu Pulsdauer und Pulsformänderungen im Pulsverlauf 100 kommen.You can see the possible effects of a curved mirror on the top hat shaped excitation distribution in the long beam axis 30 , For mirror curvature in this beam direction to the range of feedback covers only part of the excited volume. Therefore, it can lead to pulse duration and pulse shape changes in the pulse progression 100 come.

In 6b wird eine Darstellung des Pulsverlaufes 100 bei Verwendung eines gekrümmten Resonatorspiegels 11.1 in der kurzen Strahlachse 20 gezeigt.In 6b becomes a representation of the pulse progression 100 when using a curved resonator mirror 11.1 in the short beam axis 20 shown.

Zu sehen ist, dass die Begrenzung des Bereiches der Rückkopplung durch den gekrümmten Spiegel 11.1 bei der gaußähnlichen Entladungsverteilung weniger Einfluss hat. Da der überwiegende Teil der Besetzungsinversion genutzt wird, wird in diesem Fall keine Veränderung von Pulsdauer und -form des Pulsverlaufes 100 induziert. Dieser Effekt wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt.It can be seen that the limitation of the range of feedback by the curved mirror 11.1 has less influence on the Gaussian discharge distribution. Since the majority of the population inversion is used, in this case, no change in pulse duration and shape of the pulse progression 100 induced. This effect is used in the device according to the invention.

6a und b zeigen die Auswirkung von gekrümmten Resonatorspiegeln auf die Strahlachsen. Bei Verwendung von sphärischen Spiegeln würde eine Pulsänderung entsprechend 6a auftreten. Durch den zylinderförmigen, konkaven Spiegel der erfindungsgemäßen Vorrichtung (nur in der kurzen Achse gekrümmt und wirksam) kann eine Pulsdauerveränderung vermieden werden. 6a and b show the effect of curved resonator mirrors on the beam axes. Using spherical mirrors would cause a pulse change accordingly 6a occur. By the cylindrical, concave mirror of the device according to the invention (curved only in the short axis and effective) a pulse duration change can be avoided.

11
Laserlaser
22
Laserspotlaser spot
33
Profilquerschnitt des SpotsProfile cross section of the spot
1010
Optische Elementoptical element
1111
Resonatorspiegelresonator
11.111.1
Hoch reflektierender SpiegelHigh reflective mirror
11.211.2
Auskoppelspiegeloutput mirror
1212
Konkaver HR Spiegelconcave HR mirror
1313
Zylindrische Spiegelflächecylindrical mirror surface
2020
Erste, kurze StrahlachseFirst, short jet axis
3030
Zweite, lange StrahlachseSecond, long beam axis
3535
Achse der Ausbreitungsrichtungaxis the direction of propagation
4040
Mikrooptisches ElementThe micro-optical element
4141
Beamshaperbeamshaper
4242
BeamhomogenisatorBeamhomogenisator
4343
BeamintegratorBeam integrator
4444
Abbildungsoptikimaging optics
4545
Bearbeitungsebenemachining plane
6060
Resonatorresonator
7070
Elektrodeelectrode
8080
Aktives MediumWriter medium
100100
Pulsverlaufpulse profile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2004021529 A1 [0004] - WO 2004021529 A1 [0004]
  • - WO 1996016455 A1 [0005] - WO 1996016455 A1 [0005]
  • - US 5946337 [0006] US 5946337 [0006]
  • - DE 4225781 [0007] - DE 4225781 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „The Laser Guidbook" (Autor: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw-Hill Ins., ISBN: 0071359672) [0003] - "The Laser Guidbook" (Author: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw-Hill Ins., ISBN: 0071359672) [0003]

Claims (9)

Vorrichtung zur Verbesserung der Laserstrahlqualität für Laseranwendungen, umfassend einen Laser (1) mit einem asymmetrischem Strahlprofil und einer ersten, kurzen Strahlachse (20) und einer zweiten, langen Strahlachse (30) und einer Strahlausbreitungsachse (35) und einem Resonator (60), dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) mindestens ein optisches Element (10) und einen Resonatorspiegel (11) mit zylindrischer Spiegelfläche (13), zur Reduzierung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz in der kurzen Strahlachse (20) umfasst.Laser beam quality improvement apparatus for laser applications, comprising a laser ( 1 ) with an asymmetric beam profile and a first, short beam axis ( 20 ) and a second, long beam axis ( 30 ) and a beam propagation axis ( 35 ) and a resonator ( 60 ), characterized in that the laser ( 1 ) at least one optical element ( 10 ) and a resonator mirror ( 11 ) with a cylindrical mirror surface ( 13 ), to reduce the spatial coherence and / or increase the divergence in the short beam axis ( 20 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zylindrische Spiegelfläche (13) des konkaven Resonatorspiegels (11) so angeordnet ist, dass die gekrümmte Achse des Spiegels senkrecht zur langen Strahlachse (30) und/oder senkrecht zur Strahlausbreitungsachse (35) des Lasers (1) liegt.Device according to claim 1, wherein the cylindrical mirror surface ( 13 ) of the concave resonator mirror ( 11 ) is arranged so that the curved axis of the mirror perpendicular to the long beam axis ( 30 ) and / or perpendicular to the beam propagation axis ( 35 ) of the laser ( 1 ) lies. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Laser (1) ein Excimerlaser ist.Device according to claim 1 or 2, wherein the laser ( 1 ) is an excimer laser. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei das optische Element (10) ein Homogenisator (42) und/oder ein Integrator (43) und/oder ein Beamshaper (41) ist.Device according to claim 1 to 3, wherein the optical element ( 10 ) a homogenizer ( 42 ) and / or an integrator ( 43 ) and / or a beamshaper ( 41 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei das optische Element (10) ein mikrooptisches Element (40) ist.Device according to claim 1 to 3, wherein the optical element ( 10 ) a micro-optical element ( 40 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Resonator (60) ein anamorph stabiler Resonator ist.Apparatus according to claim 1 to 5, wherein the resonator ( 60 ) is an anamorphic stable resonator. Verfahren zum Bereitstellen eines glatten Strahlprofils, d. h. Verminderung der Speckle in der Bearbeitungsebene, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Laserstrahls mit asymmetrischem Strahlprofil, umfassend eine erste, kurze Strahlachse (20) und eine zweite, lange Strahlachse (30), Verminderung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse (20) des Laserstrahls.A method for providing a smooth beam profile, ie reduction of speckle in the working plane, comprising the following steps: providing a laser beam with asymmetric beam profile, comprising a first, short beam axis ( 20 ) and a second, long beam axis ( 30 ), Reducing the spatial coherence and / or increasing the divergence of the short beam axis ( 20 ) of the laser beam. Verfahren nach Anspruch 7 umfassend die zusätzlichen folgenden Schritte: Abbilden des Laserstrahls mit der Abbildungsoptik (44) auf eine Bearbeitungsebene (45), Prüfung des vorhandenen Specklemusters, Anpassung der Krümmungsradien der Resonatorspiegel (11) Weitere Verminderung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse (20) des Laserstrahls, Erneute Prüfung des Specklemusters.Method according to claim 7 comprising the additional following steps: imaging the laser beam with the imaging optics ( 44 ) to a working level ( 45 ), Examination of the existing speckle pattern, adaptation of the radii of curvature of the resonator mirrors ( 11 ) Further reduction of the spatial coherence and / or increase of the divergence of the short beam axis ( 20 ) of the laser beam, retesting the speckle pattern. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend die zusätzlichen folgenden Schritte: Abbilden des Laserstrahls mit 193 nm Wellenlänge auf die Cornea, Scannen des Laserstrahls mit einer Pulsdauer von 4 ns bis 15 ns über die Cornea, Abtragen von refraktionsverbessernden Profilen mit verminderter Rauhigkeit und optimierter Formtreue, Abtragen mit einer Energie im Bereich 0,5 mJ bis 1,5 mJ.A method according to claim 7 or 8, comprising the additional ones following steps: Imaging the laser beam at 193 nm wavelength the cornea, Scanning the laser beam with a pulse duration of 4 ns to 15 ns over the cornea, Ablation of refractive surgery Profiles with reduced roughness and optimized form fidelity, wear with an energy in the range 0.5 mJ to 1.5 mJ.
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