ES2257809T3

ES2257809T3 - Distribuciones de energia electromagnetica para cortes mecanicos inducidos de modo electromagnetico.

Info

Publication number: ES2257809T3
Application number: ES98929060T
Authority: ES
Inventors: Ioana M. Rizoiu; Andrew I. Kimmel
Original assignee: Biolase Technology Inc
Current assignee: Biolase Technology Inc
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2006-08-01
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: US6821272B2; EP1016328A2; EP1560470B8; EP1560470B1; US20060043903A1; EP1016328A4; DE69832714D1; US20080151953A1; US6288499B1; US20070014322A1; DE69839829D1; US7696466B2; EP1560470A1; EP1016328B1; US20020149324A1; US7108693B2; AU8071798A; WO1998057526A2; US20020014855A1; ES2311924T3

Abstract

Un aparato para ceder fuerzas disruptivas a un blanco, que comprende: - una bobina inductora con una inductancia dentro de un ámbito de aproximadamente 10 a 50 microhenries; - un capacitador acoplado al inductor; el capacitador teniendo una capacitancia de aproximadamente 50 microfaradios; - una lámpara acoplada al inductor y acoplada directamente a una varilla de láser para mediante la misma conducir la varilla de láser y generar al menos un impulso de salida que contenga un valor de anchura de banda a media altura en una variación desde aproximadamente 0, 025 hasta 250 microsegundos; y - un fluido de salida con el cual interactúa el impulso cediendo energía a partículas fluidas atomizadas; cuyo fluido de salida está orientado a dirigir partículas fluidas a lo largo de un conducto alejado del aparato; - en el cual el aparato está construido para dirigir al menos un impulso de salida hacia una proximidad cercana al conducto y, en uso, comunicar fuerzas disruptivas al objetivo.

Description

Distribuciones de energía electromagnética para cortes mecánicos inducidos de modo electromagnético.

Descripción de la invención

La presente invención se relaciona con un aparato y método que imparte fuerzas disruptivas a un blanco.

Descripción de técnicas relacionadas

En el estado anterior de la técnica están presentes una serie de sistemas de láser. Un sistema de láser semiconductor comprende generalmente una varilla de láser para emitir luz coherente, y una fuente de estimulación que estimule a la varilla de láser para que imparta la luz coherente. Es típico el uso de lámparas como fuente de estimulación de sistemas de láser de erbio, por ejemplo. La lámpara es conducida mediante una corriente de lámpara que comprende una forma de impulso y de frecuencia predeterminadas.

La corriente de la lámpara conduce la lámpara a la frecuencia predeterminada para, mediante la misma, producir una distribución lumínica de salida básicamente con la misma frecuencia que la corriente de la lámpara. Esta distribución lumínica de salida de la lámpara lleva a la varilla de láser a producir luz coherente a básicamente la misma frecuencia predeterminada que la corriente de la lámpara. La luz coherente generada por la varilla de láser tiene un tiempo de distribución de energía óptica útil que generalmente corresponde con la forma de impulso de la corriente de la lámpara.

La forma de impulso del tiempo de distribución de energía óptica útil suele comprender una energía de crecimiento relativamente gradual que sube hasta una energía máxima, y un tiempo subsiguiente de energía decreciente. La forma de impulso de una distribución de energía óptica útil típica puede aportar una operación relativamente efectiva del sistema de láser que corresponde con una relación relativamente alta entre energía óptica útil media y energía media de entrada en el sistema de láser.

La frecuencia y la forma de uso del estado anterior a la técnica pueden ser apropiadas por ejemplo para la realización de cortes térmicos en los que la energía óptica útil va dirigida hacia una superficie meta para inducir el corte. Sin embargo, los nuevos procedimientos de corte no se basan, en conjunto, en mecanismos de corte térmico inducidos por láser. Más concretamente, un nuevo mecanismo de corte dirige la energía óptica útil desde un sistema de láser hacia una distribución de partículas fluidas atomizadas que se encuentran en un volumen de espacio justo encima de la superficie meta. La energía óptica útil interactúa con las partículas fluidas atomizadas provocando que éstas expandan y comuniquen potencias de corte mecánicas inducidas de modo electromagnético sobre la superficie meta.

Como resultado de las interacciones de la energía óptica útil con las partículas fluidas atomizadas, las frecuencias y formas de impulso de distribución de energía óptica útil del estado anterior de la técnica típica no han sido especialmente adaptadas para dar cortes mecánicos ópticos inducidos de modo electromagnético.

Se requieren distribuciones de energía óptica útil especializadas para cortes óptimos cuando se dirige la energía óptica de salida hacia una distribución de partículas fluidas atomizadas para efectuar en la superficie meta cortes mecánicos inducidos de modo electromagnético.

La referencia US-A-3,914,648 describe un circuito de descarga de la lámpara que comprende una o más lámpara gaseosas, un circuito de predisociación para aportar a través de cada lámpara un impulso de predisociación de bajo consumo de energía corto y de alta tensión, y un circuito de descarga principal activado por el circuito de predisociación para proporcionar la descarga principal de la lámpara aproximadamente al final de la aplicación del impulso de predisociación.

La referencia US 5,221,561 describe un proceso para el tratamiento fotoquímico de un material sólido que consiste en exponer a éste último a impulsos lumínicos producidos por al menos un tubo alargado de descarga luminiscente que contenga un gas raro a baja presión. El gas, la presión y las características de la descarga se adaptan a dicho material y sus precursores y cada impulso contiene un espectro de emisión extensiva de entre 160 y 5000 radiación infrarroja. Un circuito electrónico con características eléctricas moduladas (LC) posibilita modular las características de descarga del tubo y el almacenamiento de la energía necesaria para dicha descarga.

Es un objeto de la presente invención proveer un aparato para impartir fuerzas disruptivas a un blanco que comprende:

una bobina de inductancia con una inductancia que oscila aproximadamente entre 10 y 50 microhenries;

un capacitor acoplado a la bobina de inductancia; dicho capacitor tiene una capacitancia de aproximadamente 50 microfarads;

una lámpara acoplada a la bobina de inductancia y directamente acoplada a una varilla de láser para así conducir la varilla de láser y generar al menos un impulso de salida con un valor de anchura de banda a media altura en una escala desde aproximadamente 025 hasta aproximadamente 250 microsegundos; y

una potencia de salida útil fluida con la cual el pulso interactúa comunicando energía dentro de partículas fluidas atomizadas; tal potencia útil está orientada a dirigir partículas fluidas directas a lo largo de un conducto que se aleja del aparato;

en el que el aparato se construye para dirigir al menos un impulso de salida hacia una proximidad cercana al conducto y, cuando se usa, se comunican fuerzas disruptivas al blanco.

Es objeto secundario de la presente invención proveer un método de comunicar fuerzas disruptivas a un blanco, el cual:

provee una fuente de energía electromagnética que consta de una bobina de inductancia con una inductancia que oscila entre aproximadamente 10 y 50 microhenries; un capacitor acoplado a la bobina de inductancia y que dispone de una inductancia de aproximadamente 50 microfarads; y una lámpara acoplada a la bobina de inductancia y directamente acoplada a una varilla de láser para así conducir a ésta última;

provee un sistema de entrega;

activa la fuente de energía electromagnética para, de ese modo, generar al menos un impulso de salida de energía electromagnética que consta de un blanco anterior con una pendiente que es mayor que o igual a 5 aproximadamente, siendo definida tal pendiente en un gráfico como y sobre x (y/x), donde y representa la amplitud y x el tiempo en microsegundos, y un valor de anchura de banda a media altura en un ámbito de entre, 025 hasta 250 microsegundos aproximadamente; y

dirige al menos un impulso de salida de energía electromagnética y partículas fluidas desde una salida fluida con la que al menos ese impulso de salida interactúa cediendo energía dentro de partículas fluidas atomizadas, utilizando el sistema de entrega en el que se dirige la energía electromagnética en una dirección general hacia el blanco y en donde las fuerzas disruptivas se comunican al blanco.

Resumen de la invención

Las distribuciones de energía óptica de salida de la presente invención comprenden magnitudes de energía relativamente altas al comienzo de cada impulso. Como resultado de estas magnitudes de energía relativamente altas al comienzo de cada impulso, el flanco anterior de cada impulso comprende una pendiente relativamente grande. Esta pendiente es preferiblemente mayor que o igual a 5. Además, los valores de anchura de banda a media altura FWHM/ABMA de las distribuciones de la energía óptica útil son mayores que 025 microsegundos. Es preferible que los valores de anchura de banda a media altura sean entre ,025 y 250 microsegundos, y aún mejor, entre 10 y 150 microsegundos. El valor de anchura de banda a media altura es de 70 microsegundos aproximadamente en la representación ilustrada. Se utiliza una lámpara para conducir el sistema de láser y una corriente para conducir la lámpara. Un circuito generador de una corriente de lámpara comprende una bobina de inductancia de núcleo macizo con

una inductancia de 50 microhenries aproximadamente y un capacitor con una capacitancia de 50 microfarads aproximadamente.

La presente invención junto con las características adicionales y las ventajas que de ella se derivan podrán entenderse mejor con la siguiente descripción y las correspondientes representaciones ilustrativas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 representa un gráfico de corriente conductora de la lámpara versus tiempo según un ejemplo del estado anterior de la técnica.

La figura 2 representa un gráfico de la energía óptica útil de salida versus tiempo para un sistema de láser según un ejemplo del estado anterior de la técnica.

La figura 3 es un diagrama de un circuito esquemático que muestra un circuito generador de una corriente conductora de la lámpara conforme a un ejemplo de la presente invención.

La figura 4 es un gráfico de la corriente conductora de la lámpara versus tiempo conforme a una representación de la presente invención.

La figura 5 muestra un gráfico de energía óptica de salida versus tiempo para un sistema de láser conforme a una representación de la presente invención.

Descripción detallada de la presente invención

Con referencia a los dibujos en concreto, la Fig. 1 ilustra un gráfico de corriente conductora de la lámpara versus tiempo conforme a un ejemplo del estado anterior de la técnica. La corriente conductora de la lámpara 10 sube en un inicio hasta un valor máximo de 12. La rampa inicial 14 comprende típicamente una pendiente (corriente dividida por tiempo) de entre 1 y 4. Una vez alcanzado un valor máximo de 12, la corriente conductora de la lámpara 10 disminuye con el tiempo, como muestra la porción de corriente decreciente 16.

La corriente conductora de la lámpara 10 del estado anterior de la técnica puede contener una frecuencia o tasa de repetición de 1 a 15 hertzios. A mayores, la corriente conductora de la lámpara 10 del estado anterior de la técnica puede comprender típicamente una anchura de impulso mayor a 300 microsegundos. El valor de anchura de banda a media altura se define como un valor de tiempo que se corresponde con una longitud de la oscilación de anchura de banda a media altura representada en el eje del tiempo. La oscilación de anchura de banda a media altura se define en el eje del tiempo desde un tiempo inicial, donde la amplitud alcanza primero un medio del pico de amplitud de todo el impulso, hasta un tiempo final en el que la amplitud alcanza medio pico de amplitud en un tiempo final dentro del impulso.

La Fig. 2 muestra un gráfico de energía versus tiempo para la energía óptica de salida de un láser del estado anterior de la técnica. La distribución de la energía óptica de salida generalmente comprende un valor máximo 22, una rampa inicial 24 y una porción de energía de salida 26. Los microimpulsos 28 se corresponden con las inversiones de población dentro de la varilla de láser cuando se genera luz coherente mediante emisión estimulada. La potencia media del láser puede definirse como la potencia generada a lo largo de un período de tiempo predeterminado que comprende típicamente unos cuantos impulsos. La eficacia del sistema de láser puede definirse como una relación entre la energía óptica de salida del láser y la energía de entrada en el sistema necesario para conducir la lámpara.

Los sistemas de láser del estado anterior de la técnica se diseñan con corrientes conductoras de la lámpara 10 y distribuciones de energía óptica de salida que optimizan la eficacia del sistema.

La Fig. 3 ilustra un circuito conductor de la lámpara 30 conforme a un ejemplo de la representación en el presente. El circuito conductor de la lámpara ilustrado 30 comprende un suministro de energía de alta tensión 33, un capacitor 35, un rectificador 37, una bobina de inductancia 39 y una lámpara 41. El capacitor 35 se conecta entre el suministro de energía de alta tensión 33 y el suelo, y la lámpara 41 se conecta entre la bobina de inductancia 39 y el suelo. El suministro de energía de alta tensión 33 comprende preferentemente una fuente de 1500 voltios con un régimen de carga de 1500 joules por segundo.

La lámpara 41 puede comprender una fuente de 450 a 700 milímetros de mercurio (o torr). El capacitor 35 en un ejemplo comprende preferentemente un capacitor de 50 microfarads, y el rectificador 37 en un ejemplo comprende preferentemente un rectificador controlado con silicona. La bobina de inductancia 39 en un ejemplo comprende una bobina de inductancia de núcleo macizo. En representaciones alternativas, la bobina de inductancia 39 puede comprender una inductancia de 13 microhenries. En otras representaciones alternativas, la bobina de inductancia 39 puede comprender valores de inductancia de entre 10 y 15 microhenries. Pueden implementarse otros valores para la bobina de inductancia 39 y la capacitación 35 para obtener corrientes conductoras de la lámpara con amplitudes directoras relativamente grandes, como por ejemplo se comenta abajo.

La Fig. 4 muestra el mando de corriente de la lámpara 50 de una representación de la presente invención, que pasa desde la bobina de inductancia 39 a la lámpara 41. El mando de corriente de la lámpara 50 en el ejemplo de la presente invención tiene preferentemente una anchura de impulsos mayor que 25 microsegundos aproximadamente y, mejor aún, que oscila entre 100 y 300 microsegundos. En la representación ilustrada, la anchura entre impulsos es de aproximadamente 200 microsegundos. Un frente anterior del mando de corriente de la lámpara 50 en el presente ejemplo tiene una pendiente de al menos 5 y, preferentemente, de 10 o más. En el ejemplo de la ilustración preferida en el presente, una pendiente del frente anterior del mando de corriente de la lámpara 50 es 40 o más, como muestra la Fig. 4. El mando de corriente de la lámpara 50 en el ejemplo presente comprende un valor máximo 52, una porción de rampa inicial 54, y una porción de corriente descendente 56. La lámpara 41 en el ejemplo presente preferentemente comprende un tubo de vidrio cilíndrico con un ánodo, un cátodo, y un gas en el medio como el xenón o el criptón. Un circuito ionizador (que no se muestra) ioniza el gas dentro de la lámpara 41. Cuando el mando de corriente de la lámpara 50 se aplica al ánodo de la lámpara 41, el potencial entre el ánodo y el cátodo aumenta. El potencial aumenta cuando el mando de corriente de la lámpara aumenta, como indica la porción de rampa inicial 54. La corriente fluye a través del gas de la lámpara 41, provocando en la lámpara 41 la emisión de luz incoherente brillante.

La lámpara 41 está directamente acoplada a una varilla de láser (que no se muestra), que en un ejemplo comprende preferentemente un cristal cilíndrico. La lámpara 41 y la varilla de láser están colocadas de modo paralelo uno con respecto al otro , a menos de un centímetro de distancia entre sí, preferentemente en el ejemplo presente. La varilla de láser en el ejemplo presente está suspendida sobre dos placas, y no está conectada electrónicamente al mando de corriente de la lámpara 30. Aunque la lámpara 41 comprende un medio preferente de estimulación de la varilla de láser en el ejemplo presente, también se contemplan otros medios en la presente invención. Por ejemplo, se pueden utilizar diodos en vez de lámparas para la fuente de estimulación. El uso de diodos para generar amplificación de luz mediante la emisión estimulada se comenta en el libro Solid-State Laser Engineering (Ingeniería Láser Semiconductora), 4ª edición, extensamente revisada y actualizada, de Walter Koechner, publicado en 1996, cuyos contenidos aparecen expresamente incorporados en él por referencia.

La luz incoherente de la lámpara 41 preferida en el presente en el ejemplo presente incide en la superficie exterior de la varilla de láser. Cuando la luz incoherente penetra en la varilla de láser, las impurezas dentro de la varilla de láser absorbe la luz que penetra y emite luz coherente como consecuencia. Ejemplos de tales impurezas pueden comprender erbio y cromo, y la varilla de láser misma puede comprender un cristal como el YSGG, por ejemplo. El sistema de láser preferido en el presente en dos ejemplos comprende, o bien un láser de estado sólido YSGG (Er,Grl:) que genera energía electromagnética con una longitud de onda que va de 2,70 y 2,80 micrones, o bien un erbio, itrio, láser de estado sólido (Er:YAG) de granate de aluminio, que genera energía electromagnética con una longitud de onda de 2,94 micrones. Como es preferente en el presente, el láser de estado sólido Er, Cr: YSGG tiene una longitud de onda de aproximadamente 2,78 micrones. Según una representación alternativa, la varilla de láser puede comprender un cristal YAG, y las impurezas pueden comprender impurezas de erbio. Existe una serie de otras posibilidades, unas de las cuales se presentan en el libro mencionado arriba (Solid-State Laser Engineering, 4ª edición revisada y actualizada, de Walter Koechner, publicado en 1996, cuyos contenidos aparecen expresamente incorporados en él por referencia). Otros posibles sistemas de láser incluyen un erbio, itrio, escandio, láser de estado sólido (Er: YSGG) de granate de galio, que genera de energía electromagnética con una longitud de onda de 2,69 micrones; un holmio, itrio, láser de estado sólido (Er:YAL03) de ortoaluminado de itrio, el cual genera energía electromagnética con una longitud de onda de 2,10 micrones; un neodimio cuádruple, itrio, láser de estado sólido (cuádruple Nd: YAG) de granate de aluminio, que genera una energía electromagnética con una longitud de onda de 266 nanómetros; un láser de excímero (ArF) de floruro de argón, con una longitud de onda de 193 nanómetros; un láser de excímero (XeCI) de cloruro de xenón, que genera una energía electromagnética con una longitud de onda de 308 nanómetros; un láser de excímero (KrF) de fluoruro de criptón, que genera una energía electromagnética con una longitud de onda de 248 nanómetros; y láser (CO2) de dióxido de carbono, que genera una energía electromagnética con una longitud de onda en un ámbito de 9 a 11 micrones.

Partículas como los electrones asociadas con las impurezas absorben energía de la radiación incoherente convergente y suben a niveles de valencia más altos.

Las partículas que suben a niveles metaestables permanecen en estos niveles durante períodos de tiempo hasta que, por ejemplo, partículas de energía de la radiación provoquen transiciones estimuladas.

La estimulación de una partícula en el nivel metaestable provocada por una partícula de energía da como resultado tanto partículas decayentes a un estado básico, como una emisión de fotones coherentes gemelos (partículas de energía). Los fotones coherentes gemelos pueden resonar a través de la varilla de láser entre espejos en lados opuestos de la varilla de láser y puede estimular otras partículas en el nivel metaestable para así generar emisiones de fotones coherentes gemelos subsiguientes. Se alude a este proceso como a la amplificación de luz mediante la emisión estimulada. Con este proceso, un par gemelo de fotones coherentes contactarán dos partículas en el nivel metaestable, para así aportar cuatro fotones coherentes. Por consiguiente, los cuatro fotones coherentes chocarán con otras partículas en el nivel metaestable para así aportar ocho fotones coherentes.

El efecto de amplificación continuará hasta que la mayoría de las partículas, elevadas hasta el nivel metaestable por la luz incoherente estímulo procedente de la lámpara 41, hayan decaído hasta el estado básico. La decadencia de la mayoría de las partículas del nivel metaestable al nivel básico da como resultado la generación de una cantidad de fotones, que corresponde a un microimpulso ascendente (64, por ejemplo, Fig. 5). Cuando las partículas en el nivel básico son estimuladas de vuelta al nivel metaestable, el número de fotones que se emiten disminuye, correspondiendo a una pendiente a niveles más bajos en el microimpulso 64, por ejemplo. El microimpulso continúa decreciendo, y corresponde a una disminución en la emisión de fotones coherentes por parte del sistema de láser. La cantidad de partículas estimuladas hasta el nivel metaestable aumenta hasta una cantidad donde las emisiones estimuladas se dan a un nivel suficiente para aumentar el número de fotones coherentes generados. Cuando la generación de fotones coherentes aumenta, y las partículas en el nivel de decadencia decae, el número de fotones coherentes aumenta, correspondiendo con un microimpulso ascendente.

El tiempo de distribución de energía óptica de salida del sistema de láser se representa a 60 en la Fig. 5. La distribución de energía óptica de salida del ejemplo ilustrado de la presente invención tiene preferentemente una anchura entre impulsos mayor que 25 microsegundos aproximadamente, y, mejor aún, en un ámbito de 125 a 300 microsegundos. La distribución de energía óptica de salida 60 comprende un valor máximo 62, un número de microimpulsos anteriores 64, 66, 68 y una porción de energía óptica generalmente en declive 70.

Es objeto de la presente invención que la distribución de la energía óptica de salida 60 sea de gran amplitud. Esta gran amplitud se corresponde con 1 ó 7 microimpulsos en el frente anterior del impulso, como muestra la Fig. 5, el microimpulso 68 comprende un valor máximo 62, que está cerca o en el principio mismo del impulso. Además, el valor de anchura de banda a media altura de la distribución de energía óptica de salida 60 en la Fig. 5 es de aproximadamente 70 microsegundos, comparado con los valores de anchura de banda a media altura del estado anterior de la técnica que suele oscilar por ejemplo entre 250 y 300 microsegundos. La invención de los solicitantes contempla impulsos que comprenden valores de anchura de banda a media altura mayor que, 025 microsegundos. En algunas representaciones, los valores de anchura de banda a media altura oscilan aproximadamente desde 0,25 microsegundos hasta alrededor de 250 microsegundos y, mejor aún, van desde 10 a 150 microsegundos, pero también se pueden dar otras oscilaciones. Además, la invención de los solicitantes contempla una anchura entre impulsos de entre 25 y 300 microsegundos, por ejemplo, comparado con las anchuras entre impulsos del estado anterior de la técnica típico, anchuras que son mayores a 300 microsegundos. Es más, en un ejemplo se prefiere actualmente una frecuencia de 20 hertzios de modo alternativo se puede usar una frecuencia de 30 hertzios. La invención de los solicitantes contempla generalmente frecuencias de entre 1 y 100 hertzios, comparada con frecuencias del estado anterior de la técnica que oscila típicamente desde 1 a 15 hertzios.

Como se menciona arriba, la oscilación de anchura de banda a media altura se define desde un tiempo inicial donde la amplitud asciende primero sobre un medio el pico de amplitud, hasta un tiempo final donde la amplitud desciende un medio el pico de amplitud en un momento final durante la anchura entre impulsos. El valor de anchura de banda a media altura se define como la diferencia entre el tiempo inicial y el tiempo final.

La localización de la oscilación de anchura de banda a media altura a lo largo del eje del tiempo, relativo a la anchura entre impulsos, se encuentra más cercana al comienzo del impulso que al final del impulso. La localización de la oscilación de anchura de banda a media altura está preferentemente dentro de la primera mitad del impulso y, mejor aún, en un ejemplo dentro de aproximadamente el primer tercio del impulso a lo largo del eje del tiempo. Otras localizaciones de la oscilación de anchura de banda a media altura también son posibles de acuerdo con la siguiente invención. El tiempo inicial de la oscilación de anchura de banda a media altura ocurre preferentemente entre los primeros 10 a 15 microsegundos y, mejor aún, entre los primeros 12,5 microsegundos desde el frente anterior del impulso. Sin embargo, el tiempo inicial puede ocurrir bien antes o después dentro del impulso. El tiempo inicial se alcanza preferentemente dentro de la primera décima de la anchura entre impulsos.

Otro rasgo distintivo de la distribución de energía óptica de salida 60 es que los microimpulsos 64, 66, 68, por ejemplo, comprenden aproximadamente un tercio de la amplitud máxima 62. Mejor aún, los microimpulsos anteriores 64, 66, 68 comprenden amplitudes de aproximadamente un medio de la amplitud máxima 62. Por el contrario, los microimpulsos anteriores del estado anterior de la técnica, como se muestra en la Fig. 2, son relativamente pequeños en amplitud.

La pendiente de la distribución de energía óptica de salida 60 medida desde los picos de los microimpulsos anteriores 64, 66 hasta la amplitud máxima 62, es mayor que o igual a 5 y, mejor aún, mayor que 10 aproximadamente. En el dibujo ilustrado, la pendiente es de 50 aproximadamente. Por el contrario, la pendiente de la distribución de energía óptica de salida del estado anterior de la técnica es de 4 aproximadamente. En representaciones modificadas, la pendiente es mayor o igual a 100 aproximadamente, y mejor aún, en un ejemplo es 240 aproximadamente.

La distribución de energía óptica de salida 60 de la presente invención es útil para maximizar un efecto de corte de una fuente de energía electromagnética como un láser, dirigido a una distribución atomizada de partículas fluidas sobre una superficie meta. Con la referencia US-A-5 741 247 y con el título “Partículas atomizadas para cortes inducidos de modo electromagnético” se presenta un aparato para dirigir energía electromagnética hacia una distribución atomizada de partículas fluidas sobre una superficie meta: Los microimpulsos anteriores de alta intensidad 64, 66 y 68 ceden grandes cantidades de energía dentro de partículas fluidas atomizadas que en un ejemplo comprenden preferentemente agua, para así expandir las partículas fluidas allí donde se apliquen fuerzas de corte mecánicas a la superficie meta. Se han encontrado microimpulsos posteriores según el microimpulso máximo 68 para ensalzar más la eficacia del corte. Según las implementaciones del presente invento, puede generarse un único gran impulso anterior 68, o de modo alternativo, se pueden generar dos o más grandes microimpulsos 68 (ó 64, 66, por ejemplo).

La corriente de lámpara que genera el circuito 30 del ejemplo ilustrado de la presente invención genera un impulso relativamente estrecho, que está en el orden de 25 a 300 microsegundos, por ejemplo. Además, la oscilación de anchura de banda a media altura de la distribución de energía de salida óptica 60 de la presente invención comienza preferentemente durante los primeros 70 microsegundos, por ejemplo, comparado con las oscilaciones de anchura de banda a media altura del estado anterior de la técnica que comienza durante los primeros 250 a 300 microsegundos. La frecuencia relativamente rápida y la distribución inicial relativamente grande de la energía óptica en la porción anterior de cada impulso de implementaciones de la presente invención da como resultado un eficaz corte mecánico. Si se representara en un gráfico una cantidad de impulsos de la distribución de energía óptica de salida 60 y si se determinara la energía media sería relativamente baja comparada con la cantidad de energía enviada al sistema de láser a través del suministro de energía de alta tensión 33. En otras palabras, la eficacia del sistema de láser de ciertas representaciones de la presente invención puede ser menor que sistemas del estado anterior de la técnica típico. Puesto que las distribuciones de energía óptica de salida de ciertas implementaciones de la presente invención están sólidamente adaptadas para ceder energía electromagnética a partículas fluidas atomizadas sobre una superficie meta, sin embargo, se optimiza el corte real de la presente invención. El efecto de corte obtenido por ciertas implementaciones de las distribuciones de energía óptica de salida de la presente invención es tanto limpio como potente y además aporta un corte consistente. Los términos "cortar" y "corte" se definen ampliamente aquí como comunicadores de fuerzas mecánicas disruptivas sobre una superficie meta.

Claims

1. Un aparato para ceder fuerzas disruptivas a un blanco, que comprende:

- una bobina inductora con una inductancia dentro de un ámbito de aproximadamente 10 a 50 microhenries;

- un capacitador acoplado al inductor; el capacitador teniendo una capacitancia de aproximadamente 50 microfaradios;

- una lámpara acoplada al inductor y acoplada directamente a una varilla de láser para mediante la misma conducir la varilla de láser y generar al menos un impulso de salida que contenga un valor de anchura de banda a media altura en una variación desde aproximadamente 0 ,025 hasta 250 microsegundos; y

- un fluido de salida con el cual interactúa el impulso cediendo energía a partículas fluidas atomizadas; cuyo fluido de salida está orientado a dirigir partículas fluidas a lo largo de un conducto alejado del aparato;

- en el cual el aparato está construido para dirigir al menos un impulso de salida hacia una proximidad cercana al conducto y, en uso, comunicar fuerzas disruptivas al objetivo.

2. El aparato según se expone en la Reivindicación 1, en el cual la bobina inductora es un inductor de núcleo macizo con una inductancia valorada en aproximadamente 50 microhenries.

3. El aparato según se expone en la Reivindicación 1 o en la Reivindicación 2, en el cual la bobina inductora se adapta para generar una inductancia de aproximadamente 10 a 15 microhenries.

4. El aparato según se presenta en la Reivindicación 3, en el que el inductor está adaptado para generar una inductancia de 13 microhenries aproximadamente.

5. El aparato según se presenta en las Reivindicaciones 3 ó 4, en el cual el inductor está adaptado para funcionar al menos parcialmente, de un modo saturado.

6. El aparato según se presenta en la Reivindicación 1, en el cual el inductor tiene una inductancia menor que unos 16 microhenries.

7. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones 1-6 que contiene además un suministro de energía de alta tensión.

8. El aparato según se presenta en la Reivindicación 7 y que contiene además un rectificador.

9. El aparato según se presenta en la Reivindicación 7 o la Reivindicación 8, en el que:

el suministro de alta tensión se acopla tanto al capacitor como al inductor; y el inductor se acopla a la lámpara;

10. El aparato según se presenta en la Reivindicación 9, según el cual:

- el capacitor está conectado entre el suministro de energía de alta tensión y el suelo;

- el inductor está acoplado por un extremo a la lámpara; y

- el inductor está acoplado por el otro extremo tanto al capacitor como al suministro de energía de alta tensión.

11. El aparato según se presenta en la Reivindicación 7 y en cualquier reivindicación dependiente de la misma, en el cual el inductor está acoplado al suministro de energía de alta tensión a través del rectificador.

12. El aparato según se presenta en la Reivindicación 7 y en cualquier reivindicación dependiente de la misma, en el cual:

- el rectificador comprende un rectificador controlado por silicona;

- el suministro de energía de alta tensión con una potencia de salida de 1500 voltios aproximadamente; y el suministro de energía de alta tensión comprende una tasa de carga de aproximadamente 1500 joules por segundo.

13. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 12, en el que el fluido de salida comprende partículas de agua.

14. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 13, en el que fluido de salida comprende un atomizador.

15. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 14, en el que al menos un impulso de salida tiene una longitud de onda que es absorbida sustancialmente por las partículas fluidas.

16. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 15, según el que al menos un impulso de salida comprende por lo menos una longitud de onda dentro de una variación desde 2,69 hasta 2,80 micrones aproximadamente.

17. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 16, según el que al menos un impulso de salida comprende una pluralidad de impulsos de salida.

18. El aparato según se presenta en la Reivindicación 17, según el que la pluralidad de impulsos de salida tienen una frecuencia que está entre 1 hertzio aproximadamente hasta 100 hertzios aproximadamente.

19. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 18, donde el blanco comprende uno de diente, hueso, cartílago o tejido blando.

20. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de 1 a19, en el que al menos un impulso de salida es generado por un Er: YAG, un Er: YSGG, un Er, Cr: YSGG y un CTE: láser YAG.

21. Un método de comunicar fuerzas disruptivas a una meta que consiste en:

- proveer una fuente de energía electromagnética que comprende un inductor con una inductancia dentro de un ámbito de aproximadamente 10 a 50 microhenries, un capacitor acoplado al inductor con una capacitancia de aproximadamente 50 microfarads y una lámpara acoplada al inductor y acoplada directamente a una varilla de láser para así conducir la varilla de láser;

- proveer un sistema de entrega;

- activar la fuente de energía electromagnética para así generar al menos un impulso de salida de la energía electromagnética que comprende un frente anterior con una pendiente que es mayor que o igual a 5 aproximadamente, definiéndose la pendiente en un gráfico del impulso como y sobre x (y/x), donde y simboliza amplitud y x representa el tiempo en microsegundos, y un valor de anchura de banda a media altura en una variación desde aproximadamente, 025 hasta aproximadamente 250 microsegundos; y

- dirigir al menos un impulso de salida de energía electromagnética y partículas fluidas desde un fluido de salida con el que interactúa al menos un impulso de salida cediendo energía a partículas fluidas atomizadas, utilizando el sistema de entrega en el que se dirige la energía electromagnética en una dirección general hacia la meta y se imparten fuerzas disruptivas hacia la meta.

22. El método según se presenta en la Reivindicación 21, en el que la variable y en el gráfico denota energía electromagnética.

23. El método según se presenta en la Reivindicación 21 ó 22, en el que el valor de anchura de banda a media altura oscila en un ámbito entre 10 a 150 microsegundos.

24. El método según se presenta en la Reivindicación 23, en el que el valor de anchura de banda a media altura es aproximadamente 70 microsegundos.

25. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 24, en el que la pendiente es mayor que o igual a 10 aproximadamente.

26. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 24, en el que la pendiente es mayor que o igual a 40 aproximadamente.

27. El método según se presenta en la Reivindicación 26, en el que el impulso de salida tiene una anchura entre impulsos que es mayor que aproximadamente 0,25 microsegundos.

28. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 27, en el que el impulso de salida tiene una anchura entre impulsos que oscila entre aproximadamente 100 microsegundos y 300 microsegundos.

29. El método según se presenta en la Reivindicación 28, en el que el impulso de salida tiene una anchura entre impulsos de aproximadamente 200 microsegundos.

30. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 29, en el que el impulso de salida tiene una frecuencia que oscila entre 1 hasta 100 hertzios aproximadamente.

31. El método según se presenta en la Reivindicación 30, en el que el impulso de salida tiene una frecuencia de 20 hertzios aproximadamente.

32. El método según se presenta en la Reivindicación 31 y cualquiera de las Reivindicaciones dependientes de la misma, en el que la energía electromagnética se genera de acuerdo con al menos un impulso de corriente que conduce una lámpara, en el que el impulso de corriente comprende un frente anterior que tiene una pendiente definida en un gráfico del impulso de corriente como y sobre x (y/x), en el que y es amplitud de corriente en amperios y x es tiempo en microsegundos.

33. El método según se presenta en la Reivindicación 32, en el que el impulso de corriente tiene una anchura entre impulsos en un ámbito desde 0,25 microsegundos aproximadamente hasta 300 microsegundos aproximadamente.

34. El método según se presenta en la Reivindicación 33, en el que el impulso de corriente tiene una anchura entre impulsos que está entre una variación de 100 microsegundos aproximadamente hasta 300 microsegundos aproximadamente.

35. El método según se presenta en la Reivindicación 34, en el que la anchura entre impulsos es de aproximadamente 200 microsegundos; y el valor de anchura de banda a media altura es de 70 microsegundos aproximadamente.

36. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 35, en el que la oscilación de anchura de banda a media altura está localizada dentro del primer tercio del impulso de salida, y el tiempo inicial de la oscilación de anchura de banda a media altura del impulso de salida está dentro de un primer 12,5 microsegundos del impulso de salida.

37. El método según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 36, en el que el tiempo inicial de una oscilación de anchura de banda a media altura del impulso de salida está en unos primeros 12,5 microsegundos del impulso de salida.

38. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 37, en el que una amplitud de al menos uno de unos pocos subimpulsos anteriores primeros del impulso de salida es de aproximadamente un tercio de una amplitud máxima del impulso de salida.

39. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 37, en el que la amplitud de al menos uno de unos pocos subimpulsos primeros del impulso de salida es de aproximadamente un medio de una amplitud máxima del impulso de salida.

40. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 39, en el que la pendiente es mayor que o igual a 10.

41. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 39, en el que la pendiente es aproximadamente 40.

42. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 41, en el que el tiempo inicial de la oscilación de anchura de banda a media altura del impulso de salida está dentro de un décimo del impulso de salida.

43. Un método de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 42, según el cual la fuente de energía electromagnética comprende una bobina inductora, un capacitor y una lámpara, según se reivindica en cualquiera de las Reivindicaciones de la 1 a la 12.

44. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 43, en el que las partículas fluidas comprenden partículas de agua.

45. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 44, según el que las partículas fluidas comprenden partículas fluidas atomizadas generadas por un atomizador.

46. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 45, en el que la energía electromagnética tiene una longitud de onda que es sustancialmente absorbida por las partículas fluidas.

47. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 46, en el que la energía electromagnética comprende al menos una de una longitud de onda que va desde aproximadamente 2,69 a 2,80 micrones aproximadamente, y una longitud de onda de aproximadamente 2,94 micrones.

48. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 47, en el que la meta comprende un diente, hueso, cartílago o tejido blando.

49. El aparato según se presenta en cualquiera de las Reivindicaciones de la 21 a la 48, en el que la energía electromagnética es generada por uno de un láser Er: YAG, un Er: YSGG, un Er, Cr: YSGG y un láser CTE: YAG.