ES2617866T3

ES2617866T3 - Dispositivo de tratamiento de material y procedimiento para su funcionamiento

Info

Publication number: ES2617866T3
Application number: ES09768494.8T
Authority: ES
Inventors: Franziska Woittennek; Mathias WÖLFEL; Klaus Vogler; Olaf Kittelmann
Original assignee: Wavelight GmbH
Current assignee: Wavelight GmbH
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: WO2011060797A1; DK2501348T3; AU2009355537B2; PL2501348T3; MX2012005756A; KR101426935B1; JP5551788B2; EP2501348B1; CN102596123B; TW201127529A; CA2774879A1; RU2012122633A; PT2501348T; KR20120093386A; CN102596123A; CA2774879C; RU2522965C2; BR112012011822A2; AU2009355537A1; JP2013511301A

Abstract

Dispositivo para el tratamiento de un material con un rayo láser pulsado (16), que comprende - un láser (14) para proporcionar el rayo láser (16), - una disposición de medición (30, 32, 34, 36, 38), para obtener valores de medición para una potencia de onda fundamental del rayo láser así como para una potencia de al menos un armónico de orden superior producido por multiplicación de frecuencia a partir del rayo láser, comprendiendo la disposición de medición para producir el armónico de orden superior un medio ópticamente no lineal (34) así como una unidad de focalización (32) dispuesta aguas arriba de este medio para focalizar un rayo parcial (16") desacoplado del rayo láser (16) sobre el medio no lineal, caracterizado por que además comprende - una unidad de evaluación (22) unida con la disposición de medición, que está configurada para analizar la calidad del rayo láser (16) en función de la potencia de onda fundamental medida, de la potencia medida del armónico de orden superior y de una potencia de radiación del láser (14) ajustada.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de tratamiento de material y procedimiento para su funcionamiento

La invencion se refiere a un dispositivo para el tratamiento de un material con un rayo laser pulsado. La invencion se refiere ademas a un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de tratamiento de material de este tipo.

En principio, la invencion puede aplicarse en el entorno de los sistemas laser, que sirven para tratar cualquier material. Por consiguiente, el material que va a tratarse puede ser materia muerta; sin embargo, tambien puede tratarse de materia viva, por ejemplo tejido de un ojo humano.

En el tratamiento de materiales, en particular aquellos materiales que son transparentes en la zona espectral visible, los denominados sistemas laser de femtosegundo estan adquiriendo cada vez mas importancia. A este respecto, se trata de sistemas laser que producen un rayo laser focalizado pulsado con duraciones de pulso en el intervalo de los femtosegundos. Este tipo de sistemas laser de femtosegundo encuentran aplicacion por ejemplo en la cirugfa laser oftalmologica, en la que se emplean habitualmente para producir cortes (incisiones) en el tejido corneal o en otras zonas de tejido del ojo humano. En el caso de los sistemas laser de femtosegundo resulta ventajoso el hecho de que son adecuados para producir en sf cualquier figura de corte tridimensional.

A continuacion se explicara brevemente el proceso elemental principal en el tratamiento de materiales transparentes por medio de radiacion laser de femtosegundo focalizada. Mediante la focalizacion intensa del rayo laser en el material y debido a la transparencia del material para la radiacion, la potencia laser puede acoplarse en el interior sin que se dane el material a traves del que pasa la radiacion (por ejemplo, tejido corneal) por encima del punto focal. La operacion que tiene lugar en el punto focal, se denomina fotodisrupcion. En el punto focal, debido a la radiacion de alta intensidad, se supera el umbral para la aparicion de microplasma. Se produce la evaporacion de una esfera de material muy pequena de por ejemplo aproximadamente 1 |im de diametro. Como consecuencia se produce una microburbuja con un diametro algo mayor, por ejemplo de aproximadamente 5-12 |im, que separa el material circundante y a continuacion difunde por completo al entorno. Por el tiempo de accion extremadamente corto por cada pulso laser no puede tener lugar ninguna conduccion de calor al material circundante; todo el calor asf como la energfa eficaz se disipa de nuevo tras desaparecer el plasma.

En los sistemas laser de femtosegundo habituales, el punto focal puede controlarse mediante un dispositivo de desviacion (escaner) transversal y tambien longitudinalmente. En este caso, transversalmente significa una direccion en un plano que es ortogonal a la direccion de propagacion del haz. Por el contrario, longitudinalmente significa una direccion a lo largo de la direccion de propagacion del rayo laser. Si se disponen un numero correspondiente (por ejemplo varios miles) de cavidades creadas por la descarga de plasma con la forma deseada de manera tridimensional unas junto a otras, entonces se produce el corte deseado en el material.

El procedimiento anterior requiere de un punto focal muy preciso con una intensidad pico elevada para realizar los cortes con la precision deseada. Sin embargo, la capacidad de focalizacion y la intensidad pico son parametros sensibles; ya perturbaciones comparativamente reducidas en el trayecto de propagacion del rayo laser pueden afectar a la calidad espacial y temporal del rayo laser y con ello a su capacidad de focalizacion e intensidad pico. Por ello, durante el tratamiento de material es deseable monitorizar ininterrumpidamente (de manera continua o al menos varias veces con intervalos de tiempo) la calidad temporal y espacial del rayo laser.

El documento US 2005/0163174 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para producir rayos laser pulsados de armonicos de orden superior. El dispositivo comprende un laser para producir un rayo laser pulsado con una onda fundamental, que oscila dentro de un resonador optico compuesto por dos espejos terminales. En la trayectoria del rayo del resonador optico esta dispuesto un cristal KTP (KTiOPO4) para producir un rayo laser pulsado de un segundo armonico. Tambien un espejo de salida de separador esta dispuesto en la trayectoria del rayo del resonador optico, que deja el rayo laser pulsado de la onda fundamental en la trayectoria del rayo del resonador optico y extrae el rayo laser pulsado del segundo armonico del resonador optico. El rayo laser pulsado del segundo armonico se dirige hacia una pieza de trabajo. La potencia laser del rayo laser pulsado de la onda fundamental se mide con un circuito de medicion. Del mismo modo, la potencia laser del rayo laser pulsado del segundo armonico se mide con un circuito de medicion. Una unidad de control comprende unidades de ajuste y unidades de comparacion. Las unidades de ajuste fijan valores de referencia. La unidad de comparacion compara el valor de medicion de la potencia laser del circuito de medicion con un valor de referencia de la unidad de ajuste, mientras que la unidad de comparacion compara el valor de medicion de la potencia laser del circuito de medicion con valores de referencia de la unidad de ajuste.

El documento EP 2 109 197 A1 describe un oscilador de laser de un dispositivo de tratamiento laser. El oscilador de laser comprende un resonador optico que se forma por dos espejos de delimitacion y que dentro de su trayectoria optica del rayo comprende un medio activo, un cristal no lineal y un espejo de salida de separador. En el medio activo se produce un rayo de una onda fundamental, que se encierra entre los dos espejos de delimitacion. El cristal no lineal produce un rayo de un segundo armonico en la trayectoria del rayo del resonador optico como consecuencia de un proceso no lineal entre el cristal no lineal y el rayo de la onda fundamental. El rayo del segundo

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armonico se separa con ayuda del espejo de salida de separador de la trayectoria del rayo del resonador optico como rayo de salida, que irradia sobre una pieza de trabajo. Un circuito de medicion de salida laser produce una senal electrica, que es representativa de la salida laser del rayo laser pulsado del segundo armonico. Una unidad de control compara esta senal con un valor de referencia de una unidad de ajuste.

El objetivo de la invencion es proporcionar una solucion para poder monitorizar la calidad de radiacion de la radiacion laser en un sistema laser que sirve para el tratamiento de material. Tal monitorizacion permitira interrumpir el proceso de tratamiento en caso de empeorar la calidad de radiacion o reaccionar de otro modo. En particular, la monitorizacion sera posible en tiempo real, es decir, durante el tratamiento de material. La calidad de radiacion se refiere en este caso en particular a la capacidad de focalizacion asf como al desarrollo en el tiempo de la envolvente del impulso (envolvente temporal del pulso laser individual), es decir, la corta distancia de la duracion de impulso. La capacidad de focalizacion se determina de manera decisiva por la calidad del perfil del rayo y el frente de onda de la radiacion laser.

Este objetivo se alcanza mediante un dispositivo de tratamiento de material con las caractensticas de la reivindicacion 1 y mediante un procedimiento para su funcionamiento con las caractensticas de la reivindicacion 11.

El dispositivo segun la invencion sirve para tratar un material con un rayo laser pulsado y comprende:

- un laser para proporcionar el rayo laser,

- una disposicion de medicion, para obtener valores de medicion para una potencia de onda fundamental del rayo laser asf como para una potencia de al menos un armonico de orden superior producido por multiplicacion de frecuencia a partir del rayo laser,

- una unidad de evaluacion unida con la disposicion de medicion, que esta configurada para analizar la calidad del rayo laser en funcion de la potencia de onda fundamental medida, de la potencia medida del armonico de orden superior y de una potencia de radiacion del laser ajustada.

La invencion ensena a analizar procesos para detectar la calidad de radiacion temporal y/o espacial de una radiacion laser pulsada (en particular con pulsos de femtosegundos) o para detectar variaciones de esta calidad, dependiendo la eficiencia de los procesos de la intensidad de la radiacion laser aplicada y focalizada. Las mezclas de frecuencia no lineales como el doblamiento de frecuencia son un ejemplo de estos procesos. A este respecto, en una configuracion conveniente se focaliza una parte (pequena) de la radiacion laser en un cristal opticamente no lineal y se convierte en radiacion de frecuencia doble. Si se supone una longitud de onda del infrarrojo de la radiacion laser del laser, entonces la parte de radiacion focalizada en el cristal se convierte por ejemplo en luz verde. Como el doblamiento de frecuencia depende de manera cuadratica de la potencia incidente, la eficiencia de este proceso depende de la densidad de potencia aplicada (espacial y temporalmente) en el cristal y con ello, de la capacidad de focalizacion y de la duracion de impulso de la radiacion laser. Asf, mientras puedan excluirse otros parametros de influencia, puede atribuirse una variacion de potencia de la luz con doblamiento de frecuencia a una variacion en la capacidad de focalizacion y/o de la duracion de impulso. Una variacion de este tipo puede producirse por ejemplo por una afectacion del frente de onda de la radiacion laser o por un alargamiento de la duracion de pulso.

Una conclusion de la invencion es que, en general, resulta complejo y diffcil monitorizar al mismo tiempo, uno al lado de otro, todos los parametros que pueden influir de manera persistente en la calidad de la focalizacion (es decir, la capacidad de focalizacion). En cambio, la metodologfa segun la invencion permite un control de calidad sumario en tiempo real, es decir, por asf decirlo en lmea. Una vez que empeora alguno de estos parametros que influyen en la produccion del foco, esto puede detectarse a traves de la senal de medicion del armonico de orden superior y puede reaccionarse de manera correspondiente. Para el funcionamiento del dispositivo de tratamiento de material puede considerarse secundario que parametro concreto provoca un empeoramiento observado de la capacidad de focalizacion de los pulsos laser. Cuando la capacidad de focalizacion se ve afectada es recomendable interrumpir el tratamiento lo mas rapido posible en el momento en que se superen determinados ffmites fijados. El monitorizar por separado cada parametro de laser individual, relevante para una produccion del foco efectiva y que puede empeorar la capacidad de focalizacion de la radiacion laser, requena de un esfuerzo muy elevado. Tambien sena extremadamente diffcil implementar una reaccion instantanea y fiable a una degradacion de uno de estos parametros. En cambio, la posibilidad proporcionada por la invencion de una monitorizacion en lmea sumaria de todos los parametros de laser relevantes para la capacidad de focalizacion proporciona una ventaja considerable, porque el esfuerzo se reduce considerablemente.

En principio, en el marco de la invencion tambien pueden emplearse procesos no lineales de orden superior; la idea principal de la invencion no esta limitada de ningun modo a un doblamiento de frecuencia. No obstante, para procesos de orden superior, por regla general son necesarias intensidades de radiacion superiores, que pueden aumentar la complejidad de la solucion segun la invencion.

El doblamiento de frecuencia optico es un caso especial de la mezcla de 3 ondas, en la que para intensidades de campo elevadas a partir de dos ondas fundamentales con las frecuencias angulares o1 y o2 se produce una tercera

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onda con la frecuencia angular ro3 = ro1 + ro2 (ro = 2f A este respecto, ro3 = ro1 + ro2 corresponde a la mezcla de frecuencias suma y ro3 = ro1 - ro2 a la mezcla de frecuencias diferencia. Si ahora, en el caso especial, del doblamiento de frecuencia ro1 = ro2, entonces solo se produce una frecuencia suma ro3 = 2ro1 = 2ro2.

En una configuracion practica de la invencion, una parte de la radiacion laser se aplica en un medio opticamente no lineal (por ejemplo, cristal). Preferiblemente, la parte aplicada de la radiacion laser se focaliza en el medio no lineal. A consecuencia de la intensidad elevada en el foco se producen oscilaciones de portadores de carga en el medio no lineal, que tambien contienen armonicos de orden diferente de la oscilacion fundamental (onda fundamental) irradiada. A este respecto, el segundo armonico representa la onda con frecuencia doblada con la frecuencia doble y la mitad de la longitud de onda de la onda fundamental. Mediante la eleccion adecuada de la direccion de irradiacion en el medio no lineal o mediante la orientacion adecuada del medio no lineal con respecto a la direccion de propagacion del haz puede preferirse la produccion del segundo armonico frente a las demas frecuencias. Para la descripcion teorica detallada de este proceso se remite a la literatura pertinente; en este punto puede prescindirse de una explicacion mas detallada.

La intensidad instantanea del segundo armonico, en el proceso anterior, es proporcional al cuadrado de la intensidad instantanea de la onda fundamental. A este respecto, de manera decisiva, la intensidad de la senal del segundo armonico se determina por la intensidad pico de la onda fundamental. Esta depende a su vez de la energfa de pulso, del tamano del punto (radio de estrechamiento cuadratico) de la onda fundamental en el foco asf como de la duracion de pulso de la radiacion de onda fundamental. Despues de que la eficiencia del doblamiento de frecuencia (eficiencia de conversion), que se define como cociente de la potencia promediada en el tiempo del segundo armonico con respecto a la potencia promediada en el tiempo de la radiacion de onda fundamental, sea igualmente proporcional a la potencia de onda fundamental y con ello a la intensidad pico de la radiacion de onda fundamental, para la eficiencia de conversion tambien vale una dependencia del tamano del punto de la radiacion de onda fundamental en el punto focal y de su duracion de pulso. Asf, con una energfa de pulso constante de la radiacion de onda fundamental, una variacion de la eficiencia de conversion permite concluir una variacion de la calidad de haz temporal y/o espacial (envolvente de pulso, perfil del haz, etc.) y/o una variacion de la forma del frente de onda y con ello una variacion de la capacidad de focalizacion.

En una configuracion preferida de la invencion, la longitud de un cristal utilizado como medio opticamente no lineal es significativamente mayor que la longitud de Rayleigh de la radiacion de onda fundamental focalizada en el cristal. Entonces, ligeras variaciones en la divergencia de la radiacion de onda fundamental (ligero desplazamiento del plano focal en el cristal doblador) practicamente no influyen en la senal de intensidad del segundo armonico.

Ademas la radiacion de onda fundamental se focaliza en el cristal de manera preferible con una distancia focal comparativamente corta, para reducir la dependencia del ajuste de fase de la direccion y la distribucion espectral de la potencia aplicada en el cristal. Mediante la focalizacion de la radiacion de onda fundamental aplicada se consigue que incluso en el caso de una ligera variacion de la direccion de irradiacion de la radiacion de onda fundamental o de la longitud de onda media de la radiacion de onda fundamental siempre existan proporciones de radiacion adecuadas, para el ajuste de fase. Asf, puede obtenerse un intervalo angular comparativamente grande de la direccion de irradiacion, para el cual puede obtenerse una senal de intensidad del segundo armonico al menos casi igual. Mientras que la fuente de laser trabaje dentro de sus especificaciones, segun esto no influye en el procedimiento de medicion o al menos solo influye en el mismo en una medida reducida.

Si, en cambio, vana la duracion de impulso y/o la capacidad de focalizacion por ejemplo a consecuencia de distorsiones del frente de onda de la radiacion de onda fundamental, este efecto no se compensa; en su lugar influye directamente en la eficiencia de conversion. Con un cristal manchado introducido en la trayectoria del rayo de la radiacion de onda fundamental pueden simularse por ejemplo distorsiones del frente de onda, en las que posiblemente se conserva la potencia de onda fundamental en su mayor parte o por completo. Como ya no pueden detectarse frentes de onda planos, entonces ya no puede conseguirse un buen foco, con lo que se debilita enormemente el doblamiento de frecuencia o incluso llega a detenerse. Por consiguiente la variacion de la potencia del segundo armonico se relaciona directamente con una variacion del frente de onda de la radiacion de onda fundamental. Por tanto, las distorsiones del frente de onda en el sistema laser pueden detectarse mediante monitorizacion de la potencia del segundo armonico (o de otro armonico de orden superior) y mediante comparacion de esta potencia con una potencia de referencia, que preferiblemente es representativa de la potencia del segundo armonico, que puede alcanzarse en el mejor de los casos con una potencia de onda fundamental dada. De este modo puede detectarse de manera muy sensible e instantanea, es decir, en tiempo real un empeoramiento de la calidad del rayo de la radiacion de onda fundamental sin una perdida considerable de potencia, y puede reaccionarse de manera correspondientemente rapida, antes de que puedan detectarse cafdas mayores de potencia.

Una manera de proceder a modo de ejemplo para, en tiempo real, monitorizar la calidad de rayo de un rayo laser de tratamiento proporcionado por un sistema laser, puede consistir en realizar inicialmente una operacion de calibracion en la que el laser se ajusta a diferentes potencias de radiacion (nominales) dentro de su intervalo de potencias posible y con cada potencia de radiacion ajustada se mide la potencia de onda fundamental asf como la potencia del segundo armonico (u otro armonico de orden superior). A este respecto, la operacion de calibracion se realizara en

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un estado del sistema laser libre de perturbaciones con la mejor capacidad de focalizacion de la radiacion de onda fundamental. De este modo puede conseguirse que los valores de medicion para la potencia de onda fundamental asf como para la potencia del armonico de orden superior representen valores maximos u optimos. Estos valores maximos representan las potencias de la onda fundamental y del armonico de orden superior que pueden alcanzarse como maximo con la potencia de radiacion del laser ajustada en cada caso.

Ademas mediante la formacion del cociente (potencia del segundo armonico dividida entre la potencia de onda fundamental) puede determinarse un valor para la eficiencia de conversion en asociacion con cada potencia de radiacion del laser ajustada.

Los datos obtenidos en el marco de la operacion de calibracion pueden almacenarse por ejemplo en forma de cuadro en una memoria.

Durante el tratamiento de material posterior, a su vez, de manera continua o con intervalos de tiempo, se miden la potencia de onda fundamental asf como la potencia del armonico de orden superior. Entonces pueden realizarse dos etapas de comprobacion por separado. En una primera etapa de comprobacion puede comprobarse la potencia de onda fundamental medida con un valor de referencia. Este valor de referencia se determina a partir de los datos almacenados en la memoria, obtenidos en el marco de la operacion de calibracion. Representa el valor optimo de la potencia de onda fundamental con la potencia de radiacion del laser ajustada. En caso de que la potencia de onda fundamental medida no se desvfe de manera importante con respecto al valor de referencia o se encuentre dentro de unos lfmites permitidos fijados con respecto al valor de referencia, entonces esto significa que al menos no existen perturbaciones, que puedan afectar a la potencia del rayo laser de manera significativa. Sin embargo, si existe una desviacion mayor que un lfmite permitido fijado, entonces esto puede ser un motivo para desencadenar una reaccion de aviso o emergencia predeterminada, que por ejemplo puede incluir la emision de una indicacion de aviso y/o una desconexion del laser.

Ademas, en una segunda etapa de comprobacion puede compararse la potencia medida del armonico de orden superior con un valor de referencia y/o puede compararse la eficiencia de conversion (cociente a partir de potencia medida del armonico de orden superior y potencia de onda fundamental medida) con un valor de referencia. Tambien los valores de referencia para la potencia del armonico de orden superior o la eficiencia de conversion se determinan a partir de los datos de calibracion almacenados; indican valores teoricos (valores optimos) para la potencia del armonico de orden superior o la eficiencia de conversion con la potencia de radiacion del laser ajustada de manera nominal, es decir, en el punto de trabajo del laser. En caso de que la comparacion de como resultado una desviacion mas alla de unos lfmites fijados, puede desencadenarse una reaccion de aviso o emergencia, como se explico anteriormente. Si, por el contrario, tanto la primera como la segunda etapa de comprobacion (que evidentemente no tienen que realizarse necesariamente en este orden) no dan como resultado desviaciones inadmisibles, puede permitirse la emision del rayo laser y el funcionamiento del dispositivo de tratamiento de material puede continuar libremente.

Con la segunda etapa de comprobacion se consigue, en particular, detectar aquellas perturbaciones que no provocan ningun debilitamiento de potencia del rayo laser o solo provocan un debilitamiento reducido aunque dan lugar a distorsiones del frente de onda significativas. En el caso de perturbaciones del frente de onda no deseadas, la relacion de potencia del segundo armonico medida con respecto a la maxima puede disminuir facilmente hasta un porcentaje reducido (por ejemplo, por debajo del 15 por ciento), lo que demuestra que la potencia del segundo armonico es un buen indicador para la calidad de rayo de un rayo laser.

Segun perfeccionamientos preferidos del dispositivo de tratamiento de material segun la invencion, el al menos un armonico de orden superior puede comprender el segundo armonico, y la duracion de pulso del rayo laser se encuentra preferiblemente en el intervalo de los femtosegundos.

La unidad de evaluacion puede estar configurada para comparar al menos uno de los valores de medicion de potencia y/o un valor derivado de los mismos (por ejemplo, la eficiencia de conversion) con al menos un valor de referencia y, en funcion de la magnitud de una desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia, provocar una reaccion predeterminada. A este respecto, el valor de referencia puede representar un valor que puede alcanzarse como maximo con la potencia de radiacion del laser ajustada para la potencia de onda fundamental, la potencia del armonico de orden superior o una eficiencia de conversion de la multiplicacion de frecuencia.

Ademas, la unidad de evaluacion puede estar configurada para extraer el valor de referencia de informaciones de referencia almacenadas de antemano, que en asociacion con una pluralidad de diferentes potencias de radiacion del laser ajustadas representan valores de referencia para la potencia de onda fundamental y/o la potencia del armonico de orden superior y/o una eficiencia de conversion de la multiplicacion de frecuencia. Alternativa o adicionalmente, la unidad de evaluacion puede estar configurada para determinar un cociente a partir de la potencia medida del armonico de orden superior y de la potencia de onda fundamental medida y/o un cociente a partir de la potencia medida del armonico de orden superior y un valor de referencia para la potencia del armonico de orden superior y analizar la calidad de rayo en funcion del cociente determinado.

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Ademas, la unidad de evaluacion puede formar parte de una disposicion de control electronica que esta configurada para, en funcion de la magnitud de la desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia, controlar la emision del rayo laser. Por ejemplo, puede permitir la emision del rayo laser, en caso de que la desviacion determinada se encuentre dentro de unos lfmites predeterminados, y/o puede impedir la emision del rayo laser, en caso de que la desviacion determinada se encuentre fuera de estos lfmites.

Para producir el armonico de orden superior la disposicion de medicion comprende un medio opticamente no lineal asf como una unidad de focalizacion dispuesta aguas arriba de este medio para focalizar un rayo parcial desacoplado del rayo laser sobre el medio no lineal. Ademas, puede estar configurada para medir como potencia de onda fundamental la potencia de un rayo parcial desacoplado del rayo laser.

La unidad de evaluacion puede formar parte de una disposicion de control electronica que esta configurada para, en un proceso de calibracion, ajustar sucesivamente una pluralidad de diferentes potencias de radiacion del laser, en asociacion con cada potencia de radiacion del laser ajustada determinar valores de medicion para la potencia de onda fundamental y la potencia del armonico de orden superior y almacenar los valores de medicion determinados y/o los valores derivados de los mismos en una memoria en asociacion con las diferentes potencias de radiacion del laser.

El procedimiento segun la invencion para hacer funcionar un dispositivo de tratamiento de material que trabaja con un rayo laser pulsado comprende:

- medir una potencia de onda fundamental del rayo laser y una potencia de al menos un armonico de orden superior producido por multiplicacion de frecuencia a partir del rayo laser,

- comparar al menos uno de los valores de medicion de potencia y/o un valor derivado de los mismos con al menos un valor de referencia,

- provocar una reaccion predeterminada en funcion de la magnitud de una desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia.

Ademas, el procedimiento puede comprender realizar antes un proceso de calibracion, en el que se obtienen valores de medicion para la potencia de onda fundamental y la potencia del armonico de orden superior en una pluralidad de diferentes potencias de radiacion ajustadas de un laser que proporciona el rayo laser y se almacenan los valores de medicion obtenidos y/o los valores derivados de los mismos en una memoria en asociacion con las diferentes potencias de radiacion del laser, obteniendose el valor de referencia a partir de los valores de medicion y/o valores derivados almacenados en la memoria.

La reaccion predeterminada puede comprender una comunicacion optica y/o acustica y/o una liberacion o una desconexion del rayo laser. Ademas, las etapas de medir y comparar pueden realizarse de manera repetida, en particular con intervalos de tiempo regulares, durante el tratamiento de un material con el rayo laser. De este modo, es posible por asf decirlo, una monitorizacion en lmea en tiempo real, dependiendo la frecuencia de monitorizacion del intervalo de tiempo con el que se realizan las mediciones. A este respecto no hay ningun lfmite fijado por la invencion, es decir, la medicion puede realizarse tantas veces como permitan los aparatos de medicion y la potencia de calculo disponible.

A continuacion se explicara la invencion en mas detalle mediante el unico dibujo adjunto. Su figura 1 muestra esquematicamente un ejemplo de realizacion de un dispositivo de tratamiento de material para el tratamiento con laser de un material. El dispositivo de tratamiento de material designado en general con 10 sirve, en el caso de ejemplo mostrado, para el tratamiento con cirugfa laser de un ojo humano 12 y aqrn, por ejemplo, para la realizacion de cortes de tejido intracorneales. Comprende una fuente de laser 14, que produce un rayo laser pulsado 16 con duraciones de pulso en el intervalo de los femtosegundos. La fuente de laser 14 comprende por ejemplo un laser de fibra. Por lo demas el dispositivo de tratamiento de material 10 comprende una optica de focalizacion 18 para focalizar el rayo laser 16 sobre el objeto que va a tratarse, en este caso, el ojo 12. La optica de focalizacion 18 esta formada, por ejemplo, por un objetivo F-Theta. Dispuesto aguas arriba de la optica de focalizacion 18 hay un escaner 20, que sirve para el control transversal y longitudinal de la posicion del foco del rayo laser 16. Para la desviacion transversal, el escaner 20 puede comprender por ejemplo un par de espejos controlados de manera galvanometrica o un cristal de desviacion controlado electricamente. Para el control longitudinal del foco el escaner 20 puede comprender por ejemplo un elemento optico que influye en la divergencia del rayo laser 16, por ejemplo una lente desplazable longitudinalmente en la direccion de propagacion del haz o una lente lfquida con una capacidad refractaria variable o un espejo deformable. Se entiende que los componentes del escaner 20 responsables del control transversal del foco y del control longitudinal del foco del rayo laser 16 pueden estar dispuestos en diferentes puntos a lo largo de la direccion de propagacion del rayo laser 16. Por consiguiente, el escaner 20 no tiene que ser una unidad compacta; puede tratarse de una disposicion distribuida de diferentes componentes de escaner.

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Para el control de la fuente de laser 14 y del escaner 20 esta prevista una unidad de control 22 basada en microprocesador que trabaja segun un programa de control almacenado en una memoria 24. El programa de control incluye parametros de control adecuados (por ejemplo en forma de coordenadas para las posiciones de disparo individuales de los pulsos laser), que determinan la geometna de corte que va a producirse.

Para producir cortes finos y precisos por medio del rayo laser 16 se desea una calidad espacial y temporal elevada del rayo. Para la monitorizacion en tiempo real de la calidad de rayo del rayo laser 16, el dispositivo de tratamiento de material 10 presenta medios para desacoplar dos rayos parciales 16', 16” en la direccion de propagacion del haz antes de la desviacion transversal del escaner, del rayo laser 16. En el caso de ejemplo mostrado, estos medios comprenden dos espejos divisores 26, 28 semitransparentes dispuestos uno detras de otro en la trayectoria del rayo del rayo laser 16. Un primer medidor de potencia 30 sirve para medir la potencia de radiacion (promediada en el tiempo) del rayo parcial 16'. El medidor de potencia 30 comprende para ello por ejemplo un fotodiodo y proporciona a la unidad de control 22 una senal representativa de la potencia de radiacion medida, en particular proporcional a la misma. La potencia medida por el medidor de potencia 30 corresponde a una potencia de onda fundamental en el sentido de la invencion.

El segundo rayo parcial 16” se focaliza por medio de una lente de focalizacion 32 sobre un cristal opticamente no lineal 34 (u otro medio no lineal), en el que mediante procesos no lineales se produce un rayo con frecuencia doblada 16'”, que a continuacion, mediante un filtro optico paso banda 36 se libera de posibles lmeas secundarias perturbadoras asf como restos de la onda fundamental. Un segundo medidor de potencia 38, que a su vez puede incluir por ejemplo un fotodiodo para la deteccion de radiacion, sirve para medir la potencia (promediada en el tiempo) del rayo con frecuencia doblada 16'” y proporciona a la unidad de control 22 una senal representativa de la potencia medida. La potencia medida del rayo con frecuencia doblada 16'” representa una potencia de un armonico de orden superior (en este caso, segundo armonico) producido a partir de la onda fundamental en el sentido de la invencion.

La longitud de onda del rayo laser 16 producido por la fuente de laser 14 se encuentra por ejemplo en el intervalo de infrarrojos entre 1000 y 1100 nm. Asf, mediante doblamiento de frecuencia, en el cristal no lineal 34 se forma un rayo de luz 16”' de color verdoso a amarillento-verdoso.

La unidad de control 22, a partir de las senales de medicion de potencia proporcionadas por los medidores de potencia 30, 38, calcula una eficiencia de conversion, dividiendo la potencia medida del rayo de luz 16”' entre la potencia medida del rayo parcial 16'.

En la memoria 24 estan depositados adicionalmente datos de calibracion que se determinaron por la unidad de control 22 en un proceso de calibracion anterior. Los datos de calibracion indican para diferentes valores nominales de la potencia de radiacion del laser 14 en cada caso un valor de referencia para la potencia del rayo parcial 16', para la potencia del rayo con frecuencia doblada 16'” asf como para la eficiencia de conversion. Las diferentes potencias de radiacion del laser 14 corresponden a diferentes puntos de trabajo. El laser 14 puede hacerse funcionar en un intervalo de potencias de radiacion; segun el caso de aplicacion, la unidad de control 22 puede ajustar un punto de trabajo diferente del laser 14. Por ejemplo, las diferentes potencias de radiacion estan representadas por valores porcentuales que definen el respectivo punto de trabajo mediante una indicacion porcentual referida a una potencia de radiacion que puede ajustarse como maximo del laser 14. Los valores de referencia almacenados se refieren en cada caso a una situacion optima, es decir, un funcionamiento libre de perturbaciones sin distorsiones del frente de onda del rayo laser 16 no deseadas (o al menos sin distorsiones importantes) y sin un debilitamiento de potencia del rayo laser 16 no deseado (o al menos sin un debilitamiento importante) a lo largo de su trayecto de propagacion. Por consiguiente representan valores que pueden alcanzarse en el mejor de los casos para la potencia del rayo parcial 16', la potencia del rayo con frecuencia doblada 16'” y la eficiencia de conversion.

Los valores de potencia medidos actualmente para el rayo parcial 16' y el rayo con frecuencia doblada 16”' se utilizan por la unidad de control 22 para, mediante una comparacion con los datos de calibracion almacenados en la memoria 24, analizar la calidad de rayo del rayo laser 16. Concretamente, la unidad de control 22 comprueba si la potencia medida del rayo parcial 16' corresponde al menos aproximadamente al valor de referencia almacenado en la memoria 24 para la potencia de onda fundamental en el punto de trabajo en cuestion del laser 14. De este modo la unidad de control 22 puede detectar debilitamientos de potencia no deseados del rayo laser 16 con respecto al caso libre de perturbaciones.

Ademas, la unidad de control 22 comprueba si la potencia medida del rayo con frecuencia doblada 16”' corresponde al menos aproximadamente al valor de referencia contenido en los datos de calibracion almacenados para la potencia del segundo armonico en el punto de trabajo en cuestion del laser 14. Alternativa o adicionalmente, la unidad de control 22 comprueba si la eficiencia de conversion calculada (calculada como cociente de la potencia medida del rayo de luz 16”' y de la potencia medida del rayo parcial 16') corresponde al menos aproximadamente al valor de referencia contenido en los datos de calibracion para la eficiencia de conversion en el punto de trabajo en cuestion del laser 14. La comprobacion de los valores de potencia medidos o de la eficiencia de conversion derivada de los mismos con correspondencia a los valores de referencia almacenados puede comprender por ejemplo una formacion de diferencia y/o una formacion de cociente. Despues de que los valores de referencia indiquen valores

optimos, que pueden alcanzarse con un funcionamiento libre de perturbaciones del dispositivo de tratamiento de material 10 con una capacidad de focalizacion optima del rayo laser 16, las posibles desviaciones entre las potencias medidas o la eficiencia de conversion calculada con respecto a los valores de referencia son un indicador de debilitamientos de potencia no deseados y/o distorsiones del frente de onda no deseadas y/o alargamientos de 5 duracion de pulso no deseados del rayo laser 16. En caso de que las desviaciones determinadas superen una magnitud fijada, entonces la unidad de control 22 podra interrumpir la emision del rayo laser 16.

El proceso de calibracion mencionado puede realizarse automaticamente por la unidad de control 22, por ejemplo cada vez que se conecte el dispositivo de tratamiento de material 10 o cuando un usuario introduzca una orden de 10 inicio adecuada para la realizacion de la calibracion. En el marco del proceso de calibracion automatico, la unidad de control 22 puede ajustar sucesivamente diferentes puntos de trabajo del laser 14 y almacenar en la memoria 24 los valores de medicion determinados en cada caso para la potencia de onda fundamental y la potencia del segundo armonico.

15 Para focalizar el segundo rayo parcial 16”, en lugar de la lente 32 puede utilizarse por ejemplo tambien un elemento optico de difraccion. El medio no lineal 34 puede ser por ejemplo un cristal de polarizacion periodica. El cristal puede estar estabilizado respecto a la temperatura, pudiendo optimizarse el ajuste de fase a traves de la temperatura. Ademas es posible trabajar segun el metodo de ajuste de fase no cntico en sf conocido en la tecnica.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el tratamiento de un material con un rayo laser pulsado (16), que comprende

- un laser (14) para proporcionar el rayo laser (16),

- una disposicion de medicion (30, 32, 34, 36, 38), para obtener valores de medicion para una potencia de onda fundamental del rayo laser asf como para una potencia de al menos un armonico de orden superior producido por multiplicacion de frecuencia a partir del rayo laser, comprendiendo la disposicion de medicion para producir el armonico de orden superior un medio opticamente no lineal (34) asf como una unidad de focalizacion (32) dispuesta aguas arriba de este medio para focalizar un rayo parcial (16”) desacoplado del rayo laser (16) sobre el medio no lineal,

caracterizado por que ademas comprende

- una unidad de evaluacion (22) unida con la disposicion de medicion, que esta configurada para analizar la calidad del rayo laser (16) en funcion de la potencia de onda fundamental medida, de la potencia medida del armonico de orden superior y de una potencia de radiacion del laser (14) ajustada.
2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que el al menos un armonico de orden superior comprende el segundo armonico.
3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la unidad de evaluacion (22) esta configurada para comparar al menos uno de los valores de medicion de potencia y/o un valor derivado de los mismos con al menos un valor de referencia y, en funcion de la magnitud de una desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia, provocar una reaccion predeterminada.
4. Dispositivo segun la reivindicacion 3, en el que el valor de referencia representa un valor que puede alcanzarse como maximo con la potencia de radiacion del laser (14) ajustada para la potencia de onda fundamental, la potencia del armonico de orden superior o una eficiencia de conversion de la multiplicacion de frecuencia.
5. Dispositivo segun la reivindicacion 3 o 4, en el que la unidad de evaluacion (22) esta configurada para extraer el valor de referencia de informaciones de referencia almacenadas de antemano, que en asociacion con una pluralidad de diferentes potencias de radiacion del laser (14) ajustadas representan valores de referencia para la potencia de onda fundamental y/o la potencia del armonico de orden superior y/o una eficiencia de conversion de la multiplicacion de frecuencia.
6. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la unidad de evaluacion (22) esta configurada para determinar un cociente a partir de la potencia medida del armonico de orden superior y de la potencia de onda fundamental medida y/o un cociente a partir de la potencia medida del armonico de orden superior y un valor de referencia para la potencia del armonico de orden superior y analizar la calidad de rayo en funcion del cociente determinado.
7. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 3 a 6, en el que la unidad de evaluacion (22) forma parte de una disposicion de control electronica que esta configurada para, en funcion de la magnitud de la desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia, controlar la emision del rayo laser.
8. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposicion de medicion esta configurada para medir como potencia de onda fundamental la potencia de un rayo parcial (16') desacoplado del rayo laser (16).
9. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 3 a 8, en el que la unidad de evaluacion (22) forma parte de una disposicion de control electronica que esta configurada para, en un proceso de calibracion, ajustar sucesivamente una pluralidad de diferentes potencias de radiacion del laser (14), en asociacion con cada potencia de radiacion del laser (14) ajustada determinar valores de medicion para la potencia de onda fundamental y la potencia del armonico de orden superior y almacenar los valores de medicion determinados y/o los valores derivados de los mismos en una memoria (24) en asociacion con las diferentes potencias de radiacion del laser (14).
10. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la duracion de pulso del rayo laser (16) se encuentra en el intervalo de los femtosegundos.
11. Procedimiento para hacer funcionar un dispositivo para el tratamiento de un material con un rayo laser pulsado (16), que comprende

- medir una potencia de onda fundamental del rayo laser (16) y una potencia de al menos un armonico de orden superior producido por multiplicacion de frecuencia a partir del rayo laser, desacoplandose para producir el armonico

de orden superior un rayo parcial (16”) del rayo laser (16) y focalizandose por medio de una unidad de focalizacion (32) sobre un medio opticamente no lineal (34),

caracterizado por que se analiza la calidad del rayo laser (16) comparando al menos uno de los valores de medicion 5 de potencia y/o un valor derivado de los mismos con al menos un valor de referencia, y

- provocando una reaccion predeterminada en funcion de la magnitud de una desviacion del valor de medicion o del valor derivado con respecto al valor de referencia.

10 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, que comprende ademas realizar antes un proceso de calibracion,

en el que se obtienen valores de medicion para la potencia de onda fundamental y la potencia del armonico de orden superior en una pluralidad de diferentes potencias de radiacion ajustadas de un laser (14) que proporciona el rayo laser y se almacenan los valores de medicion obtenidos y/o los valores derivados de los mismos en una memoria (24) en asociacion con las diferentes potencias de radiacion del laser (14), obteniendose el valor de referencia a 15 partir de los valores de medicion y/o valores derivados almacenados en la memoria.
13. Procedimiento segun la reivindicacion 11 o 12, en el que la reaccion predeterminada comprende una comunicacion optica y/o acustica y/o una desconexion o una liberacion del rayo laser.

20 14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 11 a 13, en el que las etapas de medir y comparar se

realizan de manera repetida, en particular con intervalos de tiempo regulares, durante el tratamiento de un material con el rayo laser.