ES2640248T3 - Procedimiento y dispositivo para el examen de distorsiones del frente de onda dinámicas de un sistema láser - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el examen de un sistema láser que proporciona un rayo láser enfocado (14') y un dispositivo de desviación controlable (18) para el control local transversal o/y longitudinal del enfoque de rayo, comprendiendo el procedimiento: - una orientación del rayo láser o de un rayo parcial desviado del mismo detrás del dispositivo de desviación a un medio ópticamente no lineal (26) para la generación de una radiación de frecuencia multiplicada (14''), cuya longitud de onda corresponde a una armónica impar mayor de la longitud de onda del rayo láser, enfocándose el rayo láser (14') o el rayo parcial en el medio no lineal (26), - una activación del dispositivo de desviación, comprendiendo la activación del dispositivo de desviación un ajuste oscilante de al menos uno de los componentes de desviación (42, 44) del dispositivo de desviación y además una variación de la frecuencia de oscilación o/y de la carrera de oscilación del al menos un componente de desviación (42, 44) y/o una variación de un modelo de activación del dispositivo de desviación, correspondiendo cada modelo de activación a otra figura de movimiento del foco del rayo, - una medición de una potencia de la radiación de frecuencia multiplicada al activar el dispositivo de desviación, y - una indicación de un desarrollo temporal o/y de un espectro de frecuencias de la potencia medida en un dispositivo de salida (38).

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo para el examen de distorsiones del frente de onda dinamicas de un sistema laser

La invencion trata del examen de un sistema laser para detectar distorsiones del frente de ondas que pueden ser provocadas por procesos de regulacion dinamicos dentro del sistema laser. Los sistemas laser aqm considerados sirven para el procesamiento de material, pudiendo ser el material a tratar de cualquier naturaleza. Ademas de materia muerta tambien son posibles materiales biologicos que se pueden tratar con un sistema laser del tipo aqm considerado. Un material biologico puede ser, por ejemplo, un tejido de ojo humano, por ejemplo, un tejido corneal o un tejido lenticular.

En el tratamiento por la tecnica de laser de materiales se estan imponiendo cada vez mas los asf llamados sistemas laser de femtosegundos (abreviado sistema laser Fs). Esto se refiere especialmente al tratamiento de materiales que en la gama espectral visible son transparentes. Los sistemas laser Fs trabajan con rayos laser enfocados pulsados, cuya duracion de pulso es del orden de femtosegundos. Los sistemas laser Fs son especialmente apropiados para la produccion de cortes en la profundidad del material a tratar. Se entiende que el material debe ser en este caso transparente para los rayos laser. Con un enfoque correspondientemente intenso de los rayos laser, la potencia del laser se puede acoplar dentro del interior del material a tratar sin que las zonas de material atravesadas por los rayos y situados por encima del punto de enfoque sufran danos. El proceso que se produce en el punto de enfoque se define como fotodisrupcion. En el punto de enfoque se sobrepasa, debido a la radiacion altamente intensa, el umbral para la creacion de un microplasma; se produce la evaporacion de una esfera de material con un diametro de, por ejemplo, 1 pm aproximadamente. Como consecuencia, se produce una microburbuja con un diametro de, por ejemplo, 5 a 12 pm que separa el material que lo rodea y que a continuacion se difunde por completo en el entorno.

Debido al tiempo de accion extremadamente breve por pulso de femtosegundo no se puede producir una conduccion de calor (al menos ninguna de importancia) a las zonas de material del entorno. Despues de la disipacion del plasma, toda la energfa activa asf como el calor se vuelve a separar fundamentalmente por completo del lugar del foco. El proceso elemental utilizado en el tratamiento de materiales transparentes mediante rayos laser Fs se define con frecuencia tambien como rotura optica inducida por laser. El estado de la tecnica se conoce por S. Konorov et al.: “Third-harmonic generation as a local probe for on-line monitoring of femtosecond optical breakdown in transparent materials”, JOURNAL OF OPTICS. A: PURE AND APPLIED OPTICS, Bd. 5, n° 4,1. Julio 2003, paginas 362-366 y Miyagawa et al.: "Measurement and calculation of laser beam spot distortion caused by dynamic deformation of scanning mirror", OPTICAL MEMS AND THEIR APPLICATIONS CONFERENCE, 2005. IEEE/LEOS INTERNATIONAL CONFERENCE ON OULU, FINLANDIA AGOSTO 1-4, 2005, paginas 137-138. Los sistemas laser tradicionales estan dotados de elementos de desviacion apropiados (denominados normalmente escaner) que permiten un control local al menos transversal, especialmente tambien longitudinal, del punto de enfoque. Longitudinal define aqm una direccion a lo largo de la trayectoria de los rayos laser, mientras que transversal define una direccion en un plano perpendicular respecto a la misma. Una notacion habitual en el sector especializado describe el plano transversal como plano x,y y la direccion longitudinal como direccion z. Si se dispone mediante el correspondiente control de los elementos de desviacion un numero suficiente de espacios huecos creados por la descarga de plasma antes citada, por ejemplo, varios cientos o incluso varios miles, en la forma tridimensional deseada, unos al lado de otros, se produce un corte en el material a tratar. De este modo se puede crear practicamente cualquier numero de figuras de corte.

Tambien se puede entender sin mas que, por ejemplo, en caso de tratamientos oculares existan las maximas exigencias en cuanto a la precision de corte. Con esta finalidad se requiere un punto de enfoque extremadamente preciso de los rayos laser Fs y una alta intensidad punta. Se ha demostrado que durante la exploracion de los rayos laser (es decir, en caso de desplazamiento transversal y/o longitudinal del punto de enfoque en funcion de la figura de corte a conseguir), se pueden producir mermas en la capacidad de enfoque de los rayos laser. Tambien se ha comprobado que estas mermas pueden ser provocadas por deformaciones debidas a la inercia de la masa de los componentes opticos que se regulan en el transcurso del proceso de exploracion. Los breves tiempos de tratamiento que se suelen desear exigen elevadas velocidades de regulacion de los componentes de desviacion empleados para el control local transversal o longitudinal del punto de enfoque. La inercia de masa de los componentes de desviacion puede dar lugar con estas velocidades de regulacion a deformaciones no deseadas que ejercen una influencia significativa en la calidad del frente de onda de los rayos laser. Estas deformaciones han de temerse especialmente cuando los componentes de desviacion se regulan rapidamente de forma oscilante (es decir, vaiven). Asf se puede comprobar, por ejemplo, para los espejos de escaner usuales, como los que se emplean frecuentemente para el control transversal del enfoque, una deformacion nada despreciable de las superficies, especialmente en la zona de los bordes de los espejos. Estas deformaciones provocan que un frente de onda plano que incide se convierta en un frente de onda mas o menos distorsionado. Estas distorsiones empeoran la posibilidad de enfoque en el plano de tratamiento y reducen por consiguiente la precision de corte. Las distorsiones de los frentes de onda pueden tener ademas su origen en la propia fuente del laser.

La tarea de la invencion consiste en registrar mediante tecnica de medicion distorsiones de frente de onda dinamicas de los rayos laser de un sistema laser, a fin de comprobar asf la calidad de radiacion y la capacidad de enfoque de los rayos.

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Para resolver esta tarea, la invencion preve, de acuerdo con un punto de vista, un procedimiento para el examen de un sistema laser que proporciona un rayo laser enfocado y que presenta un dispositivo de desviacion controlable para el control local transversal o/y longitudinal del enfoque del rayo, comprendiendo el procedimiento:

- una orientacion del rayo laser o de un rayo parcial desviado del mismo detras del dispositivo de desviacion a un medio opticamente-no lineal para la generacion de una radiacion de frecuencia multiplicada, cuya longitud de onda corresponde a una armonica impar mayor de la longitud de onda del rayo laser,

- una activacion del dispositivo de desviacion,

- una medicion de una potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada al activar el dispositivo de desviacion.

La invencion revela la posibilidad de utilizar para el examen de la capacidad de enfoque de los rayos laser escaneados, procesos cuya eficacia depende de la intensidad de la radiacion laser aplicada. Los espectros de frecuencias no lineales cumplen este requisito. Si fuera necesario comprobar las variaciones dinamicas de la calidad de radiacion durante la exploracion transversal de los rayos laser, otro requisito consiste en que la eficacia del proceso no debe depender (o al menos no fundamentalmente) de la direccion de la radiacion laser aplicada (que puede variar en funcion de la posicion de enfoque transversal). Para ello se recomiendan procesos de multiplicacion de orden impar (tercer orden, quinto orden, septimo orden, etc.) en medios isotropicos. No obstante, dado que con un orden mas alto es necesario contar con un descenso de la eficacia de conversion, en el marco de la invencion se prefiere el proceso de triplicado.

En cambio, una mezcla de 3 ondas (duplicacion de frecuencia) en un cristal opticamente no lineal no resulta adecuada para el examen de una radiacion laser escaneada transversalmente. Una mezcla de 3 ondas como esta requiere por regla general un medio anisotropo, dependiendo la eficacia de conversion en gran medida de la direccion de los rayos (ajuste de fases). Dado que durante el escaneado la direccion de los rayos vana en mayor o menor medida, esto se superpondna y falseana el resultado de la medicion.

En el caso del triplicado de frecuencia, la intensidad de la radiacion de frecuencia triplicada (en adelante abreviado radiacion THG; Third Harmonic Generation) depende cubicamente de la intensidad de la radiacion incidente. Por consiguiente, la eficacia de este proceso depende de la intensidad maxima de la radiacion aplicada al medio no lineal que, por su parte, depende de la calidad espacial (diametro de cintura, desarrollo del frente de onda) y de la calidad temporal (tiempo del envolvente del pulso, es decir, duracion del pulso) de la radiacion. Por este motivo, siempre que sea posible excluir otros parametros de influencia, una variacion temporal en la potencia de la radiacion THG puede atribuirse a un cambio en la capacidad de enfoque de la radiacion laser aplicada. Una variacion como esta en la capacidad de enfoque puede ser causada, por ejemplo, por un cambio dinamico del desarrollo del frente de onda de la radiacion laser aplicada.

En una configuracion preferida, la senal THG medida (potencia medida de la radiacion de frecuencia triplicada) se registra como funcion del tiempo o/y como funcion de la posicion del escaner. Esto permite detectar la capacidad de enfoque del rayo laser dinamicamente, por decirlo asf, en tiempo real y sin destruir ningun objeto de prueba, como funcion de la posicion del escaner. En este caso, la posicion del escaner identifica el ajuste de los componentes de desviacion necesario para una regulacion del enfoque del rayo en una posicion transversal o/y longitudinal determinada.

Para la realizacion del examen, el medio no lineal se dispone convenientemente de manera que el rayo laser o el rayo parcial desviado del mismo se enfoque en el medio no lineal. El medio no lineal puede ser, por ejemplo, un cristal, aunque tambien es posible imaginar otros materiales como polfmeros o vidrio.

La medicion de potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada se realiza mientras que el dispositivo de desviacion esta activo, es decir, mientras el rayo laser se escanea en direccion transversal o/y longitudinal. Preferentemente, la activacion del dispositivo de desviacion comprende un ajuste oscilante de al menos un componente de desviacion del dispositivo de desviacion. El comportamiento dinamico del frente de onda de la radiacion laser puede variar segun la frecuencia de oscilacion o la carrera de oscilacion. En especial puede ser que las distorsiones del frente de onda sean mas fuertes cuanto mayor sea la frecuencia de oscilacion o cuanto mayor sea la carrera de oscilacion. Por consiguiente, la activacion del dispositivo de desviacion comprende preferiblemente una modificacion de la frecuencia de oscilacion o/y de la carrera de oscilacion del al menos un componente de desviacion. De este modo es posible detectar el comportamiento dinamico de las distorsiones del frente de onda en funcion de la frecuencia de oscilacion o/y de la carrera de oscilacion.

El dispositivo de desviacion se puede componer de varios componentes de desviacion (por ejemplo, espejo de escaner) que permiten respectivamente solo una desviacion parcial, por ejemplo, solo en una direccion. Cada uno de estos componentes de desviacion puede influir de distinta forma en la dinamica de las distorsiones del frente de onda durante el escaneado del rayo laser. Por este motivo resulta conveniente determinar no solo la influencia dinamica del dispositivo de desviacion en su totalidad en la capacidad de enfoque del rayo laser, sino tambien la influencia dinamica de cada componente de desviacion por separado. Especialmente a estos efectos la activacion del dispositivo de desviacion puede incluir una variacion de un modelo de activacion del dispositivo de desviacion, correspondiendo cada modelo de activacion a otra figura movil del enfoque del rayo. Por ejemplo, un primer modelo de activacion puede corresponder a un movimiento lineal transversal (escaneado lineal) del enfoque de rayo que solo se obtiene mediante la activacion oscilante de un primer componente de desviacion. Un segundo modelo de

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activacion puede corresponder a un escaneado lineal igualmente transversal que, sin embargo, se desarrolla perpendicularmente al escaneado lineal del primer modelo de activacion y que solo se obtiene por medio de un segundo componente de desviacion.

Un tercer modelo de desviacion puede corresponder, por ejemplo, a una trayectoria circular, para cuya realizacion se pueden activar conjuntamente los mencionados primer componente asf como segundo componente de desviacion. De este modo no solo es posible determinar la influencia individual de los componentes de desviacion en el comportamiento dinamico de la capacidad de enfoque del rayo laser, sino tambien la influencia combinada.

Se sobreentiende que el dispositivo de desviacion se puede activar alternativa o adicionalmente conforme a cualquier otra figura de escaneado. En especial estas otras figuras de escaneado pueden incluir un movimiento en z exclusivo o al menos parcial del enfoque de rayo (ajuste de enfoque longitudinal).

El procedimiento segun la invencion puede comprender ademas la indicacion de la potencia medida o/y de al menos un valor derivado de la misma en al menos un dispositivo de salida. El dispositivo de salida puede ser, por ejemplo, un monitor, un osciloscopio o una impresora. En especial, la fase de indicacion puede comprender la indicacion de un desarrollo temporal o/y de un espectro de frecuencia de la potencia medida en el dispositivo de salida. Como valor derivado de la potencia medida es posible imaginar un valor medio ponderado a traves del penodo de medicion de la potencia o/y de los valores extremos de la potencia medida (mmimos, maximos) o/y de los valores para la diferencia estandar o/y la variacion de la potencia medida en un penodo de tiempo establecido. Las amplitudes espectrales de un espectro de frecuencias determinado de la potencia medida pueden considerarse como valor derivado en el sentido de la invencion.

En la medida en la que en el marco del examen del sistema laser se analiza la influencia dinamica del dispositivo de desviacion sobre la capacidad de enfoque del rayo laser para diferentes frecuencias de oscilacion o/y diferentes carreras de oscilacion o/y diferentes modelos de activacion del dispositivo de desviacion, es aconsejable indicar la potencia medida o/y el al menos un valor derivado por separado para diferentes valores de la frecuencia o/y de la carrera o/y para diferentes modelos de una regulacion oscilante de al menos uno de los componentes de desviacion del dispositivo de desviacion.

La invencion se puede utilizar para localizar y separar componentes de desviacion que no cumplen determinados requisitos cualitativos. Para ello es ventajoso que el procedimiento comprenda un paso de comparacion de la potencia medida o/y de al menos un valor derivado de la misma con al menos un valor de referencia preestablecido.

El valor de referencia lo puede preestablecer el fabricante o el usuario o puede haber sido determinado a partir de mediciones anteriores realizadas con otros dispositivos de desviacion. El valor de referencia puede ser, por ejemplo, un valor de medicion determinado para un dispositivo de desviacion calificado como aceptable (o un componente de desviacion del mismo). Tambien es posible determinar el valor de referencia a partir de una pluralidad de valores de medicion determinados en el marco de pruebas anteriores de varios dispositivos de desviacion diferentes.

En funcion del resultado de la comparacion de la potencia medida o/y del al menos un valor derivado de la misma con el al menos un valor de referencia se puede valorar la calidad del dispositivo de desviacion examinado y ordenar, en su caso, un cambio del dispositivo de desviacion examinado o de al menos una parte de este. La comparacion la puede llevar a cabo el propio personal encargado del examen. Tambien es posible que el sistema laser este dotado de una unidad de valoracion electronica apropiada que realiza automaticamente la comparacion comunicando el resultado de la comparacion al personal encargado del examen a traves de una interfaz apropiada.

El procedimiento segun la invencion es especialmente apropiado para pruebas en serie en las que la medicion de potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada se realiza varias veces de forma paralela o sucesivamente en el tiempo con respectivamente un dispositivo de desviacion al menos parcialmente diferente. Esto permite, por ejemplo, a un fabricante comprobar individualmente los componentes de desviacion fabricados por el antes de que se entreguen al comprador.

Alternativa o adicionalmente el procedimiento segun la invencion es apropiado para un control online de la calidad del frente de onda del rayo laser, para lo que la radiacion de frecuencia multiplicada se genera a partir del rayo parcial y la medicion de potencia se realiza durante un tratamiento de un material con el rayo laser. La medicion de potencia se puede realizar de forma continua o al menos repetida en intervalos. Si los resultados de la medicion de potencia indican un empeoramiento de la calidad del frente de onda, esto puede tomarse como motivo para interrumpir el tratamiento del material o por lo menos para suspenderlo temporalmente. Se entiende que una interrupcion o suspension del tratamiento de este tipo puede ser llevada a cabo automaticamente por una unidad de control idonea del sistema laser.

• Segun otro punto de vista, la invencion preve una instalacion para el examen de un sistema laser que proporciona un rayo laser enfocado y que presenta un dispositivo de desviacion controlable para el control local transversal o/y longitudinal del enfoque del rayo. Esta instalacion puede realizar especialmente el examen del sistema laser mediante el empleo de un procedimiento del tipo antes descrito. La instalacion comprende:

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- un multiplicador de frecuencia para la generacion de radiacion de frecuencia multiplicada a partir del rayo laser o de un rayo parcial derivado del mismo detras del dispositivo de desviacion, correspondiendo la longitud de onda de la radiacion de frecuencia multiplicada a una armonica impar mayor de la longitud de onda del rayo laser,

- un dispositivo de medicion para la medicion de una potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada,

- un programa de prueba que en su ejecucion por medio de una unidad de control controlada por un programa que controla un dispositivo de desviacion, provoca un ajuste oscilante de este tipo de al menos uno de los componentes de desviacion del dispositivo de desviacion, de manera que el enfoque de rayo describa sucesivamente varias veces el mismo recorrido de movimiento.

En una variante de realizacion preferida, el programa de prueba puede provocar en su ejecucion por medio de la unidad de control que el enfoque de rayo describa el mismo recorrido de movimiento (por ejemplo, lmea, cfrculo) con una frecuencia de oscilacion variable del al menos un componente de desviacion. Alternativa o adicionalmente el programa de prueba puede provocar en su ejecucion por medio de la unidad de control que el enfoque de rayo describa sucesivamente diferentes recorridos de movimiento. Los diferentes recorridos de movimiento pueden comprender, por ejemplo, dos rectas que se desarrollan en un plano transversal de forma transversal, especialmente de forma perpendicular la una respecto a la otra. Tambien es posible que uno de los diferentes recorridos de movimiento sea una trayectoria circular que se desarrolla en un plano transversal. La invencion se define por medio de las reivindicaciones que se acompanan. La invencion se explica a continuacion mas detalladamente a la vista de los dibujos adjuntos. Estos muestran en la:

Figura 1 esquematicamente un ejemplo de realizacion de un sistema laser, asf como de un dispositivo para la comprobacion de la calidad de radiacion dinamica de los rayos laser generados por el sistema laser,

Figuras 2a, b y c figuras de escaneado para el examen de distorsiones dinamicas del frente de onda de la radiacion laser del sistema laser de la figura 1,

Figura 3 un ejemplo para un resultado de medicion posible con distintas frecuencias de escaneado.

El sistema laser mostrado en la figura 1 e identificado en general con el numero 10 presenta una fuente de laser 12 para una radiacion laser pulsada con duraciones de pulso en el rango de femtosegundos (por ejemplo, unos pocos 100 fs). La radiacion sale de la fuente de laser 12 en forma de un rayo laser 14 que se expande por medio de un sistema optico de expansion del rayo 16 formado, a modo de ejemplo, por un telescopio de Galileo, explorandose a continuacion y enfocandose por medio de una unidad de escaneado y enfoque 18. La unidad de escaneado y enfoque 18 incluye componentes no representados con mayor detalle para el control local transversal y preferiblemente tambien longitudinal del enfoque del rayo. Estos componentes comprenden, por ejemplo, un par de espejos de desviacion controlados galvanometricamente que pueden girar en dos direcciones basculantes perpendiculares una respecto a otra y que permiten un escaneado transversal del rayo laser 14. Para el escaneado longitudinal del rayo laser 14, la unidad de escaneado y enfoque 18 puede comprender, por ejemplo, una lente o un grupo de lentes ajustable en direccion de la trayectoria del rayo. Alternativamente es posible, por ejemplo, un control del enfoque longitudinal, regulandose con un ajuste de enfoque inalterado una lente del sistema optico de expansion del rayo 16, por ejemplo, mediante un movimiento lineal en direccion del rayo o mediante una variacion de la capacidad refractaria en caso de una lente con una capacidad refractaria variable.

A modo de explicacion se parte a continuacion de la base de que todos los componentes opticos necesarios para el control de enfoque transversal y longitudinal estan agrupados en la unidad de escaneado y enfoque 18. Naturalmente se entiende que estos componentes (componentes de desviacion) se pueden disponer repartidos al menos parcialmente en el interior del sistema laser 10. Especialmente las funciones de la desviacion transversal y de la desviacion longitudinal pueden dividirse en cuanto a los componentes en diferentes unidades modulares.

Para el enfoque, la unidad de escaneado y enfoque 18 puede incluir, por ejemplo, un objetivo F-Theta. El rayo laser enfocado emitido por la unidad de escaneado y enfoque 18 se identifica con el numero 14'.

Un ordenador de control 20 controlado por programa controla la fuente de laser 12, asf como la unidad de escaneado y enfoque 18 conforme a un programa de control almacenado en una memoria 22. Para el tratamiento de un material, por ejemplo, del tejido ocular humano, el programa de control representa una figura de corte a obtener. Esta figura de corte puede ser, por ejemplo, un corte de Flap como el que es necesario para la generacion de un Flap en un tratamiento LASIK del ojo humano. Otras figuras de corte a modo de ejemplo son un asf llamado corte lenticular como el que es necesario para la extraccion lenticular corneal, asf como un corte endotelial corneal como el que se requiere para una queratoplastia de endotelio en la cornea humana.

Unos ajustes mecanicos rapidos de los componentes opticos situados en la trayectoria de rayo del rayo laser 14 pueden dar lugar a deformaciones temporales de estos componentes y, como consecuencia, a distorsiones del frente de onda no deseadas de la radiacion laser. La dinamica de estas distorsiones del frente de onda es una informacion importante para el usuario del sistema laser 10. Finalmente estas distorsiones del frente de onda reducen la capacidad de enfoque del rayo laser 14, lo que puede influir negativamente en la precision de corte. Los procesos de ajuste ejecutados rapidamente, que pueden dar lugar a las mermas dinamicas mencionadas de la calidad del frente de onda, son posibles especialmente durante el escaneado del rayo laser 14. Por ejemplo, los

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espejos de escaner utilizados para el control de enfoque transversal pueden experimentar, en virtud de su inercia de masa, deformaciones temporales en los bordes de espejo cuando los espejos se mueven suficientemente rapido.

A fin de poder examinar la calidad dinamica del sistema laser 10 y especialmente de los componentes opticos que sirven para el control local de enfoque, se preve un dispositivo de prueba identificado en general con el numero 24 que, a partir del rayo laser enfocado 14' o de un rayo parcial derivado del mismo, por ejemplo, mediante un espejo divisor, genera un rayo de frecuencia multiplicada 14'' de tercer o mayor orden impar y que mide su potencia. Con esta finalidad, el dispositivo de prueba 24 comprende un medio opticamente no lineal 26 a disponer en el foco del rayo laser enfocado 14' que genera en un proceso no lineal una radiacion con la correspondiente frecuencia multiplicada del rayo laser 14. El medio no lineal 26 es isotropico para permitir una eficacia de conversion independiente de la direccion de radiacion del rayo laser enfocado 14'. Dado que el examen del sistema laser 10 se lleva a cabo con la funcion de escaneado activada, es decir, mientras se escanea el rayo laser 14 por medio de la unidad de escaneado y enfoque 18, la direccion con la que el rayo laser enfocado 14' incide en el medio no lineal 26 vana al menos durante el escaneado transversal. La isotropfa del medio no lineal 26 permite eliminar la influencia de estos cambios de direccion del rayo laser enfocado 14' en la eficacia de conversion.

Por medio de una lente convergente 28 conectada en serie al medio no lineal 26 se orienta la radiacion que sale del medio 26 a un separador de longitud de onda 30 formado por un prisma. El separador 30 separa la radiacion de onda fundamental restante (es decir, la radiacion en la longitud de onda del rayo laser 14) de la radiacion de frecuencia triplicada generada. La radiacion de onda fundamental (representada por un rayo 14''') es absorbida en una trampa de rayos 32, mientras que la radiacion de frecuencia triplicada representada por medio del rayo 14'' llega, a traves de un filtro optico 34, a un medidor de potencia 36. El medidor de potencia 36 transmite al ordenador de control 20 una senal de medicion representativa para la potencia medida del rayo de frecuencia triplicada 14''. Dicho ordenador muestra en un dispositivo de salida 38, representado aqrn a modo de ejemplo como monitor, valores (por ejemplo, el desarrollo temporal) para la potencia medida del rayo de frecuencia triplicada 14'' o/y valores de al menos un valor derivado de la potencia medida. El medidor de potencia 36 puede estar formado, por ejemplo, por un fotodiodo combinado con una esfera de Ulbricht. Las esferas de Ulbricht son en sf conocidas por el experto en la materia; las mismas permiten una medicion de la potencia independiente de la direccion de incidencia de la radiacion laser a medir.

El filtro 34 filtra eventuales lmeas secundarias perturbadoras, asf como restos de la longitud de ondas fundamentales de la radiacion de frecuencia triplicada. Otra lente convergente 40 conectada en serie con el separador de longitud de onda 30 converge las distintas partes de la radiacion y la conduce a la trampa de rayos 32 (para la radiacion de ondas fundamentales) o al medidor de potencia 36 (para la radiacion de frecuencia triplicada).

Los componentes 26, 28, 30, 32, 34, 36, 40 se pueden agrupar como unidad de construccion en una carcasa comun (no representada en detalle), lo que simplifica especialmente el manejo del dispositivo de prueba 24 y el examen del sistema laser 10.

Para la realizacion de un examen del sistema laser 10 mediante el dispositivo de prueba 24, el ordenador de control 20 controla la unidad de escaneado y enfoque 18 de manera que el rayo laser 14' enfocado en el medio no lineal 26 describa al menos una figura de escaneado predeterminada. Convenientemente el control se lleva a cabo de manera que el rayo laser 14' describa sucesivamente varias figuras de escaneado diferentes. Con esta finalidad se almacena o se puede almacenar en la memoria 22 un programa de prueba que contiene instrucciones de control adecuadas para generar esta(s) figura (s) de escaneado.

Para figuras de escaneado posibles se hace referencia adicionalmente a las figuras 2a a 2c. En estas figuras el medio no lineal 26 se representa esquematicamente como cuerpo en forma de disco. Se entiende que esto no supone ninguna limitacion y que en su lugar se puede emplear cualquier forma ffsica para el medio no lineal 26.

En las figuras 2a a 2c se muestran tambien espejos de escaner 42, 44 con sus respectivos ejes de accionamiento que forman un par de espejos que sirve para el control de enfoque transversal y que se pueden emplear en la unidad de escaneado y enfoque 18 del sistema laser 10.

Segun la figura 2a, una primera figura de escaneado se compone de una lmea de escaneado recta 46 que se puede realizar mediante la inclinacion oscilante de vaiven de uno de los dos espejos de escaneado, aqrn del espejo 42. El otro espejo de escaner 44 se mantiene quieto en esta figura; de esta forma se puede analizar la influencia dinamica del espejo de escaner 42 sobre la capacidad de enfoque del rayo laser 14.

Segun la figura 2b una segunda figura de escaneado consiste del mismo modo en una lmea recta 48 que se desarrolla sin embargo perpendicular a la lmea de escaneado 46 de la figura 2a y que se consigue con la simple inclinacion de vaiven del espejo de escaner 44. En este caso el espejo de escaner 42 se mantiene quieto. Esto permite un examen de la influencia dinamica del espejo de escaner 44 en la calidad de radiacion del rayo laser enfocado 14'.

Segun la figura 2c, mediante la inclinacion de vaiven simultanea de ambos espejos de escaner 42, 44 puede realizarse una trayectoria circular 50 como figura de escaneado. Dado que los dos espejos de escaner 42, 44 se mueven a menudo simultaneamente en aplicaciones practicas, este examen es util para analizar conjuntamente la influencia dinamica de ambos espejos de escaner 42, 44 sobre la calidad de radiacion.

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El programa de prueba para el ordenador de control 20 puede provocar no solo una realizacion de diferentes figuras de escaneado (como las que se muestran a modo de ejemplo en las figuras 2a a 2c). El mismo se puede configurar alternativa o adicionalmente para realizar al menos una figura de escaneado con una frecuencia de oscilacion variable o/y una carrera de oscilacion variable del(de los) componente(s) de desviacion en cuestion. Una carrera de oscilacion variable puede provocar, por ejemplo, en el caso de la figura 2a, una reduccion o una prolongacion de la lmea de escaneado 46. En el caso de la figura 2c, una variacion como esta puede provocar una reduccion o un aumento del diametro de la trayectoria circular 50 (siempre que la carrera de oscilacion de ambos espejos de escaner 42, 44 se ajuste del mismo modo) o una distorsion de la trayectoria circular 50 en una trayectoria elfptica (en caso de una variacion desigual de la carrera de oscilacion de los espejos de escaner 42, 44).

Una variacion de la frecuencia de oscilacion provoca, en cambio, que la figura de escaneado en cuestion pase con mayor o menor rapidez.

Los valores de medicion obtenidos por medio del medidor de potencia 36 pueden almacenarse en la memoria 22, en su caso, junto con los eventuales valores derivados calculados a partir de los mismos por el ordenador de control 20. La indicacion en el dispositivo de salida 38 puede llevarse a cabo posteriormente despues de haber realizado una serie de mediciones. Sin embargo, tambien es posible imaginar indicar los valores de potencia medidos, por decirlo asf, en tiempo real en el dispositivo de salida 38, por ejemplo, en forma de oscilograma. Un oscilograma como este muestra el desarrollo temporal de la potencia medida durante uno o varios penodos de oscilacion. Por medio de las fluctuaciones de la potencia durante un penodo de oscilacion es posible obtener informacion relativa a la dimension de las distorsiones del frente de onda provocadas por la inercia condicionada por la masa del(de los) componente(s) de desviacion en cuestion.

Alternativa o adicionalmente a un oscilograma como este es posible una imagen de indicacion como la que se muestra en la figura 3. Los valores numericos aqrn mostrados se basan en mediciones que se han determinado en una exploracion circular similar a la figura 2 con una variacion de la frecuencia de oscilacion de los espejos de escaner utilizados de entre 50 y 900 Hz y con una potencia del rayo laser de 132,5 mW. A la ordenada del diagrama de la figura 3 se aplica la potencia Pthg de la radiacion de frecuencia triplicada en jW. Los sfmbolos marcados representan respectivamente la potencia media durante una exploracion circular de un minuto con la frecuencia en cuestion (cuadrado relleno en negro), asf como la diferencia estandar de la potencia medida con la frecuencia en cuestion (lmea vertical con rayas transversales horizontales). Se puede reconocer que la potencia media de la radiacion de frecuencia triplicada disminuye al aumentar la frecuencia de escaneado. Al mismo tiempo, la diferencia estandar de la potencia medida aumenta con una frecuencia de exploracion cada vez mayor. Esto se puede explicar por el hecho de que las deformaciones en los puntos de inversion de la oscilacion de espejo son mayores cuanto mayor sea la frecuencia de escaneado. Por este motivo, la dependencia de la frecuencia de la potencia permite sacar conclusiones acerca de la calidad de los espejos de escaner utilizados. Si en un espejo de escaner medido o en un par de espejos de escaner medido, la cafda de potencia hacia frecuencias mas altas es mas fuerte que para un espejo de referencia o un par de espejos de referencia valorado debidamente, el usuario lo puede considerar como motivo para cambiar el espejo o el par de espejos y desecharlos por inadecuados. Lo mismo ocurre en el caso de comprobaciones del desarrollo temporal de la potencia durante un penodo de oscilacion. Tambien aqrn un analisis del desarrollo temporal y una comparacion con datos de referencia apropiados puede proporcionar informacion sobre la calidad mecanica de los componentes de desviacion comprobados.

Ya se ha mencionado que el rayo de frecuencia multiplicada 14'' se puede generar a partir de un rayo parcial que se desvfa del rayo laser 14'. Es decir, no es necesario recurrir a todo el rayo laser 14' para analizar la calidad de radiacion del sistema laser 10; en su lugar basta con desacoplar una parte (por ejemplo, aproximadamente de un 5 a un 10%) del rayo laser 14', por ejemplo, por medio de un espejo divisor no representado con mayor detalle en los dibujos. Para que el rayo parcial pueda utilizarse para el examen del efecto de los movimientos a alta velocidad de los componentes de desviacion en la calidad del frente de onda, este se desvfa en direccion del rayo hacia los componentes de la unidad de escaneado y enfoque 18 que provocan la funcion de escaneado, no obstante, convenientemente delante de los componentes de enfoque de la unidad 18. Para un enfoque del rayo parcial desviado en el medio no lineal 26 puede preverse una lente de enfoque separada que tampoco se representa mas detalladamente en los dibujos. Con una configuracion de este tipo son posibles examenes online del sistema laser 24, es decir, la calidad de radiacion se puede comprobar directamente durante el tratamiento de un material con el rayo laser 14' (rayo principal) por medio del rayo parcial.

Claims (7)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para el examen de un sistema laser que proporciona un rayo laser enfocado (14') y un dispositivo de desviacion controlable (18) para el control local transversal o/y longitudinal del enfoque de rayo, comprendiendo el procedimiento:

   - una orientacion del rayo laser o de un rayo parcial desviado del mismo detras del dispositivo de desviacion a un medio opticamente no lineal (26) para la generacion de una radiacion de frecuencia multiplicada (14''), cuya longitud de onda corresponde a una armonica impar mayor de la longitud de onda del rayo laser, enfocandose el rayo laser (14') o el rayo parcial en el medio no lineal (26),

   - una activacion del dispositivo de desviacion, comprendiendo la activacion del dispositivo de desviacion un ajuste oscilante de al menos uno de los componentes de desviacion (42, 44) del dispositivo de desviacion y ademas una variacion de la frecuencia de oscilacion o/y de la carrera de oscilacion del al menos un componente de desviacion (42, 44) y/o una variacion de un modelo de activacion del dispositivo de desviacion, correspondiendo cada modelo de activacion a otra figura de movimiento del foco del rayo,

   - una medicion de una potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada al activar el dispositivo de desviacion, y

   - una indicacion de un desarrollo temporal o/y de un espectro de frecuencias de la potencia medida en un dispositivo de salida (38).
2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1 que comprende la indicacion de la potencia medida o/y del al menos un valor derivado por separado para diferentes valores de la frecuencia o/y de la carrera o/y para diferentes modelos de un ajuste oscilante de al menos uno de los componentes de desviacion (42, 44) del dispositivo de desviacion (18).
3. 3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 2 que comprende ademas la comparacion de la potencia medida o/y de al menos un valor derivado de la misma con al menos un valor de referencia predeterminado.
4. 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende una realizacion repetida de la medicion de potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada, cambiandose entre las mediciones respectivamente al menos un componente de desviacion (42, 44) del dispositivo de desviacion (18).
5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, generandose la radiacion de frecuencia multiplicada a partir del rayo parcial y realizandose la medicion de potencia durante un tratamiento de un material con el rayo laser.
6. 6. Dispositivo para el examen de un sistema laser (10) que proporciona un rayo laser enfocado (14') y que presenta un dispositivo de desviacion controlable (18) para el control local transversal o/y longitudinal del foco del rayo, comprendiendo el dispositivo:

   - un multiplicador de frecuencia (26) para la generacion de radiacion de frecuencia multiplicada (14'') a partir del rayo laser o de un rayo parcial derivado del mismo detras del dispositivo de desviacion, correspondiendo la longitud de onda de la radiacion de frecuencia multiplicada a una armonica impar mayor de la longitud de onda del rayo laser, comprendiendo el multiplicador de frecuencia un medio opticamente no lineal en el que se enfoca el rayo laser o el rayo parcial,

   - un dispositivo de medicion (36) para la medicion de una potencia de la radiacion de frecuencia multiplicada,

   - un programa de prueba que en su ejecucion por medio de una unidad de control (20) controlada por un programa que controla el dispositivo de desviacion, provoca un ajuste oscilante de este tipo de al menos uno de los componentes de desviacion (42, 44) del dispositivo de desviacion, describiendo el enfoque de rayo sucesivamente varias veces el mismo recorrido de movimiento con una frecuencia de oscilacion variable del al menos un componente de desviacion (42, 44) y/o diferentes recorridos de movimiento sucesivos,

   - un dispositivo de salida para indicar en el mismo un desarrollo temporal o/y un espectro de frecuencias de la potencia medida.
7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 6, comprendiendo los recorridos de movimiento diferentes dos rectas (46, 48) que se desarrollan en un plano transversal transversalmente, especialmente de forma perpendicular los unos respecto a los otros o/y siendo uno de los recorridos de movimiento diferentes una trayectoria circular (50) que se desarrolla en un plano transversal.