WO2009019006A2 - Device and method for reducing speckle in the field of laser applications - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device for improving the laser beam quality for machining applications, comprising a laser (1) having an asymmetrical beam profile, comprising a first, short beam axis (20), a second, long beam axis (30), wherein the laser (1) comprises at least one optical element (10) and/or one resonator mirror (11) having a cylindrical mirror surface (13) for reducing spatial coherence and/or increasing the divergence in the short beam axis.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Specklereduktion im Bereich derApparatus and method for reducing speckling in the field of
Laseranwendungenlaser applications
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren im Bereich der Laseranwendungen zur Reduzierung von Speckle.The invention relates to an apparatus and a method in the field of laser applications for reducing speckle.
Bei der Verwendung eines Laserstrahls in der Lithographie, der Mikrobearbeitung und insbesondere der refraktiven Chirurgie ist ein Auftreten von Speckies in derWhen using a laser beam in lithography, micromachining and, in particular, refractive surgery, an occurrence of speckles in the
Bearbeitungsebene unerwünscht. Das Specklemuster des Laserstrahls bildet sich auf der Bearbeitungsebene ab und führt zu Ungenauigkeiten. Zur Vermeidung von Speckies und der dai^it verbundenen Erzeugung eines glatten Strβhlprofils sind folgende Lösungswege bekannt.Processing level undesirable. The speckle pattern of the laser beam is formed on the working plane and leads to inaccuracies. To avoid speckles and the associated production of a smooth Strkahlprofils following solutions are known.
„The Laser Guidbook" (Autor: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw- HiIl Ins., ISBN: 0071359672) beschreibt einen Einsatz von sphärischen HR stabilen Resonatoren um die Kohärenz zu verringern, die Divergenzen zu erhöhen und damit Speckies zu vermeiden. Viele Moden und schlechte Strahleigenschaften sind die Folge. Ein weiterer Nachteil ist die fehlende Anpassung der Strahlachsen zueinander und die damit verbundene verschiedene Divergenz und Kohärenz in den Achsen. Außerdem können sich Pulsform und Pulsdauer bei dieser Lösung ändern."The Laser Guidbook" (Author: Jeff Hecht, Copy Rights: McGraw-HiIl Ins., ISBN: 0071359672) describes a use of spherical HR stable resonators to reduce coherence, increase divergences and thus avoid speckles Another disadvantage is the lack of adjustment of the beam axes to each other and the associated different divergence and coherence in the axes. In addition, pulse shape and pulse duration can change in this solution.
In WO 2004021529 Al wird ein Resonator beschrieben, welcher sphärische und asphärische hemisphärische Spiegel verwendet um die Divergenz und Kohärenz des Strahls anzugleichen. Weiterhin wird hierin beschrieben, dass Diffusoren, welche auf oder zwischen den Spiegeln angebracht sind und nur in der kritischen Achse wirken, das Problem lösen können.WO 2004021529 A1 describes a resonator which uses spherical and aspherical hemispherical mirrors to equalize the divergence and coherence of the beam. Furthermore, it is described herein that diffusers mounted on or between the mirrors and acting only in the critical axis can solve the problem.
In WO 1996016455 Al sind unstabile Resonatoren mit konvexer zylindrischer Spiegelfläche beschrieben welche die Divergenz und damit Kohärenz achsenabhängig verändern. Die Kohärenz wird vergrößert und die Divergenz verringert. Weiterhin wird die Möglichkeit beschrieben diesen Effekt durch im Resonator liegende zylinderförmige Linsen zu erreichen.In WO 1996016455 Al unstable resonators are described with convex cylindrical mirror surface which change the divergence and thus coherence axis-dependent. The coherence is increased and the divergence is reduced. Continue described the possibility of achieving this effect by lying in the resonator cylindrical lenses.
In US 5946337 ist ein unstabiler Resonator mit divergierend (konvexer) reflektierender zylindrischer Spiegelfläche und dispersivem Wellenlängenselektor beschrieben um einen Strahl mit geringer Bandbreite und dennoch hoher Energieausbeute zu erlangen. Eine geringe Bandbreite führt zu einer Erhöhung der zeitlichen Kohärenz.In US 5946337 an unstable resonator with diverging (convex) reflective cylindrical mirror surface and dispersive wavelength selector is described to obtain a beam with low bandwidth and yet high energy yield. Low bandwidth leads to an increase in temporal coherence.
In DE 4225781 ist ein unstabiler Resonator mit zylindrischen Spiegeln beschrieben mit welchem eine Divergenzanpassung erfolgen kann. Die Kohärenz wird vergrößert und die Divergenz verringert.In DE 4225781 an unstable resonator with cylindrical mirrors is described with which a Divergenzanpassung can be done. The coherence is increased and the divergence is reduced.
Die bekannten Vorrichtungen vermögen es nicht, die auftretenden Speckle in der Bearbeitungsebene zu reduzieren, ohne dabei Energieverluste, Pulsdaueränderungen oder Pulsformänderungen hinnehmen zu müssen.The known devices are not able to reduce the speckle occurring in the working plane, without having to accept energy losses, pulse duration changes or pulse shape changes.
Aufgabe der Erfindung ist es den Speckle-Effekt in der Bearbeitungsebene zu Reduzieren und ein glattes Strahlprofil bereitzustellen.The object of the invention is to reduce the speckle effect in the working plane and to provide a smooth beam profile.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.The present invention solves this problem by the device according to the invention and the method according to the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verbesserung der Laserstrahlqualität für Laseranwendungen bereitgestellt, umfassend einen Laser (1) mit einem asymmetrischem Strahlprofil und einer ersten, kurzen Strahlachse (20) und einer zweiten, langen Strahlachse (30) und einer Strahlausbreitungsachse (35) und einemAccording to a first aspect of the present invention there is provided a laser beam quality improvement apparatus for laser applications, comprising a laser (1) having an asymmetric beam profile and a first, short beam axis (20) and a second, long beam axis (30) and a beam propagation axis ( 35) and one
Resonator (60), wobei der Laser (1) mindestens ein optisches Element (10) und einen Resonatorspiegel (11) mit zylindrischer Spiegelfläche (13), zur Reduzierung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz, insbesondere in der kurzen, d.h. in der Regel kohärenten Strahlachse umfasst.Resonator (60), wherein the laser (1) at least one optical element (10) and a resonator mirror (11) with cylindrical mirror surface (13), for reducing the spatial coherence and / or increasing the divergence, in particular in the short, ie generally coherent beam axis comprises.
Als Laser bezeichnet man bevorzugt Quellen, welche kohärente, kaum divergente Elektromagnetische Strahlung aussenden.Laser is preferably referred to as sources which emit coherent, hardly divergent electromagnetic radiation.
Erfindungsgemäß werden bevorzugt Gaslaser, besonders bevorzugt Entladungslaser jeglicher Art verwendet. Als Gaslaser wird am meisten bevorzugt der Excimerlaser eingesetzt.Gas lasers, particularly preferably discharge lasers of any kind, are preferably used according to the invention. The gas laser most preferably used is the excimer laser.
Laseranwendungen sind bevorzugt abtragende oder belichtende Laseranwendung. Darunter versteht man bevorzugt Anwendungen, welche bevorzugt durch gepulste Strahlabgabe mit Material in einer Bearbeitungsebene wechselwirken, besonders bevorzugt Material abtragen. Bevorzugt geschieht dies in einem Punkt (Spot). Bevorzugt werden neben punktförmig fokussierten Strahlen (Spots) auch großflächige, homogenisierte Strahlen in der Bearbeitungsebene verstanden. Das entstandene Profil in der Bearbeitungsebene nennt man Abtragsprofil.Laser applications are preferably ablative or exposing laser application. This is preferably understood to mean applications which preferably interact with material in a working plane by means of pulsed jet delivery, more preferably removing material. This is preferably done in one point (spot). In addition to punctiformly focused beams (spots), large-area, homogenized beams in the working plane are also preferably understood. The resulting profile in the working plane is called the removal profile.
Ein Abtragsprofil kann bevorzugt durch die bekannten Verfahren des Spotscannings besonders bevorzugt durchAn Abtragsprofil can preferably by the known methods of Spotscannings particularly preferred by
Verfahren mit variablen Blenden, am meisten bevorzugt auch durch Maskenbelichtungsverfahren erzeugt werden.Variable aperture processes, most preferably also produced by mask exposure techniques.
Als Entfernen von Material bezeichnet man bevorzugt das Verdampfen oder Ablatieren von Material in diesem Punkt bzw.As removal of material is preferably called the evaporation or Ablatieren of material in this point or
Spot. Durch das örtliche nebeneinander setzen von bevorzugt punktuellen Eingriffen, wird bevorzugt eine bearbeiteteSpot. By the local juxtaposition of preferably punctual interventions, is preferably a machined
Fläche geschaffen. Bevorzugt bildet sich dasArea created. Preferably, this forms
Querschnittsprofil des Spots am Eingriffspunkt aus. Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein gaußförmiges, glattesCross-sectional profile of the spot at the point of engagement. According to the invention, preference is given to a Gaussian, smooth
Querschnittsprofil des Spots. Es können auch plateauförmigeCross-sectional profile of the spot. It can also plateau-shaped
Querschnittsprofile des Spots, je nach Anwendung, bevorzugt werden. Laser-Lithografie, besonders bevorzugt die Laser- Mikrobearbeitung, am meisten bevorzugt die refraktive Chirurgie oder eine andere Laserbehandlungsart sind Beispiele für abtragende Laseranwendungen.Cross-sectional profiles of the spot, depending on the application, preferred become. Laser lithography, most preferably laser micromachining, most preferably refractive surgery or other type of laser treatment are examples of ablative laser applications.
Die Laserstrahlqualität wird bei dieser Erfindung im Laserspot definiert. Der Laserspot ist der Punkt, an dem der gebündelte Laserstrahl auf die Bearbeitungsebene trifft und seine Wirkung entfaltet, d.h. Material abträgt. Als Bearbeitungsebene wird die Ebene verstanden, in welcher der Laserstrahl im Rahmen der Laseranwendung in Wechselwirkung mit Materie tritt. Ist im Profilschnitt durch den Spot das Profil des Laserstrahls, gleich dem Profil des theoretisch gewünschten Strahls, ist die Laserstrahlσualität gut = Erfindungsgemäß wird ein gaußförmiger Profilschnitt im Spot bevorzugt. Auch Top-Hat oder Andere Verteilungen werden bevorzugt verwendet.The laser beam quality is defined in the laser spot in this invention. The laser spot is the point where the collimated laser beam hits the working plane and exerts its effect, i. Material removes. The working plane is understood to be the plane in which the laser beam interacts with matter during the laser application. Is in the profile section through the spot the profile of the laser beam, equal to the profile of the theoretically desired beam, the Laserstrahlσualität is good = According to the invention, a Gaussian profile section in the spot is preferred. Top hat or other distributions are also preferred.
Als lange Strahlachse wird bevorzugt die Richtung von Elektrode zu Elektrode bezeichnet. Entlang dieser Achse verläuft bevorzugt die Entladung bei entladungsgepumpten Gaslasern. Das Strahlprofil in dieser Richtung ist bevorzugt top-hat-förmig. Die Anzahl an Transversalmoden in dieser Richtung ist groß, abhängig vom Elektrodenabstand. Die Kohäre.nzlänge ist entsprechend gering und meist unkritisch in Bezug auf die Interferenzwirkung an mikrooptischen Elementen (z.B. Beamshapern) . Die Divergenz ist entsprechend groß.The long beam axis is preferably the direction from electrode to electrode. Along this axis, the discharge preferably proceeds in the case of discharge-pumped gas lasers. The beam profile in this direction is preferably top hat-shaped. The number of transverse modes in this direction is large depending on the electrode gap. The coherence length is correspondingly low and usually uncritical with regard to the interference effect on microoptical elements (for example beam guides). The divergence is correspondingly large.
Die kurze Strahlachse steht im rechten Winkel auf der langen Strahlachse. Entsprechend der Ausbreitung der Entladung, bei entladungsgepumpten Lasern, ist das Strahlprofil in dieser Richtung bevorzugt gaußförmig. Die Anregung konzentriert sich entsprechend der Gausverteilung der Entladungsanregung auf das Zentrum der Entladung. Die Ausbildung von Transversalmoden in dieser Richtung ist entsprechend eingeschränkt und deren Anzahl geringer. Daraus resultiert eine größere Kohärenzlänge in dieser Richtung, welche sich kritisch auf die Interferenzwirkung bei Verwendung von mikrooptischen Elementen auswirkt. Die Divergenz ist entsprechend geringer in dieser Richtung.The short beam axis is at right angles to the long beam axis. In accordance with the propagation of the discharge, in the case of discharge-pumped lasers, the beam profile in this direction is preferably Gaussian. The excitation concentrates on the center of the discharge according to the distribution of the discharge excitation Gauss. The formation of transversal modes in this direction is correspondingly limited and their number is lower. This results in a greater coherence length in this direction, which is has a critical effect on the interference effect when using micro-optical elements. The divergence is correspondingly lower in this direction.
Kurze und lange Strahlachse bilden sich bevorzugt in ihren Eigenschaften in Zusammenwirkung mit mikrooptischen Bauelementen in die Bearbeitungsebene ab. Die Interferenzwirkung und damit Speckle-Bildung tritt vorzugsweise in der kritischen kurzen Strahlachse zu Tage. Die kurze Strahlachse ist damit beim Vergleich mit der langen Strahlachse in der Regel die kohärentere Strahlachse.Short and long beam axes are preferably formed in their properties in cooperation with micro-optical components in the working plane. The interference effect and thus speckle formation preferably occurs in the critical short beam axis. The short beam axis is therefore usually the more coherent beam axis when compared to the long beam axis.
Kurze und lange Strahlachse werden außerdem bevorzugt zur Orientierung auf der Bearbeitungsebene verwendet. Besonders bevorzugt spannen sie als Koordinatenachsen die Bearbeitungsebene auf. Als Bearbeitungsebene wird beispielsweise auch die konvex gewölbte Cornea bezeichnet.Short and long beam axes are also preferably used for orientation on the working plane. Particularly preferably, they span the working plane as coordinate axes. As a working plane, for example, the convex cornea is called.
Die Strahlausbreitungsachse ist bevorzugt die Achse, entlang der sich der Laserstrahl ausbreitet. DieThe beam propagation axis is preferably the axis along which the laser beam propagates. The
Strahlausbreitungsachse steht bevorzugt senkrecht auf der kurzen und langen Strahlachse.Beam propagation axis is preferably perpendicular to the short and long beam axis.
Der Resonator des Lasers ist ein optischer Resonator, welcher dazu dient, emittiertes Licht möglichst oft hin und her zu reflektieren. Aufgrund von Interferenz bildet sich im Resonator dann eine stehende Welle, wenn die optische Weglänge des Resonators ein Vielfaches der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts beträgt. Erfindungsgemäß werden bevorzugt stabile Resonatoren verwendet.The resonator of the laser is an optical resonator, which serves to reflect emitted light as often as possible back and forth. Due to interference, a standing wave then forms in the resonator when the optical path length of the resonator is a multiple of the wavelength of the incident light. According to the invention, stable resonators are preferably used.
Besonders bevorzugt finden in dieser Erfindung Laser mit asymmetrischem Strahlprofil Anwendung. Das Strahlprofil bildet sich bevorzugt abhängig von den Materialeigenschaften des bearbeiteten Materials auch im Abtragsprofil ab.Particularly preferred in this invention apply laser with asymmetric beam profile application. The beam profile preferably also forms in the removal profile, depending on the material properties of the material being processed.
Entsprechend der Definition von langer und kurzer Strahlachse ist das Strahlprofil als asymmetrisch anzusehen, wenn die Strahlform (Energie- Leistungsverteilung über die Fläche) in beide Richtungen unterschiedlich ist. Daraus resultieren bevorzugt unterschiedliche Eigenschaften des Strahls, wie Kohärenz und Divergenz, entlang dieser Strahlrichtungen. Ein Strahlprofil ist asymmetrisch, wenn Strahlform, Kohärenz und die daraus resultierende Divergenz sich bevorzugt in den Strahlachsen der Bearbeitungsebenen unterscheiden.According to the definition of long and short beam axis, the beam profile is considered to be asymmetric if the Beam shape (energy-power distribution over the surface) is different in both directions. This results in preferably different properties of the beam, such as coherence and divergence, along these beam directions. A beam profile is asymmetric if beam shape, coherence and the resulting divergence preferably differ in the beam axes of the machining planes.
Ein optisches Element ist bevorzugt ein Element, welches mindestens einen elektromagnetischen Strahl bevorzugt spiegelt, besonders bevorzugt bricht, am meisten bevorzugt Phase oder Amplitude des Strahls beeinflusst.An optical element is preferably an element which preferably reflects at least one electromagnetic beam, particularly preferably breaks, most preferably influences the phase or amplitude of the beam.
Unter Abbildungsoptik wird bevorzugt eine Optik verstanden,- mit welcher der Strahl, bevorzugt im Zuge einerBy imaging optics is preferably understood optics, - with which the beam, preferably in the course of a
Strahlformung, auf die Bearbeitungsebene abgebildet wird um bevorzugt eine vorbestimmte Form und Größe der Intensitätsverteilung zu erhalten.Beam shaping is imaged on the processing plane to preferably a predetermined shape and size of the intensity distribution to obtain.
Unter räumlicher Kohärenz versteht man die Fähigkeit einer Lichtquelle, an zwei verschiedenen Orten, aber zum jeweils selben Zeitpunkt stationäre Interferenzerscheinungen hervorzurufen. Es ist die Aussage der Korrelation der Phase des Signals an räumlich getrennten Punkten zur gleichen Zeit.Spatial coherence refers to the ability of a light source to produce stationary interference phenomena at two different locations, but at the same time. It is the statement of the correlation of the phase of the signal at spatially separated points at the same time.
Unter zeitlicher Kohärenz versteht man die Fähigkeit einer Lichtquelle, an einem festen Ort mit Licht, das zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten die Lichtquelle verlassen hat, noch stationäre Interferenzerscheinungen hervorzurufen. Es ist die Aussage der Korrelation der Phase des Signals zu verschiedenen Zeitpunkten am gleichen Ort.Time coherence refers to the ability of a light source to still produce stationary interference phenomena at a fixed location with light that has left the light source at two different times. It is the statement of the correlation of the phase of the signal at different times in the same place.
Als Divergenz bezeichnet man die Eigenschaft eines Strahlenbündels, welches von ein einem Zentrum, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, auseinander läuft. Als Divergenzwinkel wird der Winkel bezeichnet, der durch das Geradenpaar gebildet wird, das asymptotisch die Einhüllende der zunehmenden Strahlabmessung darstellt.Divergence is the property of a beam that diverges from a center perpendicular to the propagation direction. The angle of divergence is the angle that passes through the pair of straight lines which asymptotically represents the envelope of the increasing beam dimension.
Als Resonatorspiegel wird bevorzugt einer der beiden äußersten Spiegel in einem Resonator bezeichnet, welche das aktive Medium (Verstärkungsmedium) mit zueinander gerichteten Spiegelflächen umschließen. Dieser Resonatorspiegel ist bevorzugt ein HR-Spiegel auf der Nichtauskopplungsseite, besonders bevorzugt ein OC-Spiegel auf der Auskopplungsseite des Resonators. Der hoch reflektierende Spiegel hat bevorzugt einen möglichst hohen Reflexionsgrad.The resonator mirror is preferably one of the two outermost mirrors in a resonator, which enclose the active medium (gain medium) with mutually directed mirror surfaces. This resonator mirror is preferably an HR mirror on the non-outcoupling side, particularly preferably an OC mirror on the outcoupling side of the resonator. The highly reflective mirror preferably has the highest possible degree of reflection.
Bevorzugt stehen sich die Resonatorspiegel mit den Spiegelflächen parallel gegenüber. Dabei weist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen bevorzugt folgende Konfigurationen auf (dabei wird die Form des Resonatorspiegels auf der Auskopplungsseite zuerst genannt und dann die Form des Resonatorspiegels auf der nicht Auskopplungsseite): konkav-plan, plan-konkav, konkav-konkav.The resonator mirrors are preferably parallel to the mirror surfaces. In various embodiments, the invention preferably has the following configurations (the form of the resonator mirror on the outcoupling side being called first, and then the shape of the resonator mirror on the noncoupling side): concave-plane, plano-concave, concave-concave.
Die Spiegelfläche des konkaven Resonatorspiegels ist dabei bevorzugt zylindrisch. Die konkave Spiegelfläche ist bevorzugt ein Segment eines Zylinders. Der Krümmungsradius der zylindrischen Innenfläche ist bevorzugt 1 mm bis 1000 m, besonders bevorzugt 50mm bis 200m, am meisten bevorzugt Im bis 10m. Bevorzugt ist der bestmöglichste angepasste Krümmungsradius abhängig von der Resonatorlänge, der Kohärenz und der Größe der Einzelelemente eines mikrooptischen Bauelements.The mirror surface of the concave resonator mirror is preferably cylindrical. The concave mirror surface is preferably a segment of a cylinder. The radius of curvature of the cylindrical inner surface is preferably 1 mm to 1000 m, more preferably 50 mm to 200 m, most preferably 10 m to 10 m. The best possible adjusted radius of curvature is preferably dependent on the resonator length, the coherence and the size of the individual elements of a microoptical component.
Optische Elemente sind außerdem bevorzugt beugende Elemente wie Gitter oder brechend wirkende Elemente wie Linsen, welche die räumliche Kohärenz beeinflussen können. Besonders bevorzugt können Stufenstrukturen die Strahlen zeitlich zueinander verschieben und so die zeitliche Kohärenz verringern. Damit kann bevorzugt die Interferenzwirkung an mikrooptischen Elementen verringert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die zylindrische Spiegelfläche (13) des konkaven Resonatorspiegels (11) so angeordnet, dass die gekrümmte Achse des Spiegels senkrecht zur langen Strahlachse (30) und/oder senkrecht zur Strahlausbreitungsachse (35) des Lasers (1) liegt.Optical elements are also preferably diffractive elements such as gratings or refractive elements such as lenses, which may affect spatial coherence. Particularly preferably, step structures can shift the beams temporally relative to one another and thus reduce the temporal coherence. Thus, the interference effect on micro-optical elements can preferably be reduced. In a further preferred embodiment, the cylindrical mirror surface (13) of the concave resonator mirror (11) is arranged so that the curved axis of the mirror is perpendicular to the long beam axis (30) and / or perpendicular to the beam propagation axis (35) of the laser (1) ,
Als gekrümmte Achse des Spiegels wird die Mittelpunktsachse des imaginären Zylinders bezeichnet.The curved axis of the mirror is the center axis of the imaginary cylinder.
Durch die bevorzugte Anordnung dieser Krümmungsrichtung senkrecht zur langen Strahlachse, d.h. entlang der kurzen, in der Regel kohärenteren Strahlachse und senkrecht zur Strahlausbreitungsachse wird die Kohärenz der kohärenten, kurzen Achse verringert und die Divergenz in dieser Richtung vergrößert. Die Energieausbeute bleibt gleich, da trotz Fokussierung durch die gaußförmige Anregungsverteilung in der kurzen Achse genügend Emission entsteht. Aus dem gleichen Grund bleibt auch die Pulsdauer und Form erhalten.By the preferred arrangement of this direction of curvature perpendicular to the long beam axis, i. along the short, usually more coherent beam axis and perpendicular to the beam propagation axis, the coherence of the coherent short axis is reduced and the divergence in that direction is increased. The energy yield remains the same, because despite the focusing by the Gaussian excitation distribution in the short axis sufficient emission is produced. For the same reason, the pulse duration and shape are retained.
Bei einem bevorzugt stabilen Resonator nimmt bevorzugt mit zunehmender Krümmung des konkaven Spiegels die Divergenz des Strahls außerhalb des Resonators zu. Das ist besonders bevorzugt bei zylinderförmigen Spiegeln in Krümmungsrichtung der Fall. Die Zunahme der Divergenz ist gleich bedeutend mit einer Verringerung der räumlichen Kohärenz.In a preferably stable resonator, the divergence of the beam outside the resonator preferably increases with increasing curvature of the concave mirror. This is particularly preferred in the case of cylindrical mirrors in the direction of curvature. The increase in divergence is equivalent to a reduction in spatial coherence.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Laser (1) ein Excimerlaser.In a preferred embodiment, the laser (1) is an excimer laser.
Der Excimerlaser ist ein ultravioletter Gaslaser, dessen Resonator mit Gas gefüllt ist. Bevorzugt kommt der Excimerlaser erfindungsgemäß zum Einsatz, da er ein assymetrisches Strahlprofil bereitstellt. Die verwendeten Gase im Resonator sind bevorzugt Fe2 oder Xe oder ArF oder KrF oder XeBr oder XeCl oder XeF. Bevorzugt stellt der Excimerlaser hohe UV Pulsenergien zur Verfügung.The excimer laser is an ultraviolet gas laser whose resonator is filled with gas. The excimer laser is preferably used according to the invention since it provides an asymmetric beam profile. The gases used in the resonator are preferably Fe 2 or Xe or ArF or KrF or XeBr or XeCl or XeF. Preferably, the excimer laser provides high UV pulse energies.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) ein Homogenisator (42) und/oder ein Integrator und/oder ein Beamshaper.In a preferred embodiment, the optical element (10) is a homogenizer (42) and / or an integrator and / or a beam shaper.
Ein Homogenisator (Beam Homogenisator) ist bevorzugt ein optisches Element, dass eine einfallende Intensitätsverteilung in eine veränderte gleichmäßige Intensitätsverteilung überführt.A homogenizer (beam homogenizer) is preferably an optical element that converts an incident intensity distribution into a changed uniform intensity distribution.
Ein Strahlformer (Beam Shaper, Beam Integrator) ist bevorzugt ein Homogenisierer, womit eine einfallenden Intensitätsverteilung in eine Intensitätsverteilung mit lateral vorbestimmter Form überführt wird.A beam shaper (beam shaper, beam integrator) is preferably a homogenizer, with which an incident intensity distribution is converted into an intensity distribution with a laterally predetermined shape.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) eine Abbildungsoptik (44).In a further preferred embodiment, the optical element (10) is an imaging optics (44).
Eine Abbildungsoptik ist bevorzugt mindestens eine optische Linse, besonders bevorzugt parallel in Reihe stehende Linsen, welche den Laserstrahl in einem Punkt abbilden.An imaging optics is preferably at least one optical lens, more preferably parallel in-line lenses, which image the laser beam in one point.
Die Erfindung kann bevorzugt mit einem mikrooptischenThe invention may preferably be with a micro-optical
Element, besonders bevorzugt auch mit einer vergrößernd oder verkleinernd wirkenden Abbildungsoptik verwendet werden. Am meisten bevorzugt wird ein refraktiv wirksamer Beamshaper und ein Teleskop zur verkleinernden Abbildung eingesetzt.Element, particularly preferably also be used with an enlarging or reducing acting imaging optics. Most preferably, a refractively effective beam shaper and a telescope are used to reduce image size.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element (10) ein mikrooptisches Element (40).In a further preferred embodiment, the optical element (10) is a microoptical element (40).
Ein mikrooptisches Element ist ein Element, welches bevorzugt außerhalb des Laserapparates liegt, besonders bevorzugt hinter der Austrittsöffnung des Lasers, besonders bevorzugt in der Achse des Laserstrahls. Auf die Eigenschaften des mikrooptischen Elements ist bevorzugt der austretende Laserstrahl ausgerichtet. Bevorzugt vermindert die Einstellung des Laserstrahls den Speckle-Effekt, welcher ohne Anpassung des Laserstrahls an das mikrooptische Element auftreten würde. Durch die Anpassung des Laserstrahls an die optischen Eigenschaften der mikrooptischen Elemente, wird bevorzugt die räumliche Kohärenz verkleinert und die Divergenz eines bevorzugten Excimerlaserstrahls in der kurzen Strahlrichtung bei gleich bleibenden Pulseigenschaften (Pulsenergie, Pulsdauer, Pulsform) vergrößert. Dadurch wird bevorzugt der störende Speckle-Effekt in der Bearbeitungsebene vermindert.A micro-optical element is an element which preferably lies outside the laser apparatus, particularly preferably behind the exit opening of the laser, particularly preferably in the axis of the laser beam. On the properties of the Micro-optical element is preferably aligned, the exiting laser beam. The adjustment of the laser beam preferably reduces the speckle effect which would occur without adaptation of the laser beam to the microoptical element. By adapting the laser beam to the optical properties of the micro-optical elements, the spatial coherence is preferably reduced and the divergence of a preferred excimer laser beam in the short beam direction is increased while the pulse properties (pulse energy, pulse duration, pulse shape) remain the same. As a result, the disturbing speckle effect in the working plane is preferably reduced.
Mikrooptische Elemente sind bevorzugt optische Elemente . deren geometrische Dimensionen nur wenige Größenordnungen über der Wellenlänge des sie durchstrahlenden Lichts liegen. Aufgrund dieser Größenverhältnisse tritt die Wellencharakteristik des Lichtes stark in den Vordergrund.Micro-optical elements are preferably optical elements. whose geometrical dimensions are only a few orders of magnitude above the wavelength of the light transmitted through them. Due to these size ratios, the wave characteristic of the light strongly comes to the fore.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein mikrooptisches Element 40 ein Beamshaper 41 oder ein Beamhomogenisator 42 oder ein Beamintegrator 43 oder eine Abbildungsoptik 44.In a further preferred embodiment, at least one micro-optical element 40 is a beam shaper 41 or a beam homogenizer 42 or a beam integrator 43 or an imaging optics 44.
Bevorzugt ist das mikrooptische Element ein Beamshaper, um bevorzugt die Strahlenverteilung zu formen. Dadurch ist bevorzugt das Einstellen von abtragenden Laserstrahlen möglich.Preferably, the micro-optical element is a beamshaper to preferably form the radiation distribution. As a result, the setting of erosive laser beams is preferably possible.
Das mikrooptische Element ist bevorzugt einThe micro-optical element is preferably one
Beamhomogenisator, mit welchem Unregelmäßigkeiten im Laserstrahlprofil ausgeglichen werden und bevorzugt ein gleichmäßiger Strahl gebildet wird.Beam homogenizer with which irregularities in the laser beam profile are compensated and preferably a uniform beam is formed.
Bevorzugt ist das mikrooptische Element ein Beamintegrator, um bevorzugt relativ flache Intensitätsprofile des Laserstrahls zu erzeugen. Mikrooptische Bauelement (beispielsweise Beamshaper oder - homogenisator oder —integrator) haben bevorzugt folgende Spezifikationen.Preferably, the micro-optical element is a beam integrator to preferably produce relatively flat intensity profiles of the laser beam. Micro-optical devices (eg, beam shaper or homogenizer or integrator) preferably have the following specifications.
Das mikrooptische Bauelement ist bevorzugt ein refraktiv wirksames mikrooptisches Element. Die Mikrolinsen haben einen bevorzugten Durchmesser von 0,lμm bis 2mm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von lμm bis lmm und am meisten bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von lOμm bis 600μm.The micro-optical component is preferably a refractive-effective micro-optical element. The microlenses have a preferred diameter of 0, lμm to 2mm, more preferably a diameter of lμm to lmm and most preferably a diameter in the range of lOμm to 600μm.
Das mikrooptische Bauelement ist weiterhin bevorzugt ein diffraktiv wirksames mikrooptisches Element mit einem Gitterabstand von 0,lμm bis 1mm besonders bevorzugt lμm bis 500μm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 2μm bis 200μm.The microoptical component is furthermore preferably a diffractive microoptical element with a lattice spacing of 0.1 μm to 1 mm, particularly preferably 1 μm to 500 μm, and most preferably in a range of 2 μm to 200 μm.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Resonator (60) ein anamorph stabiler Resonator ist.The device of claims 1 to 5, wherein the resonator (60) is an anamorphic stable resonator.
Bevorzugt ist der Resonator ein anamorph stabiler Resonator. Ein „anamorph stabiler Resonator" ist ein stabiler Resonator mit strahlachsenunterschiedlicher Wirkung in Bezug auf Kohärenz und Divergenz. D.h. achsenabhängige Optimierung der Kohärenz und damit Reduzierung der Speckle in der kritischen, kurzen Strahlachse.Preferably, the resonator is an anamorphic stable resonator. An "anamorphic stable resonator" is a stable resonator with beam axis differential effects in terms of coherence and divergence, ie, axis-dependent optimization of coherence and thus reduction of speckle in the critical, short beam axis.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines glatten Strahlprofils gelöst, d.h. durch Verminderung der Speckle in der Bearbeitungsebene, wobei ein Laserstrahl mit asymmetrischem Strahlprofil umfassend eine erste, kurze Strahlachse (20) und eine zweite, lange Strahlachse (30) bereitgestellt wird und die räumliche Kohärenz vermindert wird und/oder die Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls vergrößert wird. Bevorzugt werden Laserstrahlen, durch dieses Verfahren so optimiert, dass sie ein glattes Strahlprofil ausbilden. Dadurch wird bevorzugt bei der refraktiven Chirurgie ein präzises Materialabtragen ermöglicht.The object of the invention is further achieved by a method for providing a smooth beam profile, ie by reducing the speckle in the working plane, wherein a laser beam with asymmetric beam profile comprising a first, short beam axis (20) and a second, long beam axis (30) provided and the spatial coherence is reduced and / or the divergence of the short beam axis of the laser beam is increased. Preferably, laser beams are optimized by this method so that they form a smooth beam profile. As a result, a precise material removal is preferably made possible during refractive surgery.
Ein glattes Strahlprofil weist bevorzugt keine „Ausreißer" im Profilschnitt des Laserspots auf, sondern bevorzugt eine geringe Abweichung in Form und Rauhigkeit bezogen auf das gewünschte Strahlprofil auf. Besonderst bevorzugt ist der Profilschnitt möglichst gaußförmig. Bevorzugt werden auch Profilformen, wie beispielsweise Top-Hat verwendet.A smooth beam profile preferably has no "outliers" in the profile section of the laser spot, but preferably a slight deviation in shape and roughness with respect to the desired beam profile The profile section is most preferably preferably Gaussian, and profile shapes such as top hat are also preferred ,
Besonders bevorzugt finden glatte Strahlprofile in der refraktiven Corneachirurgie Anwendung. Bevorzugt werden in der Lithographie oder Mikromaterialbearbeitung glatte Stahlprofile verwendet.Smooth beam profiles are particularly preferred in refractive corneal surgery. Preferably, smooth steel profiles are used in lithography or micromachining.
Bevorzugt kommen bei dieser Erfindung Laser zum Einsatz, welche bevorzugt durch zwei gegenüberliegende Elektroden gepumpt werden und/oder ein asymmetrisches Strahlprofil ausbilden.Preferably, lasers are used in this invention, which are preferably pumped by two opposing electrodes and / or form an asymmetric beam profile.
Es bildet sich bevorzugt auf der kurzen Strahlachse des Lasers eine größere Kohärenz und kleinere Divergenz aus als auf der langen Strahlachse.It prefers to form on the short beam axis of the laser greater coherence and smaller divergence than on the long beam axis.
Die lange Strahlachse ist die Strecke von Elektrode zu Elektrode, die kurze Strahlachse steht im rechten Winkel auf der langen Strahlachse.The long beam axis is the distance from electrode to electrode, the short beam axis is at right angles to the long beam axis.
Die Verkleinerung der räumliche Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls wird bevorzugt durch einen konkaven zylinderförmigen Resonatorspiegel erzeugt. Dadurch werden bevorzugt die Laserstrahlen der kurzen Strahlachse kollimiert. Durch die bevorzugte gaußförmige Anregungsverteilung in dieser Achse entsteht genügend Emission und nur eine geringfügige Verminderung der Energieausbeute .The reduction of the spatial coherence and / or increase in the divergence of the short beam axis of the laser beam is preferably generated by a concave cylindrical resonator mirror. As a result, the laser beams of the short beam axis are preferably collimated. Due to the preferred Gaussian excitation distribution in this axis is sufficient Emission and only a slight reduction in energy yield.
Die Verringerung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz entsteht durch die Vergrößerung der Anzahl an Transversalmoden aufgrund der veränderten Resonatoranordnung .The reduction in spatial coherence and / or increase in divergence is due to the increase in the number of transverse modes due to the changed resonator arrangement.
In der Bearbeitungsebene treffen die fokussierten Laserstrahlen bevorzugt auf einen Punkt. Dieser Punkt wird als Spot bezeichnet. Der Spot ist der Eingriffsort beispielsweise bei einer Operation. Hier wird bevorzugt Material abgetragen.In the working plane, the focused laser beams preferably strike one point. This point is called a spot. The spot is the site of intervention, for example during an operation. Here, material is preferably removed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Laserstrahlen mit einer Abbildungsoptik (44) auf einer Bearbeitungsebene (45) abgebildet wird, eine Prüfung des vorhandenen Speckle-Musters erfolgt, eine Anpassung der Krümmungsradien der Resonatorspiegel (11) erfolgt, die räumliche Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlenachse (20) des Laserstrahls wird des weiteren vermindert, eine erneute Prüfung des Specklemusters wird durchgeführt.In a further preferred embodiment, a method is provided, wherein the laser beams with an imaging optical system (44) is imaged on a working plane (45), an examination of the existing speckle pattern is carried out, an adaptation of the radii of curvature of the resonator mirror (11) takes place, the spatial Coherence and / or increase in the divergence of the short beam axis (20) of the laser beam is further reduced, rechecking of the speckle pattern is performed.
Unter Abbildungsoptik wird bevorzugt eine Optik verstanden, mit welcher der Strahl, bevorzugt im Zuge einer Strahlformung, auf die Bearbeitungsebene abgebildet wird um bevorzugt eine vorbestimmte Form und Größe der Intensitätsverteilung zu erhalten.Imaging optics is preferably understood to mean an optic with which the beam, preferably in the course of beam shaping, is imaged onto the working plane in order to preferably obtain a predetermined shape and size of the intensity distribution.
Auf der Bearbeitungsebene wird der Strahl bevorzugt im Fokus abgebildet. Die Testoberfläche ist eine Fläche, die es ermöglicht das Strahlprofil zu untersuchen. Bevorzugt kann aus dem erzeugten Spot auf der Testoberfläche ein Profilschnitt durch den Spot bevorzugt visuell darstellen, besonders bevorzugt berechnen. Bevorzugt ist in der Bearbeitungsebene ein Strahlbeobachtungssystem positioniert. Die Prüfung des auftreffenden Laserstrahls in der Bearbeitungsebene und damit die Analyse des Specklemusters kann bevorzugt mit bekannten Methoden und Systemen automatisch bewerkstelligt werden.On the working plane, the beam is preferably imaged in the focus. The test surface is a surface that allows the beam profile to be examined. Preferably, from the generated spot on the test surface, a profile section through the spot can preferably be represented visually, particularly preferably calculated. Preferably, a beam observation system is positioned in the working plane. The examination of the incident laser beam in the working plane and thus the analysis of the speckle pattern can preferably be accomplished automatically with known methods and systems.
Bevorzugt wird die Methode des Moving Slit verwendet. Dabei wird eine Schlitzblende mit möglichst kleiner Schlitzbreite (in Bezug auf die Strahlgröße) in der Bearbeitungsebene durch den Laserstrahl Schritt für Schritt hindurchbewegt, und die Energie nach der Blende mit einem Energiedetektor gemessen. Die Blendenpositionierung kann bevorzugt über automatische Verschiebetische mit Schrittmotor gewährleistet werden. Die Energie wird so in kleine ortsabhängige Teile aufgespaltet, und man erhält die räumliche Fluence-Verteilung desPreferably, the method of moving slit is used. In this case, a slit diaphragm with the smallest possible slit width (with respect to the beam size) in the working plane is moved through the laser beam step by step, and the energy measured after the iris with an energy detector. The aperture positioning can preferably be ensured via automatic translation stages with stepper motor. The energy is thus split into small location-dependent parts, and one obtains the spatial fluence distribution of the
Laserstrahls, das Strahlprofil, sowie das Specklemuster . Das Strahlprofil mit erkennbarem Specklemuster wird bevorzugt in digitaler Form gespeichert.Laser beam, the beam profile, as well as the speckle pattern. The beam profile with recognizable speckle pattern is preferably stored in digital form.
Besonders bevorzugt wird die Methode der Strahlprüfung und/oder der Specklemusterprüfung mittels Strahlkamera verwendet. Bei dieser Methode wird bevorzugt der Strahl z.B. über einen Strahlteiler in geeigneter Weise Richtung Strahlkamera ausgekoppelt. Je nach Laserwellenlänge ist es unter Umständen nötig eine Frequenzwandlung vorzunehmen um den Strahl für den Kamerachip sichtbar zu machen. Bevorzugt für einen 193nm Laserstrahl wird dafür eineThe method of beam testing and / or speckle pattern testing by means of a beam camera is particularly preferably used. In this method, preferably the beam is e.g. via a beam splitter in a suitable direction coupled to the beam camera. Depending on the laser wavelength it may be necessary to make a frequency conversion to make the beam visible to the camera chip. For a 193nm laser beam is preferred for a
Fluoreszenzscheibe verwendet. Die Abbildung des Laserstrahls muss dabei in der Bearbeitungsebene liegen. Das Fluoreszenzlicht wird durch ein Objektiv auf den Kamerachip (meist CCD oder CMOS) abgebildet und kann digital gespeichert werden.Fluorescence disc used. The image of the laser beam must lie in the working plane. The fluorescent light is imaged by a lens on the camera chip (usually CCD or CMOS) and can be stored digitally.
Die digitalisierten Strahlprofile und/oder Specklemuster beider bevorzugten Messmethoden werden bevorzugt mathematisch analysiert. In dem Strahlprofil wird bevorzugt die Rauhigkeit als Differenz einer Fitfunktion mit den Messdaten ermittelt. Die Rauhigkeit ist dann bevorzugt ein Maß für die Stärke der Specklewirkung und kann bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren iterativ vermindert werden.The digitized beam profiles and / or speckle patterns of both preferred measurement methods are preferably mathematically analyzed. In the beam profile, the roughness is preferably determined as the difference of a fit function with the measured data. The roughness is then preferably a measure of the strength of the speckle effect and can preferably be reduced iteratively in the process according to the invention.
Bevorzugt wird damit der Strahl auf Speckle visuell untersucht. Durch das Strahlbeobachtungssystem, kann bevorzugt auch die Überprüfung anderer Laserparameter wie Energie, Pulsdauer, Pulsform überwacht werden. Damit wird bevorzugt sichergestellt, dass bei nur minimaler Beeinflussung der weiteren Laserparameter die Specklewirkung minimiert wird.Preferably, the beam is thus visually inspected for speckle. By the beam observation system, preferably also checking other laser parameters such as energy, pulse duration, pulse shape can be monitored. This ensures preferably that the bacon effect is minimized with only minimal influence on the other laser parameters.
Das Strahlprofil bietet bevorzugt die Möglichkeit, das eventuelle Speckle-Muster des Strahls darzustellen, ist das Strahlprofil, bzw. das Spotprofil nicht glatt, wird ein Speckle-Muster ausgebildet.The beam profile preferably offers the possibility of representing the possible speckle pattern of the beam, if the beam profile or the spot profile is not smooth, a speckle pattern is formed.
Durch Anpassung der Resonatorelemente, bevorzugt durch Änderung des Krümmungsradius eines oder beider Resonatorspiegel, ist es möglich, die räumliche Kohärenz und/oder die Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse des Laserstrahls zu beeinflussen. Dies wird bevorzugt iterativ so lange durchgeführt, bis die Speckle nicht mehr auftreten. Dadurch wird bevorzugt der Strahl, bzw. das Spotprofil optimiert.By adapting the resonator elements, preferably by changing the radius of curvature of one or both resonator mirrors, it is possible to influence the spatial coherence and / or the increase in the divergence of the short beam axis of the laser beam. This is preferably carried out iteratively until the speckles no longer occur. As a result, the beam or the spot profile is preferably optimized.
Über eine weitere Prüfung, identisch mit der obig beschriebenen ersten Prüfung wird die Strahlqualität erneut geprüft.Another test, identical to the first test described above, checks the beam quality again.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren vorgesehen, welches den Laserstrahl mit 193 nm Wellenlänge auf die Cornea abbildet, den Laserstrahl mit einer Pulsdauer von 4 bis 15ns über die Cornea scannt, refraktionsverbesserte Profile mit verminderter Rauhigkeit und optimierter Formtreue abträgt und mit einer Energie im Bereich 0,5 mJ bis 1,5 mJ abträgt. Bei diesem Verfahren werden bevorzugt Laser mit einer Wellenlänge von 193nm eingesetzt, welche die Cornea des Auges abfahren.In a further preferred embodiment, a method is provided which images the laser beam with a wavelength of 193 nm onto the cornea, scans the laser beam over the cornea with a pulse duration of 4 to 15 ns, removes refraction-improved profiles with reduced roughness and optimized form fidelity and with energy in the Range from 0.5 mJ to 1.5 mJ. In this method, preferably lasers with a wavelength of 193 nm are used, which depart from the cornea of the eye.
Bevorzugt wird zum scannen der Cornea ein Spotscanningverfahren eingesetzt, wobei der bevorzugt verwendete Laserstahl in der Bearbeitungsebene (Cornea) verkleinert abgebildet. Die verkleinerte Strahlabbildung wird bevorzugt als Spot bezeichnet. Bevorzugt werden mittels lateral strahlauslenkenden Optiken (bevorzugt Galvoscanner ) der Laserstrahl mit einer bevorzugten Pulsdauer von 4 bis 15ns über die Cornea bewegt.Preferably, a spot scanning method is used for scanning the cornea, wherein the laser beam preferably used is reduced in size in the working plane (cornea). The reduced beam image is preferably referred to as a spot. The laser beam with a preferred pulse duration of 4 to 15 ns is preferably moved across the cornea by means of lateral beam deflecting optics (preferably Galvoscanner).
Bei diesem bevorzugten Verfahren ist der Spot bevorzugt der Ort, an dem der Laserstrahl mit der Materie (dem Corneagewebe ) wechselwirkt. Beim bevorzugten Überschreiten einer minimalen Energieflächendichte (Schwellfluence) kommt es zur Ablation von Gewebe. Der Energiebereich ist dabei bevorzugt 0,5 mJ — 1,5 mJ.In this preferred method, the spot is preferably the location where the laser beam interacts with the matter (the corneal tissue). The preferred crossing of a minimum energy surface density (Schwellfluence) leads to the ablation of tissue. The energy range is preferably 0.5 mJ - 1.5 mJ.
Als Ablation wird bevorzugt als nichtthermische Molekülzersetzung bezeichnet, bei der das Material abgetragen wird. Durch die Verteilung vieler derartiger Spots über die Cornea kann diese durch Abtrag eine Änderung derAblation is preferably referred to as non-thermal molecule decomposition, in which the material is removed. By distributing many such spots over the cornea, this can be changed by ablation
Krümmungsform und damit eine Änderung der Refaktion erfahren.Form of curvature and thus a change in the refaction experience.
Bei einem zweiten Verfahren der Abbildung wird bevorzugt über Blenden und variable Blenden die Strahlgröße während der Behandlung variiert um einen Abtrag "zu erhalten, der die refraktiven Eigenschaften der Cornea verändert.In a second method of imaging, the size of the beam during the treatment is preferably varied via diaphragms and variable diaphragms in order to obtain a removal which alters the refractive properties of the cornea.
Diese Verfahren werden bevorzugt zur Behandlung von refraktiven Fehlsichtigkeiten wie Myopie, Hyperopie, Astigmatismus und deren Mischformen, sowie zur patientenangepassten Behandlung höherer Aberrationen verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren führt bevorzugt bei der Anwendung in der refraktiven Corneachirurgie zu glatteren, formgetreueren Abtragsprofilen. Eine verbesserte Glattheit kann die Entstehung von Haze (Eintrübungen) infolge derThese methods are preferably used for the treatment of refractive disorders such as myopia, hyperopia, astigmatism and their mixed forms, as well as for the patient-adapted treatment of higher aberrations. The method according to the invention preferably leads to smoother, more faithful removal profiles when used in refractive corneal surgery. Improved smoothness may cause the formation of haze (clouding) as a result of
Chirurgie verringern. Durch die verbesserte Strahlform kann der Abtrag besser vorhergesagt werden, was die Erzeugung einer Zielrefraktion stabilisiert.Reduce surgery. Due to the improved beam shape, the removal can be better predicted, which stabilizes the generation of a target refraction.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dieIn a further preferred embodiment, the
Erfindung in einem Verfahren zur Mikromaterialbearbeitung verwendet. Unter dieses Verfahren zählen besonders bevorzugt Anwendungen wie Patterning, Schneiden, Bohren und Strukturierung. In dieser Ausführungsform werden bevorzugt Materialien wie Keramik, Glas und Polymere bearbeitet. Dabei tritt der Laserstrahl in der Bearbeitungsebene (Spot) mit diesen Materialien in Wechselwirkung. Überschreitet der Laser eine minimale Energieflächendichte in der Bearbeitungsebene kommt es zur nichtthermischen Abtragung (Ablation) der Materialien. Bevorzugt werden mit diesen VerfahrenInvention used in a method for micromachining. Particularly preferred among these methods are applications such as patterning, cutting, drilling and structuring. In this embodiment, materials such as ceramics, glass and polymers are preferably processed. The laser beam in the working plane (spot) interacts with these materials. If the laser exceeds a minimum energy surface density in the working plane, non-thermal ablation of the materials occurs. Preferred are with these methods
Tintenstrahlköpfe, Masken und Faserstrukturen erzeugt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Rauhigkeit maßgeblich verringert und die Formtreue der erzeugten Strukturen verbessert werden.Inkjet heads, masks and fiber structures generated. By the method according to the invention, the roughness can be significantly reduced and the dimensional accuracy of the structures produced can be improved.
In der Figurenbeschreibung werden weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt. Die Figuren zeigen:In the description of the figures further preferred embodiments are shown. The figures show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lasers;Fig. 1 is a schematic representation of a laser;
Fig. 2a, 2b einen Laserspot mit Profilschnitt ohneFig. 2a, 2b a laser spot with profile section without
Erfindungsgemäße Vorrichtung; undDevice according to the invention; and
Fig. 3a, 3b einen Laserspot mit Profilschnitt mit erfindungsgemäßer Vorrichtung. Fig. 4a, 4b, 4c Dreidimensionale Ansichten vonFig. 3a, 3b a laser spot with profile section with inventive device. 4a, 4b, 4c are three-dimensional views of
Ausführungsformen des Erfindungsgemäßen Resonators.Embodiments of the resonator according to the invention.
Fig. 5a, 5b Zweidimensionale Ansichten von AusführungsformFig. 5a, 5b Two-dimensional views of embodiment
4a des Erfindungsgemäßen Resonators.4a of the resonator according to the invention.
Fig. 6a, 6b eine schematische Darstellung des Pulsverlaufs mit gekrümmten Resonatorspiegel.6a, 6b is a schematic representation of the pulse curve with a curved resonator mirror.
In Figur 1 wird eine schematische Darstellung eines Lasers gezeigt. Der Excimerlaser 1.1 umfasst einen Resonator 60, gefüllt mit Excimergas. Im Resonator stehen sich zwei parallele Resonatorspiegel 11.1 und 11.2 gegenüber, wobei der Resonatorspiegel 11.2 auf der Auskopplungsseite undFIG. 1 shows a schematic representation of a laser. The excimer laser 1.1 comprises a resonator 60 filled with excimer gas. In the resonator are two parallel resonator 11.1 and 11.2 opposite, wherein the resonator mirror 11.2 on the output side and
Resonatorspiegel 11.1 auf der Nichtauskopplungsseite liegt. Resonatorspiegel 11.2 ist ein planer Resonatorspiegel. Resonatorspiegel 11.1 ist ein konkaver hoch reflektierender Spiegel 12 mit einer zylindrischen Spiegelfläche 13. Seitlich des Resonators 60 liegen die Elektroden 70.1 und 70.2. 70.1 und 70.2 sind so angeordnet, dass sie sich parallel gegenüberliegen und senkrecht zur Krümmungsrichtung des Zylinderspiegels stehen. Außerhalb des Lasers 1 liegt das mikrooptische Element 41 in Strahlrichtung vor der Abbildungsoptik 44, vor der Bearbeitungsebene 45. 41,44 und 45 sind so angeordnet, dass der austretende Laserstrahl auf die Bearbeitungsebene 45 in gewünschter Weise abgebildet wird.Resonator mirror 11.1 is on the non-decoupling side. Resonator mirror 11.2 is a planar resonator mirror. Resonator mirror 11.1 is a concave highly reflective mirror 12 with a cylindrical mirror surface 13. The side of the resonator 60 are the electrodes 70.1 and 70.2. 70.1 and 70.2 are arranged so that they are parallel to each other and perpendicular to the direction of curvature of the cylinder mirror. Outside the laser 1, the micro-optical element 41 is in the beam direction in front of the imaging optics 44, in front of the processing plane 45. 41,44 and 45 are arranged so that the emerging laser beam is imaged on the processing plane 45 in the desired manner.
Für die Mikromaterialbearbeitung und die Corneachirurgie gelten unterschiedliche physikalische Größen bezogen auf den Laserstrahl.For micro-material processing and corneal surgery, different physical quantities apply to the laser beam.
In der refraktiven Corneachirurgie werden Ausgangsenergien an der Laserquelle von nicht größer 50OmJ, besonders bevorzugt 10OmJ und ganz besonders bevorzugt kleiner 2OmJ, und Bearbeitungsenergien (in der Bearbeitungsebene) von bevorzugt 10μJ bis 15mJ, besonders bevorzugt von 0,ImJ bis 5mJ und ganz besonders bevorzugt von 0,5mJ bis l,5mJ verwendet. Es wird eine Wellenlänge im UV Bereich verwendet, bevorzugt 150nm bis 250nm, besonders bevorzugt 180nm bis 200nm. Es wird besonders bevorzugt ArF als Excimergas verwendet. Es wird eineIn refractive corneal surgery, output energies at the laser source of not greater than 50 μm, more preferably 10 μm and very particularly preferably less than 2 μm, and machining energies (in the working plane) are preferred 10μJ to 15mJ, more preferably from 0, ImJ to 5mJ and most preferably from 0.5mJ to 1.5mJ. A wavelength in the UV range is used, preferably 150 nm to 250 nm, particularly preferably 180 nm to 200 nm. It is particularly preferred ArF used as Excimergas. It will be one
Pulsdauer im Bereich von bevorzugt kleiner 2μs, besonders bevorzugt 0,1ns bis 50ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3ns bis 8ns verwendet. Es wird bevorzugt eine gaußförmige Strahlform verwendet um den Abtrag aus zusammengesetzten Spots glatter zu gestalten. Es wird bevorzugt einePulse duration in the range of preferably less than 2μs, more preferably used 0.1ns to 50ns, most preferably in the range of 3ns to 8ns. It is preferably used a Gaussian beam shape to make the removal of composite spots smoother. It is preferably a
Strahlgröße verwendet im FWHM (Füll Width at Half Maximum) Bereich von kleiner 5mm, besonders bevorzugt im Bereich von lOμm bis 2,5mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5mm. Es wird eine Pulsrepetitionsrate im Bereich von bevorzugt IHz bis 5kHz, besonders bevorzugt von 5Hz bis IkHz, ganz besonders bevorzugt von 10Hz bis 500Hz verwendet.Beam size used in FWHM (Fill Width at Half Maximum) range of less than 5mm, more preferably in the range of lOμm to 2.5mm, most preferably from 0.5 to 1.5mm. It is a pulse repetition rate in the range of preferably IHz to 5kHz, more preferably from 5Hz to IkHz, most preferably from 10Hz to 500Hz used.
In der Mikromaterialbearbeitung wird eine Pulsrepetitionsrate im Bereich von IHz bis 10OkHZ besonders bevorzugt im Bereich von 500Hz bis 5kHz, ganz besonders bevorzugt im Bereich von IkHz bis 4kHz. Es wird eine Wellenlänge im UV Bereich verwendet, bevorzugt 150nm bis 250nm, besonders bevorzugt 180nm bis 200nm. Und Ganz besonders bevorzugt im Bereich von 240nm bis 260nm. Das Excimer Lasergas ist bevorzugt ArF und besonders bevorzugt KrF. Es wird eine Pulsdauer im Bereich von bevorzugt kleiner 2μs, besonders bevorzugt 0,1ns bis 50ns, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5ns bis 25ns verwendet. Es werden Energien von 0.1mJ/cm_ bis 10J/cm_, besonders bevorzugt 0,lJ/cm_ bis 5J/cm_ verwendet.In micromachining, a pulse repetition rate in the range of 1 Hz to 10 kHz is particularly preferred in the range of 500 Hz to 5 kHz, very particularly preferably in the range of 1 kHz to 4 kHz. A wavelength in the UV range is used, preferably 150 nm to 250 nm, particularly preferably 180 nm to 200 nm. And most preferably in the range of 240nm to 260nm. The excimer laser gas is preferably ArF, and more preferably KrF. A pulse duration in the range of preferably less than 2 μs, more preferably 0.1 ns to 50 ns, very particularly preferably in the range of 5 ns to 25 ns is used. Energies of 0.1mJ / cm_ to 10J / cm_, more preferably 0, lJ / cm_ to 5J / cm_ are used.
Die Zündspannung für die Gasentladung wird von den Elektroden 70.1 und 70.2 erzeugt. Durch die Gasentladung, provoziert von den beiden gegenüberliegenden Elektroden 70.1 und 70.2, kommt es zu einer Entwicklung eines asymmetrischen Strahlprofils. Die kurze Strahlachse 20 des Lasers 1 weist eine größere Kohärenz und eine kleinere Divergenz als die lange Strahlenachse 30 auf. Die Laserstrahlen entstehen im zylindrisch konkaven Resonator 60. Die Krümmungsrichtung des Resonatorspiegels 12 liegt entlang der kurzen Strahlachse 20 des Lasers 1. Damit wird die Kohärenz der kohärenten kurzen Achse 20 verringert und die Divergenz in dieser Richtung vergrößert. Die Energieausbeute und Pulsdauer/ -form bleiben gleich, da trotz Fokussierung durch die gaußförmige Anregungsverteilung in der kurzen Achse genügend Emission entsteht.The ignition voltage for the gas discharge is generated by the electrodes 70.1 and 70.2. The gas discharge, provoked by the two opposite electrodes 70.1 and 70.2, leads to the development of an asymmetric beam profile. The short beam axis 20 of the laser 1 has a greater coherence and a smaller divergence than the long beam axis 30. The curvature of the resonator mirror 12 lies along the short beam axis 20 of the laser 1. Thus, the coherence of the coherent short axis 20 is reduced and the divergence in this direction is increased. The energy yield and pulse duration / shape remain the same because, despite focusing by the Gaussian excitation distribution in the short axis, sufficient emission is produced.
Der so veränderte Laserstrahl tritt nun durch den OC-Spiegel 11.2 aus und trifft zuerst auf das mikrooptische Element 41, dann auf die Abbildungsoptik 44 und dann auf die Bearbeitunαsebene 45. Das mikrooptische Element hat die Aufgabe den Strahl in der Bearbeitungsebene zu homogenisieren und/oder die gewünschte Strahlform bereitzustellen. Die Abbildungsoptik hat die Aufgabe den Strahl in der Bearbeitungsebene auf die gewünschte Größe zu skalieren.The thus changed laser beam now exits through the OC mirror 11.2 and hits first the micro-optical element 41, then the imaging optics 44 and then the processing plane 45. The task of the micro-optical element is to homogenize the beam in the working plane and / or to provide the desired beam shape. The imaging optics has the task of scaling the beam in the working plane to the desired size.
In Figur 2a wird ein Laserspot 2 eines Laserstrahlbündels auf einer Bearbeitungsebene 45 gemäß des Standes der Technik gezeigt. Zu sehen ist ein Spot 2 mit einem nicht homogenen Rand. D.h. in dem fokussierten Laserstrahlbündel treten Interferenzen auf, welche zu einem Speckle-Effekt im Spot 2 führen. Diese Struktur würde beim Abtragen auf dem bearbeiteten Material abgebildet werden.FIG. 2 a shows a laser spot 2 of a laser beam on a working plane 45 according to the prior art. You can see a spot 2 with a non-homogeneous border. That in the focused laser beam interference occur which lead to a speckle effect in the spot 2. This structure would be mapped on the machined material during removal.
In Figur 2b wird ein Profilschnitt 3 des „rauen" Laserstrahls im Spot 2 , aus Figur 2a gezeigt. Der Profilschnitt zeigt deutlich eine inhomogene, nicht gaußförmige Verteilung.2b shows a profile section 3 of the "rough" laser beam in spot 2, from FIGURE 2a. The profile section clearly shows an inhomogeneous, non-Gaussian distribution.
Dieser Effekt stellt sich bei Verwendung von Vorrichtungen gemäß des Standes der Technik ein.This effect occurs when using devices according to the prior art.
In Figur 3a wird ein Laserspot 2 eines Laserstrahlbündels gemäß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einerIn FIG. 3 a, a laser spot 2 of a laser beam bundle according to a device according to the invention is placed on a laser beam
Bearbeitungsebene 45 gezeigt. Zu sehen ist ein Spot 2 mit einem homogenen Rand. D.h. in dem Laserstrahlbündel ist kein Speckle-Muster zu sehen. In dieser Ausführungsform wurde der Laserstrahl mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt und abgebildet.Processing level 45 shown. You can see a spot 2 with a homogeneous border. That is, in the laser beam is no See speckle pattern. In this embodiment, the laser beam was generated and imaged with the device according to the invention.
In Figur 3b wird das glatte Strahlprofil 3 des Laserstrahls im Spot 2 gezeigt. Der Profilschnitt zeigt deutlich eine weitgehend homogene gaußförmige Verteilung. Dieser Effekt stellt sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein.In Figure 3b, the smooth beam profile 3 of the laser beam in the spot 2 is shown. The profile section clearly shows a largely homogeneous Gaussian distribution. This effect is achieved by the use of the device according to the invention.
In Figur 4a wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonators gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein konkav gewölbter Spiegel 12 mit einer zylindrischen Spiegelfläche 13. 11.2 ist eine ebene Fläche. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse 20 ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.FIG. 4 a shows an embodiment of the resonator according to the invention. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflecting mirror and 11.2 as a coupling-out mirror face each other with the reflecting surfaces and enclose the active medium 80. 11.1 is a concave mirror 12 with a cylindrical mirror surface 13. 11.2 is a flat surface. The axis 30 is the axis between the electrodes that is the direction of the discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis 20 is the short beam axis and is perpendicular to 30. The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is perpendicular. The axis 35 is the optical axis of the beam.
In Richtung 30 Achse entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d.h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction of the axis, the discharge voltage discharges, producing a top-hat shaped excitation and beam profile. Perpendicular to the discharge direction, i. in the direction of axis 20, a Gaussian similar excitation and beam profile is formed. In the direction of axis 35, the laser beam propagates.
In Figur 4b wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonator gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein Spiegel mit einer ebenen Fläche. 11.2 ist ein gewölbter Spiegel mit einer Zylindrischen Spiegelfläche. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse y ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.FIG. 4b shows an embodiment of the resonator according to the invention. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflecting mirror and 11.2 as a coupling-out mirror face each other with the reflecting surfaces and enclose the active medium 80. 11.1 is a mirror with a flat surface. 11.2 is a domed mirror with a cylindrical mirror surface. The Axis 30 is the axis between the electrodes that is the direction of discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis y is the short beam axis and is perpendicular to 30. The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is perpendicular. The axis 35 is the optical axis of the beam.
In Richtung Achse 30 entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d.h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction of the axis 30 discharges the discharge voltage with a top hat-shaped excitation and beam profile is formed. Perpendicular to the discharge direction, i. in the direction of axis 20, a Gaussian similar excitation and beam profile is formed. In the direction of axis 35, the laser beam propagates.
In Figur 4c wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonator gezeigt. Die Resonatorspiegel 11.1 als hoch reflektierender Spiegel und 11.2 als Auskoppelspiegel liegen sich mit den spiegelnden Flächen zueinander gerichtet gegenüber und schließen das aktive Medium 80 ein. Dabei ist 11.1 ein konkav gewölbter Spiegel 12 mit einer zylindrischen Innenfläche 13. Spiegel 11.2 ist ebenfalls nach außen gewölbt und besitzt eine Spiegelfläche 13. Die Achse 30 ist die Achse zwischen den Elektroden also die Richtung der Entladung. Die Achse 30 ist die lange Strahlachse. Die Achse 20 ist die kurze Strahlachse und steht senkrecht auf 30. Die Achsen 30 und 20 spannen eine Ebene auf, auf der die Achse 35 senkrecht steht. Die Achse 35 ist optische Achse des Strahls.FIG. 4c shows an embodiment of the resonator according to the invention. The resonator mirrors 11.1 as a highly reflecting mirror and 11.2 as a coupling-out mirror face each other with the reflecting surfaces and enclose the active medium 80. In this case, 11.1 is a concave mirror 12 with a cylindrical inner surface 13. Mirror 11.2 is also curved outward and has a mirror surface 13. The axis 30 is the axis between the electrodes so the direction of discharge. The axis 30 is the long beam axis. The axis 20 is the short beam axis and is perpendicular to 30. The axes 30 and 20 span a plane on which the axis 35 is perpendicular. The axis 35 is the optical axis of the beam.
In Richtung Achse 30 entlädt sich die Entladungsspannung wobei ein top-hat förmiges Anregungs- und Strahlprofil entsteht. Senkrecht zur Entladungsrichtung, d.h. in Richtung Achse 20 entsteht ein Gauß ähnliches Anregungs- und Strahlprofil. In Richtung Achse 35 breitet sich der Laserstrahl aus.In the direction of the axis 30 discharges the discharge voltage with a top hat-shaped excitation and beam profile is formed. Perpendicular to the discharge direction, i. in the direction of axis 20, a Gaussian similar excitation and beam profile is formed. In the direction of axis 35, the laser beam propagates.
In Figur 5a wird ein Resonator 60, betrachtet aus Richtung der Achse 20, gezeigt. Des Weiteren zeigt die Figur einen HR Spiegel 11.1 und einen Auskopplungsspiegel 11.2. Die lange Strahlachse 30 liegt entlang der Entladungsrichtung zwischen den Elektroden. Der konkave Zylinderspiegel ist entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Richtung nicht gekrümmt.In FIG. 5a, a resonator 60, viewed from the direction of the axis 20, is shown. Furthermore, the figure shows an HR Mirror 11.1 and a coupling-out mirror 11.2. The long beam axis 30 lies along the direction of discharge between the electrodes. The concave cylindrical mirror is not curved according to the device according to the invention in this direction.
Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls in Richtung Achse 30 ist entsprechend der Entladungsverteilung top-hat-förmig. Achse 35 ist die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, d.h. die optische Achse.The intensity distribution of the laser beam in the direction of the axis 30 is top-hat-shaped according to the discharge distribution. Axis 35 is the propagation direction of the laser beam, i. the optical axis.
In Figur 5b wird ein Resonator 60, betrachtet aus Richtung der Achse 30, gezeigt. Des Weiteren zeigt die Figur einen HR Spiegel 11.1 und einen Auskopplungsspiegel 11.2. Die kurze Strahlachse 20 liegt senkrecht zur Entladungsrichtung zwischen den Elektroden 70.1 und 70.2. Der konkave Zylinderspiegel 11.1 ist entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Richtung gekrümmt.In FIG. 5b, a resonator 60, viewed from the direction of the axis 30, is shown. Furthermore, the figure shows an HR mirror 11.1 and a coupling-out mirror 11.2. The short beam axis 20 is perpendicular to the direction of discharge between the electrodes 70.1 and 70.2. The concave cylindrical mirror 11.1 is curved according to the device according to the invention in this direction.
Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls ist entsprechend der Entladungsverteilung Gauß ähnlich. Achse 35 ist die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, d.h. die optische Achse.The intensity distribution of the laser beam is similar according to the discharge distribution Gauss. Axis 35 is the propagation direction of the laser beam, i. the optical axis.
In Figur 6a wird eine Darstellung des Pulsverlaufes 100 bei Verwendung eines gekrümmten Resonatorspiegels 11.1 in der langen Strahlachse 30 gezeigt.FIG. 6 a shows a representation of the pulse progression 100 when using a curved resonator mirror 11. 1 in the long beam axis 30.
Zu sehen sind die möglichen Auswirkungen eines gekrümmten Spiegels auf die top hat förmige Anregungsverteilung in der langen Strahlachse 30. Bei Spiegelkrümmung in dieser Strahlrichtung umfasst der Bereich der Rückkopplung nur einen Teil des angeregten Volumens. Deshalb kann es zu Pulsdauer und Pulsformänderungen im Pulsverlauf 100 kommen. in Figur 6b wird eine Darstellung des Pulsverlaufes 100 bei Verwendung eines gekrümmten Resonatorspiegels 11.1 in der kurzen Strahlachse 20 gezeigt.The possible effects of a curved mirror on the top hat-shaped excitation distribution in the long beam axis 30 can be seen. With mirror curvature in this beam direction, the region of the feedback comprises only a part of the excited volume. Therefore, pulse duration and pulse shape changes in pulse progression 100 can occur. FIG. 6b shows a representation of the pulse progression 100 when using a curved resonator mirror 11.1 in the short beam axis 20.
Zu sehen ist, dass die Begrenzung des Bereiches der Rückkopplung durch den gekrümmten Spiegel 11.1 bei der gaußähnlichen Entladungsverteilung weniger Einfluss hat. Da der überwiegende Teil der Besetzungsinversion genutzt wird, wird in diesem Fall keine Veränderung von Pulsdauer und -form des Pulsverlaufes 100 induziert. Dieser Effekt wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt.It can be seen that the limitation of the range of the feedback by the curved mirror 11.1 has less influence in the Gaussian discharge distribution. Since the majority of the population inversion is used, in this case, no change in the pulse duration and shape of the pulse course 100 is induced. This effect is used in the device according to the invention.
Figuren 6a und b zeigen die Auswirkung von gekrümmten Resonatorspiegeln auf die Strahlachsen. Bei Verwendung vor. sphärischen Spiegeln würde eine Pulsänderung entsprechend Figur 6a auftreten. Durch den zylinderförmigen, konkaven Spiegel der erfindungsgemäßen Vorrichtung (nur in der kurzen Achse gekrümmt und wirksam) kann eine Pulsdauerveränderung vermieden werden. Figures 6a and b show the effect of curved resonator mirrors on the beam axes. When used before. Spherical mirrors would cause a pulse change according to FIG. 6a. By the cylindrical, concave mirror of the device according to the invention (curved only in the short axis and effective) a pulse duration change can be avoided.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Laser1 laser
2 Laserspot2 laser spot
3 Profilquerschnitt des Spots3 Profile cross section of the spot
10 Optische Element10 optical element
11 Resonatorspiegel11 resonator mirror
11.1 Hoch reflektierender Spiegel11.1 Highly reflective mirror
11.2 Auskoppelspiegel11.2 Output mirror
12 Konkaver HR Spiegel12 concave HR mirrors
13 Zylindrische Spiegelfläche13 Cylindrical mirror surface
20 Erste, kurze Strahlachse20 First, short jet axis
30 Zweite, lange Strahlachse30 Second, long beam axis
35 Achse der Ausbreitungsrichtung35 axis of propagation direction
40 Mikrooptisches Element40 micro-optical element
41 Beamshaper41 beamshaper
42 Beamhomogenisator42 beam homogenizer
43 Beamintegrator43 beam integrator
44 Abbildungsoptik44 imaging optics
45 Bearbeitungsebene45 working plane
60 Resonator60 resonator
70 Elektrode70 electrode
80 Aktives Medium80 Active medium
100 Pulsverlauf 100 pulse course

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Verbesserung der Laserstrahlqualität für Laseranwendungen, umfassend einen Laser (1) mit einem asymmetrischem Strahlprofil und einer ersten, kurzenAn apparatus for improving laser beam quality for laser applications, comprising a laser (1) having an asymmetric beam profile and a first, short one
Strahlachse (20) und einer zweiten, langen Strahlachse (30) und einer Strahlausbreitungsachse (35) und einem Resonator (60) , dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) mindestens ein optisches Element (10) und einen Resonatorspiegel (11) mit zylindrischer Spiegelfläche (13), zur Reduzierung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz in der kurzen Strahlachse (20) υmfasst.Beam axis (20) and a second, long beam axis (30) and a beam propagation axis (35) and a resonator (60), characterized in that the laser (1) at least one optical element (10) and a resonator mirror (11) with cylindrical Mirror surface (13), to reduce the spatial coherence and / or increase the divergence in the short beam axis (20) υmfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zylindrische Spiegelfläche (13) des konkaven Resonatorspiegels (11) so angeordnet ist, dass die gekrümmte Achse des Spiegels senkrecht zur langen Strahlachse (30) und/oder senkrecht zur Strahlausbreitungsachse (35) des Lasers (1) liegt.2. Device according to claim 1, wherein the cylindrical mirror surface (13) of the concave resonator mirror (11) is arranged so that the curved axis of the mirror perpendicular to the long beam axis (30) and / or perpendicular to the beam propagation axis (35) of the laser (1 ) lies.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Laser (1) ein Excimerlaser ist.3. Device according to claim 1 or 2, wherein the laser (1) is an excimer laser.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei das optische Element (10) ein Homogenisator (42) und/oder ein Integrator (43) und/oder ein Beamshaper (41) ist.4. Apparatus according to claim 1 to 3, wherein the optical element (10) is a homogenizer (42) and / or an integrator (43) and / or a beam shaper (41).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei das optische Element (10) ein mikrooptisches Element (40) ist.5. Apparatus according to claim 1 to 3, wherein the optical element (10) is a micro-optical element (40).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Resonator (60) ein anamorph stabiler Resonator ist.6. Apparatus according to claim 1 to 5, wherein the resonator (60) is an anamorphic stable resonator.
7. Verfahren zum Bereitstellen eines glatten Strahlprofils, d.h. Verminderung der Speckle in der Bearbeitungsebene, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Laserstrahls mit asymmetrischem Strahlprofil, umfassend eine erste, kurze Strahlachse (20) und eine zweite, lange Strahlachse (30), Verminderung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse (20) des Laserstrahls.7. A method of providing a smooth beam profile, ie, reducing speckle in the working plane, comprising the following steps: Providing a laser beam having an asymmetrical beam profile, comprising a first, short beam axis (20) and a second, long beam axis (30), reducing the spatial coherence and / or increasing the divergence of the short beam axis (20) of the laser beam.
8. Verfahren nach Anspruch 7 umfassend die zusätzlichen folgenden Schritte: Abbilden des Laserstrahls mit der Abbildungsoptik (44) auf eine Bearbeitungsebene (45), Prüfung des vorhandenen Specklemusters, Anpassung der Krümmungsradien der Resonatorspiegel (11) Weitere Verminderung der räumlichen Kohärenz und/oder Vergrößerung der Divergenz der kurzen Strahlachse (20) des Laserstrahls, Erneute Prüfung des Specklemusters.8. Method according to claim 7, comprising the additional following steps: imaging the laser beam with the imaging optics (44) on a working plane (45), checking the existing speckle pattern, adapting the radii of curvature of the resonator mirrors (11) further reducing the spatial coherence and / or magnification the divergence of the short beam axis (20) of the laser beam, retesting the speckle pattern.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend die zusätzlichen folgenden Schritte:9. The method according to claim 7 or 8, comprising the additional following steps:
Abbilden des Laserstrahls mit 193 nm Wellenlänge auf die Cornea,Imaging the laser beam at 193 nm wavelength on the cornea,
Scannen des Laserstrahls mit einer Pulsdauer von 4 ns bis 15 ns über die Cornea, Abtragen von refraktionsverbessernden Profilen mit verminderter Rauhigkeit und optimierter Formtreue, Abtragen mit einer Energie im Bereich 0,5 mJ bis 1,5 mJ. Scanning of the laser beam with a pulse duration of 4 ns to 15 ns via the cornea, removal of refraction-improving profiles with reduced roughness and optimized form fidelity, ablation with an energy in the range of 0.5 mJ to 1.5 mJ.
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