СПОСОБ НАСТРОЙКИ СВЯЗАННЫХ С ЭНЕРГИЕЙ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА
METHOD FOR CONFIGURING THE LASER PULSE PARAMETERS RELATED TO THE ENERGY

Область техники
Настоящее изобретение относится к настройке параметров лазерного импульса. Оно относится, в частности, к способам настройки связанных с энергией параметров лазерного импульса.
Предпосылки создания изобретения
Импульсное фокусированное лазерное излучение становится важным средством обработки материалов, особенно в промышленных и медицинских средах. В типичных случаях применения импульсного лазерного излучения, электромагнитные и/или тепловые эффекты поглощенного лазерного излучения используются для локального изменения или разрушения материала мишени в области, подвергаемой излучению, с целью врезания, или абляции вещества из мишени. Фокусировка падающего излучения учитывает увеличенную локальную интенсивность излучения и пространственно приближенную ограниченную зону взаимодействия с материалом мишени. Кроме того, использование импульсного излучения вместо непрерывного излучения уменьшает эффект накопления тепла в обрабатываемом объекте.
В медицинских лазерных применениях, например, в лазерной хирургии глаза, включая, но не ограничиваясь, LASIK (лазерный кератомилез), кератопластику, рефракционную экстракцию лентикулы и т.д., а также в других видах обработки материалов с использованием лазерного излучения, обычно являются желательными четко обозначенная область применения лазерной обработки и низкая общая передача энергии в обработанный материал. Для этой цели было предложено использование сверхкоротких лазерных импульсов с шириной импульса в диапазоне менее одой пикосекунды. Традиционно используемые длительности импульсов могут составлять, например, от 250 фс до 800 фс. В то же время пытаются настроить энергию каждого одиночного импульса как можно меньше, то есть близкой к пороговой энергии, для достижения разрушения или любого другого желаемого эффекта в мишени.
При регулировке необходимой энергии импульса при разных длительностях импульса для достижения желаемого эффекта было отмечено, что хотя более короткие импульсы могут иметь более высокую пороговую мощность, произведение пороговой мощности и длительности импульса, т.е. пороговая энергия импульса, часто уменьшается при более коротких длительностях импульса. Тем не менее, в этой связи известно, что для различных применений существуют характерные ширины импульса, ниже которых можно наблюдать, что пороговая энергия импульса снова растет. В этом случае, учитывая, что желателен минимальный перенос энергии, могут быть определены идеальные длительности импульса, которые могут изменяться только при различных применениях и различных параметрах пучка или мишени. Соответствующие способы описаны, например, в US 5656186 A.
Идеальные характеристики лазерного импульса существенно зависят от обрабатываемого материала и предполагаемого эффекта лазерной обработки. Например, при многих практических применениях модификация длительности импульса может стать желательной в связи с изменением обработки. Проблемы могут возникнуть, когда настройки связанных с энергией параметров импульса, которые были подстроены, чтобы соответствовать определенной длительности импульса, становятся неоптимальными с точки зрения минимального переноса энергии, когда длительность импульса изменяется. В то же время пользователь лазерного устройства не может легко определить, например, во время обработки, идеальную энергию импульса для выбранной длительности импульса и, таким образом, может чрезмерно воздействовать на мишень, подвергая ее воздействию излучения выше требуемого уровня энергии.
Это снова имеет определенные недостатки в хирургии, особенно в лазерной хирургии глаза, когда выполняются разрезы под поверхностью глаза. В таких случаях чрезмерная энергия импульса часто приводит к нежелательным большим пузырькам пара внутри глазной ткани вследствие испаренной ткани глаза; размер пузырьков может быть существенно больше, чем диаметр фокуса самого лазерного пучка. Такие пузырьки подвергают давлению окружающие ткани глаза, и они изменяют оптические свойства рабочей зоны таким образом, что лазерная обработка сама по себе или связанные с ней оптические способы подвергаются неблагоприятному воздействию. К тому же, если в описанном сценарии последовательность импульсов направляется в непосредственной близости друг от друга, создаваемые пузырьки могут соединяться с еще более крупными клетками и, таким образом, усиливать свои отрицательные воздействия. Несмотря на то, что известно несколько способов удаления таких объемов газа, для ряда различных применений было бы полезно, если их возникновение можно было бы поддерживать на минимальном уровне. Это, однако, требует адаптации параметров лазера с изменением применения.
Способы, относящиеся к конфигурированию параметров излучения для лазерной хирургии глаза, описаны, например, в WO 2013/152875 A1.
Тем не менее желателен способ облегченной настройки параметров лазерного импульса.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом описывается способ настройки энергии импульсного фокусированного лазерного излучения по пункту 1. Способ включает этапы установления соотношения между пороговой энергией импульса, необходимой для причинения необратимого повреждения в материале, и длительностью импульса, при этом зависимость позволяет получить пороговую энергию импульса при каждой из множества длительностей импульса, причем множество длительностей импульса, включает одну или несколько длительностей импульса в диапазоне от 200 фс и менее; определения при данной длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее соотнесенной пороговой энергии импульса на основании установленного соотношения; и настройки энергии импульса лазерного излучения на основании определенной соотнесенной пороговой энергии импульса, причем соотношение определяет уменьшение пороговой энергии импульса при уменьшении длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее.
Соотношение может представлять собой снижение пороговой энергии импульса, по существу, в функции кубического корня из длительности импульса. В некоторых вариантах осуществления функция представляет собой линейную функцию кубического корня из длительности импульса. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение не более 0,35 мкДж, например, не более 0,30 мкДж, или не более 0,25 мкДж, или не более 0,20 мкДж, или не более 0,15 мкДж при длительности импульса 300 фс или менее. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение в диапазоне от 0,15 мкДж до 0,30 мкДж, например, в диапазоне от 0,15 мкДж до 0,20 мкДж, или от 0,20 мкДж до 0,25 мкДж, или от 0,25 мкДж до 0,30 мкДж, или от 0,20 мкДж до 0,30 мкДж при длительности импульса 200 фс. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение в диапазоне от 0,05 мкДж до 0,10 мкДж, например, в диапазоне от 0,05 мкДж до 0,08 мкДж или от 0,08 мкДж до 0,10 мкДж при длительности импульса 10 фс.
Этап установления может включать этапы воздействия излучения на объект последовательностью импульсов лазерного излучения при каждой из множества опорных длительностей импульса выше 200 фс, чтобы создать участок повреждений для каждого импульса последовательности, причем энергия импульса настраивается по-разному для каждого импульса последовательности, определение размера каждого участка повреждений, определения опорной пороговой энергии импульса при каждой из множества опорных длительностей импульса на основании определенных размеров участков повреждений, созданных при соответствующей опорной длительности импульсов, и определения соотношения на основании определенных опорных пороговых энергий импульса.
Каждая опорная пороговая энергия импульса может быть определена на основании экстраполяции до нулевого размера определенных размеров участков повреждений, создаваемых при соответствующей опорной длительности импульса. Размеры могут быть определены, например, на основании диаметра, площади или объема каждого участка повреждений. Экстраполяция может основываться, например, на линейной, экспоненциальной или полиномиальной аппроксимации или любом их сочетании, применяемом к определенным размерам.
В дополнение или в качестве альтернативы определение соотношения может включать определение линейной аппроксимации пороговой энергии импульса в зависимости от длительности импульса.
Соотношение может быть установлено для диаметра фокуса лазерного излучения, составляющего не более 10 мкм, или 7 мкм, или 5 мкм, причем диаметр фокуса представляет собой диаметр части импульса, содержащей 86% энергии импульса излучения.
Повреждение может включать фотодеструкцию, вызванную лазерно-индуцированным оптическим пробоем материала.
Способ может включать этап направления лазерного излучения, имеющего настроенную энергию импульса, на небиологический материал или биологический материал, чтобы создать надрез в материале. Материал может представлять собой ткань человеческого глаза.
Согласно второму аспекту описан способ настройки плотности энергии импульса сфокусированного лазерного излучения по пункту 6. Способ включает в себя этапы установления соотношения между пороговой энергией импульса, необходимой, чтобы вызвать необратимое повреждение в материале, и длительностью импульса, при этом соотношение позволяет получить пороговую энергию импульса при каждой из множества длительностей импульса, при этом упомянутое множество длительностей импульса включает одну или более длительностей импульса в диапазоне от 200 фс и менее; определения соотнесенной пороговой энергии импульса на основании установленного соотношения для заданной длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее; и настройки энергии импульса лазерного излучения на основании определенной соотнесенной пороговой энергии импульса, причем соотношение задает уменьшение пороговой плотности энергии импульса при уменьшении длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее.
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
Соотношение может дополнительно определять пороговую плотность энергии импульса как значение не более 1,80 Дж⋅см, например, не более 1,50 Дж⋅см, или не более 1,30 Дж⋅см, или не более 1,10 Дж⋅см, или не более 0,90 Дж⋅см, или не более 0,70 Дж•см, или не более 0,50 Дж⋅см при длительности импульса 300 фс или менее. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую плотность энергии импульса как значение в диапазоне от 0,80 Дж⋅см до 1,50 Дж⋅см, например, в диапазоне от 0,80 Дж⋅см до 0,95 Дж⋅см, или от 0,95 Дж⋅см до 1,05 Дж⋅см, или от 1,05 Дж⋅см до 1,30 Дж⋅см, или от 1,30 Дж⋅см до 1,50 Дж⋅см при длительности импульса 200 фс. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую плотность энергии импульса как значение в диапазоне от 0,20 Дж⋅см до 0,50 Дж⋅см, например, в диапазоне от 0,20 Дж⋅см до 0,35 Дж⋅см или от 0,35 Дж⋅см до 0,50 Дж⋅см при длительности импульса 10 фс.
В соответствии с третьим аспектом описывается лазерное устройство, причем лазерное устройство содержит источник пучка сверхкороткого импульсного лазерного излучения, набор компонентов для направления и формирования пучка во времени и пространстве, блок управления, хранящий данные, представляющие соотношение между пороговой энергией импульса, необходимой для причинения необратимого повреждения в материале, и длительностью импульса, при этом соотношение позволяет получить пороговую энергию импульса для каждой из множества длительностей импульса, при этом множество длительностей импульса включает одну или несколько длительностей импульса в диапазоне от 200 фс и менее, причем соотношение определяет уменьшение пороговой энергии импульса при уменьшении длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее, причем блок управления выполнен с возможностью определения для заданной длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее соотнесенной пороговой энергии импульса на основании хранимых данных и определения энергии импульса мишени для пучка на основании определенной соотнесенной пороговой энергии импульса.
Блок управления может быть выполнен с возможностью вывода визуального представления определенной энергии импульса мишени на устройство вывода. Устройство вывода может быть удаленным устройством или может быть одним целым с лазерным устройством. В дополнение или в качестве альтернативы блок управления может быть выполнен с возможностью автоматической настройки определенной энергии импульса мишени для пучка.
Соотношение может представлять собой снижение пороговой энергии импульса, по существу, в функции кубического корня из длительности импульса. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение не более 0,35 мкДж, например, не более 0,30 мкДж, или не более 0,25 мкДж, или не более 0,20 мкДж, или не более 0,15 мкДж при длительности импульса 300 фс или менее. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение в диапазоне от 0,15 мкДж до 0,25 мкДж, например, в диапазоне от 0,18 мкДж до 0,22 мкДж при длительности импульса 200 фс. В дополнение или в качестве альтернативы соотношение может определять пороговую энергию импульса как значение в диапазоне от 0,05 мкДж до 0,10 мкДж, например, в диапазоне от 0,06 мкДж до 0,08 мкДж при длительности импульса 10 фс.
2
Пучок может быть гауссовым пучком, имеющим параметр M не более 1,15 или 1,1.
Дополнительные сведения, цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания и графических материалов.
Краткое описание графических материалов
Изобретение проиллюстрировано со ссылкой на следующие диаграммы.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение одного варианта осуществления способа определения пороговой энергии импульса для отдельных длительностей импульса в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 приведено схематическое изображение варианта осуществления способа определения пороговой энергии импульса для диапазона длительностей импульса в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3 приведена блок-схема варианта осуществления способа настройки энергии импульсного фокусированного лазерного излучения в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 4 приведена блок-схема альтернативного варианта осуществления способа настройки энергии импульсного фокусированного лазерного излучения в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг. 5 приведено схематическое изображение варианта лазерного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание
L
На фиг. 1 схематически показан вариант осуществления способа определения пороговой энергии импульса при конкретных длительностях импульса для произвольного материала мишени, необходимой, чтобы вызвать необратимое повреждение в материале мишени. В примере на фиг. 1 длительности импульса τ выбираются как 300 фс, 400 фс и 500 фс, но описанный способ также может быть применен к любому другому набору длительностей импульса.
повреждения
пороговая
L
повреждения
2
1
Как показано на диаграмме фиг. 1, для любой выбранной длительности импульса в материале мишени будет происходить повреждение конечного размера D, как только достигается или превышается пороговая энергия, зависящая от длительности импульса E. Диаграмма также показывает, что для любой заданной длительности импульса τ, размер D участка повреждений, вызванных в материале мишени, будет возрастать с энергией импульса. Из сопоставления трех кривых можно видеть, что подобная степень повреждения, как вызванная импульсом 500 фс с энергией E, также может быть достигнута с меньшей энергией E, если эта энергия концентрируется в более коротком импульсе 300 фс. Это согласуется с общим предположением, что для подобных эффектов использование более коротких импульсов позволяет уменьшить количество переносимой энергии.
пороговая,300
пороговая,400
пороговая,500
повреждения=
1
2
Так как при соответствующих пороговых энергиях импульса E, E, E, повреждение, которое вызывается одиночным импульсом, будет неразличимо мало, т.е. D0, и/или состоит только в термических изменениях в материале, степень повреждения определяется для более высоких энергий E, E, где для диапазона длительностей импульса размеры участков повреждений могут быть легко измерены. Как показано пунктирными линиями на фиг. 1, экстраполяция этой зависимости для каждой длительности импульса до нулевого размера повреждения будет в дальнейшем давать значения для соответствующих пороговых энергий.
Хотя кривые на фиг. 1 предполагают линейную зависимость размера повреждений от энергии импульса, зависимость часто может быть лучше описана нелинейным соотношением. Точное соотношение зависит, например, от величины, которая выбирается для описания размера повреждений, либо длины, либо площади, либо объема. К тому же, в то время как в описанном примере были рассмотрены только одноимпульсные эффекты, способ может в равной степени включать обнаружение размеров повреждений для различного количества импульсов, применяемых в том же месте (например, пакетов импульсов).
В то время как традиционные способы определения пороговых энергий часто полагаются на вторичные эффекты, которые возникают в связи с лазерно-индуцированным оптическим пробоем, например, на быстрое увеличение эмиссии плазмы, настоящий способ непосредственно измеряет предполагаемый эффект необратимого повреждения в материале мишени. Таким образом, пороговые энергии могут быть определены экспериментально для различных материалов мишени, которые отличаются от результатов, полученных другими способами. Эксперименты показывают, в частности, что необратимое разрушение может быть достигнуто при более низких пороговых энергиях, чем обычно предполагается. Это, однако, не исключает возможности того, что и в настоящем способе повреждение в материале мишени, по меньшей мере, частично вызывается лазерно-индуцированным оптическим пробоем.
пороговая
L
На фиг. 2 для произвольных импульсов и характеристик материала схематически показан способ определения соотношения между повреждающей пороговой энергией импульса и длительностями импульсов в диапазонах ниже и выше 200 фс. В диапазоне выше 200 фс различные пороговые энергии, E, в соответствии с фиг. 1 были построены для соответствующих длительностей импульса τ=300 фс, 400 фс и 500 фс. Как показано сплошной линией на фиг. 2, интерполяция позволяет установить нужные соотношения в этом диапазоне.
пороговая(повреждения)
1/3
Исходя из предположения, что для сверхкоротких импульсов, разрушение может пониматься как процесс, в основном зависящий от интенсивности, который не устанавливает никакой нижней границы для длительности импульса и, таким образом, для пороговой энергии, в дальнейшем было предположено, что соотношение, выраженное кривой на фиг. 2, может начинаться из начала координат. В этом случае предполагается, что пороговая энергия импульса существенно зависит от кубического корня из длительности импульса (E~ τ). Вместе с измеренными данными, как показано пунктирной кривой на фиг. 2, это позволяет экстраполяцию кривой за пределы измеряемого диапазона, а также при длительности импульсов, которые значительно короче, чем 200 фс.
Полученная кривая показывает непрерывное снижение пороговой энергии даже в направлении кратчайших длительностей импульсов, и это соответствующим образом описывается степенной функцией длительности импульса с показателем меньше 1. Таким образом, кривая подразумевает, что, если предполагается низкий перенос энергии в материал мишени, длительность импульса может быть уменьшена ниже обычно используемой, до поддиапазона 200 фс, в то время как пороговая энергия импульса монотонно уменьшается при уменьшении длительности импульсов. После того, как описанное соотношение было установлено, оно может быть использовано для настройки энергии импульса при различных длительностях импульса в диапазоне от 200 фс и менее.
В дополнение к вышесказанному, или в упрощенном варианте осуществления, который удовлетворяет без предположения, что кривая проходит через начало координат, соотношение, по меньшей мере, частично может быть определено на основании линейной аппроксимации, основываясь на измеренных данных. Этот вариант иллюстрируется для примера пунктирной линией на фиг. 2. Кроме того, поскольку описанное соотношение основывается на предположении о преобладающей зависимости от интенсивности, может быть предпочтительным в альтернативных вариантах осуществления описанного способа игнорировать энергию импульса в пользу других связанных с энергией параметров пучка, например, плотности энергии на импульс.
На фиг. 3 приведена блок-схема примерного варианта осуществления способа 300 настройки энергии импульсного фокусированного лазерного излучения в соответствии с настоящим изобретением. Способ 300 может включать некоторые или все из описанных выше процедур и результатов. На первом этапе 310 устанавливается соотношение между повреждающей пороговой энергией импульса и длительностью импульса в диапазоне от 200 фс и менее. Это может быть выполнено, например, с помощью процедур, описанных с использованием фиг. 1 и 2. На основании этого соотношения для заданной длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее определяется соотнесенная пороговая энергия импульса, этап 320. В дальнейшем на этапе 330 энергия импульса лазерного излучения настраивается на основании определенной соотнесенной пороговой энергии импульса.
Способ 300, таким образом, позволяет легко регулировать энергию лазерного излучения для измененной длительности импульса. Таким образом, становится возможным, например, изменять для конкретных процессов длительность импульса лазера, одновременно всегда поддерживая оптимизированную энергию импульса. Если энергия импульса настраивается на значение, превышающее определенную пороговую энергию, настроенное значение может в некоторых вариантах осуществления находится, например, в диапазоне от 1,5 до 5 раз, или от 1,5 до 4 раз, или от 1,8 до 3,5 раз, или от 2 до 4 раз больше определенной пороговой энергии. В соответствии с другими вариантами осуществления энергия импульса лазерного устройства, используемого для обработки материала, может быть настроена по меньшей мере в 1,3 раза, или по меньшей мере в 1,5 раза, или по меньшей мере в 1,8 раза, или по меньшей мере в 2,0 раза больше определенной пороговой энергии. Что касается верхнего предела, то энергия пакета импульсов может быть не более, чем в 5 раз, или не более, чем в 4,5 раза, или не более, чем в 4 раза, или не более, чем в 3,5 раза, или не более, чем в 3,0 раза, или не более, чем в 2,5 раз больше определенной пороговой энергии. В некоторых вариантах осуществления энергия импульса может быть настроена на заданную абсолютную величину, например, 0,05 мкДж, 0,10 мкДж, или 0,20 мкДж, или 0,30 мкДж, или 0,40 мкДж выше определенной пороговой энергии. В любом из таких случаев информация о пороговой энергии для диапазона длительностей импульсов предусматривает соответствующие средства оптимизации энергии импульса соответственно.
На фиг. 4 показана блок-схема альтернативного варианта осуществления способа 400 настройки энергии импульсного фокусированного лазерного излучения в соответствии с настоящим изобретением. В способе 400 на фиг. 4 этап 410 установления соотношения между повреждающей пороговой энергией импульса и длительностью импульса включает несколько подэтапов 412, 414, 416, 418. Аналогично способу 300 на фиг. 3 после того, как было установлено соотношение, оно может быть использовано для определения при данной длительности импульса в диапазоне от 200 фс и менее соотнесенной пороговой энергии импульса, этап 420, и настройки энергии импульса лазерного излучения на основании соотнесенной пороговой энергии импульса, этап 430. После того, как энергия импульса была настроена, лазерное излучение, в конечном итоге, может быть направлено на материал мишени, чтобы создать надрез в материале, этап 440.
На первом этапе 412 объект или образец материала, для которого описано соотношение, которое должно быть установлено, подвергают излучению с различными энергиями импульса и длительностями импульсов выше 200 фс, чтобы в объекте создавались измеримые участки повреждений. Затем определяют размер каждого участка повреждений, этап 414. На основании определенных размеров для каждой из длительностей импульса может быть определена пороговая энергия импульса, этап 416. Это может быть выполнено с помощью любого из способов, описанных с использованием фиг. 1. И, наконец, на основании определенных пороговых энергий определяется соотношение между повреждающей пороговой энергией импульса и длительностью импульса, этап 418. Это опять-таки может быть сделано с помощью любого из способов, описанных с использованием фиг. 2.
Точное соотношение между повреждающей пороговой энергией импульса и длительностью импульса также будет зависеть от многих других условий. Эти условия включают прежде всего характеристики подвергаемого излучению материала и дополнительные параметры пучка, такие как длина волны лазера и временные и пространственные профили лазерных импульсов. Тем не менее, на основании экспериментальных данных оказалось, что для соответствующих применений показатель степенной функции, описывающей искомую зависимость, как показано на фиг. 2, изменяется в основном от 0,3 до 0,36. Поэтому она практически может быть аппроксимирована как функция кубического корня из длительности импульса.
Кроме того, описанный способ 300, 400 дает надежные результаты для различных прозрачных небиологических и посмертных биологических исследуемых материалов, таких как полиметилметакрилат, PMMA и глазная ткань животных, и для характеристики пучка в наиболее соответствующих диапазонах для установленных приложений, например, когда диаметр лазерного фокуса, то есть, диаметр поперечного сечения пучка, который передает приблизительно 86% энергии импульса, выбирается менее 10 микрометров, например, менее 8 микрометров, или менее 6 микрометров, или менее 4 микрометров. Например, для длительностей импульса короче 300 фс были определены пороговые энергии от 0,05 до 0,35 микроджоулей. В этом диапазоне пороговая энергия при длительности импульса 200 фс была определена, чтобы попадать в диапазон от 0,15 до 0,30 микроджоулей, а при длительности импульса 10 фс - в диапазон от 0,05 до 0,1 микроджоулей. Таким образом, можно ожидать, что те же характеристики зависимости кубического корня пороговой энергии импульса от длительности импульса, а также, возможно, одни и те же диапазоны энергии будут применяться в том случае, когда материал мишени представляет собой ткань человеческого глаза.
-2
-2
-2
-2
-2
Как было сказано ранее, могут быть реализованы альтернативные варианты осуществления способов 300, 400, в которых учитываются другие связанные с энергией параметры, например, плотность энергии на импульс вместо энергии импульса. В таких случаях также применяется зависимость кубического корня соответственно. Например, с тем же фокусом и характеристиками материала, как и в предыдущем примере, и если применяется для пороговой плотности энергии импульса, описанный способ 300, 400 при длительности импульса менее 300 фс дает пороговую плотность энергии от 0,2 до 1,80 Дж⋅см. Более конкретно, была определена пороговая плотность энергии при длительности импульса 200 фс, чтобы попадать в диапазон от 0,80 Дж⋅см до 1,50 Дж⋅см, а при длительности импульса 10 фс - в диапазон от 0,20 Дж⋅см до 0,50 Дж⋅см.
На фиг. 5 показан примерный вариант осуществления лазерного устройства 500 в соответствии с настоящим изобретением. Лазерное устройство 500 содержит источник 510 пучка, набор 520 компонентов для направления и формирования пучка во времени и пространстве и блок 530 управления. Блок 530 управления может содержать или быть подключен к базе 535 данных, чтобы блок 530 управления мог получать доступ к данным и обрабатывать данные, которые хранятся в базе 535 данных. Лазерное устройство 500 может дополнительно содержать устройство 540 визуального вывода и/или быть приспособленным для вывода посредством блока 530 управления, и для визуального представления сигнала на внешнем устройстве 540 вывода.
2
Для упрощения источник 510 пучка и набор 520 направляющих и формирующих компонентов показаны на фиг. 5 в виде двух отдельных единиц. В альтернативных вариантах осуществления, однако, средства для формирования и направления пучка могут содержать множество не пересекающихся компонентов в лазерном устройстве 500; с другой стороны, источник 510 пучка также может включать средства для направления и формирования генерируемого лазерного пучка. Таким образом, следует понимать, что источник 510 пучка вместе с направляющими и формирующими средствами 520 определяют любое техническое устройство, известное в данной области техники, которое приспособлено для обеспечения сверхкороткоимпульсного фокусированного лазерного излучения, в котором, по меньшей мере, длительность импульса и энергия импульса или другой связанный с энергией параметр, например плотность энергии на импульс, могут быть управляемыми. С учетом наиболее важных применений еще более предпочтительно, чтобы предусмотренный лазерный пучок представлял собой гауссов пучок с параметром M не более 1,15.
Блок 530 управления может хранить и обрабатывать данные, которые являются характерными для соотношения между длительностью импульса и повреждающей пороговой энергией импульса или порогом повреждения для другого связанного с энергией параметра импульса, такого как пороговая плотность энергии, в соответствии с настоящим изобретением. С целью хранения данных блок 530 управления, как показано на фиг. 5, содержит устройство 535 хранения данных, которое служит для размещения базы данных. В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения база 535 данных может быть размещена внешне по отношению к блоку 530 управления, при условии, что функциональное соединение между блоком 530 управления и базой 535 данных позволяет блоку 530 управления считывать и обрабатывать данные, которые хранятся в базе 535 данных. На основании этих хранимых данных, блок 530 управления выполнен с возможностью определения для данной длительности импульса менее 200 фс соотнесенной пороговой энергии импульса и, кроме того, определения энергии для импульсов в пучке мишени на основании определенного порогового значения.
Как показано на фиг. 5, блок 530 управления дополнительно выполнен с возможностью вывода на устройство 540 вывода сигнала, который показывает определенную энергию импульса мишени. Графическое отображение определенной энергии импульса мишени, таким образом, позволяет пользователю лазерного устройства настраивать энергию импульса в соответствии с отображаемой информацией и в зависимости от выбранной длительности импульса. В качестве альтернативы блок 530 управления может быть приспособлен для автоматической настройки определенной энергии импульса. Это может быть достигнуто, например, с помощью управляющих соединений между блоком управления и источником 510 пучка и/или набором 520 средств направления и формирования пучка. Это позволит пользователю лазерного устройства 500 произвольно изменять длительность импульса, в то время как лазерное устройство 500 автоматически будет обеспечивать соответствующую энергию импульса.