本发明专利技术涉及一种用于透明材料(23)的激光切割装置，所述激光切割装置构造成用于将激光(2)聚焦到材料(23)内部的多个预先确定的点处，其中所述点处于预先确定的基本上垂直于激光(2)的入射方向延伸的切割线或切割面(24)上，其中所述激光切割装置具有可被带入激光(2)的光路中和可从光路中被带出的用于模式转换(3)成具有螺旋相位波前(5)的激光的机构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于透明材料的激光切割装置，所述激光切割装置构造成用于将 激光聚焦到材料内的多个预先确定的点，其中所述点处于预先确定的基本上垂直于激光的 入射方向延伸的切割线或切割面上。本专利技术还涉及一种用于对生物组织、尤其是活体的眼 睛进行激光加工的装置。
技术介绍
在激光材料加工时产生精细效果的前提是小能量的局部沉积。在对于激光透明的 材料、例如玻璃、石英、水、未染色的身体组织或细胞，局部的能量沉积只可以通过以多光子 电离和雪崩电离形式的导致形成等离子（材料中几乎自由的载流子，由电子和离子的混合 物组成）的多光子过程进行。因为多光子过程的出现非线性地取决于激光强度，因此涉及 所谓的"非线性的吸收"。并且由于等离子形成速率在由材料和激光参数决定的阈值以上极 度强烈地增加，所述等离子形成过程在该参数范围也中称为"光学击穿"。 通过非线性吸收进行的精度极高的材料加工要求，能在空间上局部化地可重复地 将小的能量可以输入（沉积）材料中。良好的空间的局部化主要通过激光脉冲借助于高的 光圈/数值口径的无像差的光学系统实现的聚焦实现。 在透明材料内部进行切割时经常希望这样的切口分布，所述切口分布不是沿激光 束的入射方向实现，而是与入射方向成预先确定的角度。通常切割甚至应垂直于或大致垂 直于入射方向进行，以便产生平行或大致平行于透明介质表面定向的切口。通常不仅产生 切割线，而是切口二维地沿切割面实现，所述切割面基本上平行于材料表面，以便分离材料 层。这种情况例如在折射的角膜手术（Laser-in-situ-Keratomileusis，简称：LASIK)中出 现。 用于真正的切口分布，将聚焦的激光脉冲并排地以点网格施加。在每个网格点 (专业领域也称为：点）上产生等离子，所述等离子使焦点体积中的透明材料分解并且在能 量密度足够大时引起产生空腔（或液体或生物组织中的瞬时的穴蚀气泡）的微爆。 相应有效的切割机制取决于网格点的距离和等离子的能量密度。所述能量密度由 激光脉冲能量和发生光学击穿的材料相关的阈值确定，所述阈值本身取决于激光脉冲时长 和激光波长以及激光束质量和聚焦的激光束的会聚角（数值口径/光圈）。在其他照射参 数相同的情况下，等离子能量密度能通过激光脉冲能量的变化在大的范围内调节。 切割机制能够划分为两个类别，通常称为分解模式和分裂模式。 分解模式：如果产生小能量密度和电子密度的激光等离子，则自由的电子通过键 断裂引起激光焦点中的材料的分解。这导致材料蒸发或材料分解。生物组织中的材料溶解 例如导致产生具有寿命在毫秒至秒的范围的气泡，所述气泡虽然不有助于切割效果，但可 以用作材料溶解的指示器。在焦点体积和充分大的密度的键断裂重叠的情况下可以由此产 生连续的切口。尽管单脉冲能量小，连续的材料层的分解要求大量激光脉冲的积累作用并 且因此要求相对高的总能量。 分裂模式：在分裂模式中，焦点的网格中的横向的距离D选择得大于焦点直径d并 且为通常为大约6-10微米。在这里连续的切口只可以通过等离子的微爆作用和由等离子 产生的瞬时的空腔（穴蚀气泡）的共同成长产生。用于产生空腔，需要具有比用于分解模 式高的能量密度的等离子。在具有层状的结构的材料（例如眼睛的角膜基质）中，空腔易 于共同成长成切口。因此切割过程是通过激光产生的穴蚀气泡的膨胀驱动的优选沿机械的 薄弱位置延伸的分裂过程。与此类似的是石板基于局部的机械作用的分裂或利用斧沿纤维 方向劈开无枝杈的木材。虽然产生微爆需要的单脉冲能量在分裂模式中大于在分解模式 中，需要的总能量通常较小，因为不需要改变连续的材料层的聚集状态，而是材料沿薄弱位 置进行机械分开并且因此需要较小数量的单脉冲。材料损耗与此对应同样小于在分解模式 中的情况。 在两种切割机制中，切割精度决定性地通过激光等离子的长度确定，所述长度本 身取决于激光焦点长度。焦点直径d和焦点长度1在完全利用切割物镜的口径的情况下如 下给出：【主权项】1. 一种用于透明材料（23)的激光切割装置，所述激光切割装置构造成，用于将激光 (2) 聚焦到材料（23)内部的多个预先确定的点处，其中所述点位于预先确定的、基本上垂 直于激光（2)的入射方向延伸的切割线或切割面（24)上，其特征在于，所述激光切割装置 具有能被带入和能被带出激光（2)的光路的机构，所述机构用于模式转换（3)成具有螺旋 相位波前（5)的激光。2. 按照权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述用于模式转换（3)的机构具 有螺旋的相移片。3. 按照权利要求2所述的激光切割装置，其特征在于，所述螺旋的相移片由分别具有 不同取向的光轴的双折射的部段组成。4. 按照上述权利要求之一所述的激光切割装置，其特征在于，所述用于模式转换（3) 的机构能摆入光路中以及能从光路中摆出。5. 按照上述权利要求之一所述的激光切割装置，其特征在于，设置有至少一个可操控 的转向镜出、9)，所述转向镜根据对其进行的操控引导激光（2)的光路通过用于模式转换 (3) 的机构或在所述用于模式转换的机构旁经过。6. 按照上述权利要求之一所述的激光切割装置，其特征在于，在激光（2)的光路中，在 用于模式转换（3)的机构下游设置有空间频率滤波器（4)。7. 按照上述权利要求之一所述的激光切割装置，其特征在于，激光源（1)发射具有波 长在300nm和400nm之间的脉冲的紫外光（2) 〇8. 按照上述权利要求之一所述的激光切割装置，其特征在于，设置用于确定单位面积 的照射剂量的设备，所述设备检测激光源（1)的照射参数和通过转向单元（20)的控制设备 (30)预先确定的点位置，由此计算出剂量值并将所述剂量值输出，或者在超过预先确定的 阈值时激活报警指示。【专利摘要】本专利技术涉及一种用于透明材料(23)的激光切割装置，所述激光切割装置构造成用于将激光(2)聚焦到材料(23)内部的多个预先确定的点处，其中所述点处于预先确定的基本上垂直于激光(2)的入射方向延伸的切割线或切割面(24)上，其中所述激光切割装置具有可被带入激光(2)的光路中和可从光路中被带出的用于模式转换(3)成具有螺旋相位波前(5)的激光的机构。【IPC分类】A61F9-008, A61F9-01【公开号】CN104703563【申请号】CN201380052253【专利技术人】A·福格尔, N·林茨, S·弗赖丹克 【申请人】吕贝克大学【公开日】2015年6月10日【申请日】2013年9月2日【公告号】EP2705812A1, EP2760622A2, EP2760622B1, US20150164689, WO2014036995A2, WO2014036995A3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于透明材料(23)的激光切割装置，所述激光切割装置构造成，用于将激光(2)聚焦到材料(23)内部的多个预先确定的点处，其中所述点位于预先确定的、基本上垂直于激光(2)的入射方向延伸的切割线或切割面(24)上，其特征在于，所述激光切割装置具有能被带入和能被带出激光(2)的光路的机构，所述机构用于模式转换(3)成具有螺旋相位波前(5)的激光。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·福格尔，N·林茨，S·弗赖丹克，
申请(专利权)人：吕贝克大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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