设计用于修改多个眼科设备的激光写入系统的方法，以及根据这些方法设计的系统。这种方法的一个实例包括：(a)确定眼科设备的至少一种材料特征，所述至少一种材料特征在激光写入系统参数的范围内确定；(b)确定眼科设备的至少一种设计特征；以及(c)使用至少确定的材料特征和设计特征，配置激光写入系统的至少一个系统参数以优化激光写入系统的产出量，激光写入系统包括：(i)激光器，配置成产生激光束，(ii)分束器，配置为将激光束分离为多个输出，以及(iii)多个写入头，每个写入头被配置为将所述输出中的至少一个输出引导至眼科设备以将一个或多个局部折射率修改写入眼科设备。将一个或多个局部折射率修改写入眼科设备。将一个或多个局部折射率修改写入眼科设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用激光诱导折射率变化的可扩展制造
[0001]联邦资助的研究或开发
[0002]本专利技术是在美国国家科学基金会授予的IIP：1549700的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0003]飞秒微加工，用于在基于水凝胶的材料和其他眼科材料中诱导折射率(RI)变化或相变。
技术介绍
[0004]飞秒微加工已用于在材料内部创建高度局部化的微观结构，包括在石英玻璃内进行三维微加工，用本体聚合物(甲基丙烯酸甲酯)编写的埋入式管状波导以及在可交联的基于PMMA的共聚物中形成的通道波导或衍射光栅，由于其独特的特性，例如快速而精确的能量沉积到材料中，消除了向周围区域的热扩散，焦点体积内的结构改变等。在过去的十年中，通过创建不同的折射率整形结构，已将该技术应用于改变眼科材料的光学特性，例如基于水凝胶的隐形眼镜、人工晶状体(IOL)和角膜组织。甘达拉
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蒙塔诺(Gandara
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Montano)等成功地在基于水凝胶的隐形眼镜中写入了任意Zernike多项式。在IOL的内部直接写入了相位包裹镜头以改变目标区域的亲水性，并且在平(plano)隐形眼镜材料中编写了具有
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3.0至+1.5屈光度的宽功率范围的高质量梯度折射率(GRIN)菲涅尔透镜。NIR/蓝色飞秒激光已用于角膜组织内部甚至活猫眼内的无创组织内折射率整形(IRIS)。
[0005]有许多因素可以确定激光诱导的折射率变化(LIRIC)的有效性，包括材料特征和激光曝光参数两者。已经研究了包括化学成分、水含量、掺杂剂类型或掺杂剂浓度在内的材料特征，以扩展最大可达到的折射率变化的极限。
[0006]由以3420cm
‑1为中心的水的O
‑
H拉伸振动引起的拉曼光谱特征的出现表明，较大的相变与改性区域中较高的水含量相关联，并且与所研究的水凝胶相比较低的水折射率会导致在激光处理区域中引起的负相变。飞秒微加工过程中水的功能被认为是由于高的热容量而增加了热致击穿阈值，由于低的热扩散率而减慢了从激光处理区域到周围环境的散热，或促进了水性介质中聚合材料的光诱导水解。
[0007]至于至少一些飞秒写入所需的化学组成，有两种活性成分，掺杂剂和猝灭剂，用于增加通过非线性吸收沉积的能量，并转移吸收的能量以进行化学反应。据报道，由于增强的非线性吸收系数，掺杂的水凝胶产生的RI变化比未掺杂的水凝胶大得多。
[0008]除了材料特征外，引起的RI变化还高度依赖于系统参数和许多系统参数的影响，诸如扫描速度、激光平均功率、数值孔径(NA)、脉冲宽度、激光束波长、以及在同一区域写入的层数。为了优化飞秒微加工工艺，已经对许多这些参数进行了广泛研究。据报道，在水凝胶聚合物中，以较低的扫描速度、较高的平均功率和较短的激光波长可以引起较大的折射率变化。
[0009]尽管过去在研究影响某些材料中的激光诱导的折射率变化(LIRIC)的有效性的因
素方面取得了进展，但仍有改进的空间。
技术实现思路
[0010]该专利描述了利用激光诱导的折射率变化(诸如，通过飞秒激光微加工在眼科材料中引起的变化)来优化制造工艺的系统和方法。在该专利中描述的技术的应用包括隐形眼镜、人工晶状体(体外)和其他眼科材料的LIRIC定制。
[0011]该专利还描述了我们为LIRIC开发的光化学模型，该光化学模型可用于设计商业规模的LIRIC制造系统和方法。我们已经测试了在水凝胶中用于蓝光写入的两光子模式和在水凝胶中具有1035nm写入的四光子模式的光化学模型。仅举一个实例，我们的模型就可以预测非常快的写入速度，绿光517nm高达3.7m/秒，利用在10MHz时500mw功率论证。
[0012]设计用于修改多个眼科设备的激光写入系统的方法的一个实例包括以下步骤：(a)确定在一系列激光写入系统参数范围内确定的眼科设备的至少一种材料特征；(b)确定眼科设备的至少一种设计特征；以及(c)使用至少确定的材料和设计特征，配置激光写入系统的至少一个系统参数以优化激光写入系统的产出量(throughput)，该激光写入系统包括：(i)被配置为产生激光束的激光器，和(ii)分束器，其配置为将激光束分成多个输出，以及(iii)多个写入头，每个写入头配置为将至少一个输出引导至眼科设备以在眼科设备中写入一个或多个局部折射率修改。
[0013]在一些情况下，至少一种材料特征包括用于眼科设备的诱导的单层光学相移的损伤阈值；以及至少一种设计特征包括为眼科设备设计的最大相移。
[0014]在一些情况下，至少一种材料特征包括：以第一激光重复率用于眼科设备的诱导的单层光学相移的至少第一损伤阈值和以第二激光重复率用于眼科设备的诱导的单层光学相移的第二损伤阈值。
[0015]在一些情况下，用于确定至少一种材料特征的激光写入系统参数的范围包括功率范围、扫描速度范围、激光重复率范围和聚焦透镜数值孔径范围中的至少一个。
[0016]在一些情况下，用于确定至少一种材料特征的激光写入系统参数的范围包括功率范围、扫描速度范围、激光重复率范围和聚焦透镜数值孔径范围中的至少两个。
[0017]在一些情况下，所确定的材料特征还包括定量模型的至少一个拟合参数，该定量模型将眼科设备中的诱导相移与激光写入系统的配置相关联。
[0018]在一些情况下，确定的材料特征还包括定量模型的多光子阶。
[0019]在一些情况下，定量模型是两光子体制/状态(regime)模型，诸如：
[0020][0021]其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且β为拟合参数。
[0022]在一些情况下，定量模型是三光子体制模型，诸如：
[0023][0024]其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。
[0025]在一些情况下，定量模型是四光子体制模型，例如：
[0026][0027]其中，Δφ为写入的单层相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。
[0028]在一些情况下，定量模型还包括饱和度因子。
[0029]在一些情况下，定量模型是第N光子体制模型，诸如：
[0030][0031]其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。
[0032]在一些情况下，定量模型的多光子阶为两光子体制、三光子体制或四光子体制。
[0033]在一些情况下，定量模型包括多个多光子体制模型的总和。
[0034]在一些情况下，定量模型为：
[0035][0036]其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对用于修改多个眼科设备的激光写入系统进行设计的方法，所述方法包括：(a)确定所述眼科设备的至少一种材料特征，所述至少一种材料特征在激光写入系统参数的范围内确定；(b)确定所述眼科设备的至少一种设计特征；以及(c)使用至少确定的材料特征和设计特征，配置所述激光写入系统的至少一个系统参数以优化所述激光写入系统的产出量，所述激光写入系统包括：(i)激光器，其配置成产生激光束，(ii)分束器，其配置为将激光束分离为多个输出，以及(iii)多个写入头，每个写入头被配置为将所述输出中的至少一个输出引导至眼科设备，以将一个或多个局部折射率修改写入所述眼科设备。2.根据权利要求1所述的方法：其中，所述至少一种材料特征包括用于所述眼科设备的诱导单层光学相移的损伤阈值；并且其中，所述至少一种设计特征包括设计为用于所述眼科设备的最大相移。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一种材料特征包括至少：在第一激光重复率下用于所述眼科设备的诱导单层光学相移的第一损伤阈值，以及在第二激光重复率下用于所述眼科设备的诱导单层光学相移的第二损伤阈值。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，用于确定所述至少一种材料特征的激光写入系统参数的范围包括：功率范围、扫描速度范围、激光重复率范围和聚焦透镜数值孔径的范围中的至少一个。5.根据权利要求4所述的方法，其中，用于确定所述至少一种材料特征的激光写入系统参数的范围包括：功率范围、扫描速度范围、激光重复率范围和聚焦透镜数值孔径的范围中的至少两个。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所确定的材料特征还包括定量模型的至少一个拟合参数，所述定量模型将所述眼科设备中的诱导相移与所述激光写入系统的配置相关联。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所确定的材料特征还包括所述定量模型的多光子阶。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述定量模型是两光子体制模型，包括：其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且β为拟合参数。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述定量模型是三光子体制模型，包括：其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述定量模型是四光子体制模型，包括：其中，Δφ为写入的单层相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述定量模型还包括饱和度因子。12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述定量模型是第N光子体制模型，包括：其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，并且γ为拟合参数。13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述定量模型的多光子阶为两光子体制、三光子体制或四光子体制。14.根据权利要求6所述的方法，其中，所述定量模型包括多个多光子体制模型的总和。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述定量模型包括：其中，Δφ为单层写入相移，P为平均功率，NA为数值孔径，v为激光重复率，λ为激光波长，S为扫描速度，τ为脉冲持续时间，β为二阶拟合参数，γ为三阶拟合参数，并且δ为四阶拟合参数。16.根据权利要求2至15中任一所述的方法，其中，优化激光写入系统的产出量包括确定用于修改眼科设备的最优写入层数，以及...
【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：罗切斯特大学，
类型：发明
国别省市：
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