飞秒激光技术简介
1. 啁啾脉冲放大技术(CPA)
自1960年.rard Mourou)及其学生唐娜•斯特里克兰(Donna Stricklan) 提出了啁啾(音“zhōu jiū”)脉冲放大(CPA)理论,为飞秒激光器的发展奠定了理论基础。
在啁啾脉冲放大技术出现之前,通过调Q(Q-switching)和锁模(Mode-locking)等超快激光技术已经可以将激光脉冲从毫秒(ms)量级提高到纳秒(ns)、皮秒(ps)量级。但是,直接放大激光脉冲的能量,以进一步提高峰值功率遇到了难以逾越的瓶颈。
因为直接放大过程中,激光脉冲的超高峰值功率密度极易损坏放大器中增益介质和其他光学元器件。其次,进行直接放大的激光脉冲时长太短,不利于充分吸收增益介质中的全部能量。
啁啾脉冲放大的原理如下图所示,整个系统大致分为振荡器、展宽器、放大器和压缩器。其关键是:
图1 啁啾脉冲放大技术(CPA)原理
① 在脉冲进入放大器之前,先利用展宽器对振荡器输出的超短飞秒(皮秒)脉冲引入一定的色散,将脉冲宽度在时域上展宽至百皮秒甚至纳秒量级,从而极大降低了峰值功率;
③ 等获得较高的能量以后,再通过压缩器补偿色散,将脉冲宽度压缩回飞秒(皮秒)量级。
“啁啾”是形容鸟鸣的声音,仔细听的话会发现鸟鸣的声音频率会随时间变化,先低后高。被放大之前的脉冲经过展宽后,由于不同频率成分传输速度不一样,导致脉冲的瞬时频率也会随着时间变化。因此,这项技术被命名为啁啾脉冲放大技术。
2. 飞秒激光的特点
通过啁啾脉冲放大技术获得的飞秒激光有3大特点:
① 脉冲持续时间非常短,只有几个飞秒,1飞秒为一千万亿分之一秒。
② 具有非常高的瞬时功率,较大脉冲峰值功率可达到太瓦甚至拍瓦量级。
③ 可以聚焦到比头发直径还要小的空间区域,实现非常高的功率密度。
3. 飞秒激光在眼科治疗中的应用
飞秒激光的上述3个特点使得其非常适应于生物组织的超精密切割,尤其是对于像切削角膜这种.度要求极高的任务,使用飞秒激光可以保证切割平面平整光滑,这一点也决定了术后患者的视力情况。
对于飞秒激光与角膜组织间的相互作用机制进一步研究发现,其属于一种光致分解作用。
飞秒激光可以在非常短的时间里聚焦于组织内狭小的空间,产生巨大的能量,使组织电离,物质在飞秒激光的作用下瞬间变成等离子体,较终使得组织通过光裂解爆破产生微小气泡,紧密相连的激
飞秒激光用于眼科治疗的专利申请态势分析
1. 申请趋势
经初步检索,共检索到飞秒激光用于眼科治疗的专利申请共3260件,年申请趋势如下图所示。
图2 飞秒激光用于眼科治疗的专利申请趋势图
MRA公司。
正这一领域。
velight。
在这一时期内,Carl Ziess持续发力,保持了快速增长的专利申请趋势。值得注意的是,wavelight公司作为一家致力于准分子激光用于屈光矫正手术的德国公司,分别于2000年、2003年、2004年推出.
另外,2006年左右开始,逐渐出现飞秒激光用于白内障
2. 申请地域分布
图3 飞秒激光用于眼科治疗的专利申请地域分布图
.梯队。亚洲地区.、日本、韩国的申请量分别位列第2~4位,每个.均分布有二三百件专利申请。除此之外,德国、俄罗斯、印度等.,也是飞秒激光眼科治疗领域各申请人重点.的市场区域。
3. 重点申请人
图4 飞秒激光用于眼科治疗领域的申请人分布图
从申请量来看,Carl Zeiss的申请数量较多;
紧随其后的申请人为Wavelight,其申请量几乎与Carl Zeiss持平;
.第三位。
对申请文献进行分析发现,.前三的申请人主要集中在飞秒激光对于屈光矫正的研究,.第四至七位的申请人Optimedica corp、Alcon Lensx、Technolas perfect Vision以及Lensar则专注于飞秒激光在治疗白内障手术中的应用。
飞秒激光屈光矫正技术浅析
激光用于屈光矫正的原理是,通过“磨削”眼角膜的弧度,进而调整角膜的屈光度以达到矫正视力的目的。通俗来讲就是把角膜当
目前,激光用于屈光矫正的技术经历了准分子激光、半飞秒激光以及全飞秒激光三个过程,其各自原理、优势以及重要的竞争者如下表所示。
表1 各种激光屈光矫正技术的原理、优势及重要竞争者
.者地位。
.飞秒激光机落户于密歇根眼科中心,标志着飞秒激光技术正式进入眼科临床。2004年该技术.
在IntraLase飞秒激光机发展的同时,.己的飞秒激光机,比如Ziemer公司的FEMTO LDV飞秒激光机、Carl Zeiss公司的VisuMAX飞秒激光机。2007年,.较lase,成为其旗下屈光手术的.主打品牌。
而Wavelight作为准分子激光领域的.6秒左右即可完成角膜瓣制瓣。
球范围内较为新型的屈光矫正技术。
不过,与传统“半飞秒”对比,“全飞秒”的缺点也十分明显,具体表现今以下几个方面:
① 全飞秒光区范围狭窄,常规为6.0mm,较大光区也只有6.5mm,正是由于这个原因,全飞秒的治疗范围相应受到极大束缚,一般只能用来治疗800-1000度的近视,也无法治疗远视;
② 为了实现“无瓣”,全飞秒需要在角膜上打两层激光,将会导致损失较多的角膜组织。
根据以上分析可以看出,从上世纪90年代开始至今,短短二十多年的时间,飞秒激光技术在眼科治疗中已得到了广泛的应用,但也存在诸多问题。研究人员正在积极寻找各项改进技术,飞秒激光用于眼科治疗的技术仍然有待不断地发展和完善。
许洁
数据与咨询事业部检索分析师
具有3年专利实质审查经验,审查发明专利约300件,尤其擅长光电领域的检索分析工作
曾就职于成都奥凯信息咨询有限公司,专注于专利检索分析业务,具有多个不同领域专利分析项目的具体执行经验,包括高价值专利培育、知识产权分析评议、企业专利微导航、专利挖掘等项目
曾服务的客户包括中科院医工所、正业科技、成都、成都科技大学等
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