引言

飛秒激光是脈沖寬度小于10^-12秒 的激光器，此類激光器因其高重頻，超短的脈沖寬度，極高的峰值功率等顯著特點而倍受關(guān)注。國外幾大激光巨頭也紛紛推出自己的拳頭產(chǎn)品，可謂是百花齊放，百 家爭鳴。而對于使用者，消費者則不能隨感而發(fā)，挑花了眼，應(yīng)該冷靜，千萬要冷靜，保持一顆理性的頭腦，根據(jù)自己的需要，從中選擇適合自己應(yīng)用的產(chǎn)品。接下 來，我們就以Jenoptik Laser公司的D2.fs飛秒激光器為例，來看看這款激光器適用在那些領(lǐng)域。

醫(yī)療應(yīng)用

       社會在發(fā)展，越來越多的人坐在電腦前從事腦力勞動。高科技在提高生產(chǎn)力的同時，也造就了更多的近視患者。目前約有近四億近視患者，并以每年3000萬的速度逐年遞增，因此，近視治療是一個相當(dāng)大的市場。激光治療近視，這個詞語大家并不陌生。早在1985年，準分子激光就被應(yīng)用于臨床治療近視。其過程是，先用超薄板層刀切進行切瓣，再用準分子激光在角膜上掃描出一個凹透鏡，從而改變其屈光度，達到治療近視的目的。

準分子激光手術(shù)原理示意圖

    然而，任何手術(shù)都是有風(fēng)險的，近視治療80％的風(fēng)險存在于制作角膜瓣的過程中，因為傳統(tǒng)的制瓣過程是由人操作金屬角膜刀完成的，人為失誤和機械故障無法控制。而飛秒激光制瓣技術(shù)，拋棄了傳統(tǒng)手術(shù)制瓣使用的金屬角膜刀，代之以完全由電腦控制的飛秒激光制瓣，使制瓣過程的安全性發(fā)生了質(zhì)的突破。

飛秒激光制作角膜瓣時預(yù)先設(shè)置角膜瓣的厚度、直徑、形狀及膜瓣蒂的位置和寬度等參數(shù)，在計算機程序的精確控制下作角膜瓣。與常規(guī)的機械角膜板層刀相比，飛秒激光的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

①用飛秒激光制作的角膜瓣不會出現(xiàn)紐扣瓣、游離、破碎等情況，角膜瓣厚度各處相同，均勻一致；而微型角膜刀制作的角膜瓣一般都存在周邊部稍厚，中央部較薄的情況，很難做到中央部與周邊部厚度一樣的板層角膜瓣，因此角膜刀切瓣的術(shù)后復(fù)位固著性不好。

飛秒激光和角膜刀制瓣的切削層對比

②定量控制，能夠?qū)⒔悄ず穸?/span>精準控制在微米級別，精確度比板層刀高出數(shù)倍。通常要求厚度為90~100μm的角膜，誤差能達到10μm以內(nèi)，而板層刀精確度為30～45μm。

③避免了刀片導(dǎo)致的交叉感染可能性；

④由于角膜瓣切削的深度均勻，損傷的神經(jīng)和血管較少，所以飛秒激光將術(shù)后干眼癥減少了72%；

⑤飛秒激光制作角膜瓣的LASIK#p#分頁標題#e#（激光原位角膜磨鑲術(shù)）手術(shù)較之普通LASIK，造成的散光和高階波前像差較小，對LASIK術(shù)后的視功能有重要意義。

⑥過去受角膜厚度影響，有近10%的患者因近視太深、角膜太薄，基本無法接受傳統(tǒng)的LASIK等激光手術(shù)。而飛秒激光能夠克服該缺點，即使是薄的角膜，一樣能夠處理。

綜合上述優(yōu)點，飛秒激光開始替隨著醫(yī)代已沿用二十年多的金屬角膜刀，擔(dān)負起LASIK手術(shù)中最為關(guān)鍵的制作角膜瓣任務(wù)，將激光治近視手術(shù)帶入純激光時代。

那說了這么多，大家要問，什么樣的飛秒激光才能用來進行手術(shù)制瓣呢？說白了就是光源選擇問題。

實際的臨床需要對飛秒激光的脈沖寬度并不敏感，只要<1ps即可（實驗證明，只要脈沖寬度<1ps，激光產(chǎn)生的熱效應(yīng)就幾乎沒有），但是對能量，頻率，和穩(wěn)定性提出了較高要求。功率要求單脈沖能量>6μJ，頻率越高，工作效率越高，制瓣時間越短。綜合以上要求看來，Jenoptik Laser公司的D2.fs激光器是不錯的選擇（單脈沖能量20μJ，頻率200KHz，5~6秒即可完成制瓣工序，比普通的飛秒激光制瓣高出數(shù)倍）。況且單脈沖能量μJ級的激光器往往價格不菲，相比之下，D2.fs的價格和穩(wěn)定性都是非常有競爭力的。D2.fs是以免維護的光纖飛秒激光器作為放大種子源，性能穩(wěn)定，能適應(yīng)相對惡劣的環(huán)境。

醫(yī)療器械的穩(wěn)定性直接關(guān)系到醫(yī)療安全性，功率的隨環(huán)境變化過大，脈沖之間能量差異明顯，都會影響最終的使用效果。

長時間功率穩(wěn)定性曲線

    從長期監(jiān)控效果來看，D2.fs激光器的功率穩(wěn)定性都相當(dāng)不錯，幾乎沒有變化。上圖我們看到的是長期的平均功率波動情況，那么脈沖之間的能量對比的高頻穩(wěn)定性又如何呢？

脈沖穩(wěn)定度對比

如圖所示，每個脈沖的高度都幾乎相同，D2.fs的單脈沖能量也極其穩(wěn)定。如此，才能在制瓣程序中加工出均勻的微點。

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飛秒激光制頒原理

雖 然激光治療近視已被大家熟知，但目前已接受近視治療的不到二百萬人，占患者總數(shù)比例不到百分之一，近視的治療比例還很低。因此，雖然近視治療的市場潛力巨 大，但還需要解決兩個方面的問題，一是安全性，這個除了對醫(yī)生的技術(shù)水平提出一定要求以外，還對激光器的穩(wěn)定性提出了更高的要求，另一個方面就是價格，激 光器成本過高，轉(zhuǎn)嫁給患者的費用就高，導(dǎo)致治療費用過高（治療費大約1萬元），未能被廣大患者接收。德國Jenoptik公司推出的D2.fs飛秒激光器即保證了穩(wěn)定性和安全性，又使整機的集成成本大大降低，為激光治療近視手術(shù)的普及和推廣帶來了希望。

在醫(yī)療領(lǐng)域，D2.fs除了應(yīng)用于眼科手術(shù)以外，還應(yīng)用于其他的顯微外科中，例如納米切割人體染色體和非熱性手術(shù)切割燒蝕腦組織樣品等，在涉及到微細組織結(jié)構(gòu)的治療中，D2.fs飛秒激光器都有其用武之地。比較典型的應(yīng)用是心血管支架的加工。

激光加工的心血管支架

工業(yè)應(yīng)用

心血管支架雖應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，而本身卻是工業(yè)加工的產(chǎn)物。通常，心血管支架長度5～30mm，直徑2～5mm，厚度約0.1～0.2m，支架壁都是按照各公司自行設(shè)計旨在提高抗壓力和藥物涂層黏著力的復(fù)雜圖案，非常精細，而且不能有裂紋，邊緣必須干凈，沒有渣滓或毛刺附著。以前的心血管支架的加工是由高光束質(zhì)量的光纖納秒激光器來完成的，但是納秒激光器并不能實現(xiàn)冷加工，也不能實現(xiàn)微米級的加工，因為其光斑就已經(jīng)達到十幾微米，對于冠心病這種要求更細小心血管支架（20μ～300μm），顯然是不能滿足需求的。D2.fs激光器是飛秒脈沖，被激發(fā)的高能態(tài)電子沒有足夠的時間將能量傳遞給晶格，因此，D2.fs能夠?qū)崿F(xiàn)真正的冷加工。D2.fs極高的峰值功率使其能在加工點中心形成多光子吸收，從而能夠在聚焦光斑覆蓋的的材料中心部分實現(xiàn)更高的去除率。

長脈沖激光和飛秒激光加工效果對比

因此，飛秒激光代表了心血管支架加工的發(fā)展方向，也是精細加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

精細加工要求單脈沖能量達到μJ，以實現(xiàn)材料的消除；要求高頻率以保證高的工作效率。下面我們看一下D2.fs激光器的主要參數(shù)：

1025nm的波長保證了該激光能很好的被金屬和大多數(shù)非透明材質(zhì)的非金屬所吸收，單脈沖能量也完全能夠滿足去除材料的要求，200KHz的重復(fù)頻率能夠保證精細加工的高效率進行，400fs的則能夠?qū)崿F(xiàn)高峰值功率和冷加工效果。因此，從參數(shù)上來看，該激光器應(yīng)用于工業(yè)精細加工沒有問題。

D2.fs激光器的工作原理是以光纖激光器做為振蕩器的Yb:KYW薄片激光器作為放大級的，整個結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊。而且專門為滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，Jenoptik Laser公司還升級了該產(chǎn)品在惡劣條件下的穩(wěn)定性能。

溫度變化對激光器功率影響曲線圖

上圖中，紅線代表溫度的急劇變化（5℃～35℃），藍線代表平均功率波動情況，由圖中我們可以看出，不管外界環(huán)境溫度變化如何惡劣，激光器的功率變化也不超過10%。經(jīng)過了惡劣環(huán)境的洗禮，D2.fs的穩(wěn)定性和可靠性是毋庸質(zhì)疑的，而且該產(chǎn)品性價比極高，非常適合工業(yè)級應(yīng)用。