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注。國外幾大激光巨頭也紛紛推出自己的拳頭產品，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，挑花了眼，應該冷靜，千萬要冷靜，保持一顆理性的頭腦，根據自己的需要，從中選擇適合自己應用的產品。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域。

醫療應用

       社會在發展，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。

準分子激光手術原理示意圖

    然而，任何手術都是有風險的，近視治療80％的風險存在于制作角膜瓣的過程中，因為傳統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，拋棄了傳統手術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生了質的突破。

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

①用飛秒激光制作的角膜瓣不會出現紐扣瓣、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后復位固著性不好。

飛秒激光和角膜刀制瓣的切削層對比

②定量控制，能夠將角膜厚度精準控制在微米級別，精確度比板層刀高出數倍。通常要求厚度為90~100μm的角膜，誤差能達到10μm以內，而板層刀精確度為30～45μm。

③避免了刀片導致的交叉感染可能性；

④由于角膜瓣切削的深度均勻，損傷的神經和血管較少，所以飛秒激光將術后干眼癥減少了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）手術較之普通LASIK，造成的散光和高階波前像差較小，對LASIK術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，基本無法接受傳統的LASIK等激光手術。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。

綜合上述優點，飛秒激光開始替隨著醫代已沿用二十年多的金屬角膜刀，擔負起LASIK手術中最為關鍵的制作角膜瓣任務，將激光治近視手術帶入純激光時代。

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，激光產生的熱效應就幾乎沒有），但是對能量，頻率，和穩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，性能穩定，能適應相對惡劣的環境。

醫療器械的穩定性直接關系到醫療安全性，功率的隨環境變化過大，脈沖之間能量差異明顯，都會影響最終的使用效果。

長時間功率穩定性曲線

    從長期監控效果來看，D2.fs激光器的功率穩定性都相當不錯，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定性又如何呢？

脈沖穩定度對比

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，這個除了對醫生的技術水平提出一定要求以外，還對激光器的穩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，轉嫁給患者的費用就高，導致治療費用過高（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的普及和推廣帶來了希望。

在醫療領域，D2.fs除了應用于眼科手術以外，還應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切割燒蝕腦組織樣品等，在涉及到微細組織結構的治療中，D2.fs飛秒激光器都有其用武之地。比較典型的應用是心血管支架的加工。

激光加工的心血管支架

工業應用

心血管支架雖應用于醫療領域，而本身卻是工業加工的產物。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計旨在提高抗壓力和藥物涂層黏著力的復雜圖案，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冷加工，也不能實現微米級的加工，因為其光斑就已經達到十幾微米，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，被激發的高能態電子沒有足夠的時間將能量傳遞給晶格，因此，D2.fs能夠實現真正的冷加工。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展方向，也是精細加工領域的發展趨勢。

精細加工要求單脈沖能量達到μJ，以實現材料的消除；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：

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

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，整個結構設計緊湊。而且專門為滿足工業應用的需求，Jenoptik Laser公司還升級了該產品在惡劣條件下的穩定性能。

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，不管外界環境溫度變化如何惡劣，激光器的功率變化也不超過10%。經過了惡劣環境的洗禮，D2.fs的穩定性和可靠性是毋庸質疑的，而且該產品性價比極高，非常適合工業級應用。