CN104936506A - 带有微结构多面近端表面的多光斑激光探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学手术探针，其包括套管；在所述套管内的光导，其被配置成将光束引导至所述光导的远端，以及在所述套管的远端的多光斑产生器，所述多光斑产生器具有带有倾斜小面的多面近端表面，其被配置成接收所述光束并且将所述接收的光束分成多个光束分量，和远端表面，所述多个光束分量穿过所述远端表面离开所述多光斑产生器，其中所述多光斑产生器的所述近端表面是带有小于所述光束的波长的调制长度的微结构，从而降低回到所述探针中的光的反射比。

Description

带有微结构多面近端表面的多光斑激光探针
背景技术
技术领域
本文公开的实施方案涉及具有微结构多面近端表面的多光斑激光探针以及用于制造所述多光斑激光探针的方法。更具体地说，本文公开的一些实施方案提供具有微结构多面近端表面和微结构远端表面的多光斑激光探针以及用于制造可减少回到所述激光探针的全内反射的所述多光斑激光探针的方法。
相关领域
激光探针可将光输送至射到手术靶上的多个光斑。例如，在视网膜组织的全视网膜光凝过程中，将光输送至多个光斑可减少外科手术的时间。在现有***中，多种技术已被用来产生用于多光斑图案的多个光束。例如，一种方法在探针的远端使用衍射元件来将入射光束分成多个光束。
然而，在探针的远端使用衍射元件可能出现困难。例如，衍射元件可产生大量较高衍射级，并且因此产生将照射视网膜的大量额外的、不需要的外来光束光斑。尽管这些额外的光斑具有较低的强度，但其可具有负面影响，例如使靶区域不合需要的发热。此外，衍射元件在不同的折射介质中不会表现相同。例如，衍射元件可放置到带有与空气折射率不同的折射率的介质中，并且衍射元件之间的空间可由可影响光斑图案的介质填充。此外，光斑之间的间隔可根据不同的波长变化，如果瞄准光束和处理光束为不同颜色，这可能引起问题。衍射元件通常还是昂贵的并且难以生产，尤其是如果所述衍射元件要装进小区域中的情况。
一些激光探针利用单个纤维将光从光源引导至球透镜。所述球透镜可被浸入固化透光粘合剂中，从而具有多个小面以便分开光束。然而，所述固化粘合剂的近端表面和远端表面均将多达5％的入射光束反射进所述激光探针中，从而引起过热相关的问题，例如粘合剂的材料降解。
因此，需要一种多光斑激光探针：(a)可在手术靶处提供多个光斑而不会使探针过热，(b)没有与衍射元件关联的问题，以及(c)可以可接受的成本制造。
发明内容
根据一些实施方案，提供一种光学手术探针，其包括：圆柱形套管；在所述套管内的光导，其被配置成接收来自光源的光束，将所述光束引导至所述光导的远端，并且在所述光导的远端处发射光束；以及在所述套管远端的多光斑产生器，所述多光斑产生器具有带有倾斜小面的多面近端表面，其被配置成接收在光导远端处发射的光束并且将接收的光束分成多个光束分量，而且所述多个光束分量从远端表面离开所述多光斑产生器，其中所述多光斑产生器的近端表面是带有比光束的波长更小的调制长度的微结构。
根据一些实施方案，一种用于制造用于光学手术探针的多光斑产生器的方法可包括：使用涂覆器将透光粘合剂介质沉积在衬底表面上；将光学元件***所述粘合剂介质中；将带有倾斜多面和微结构的远端的销放置在粘合剂介质上以便在粘合剂介质上形成倾斜多面的微结构近端表面，从而形成销-粘合剂-光学元件-衬底组件；将套管放置在销-粘合剂-光学元件-衬底组件上以便在所述套管内存放多光斑产生器；将粘合剂介质固化；以及将衬底和来自存放在套管内的多光斑产生器的销分开。
附图说明
图1是示出多光斑激光探针的图。
图2是示出多光斑产生器的图。
图3A至图3B是示出在所述多光斑激光探针的远端内光的反射的图。
图4是示出带有多光斑产生器的多光斑激光探针的远端的图，所述多光斑产生器具有微结构远端表面和微结构多面近端表面。
图5A至图5B是示出作为有效介质的微结构表面的反射比的图。
图6是示出具有蚀刻在表面上的微结构表面的衬底的实施例的图。
图7A至图7F是示出形成具有微结构多面近端表面的多光斑产生器的图。
图8是带有微结构远端表面的光学手术探针的图。
图9A至图9B是示出用于制造具有微结构远端表面和微结构多面近端表面的多光斑产生器的方法的流程图。
在附图中，具有相同标号的元件具有相同或类似的功能。
具体实施方式
在以下描述中，阐明具体细节以便描述特定的实施方案。然而，本领域的技术人员将明白，可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所公开的实施方案。所呈现的具体实施方案意在为说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员可认识到，虽然在本文中未明确描述，但其它材料也在本公开的范围和精神内。
图1示出光学手术探针100的实施例，所述光学手术探针包括圆柱形套管103，以及在套管103内的光导108，光导108被配置成接收来自光源的光束，将所述光束引导至光导108的远端，并且在光导108的远端表面发射所述光束。光导108可为设置在不锈钢套圈105内的光学纤维。光学手术探针100还可包括存放在套管103的远端内的多光斑产生器102。多光斑产生器102可具有带有倾斜小面的多面近端表面107，其被配置成接收在光导108的远端发射的光束并且将接收的光束分成多个光束分量。
如本公开通篇所使用的，“近端”指最接近沿激光光束路径的光源的物体的表面或区域，而“远端”指距所述光源最远并且因此最接近靶区的物体的表面或区域。
根据一些实施方案，光学手术探针100可包括紧靠套管103并且围绕套圈105的套管外壳101。光学纤维108可为用于传送光线的任何合适的结构。在一些实施方案中，光学纤维108可包括纤芯119、包层120和护套121。光学纤维108可使用粘合剂122粘贴至套圈105。可使用任何合适尺寸的光学纤维108，例如，纤芯119可具有在75微米至150微米范围内的直径。纤芯119的直径越大通常产生的光斑就越大。
套管103可存放多光斑产生器102和又能容纳光学纤维108的套圈105。套管103和套圈105可被构造成配合在一起以对齐光学纤维108和多光斑产生器102。“对齐”可以任何合适的方式来定义。例如，如果一个部分的旋转轴大体上与另一部分的旋转轴相一致，那么两部分可对齐。如另一实施例，如果通过一个部分传送的激光光束大体上全部由另一部分接收，那么两部分可对齐。
多光斑产生器102可包括固化的透光粘合剂介质104和设置在粘合剂介质104内的球透镜106。粘合剂介质104可具有多面近端表面107。
根据一些实施方案，多光斑产生器102的多面近端表面107可被配置成将入射激光光束分成多个光束分量从而可在靶区产生多个激光光斑。此类光束可称为多光斑光束。在一个实施例中，稍微发散的激光光束可通过光学纤维108发射。发散的激光光束的多个部分可落在多面近端表面107的不同小面上。多面近端表面107的每个小面可将其入射光束折射到不同的方向以产生多光斑光束的光束分量。光束分量可通过球透镜106传送和聚焦。光束分量可穿过粘合剂介质104的平面远端表面109离开光学激光探针100。
当在手术期间光束扫描或移动时，光学手术探针100的远端表面和靶区表面之间的距离可改变或变化。这种变化可修改光斑直径和光斑间隔并且通常改变光斑图案，使其更不规则。因此，将多面近端表面107和球透镜106设计成将多光斑光束聚焦至相对远离的靶区上使得光束光斑的尺寸和多光斑光束的大体散度减到最小。
多面近端表面107可具有任何合适的小面的数目和形状。在某些实施方案中，多面近端表面107可具有倾斜于光束路径的N个小面以便在与来自光学纤维108的激光光束的中心对齐的点相交，以便多光斑产生器102产生具有相似特性的N个光束分量，其中N＝3、4、5或其它合适的整数。在其它实施方案中，多面近端表面107可具有垂直于光束路径的带有N个环绕的倾斜角小面的中心平面小面，从而产生由N个光斑围绕的中心光斑。可在小面之间使用任何合适的倾斜角度。最佳角度可由粘合剂介质104的折射率决定并且可为20°至30°，例如27°。通常，减小倾斜角度可减小光斑之间的间隔。根据一些实施方案，至少一个小面倾斜定向于光束路径，因此在所述小面的中心处垂直于小面的方向不与激光光束的光束路径平行。
球透镜106可为折射入射光束或光束分量以使其在多光斑产生器102的远端表面109处准直或带有小发散角或会聚角显现的光学元件。在一些实施方案中，球透镜106可略微会聚多光斑光束以便将光束的光斑图案聚焦至相对远离的靶区(如视网膜)上。根据一些实施方案，球透镜106可为蓝宝石球。球透镜106可具有多种类似的形状，例如球形、近似球形或球形的一部分(例如，半球形)。球透镜106可包括任何折射材料。
在某些实施方案中，球透镜106和粘合剂介质104可具有不同的折射率。为了聚焦准直或会聚光束，球透镜106的折射率应当大于粘合剂介质104的折射率。例如，球透镜106可为带有约1.76的可见光折射率的蓝宝石球透镜，而粘合剂介质104可具有在1.56至1.58范围内的较低粘合剂折射率。
在其它实施方案中，多面近端表面107可为倾斜凹面。球透镜106仍能够会聚由凹面产生的光束分量从而产生多光斑图案。
图2是示出根据一些实施方案的多光斑产生器102的图。如图2中示出，多光斑产生器102可包括包裹在粘合剂介质104中的球透镜106，其中粘合剂介质104可具有多面近端表面107。根据一些实施方案，粘合剂介质104可具有在1.5至1.6，或在一些情况中1.56至1.58范围内的折射率。粘合剂介质104可通过紫外线固化以提供机械和材料稳定性以及精确的尺寸控制。多面近端表面107可为带有20°至30°(如27°)的倾斜度的倾斜凸面。根据一些实施方案，多光斑产生器102可通过将球透镜106包裹在粘合剂介质104中以及随后在粘合剂介质104的近端上形成多面近端表面107来形成。
如先前所讨论的，图3A至图3B示出在一些现有多光斑产生器102中，从粘合剂介质104的近端表面107和远端表面109离开的激光的菲涅尔反射比可将相当大一部分激光反射进光学手术探针100，从而引起探针尖端的不利地升温。如图3A中示出，从光导108的远端发射的光可在粘合剂介质104的近端表面107处经历菲涅尔反射，从而产生反射光束300。在一些情况中，反射光束300的强度可以高达照射多面近端表面107的光束的5％。反射光束300随后可被部分入射到套管103的内表面302上，其中大约30％至40％的反射光束300的能量被再次反射，其可能被重定向至套圈105和光导108，而且60％至70％的所述光束的能量可被套管103的内表面302吸收。
图3B示出穿过多面近端表面107的未反射光可在光学手术探针100的远端平面表面109处经历菲涅尔反射并且产生传回光学手术探针100的反射光束304。同样，反射光束304可被套管103和套圈105的内表面302吸收。在一些情况中，反射光束304的强度可以高达穿过球透镜106的光的强度的5％。因此，反射光束300和反射光束304共同可造成多达约10％的由光学纤维或光导108发射的入射激光反射回光学手术探针100的尖端，从而使其温度升高。
所述高温可在多个方面降低光学手术探针100的性能。例如，在一些情况中，粘合剂介质104的温度可升高到使其变成流体的地步，从而使得球透镜106变得松动并且移动或旋转离开其最优位置和定向。在最坏的情况下，球透镜106甚至可从套管103掉落，其可能掉进眼睛的内部，这是极其不期望出现的结果。在一些其它情况中，粘合剂介质104的材料可热降解并且变得不够透明，或在一些其它方面降低其光学性能。
一种改进可在近端表面107上沉积或形成防反射(AR)涂层。同样，还可通过在远端表面109上沉积防反射(AR)涂层实现进一步改进。AR涂层可由一个或多个具有定义明确的折射率、厚度和表面特性的介电层构成，从而抑制在粘合剂介质的近端表面和远端表面的菲涅尔反射比并且因此抑制反射光束300和反射光束304的强度。然而，在粘合剂介质104上沉积和形成介电AR涂层需要高沉积温度，这可使粘合剂介质104变形或改变其光学性质。而且，AR涂层和粘合剂介质104之间的材料不相容性可使得AR涂层难以粘附至粘合剂介质104。由于所有这些原因，使用AR涂层以减少发热的设计具有实质性的缺陷。
图4是示出带有多光斑产生器402的光学手术探针400的图，所述多光斑产生器402无需沉积的AR涂层即可减少发热效应和热效应，因此避免了前文所讨论的问题。光学手术探针400可包括与光学手术探针100的元件类似的元件，其包括套管外壳101、套管103、套圈105、球透镜106和光导或光纤108。套管外壳101可由被配置成由动手术的外科医生手持的手柄包裹。所述手柄可为围绕套管外壳101的塑料或金属圆柱形结构。
此外，光学手术探针400可包括带有透光粘合剂介质404的微结构多面近端表面407的多光斑产生器402。微结构多面近端表面407的小面仍可被配置成将从光学纤维108发射的入射光的部分折射到不同的方向以产生多光斑光束的光束分量。球透镜106可传送光束分量以发射其作为穿过粘合剂介质404的远端表面409的多光斑光束。
根据一些实施方案，微结构多面近端表面407可具有蛾眼结构以便减少入射激光光束的反射。蛾眼结构因其类似在飞蛾或苍蝇的眼球表面上发现的微小表面凹凸起伏或凸块而得名。这种眼球结构减少离开眼球表面的光反射，从而使得捕食者更加难以发现飞蛾。
根据一些实施方案，微结构表面407的起伏或凸块可小于多倍的入射光波长以便减少光的反射。所述倍数可以是3、1或0.3。换句话说，微结构多面近端表面407的调制长度可小于入射光波长的3倍、1倍或0.3倍。换句话说，微结构表面407的微结构可具有小于光或激光光束的波长的3倍、1倍或0.3倍的平均间隔。应当注意到，微结构表面407的防反射性质随调制长度的减小和起伏和凸块的尺寸的减小而改善。换句话说，刚刚提到的倍数越小，入射光的反射部分就越小。
类似地，图4还示出在一些实施方案中粘合剂介质404的远端表面409可为微结构。类似于微结构近端表面407，微结构远端表面409的平均特征尺寸或调制长度同样可小于光的波长的3倍、1倍或0.3倍。
图5A至图5B示出微结构表面407的微结构或微特征怎样减少多面近端表面407的反射比。此图示涉及可为粘合剂介质404的通用光学介质500和可为微结构多面近端表面407或微结构远端表面409的通用微结构表面502。
如众所周知的电磁波传播理论，当微结构表面502的个别凸块的平均尺寸等同或大于λ(入射光的波长)时，如果微结构周期性地重复，那么穿过表面502的光衍射到多个离散方向，或者如果微结构随机分布那么穿过表面的光以漫射的方式离开所述表面，其被连续分配至所有的空间角。
另一方面，当凸块的平均尺寸或调制的规模相比入射光的波长λ小时，所述光“平均化”表面502的微结构并且在穿过宽度为teff(微结构表面502的凸块或微结构的典型大小)的有效介质504时仅仅经历穿过表面502。有效介质504可被视为带有有效折射率neff的有效均质板，所述有效折射率neff为介质500的折射率nmed和周围介质的折射率nambient的加权平均数。如果微结构表面502的外侧被空气包围，那么nambient＝nair。如果在微结构表面502外侧上的周围介质不是空气，而是例如保护性覆盖层、透明衬底、填充材料或光学折射靶材料或光学折射生物材料的周围介质，那么nambient是周围材料或周围介质的折射率。加权用于neff的平均数的类型可取决于凸块怎样填充微结构表面502的容量以及填充到何种程度，这取决于微结构表面502的凸块的形状。所述微结构可包括凸块、圆锥体、棱柱、角锥体、沟槽、凹槽、凹陷和凹凸图案，每一个都定义其自己的求平均折射率的方法。
微结构表面502的设计可包括选择特定的有效厚度teff和微结构或微特征的类型或形状，例如凸块、角锥体、沟槽或其它类型。这些设计选择决定微结构表面502的有效折射率neff。如果有效参数及其组合，光路长度neff*teff满足用于相消干涉的条件：neff*teff＝λ/4，那么微结构表面502可呈现类似于传统AR涂层的防反射性质。微结构表面502的实施方案可制造成具有teff并且结合用在光学介质500和空气/周围环境交界处的较高有效透射比而呈现为neff。特定的实施方案可使透射比达到99％以上，在一些情况中99.5％以上，并且使菲涅尔反射比小于1％，在一些情况中小于0.5％。图5B中示出这些实施方案中的一个。
图6是示出根据一些实施方案的微结构表面600的实施例的图。微结构表面600(有时也称作带有微特征的凹凸结构或表面)可具有凸块602和凹谷604。在其它实施方案中，微结构表面600可具有凸块、圆锥体、棱柱、角锥体、沟槽、凹槽、凹陷和凹凸图案。在一些情况中，微结构表面600可具有蛾眼结构。微结构表面600可对应于微结构多面近端表面407、微结构远端表面409、在衬底上蚀刻的微结构表面或对应于在工具或销上蚀刻的微结构表面，所述工具或销用于在粘合剂介质404中产生微结构多面近端表面407。
此外，根据一些实施方案，凸块602之间的典型距离或平均距离可小于在光学手术探针400中使用的光的波长λ的3倍、1倍或0.3倍。如上所述，无此类微结构的表面可具有高达5％的反射比，而表面600的微结构可将所述反射比降至低于1％，在一些情况中低于0.5％，从而提供反射比性质的十倍减少以用于热力热量管理，这是非常有价值的。
这种增益的效用可通过考虑到在一些光学手术探针400中，光源可将约1000mW的能量耦合穿过光学纤维108进入手术探针400中。若无此处所述的微结构表面，多达5％或50mW可被反射回手术探针400中。在一些代表性的情况中，套管103的内径可为约0.4mm，而且多面近端表面107和光导108的端部之间的距离可为约0.4mm。因此，反射光束300和反射光束304被反射到圆柱形内表面302的区域为约0.05mm2，这导致反射能量密度为约104W/m2，从而显示出管理和降低热通量或热流问题的严重性和重要性。
从多面近端表面407或远端表面409处反射的热量可通过将相应表面制成微结构来减少5倍，有可能多达10倍。热流的这种十倍减少有利地改善光学手术探针400的热量和热力管理。这种热量降低可大大降低粘合剂介质404热降解的可能性以及球透镜106松动甚至脱落的可能性。
图7A至图7F是示出根据一些实施方案的制造和形成具有带有微结构多面近端表面407的多光斑产生器402的光学探针400的方法。所述方法的阶段还参考图9A至图9B的流程图来标注。
图7A示出过程可从在衬底702上放置球透镜106的步骤(910)开始。所述衬底可为例如石英衬底或其它非粘附材料。
图7B示出在下一步骤(920)中粘合剂介质404可被引至或沉积至球透镜106周围并且包裹球透镜106。粘合剂介质404在室温下可为流体。在一些其它情况中，可通过使用高温或使用稀释剂或溶剂将粘合剂介质制成流体以用于沉积。
图7A’至图7B’示出可以相反的顺序执行的步骤910和920：首先(910’)粘合剂介质404可沉积在衬底702上，且随后(920')球透镜106***或设置到粘合剂介质404中。这种步骤顺序可具有如下益处：(a)微结构远端表面409更有可能成为粘合剂介质的404的连续表面，而不会因球透镜106的突出尖端而中断，以及(b)装配可更为容易，因为当球透镜106首先被放置在衬底702上时，由于静电或其它原因，其可能四处滚动或乱跳从而使得难以精密处理。将球透镜106沉积至粘合剂介质404中以防止此类移动。因此，920至910的顺序可能够提供对于上述两挑战的改进。
图7C示出在下一个步骤(930)中销704可放置以与粘合剂介质404接触。销704的远端710可形成为用于多光斑产生器402的多面近端表面407的反向倾斜小面。因此，当销704放置以与流体状态下的粘合剂介质404接触或被按压至流体状态下的粘合剂介质404上时，粘合剂介质404的近端表面407采用上述的倾斜多面形状。此外，销704的多面远端还可包括微结构表面710。在用所述销压印时，这种微结构销表面710将使多面近端表面407具有所需的微结构。
图7D示出在步骤(940)中套管103可放置在销-704-粘合剂介质-404-球透镜-106的结构上以便限定多光斑产生器402。套管103可通过导轨或轴706被引导至它的位置。
图7C’和图7D’示出步骤930和步骤940也可以相反的顺序执行，首先将套管103放置在粘合剂介质404上并且随后将销704放置到粘合剂介质404上。
由于允许多余的粘合剂705向外流出或变形，(930)-(940)步骤顺序允许将销704准确放置到所需高度。在一些情况中，随后放置的套管103可使得粘合剂404的顶部边缘和侧面在一定程度上变形。
在相反的(940)-(930)顺序中执行所述步骤，粘合剂介质的顶部边缘由随后放置的销704填满并且因此被明确限定。同时，多余的粘合剂404不可通过销704从套管103中排出，且因此可控制多光斑产生器402的高度仅到可控制粘合剂的用量的程度。
图7E示出以任一顺序执行步骤930和940后，在步骤(950)中，粘合剂介质404可被固化。当衬底702透明时，通过使用穿过衬底702的远端表面的紫外线UV或蓝光708照射粘合剂介质404可使固化发生。固化所述粘合剂可使多光斑产生器402的机械完整性和结构完整性更加强健并且良好受控。
图7F示出一旦粘合剂介质404被固化，在步骤(960)中，可移除在一端上的销704和导轨706和在相反端上的衬底702以便完成光学手术探针400。
接下来，将描述用于制造销704的微结构表面710的多种方法。一种方法是通过电子束蚀刻用硬化钢制成的销704，其中微结构表面710上的例如凸块、角锥体、沟槽以及类似物的个别微特征在扫描型过程中个别地并且循序地形成。在其它实施方案中，销704可由其它类型的硬质材料制成，例如包括钢、石英或甚至具有金刚石头部的多种材料。这种电子束蚀刻工艺可在销704的远端上产生清晰的微结构表面710。然而，当生产高质量的销时，由于电子束蚀刻机昂贵并且要以扫描的方式运行，所以这种电子束直接蚀刻的方法是昂贵并且缓慢的。
此外，由于销704由坚硬并且昂贵的材料形成，经济考虑赞同多次重复使用销704。由于销704由硬质材料制成，实际上确实可能将其重复使用多次。然而，每次重复使用销704时，少量的残留粘合剂介质材料会保持卡在微结构表面710的裂隙、凹谷和凹槽中。随着每次使用，这些残积物越来越多地填满微结构表面710中的裂隙和凹谷，从而减少昂贵硬质材料销704可重复使用的次数。通过清洗来周期性地从裂隙和凹谷604中去除残留物从而减缓残留物积累的速度也是可行的。在一些情况中，所述清洗可能够将所述微结构表面基本上还原至其初始状态。
至少由于刚提到的涉及重复使用的成本、速度和次数的问题，另一种方法也可用于制造销704的微结构表面710。这种方法涉及产生例如由合适的硬质材料(例如金刚石或硬化钢)制成的基础工具的中介工具，并且随后在所述基础工具的端面上电子束蚀刻微结构表面。接下来，可由硬度在所述基础工具的硬度与粘合剂介质404的硬度之间的材料(例如模制塑料或流体塑料)来产生很多“空白”销704。所述基础工具可用于在单独的压印步骤而非顺序的电子束蚀刻中在空白销704上压印整个微结构表面710，从而同时并行产生微结构表面710的个别微特征。
所述基础工具可将角锥形或其它多面形状加工到其端部中。由于销704具有多面近端表面407的逆向面或相反面，所以所述基础工具可具有所需多面近端表面407的正向、非颠倒形状。使用所述基础工具的正向多面和微结构端来压印销704以便产生所述销的反向微结构表面710。由于销704比粘合剂介质404坚硬，所以销704可用于在许多多光斑产生器402的粘合剂材料404上压印微结构近端表面407。
因此，单次使用更昂贵的电子束蚀刻的基础工具可导致产生很多带有微结构表面407的光学探针400，从而将电子束蚀刻微结构表面的成本分摊到众多光学探针400上。
另一种基于中介工具的方法可使用注射模制法形成销704的微结构表面710。此处的微结构模制工具可起到类似于基础工具的作用，其具有带有电子束蚀刻的微结构表面的角锥形模具特征。这种中介模制工具随后可重复用于产生很多带有微结构表面710的销704。两种中介工具过程使得能够通过单次使用电子束直接蚀刻的昂贵基础工具或模具工具来制造很多的多光斑产生器402。因此，在每个光学手术探针400的昂贵的电子束蚀刻微结构表面中的残留物的积累速度减缓，这增加使用中介工具的有效次数并且因此提高制造工艺的经济性。
一些中介工具方法可将由单个电子束蚀刻工具制造的光学手术探针(在残留物积累将所制造的微结构表面的质量降低到预设阈值以下之前)的数量提高超过10倍、100倍或1000倍。
换种方式说，在第一种不使用中介工具的直接压印***中，所需的用来制造相同数量的多光斑产生器402的电子束直接蚀刻的工具的数量可大大高于在中介工具方法中所需的电子束直接蚀刻的工具的数量，因此使制造成本升高。
所有上述方法的性能可通过在直接方法中的销704自身的电子束蚀刻表面上，或在相应的中介工具方法中的基础工具或模制工具的电子束蚀刻表面上形成脱模层来提高。所述脱模层可与单原子层或多原子层一样薄。可选择所述脱模层的化学成分从而使其不会“弄湿”微结构表面，或换句话说，不会粘附至所述微结构表面。采用这种脱模层还可在相当程度上减少电子束蚀刻的微结构表面中的残留物积累。
图8示出在一些实施方案中，还可在多光斑产生器402的远端表面409上形成微结构表面。在多光斑产生器402的两端实现这类微结构表面可十分有效地减少总体反射光。如早前所讨论的，在多光斑产生器402的近端表面407或远端表面409上实现微结构表面可将所述表面的反射比从多达5％的值减少到低于0.5％。
按照一些实施方案，衬底702可为其中的近端表面蚀刻成微结构表面(例如，通过电子束蚀刻)的石英片。所述微结构表面可具有凸块602和凹谷604。这些微特征可分隔小于光学手术探针400使用的光的波长λ的3倍、1倍或0.3倍的典型距离。
按照一些实施方案，衬底702的微结构表面可通过电子束蚀刻直接形成，或通过使用自身由电子束蚀刻形成的中介工具来形成。所述中介工具可为类似于上述中介工具的压印工具或基础工具。如果衬底702更坚硬，例如石英，那么压印工具也可更坚硬，例如硬化钢。由于重复使用昂贵的蚀刻表面，所以使用这类中介工具同样可提高制造工艺的经济性。
如图7B中示出，当粘合剂404沉积在衬底702上时，在步骤920中使用衬底702的微结构表面。由于粘合剂介质404的延展性，其可形成带有所需微结构的远端表面409。如图7E中所示出，固化步骤950随后加固微结构远端表面409。
如前所述，带有微结构表面的衬底702可多次重复使用以形成多光斑产生器402的很多远端表面409。这种重复使用可进一步提高制造工艺的经济性。
如前所述，根据一些实施方案，为了辅助微结构衬底和微结构中介工具的重复使用，可在所述衬底或所述工具的微结构表面上形成脱模层。这种脱模层在每次压印工序后减少遗留的残留物的数量。
图9A是示出根据一些实施方案的用于制造多光斑产生器的方法的流程图。为了达到图示的目的，图9A可参照图1至图8的任何一个来描述。
步骤910可包括在衬底702上放置如球透镜106的光学元件。所述衬底可为例如石英衬底或其它非粘附材料。
步骤920可包括将粘合剂介质404引至球透镜106周围并且包裹球透镜106。可通过使用高温或使用稀释剂或溶剂将粘合剂介质404制成流体以用于沉积。或者粘合剂介质404在室温下可为现成的流体或粘稠物。所述粘合剂的折射率可在1.5至1.6的范围内，在一些情况中在1.56至1.58的范围内。
图9B示出步骤910和步骤920可以相反的顺序执行，首先(910’)引入粘合剂404而且随后(920’)将光学元件106***光学粘合剂404中。如结合图7A’至图7B’所讨论的，这种顺序可形成用于光学手术探针400的更高质量的远端表面，并且可减少或消除在制造过程中球透镜106的不可控移动或滚动。
步骤930可包括将销704按压至或放置到粘合剂介质404上。销704的远端710可形成用于多光斑产生器402的多面近端表面407的反向倾斜小面。因此，当销704放置以与流体粘合剂介质404接触或被按压至流体粘合剂介质404上时，粘合剂介质404的近端表面407呈现上述的倾斜多面形状。
此外，销704的多面远端还可包括微结构表面710。在用销704压印时，这种微结构销表面710将使多面近端表面407具有所需的微结构。所述微结构表面的调制长度可小于所述光学探针使用的激光光束的波长λ的3倍、1倍或0.3倍。微结构表面710可包括脱模层以便减少粘合剂表面粘至所述微结构表面的微结构特征的残留物的数量。粘至微结构表面710的残留物越少，销704可重复使用的次数越多。
步骤940可包括将套管103按压至或放置到销-704-粘合剂介质-404-球透镜-106-衬底702结构上以便存放多光斑产生器402。套管103可通过导轨或轴706被引导至它的位置。
步骤930和步骤940也可以(940)-(930)的相反顺序执行，首先将套管103按压至或放置到粘合剂介质404上并且随后将销704按压至或放置到粘合剂介质404上。如上所述，两种循序均有优点和缺点。
步骤950可包括固化粘合剂介质404。当衬底702透明时，通过使用穿过衬底702的远端表面的紫外线(UV)或蓝光708照射粘合剂介质404可使固化发生。固化所述粘合剂可使多光斑产生器402的机械完整性和结构完整性更加强健并且良好受控。
步骤960可包括将在一端上的销704和导轨706以及在相反端上的衬底702分开以便完成光学手术探针400。本文中描述的实施方案可提供具有微结构远端表面和微结构多面光学元件的多光斑激光探针和用于制造可减少激光探针内的内部反射比的所述多光斑激光探针的方法。以上提供的实施例仅为示例性的，并且无意进行限制。本领域的技术人员可容易设想出与所公开的实施方案一致的其它***，所述其它***既定在本公开的范围内。因此，本申请仅受所附权利要求书限制。

Claims (18)

1.一种光学手术探针，其包括：
圆柱形套管；
在所述套管内的光导，其被配置成接收来自所述光源的光束，将所述光束引导至所述光导的远端，并且在所述光导的所述远端发射所述光束；以及
在所述套管的远端的多光斑产生器，所述多光斑产生器具有
带有倾斜小面的多面化的近端表面，其被配置成接收在所述光导的所述远端发射的所述光束并且将所述接收的光束分成多个光束分量，以及
远端表面，所述多个光束分量穿过所述远端表面离开所述多光斑产生器，其中
所述多光斑产生器的所述近端表面被微结构化为带有小于所述光束的波长的调制长度。
2.如权利要求1所述的探针，所述多光斑产生器的所述近端表面包括：
微结构，其带有小于所述光束的所述波长的平均间隔。
3.如权利要求2所述的探针，所述微结构包括以下至少一种：
凸块、圆锥体、棱柱、角锥体、沟槽、凹槽、凹陷和凹凸图案。
4.根据权利要求1所述的探针，其中：
所述多光斑产生器的所述近端表面具有蛾眼结构。
5.根据权利要求1所述的探针，其中：
所述多光斑产生器的所述近端表面被微结构化为具有将由所述多光斑产生器的所述近端表面进行的所述光束的反射减少到低于1％的有效折射率。
6.如权利要求1所述的探针，所述多光斑产生器包括：
在所述套管的远端处的固化粘合剂介质，所述微结构化的近端表面在所述粘合剂介质的近端表面处形成；以及
球透镜，其设置在所述固化的粘合剂介质中。
7.如权利要求6所述的探针，所述球透镜包括：
蓝宝石球透镜。
8.如权利要求1所述的探针，所述多光斑产生器包括：
远端表面，所述远端表面被微结构化为带有小于所述光束的所述波长的调制长度；以及
所述多光斑产生器的所述近端表面和所述远端表面被微结构化从而具有将由所述多光斑产生器进行的所述光束的总体反射减少到低于1％的有效折射率。
9.一种用于制造用于光学手术探针的多光斑产生器的方法，所述方法包括：
使用涂覆器将透光粘合剂介质沉积在所述衬底的表面上；
将光学元件***所述粘合剂介质中；
将带有倾斜多面化和微结构化的远端的销放置到所述粘合剂介质上以便在所述粘合剂介质上形成倾斜多面化且微结构化的近端表面，从而形成销-粘合剂-光学元件-衬底组件；
将套管放置到所述销-粘合剂-光学元件-衬底组件上以便将所述多光斑产生器容纳进所述套管内；
固化所述粘合剂介质；以及
将所衬底和所述销与容纳在所述套管内的所述多光斑产生器分开。
10.如权利要求9所述的方法，其包括：
使用电子束蚀刻将所述销的所述远端微结构化。
11.如权利要求9所述的方法，其包括：
通过使用微结构化和多面化的基础工具压印所述销的所述远端来将所述销的所述远端微结构化。
12.如权利要求11所述的方法，其中：
所述基础工具包括比所述销的材料更坚硬的材料；以及
使用电子束蚀刻将所述基础工具微结构化。
13.如权利要求9所述的方法，其包括：
通过使用微结构化和多面化的模制工具的注射模制法将所述销的所述远端表面微结构化。
14.如权利要求9所述的方法，其包括：
将脱模层沉积在所述销的所述远端表面上。
15.如权利要求9所述的方法，其中：
所述微结构化的近端表面具有短于所述光学手术探针的操作光束的所述波长的调制长度。
16.如权利要求15所述的方法，其中：
所述微结构化的近端表面包括以下至少一种
凸块、圆锥体、棱柱、角锥体、沟槽、凹槽、凹陷、凹凸图案和蛾眼结构。
17.如权利要求9所述的方法，所述形成包括：
形成带有微结构的所述倾斜多面化且微结构化的近端表面以便具有将由所述近端表面进行的所述光束的反射减小到低于1％的有效折射率。
18.如权利要求9所述的方法，其中：
所述光学元件在所述衬底上的定位先于在所述表面上沉积所述粘合剂介质。
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