WO2002078558A1 - Device and method for laser ablation of organic and inorganic material - Google Patents

Device and method for laser ablation of organic and inorganic material Download PDF

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WO2002078558A1
WO2002078558A1 PCT/EP2002/003546 EP0203546W WO02078558A1 WO 2002078558 A1 WO2002078558 A1 WO 2002078558A1 EP 0203546 W EP0203546 W EP 0203546W WO 02078558 A1 WO02078558 A1 WO 02078558A1
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laser
plasma
processing
generated
ablation
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PCT/EP2002/003546
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German (de)
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Inventor
Wilhelm Brugger
Anton Kasenbacher
Mark Niemz
Thorsten Bauer
Original Assignee
W & H Dentalwerk Bürmoos GmbH
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Publication date
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    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/0046—Dental lasers

Definitions

  • the present invention relates to a device for laser ablation of organic and inorganic material with a laser light source, a detection device for detecting at least part of a radiation generated by the plasma caused by the laser ablation, and a processing-side end element with a light-guiding end region ,
  • a device for laser ablation of organic and inorganic material with a laser light source a detection device for detecting at least part of a radiation generated by the plasma caused by the laser ablation
  • a processing-side end element with a light-guiding end region
  • the invention further relates to a method for laser ablation of organic and inorganic material in the non-medical field.
  • Removal or ablation of organic and inorganic material is usually achieved by the action of mechanical means on the material.
  • mechanical means In particular, mechanical drills or similar tools are used.
  • Laser treatment devices are also increasingly used in the medical field, in particular in the dental field.
  • a device for laser ablation is known for example from W096 / 34566, which comprises a system with a CO 2 laser.
  • Another laser treatment device for use in the medical or dental field is known for example from the German patent application (official file number of the DPMA: 100 42220.9). It is also advantageous to check the condition of the material to be processed before and / or during treatment or removal. In the dental field in particular, it is useful to determine whether the area of the tooth to be treated is carious and, in particular, when the carious tooth material has been completely removed in order to prevent unnecessarily healthy tooth material from being removed.
  • a device for the detection of caries, plaque or bacterial infestation of teeth is known for example from DE 195 41 686 AI.
  • an excitation radiation is generated and directed onto the tooth to be examined, as a result of which a fluorescence radiation is produced which is recorded by a detection device.
  • An analysis of the fluorescence spectrum can provide information about the condition of the irradiated area and make it easier to differentiate between healthy and carious tooth areas as well as the detection of caries.
  • a similar device is also known from DE 297 05 934 U1, wherein in addition to the pure diagnostic device that was written in DE 195 41 686 AI, a treatment laser radiation is also generated.
  • the examination and analysis of the area to be treated is carried out by means of the fluorescent radiation generated on the tooth tissue area.
  • Another method for checking the material to be treated, in particular for checking the health status of a tooth area is differential reflectometry.
  • a xenon lamp is provided which irradiates the area of the material to be examined, the light reflected by the irradiated area being detected and evaluated.
  • a disadvantage of all of the aforementioned methods is that, in addition to the treatment laser, a second laser or at least a second light source is required, which only enables the analysis of the material to be treated. It has also been proposed that the radiation which is generated by the plasma caused by the laser ablation be used for an "online” analysis, ie for a simultaneous analysis of the material which has just been leached or removed Described in "Investigation and Spectral Analysis of the Plasma-Induced Ablation Mechanism of Dental Hydroxyapatite", MH Niemz, Applied Physics B 58, 273-281 (1994).
  • a light guide is brought into the vicinity of the area to be treated, a portion of the plasma radiation being passed on by the light guide to a detection device, in particular a spectrometer.
  • a detection device in particular a spectrometer.
  • a disadvantage of such a method is that on the one hand the position of the light guide relative to the treatment area and the processing laser beam and thus to the plasma generated changes, which can lead to fluctuations in the measurement results, and on the other hand that the plasma is also shaped according to the shape of the one to be processed or the area to be treated is partially shielded from the light guide, which can easily occur particularly in the dental field. Strong signal fluctuations due to shadowing, flanks and emigration are the result.
  • Another problem is also to simultaneously bring the treatment device and the light guide of the monitoring device into a good position, which is particularly important in the dental field.
  • the object of the invention is achieved by a device for laser ablation according to claim 1 and a method according to claim 10.
  • Claims 2 to 9 and 11 to 15 relate to particularly advantageous embodiments of the device and the method according to the invention.
  • the device for laser ablation comprises a processing-side end element with a light-guiding end area, the device for laser ablation being designed such that the light-guiding end area both the laser light generated by the laser light source for ablation on a material to be processed and a part the generated plasma radiation forwards to the detection device.
  • a single light-guiding end region can be realized by different elements, for example by a single protective glass, which serves, for example, to cover an interior of the handpiece, in which the ablation laser light and the plasma radiation are guided largely freely, for example. It is also possible for the light-guiding end region to be formed by a single light-guiding fiber, through which both the ablation laser light and the plasma radiation are transmitted and passed on. Other optical elements can also be used as a single light-guiding end region for the transmission and transmission of the ablation laser light and the plasma radiation.
  • the invention therefore provides, on the one hand, a very compact device that can also be used in tight spaces, with a high accuracy of the evaluation of the plasma radiation is ensured, since this is carried out from the lease, from which the treatment laser beam is also irradiated onto the material to be treated, which represents an optimal position for avoiding shadowing.
  • All means and devices known in the prior art can be used as the light-guiding end region, in particular light-guiding fibers, waveguides or also cavities in which the laser beam is directed by means of mirror elements, such as, for example, the handpiece shown in the above-mentioned German patent application 100 42 220.9.
  • the laser light source for generating a laser processing beam is preferably designed such that it can be operated in a pulse mode.
  • Pulsed laser radiation has the advantage that it has a very high intensity and generally leads to shallow depths of penetration and high absorption, which in particular leads to the ablation or removal of material compared to other treatment methods, such as e.g. in the medical field, coagulation is important.
  • the pulse duration and pulse repetition frequency can generally be controlled over a wide range, but it is of course also possible to use a laser light source which operates in a cw (continuous wave) operating mode.
  • the device for laser ablation according to the invention has a beam splitter for coupling out part of the laser light generated for treatment (processing beam), as a result of which a reference beam is generated.
  • processing beam a beam splitter for coupling out part of the laser light generated for treatment
  • a coupling of approximately 1% to approximately 40% of the laser beam generated preferably takes place; in a particularly preferred embodiment, approximately 10% of the intensity of the laser beam generated is coupled out for the reference laser beam.
  • the proportion of the output decoupled very much depends on the field of application, with a tendency that only a lower relative proportion is decoupled at higher output.
  • the outcoupled reference laser beam can in particular be passed on to the detection device in order to take into account possible fluctuations in intensity of the treatment laser beam, which are also reflected in the reference laser beam with a constant relative proportion of the outcoupling, in the evaluation.
  • the device for laser ablation preferably further comprises a frequency-converting element through which the outcoupled reference beam is guided, the frequency of the outcoupled reference beam being changed.
  • a potassium dihydrogen phosphate crystal (KDP crystal) which leads to a frequency doubling of the laser light passing through it, is particularly suitable as the frequency-converting element.
  • Such a frequency-converting element makes it possible, for example, that the reference beam is not only forwarded directly to the detection device, but is first directed to the material to be processed, from there essentially due to the changed frequency and the completely different interaction with the material to be treated is substantially completely reflected and then passed on to the detection device.
  • This has the advantage that the fluctuations in the intensity of the plasma radiation which may be caused by the geometry and / or the positioning of the end element are also taken into account. This enables an even more precise monitoring of the ablation and a significantly improved analysis of the material that has just been removed.
  • a device is also provided for coupling at least a part of the reference beam into the processing beam, which is particularly important in the process described above, in which the reference beam passes through a frequency-converting element.
  • a device is also provided for decoupling the part of the plasma radiation passed on from the light-guiding end region and / or the reference beam reflected by the material to be treated, for passing it on to the detection device.
  • Such devices preferably use mirror devices that are particularly tuned to the wavelength and are, for example, transparent to the wavelength of the reference beam but highly reflective to the wavelength of the processing or treatment laser beam, or else mirror elements that are transparent to light of a certain wavelength in one direction are designed to be highly reflective for light of the same wavelength that is incident on them from the other direction.
  • a spectrometer is preferably used as the detection device, particular embodiments further comprising a preferably automatic analysis device or evaluation device.
  • the spectrometer or the evaluation devices can be forwarded to a computer for automatic analysis and evaluation of the measurement data, the measurement data being able to be output directly without any delay, be it by means of optical or acoustic displays and output elements.
  • an automatic control which, for example, automatically interrupts the irradiation of the processing laser light onto the material to be processed if the spectrometer and the connected evaluation device given measured values which, for example in the dental field, indicate that essentially healthy tooth material is being removed.
  • the device for laser ablation preferably comprises a scanner device with which the fine positioning of the processing beam and / or the reference beam can be controlled.
  • the scanner device can scan certain scanning patterns automatically or manually in a controlled manner and thereby enables on the one hand a fine adjustment and on the other hand a uniform, controlled removal of an area to be treated.
  • the invention further relates to a method for laser ablation of organic and inorganic materials in the non-medical field according to claim 10.
  • the advantages of such a method essentially correspond to the advantages of the device according to the invention already described above, the method being used in wide areas of technology, can be used in particular for surface treatment etc.
  • the detection device which runs in a preferably narrow solid angle essentially in the same direction or anti-parallel to the incident processing laser beam, reliable and low-fluctuation measurements are generated.
  • the solid angle is essentially conical, the conical tip lying essentially where the machining laser beam strikes the material to be machined, from where the solid angle opens.
  • the conical solid angle within which the emitted plasma radiation is received by the light-guiding end region and passed on to the detection device, is preferably formed symmetrically to the incident processing laser beam. It should be noted that the solid angle is of course not a strictly mathematically defined solid angle, in particular the cone tip is not point-shaped, but comprises at least one surface which essentially corresponds to the diameter of the incident processing laser beam at this point.
  • the solid angles are preferably in a range from 1 ° to 20 °, in particular in a range from 5 ° to 10 °, the solid angles need not be fixed to a single fixed value by the device itself, since the solid angle in particular, for example by the distance of the laser ablation device, ie in particular the end region of the device from the material to be processed, and also through the numerical aperture of the optical elements used.
  • Figure 1 main elements of a first embodiment of an inventive device for laser ablation
  • Figure 2 shows the corresponding main elements of a device for laser ablation according to the prior art
  • Figure 3 shows in more detail some elements of a second embodiment of a device for laser ablation according to the invention.
  • FIG. 2 shows schematically some main elements of a device for laser ablation according to the prior art.
  • a laser light 212 of a specific wavelength is emitted as a processing beam from a laser light source 210.
  • the processing beam 212 passes through one or more intermediate elements 220, which are shown here only schematically as a “black box”, these in particular comprising a scanner, mirror elements, etc. sen.
  • a device according to the prior art further comprises a processing-side end element 222, which emits the processing beam 212 onto the material to be treated.
  • Part of the generated plasma radiation 240 is passed from an optical fiber 250, which is brought close to the treatment area of the material 230, to a spectrometer 260, by means of which the spectral composition of the plasma radiation is analyzed, thereby drawing conclusions about the state of the material to be treated can be drawn.
  • FIG 1 shows very schematically the main components of a device for laser ablation according to the present invention.
  • a laser light source 110 emits a processing beam 112, which is emitted onto the material 130 to be treated via intermediate elements 120 and a processing-side end element 122.
  • the plasma radiation 140 is then decoupled from an optical element 152, which is in itself placed anywhere in the beam path, and is fed via a light guide 154 to a detection device, here a spectrometer 160.
  • the optical element 152 is transparent to the wavelength of the treatment laser beam, so that on the one hand the treatment laser beam 112 from the laser light source 110 can pass through the optical element 152 to the intermediate elements 120 unhindered, and on the other hand no possibly partially reflected light of this wavelength via the light guide 154 to the Spectrometer 160 is guided so that an influence or disturbance of the measurement and evaluation of the plasma radiation is avoided.
  • FIG. 3 shows some elements of a second embodiment of a device for laser ablation according to the invention in somewhat more detail.
  • a laser light source 310 emits a processing beam 312, which is irradiated into the arrangement shown schematically at the top right in FIG.
  • a beam splitter 372 couples out a fixed relative portion of the irradiated machining beam, in the embodiment shown about 10%, whereby a reference beam 314 is generated.
  • the processing beam 312, which has now been reduced in intensity to approximately 90%, is directed by a highly reflecting mirror (HR mirror) 374 to a further HR mirror 382, which in turn the processing beam 312 via further intermediate elements 320, which are also shown in FIG
  • HR mirror highly reflecting mirror
  • further intermediate elements 320 which are also shown in FIG
  • these embodiment for example, include scanners, and a light-guiding end region 324 of the machining-side end element 322 is directed onto the material to be machined, which is not shown in FIG.
  • the light-guiding end region 324 is only shown schematically here, but in the embodiment shown here, in which the processing beam 312 and also the plasma radiation 340 are guided essentially freely, in particular by means of a cover or a cover glass, which can be realized, for example covers a handpiece interior. In principle, however, it is also possible that this light-guiding end region 324 is merely the open interior of the machining-side end element 322, but usually elements, such as a handpiece, are closed, for example by the protective glass mentioned above, in order in particular to avoid contamination, etc.
  • the reference beam 314 coupled out by the beam splitter 372 passes through a frequency converter 392, which in this embodiment is a potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO) KDP crystal, which leads to a frequency doubling of the reference beam 314.
  • the frequency-doubled reference beam 316 is reflected by a mirror device 386 and directed onto a further mirror device 384.
  • the mirror device 384 has a small hole or a narrow opening 385 through which the frequency-doubled reference beam 316 passes so that it strikes the mirror device 382 behind it.
  • the mirror device 382 is a dielectric mirror device which, as mentioned above, reflects the light of the wavelength of the processing beam, but is transparent to light of the frequency-doubled reference radiation, so that in the mirror device 382 the frequency-doubled reference beam 316 is coupled into the processing beam 312 and is emitted together via the intermediate elements 320 and the machining-side end element 322 onto the material to be treated, not shown here.
  • ablation creates a plasma, the light of which is radiated in a spectrally broadband manner from the material 130, 230 to be treated (hereinafter referred to as plasma radiation 340).
  • the plasma radiation 340 passes (parallel to the reflected frequency-doubled reference radiation 316) essentially anti-parallel to the incident processing laser beam 312 through the light-guiding end region 324, the processing-side end element 322, the intermediate elements 320 and then strikes the mirror device 382, which is relevant to the wavelengths the plasma radiation 340 (as for the wavelength of the frequency-doubled reference laser beam) is also transparent, so that the plasma radiation 340 with the reflected frequency-doubled reference laser radiation 316 from the mirror device 384 is highly reflective with respect to the frequency-doubled reference radiation 316 and the plasma radiation 340 is (HR mirror) to which spectrometer 360 is fed for analysis and evaluation.
  • the mirror device 386 is also a dielectric mirror device which is highly reflective for the wavelength of the frequency-doubled reference beam 316 (HR mirror), while it is transparent for non-frequency-doubled components which may not have been converted by the frequency converter 392. so that this residual radiation is coupled out in the mirror device 386.
  • the mirror device 384 provided with the opening 385 represents a very inexpensive and also reliable solution, the size of the opening 385 being selected such that the light reflected by the mirror device 386 passes directly through the opening 385, while the plasma radiation 340 generated on the material to be processed and the reflected frequency-doubled reference radiation 316 have a larger beam diameter, so that the losses caused by the radiation which are not guided through the hole 385 by the mirror device 384 into the spectrometer 360, can be neglected.
  • mirror device 384 instead of the mirror device 384 provided with the opening 385, it is also possible to provide a mirror device which is transparent to the light of the frequency-doubled reference radiation 316 in one direction, namely from right to left in FIG. 3, while it is in the other direction , in Figure 3 from left to right, is highly reflective, which, for example could also be realized by polarization-sensitive layers.
  • the effect is used that the light coming from the laser is very highly polarized, while the plasma radiation is essentially not polarized.
  • Such a mirror device increases the accuracy of the measurement results even further, but accepts greater costs.
  • the harmonic frequency of the corresponding laser light source can of course also be used.

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Abstract

The invention relates to a device for laser ablation of organic and inorganic material, especially used in dentistry, comprising a laser light source, a detecting device used to detect at least one part of plasma radiation produced by the plasma arising from the laser ablation, and a process-side end element with a light conducting end area. The inventive device is configured in such a way that the light conducting end area conducts both the laser light produced by the laser light source for ablation onto a material to be processed and at least one part of the produced plasma radiation to the detection device. The invention also relates to a method for laser ablation of organic and inorganic material in the non-medical field. A processing laser beam is produced and plasma is produced during ablation of the material by the processing laser beam, whereby at least one part of the plasma radiation produced by said plasma is fed to a detection device, whereby essentially the part of the plasma radiation produced is conducted to the detection device which is radiated at a solid angle at which the processing beam radiated onto the material to be processed also extends.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Laser- Ablation von organischem und anorganischem MaterialDevice and method for laser ablation of organic and inorganic material
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laser- Ablation von organischem und anorganischem Material mit einer Laserlichtquelle, einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen zumindest eines Teils einer Strahlung, die von dem durch die Laser- Ablation hervorgerufenen Plasma erzeugt wird, und einem bearbeitungsseitigen Endelement mit einem lichtleitenden Endbereich. Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung im medizinischen, insbesondere zahnmedizinischen Bereich, ist aber auch in vielen anderen Bereichen einsetzbar.The present invention relates to a device for laser ablation of organic and inorganic material with a laser light source, a detection device for detecting at least part of a radiation generated by the plasma caused by the laser ablation, and a processing-side end element with a light-guiding end region , Such a device is particularly suitable for use in the medical, in particular dental, field, but can also be used in many other fields.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Laser- Ablation von organischem und anorganischem Material im nicht-medizinischen Bereich.The invention further relates to a method for laser ablation of organic and inorganic material in the non-medical field.
Ein Abtragen bzw. eine Ablation von organischem und anorganischem Material wird üblicherweise durch Einwirkung mechanischer Mittel auf das Material erreicht. Insbesondere werden mechanische Bohrer oder ähnliche Werkzeuge eingesetzt.Removal or ablation of organic and inorganic material is usually achieved by the action of mechanical means on the material. In particular, mechanical drills or similar tools are used.
Es ist im Stand der Technik jedoch auch bekannt, anstelle der mechanischen Bohrer Laservorrichtungen einzusetzen. Auch im medizinischen Bereich, insbesondere im zahnmedizinischen Bereich, werden verstärkt Laserbehandlungsgeräte eingesetzt.However, it is also known in the prior art to use laser devices instead of mechanical drills. Laser treatment devices are also increasingly used in the medical field, in particular in the dental field.
Eine Vorrichtung zur Laser-Ablation ist beispielsweise aus der W096/34566 bekannt, die ein System mit einem CO2 Laser umfaßt. Ein weiteres Laserbehandlungsgerät für den Einsatz im medizinischen oder zahnmedizinischen Bereich ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung (amtl. Aktenzeichen des DPMA: 100 42220.9) bekannt. Ferner ist es vorteilhaft, den Zustand des zu bearbeitenden Materials vor und/oder während des Behandeins bzw. Abtragens zu überprüfen. Insbesondere im zahnmedizinischen Bereich ist es sinnvoll festzustellen, ob der Bereich des zu behandelnden Zahnes kariös ist und insbesondere, wann das kariöses Zahnmaterial vollständig abgetragen worden ist, um zu verhindern, daß unnötig gesundes Zahnmaterial abgetragen wird.A device for laser ablation is known for example from W096 / 34566, which comprises a system with a CO 2 laser. Another laser treatment device for use in the medical or dental field is known for example from the German patent application (official file number of the DPMA: 100 42220.9). It is also advantageous to check the condition of the material to be processed before and / or during treatment or removal. In the dental field in particular, it is useful to determine whether the area of the tooth to be treated is carious and, in particular, when the carious tooth material has been completely removed in order to prevent unnecessarily healthy tooth material from being removed.
Eine Vorrichtung zum Erkennen von Karies, Plaque oder bakteriellen Befall Zähnen ist beispielsweise aus der DE 195 41 686 AI bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine Anregungsstrahlung erzeugt und auf den zu untersuchenden Zahn gerichtet, wodurch eine Fluoreszens- strahlung hervorgerufen wird, die von einer Erfassungseinrichtung aufgenommen wird. Eine Analyse des Fluoreszensspektrums kann über den Zustand des bestrahlten Bereiches Auskunft geben und die Unterscheidung von gesundem und von kariösen Zahnbereichen sowie die Erkennung von Karies erleichtern.A device for the detection of caries, plaque or bacterial infestation of teeth is known for example from DE 195 41 686 AI. In the case of this device, an excitation radiation is generated and directed onto the tooth to be examined, as a result of which a fluorescence radiation is produced which is recorded by a detection device. An analysis of the fluorescence spectrum can provide information about the condition of the irradiated area and make it easier to differentiate between healthy and carious tooth areas as well as the detection of caries.
Aus der DE 297 05 934 Ul ist femer eine ähnliche Vorrichtung bekannt, wobei neben der reinen Diagnosevorrichtung, die in der DE 195 41 686 AI geschrieben worden ist, auch eine Behandlungslaserstrahlung erzeugt wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Untersuchung und Analyse des zu behandelnden Bereiches mittels der an dem Zahngewebebereich erzeugten Fluoreszensstrahlung durchgeführt.A similar device is also known from DE 297 05 934 U1, wherein in addition to the pure diagnostic device that was written in DE 195 41 686 AI, a treatment laser radiation is also generated. In this embodiment too, the examination and analysis of the area to be treated is carried out by means of the fluorescent radiation generated on the tooth tissue area.
Ein weiteres Verfahren zur Überprüfung des zu behandelnden Materials insbesondere zur Überprüfung des Gesundheitszustandes eines Zahnbereichs, ist die Differenzreflektometrie. Bei diesem Verfahren wird, neben dem Behandlungslaser, eine Xenonlampe zur Verfügung gestellt, die den zu untersuchenden Bereich des Materials bestrahlt, wobei das von dem bestrahlten Bereich reflektierte Licht erfaßt und ausgewertet wird.Another method for checking the material to be treated, in particular for checking the health status of a tooth area, is differential reflectometry. In this method, in addition to the treatment laser, a xenon lamp is provided which irradiates the area of the material to be examined, the light reflected by the irradiated area being detected and evaluated.
Nachteil sämtlicher vorgenannter Verfahren ist es, daß grundsätzlich neben dem Behandlungslaser ein zweiter Laser oder zumindest eine zweite Lichtquelle erforderlich ist, die erst die Analyse des zu behandelnden Materials ermöglicht. Es ist ferner vorgeschlagen worden, daß die Strahlung, die von dem durch die Laser-Ablation hervorgerufenen Plasma erzeugt wird, zu einer „Online" Analyse, d. h. zu einer gleichzeitig stattfindenden Analyse des gerade ablauerten oder abgetragenen Materials genutzt wird. Ein solches Verfahren ist z. B. in „Investigation and Spectral Analysis of the Plasma-Induced Ablation Mechanism of Dental Hydroxyapatite", M. H. Niemz, Applied Physics B 58, 273- 281(1994) beschrieben.A disadvantage of all of the aforementioned methods is that, in addition to the treatment laser, a second laser or at least a second light source is required, which only enables the analysis of the material to be treated. It has also been proposed that the radiation which is generated by the plasma caused by the laser ablation be used for an "online" analysis, ie for a simultaneous analysis of the material which has just been leached or removed Described in "Investigation and Spectral Analysis of the Plasma-Induced Ablation Mechanism of Dental Hydroxyapatite", MH Niemz, Applied Physics B 58, 273-281 (1994).
Bei einem solchen Verfahren wird ein Lichtleiter in die Nähe des zu behandelnden Bereiches gebracht, wobei ein Teil der Plasma-Strahlung von dem Lichtleiter an einer Erfassungsvorrichtung, insbesondere ein Spektrometer, weitergeleitet wird. Nachteilig bei einem solchen Verfahren ist es, daß sich zum einen die Position des Lichtleiters relativ zu dem Behandlungsbereich und dem Bearbeitungslaserstrahl und damit zu dem erzeugten Plasma ändert, was zu Schwankungen der Meßergebnisse führen kann, zum anderen daß das Plasma auch jenach Formgebung des zu bearbeitenden oder zu behandelnden Bereiches gegenüber dem Lichtleiter teilweise abgeschirmt wird, was insbesondere im zahnmedizinischen Bereich leicht auftreten kann. Starke Signalschwankungen durch Abschattung, Flanken und Auswandern sind daher die Folge.In such a method, a light guide is brought into the vicinity of the area to be treated, a portion of the plasma radiation being passed on by the light guide to a detection device, in particular a spectrometer. A disadvantage of such a method is that on the one hand the position of the light guide relative to the treatment area and the processing laser beam and thus to the plasma generated changes, which can lead to fluctuations in the measurement results, and on the other hand that the plasma is also shaped according to the shape of the one to be processed or the area to be treated is partially shielded from the light guide, which can easily occur particularly in the dental field. Strong signal fluctuations due to shadowing, flanks and emigration are the result.
Ein weiteres Problem ist es ferner, gleichzeitig die Behandlungsvorrichtung und den Lichtleiter der Überwachungsvorrichtung gleichzeitig an eine gute Position zu bringen, was insbesondere im dentalmedizinischen Bereich von Bedeutung ist.Another problem is also to simultaneously bring the treatment device and the light guide of the monitoring device into a good position, which is particularly important in the dental field.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Laser-Ablation von organischem und anorganischem Material mit einer Lichtquelle und einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen zumindest eines Teils einer Strahlung, die von dem durch die Laser- Ablation hervorgerufenen Plasma erzeugt wird, zur Verfügung zu stellen, die die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht oder nur in deutlich geringerem Maße aufweist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren für den nicht-medizinischen Bereich zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Laser-Ablation gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 15 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens.It is therefore an object of the present invention to provide a device for laser ablation of organic and inorganic material with a light source and a detection device for detecting at least part of a radiation which is generated by the plasma caused by the laser ablation which does not have the disadvantages of the prior art described above or has them only to a significantly lesser extent. It is also an object of the present invention to provide a corresponding method for the non-medical area. The object of the invention is achieved by a device for laser ablation according to claim 1 and a method according to claim 10. Claims 2 to 9 and 11 to 15 relate to particularly advantageous embodiments of the device and the method according to the invention.
Erfindungsgemäß umfaßt die Vorrichtung zur Laser-Ablation ein bearbeitungsseitiges Endelement mit einem lichtleitenden Endbereich, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung zu Laser-Ablation so ausgelegt ist, daß der lichtleitende Endbereich sowohl das von der Laserlichtquelle erzeugte Laserlicht zur Ablation auf ein zu bearbeitendes Material als auch einen Teil der erzeugten Plasma-Strahlung zur Erfassungsvorrichtung weiterleitet.According to the invention, the device for laser ablation comprises a processing-side end element with a light-guiding end area, the device for laser ablation being designed such that the light-guiding end area both the laser light generated by the laser light source for ablation on a material to be processed and a part the generated plasma radiation forwards to the detection device.
Damit wird erreicht, daß in die Nähe des zu behandelnden Materials, häufig eines Zahnes im dentalmedizinischen Bereich, lediglich ein Element der Vorrichtung mit einem einzigen lichtleitenden Endbereich in die Nähe des bearbeitenden Materials gebracht werden muß. Dadurch wird vermieden, daß neben dem das Laserlicht zur Ablation emittierenden Endbereich der Be-handlungsvorrichtung zusätzlich ein weiteres Element zur Aufnahme der Plasma- Strahlung eingesetzt werden muß. Ablations-Laserlicht und Plasma-Strahlung werden durch ein und dasselbe Endelement und durch nur einen lichtleitenden Endbereich übertragen und weitergeleitet, wodurch die oben geschilderten Probleme des Standes der Technik vermieden werden. Ein einziger lichtleitender Endbereich kann durch unterschiedliche Elemente realisiert werden, beispielsweise durch ein einziges Schutzglas, das beispielsweise der Abdeckung eines Handstückinnenraums dient, in dem das Ablations- Laserlicht und die Plasma-Strahlung beispielsweise weitgehend frei geführt werden. Auch ist es möglich, daß der lichtleitende Endbereich durch eine einzelne lichtleitende Faser gebildet wird, durch die sowohl das Ablations-Laserlicht als auch die Plasma- Strahlung übertragen und weitergeleitet werden. Auch andere optische Elemente können als einzelner lichtleitender Endbereich zur Übertragung und Weiterleitung des Ablations-Laserlichts und der Plasma-Strahlung verwendet werden.It is thereby achieved that in the vicinity of the material to be treated, often a tooth in the field of dental medicine, only one element of the device with a single light-conducting end region has to be brought into the vicinity of the material to be processed. This avoids that in addition to the end region of the treatment device which emits the laser light for ablation, a further element must also be used for receiving the plasma radiation. Ablation laser light and plasma radiation are transmitted and transmitted through one and the same end element and through only one light-guiding end region, as a result of which the problems of the prior art described above are avoided. A single light-guiding end region can be realized by different elements, for example by a single protective glass, which serves, for example, to cover an interior of the handpiece, in which the ablation laser light and the plasma radiation are guided largely freely, for example. It is also possible for the light-guiding end region to be formed by a single light-guiding fiber, through which both the ablation laser light and the plasma radiation are transmitted and passed on. Other optical elements can also be used as a single light-guiding end region for the transmission and transmission of the ablation laser light and the plasma radiation.
Durch die Erfindung wird daher zum einen ein sehr kompaktes Gerät zur Verfügung gestellt, das auch bei engen räumlichen Gegebenheiten eingesetzt werden kann, wobei eine hohe Ge- nauigkeit der Auswertung der Plasma-Strahlung sichergestellt wird, da diese aus der Pachtung vorgenommen wird, aus der auch der Behandlungslaserstrahl auf das zu behandelnde Material eingestrahlt wird, was eine optimale Position zur Vermeidung von Abschattungen darstellt.The invention therefore provides, on the one hand, a very compact device that can also be used in tight spaces, with a high accuracy of the evaluation of the plasma radiation is ensured, since this is carried out from the lease, from which the treatment laser beam is also irradiated onto the material to be treated, which represents an optimal position for avoiding shadowing.
Da ferner nur eine Laserlichtquelle zur Erzeugung eines Behandlungslaserstrahls erforderlich ist und keine zusätzlichen Lichtquellen zur Überwachung des zu behandelnden Bereiches notwendig sind, wird ferner ein sehr kostengünstiges und effektives Gerät bereitgestellt.Furthermore, since only one laser light source is required to generate a treatment laser beam and no additional light sources are required to monitor the area to be treated, a very inexpensive and effective device is also provided.
Als lichtleitender Endbereich können sämtliche im Stand der Technik bekannten Mittel und Vorrichtungen eingesetzt werden, insbesondere lichtleitende Fasern, Hohlleiter oder auch Hohlräume, in denen der Laserstrahl mittels Spiegelelementen gelenkt wird, wie beispielsweise bei dem in der oben genannten deutschen Patentanmeldung 100 42 220.9 gezeigten Handstück.All means and devices known in the prior art can be used as the light-guiding end region, in particular light-guiding fibers, waveguides or also cavities in which the laser beam is directed by means of mirror elements, such as, for example, the handpiece shown in the above-mentioned German patent application 100 42 220.9.
Bevorzugt ist die Laserlichtquelle zur Erzeugung eines Laserbearbeitungsstrahls so ausgelegt, daß sie in einem Pulsmodus betreibbar ist. Gepulste Laserstrahlung hat den Vorteil, daß sie eine sehr hohe Intensität aufweist und zu in der Regel geringen Eindringtiefen und hoher Ab- sorbtion fuhrt, was insbesondere zur Ablation bzw. Abtragung von Material im Vergleich zuanderen Behandlungsverfahren, wie z.B. im medizinischen Bereich die Koagulation, wichtig ist.The laser light source for generating a laser processing beam is preferably designed such that it can be operated in a pulse mode. Pulsed laser radiation has the advantage that it has a very high intensity and generally leads to shallow depths of penetration and high absorption, which in particular leads to the ablation or removal of material compared to other treatment methods, such as e.g. in the medical field, coagulation is important.
Pulsdauer und Pulsfolgefrequenz können in der Regel je nach Anwendung in weiten Bereichen gesteuert werden, es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, eine Laserlichtquelle einzusetzen, die in einem cw (continuous wave)-Betriebsmodus arbeitet.Depending on the application, the pulse duration and pulse repetition frequency can generally be controlled over a wide range, but it is of course also possible to use a laser light source which operates in a cw (continuous wave) operating mode.
Bevorzugte Wellenlängen für das von der Laserlichtquelle imitierte Laserlicht liegen je nach Anwendungsgebiet zwischen λ= 700nm und λ= HOOnm, wobei typischerweise Laserlicht einer Wellenlänge von λ = 780nm, λ = 1036nm oder λ = 1060nm eingesetzt wird. Die Erfindung ist aber nicht auf eine bestimmte Wellenlänge oder einer bestimmte Laserlichtquelle eingeschränkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Laser- Ablation einen Strahlteiler zum Auskoppeln eines Teils des erzeugten Laserlichts zur Behandlung (Bearbeitungsstrahl) auf, wodurch ein Referenzstrahl erzeugt wird. Bevorzugt findet eine Auskopplung von etwa 1% bis etwa 40% des erzeugten Laserstrahls statt, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden etwa 10% der Intensität des erzeugten Laserstrahls für den Referenzlaserstrahl ausgekoppelt. Der Anteil der ausgekoppelten Leistung hängt sehr von dem Anwendungsgebiet ab, wobei tendenziell bei höherer Leistung ein lediglich geringerer relativer Anteil ausgekoppelt wird.Preferred wavelengths for the laser light imitated by the laser light source lie between λ = 700nm and λ = HOOnm depending on the field of application, typically laser light with a wavelength of λ = 780nm, λ = 1036nm or λ = 1060nm. However, the invention is not restricted to a specific wavelength or a specific laser light source. In a preferred embodiment, the device for laser ablation according to the invention has a beam splitter for coupling out part of the laser light generated for treatment (processing beam), as a result of which a reference beam is generated. A coupling of approximately 1% to approximately 40% of the laser beam generated preferably takes place; in a particularly preferred embodiment, approximately 10% of the intensity of the laser beam generated is coupled out for the reference laser beam. The proportion of the output decoupled very much depends on the field of application, with a tendency that only a lower relative proportion is decoupled at higher output.
Der ausgekoppelte Referenzlaserstrahl kann insbesondere an die Erfassungsvorrichtung wie- tergeleitet werden, um mögliche Intensitätsschwankungen des Behandlungslaserstrahls, die sich bei einem konstanten relativen Anteil der Auskopplung auch in dem Referenzlaserstrahl wiederspiegeln, bei der Auswertung zu berücksichtigen. Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung zur Laser-Ablation ferner ein frequenzkonvertierendes Element, durch das der ausgekoppelte Referenzstrahl geleitet wird, wobei die Frequenz des ausgekoppelten Referenzstrahls verändert wird. Als frequenzkonvertierendes Element eignet sich insbesondere ein Kaliumdihydro- genphosphat-Kristall (KDP-Kristall), der zu einer Frequenzverdoppelung des ihn passierenden Laserlichts führt.The outcoupled reference laser beam can in particular be passed on to the detection device in order to take into account possible fluctuations in intensity of the treatment laser beam, which are also reflected in the reference laser beam with a constant relative proportion of the outcoupling, in the evaluation. The device for laser ablation preferably further comprises a frequency-converting element through which the outcoupled reference beam is guided, the frequency of the outcoupled reference beam being changed. A potassium dihydrogen phosphate crystal (KDP crystal), which leads to a frequency doubling of the laser light passing through it, is particularly suitable as the frequency-converting element.
Durch ein solches frequenzkonvertierendes Element wird beispielsweise ermöglicht, daß der Referenzstrahl nicht nur direkt zur Erfassungsvorrichtung weitergeleitet wird, sondern zuerst auf das zu bearbeitende Material gelenkt wird, von dort im wesentlichen auf Grund der geänderten Frequenz und der damit vollständig unterschiedlichen Wechselwirkung mit dem zu behandelnden Material im wesentlichen vollständig reflektiert wird und dann an die Erfassungsvorrichtung weitergeleitet wird. Dies hat den Vorteil, daß zusätzlich auch die durch die Geometrie und/oder die Positionierung des Endelementes eventuell hervorgerufene Schwankungen der Intensität der Plasma- Strahlung berücksichtigt werden. Dadurch wird eine noch genauere Überwachung der Ablation und eine dadurch deutlich verbesserte Analyse des gerade abgetragenen Materials ermöglicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ferner eine Vorrichtung zum Einkoppeln zumindest eines Teils des Referenzstrahles in den Bearbeitungsstrahl vorgesehen, was insbesondere bei dem oben beschriebenen Vorgang von Bedeutung ist, bei dem der Referenzstrahl ein frequenzkonvertierendes Element durchläuft.Such a frequency-converting element makes it possible, for example, that the reference beam is not only forwarded directly to the detection device, but is first directed to the material to be processed, from there essentially due to the changed frequency and the completely different interaction with the material to be treated is substantially completely reflected and then passed on to the detection device. This has the advantage that the fluctuations in the intensity of the plasma radiation which may be caused by the geometry and / or the positioning of the end element are also taken into account. This enables an even more precise monitoring of the ablation and a significantly improved analysis of the material that has just been removed. In a preferred embodiment, a device is also provided for coupling at least a part of the reference beam into the processing beam, which is particularly important in the process described above, in which the reference beam passes through a frequency-converting element.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist ferner eine Vorrichtung zum Auskoppeln des von dem lichtleitenden Endbereich weitergeleiteten Teils der Plasmastrahlung und/oder des von dem zu behandelnden Materials reflektierten Referenzstrahles zum Weiterleiten an die Erfassungsvorrichtung vorgesehen.In a particularly preferred embodiment, a device is also provided for decoupling the part of the plasma radiation passed on from the light-guiding end region and / or the reference beam reflected by the material to be treated, for passing it on to the detection device.
Bei solchen Vorrichtungen werden bevorzugt besonders auf die Wellenlänge abgestimmte Spiegelvorrichtungen eingesetzt, die beispielsweise durchlässig für die Wellenlänge des Referenzstrahles aber hoch reflektierend für die Wellenlänge des Bearbeitungs- oder Behandlungslaserstrahles sind, oder aber auch Spiegelelemente, die für Licht einer bestimmten Wellenlänge in der einen Richtung transparent sind, während sie für Licht der gleichen Wellenlänge, das aus der anderen Richtung auf sie eingestrahlt wird, hoch reflektierend ausgebildet sind.Such devices preferably use mirror devices that are particularly tuned to the wavelength and are, for example, transparent to the wavelength of the reference beam but highly reflective to the wavelength of the processing or treatment laser beam, or else mirror elements that are transparent to light of a certain wavelength in one direction are designed to be highly reflective for light of the same wavelength that is incident on them from the other direction.
Für solche Elemente kann auf ein breites Spektrum kommerziell zur Verfügung stehender Spiegel und Beschichtungen zurückgegriffen werden.A wide range of commercially available mirrors and coatings can be used for such elements.
Als Erfassungsvorrichtung wird bevorzugt ein Spektrometer eingesetzt, wobei besondere Ausführungsformen ferner eine bevorzugt automatisch arbeitende Analyse-Vorrichtung oder Auswertevorrichtung umfassen. Das Spektrometer bzw. die Auswertevorrichtungen können an einem Computer zur automatischen Analyse und Auswertung der Meßdaten weitergeleitet werden, wobei die Meßdaten im wesentlichen ohne Verzögerung direkt ausgegeben werden können, sei es mittels optischer oder akustischer Anzeigen und Ausgabeelemente.A spectrometer is preferably used as the detection device, particular embodiments further comprising a preferably automatic analysis device or evaluation device. The spectrometer or the evaluation devices can be forwarded to a computer for automatic analysis and evaluation of the measurement data, the measurement data being able to be output directly without any delay, be it by means of optical or acoustic displays and output elements.
Es ist ferner möglich, eine automatische Steuerung vorzusehen, die beispielsweise die Einstrahlung des Bearbeitungslaserlichts auf das zu bearebitende Material automatisch unterbricht, wenn das Spektrometer und die angeschlossene Auswertevorrichtung bestimmte vor- gegebene Meßwerte erzeugt, die beispielsweise im zahnmedizinischen Bereich anzeigen, daß im wesentlichen gesundes Zahnmaterial abgetragen wird.It is also possible to provide an automatic control which, for example, automatically interrupts the irradiation of the processing laser light onto the material to be processed if the spectrometer and the connected evaluation device given measured values which, for example in the dental field, indicate that essentially healthy tooth material is being removed.
Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle der automatischen Steuerung eine manuelle Steuerung vorzusehen oder auch Mittel vorzusehen, die eine möglicherweise durch die automatische Steuerung hervorgerufene Sperre aufheben.Of course, it is also possible to provide a manual control instead of the automatic control, or to provide means which remove a lock possibly caused by the automatic control.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Laser-Ablation umfaßt bevorzugt eine Scannervorrichtung, mit der die Feinpositionierung des Bearbeitungsstrahls und/oder des Referenzstrahls gesteuert werden kann. Die Scannervorrichtung kann bestimmte Abtastmuster automatisch oder manuell gesteuert abtasten und ermöglicht dadurch zum einen eine Feinjustierung und zum anderen einen gleichmäßigen, gesteuerten Abtrag einem zu behandelnden Bereich.The device for laser ablation according to the invention preferably comprises a scanner device with which the fine positioning of the processing beam and / or the reference beam can be controlled. The scanner device can scan certain scanning patterns automatically or manually in a controlled manner and thereby enables on the one hand a fine adjustment and on the other hand a uniform, controlled removal of an area to be treated.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Laser-Ablation von organischen und anorganischen Materialien im nicht-medizinischen Bereich gemäß Anspruch 10. Die Vorteile eines solchen Verfahrens entsprechen im wesentlichen dem bereits oben geschilderten Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Verfahren in weiten Bereichen der Technik, insbesondere bei der Oberflächenbehandlung etc. eingesetzt werden kann.The invention further relates to a method for laser ablation of organic and inorganic materials in the non-medical field according to claim 10. The advantages of such a method essentially correspond to the advantages of the device according to the invention already described above, the method being used in wide areas of technology, can be used in particular for surface treatment etc.
Insbesondere dadurch, daß im wesentlichen nur der Teil der erzeugten Plasma- Strahlung der Erfassungsvorrichtung zugeführt wird, der in einem bevorzugt engem Raumwinkel im wesentlichen in der gleichen Richtung bzw. anti-parallel zu dem einfallenden Bearbeitungslaserstrahl verläuft, werden zuverlässige und schwankungsarme Messungen erzeugt.In particular, because only that part of the generated plasma radiation is fed to the detection device, which runs in a preferably narrow solid angle essentially in the same direction or anti-parallel to the incident processing laser beam, reliable and low-fluctuation measurements are generated.
Der Raumwinkel ist im wesentlichen kegelförmig ausgebildet, wobei die Kegelspitze im wesentlichen dort liegt, wo der Bearbeitungslaserstrahl auf das zu bearbeitende Material trifft, von wo aus sich der Raumwinkel öffnet. Der kegelförmige Raumwinkel, innerhalb dessen die abgestrahlte Plasma-Strahlung von dem lichtleitenden Endbereich aufgenommen und zur Erfassungsvorrichtung weitergeleitet wird, ist bevorzugt symmetrisch zu dem einfallenden Bearbeitungslaserstrahl ausgebildet. Es soll angemerkt werden, daß es sich bei dem Raumwinkel selbstverständlich nicht um einen streng mathematisch definierten Raumwinkel handelt, insbesondere die Kegelspitze ist nicht punktförmig ausgebildet, sondern umfaßt zumindest eine Fläche, die im wesentlichen dem Durchmesser des einfallenden Bearbeitungslaserstrahls an dieser Stelle entspricht.The solid angle is essentially conical, the conical tip lying essentially where the machining laser beam strikes the material to be machined, from where the solid angle opens. The conical solid angle, within which the emitted plasma radiation is received by the light-guiding end region and passed on to the detection device, is preferably formed symmetrically to the incident processing laser beam. It should be noted that the solid angle is of course not a strictly mathematically defined solid angle, in particular the cone tip is not point-shaped, but comprises at least one surface which essentially corresponds to the diameter of the incident processing laser beam at this point.
Bevorzugt liegen die Raumwinkel in einem Bereich vom 1° bis 20°, insbesondere in einem Bereich von 5° bis 10°, wobei die Raumwinkel nicht allein durch die Vorrichtung an sich auf einen einzigen festen Wert festgelegt sein müssen, da sich der Raumwinkel insbesondere beispielsweise durch den Abstand der Vorrichtung zur Laser-Ablation, d.h. insbesondere des Endbereiches der Vorrichtung von dem zu bearbeitenden Material, und auch durch die numerische Apertur der eingesetzten optischen Elemente, ändert.The solid angles are preferably in a range from 1 ° to 20 °, in particular in a range from 5 ° to 10 °, the solid angles need not be fixed to a single fixed value by the device itself, since the solid angle in particular, for example by the distance of the laser ablation device, ie in particular the end region of the device from the material to be processed, and also through the numerical aperture of the optical elements used.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden schematischen Zeichnungen, die besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zeigt, weiter- erläutert werden. Es zeigen:The invention will be further explained on the basis of the following schematic drawings, which show particularly advantageous embodiments of the device according to the invention. Show it:
Figur 1 Hauptelemente einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Laser-Ablation;Figure 1 main elements of a first embodiment of an inventive device for laser ablation;
Figur 2 die entsprechenden Hauptelemente einer Vorrichtung zur Laser-Ablation gemäß dem Stand der Technik; undFigure 2 shows the corresponding main elements of a device for laser ablation according to the prior art; and
Figur 3 detaillierter einige Elemente einer zweiten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Laser-Ablation.Figure 3 shows in more detail some elements of a second embodiment of a device for laser ablation according to the invention.
Figur 2 zeigt schematisch einige Hauptelemente einer Vorrichtung zur Laser-Ablation gemäß dem Stand der Technik. Dabei wird von einer Laserlichtquelle 210 ein Laserlicht 212 einer bestimmten Wellenlänge als Bearbeitungsstrahl emittiert. Der Bearbeitungsstrahl 212 durchläuft eines oder mehrere Zwischenelemente 220, die hier lediglich schematisch als „Black Box" dargestellt sind, wobei diese insbesondere einen Scanner, Spiegelelemente usw. umfas- sen. Eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik umfaßt ferner ein bearbeitungseitiges Endelement 222, das den Bearbeitungsstrahl 212 auf das zu behandelnde Material emittiert.Figure 2 shows schematically some main elements of a device for laser ablation according to the prior art. A laser light 212 of a specific wavelength is emitted as a processing beam from a laser light source 210. The processing beam 212 passes through one or more intermediate elements 220, which are shown here only schematically as a “black box”, these in particular comprising a scanner, mirror elements, etc. sen. A device according to the prior art further comprises a processing-side end element 222, which emits the processing beam 212 onto the material to be treated.
Beim Auftreffen des Bearbeitungsstrahls 212 auf das Material 230 entsteht durch die Ablation ein Plasma, so daß Plasma-Strahlung 240 erzeugt wird.When the processing beam 212 strikes the material 230, a plasma is produced by the ablation, so that plasma radiation 240 is generated.
Ein Teil der erzeugten Plasma-Strahlung 240 wird von einem Lichtleiter 250, der in die Nähe des Behandlungsbereiches des Materials 230 gebracht wird, zu einem Spektrometer 260 geleitet, mittels dem die spektrale Zusammensetzung der Plasma-Strahlung analysiert wird, wodurch Rückschlüsse auf den Zustand des zu behandelnden Materials gezogen werden können.Part of the generated plasma radiation 240 is passed from an optical fiber 250, which is brought close to the treatment area of the material 230, to a spectrometer 260, by means of which the spectral composition of the plasma radiation is analyzed, thereby drawing conclusions about the state of the material to be treated can be drawn.
Eine solche Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik weist die bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung geschilderten Nachteile auf.Such a device according to the prior art has the disadvantages already described in the general part of the description.
Figur 1 dagegen zeigt sehr schematisch die Hauptbestandteile einer Vorrichtung zur Laser- Ablation gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Laserlichtquelle 110 emittiert einen Bearbeitungsstrahl 112, der über Zwischenelemente 120 und ein bearbeitungsseitiges Endelement 122 auf das zu behandelnde Material 130 emittiert wird.Figure 1, however, shows very schematically the main components of a device for laser ablation according to the present invention. A laser light source 110 emits a processing beam 112, which is emitted onto the material 130 to be treated via intermediate elements 120 and a processing-side end element 122.
Im Gegensatz zu der in Figur 2 gezeigten Vomchtung gemäß dem Stand der Technik wird jedoch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein zusätzlicher Lichtleiter in die Nähe des zu behandelnden Bereiches zum Weiterleiten eines Teils der Plasma- Strahlung 140 geführt, sondern es wird der Teil der Plasma-Strahlung 140, der im wesentlichen in anti-paralleler Richtung zu dem einfallenden Bearbeitungsstrahl 112 verläuft, durch das bearbeitungseitige Endelement 122 und die Zwischenelemente 120 im wesentlichen auf dem gleichen Weg zurückgeführt, den auch der Behandlungstrahl 112 zurückgelegt hat. Je nach Abstand des Endelementes 122 wird Plasma-Strahlung von dem bearbeitungsseitigen Endelement aufgenommen, die in einem bestimmten Raumwinkel von dem zu bearbeitenden Material abgestrahlt wird. Die Plasma-Strahlung 140 wird dann von einem optischen Element 152, das an sich an beliebiger Stelle in den Strahlengang eingesetzt ist, ausgekoppelt und über einen Lichtleiter 154 einer Erfassungseiniichtung, hier einem Spektrometer 160, zugeführt. Das optische Element 152 ist für die Wellenlänge des Behandlungslaserstrahls transparent, so daß zum einen der Behandlungslaserstrahl 112 von der Laserlichtquelle 110 ungehindert das optische Element 152 zu den Zwischenelementen 120 durchlaufen kann, zum anderen kein eventuell teilweise reflektiertes Licht dieser Wellenlänge über den Lichtleiter 154 zu dem Spektrometer 160 geführt wird, so daß eine Beeinflussung oder Störung der Messung und Auswertung der Plasma- Strahlung vermieden wird.In contrast to the device according to the prior art shown in FIG. 2, however, in the device according to the invention no additional light guide is guided in the vicinity of the area to be treated for the purpose of forwarding part of the plasma radiation 140, but rather the part of the plasma radiation 140, which runs essentially in the anti-parallel direction to the incident processing beam 112, is returned through the processing-side end element 122 and the intermediate elements 120 essentially in the same way as the treatment beam 112 has traveled. Depending on the distance of the end element 122, plasma radiation is absorbed by the end element on the machining side and is emitted from the material to be machined at a certain solid angle. The plasma radiation 140 is then decoupled from an optical element 152, which is in itself placed anywhere in the beam path, and is fed via a light guide 154 to a detection device, here a spectrometer 160. The optical element 152 is transparent to the wavelength of the treatment laser beam, so that on the one hand the treatment laser beam 112 from the laser light source 110 can pass through the optical element 152 to the intermediate elements 120 unhindered, and on the other hand no possibly partially reflected light of this wavelength via the light guide 154 to the Spectrometer 160 is guided so that an influence or disturbance of the measurement and evaluation of the plasma radiation is avoided.
Figur 3 zeigt etwas detaillierter einige Elemente einer zweiten Ausführungsform einer erfin- gunsgemäßen Vorrichtung zur Laser-Ablation.FIG. 3 shows some elements of a second embodiment of a device for laser ablation according to the invention in somewhat more detail.
Eine Laserlichtquelle 310 emittiert einen Bearbeitungsstrahl 312, der in der Figur 3 oben rechts in die schematisch dargestellte Anordnung eingestrahlt wird. Ein Strahlteiler 372 koppelt einen festen relativen Anteil des eingestrahlten Bearbeitungsstrahls aus, bei der gezeigten Ausführungsform etwa 10%, wodurch ein Referenzstrahl 314 erzeugt wird. Der Bearbeitungsstrahl 312, der nun in seiner Intensität auf circa 90% gesenkt worden ist, wird durch einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel) 374 auf einen weiteren HR-Spiegel 382 gelenkt, der wiederum den Bearbeitungsstrahl 312 über weitere Zwischenelemente 320, die auch in dieser Ausfuhrungsform beispielsweise Scanner enthalten, und einen lichtleitenden Endbereich 324 des bearbeitungsseitigen Endelements 322 auf das in Figur 3 nicht gezeigte zu bearbeitende Material gelenkt. Der lichtleitende Endbereich 324 ist hier lediglich schematisch dargestellt, er kann aber bei der hier gezeigten Ausfuhrungsform, bei der der Bearbeitungstrahl 312 und auch die Plasma-Strahlung 340 im wesentlichen frei geführt werden, insbesondere durch eine Abschlußabdeckung bzw. ein Abschlußglas realisiert werden, das beispielsweise einen Handstückinnenraum abdeckt. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, daß dieser lichtleitende Endbereich 324 lediglich der offene Innenraum des bearbeitungsseitigen Endelements 322 ist, üblicherweise werden aber Elemente, wie z.B. ein Handstück, abgeschlossen, beispielsweise durch das oben erwähnte Schutzglas, um insbesondere eine Verschmutzung etc. zu vermeiden. Der durch den Strahlteiler 372 ausgekoppelte Referenzstrahl 314 durchläuft einen Frequenzkonverter 392, der in dieser Ausfuhrungsform ein Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO ) KDP-Kristall ist, der zu einer Frequenzverdoppelung des Referenzstrahles 314 führt. Der frequenzverdoppelte Referenzstrahl 316 wird von einer Spiegel Vorrichtung 386 reflektiert und auf eine weitere Spiegelvorrichtung 384 gelenkt. Die Spiegelvorrichtung 384 weist ein kleines Loch bzw. eine schmale Öffnung 385 auf, die der frequenzverdoppelte Referenzstrahl 316 durchläuft, so daß er dahinter auf die Spiegelvorrichtung 382 trifft.A laser light source 310 emits a processing beam 312, which is irradiated into the arrangement shown schematically at the top right in FIG. A beam splitter 372 couples out a fixed relative portion of the irradiated machining beam, in the embodiment shown about 10%, whereby a reference beam 314 is generated. The processing beam 312, which has now been reduced in intensity to approximately 90%, is directed by a highly reflecting mirror (HR mirror) 374 to a further HR mirror 382, which in turn the processing beam 312 via further intermediate elements 320, which are also shown in FIG In this embodiment, for example, include scanners, and a light-guiding end region 324 of the machining-side end element 322 is directed onto the material to be machined, which is not shown in FIG. The light-guiding end region 324 is only shown schematically here, but in the embodiment shown here, in which the processing beam 312 and also the plasma radiation 340 are guided essentially freely, in particular by means of a cover or a cover glass, which can be realized, for example covers a handpiece interior. In principle, however, it is also possible that this light-guiding end region 324 is merely the open interior of the machining-side end element 322, but usually elements, such as a handpiece, are closed, for example by the protective glass mentioned above, in order in particular to avoid contamination, etc. The reference beam 314 coupled out by the beam splitter 372 passes through a frequency converter 392, which in this embodiment is a potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO) KDP crystal, which leads to a frequency doubling of the reference beam 314. The frequency-doubled reference beam 316 is reflected by a mirror device 386 and directed onto a further mirror device 384. The mirror device 384 has a small hole or a narrow opening 385 through which the frequency-doubled reference beam 316 passes so that it strikes the mirror device 382 behind it.
Bei der Spiegelvorrichtung 382 handelt es sich um eine dielektrische Spiegelvorrichtung, die, wie oben erwähnt, das Licht der Wellenlänge des Bearbeitungsstrahls reflektiert, für Licht der frequenzverdoppelten Referenzstrahlung jedoch transparent ist, so daß bei der Spiegelvorrichtung 382 der frequenzverdoppelte Referenzstrahl 316 in den Bearbeitungsstrahl 312 eingekoppelt wird und gemeinsam über die Zwischenelemente 320 und das bearbeitungsseitige Endelement 322 auf das hier nicht gezeigte zu behandelnde Material emittiert wird.The mirror device 382 is a dielectric mirror device which, as mentioned above, reflects the light of the wavelength of the processing beam, but is transparent to light of the frequency-doubled reference radiation, so that in the mirror device 382 the frequency-doubled reference beam 316 is coupled into the processing beam 312 and is emitted together via the intermediate elements 320 and the machining-side end element 322 onto the material to be treated, not shown here.
Wie oben bereits erläutert entsteht bei der Ablation ein Plasma, dessen Licht spektral breit- bandig von dem zu behandelnden Material 130, 230 abgestrahlt wird (im folgenden Plasma- Strahlung 340 genannt). Die Plasma-Strahlung 340 durchläuft (parallel zu der reflektierten frequnzverdoppelten Referenzstrahlung 316) im wesentlichen anti-parallel zu dem einfallenden bearbeitungslaserstrahl 312 den lichtleitenden Endbereich 324 das bearbeitungsseitige Endelement 322, die Zwischenelemente 320 und trifft dann auf die Spiegelvorrichtung 382, die für die relevanten Wellenlängen der Plasma-Strahlung 340 (wie für die Wellenlänge des frequenzverdoppelten Referenzlaserstrahls) ebenfalls transparent ist, so daß die Plasma- Strahlung 340 mit der reflektierten frequenzverdoppelten Referenzlaserstrahlung 316 von der Spiegel Vorrichtung 384, die bezüglich der frequenzverdoppelten Referenzstrahlung 316 und der Plasma-Strahlung 340 hochreflektiv ist (HR-Spiegel), dem Spektrometer 360 zur Analyse und Auswertung zugeführt wird.As already explained above, ablation creates a plasma, the light of which is radiated in a spectrally broadband manner from the material 130, 230 to be treated (hereinafter referred to as plasma radiation 340). The plasma radiation 340 passes (parallel to the reflected frequency-doubled reference radiation 316) essentially anti-parallel to the incident processing laser beam 312 through the light-guiding end region 324, the processing-side end element 322, the intermediate elements 320 and then strikes the mirror device 382, which is relevant to the wavelengths the plasma radiation 340 (as for the wavelength of the frequency-doubled reference laser beam) is also transparent, so that the plasma radiation 340 with the reflected frequency-doubled reference laser radiation 316 from the mirror device 384 is highly reflective with respect to the frequency-doubled reference radiation 316 and the plasma radiation 340 is (HR mirror) to which spectrometer 360 is fed for analysis and evaluation.
Auf Grund der dem Spektrometer 360 zugeführten reflektierten frequenzverdoppelten Referenzstrahlung 316 kann eine sehr exakte Auswertung und Analyse stattfinden, die sowohl mögliche Intensitätsschwankungen des Bearbeitungsstrahls 312 als auch mögliche Beinflus- sungen bei der Detektion der am Material erzeugten bzw. reflektierten Strahlung berücksichtigt. Die Spiegelvorrichtung 386 ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform ebenfalls eine dielektrische Spiegelvorrichtung, die für die Wellenlänge des frequenzverdoppelten Referenzstrahles 316 hochreflektiv ist (HR-Spiegel), während sie für nicht frequenzverdoppelte Anteile, die gegebenenfalls durch den Frequenzkonverter 392 nicht konvertiert worden sind, transparent ist, so daß diese Reststrahlung bei der Spiegelvorrichtung 386 ausgekoppelt wird.On the basis of the reflected frequency-doubled reference radiation 316 supplied to the spectrometer 360, a very precise evaluation and analysis can take place, which takes into account both possible intensity fluctuations of the processing beam 312 and possible leg flows when detecting the radiation generated or reflected on the material. In this preferred embodiment, the mirror device 386 is also a dielectric mirror device which is highly reflective for the wavelength of the frequency-doubled reference beam 316 (HR mirror), while it is transparent for non-frequency-doubled components which may not have been converted by the frequency converter 392. so that this residual radiation is coupled out in the mirror device 386.
Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß die mit der Öffnung 385 versehene Spiegelvorrichtung 384 eine sehr preisgünstige und dem och zuverlässige Lösung darstellt, wobei die Größe der Öffnung 385 so gewählt ist, daß das von der Spiegelvorrichtung 386 reflektierte Licht direkt die Öffnung 385 durchläuft, während die an dem zu bearbeitenden Material erzeugte Plasma-Strahlung 340 und die reflektierte frequenzverdoppelte Referenzstrahlung 316 einen größeren Strahldurchmesser aufweist, so daß die Verluste, die aufgrund der Strahlung, die durch das Loch 385 von der Spiegelvorrichtung 384 nicht in das Spektrometer 360 geleitet werden, vernachlässigt werden können.Finally, it should also be pointed out that the mirror device 384 provided with the opening 385 represents a very inexpensive and also reliable solution, the size of the opening 385 being selected such that the light reflected by the mirror device 386 passes directly through the opening 385, while the plasma radiation 340 generated on the material to be processed and the reflected frequency-doubled reference radiation 316 have a larger beam diameter, so that the losses caused by the radiation which are not guided through the hole 385 by the mirror device 384 into the spectrometer 360, can be neglected.
Es ist jedoch auch möglich, anstelle der mit der Öffnung 385 versehenen Spiegelvorrichtung 384 eine Spiegel Vorrichtung vorzusehen, die für das Licht der frequenzverdoppelten Referenzstrahlung 316 in einer Richtung, nämlich bei Figur 3 von rechts nach links, durchlässig ist, während sie in der anderen Richtung, in Figur 3 von links nach rechts, hochreflektiv ist., was z.B. auch durch polarisationssensitive Schichten realisiert werden könnte. Dabei nutzt man insbesondere den Effekt, daß das Licht, das vom Laser kommt, sehr hoch polarisiert ist, während die Plasma-Strahlung im wesentlichen nicht polarisiert ist. Eine solche Spiegelvorrichtung erhöht die Genauigkeit der Messergebnisse noch weiter, nimmt aber größere Kosten in Kauf.However, instead of the mirror device 384 provided with the opening 385, it is also possible to provide a mirror device which is transparent to the light of the frequency-doubled reference radiation 316 in one direction, namely from right to left in FIG. 3, while it is in the other direction , in Figure 3 from left to right, is highly reflective, which, for example could also be realized by polarization-sensitive layers. In particular, the effect is used that the light coming from the laser is very highly polarized, while the plasma radiation is essentially not polarized. Such a mirror device increases the accuracy of the measurement results even further, but accepts greater costs.
Eine typische Wellenlänge für den Bearbeitungsstrahl 312 liegt bei λ= 780 nm, wodurch ein frequenzverdoppelter Referenzstrahl 316 mit einer Wellenlänge λ= 390 nm erzeugt wird. Selbstverständlich können unterschiedliche Laserlichtquellen eingesetzt werden, die insbesondere einen Bearbeitungsstrahl mit einer Wellenlänge von λ= 700 nm bis λ = 1100 nm, insbesondere λ= 1036 nm und λ= 1060 nm erzeugen. Darüber hinaus kann selbstverständlich auch die harmonische Frequenz des entsprechenden Laserlichtquelle verwendet werden. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. A typical wavelength for the machining beam 312 is λ = 780 nm, which generates a frequency-doubled reference beam 316 with a wavelength λ = 390 nm. Of course, different laser light sources can be used, which in particular generate a processing beam with a wavelength of λ = 700 nm to λ = 1100 nm, in particular λ = 1036 nm and λ = 1060 nm. In addition, the harmonic frequency of the corresponding laser light source can of course also be used. The features disclosed in the above description, the claims and the drawings can be of importance both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various configurations.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
110 Laserlichtquelle110 laser light source
112 Bearbeitungslaserstrahl112 machining laser beam
120 Zwischenelemente120 intermediate elements
122 bearbeitungsseitiges Endelement122 machining-side end element
130 zu behandelndes Material130 material to be treated
140 Plasma- Strahlung140 plasma radiation
150 Lichtleiter150 light guides
152 optisches Element152 optical element
154 Lichtleiter154 light guide
160 Spektrometer160 spectrometers
210 Laserlichtquelle210 laser light source
212 Bearbeitungslaserstrahl212 machining laser beam
220 Zwischenelemente220 intermediate elements
222 bearbeitungsseitiges Endelement222 machining-side end element
230 zu behandelndes Material230 material to be treated
240 Plasma-Strahlung240 plasma radiation
250 Lichtleiter250 light guides
250 Spektrometer250 spectrometers
310 Laserlichtquelle310 laser light source
312 Bearbeitungslaserstrahl312 machining laser beam
314 Referenzstrahl314 reference beam
316 frequenzkonvertierter Referenzstrahl316 frequency-converted reference beam
320 Zwischenelemente320 intermediate elements
322 bearbeitungsseitiges Endelement322 machining-side end element
324 lichtleitender Endbereich (des bearbeitungsseitigen Endelements 322)324 light-guiding end region (of the machining-side end element 322)
340 Plasma-Strahlung 360 Spektrometer340 plasma radiation 360 spectrometer
372 Strahlteiler372 beam splitter
374 HR-Spiegel374 HR mirror
382 Spiegelvorrichtung382 mirror device
384 Spiegelvorrichtung384 mirror device
385 Öffnung385 opening
386 Spiegelvorrichtung386 mirror device
392 frequenzkonvertierendes Element 392 frequency converting element

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Laser-Ablation von organischem und anorganischem MaterialPatentansprüche Device and method for laser ablation of organic and inorganic material
1. Vorrichtung zur Laser-Ablation von organischem und anorganischem Material (130), insbesondere zur Verwendung im zahnmedizinischen Bereich, mit1. Device for laser ablation of organic and inorganic material (130), in particular for use in the dental field, with
- einer Laserlichtquelle (110, 310)- a laser light source (110, 310)
einer Erfassungsvorrichtung (160, 360) zum Erfassen zumindest eines Teils einer Plasma-Strahlung (140, 340), die von dem durch die Laser-Ablation hervorgerufenen Plasma erzeugt wird, unda detection device (160, 360) for detecting at least a portion of a plasma radiation (140, 340) generated by the plasma caused by the laser ablation, and
einem bearbeitungsseitigen Endelement (122, 322) mit einem lichtleitenden Endbereich (324),an end element (122, 322) on the machining side with a light-conducting end region (324),
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die Vorrichtung zur Laser-Ablation so ausgelegt ist, daß der lichtleitende Endbereich (324) sowohl das von der Laserlichtquelle (110) erzeugte Laserlicht (112, 312) zur Ablation auf ein zu bearbeitendes Material (330) als auch zumindest einen Teil der erzeugten Plasma- Strahlung (140, 340) zur Erfassungsvorrichtung (160, 360) weiterleitet. the device for laser ablation is designed in such a way that the light-guiding end region (324) both the laser light (112, 312) generated by the laser light source (110) for ablation onto a material (330) to be processed and at least part of the plasma generated - Forwards radiation (140, 340) to the detection device (160, 360).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (110, 310) im Pulsmodus betreibbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the laser light source (110, 310) can be operated in the pulse mode.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (110, 310) so ausgelegt ist, daß sie Licht einer Wellenlänge in einem Bereich λ= 700 mn bis λ= 1100 emittiert.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the laser light source (110, 310) is designed so that it emits light of a wavelength in a range λ = 700 mn to λ = 1100.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen Strahlteiler (372) zu Auskoppeln eines Teils des erzeugten Laserlicht (312) zum erzeugen eines Referenzstrahls (314) und eines Bearbeitungsstrahls (312) umfaßt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises a beam splitter (372) for coupling out part of the laser light generated (312) for generating a reference beam (314) and a processing beam (312).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein frequenzkonvertierendes Element (392) zur Änderung der Frequenz des ausgekoppelten Referenzstrahles (314; 316) umfaßt.5. The device according to claim 4, characterized in that it further comprises a frequency-converting element (392) for changing the frequency of the coupled reference beam (314; 316).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung zum Einkoppeln zumindest eines Teils des Referenzstrahles (314, 316) in den Bearbeitungsstrahl (312) umfaßt.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that it further comprises a device for coupling at least a part of the reference beam (314, 316) into the processing beam (312).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung (382, 384) zum Auskoppeln des von dem lichtleitenden Endbereich (324) weitergeleiteten Teils der Plasma-Strahlung (340) und/oder des von dem zu bearbeitenden Materials (330) reflektierten Referenzstrahls (316) zum Weiterleiten an die Erfassungsvorrichtung (360) umfaßt.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it further comprises a device (382, 384) for decoupling the portion of the plasma radiation (340) passed on from the light-guiding end region (324) and / or the one to be processed Material (330) reflected reference beam (316) for transmission to the detection device (360).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung (360) ein Spektrometer ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device (360) is a spectrometer.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Scannervorrichtung umfaßt. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a scanner device.
10. Verfahren zur Laser-Ablation von organischem und anorganischem Material im nichtmedizinischen Bereich, wobei ein Bearbeitungslaserstrahl (112, 312) erzeugt und bei der Ablation des Materials (130) durch den Bearbeitungslaserstrahl (112, 312) ein Plasma erzeugt wird, wobei zumindest ein Teil der durch das Plasma erzeugten Plasma- Strahlung (140, 340) einer Erfassungsvorrichtung (160, 360) zugeführt wird,10. A method for laser ablation of organic and inorganic material in the non-medical field, wherein a processing laser beam (112, 312) is generated and a plasma is generated when the material (130) is ablated by the processing laser beam (112, 312), at least one Part of the plasma radiation (140, 340) generated by the plasma is fed to a detection device (160, 360),
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
im wesentlichen der Teil der erzeugten Plasma-Strahlung (140, 340) zur Erfassungsvorrichtung (160, 360) geleitet wird, der in einem Raumwinkel abgestrahlt wird, in dem auch der auf das zu bearbeitende Material (130) eingestrahlte Bearbeitungsstrahl (112, 312) verläuft.essentially the part of the generated plasma radiation (140, 340) is directed to the detection device (160, 360), which is emitted at a solid angle in which the processing beam (112, 312) irradiated onto the material to be processed (130) runs.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumwinlcel in einem Bereich von 1° bis 20°, bevorzugt in einem Bereich von 5° bis 10° liegt.11. The method according to claim 10, characterized in that the Raumwinlcel is in a range from 1 ° to 20 °, preferably in a range from 5 ° to 10 °.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Bearbeitungslaserstrahls (112, 312) zur Erzeugung eines Referenzstrahls (314, 316) ausgekoppelt wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that a part of the processing laser beam (112, 312) for generating a reference beam (314, 316) is coupled out.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Referenzstrahls (314, 316) verändert wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the frequency of the reference beam (314, 316) is changed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzveränderte Referenzstrahl (316) wieder in den Bearbeitungsstrahl eingekoppelt wird und zumindest teilweise von dem zu bearbeitenden Material reflektiert wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the frequency-modified reference beam (316) is coupled back into the processing beam and is at least partially reflected by the material to be processed.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Plasma-Strahlung und/oder des von dem zu bearbeitenden Material reflektierten Teils des Referenzstrahles mittels eines Spektrometers analysiert wird. 15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that at least part of the plasma radiation and / or of the part of the reference beam reflected by the material to be processed is analyzed by means of a spectrometer.
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