[發明專利]用于短脈沖激光器的任意觸發的增益控制

有效

• 申請號: 201611184203.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106936063B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 休伯特·阿曼;馬可·貝內蒂
• 申請（專利權）人: 朗美通運營有限責任公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/094
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

本發明公開了用于短脈沖激光器的任意觸發的增益控制。設備可以包括瞬態光放大器，其具有的儲存能量與動態平衡的下邊界和上邊界以及限定用于將高能量輸入脈沖放大到更高能量輸出脈沖的儲存能量的目標級相關。該設備可以包括用于增加放大器的儲存能量的泵以及用于將低能量控制脈沖或高能量輸入脈沖傳遞到放大器的源。該設備可以包括控制器，該控制器被配置為通過在高重復頻率下為放大器請求低能量控制脈沖來將放大器的儲存能量保持在動態平衡中?？刂破骺梢缘却邮沼|發?；诮邮沼|發，該設備可以停止向放大器傳遞低能量控制脈沖，并且當放大器的儲存能量達到目標級時，可以向放大器傳遞高能量輸入脈沖。

技術領域

本公開涉及激光系統和操作激光系統的方法。更具體地，本公開涉及用于調節任意定時的短激光脈沖的放大的方法和系統。

背景

短脈沖激光系統產生具有亞微秒脈沖寬度和亞毫秒時間間隔的光脈沖。如本文所使用的，光的短脈沖是電磁脈沖，該電磁脈沖的持續時間小于微秒(10^-6秒)。短脈沖激光系統包括諸如納秒、皮秒和飛秒激光系統的超短脈沖激光系統(或相反超快激光系統)以及可以產生具有亞微秒脈沖寬度和亞毫秒時間分辨率的放大的光脈沖的其他激光系統。

在常規的短脈沖激光系統中，以恒定頻率和恒定能量產生高能脈沖。改變這樣的激光器中的脈沖之間的時間可以在每個脈沖的能量中產生顯著差異，且具有對激光器或施加脈沖的物體造成損壞的可能性。需要這樣的短脈沖激光器，其可以在任何任意時間觸發，以提供短持續時間脈沖，同時控制每個觸發的光脈沖的能量。這樣的激光器對于微機械加工和潛在地其他領域(例如，眼科學、生物醫學成像、超快光譜、超高速光網絡、反應觸發、飛秒化學等)將是有利的。

僅以常規的超快激光微機械加工為一個示例，光束在工件上移動以將該束以特定的圖案施加。可以移動光束，可以移動工件或者可以移動兩者，以描繪圖案。為了使處理速度最大化，該移動應該盡可能快；然而，速度受到對移動的準確度的要求的限制。該移動對于直線可以非常快，但對于小或復雜的特征可能需要非常慢。根據描繪的圖案的復雜性，動態地發生快速移動和緩慢移動之間的轉換。

當以超快激光器進行微機械加工時，施加到工件的光束包括具有kHz至MHz的范圍內的脈沖重復頻率(PRF)的納秒到飛秒持續時間的光脈沖。理想地，每個脈沖的能量保持恒定并且脈沖在工件上的物理位置中均勻地間隔開。工件上的脈沖間隔與掃描速度(光束和工件之間的相對速度)和光脈沖之間的時間(或相反地，光束的脈沖重復頻率(PRF))成比例。因為掃描速度動態地變化，光脈沖之間的時間也必須動態地改變，以保持工件上的脈沖間隔恒定。不幸的是，動態地改變常規放大的超快激光器的PRF將改變輸出光脈沖的能量。在圖1中，實線是放大器(例如，常規超快激光器的放大器)的儲存能量，輸入脈沖由實心圓表示并且輸出脈沖由空心圓表示。脈沖的相對能級由其實心圓或空心圓的直徑表示。