[發明專利]多光束激光源系統與利用其放大的方法及多波長激光放大器

在審

• 申請號: 202110002046.7
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN114336250A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 蘇信嘉;宋育誠;盧建宏;李益志
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 徐協成

一種多光束激光源系統與利用其放大的方法及多波長激光放大器，該系統包含：多個激光信號源提供波長不同的信號源激光光束；光纖耦合器將多個光束耦合至同根光纖中；泵浦源提供泵浦源波長小于信號源波長的泵浦源激光光束；多波長激光放大器包括：光纖結合器用以耦合激光信號光束與泵浦源激光光束；摻雜離子增益光纖具有增益介質，信號源波長落在增益介質的放射頻譜范圍中，泵浦源波長落在增益介質的吸收頻譜范圍中；纖衣功率剝除器濾除通過摻雜離子增益光纖后殘余的泵浦源激光光束的能量并輸出經功率放大后的多個激光信號源光束。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其涉及一種多光束激光源系統、多光束激光源放大的方法及多波長激光放大器。

背景技術

就激光加工而言，由于適用于包括金屬、非金屬、高硬度、高脆性、高熔點等多種材質，且生產效率高，因此被加工業者廣泛應用。

然而，傳統激光加工采用單頻激光，若直接對陶瓷、硅晶圓等硬脆材料加工，易因熱累積造成加工樣品破損；此外，單頻激光在金屬板材切割上易有熔渣且精度較粗的現象。

近幾年來，雙光束激光加工被廣泛地應用在提升激光加工品質上，利用長脈沖波段對加工物進行預熱，再以短脈沖波段對物件進行瞬間加工以達到最小熱累積；相較于傳統單光束(單波長)激光加工，尤其是陶瓷硬脆薄板或是精密金屬板材加工，雙光束激光可以大幅降低硬脆材料破損率及改善精密金屬表面加工精度，為商品產業(例如5G商品產業)帶來更多先進應用。

雙光束激光加工主要原理為利用第一道長脈沖高功率脈沖激光對加工物件先進行升溫以接近物件加工閾值，同時以第二道低功率短脈沖激光對物件做瞬間剝除加工，以達到加工區域熱累積情況最小化；此為雙光束激光的加工最大優勢。

傳統雙光束激光產生方式有兩種，一為利用空間耦光方式將兩道不同波長、不同功率、不同脈沖寬度的激光耦合在同一個光軸上；一為利用光纖放大器方式，將一個激發源做部分功率轉換成另一個信號源并保留剩余激發源。

上述兩種已知方式的缺失包括：空間耦光損失過大(超過10％)、雙光束光軸不密合、光纖孔徑變大影響光束品質，因而無法發揮雙光束激光加工最大效用。

此外，已知方式僅限于雙光束，不適于多于雙光束的加工應用，例如，三光束或以上。

據此，如何發展出一種“多光束激光源系統、多光束激光源放大的方法及多波長激光放大器”，能夠降低激光傳輸的損失(小于5％)，解決多光束激光同軸問題(100％密合)，并且能夠大幅提升激光光束品質，將多光束激光加工應用發揮極致，是本領域技術人員亟待解決的課題。

發明內容

在一實施例中，本發明提出一種多光束激光源系統，包含：

多個激光信號源，每一激光信號源提供一信號源激光光束，每一信號源激光光束具有一信號源波長，多個信號源波長互不相同；

一光纖耦合器，用以耦合多個信號源激光光束至同一根光纖中；

至少一泵浦源，每一泵浦源用以提供一泵浦源激光光束，泵浦源激光光束具有一泵浦源波長，泵浦源波長小于多個信號源波長；

一多波長激光放大器，包括：

一光纖結合器，連接光纖，光纖結合器用以耦合多個信號源激光光束與泵浦源激光光束；

一摻雜離子增益光纖，連接光纖結合器，由光纖結合器將多個信號源激光光束與泵浦源激光光束傳輸至摻雜離子增益光纖中并將每一信號源激光光束的功率放大，摻雜離子增益光纖具有一增益介質，多個信號源波長落在增益介質的放射頻譜的范圍中，泵浦源波長落在增益介質的吸收頻譜的范圍中；以及

一纖衣功率剝除器，連接摻雜離子增益光纖，用以濾除通過摻雜離子增益光纖后殘余的泵浦源激光光束的能量，并輸出經功率放大后的多個信號源激光光束。