来自皮秒光纤激光器的完全可控突发成形的个体脉冲制造技术

一种脉冲成形器，包括：一个种子激光器，被设置成发射激光脉冲；一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号发送到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，其中每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的所述激光脉冲突发内的激光脉冲之间的时间间隔，且该脉冲信号发生器被设置成发送一个脉冲幅度信号，使得该幅度调制器调整每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。

Individual pulses of fully controlled burst forming from picosecond fiber lasers

Including a pulse forming device, a seed laser is set to launch a laser pulse; an amplitude modulator, is arranged to receive one or more laser pulse burst from the seed laser; and a pulse signal generator is arranged to have a predetermined delay of the seed pulse signal transmission the seed laser, the seed laser at a selected frequency transmitting one or more laser pulse in a burst, wherein each laser pulse burst with a selected number of laser pulse and laser pulse between the laser pulses in the conflict selected time interval, and the pulse signal generator is set to send a pulse signal, the amplitude modulator adjustment of each laser pulse amplitude at least one laser pulse burst in.

【技术实现步骤摘要】
来自皮秒光纤激光器的完全可控突发成形的个体脉冲相关申请的交叉引用本申请要求享有2015年12月28日提交的美国临时专利申请No.62/271,932的权益，该美国临时专利申请以整体引用的方式纳入本文。
本领域是光纤激光器中的激光脉冲突发成形(burstshaping)。
技术介绍
在最近几年中，用激光对材料进行显微机械加工已经作为一种突破性技术出现。激光机械加工工艺的质量通常取决于如下几个因素，包括激光脉冲持续时间、激光脉冲重复频率、激光脉冲能量以及激光束质量，其中不同的机械加工工艺常常需要上述因素进行变化。各种显微机械加工工艺追求尽可能高效率地处理靶标材料，而不导致不希望的损害或缺陷。以“突发”模式操作的激光器可以提供光学脉冲分组(packet)，其中脉冲间隔开且紧密地在一起，以有助于某些材料的机械加工和处理。然而，突发激光操作可能是不稳定的且可能导致不太理想的结果。因此，仍需要改进的突发模式操作。
技术实现思路
根据所公开的技术的一个实施例，一个脉冲成形器包括：一个种子激光器(seedlaser)，被设置成发射激光脉冲；一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号发送到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，其中每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的该激光脉冲突发内的激光脉冲之间的时间间隔(temporalspacing)，且该脉冲信号发生器被设置成发送一个脉冲幅度信号，使得该幅度调制器调整每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。在所公开的技术的另一个实施例中，一种激光脉冲成形方法包括：基于与第一时钟信号相关联的第一脉冲突发信号来生成一个脉冲突发幅度调制信号；基于与第二时钟信号相关联的第二脉冲突发信号来生成一个种子脉冲突发生成信号；基于该种子脉冲突发生成信号来生成至少一个种子脉冲突发；以及用该脉冲突发幅度调制信号来调制所述至少一个种子脉冲突发的至少一个种子脉冲的幅度，以形成至少一个对应的经幅度调制的种子脉冲。在所公开的技术的又一个实施例中，一种脉冲光纤激光器包括：一个种子激光器；一个控制器，被耦合到该种子激光器且能操作用于使得该种子激光器发射具有脉冲突发特性的脉冲突发中的种子激光脉冲，所述脉冲突发特性包括脉冲突发频率、所述脉冲突发内的种子激光脉冲的数量以及所述脉冲突发内的种子激光脉冲之间的时间间隔；一个声光调制器，被设置成接收并且调整所述脉冲突发内的种子激光脉冲中的至少一个的幅度，以产生对应的经幅度调整的种子激光脉冲突发；以及一个光纤放大器，被设置成接收并且放大从该声光调制器所接收的种子激光脉冲。从下面参考附图进行的详细描述，前述和其他的目的、特征和优点将变得更加明了。附图说明图1是脉冲突发成形的方法的流程图。图2-图5是激光脉冲突发成形系统的示意图。图6示出了成形的激光脉冲突发实施例。具体实施方式如在本申请和权利要求书中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”以及“所述(the)”包含复数形式，除非上下文另有明确指示。此外，术语“包含”意指“包括”。另外，术语“耦合”不排除在耦合项之间存在中间元件。本文中所描述的系统、设备和方法不应被理解为以任何方式进行限制。而是，本公开内容涉及多种公开的实施方案(单独地以及彼此间以各种组合和子组合的方式)的所有新颖的且非显而易见的特征和方面。所公开的系统、方法和设备既不限制于任何具体的方面或特征或其组合，也不需要呈现任何一个或多个具体的优势或解决任何一个或多个具体的问题。任何操作理论都是为了便于解释，但是所公开的系统、方法和设备不限制于这样的操作理论。尽管为了方便呈现而对一些公开的方法的操作以特定的顺次次序进行了描述，但是应理解，这种描述方式包含了重新布置，除非通过下面陈述的具体的语言要求特定的次序。例如，在一些情况下，顺次描述的操作可以被重新布置或被同时地执行。此外，为了简单起见，附图可能未示出所公开的系统、方法和设备可以与其他系统、方法和设备结合使用的各种方式。此外，本说明书有时使用术语如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据特定的实施方式而改变，且可容易被本
的普通技术人员识别。在一些实施例中，值、程序或设备被称作“最低”、“最好”、“最小”或诸如此类。应理解，这样的描述旨在表明可以在许多所使用的功能性替代方案间进行选择，且这样的选择无须更好、更小或以其他方式优于其他选择。在本文中，描述了多种信号，且多种信号可以用多种通信路径包括点到点的有线路径以及无线路径来提供，以及多种信号可以通过多种拓扑结构诸如串联连接、并联连接或环形连接来提供。如果方便的话，可以通过导电性电子器件、光学互连线或以射频频率或其他频率提供信号。如在本文中使用的，光学脉冲指由激光源生成的波长在约100nm和10μm之间且典型地在约500nm和2μm之间的电磁辐射。基于可获得的激光二极管源和光纤的实施例通常与在约800nm和1700nm之间的波长相关联。参考光纤对代表性的实施方案进行了描述，但是可以使用具有正方形横截面、矩形横截面、多边形横截面、卵形横截面、椭圆形横截面或其他横截面的其他类型的光学波导，以及自由空间耦合件。光纤通常由被掺杂(或未被掺杂)以提供预定折射率或折射率差的二氧化硅(玻璃)形成。在本文中公开的一些实施例中，波导芯(诸如，光纤芯)掺杂有稀土元素(诸如，Nd、Yb、Ho、Er)或其他活性掺杂剂或其组合。这样的活性掺杂的芯可以响应于光学泵浦或其他泵浦来提供光学增益。如下文所公开的，具有这样的活性掺杂剂的波导可以被用来形成光学放大器，或如果这样的波导被设置有合适的光学反馈(诸如，反射层、镜、布拉格光栅或其他反馈机构)，则可以形成光学振荡器且生成激光发射。光学泵浦辐射可以被布置成在波导内相对于所发射的激光束或所放大的束的传播方向而同向传播和/或反向传播。在本文中已经发现，由于系统的激光动力学，在不影响分组或突发的形状的情况下，以突发模式操作激光器会产生峰值功率和能量可变的脉冲。此可变性最终可以导致材料处理期间的不一致性和较差的结果，包括生产损耗。此可变性通过本文中不同的实施例被克服，本文中不同的实施例能够用预定脉冲幅度、脉冲间隔以及脉冲数量的皮秒脉冲光纤激光器的个体脉冲来完全控制脉冲突发的形状。参考图1，方法100针对生成具有预定特性的激光种子脉冲。在方法动作102处，通过微控制器单元、微处理器或其他器件提供一个本地时钟信号。在一些实施例中，可以提供一个外部时钟。在方法动作104处，基于该本地时钟信号创建一个预定持续时间的声光调制器(AOM)突发包络(或门)。该AOM突发包络的持续时间通常与AOM进行调制以调整种子脉冲特性的持续时间对应。在一些实施例中，该突发包络具有更长的持续时间，以提供合适的灵活性用于使脉冲数量变化或提供其他脉冲突发变化，诸如，通过提供前置(leading)或后置(trailing)时间缓冲器(temporalbuffer)以用于对准的目的或以与其他部件(诸如，泵浦源或检测系统)交互。邻近方法动作104示出了AOM突发包络10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：一个种子激光器，一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号耦合到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射所述一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的激光脉冲之间的时间间隔，并且该脉冲信号发生器被设置成将一个脉冲幅度信号耦合到该幅度调制器，使得该幅度调制器调整所述一个或多个激光脉冲突发中的每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。

【技术特征摘要】
2015.12.28 US 62/271,9321.一种设备，包括：一个种子激光器，一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号耦合到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射所述一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的激光脉冲之间的时间间隔，并且该脉冲信号发生器被设置成将一个脉冲幅度信号耦合到该幅度调制器，使得该幅度调制器调整所述一个或多个激光脉冲突发中的每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。2.根据权利要求1所述的设备，其中该脉冲信号发生器包括一个时钟突发发生器，该时钟突发发生器被设置成生成一个与该种子脉冲信号相关联的时钟突发。3.根据权利要求2所述的设备，其中该时钟突发生成器包括一个锁相环，该锁相环能操作以通过将一个压控振荡器信号锁相到一个参考信号来生成一个时钟突发频率。4.根据权利要求3所述的设备，其中该参考信号由该脉冲信号发生器的内部时钟供应。5.根据权利要求2所述的设备，其中该脉冲信号发生器包括一个可编程的延迟，该可编程的延迟能操作以将该预定延迟提供到该种子脉冲信号，从而使所述一个或多个激光脉冲突发的幅度调整同步，该种子脉冲信号耦合到该种子激光器。6.根据权利要求5所述的设备，其中该预定延迟大于或等于50ns且小于或等于200ns。7.根据权利要求1所述的设备，还包括一个光学功率放大器，该光学功率放大器被设置成接收并且放大经幅度调整的一个或多个激光脉冲突发。8.根据权利要求1所述的设备，其中选定的激光脉冲突发频率大于或等于1kHz且小于或等于100MHz，选定的激光脉冲的数目大于或等于2且小于或等于50，且选定的时间间隔大于或等于1ns且小于或等于1μs。9.根据权利要求1所述的设备，其中该幅度调制器是一个声光调制器。10.根据权利要求1所述的设备，其中该脉冲幅度信号是一个数字信号，且该设备还包括：一个可编程逻辑器件，被设置成提供具有可变幅度轮廓的脉冲幅度信号；以及一个数模转换器，被设置成接收具有该可变幅度轮廓的数字脉冲幅度脉冲信号，并且将该脉冲幅度信号转换成一个模拟脉冲幅度信号，该模拟脉冲幅度信号被耦合到该幅度调制器。11.一种激光脉冲成形方法，包括：基于与第一时钟信号相关联的第一脉冲突发信号来生成一个脉冲突...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·劳达尔，T·N·库沙，D·麦考尔，T·S·麦库姆，J·格林，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：美国,US