用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制制造技术

本发明专利技术公开了用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制。设备可以包括瞬态光放大器，其具有的储存能量与动态平衡的下边界和上边界以及限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量的目标级相关。该设备可以包括用于增加放大器的储存能量的泵以及用于将低能量控制脉冲或高能量输入脉冲传递到放大器的源。该设备可以包括控制器，该控制器被配置为通过在高重复频率下为放大器请求低能量控制脉冲来将放大器的储存能量保持在动态平衡中。控制器可以等待接收触发。基于接收触发，该设备可以停止向放大器传递低能量控制脉冲，并且当放大器的储存能量达到目标级时，可以向放大器传递高能量输入脉冲。

【技术实现步骤摘要】
用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制
本公开涉及激光系统和操作激光系统的方法。更具体地，本公开涉及用于调节任意定时的短激光脉冲的放大的方法和系统。背景短脉冲激光系统产生具有亚微秒脉冲宽度和亚毫秒时间间隔的光脉冲。如本文所使用的，光的短脉冲是电磁脉冲，该电磁脉冲的持续时间小于微秒(10-6秒)。短脉冲激光系统包括诸如纳秒、皮秒和飞秒激光系统的超短脉冲激光系统(或相反超快激光系统)以及可以产生具有亚微秒脉冲宽度和亚毫秒时间分辨率的放大的光脉冲的其他激光系统。在常规的短脉冲激光系统中，以恒定频率和恒定能量产生高能脉冲。改变这样的激光器中的脉冲之间的时间可以在每个脉冲的能量中产生显著差异，且具有对激光器或施加脉冲的物体造成损坏的可能性。需要这样的短脉冲激光器，其可以在任何任意时间触发，以提供短持续时间脉冲，同时控制每个触发的光脉冲的能量。这样的激光器对于微机械加工和潜在地其他领域(例如，眼科学、生物医学成像、超快光谱、超高速光网络、反应触发、飞秒化学等)将是有利的。仅以常规的超快激光微机械加工为一个示例，光束在工件上移动以将该束以特定的图案施加。可以移动光束，可以移动工件或者可以移动两者，以描绘图案。为了使处理速度最大化，该移动应该尽可能快；然而，速度受到对移动的准确度的要求的限制。该移动对于直线可以非常快，但对于小或复杂的特征可能需要非常慢。根据描绘的图案的复杂性，动态地发生快速移动和缓慢移动之间的转换。当以超快激光器进行微机械加工时，施加到工件的光束包括具有kHz至MHz的范围内的脉冲重复频率(PRF)的纳秒到飞秒持续时间的光脉冲。理想地，每个脉冲的能量保持恒定并且脉冲在工件上的物理位置中均匀地间隔开。工件上的脉冲间隔与扫描速度(光束和工件之间的相对速度)和光脉冲之间的时间(或相反地，光束的脉冲重复频率(PRF))成比例。因为扫描速度动态地变化，光脉冲之间的时间也必须动态地改变，以保持工件上的脉冲间隔恒定。不幸的是，动态地改变常规放大的超快激光器的PRF将改变输出光脉冲的能量。在图1中，实线是放大器(例如，常规超快激光器的放大器)的储存能量，输入脉冲由实心圆表示并且输出脉冲由空心圆表示。脉冲的相对能级由其实心圆或空心圆的直径表示。图1图示常规超快激光器(诸如根据2008年6月10日公开的美国专利号7,386,019“Lightpulsegeneratingapparatusandmethod”的超快激光器，该专利以其整体通过引用并入本文)的放大器的储存能量。实线表示放大器随时间的储存能量。图上的实心圆表示进入放大器的输入脉冲，其中，实心圆的大小表示输入脉冲的能量。轮廓圆表示与它们对应的输入脉冲同心的输出脉冲，并且空心圆的大小表示输出脉冲的能量。在图1的示例中，所有输入脉冲的能量保持相同。按惯例，并且如针对前三个输入脉冲所示，基于向放大器提供脉冲的源(例如，短脉冲激光源等)的脉冲重复频率，时间间隔是固定的。对于前三个脉冲，存在固定的时间间隔，储存能量处于动态平衡，在下一个脉冲到达的同时返回到目标级，并且因此输出脉冲具有恒定的能级。当脉冲之间的时间间隔改变时，打破了放大器的动态平衡。在脉冲之间的时间增加的情况下，放大器过冲目标，并且下一个脉冲的能量可以是如此大以致该脉冲可以损坏激光器、工件或其他物件。当脉冲之间的时间减小时，放大器不能将其储存能量补充到目标级并且下一个脉冲的能量可能不足以执行它的任务。如果即使一个脉冲的定时充分关闭，则放大器可以花费大量时间来重新建立其平衡。随着更多的脉冲偏离恒定的时间间隔或恒定的脉冲重复频率，这些问题加重。如果每个输入脉冲的能量没有保持恒定，则出现另外的问题。缺乏保持脉冲能量波动足够小的任意定时或任意触发的脉冲激光器导致吞吐量、质量或系统复杂性的妥协。在许多当今的超快激光应用和市场领域中，这是非常显著的限制。因此，具有可以在任意时间以高时间分辨率触发的脉冲激光器以提供与每次触发相关的短持续时间光脉冲，同时能够控制所有光脉冲的能量将是有利的。概述在一些可能的实施方式中，方法可以包括连续地泵浦瞬态光放大器从而增加放大器的储存能量。放大器的储存能量可以与三个增加的能级相关：动态平衡的下边界；动态平衡的上边界；以及限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量的目标级。该方法可以包括通过在高重复频率下将来自源的低能量控制脉冲传递到放大器来将放大器的储存能量保持在动态平衡中。该方法可以包括基于接收触发，停止向放大器传递低能量控制脉冲。该方法可以包括等待泵浦以将放大器的储存能量增加到目标级。该方法可以包括将高能量输入脉冲传递到放大器。该方法可以包括将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲，从而将放大器的储存能量降低到低于目标级的耗尽级。该方法可以包括输出更高能量输出脉冲。在一些可能的实施方式中，源可以包括具有大于5兆赫兹(MHz)的脉冲重复频率的短脉冲激光源。该源可以包括脉冲拾取器，该脉冲拾取器光学连接到短脉冲激光源以控制来自短脉冲激光源的激光脉冲的发射和能量。在一些可能的实施方式中，当控制激光脉冲的发射和能量时，该方法可以包括由脉冲拾取器传递、部分传递或阻挡来自短脉冲激光源的激光脉冲。在一些可能的实施方式中，当停止传递低能量控制脉冲时，该方法可以包括由脉冲拾取器阻挡来自短脉冲激光源的激光脉冲。在一些可能的实施方式中，短脉冲激光源或脉冲拾取器中的至少一个可以提供亚微秒响应时间。在一些可能的实施方式中，低能量控制脉冲、高能量输入脉冲和更高能量输出脉冲可以具有小于一微秒的脉冲宽度。在一些可能的实施方式中，耗尽级可以低于动态平衡的下边界。在一些可能的实施方式中，动态平衡的中心能级可以更接近目标级和耗尽级的中心能级而不是目标级或耗尽级。在一些可能的实施方式中，接收触发和输出更高能量输出脉冲之间的时间延迟可以在约5纳秒和约100纳秒之间。在一些可能的实施方式中，设备可以包括瞬态光放大器，其具有与三个增加的能级相关的储存能量：动态平衡的下边界；动态平衡的上边界；以及限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量的目标级。该设备可以包括用于增加放大器的储存能量的泵。该设备可以包括用于将低能量控制脉冲或高能量输入脉冲传递到放大器的源。该设备可以包括控制器，该控制器被配置为通过请求源以高重复频率向放大器传递低能量控制脉冲来将放大器的储存能量保持在动态平衡中。控制器可以被配置为等待接收触发。控制器可以被配置为基于接收触发，停止向放大器传递低能量控制脉冲，并且当放大器的储存能量达到目标级时，请求源向放大器传递高能量输入脉冲。在一些可能的实施方式中，源可以包括激光二极管。在一些可能的实施方式中，当停止传递低能量控制脉冲时，控制器被配置为控制激光二极管来防止激光二极管发射脉冲。在一些可能的实施方式中，源可以包括提供低能量控制脉冲作为连续波低平均功率控制束的连续波激光器以及提供高能量输入脉冲的第二激光器。在一些可能的实施方式中，放大器的储存能量可以通过放大高能量输入脉冲而被耗尽至耗尽级。高重复频率可以大于在没有低能量控制脉冲的情况下将放大器的储存能量保持在目标级和耗尽级之间的平衡的重复频率。在一些可能的实施方式中，上边界和下边界之间的差可以小于或等于目标级和耗尽级之间的差的6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：连续地泵浦瞬态光放大器，从而增加所述放大器的储存能量，所述放大器的储存能量与三个增加的能级相关：动态平衡的下边界；所述动态平衡的上边界；以及目标级，其限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量；通过在高重复频率下将来自源的低能量控制脉冲传递到所述放大器来将所述放大器的储存能量保持在所述动态平衡中；以及基于接收触发：停止向所述放大器传递低能量控制脉冲，等待所述泵浦将所述放大器的储存能量增加到所述目标级，将所述高能量输入脉冲传递到所述放大器，将所述高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲，从而将所述放大器的储存能量降低到低于所述目标级的耗尽级，以及输出所述更高能量输出脉冲。

【技术特征摘要】
2015.12.31 US 14/986,1631.一种方法，包括：连续地泵浦瞬态光放大器，从而增加所述放大器的储存能量，所述放大器的储存能量与三个增加的能级相关：动态平衡的下边界；所述动态平衡的上边界；以及目标级，其限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量；通过在高重复频率下将来自源的低能量控制脉冲传递到所述放大器来将所述放大器的储存能量保持在所述动态平衡中；以及基于接收触发：停止向所述放大器传递低能量控制脉冲，等待所述泵浦将所述放大器的储存能量增加到所述目标级，将所述高能量输入脉冲传递到所述放大器，将所述高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲，从而将所述放大器的储存能量降低到低于所述目标级的耗尽级，以及输出所述更高能量输出脉冲。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述源包括具有大于5兆赫兹(MHz)的脉冲重复频率的短脉冲激光源；以及脉冲拾取器，其光学连接到所述短脉冲激光源，以控制来自所述短脉冲激光源的激光脉冲的发射和能量。3.根据权利要求2所述的方法，其在控制所述激光脉冲的所述发射和能量时包括：通过所述脉冲拾取器传递、部分地传递或阻挡来自所述短脉冲激光源的激光脉冲。4.根据权利要求2所述的方法，其在停止传递所述低能量控制脉冲时包括：通过所述脉冲拾取器阻挡来自所述短脉冲激光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：休伯特·阿曼，马可·贝内蒂，
申请(专利权)人：朗美通运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US