用于提供光辐射的装置和方法制造方法及图纸

一种用于提供光辐射(1)的装置，该装置包括激光二极管(2)、脉冲发生器(9)和调制器(5)，其中：脉冲发生器(9)配置为发射皮秒脉冲；调制器(5)配置为发射纳秒脉冲；激光二极管(2)具有第一端子(6)和第二端子(7)；脉冲发生器(9)连接至第一端子(6)；并且调制器(5)配置为将激光二极管(2)偏置在激光二极管(2)的激射阈值(8)以下，并且该装置的特征在于：调制器(5)连接至第二端子(7)；脉冲发生器(9)包括连接至差分器(4)的半导体结(32)；半导体结(32)使得流动通过半导体结(32)的电流能够比该电流能够导通更快地截止；并且差分器(4)使得在流动通过半导体结(32)的电流截止时发生的阶跃变化转换为电脉冲，从而对激光二极管(2)进行增益开关，使其发射光脉冲宽度(11)小于10ns的光脉冲(10)。

Devices and methods for providing light radiation

A device for providing light radiation (1), which comprises a laser diode (2), a pulse generator (9) and a modulator (5), wherein the pulse generator (9) is configured to transmit a picosecond pulse; the modulator (5) is configured to transmit a nanosecond pulse; the laser diode (2) has a first terminal (6) and a second terminal (7); a pulse generator (9) connection. To the first terminal (6); and the modulator (5) is configured to offset the laser diode (2) under the lasing threshold (8) of the laser diode (2), and the device is characterized by: the modulator (5) is connected to the second terminal (7); the pulse generator (9) includes a semiconductor junction (32) connected to the differential (4); the semiconductor junction (32) causes the flow to pass half. The current of the conductor junction (32) can be cut off faster than that of the current; and the difference divider (4) makes the step change of the flow through the current cut-off of the semiconductor junction (32) to the electric pulse, thus making the gain switch to the laser diode (2) so that the optical pulse width (11) of the laser diode (11) is less than the light pulse (10).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供光辐射的装置和方法
本专利技术涉及用于提供光辐射的装置和方法。本专利技术对于包括半导体二极管激光器和光纤激光器的脉冲激光器，以及利用这种激光器进行标记、切割和焊接具有特别的应用。
技术介绍
增益开关(Gainswitched)激光二极管对于要求皮秒至低纳秒范围内的脉冲宽度的对材料进行标记、切割、刻绘(scribing)和其他工业加工具有重要的应用。通过经由泵浦功率调制激光器的增益来产生脉冲。如果对激光器突然施加高泵浦功率，则激光发射会在短暂延迟后开始。脉冲从弱荧光开始，然后在多次谐振器往返中放大。因此，存储在增益介质中的能量以短脉冲的形式提取。激光二极管可以用短电流脉冲或连续调制的电信号进行操作。通常，可用的脉冲长度范围从几纳秒至几十皮秒。脉冲重复速率是电子控制的，并且可以在很宽的范围内变化。在泵浦功率增加之前，激光器通常偏置在激光阈值以下。可以通过光放大器放大种子激光脉冲来提供具有微焦耳或毫焦耳范围内的能量的脉冲。美国专利申请No.2014/0185643描述了用于为光脉冲产生而提供种子脉冲的增益开关激光二极管。通过以比与激光二极管阈值相关联的幅度低的幅度对激光二极管施加预偏置来减少放大的自发发射(ASE)。在预偏置脉冲的约10ns至100ns内施加幅度比与激光阈值相关联的幅度大的电种子脉冲。所得到的激光二极管脉冲可以在泵浦的、稀土掺杂的光纤中放大，并减少ASE。该专利申请描述了如何在微波功率分配器中结合预偏置与种子脉冲，该微波功率分配器包括被选择以提供合适的分配比率或阻抗匹配的电阻器。不幸的是，这种阻抗匹配导致施加到激光二极管的信号衰减，进而影响激光发射的脉冲能量。使用超宽带电子放大器来放大电脉冲信号可以消除这种不足。然而，超宽带电子放大器价格昂贵。需要避免或减少上述问题的用于提供光辐射的装置和方法。
技术实现思路
根据本专利技术的非限制性实施例，提供了一种用于提供光辐射的装置，该装置包括激光二极管、脉冲发生器和调制器，其中：·脉冲发生器配置为发射皮秒脉冲；·调制器配置为发射纳秒脉冲；·激光二极管具有第一端子和第二端子；·脉冲发生器连接至第一端子；并且·调制器配置为将激光二极管偏置在激光二极管的激射阈值以下，并且该装置的特征在于：·调制器连接至第二端子；·脉冲发生器包括连接至差分器的半导体结；·半导体结使得流动通过半导体结的电流能够与该电流能够导通相比更快地截止；并且·差分器使得在流动通过半导体结的电流截止时出现的阶跃变化转换为电脉冲，从而对激光二极管进行增益开关使得激光二极管发射光脉冲宽度小于1ns的光脉冲。令人惊讶的是，专利技术人已经发现能够通过将来自调制器的脉冲信号施加到激光二极管的第二端子来偏置激光二极管，然后通过将来自脉冲发生器的更短的脉冲信号施加到激光二极管的第一端子来对激光二极管进行增益开关。使用施加到激光二极管两侧的脉冲来对激光二极管进行增益开关相比于现有技术具有重要优势，包括：·避免使用更昂贵的超宽带电子放大器；·与其他解决方案相比，降低电子功率要求和相关联的冷却要求；·避免现有技术系统的阻抗匹配组合器中的驱动信号衰减；·由于衰减减少，所以等效电压驱动器的导通时间更快；·由于衰减减少，所以等效电压驱动器的截止时间更快；并且·与现有技术的预偏置增益开关系统相比，由于更快的导通和截止时间，所以脉冲附近的自发发射减少。优选地，半导体结形成使用阶跃恢复来使电流截止的阶跃恢复设备的一部分。也可以使用其他半导体设备，诸如PIN二极管、变容二极管和场效应晶体管。然而，流动通过它们的电流不能像利用阶跃恢复设备所能够做到的那样快地截止。半导体结和差分器可以配置为使得光脉冲宽度小于250ps。半导体结和差分器可以配置为使得光脉冲宽度小于100ps。脉冲发生器可以包括具有半导体结的双极型晶体管。双极型晶体管可以配置为共基极放大器。双极型晶体管可以形成共发共基(cascode)放大器的一部分。差分器可以包括由第一长度和第一特征阻抗限定的电波导。半导体结可以连接至电波导的第一端。电波导的第二端可以由比第一特征阻抗小的阻抗来限定，由此使得沿着从电波导的第一端向电波导的第二端传播的由极性限定的阶跃电压信号以相反的极性反射回电波导的第一端。因此，可以调整第一长度以调整光脉冲宽度。第二端子可以利用由第二长度和第二特征阻抗限定的电波导连接至调制器。调制器可以由输出阻抗来限定。输出阻抗可以高于第二特征阻抗。沿着电波导从第二端子向调制器传播的由极性限定的电脉冲信号将然后以相同极性反射。有利地，以相同极性反射回脉冲信号有助于使激光二极管截止。因此，可以调整第二长度以调整光脉冲宽度。该装置可以包括至少一个光反射器，至少一个光反射器配置为接收由激光二极管发射的光辐射，该光反射器位于与激光二极管相距第三距离处。可以选择第三距离，使得由光反射器反射的光脉冲与光脉冲中的后续光脉冲在时间上重叠。半导体激光器可以使得光脉冲是啁啾的。该装置可以包括色散元件，色散元件配置为改变光脉冲的脉冲宽度。可以选择色散元件以将脉冲宽度改变为小于50皮秒。可以选择色散元件以将脉冲宽度改变为小于10皮秒。该装置可以包括至少一个光放大器，至少一个光放大器配置为放大由激光二极管发射的光脉冲。该装置可以包括种子激光器和耦合器。耦合器可以布置为将由种子激光器发射的光辐射与由半导体激光器发射的光辐射耦合以用于随后由光放大器进行放大。该装置可以配置为使得由半导体激光器发射的光脉冲叠加在由种子激光器发射的光脉冲上。耦合器可以是偏振分束器。该装置可以包括扫描头，用于将光辐射扫描到组件的表面上。本专利技术还提供一种用于提供光辐射的装置，该装置包括：脉冲发生器，用于发射由第一脉冲宽度和第一极性限定的第一电脉冲；和调制器，用于发射由第二脉冲宽度和第二极性限定的第二电脉冲，脉冲发生器连接至激光二极管的第一端子，并且调制器连接至激光二极管的第二端子，其中，第一脉冲宽度短于第二脉冲宽度，并且第一极性与第二极性相反。本专利技术还提供一种用于对激光二极管进行增益开关的方法，该方法包括：选择脉冲发生器和调制器；将脉冲发生器和调制器连接至激光二极管的相反端子；使脉冲发生器发射第一电脉冲；使调制器发射第二电脉冲，其中，第一电脉冲的脉冲宽度比第二电脉冲的脉冲宽度短，并且第一电脉冲具有与第二电脉冲相反的极性。本专利技术还提供一种用于提供光辐射的方法，包括：·提供具有第一端子和第二端子的激光二极管；·选择调制器，该调制器发射纳秒脉冲并且可以配置为将激光二极管偏置在激光二极管的激射阈值以下；并且该方法的特征在于以下步骤：·选择包括半导体结的脉冲发生器，该半导体结连接至差分器；其中，半导体结使得流动通过半导体结的电流能够与该电流能够导通相比更快地截止；·脉冲发生器连接至第一端子；·调制器连接至第二端子；·使用调制器以将激光二极管偏置在激光二极管的激射阈值以下；·当电流截止时，使半导体结发射输出电压的阶跃变化；·使用差分器对输出电压的阶跃变化进行差分以创建电脉冲；并且·使用电脉冲对激光二极管进行增益开关，使其发射光脉冲宽度小于1ns的光脉冲。在本专利技术的方法中，半导体结可以形成使用阶跃恢复来使电流截止的阶跃恢复设备的一部分。在本专利技术的方法中，可以选择半导体结并且可以配置差分器，使得光脉冲宽度小于250ps。可以选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供光辐射的装置，所述装置包括激光二极管、脉冲发生器和调制器，其中：·所述脉冲发生器配置为发射皮秒脉冲；·所述调制器配置为发射纳秒脉冲；·所述激光二极管具有第一端子和第二端子；·所述脉冲发生器连接至所述第一端子；并且·所述调制器配置为将所述激光二极管偏置在所述激光二极管的激射阈值以下，并且所述装置的特征在于：·所述调制器连接至所述第二端子；·所述脉冲发生器包括连接至差分器的半导体结；·所述半导体结使得流动通过所述半导体结的电流能够与该电流能够导通相比更快地截止；并且·所述差分器使得在流动通过所述半导体结的电流截止时出现的阶跃变化转换为电脉冲，从而对所述激光二极管进行增益开关使得所述激光二极管发射光脉冲宽度小于1ns的光脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.01 GB 1521214.51.一种用于提供光辐射的装置，所述装置包括激光二极管、脉冲发生器和调制器，其中：·所述脉冲发生器配置为发射皮秒脉冲；·所述调制器配置为发射纳秒脉冲；·所述激光二极管具有第一端子和第二端子；·所述脉冲发生器连接至所述第一端子；并且·所述调制器配置为将所述激光二极管偏置在所述激光二极管的激射阈值以下，并且所述装置的特征在于：·所述调制器连接至所述第二端子；·所述脉冲发生器包括连接至差分器的半导体结；·所述半导体结使得流动通过所述半导体结的电流能够与该电流能够导通相比更快地截止；并且·所述差分器使得在流动通过所述半导体结的电流截止时出现的阶跃变化转换为电脉冲，从而对所述激光二极管进行增益开关使得所述激光二极管发射光脉冲宽度小于1ns的光脉冲。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半导体结形成使用阶跃恢复来使所述电流截止的阶跃恢复设备的一部分。3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述半导体结和所述差分器配置为使得所述光脉冲宽度小于250ps。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述半导体结和所述差分器配置为使得所述光脉冲宽度小于100ps。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述脉冲发生器包括具有所述半导体结的双极型晶体管。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述双极型晶体管配置为共基极放大器。7.根据权利要求5或权利要求6所述的装置，其中，所述双极型晶体管形成共发共基放大器的一部分。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述差分器包括由第一长度和第一特征阻抗限定的电波导，所述半导体结连接至该电波导的第一端，该电波导的第二端由比所述第一特征阻抗小的阻抗限定，由此使得沿着从该电波导的第一端向该电波导的第二端传播的由极性限定的阶跃电压信号以相反的极性反射回该电波导的第一端。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二端子利用由第二长度和第二特征阻抗限定的电波导连接至所述调制器，所述调制器由输出阻抗限定，并且所述输出阻抗高于所述第二特征阻抗，由此使得沿着该电波导从第二端子向所述调制器传播的由极性限定的电脉冲信号以相同极性反射。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括：配置为接收由所述激光二极管发射的光脉冲的至少一个光反射器，所述光反射器位于与所述激光二极管相距第三距离处。11.根据权利要求10所述的装置，其中，选择所述第三距离，使得由所述光反射器反射的光脉冲与光脉冲中的后续光脉冲在时间上重叠。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述半导体激光器使得所述光脉冲是啁啾的，并且其中所述装置包括色散元件，所述色散元件配置为改变所述光脉冲的脉冲宽度。13.根据权利要求12所述的装置，其中，选择所述色散元件以将所述脉冲宽度改变为小于50皮秒。14.根据权利要求13所述的装置，其中，选择所述色散元件以将所述脉冲宽度改变为小于10皮秒。15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括：配置为放大由所述激光二极管发射的光脉冲的至少一个光放大器。16.根据权利要求15所述的装置，包括：种子激光器和耦合器，其中，所述耦合器布置为将由所述种子激光器发射的光辐射与由所述半导体激光器发射的光辐射耦合，以用于随后由所述光放大器进行放大。17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置配置为使得由所述半导体激光器发射的光脉冲叠加在由所述种子激光器发射的光脉冲上。18.根据权利要求16或权利要求17所述的装置，其中，所述耦合器是偏振分束器。19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括：扫描头，用于将所述光辐射扫描到组件的表面上。20.一种用于提供光辐射的方法，包括：·提供具有第一端子和第二端子的激光二极管；·选择调制器，所述调制器发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·高尔曼，C·A·科德马尔德，
申请(专利权)人：SPI激光器英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB