激光系统中的脉冲削波器技术方案

一种装置(例如基于激光的系统)和用于在宽范围的脉冲宽度和脉冲能量中提供光脉冲的方法使用脉冲削波器，该脉冲削波器被配置为对来自激光振荡器的一个或多个输出光脉冲的每个具有期望脉冲宽度的预定义部分进行削波，其中每个削波光脉冲的上升边沿和下降边沿的计时相对于来自激光振荡器的一个或多个输出光脉冲的对应每个的最大值的时间实例，被选择至少对所述光放大器的放大效率最大化，其可以位于脉冲削波器之后，并提供一个或多个放大的输出光脉冲，每个放大的输出光脉冲具有期望的脉冲能量和脉冲宽度。冲能量和脉冲宽度。冲能量和脉冲宽度。

【技术实现步骤摘要】
激光系统中的脉冲削波器
[0001]分案信息
[0002]本申请是2017年3月15日递交的申请号为201780019246.5、专利技术名称为“激光系统中的脉冲削波器”的专利技术专利申请的分案申请。
[0003]相关申请
[0004]本申请与2016年3月21日提交的美国临时申请序列号62/310956相关并要求其优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。


[0005]本专利技术一般涉及的是激光系统和应用，更具体地但非排他地，本专利技术涉及的是提供宽范围的脉冲宽度和脉冲能量的光脉冲。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的第一方面，一种装置或系统包括具有激光介质和后反射镜的激光振荡器。输出镜配置为提供一个或多个输出光脉冲。脉冲形成元件位于反射镜和输出光学镜之间，并且被配置为提供一个或多个输出光脉冲的形成。下游的脉冲削波器被配置为对具有一个或多个输出光脉冲中的每一个的期望脉冲宽度的部分进行削波。脉冲削波器下游的光放大器被配置为将一个或多个输出光脉冲中的每一个的削波部分放大到期望的脉冲能量，以提供一个或多个放大的输出光脉冲，其中上升边沿和下降边沿的计时相对于一个或多个输出光脉冲中的对应的每个的最大值的时间实例，被选择为至少最大化光放大器的放大效率并提供一个或多个放大的输出光脉冲，每个放大的输出光脉冲具有期望的脉冲能量和脉冲宽度。
[0007]进一步根据本专利技术的第一方面，所述脉冲形成元件可以是Q开关组件。此外，Q开关组件可以是单一的普克尔盒。进一步地，普克尔盒可以是双普克尔盒，因此每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿可以分别由两个单独的晶体提供。更进一步地，两个单独的晶体可以串联和由并联连接的两个不同的电压驱动器运行。
[0008]更进一步根据本专利技术的第一方面，所述放大的输出脉冲的脉冲宽度范围可以在8纳秒和500皮秒之间。
[0009]进一步根据本专利技术的第一方面，所述激光介质可包括固态材料。此外，所述固态材料可以是掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)。更进一步地，所述激光介质可以包括由半导体激光器阵列泵浦的固态材料。此外，所述激光介质可包括由双闪光灯泵浦的固态材料。
[0010]进一步根据本专利技术的第一方面，相对于一个或多个输出光脉冲中对应的每个的最大值的时间实例，每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿由存储在装置的存储器中的矩阵确定，以及其中所述的矩阵被生成用于预定范围的输入参数，包括至少一个期望脉冲宽度范围以及所述一个或多个放大的输出光脉冲的期望脉冲能量的进一步的范围。此外，初始确定的每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿进一步由使用自动执行的迭代处理来优化放大的输出光脉冲的所确定的计时的微小变化来微调。
[0011]仍然根据本专利技术的第一方面，可以通过使用自动执行的迭代过程优化放大的输出光脉冲的所确定的计时的微小变化来进一步微调每个削波光脉冲的上升边沿和下降边沿的初始确定计时。
[0012]仍然根据本专利技术的第一方面，所述的脉冲削波器可以位于激光振荡器的外部。
[0013]依然根据本专利技术的第一方面，所述脉冲削波器可以位于反射镜和输出光学镜之间的激光振荡器的内部。
[0014]根据本专利技术的第二方面，一种方法包括如下步骤：由装置中的控制器从用户界面接收用于一个或多个输出放大光脉冲的输入参数，其包括至少所需的脉冲宽度和能量相关的参数，所述能量相关的参数确定所述一个或多个脉冲中的每个脉冲所需的脉冲能量；所述控制器响应于所接收的输入参数提供命令信号，以通过该装置的激光振荡器开始脉冲激光操作；控制器从光学检测器(OD)接收由激光振荡器产生的激光输出脉冲的复制信号；以及基于所接收的复制信号并且至少部分地使用所述输入参数，相对于由激光振荡器产生的对应一个或多个激光输出脉冲中的每个的最大值的时间实例，确定一个或多个削波光脉冲中的每个的上升边沿和下降边沿的计时，以最大化光放大器的放大效率，所述光放大器被配置为放大一个或多个削波光脉冲并提供一个或多个放大的输出光脉冲，每个光脉冲具有所需的脉冲能量和脉冲宽度。
[0015]进一步根据本专利技术的第二方面，该方法还可以包括：通过所确定的上升边沿和下降边沿的计时的小迭代来提供微调。
[0016]依然根据本专利技术的第二方面，所述的脉冲削波器可以位于激光振荡器的外部。
[0017]单一普克尔盒或双普克尔盒包括一个或多个晶体、中心端子和两个端部端子，并且其中中心端子和每个端部端子形成普克尔盒开关元件以实现所述的脉冲削波器。
附图说明
[0018]当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本申请的这些和其他特征和方面，其中附图中相同的标记在整个附图中表示相同的部分，其中：
[0019]图1是根据本专利技术的实施方案的激光系统(装置)的示例性框图，所述激光系统(装置)包括激光振荡器，例如Nd：YAG脉冲激光器、脉冲削波器和光放大器；
[0020]图2是来自Q开关Nd：YAG激光振荡器的输出光脉冲的时域中的各种脉冲形状的示例性曲线图，其示出了用于实施本专利技术的各种实施方案的脉冲宽度和脉冲能量的峰值能量调节模式；
[0021]图3是与图1所示相似的激光系统在时域中的削波脉冲宽度的示例性曲线图，但是，所述光放大器被放置在脉冲削波器之前，在激光振荡器之后；
[0022]图4A
‑
4C是根据本专利技术的一个实施方案的不同脉冲宽度的模拟削波脉冲相对于对应的输出光激光脉冲的最大值(Tmax)的时间实例的示例性时间图；以及
[0023]图5是用于实现本专利技术的示例性实施方案的流程图。
具体实施方式
[0024]脉冲光学激光系统的各种医疗和工业应用需要宽范围的脉冲宽度、每脉冲的脉冲能量、通量(每单位平方的能量)、重复率等。最新的、不同的技术已被用于实现这种灵活性，
但只取得了有限的成功。例如，剩下的一个挑战是“修补(patch)”纳秒范围，例如由Q开关激光器产生的纳秒范围，以及由锁模激光器(被动或主动锁模)产生的皮秒范围。根据下面描述的本专利技术的各种实施方案，可以实现一种用于解决连续调谐宽范围的脉冲宽度(例如，纳秒到皮秒范围)的这种问题的方法。本专利技术提出了一种装置(例如基于激光的系统)和方法，用于使用脉冲削波器提供宽范围的脉冲宽度和脉冲能量的光脉冲，所述脉冲削波器被配置为削波预定义部分，所述预定义部分具有来自激光振荡器的一个或多个输出光脉冲的每个的所需的脉冲宽度，其中相对于来自激光振荡器的一个或多个输出光脉冲的对应的每个的最大值的时间实例选择每个削波光脉冲的上升边沿和下降边沿的计时，以至少最大化光放大器的放大效率，所述的光放大器可以位于脉冲削波器之后，并提供一个或多个放大的输出光脉冲，每个放大的输出光脉冲具有所需的脉冲能量和脉冲宽度。
[0025]例如，根据本专利技术的一个实施方案，装置(或脉冲光学系统)可以包括激光振荡器，其通常可以包括激光介质、后反射镜、用于提供一个或多个输出光脉冲的输出镜和在反射镜和输出光学镜(例如，激光腔内部)之间的脉冲形成元件，被配置为提供一个或多个输出光脉冲的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，其包括：激光振荡器，其具有激光介质和后反射镜；输出镜，其配置用于提供一个或多个输出光脉冲；脉冲形成元件，其在所述后反射镜和所述输出镜之间，所述脉冲形成元件配置用于提供所述一个或多个输出光脉冲的形成，其中所述脉冲形成元件为单一的普克尔盒形式的Q
‑
开关元件；脉冲削波器，其在所述激光振荡器的下游并被配置用于对所述一个或多个输出光脉冲的每个具有的期望脉冲宽度的部分进行削波，其中所述脉冲削波器包括双普克尔盒；光放大器，其在所述脉冲削波器的下游并被配置用于放大所述一个或多个输出光脉冲的每个的削波部分到期望的脉冲能量，从而提供一个或多个放大的输出光脉冲；其中每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿的计时，相对于对应的一个或多个输出光脉冲的每个的最大值的时间实例，被选择至少使所述光放大器的放大效率最大化并提供所述一个或多个放大的输出光脉冲，每个具有期望的脉冲能量和脉冲宽度；其中每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿由所述双普克尔盒中的两个独立的晶体分别提供；并且其中每个削波的光脉冲的上升边沿和下降边沿的计时，相对于对应的一个或多个输出光脉冲的每个的最大值的时间实例，来自存储在系统的存储器中的基于经验的矩阵，并且其中所述矩阵被生成用于预定范围的输入参数，所述输入参数至少包括8纳秒至500皮秒之间的期望脉冲宽度范围和所述一个或多个放大的输出光脉冲的期望的脉冲能量的另一范围。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述两个单...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：鲁美斯BE有限公司，
类型：发明
国别省市：