[发明专利]具有耦合到一个主振荡器的多个同步放大器的激光装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及激光器，更具体地涉及具有用来产生同步输出的多个输 出头的激光系统。

背景技术

高能激光器具有使相干光的强激光束聚焦于基板和其它目标之上的许多 应用。许多高能激光系统利用主振荡器能量放大器(MOPA)结构。在MOPA 激光系统中，来自被称为主振荡器的种子激光器(seed laser)的激光信号被送 入用来放大主信号的能量的光学放大器当中。MOPA结构实现了放大后输出的 精确的脉冲。通常在诸如激光微加工的高能应用中使用基于MOPA的激光系 统。

在特定的激光应用中，有时期望同时应用激光到目标上的多个位置处或是 同时处理多个目标。例如，在激光微加工中，出于快速加工的目的在多个位置 处平行地钻出小而精确的孔是有利的。用来提供多个激光光束的一个可行方式 是分离来自单个MOPA激光源的放大后的输出。然而，分离放大后的输出会 降低对于各处理操作的可用功率。当对于特定操作存在最小(或最优)平均功 率和/或峰值功率时，这将会成为严重的问题。为了补偿由于光束的分离造成 的功率降低，可相应地提高激光源的输出功率。

在不作出结构变化的前提下通常很难放大(scale)多个输出头激光系统的 总的系统输出功率。典型地，应用规定了最优脉冲持续时间、最大或最优的 PRF(脉冲重复频率)、脉冲能量、峰值功率、波长等。通常地，使用平均功 率来放大总的系统输出功率。然而，增大平均功率意味着PRF和/或脉冲能量 也一定会随之增大。如果应用限制了PRF，则会需要某种类型的“脉冲选取” 装置将某些脉冲引导到一个工件并且将其它的脉冲引导到另一工件。这将造成 复杂化、不可靠性和/或价格昂贵。通常激光系统会限制脉冲能量。此外，许 多激光系统会约束脉冲能量与其它脉冲参数之间的关系。因此，很难在不影响 对于应用的某些重要参数的前提下任意地增大激光系统的功率(频率转换等)。

分离一个激光系统的输出的替换方式是使用多个完整的激光系统。不幸的 是，这将会占据额外的空间，价格昂贵并且由于两个独立的激光器不可能具有 相同的性能特点而引起性能变化。即使能够获得相同的性能，也很难使来自多 个激光系统的输出同步化。

因此，在本领域中需要一种用来克服上述缺点的多输出激光装置。

发明内容

包含多个放大后的输出的激光装置和方法的本发明实施例可以克服现有 技术中所存在的不利方面。激光装置可包括主振荡器、耦合到主振荡器的光束 分离器、以及光耦合到光束分离器的两个或更多的输出头。光束分离器将来自 主振荡器的信号分离为两个或更多的子信号。各输出头接收两个或更多的子信 号中的一个。各输出头都包括光耦合到光束分离器的耦合光学器件。光学功率 放大器光耦合在光束分离器与耦合光学器件之间。配置耦合光学器件使得来自 两个或更多的输出头的光输出不会在目标处在空间重叠。放大后的输出可选地 经过波长转换。输出头可被配置用来耦合放大后的输出到一个或更多的目标的 一个或更多的不同位置处。主振荡器可包括调制器，被配置用来脉动主振荡器 的光输出，从而脉动两个或更多的输出头的光输出并且使它们彼此之间基本上 同步。

附图说明

当参考所附附图一起阅读时，可从下面的详细说明使本发明的其它目的和 优点更加清楚明了，其中：

图1A-1E是根据本发明的实施例的激光装置的示意图；

图2是适用于本发明的实施例的主振荡器的示意图；

图3是适用于作为本发明的实施例中的前置放大器的光纤放大器的示意 图；

图4是适用于作为本发明的实施例中的功率放大器的光纤放大器的示意 图；

图5是适用于作为本发明的实施例中的波长转换器的第三谐波生成器的 示意图；以及

图6A-6B是适用于根据本发明的实施例的平行激光加工的激光装置的示 意图。

具体实施方式

尽管出于说明的目的下面的详细说明书包含了许多特定细节，但是本领域 的普通技术人员应该理解的是在本发明保护范围之内可以对下面的细节作出 许多变化和改变。相应地，在不损坏一般性并且不限制本发明的前提下，提出 了如下所述的本发明的示例性实施例。

术语：

在这里使用了如下术语：