[发明专利]稳定可调谐高功率脉冲激光系统的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月11日提交的题为“Stable Tunable High Power Pulsed Laser Source”的美国临时专利申请No.61/186,317的优先权，其公开内容对应于所有目的被整体地包括于此。

背景技术

如Nd:YAG激光器的脉冲激光源已经被用于执行基于激光的诸如打标、雕刻、微细加工以及切割等应用的材料处理。许多现有的以脉冲能量高于0.5mJ每脉冲为特征的高功率脉冲激光器依赖于诸如Q开关和锁模技术以产生光脉冲。然而，这些激光器产生特性被腔的几何形状和镜面反射率等预先决定的光脉冲。这样，如果不对激光性能进行折中，则通常不能在现场改变这些激光脉冲的特性。使用这种激光器通常难以获得可变的脉冲特性范围。

能够以简单的方式向例如二极管激光器的脉冲激光源提供脉冲电驱动信号以使其产生冲激。然而，来自这种脉冲激光源的信号的中心波长可能改变，而且线宽会随着电驱动信号的施加而展宽(可能强烈依赖于驱动信号的电流水平)。这种展宽线宽的一个不期望结果是显著降低利用倍频和三倍频等的谐波产生效率。因而，在本领域中存在开发具有可调脉冲特性的稳定脉冲激光源的需要。

发明内容

根据本发明，提供了涉及可调谐激光源领域的方法和系统。更具体而言，本发明涉及用于提供对于诸如修整、打标、切割以及焊接等工业应用有用的高功率脉冲激光源的方法和设备。仅以举例说明的方式，本发明已应用于包括脉冲宽度、峰值功率、重复频率、时间脉冲形状、偏振、波长、和/或光谱线宽的实时可调谐特性的激光源。然而，本发明可具有更广泛可应用性并且可以应用于其它激光源。

根据本发明的实施例，激光系统包括：注入激光源，其具有输出并且能够操作从而提供以第一波长，第一线宽，输出功率为特征的激光输出；激光系统还包括以增益带宽为特征的可调谐脉冲源，其能够操作以提供具有平均功率的输出信号，所述输出信号包括多个光脉冲，所述多个光脉冲中的每个光脉冲以第二波长，第二线宽以及峰值功率为特征；激光系统还包括光学组合器，具有耦合到所述注入激光源的输出端的第一端口，耦合到所述可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口。

根据本发明的另一实施例，提供了用于提供多个信号脉冲的方法。方法包括：提供光辐射；把光辐射耦合到光学组合器的第一端口中；以及把光辐射信号从第一端口传输至光学组合器的第二端口。方法还包括：把来自第二端口的光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中；生成多个信号脉冲；以及把多个信号脉冲耦合到第二端口中。方法进一步包括：把多个信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口；以及从第三端口输出多个信号脉冲。

根据本发明的替选实施例，提供了用于提供放大和稳定激光脉冲的方法。方法包括：从注入激光源提供光辐射信号；以及基于光辐射信号稳定可调谐脉冲源以产生稳定信号脉冲。方法还包括：在光纤放大器中放大稳定信号脉冲；以及输出放大和稳定信号脉冲。

根据本发明的另一实施例，提供了用于提供激光脉冲的激光系统。激光系统包括特征在于第一波长、第一线宽、第一功率、以及输出的注入激光源。在本文中互换使用术语“注入激光源”和“稳定源”。激光系统还包括特征在于中心波长、增益带宽、以及第二功率的可调谐脉冲源。可调谐脉冲源的输出信号包括一组光脉冲，光脉冲中的每个光脉冲以第二波长和第二线宽为特征。激光系统进一步包括具有耦合到注入激光源输出的第一端口，耦合到可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口的光学组合器。存在可以作为光学组合器的大量可行组件或组件的组合，例如，光学组合器可以是光学循环器。可替选地，光学组合器可以是抽头耦合器。然而，本发明不限于这些具体光学组合器。激光系统可以进一步包括耦合到第三端口的光学放大器。光学放大器包括泵源，光学有源光纤的输入部分被配置成接收来自可调谐脉冲源和输出部分的输出信号。泵源以光学方式耦合到光学有源光纤。

根据本发明的实施例，提供了用于提供激光脉冲的方法。方法包括从注入激光源提供稳定光辐射信号，把稳定光辐射信号耦合到光学组合器的第一端口，以及把稳定光辐射信号从第一端口传输给光学组合器的第二端口。方法还包括把来自第二端口的稳定光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中，使用可调谐脉冲源产生稳定信号脉冲，以及把稳定信号脉冲输入到第二端口中。方法进一步包括把稳定信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口和从第三端口提供稳定的信号脉冲。