[发明专利]以脉冲激光源发射预定输出脉冲轮廓的方法及系统

说明书

背景技术

脉冲式激光源诸如Nd:YAG激光已用于执行诸如烧蚀、作标记、雕刻、微加工、切割及刻划的应用的基于激光的材料处理。最近，已开发基于光纤增益介质的激光系统。在一些此等基于光纤的激光系统中，利用光纤放大器。通常借由使用半导体泵激光光学泵抽利用光纤增益介质的一些光学放大器及激光。光纤增益介质通常由掺杂有稀土元素(诸如镱或钼)的硅石玻璃制成。镱用于光学放大器及在1020nm-1100nm波长范围内发射的激光。

当激光以随选脉冲模式操作时，一系列脉冲中的第一光学脉冲趋于比该系列中的随后脉冲更强大。此情形有时称为第一脉冲问题，并且因储存在激光增益介质中的能量(其在第一脉冲后显着空乏)在接下来的后续脉冲经过该增益介质时未得到完全补充而发生。然而，若接下来的脉冲在该增益介质完全恢复后到达，则将产生类似于第一脉冲的另一脉冲。因此，取决于脉冲重复率(其在激光操作期间可变动)，各脉冲中的能量将通常根据增益介质的状态而变化。在激光处理应用中，由于激光脉冲的不一致性将通常在处理操作期间产生对应的不一致结果，故此行为通常不合需要。

因此，此项技术中需要具有无关于脉冲重复频率的可重复输出脉冲特征的基于光纤的放大器。

发明内容

本发明大体上是关于光学放大器及激光的领域。更具体的说，本发明是关于用于提供对工业应用诸如烧蚀、修整、作标记、切割及焊接有用的增益补偿激光脉冲的方法及系统。仅举例而言，本发明已应用于具有包括脉冲宽度、峰值功率、重复率及时间脉冲形状的实时可调谐特性的激光源。然而，本发明具有更广泛的适用性且可应用于其他激光源及光学放大器系统。

根据本发明的一实施例，提供一种操作光学放大器的方法，该方法包括判定光学放大器的增益及提供调变器驱动信号至光学信号源。该调变器驱动信号系光学放大器的增益之函数。该方法也也包括使用光学信号源产生输入光学信号。输入光学信号包括第一多个脉冲，该第一多个脉冲的各个具有有关于调变器驱动信号的振幅。该方法进一步包括将输入光学信号耦合至光学放大器及使用光学放大器放大输入光学信号以产生包括第二多个脉冲的输出光学信号。

根据本发明的另一实施例，提供一种操作光学系统的方法。该方法包括提供种子光学信号，将种子光学信号耦合至第一光学放大器中，及使用第一光学放大器放大种子光学信号以产生预先放大的光学信号。该方法也也包括判定第一光学放大器的增益，判定第二光学放大器的增益及提供调变器驱动信号至光学调变器。调变器驱动信号是第一光学放大器的增益及第二光学放大器的增益的函数。该方法进一步包括：使用光学调变器调变预先放大的光学信号以产生包括第一多个脉冲的经调变光学信号，该第一多个脉冲的各个的特征在于作为调变器驱动信号的函数；将经调变光学信号耦合至第二光学放大器中；及使用第二光学放大器放大经调变光学信号以产生包括第二多个脉冲的输出光学信号。

根据本发明的一替代实施例，提供一种光学放大器系统。该光学放大器系统包括：光学信号源，其可操作以提供包括第一多个脉冲的输入光学信号；及控制电子器件，其耦合至光学信号源。光学放大器系统也也包括可操作以放大输入光学信号的光学放大器，该光学放大器具有输入及输出。光学信号源光学地耦合至输入。该光学放大器系统进一步包括回馈回路，该回馈回路耦合至光学放大器的输出或光学放大器的输入的至少一个且可操作以接收有关于光学放大器的增益的回馈信号。回馈信号耦合至控制电子器件并且控制电子器件可操作以基于回馈信号提供调变器驱动信号。输入光学信号的第一多个脉冲的各个的特征在于作为调变器驱动信号的函数的时间振幅轮廓。

根据本发明的另一替代实施例，提供一种光学系统。该光学系统包括：光学信号源，其可操作以提供种子光学信号；及光学调变器，其可操作以调变种子光学信号以产生包括第一多个脉冲的经调变光学信号。该光学系统也也包括：控制电子器件，其可操作以提供调变驱动信号至光学调变器；及光学放大器，其可操作以放大经调变光学信号，光学放大器具有输入及输出。光学放大器的输入耦合至光学调变器的输出。该光学系统进一步包括回馈回路，该回馈回路耦合至该光学放大器的输出或输入且可操作以侦测有关于光学放大器的增益的回馈信号。回馈信号耦合至控制电子器件。控制电子器件可操作以基于回馈信号提供调变器驱动信号且经调变光学信号的第一多个脉冲的振幅是调变器驱动信号的函数。