[发明专利]用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制

说明书

本发明公开了用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制。设备可以包括瞬态光放大器，其具有的储存能量与动态平衡的下边界和上边界以及限定用于将高能量输入脉冲放大到更高能量输出脉冲的储存能量的目标级相关。该设备可以包括用于增加放大器的储存能量的泵以及用于将低能量控制脉冲或高能量输入脉冲传递到放大器的源。该设备可以包括控制器，该控制器被配置为通过在高重复频率下为放大器请求低能量控制脉冲来将放大器的储存能量保持在动态平衡中。控制器可以等待接收触发。基于接收触发，该设备可以停止向放大器传递低能量控制脉冲，并且当放大器的储存能量达到目标级时，可以向放大器传递高能量输入脉冲。

本申请是申请日为2016年12月20日，申请号为201611184203.6，发明名称为“用于短脉冲激光器的任意触发的增益控制”的申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及激光系统和操作激光系统的方法。更具体地，本公开涉及用于调节任意定时的短激光脉冲的放大的方法和系统。

背景

短脉冲激光系统产生具有亚微秒脉冲宽度和亚毫秒时间间隔的光脉冲。如本文所使用的，光的短脉冲是电磁脉冲，该电磁脉冲的持续时间小于微秒(10^-6秒)。短脉冲激光系统包括诸如纳秒、皮秒和飞秒激光系统的超短脉冲激光系统(或相反超快激光系统)以及可以产生具有亚微秒脉冲宽度和亚毫秒时间分辨率的放大的光脉冲的其他激光系统。

在常规的短脉冲激光系统中，以恒定频率和恒定能量产生高能脉冲。改变这样的激光器中的脉冲之间的时间可以在每个脉冲的能量中产生显著差异，且具有对激光器或施加脉冲的物体造成损坏的可能性。需要这样的短脉冲激光器，其可以在任何任意时间触发，以提供短持续时间脉冲，同时控制每个触发的光脉冲的能量。这样的激光器对于微机械加工和潜在地其他领域(例如，眼科学、生物医学成像、超快光谱、超高速光网络、反应触发、飞秒化学等)将是有利的。

仅以常规的超快激光微机械加工为一个示例，光束在工件上移动以将该束以特定的图案施加。可以移动光束，可以移动工件或者可以移动两者，以描绘图案。为了使处理速度最大化，该移动应该尽可能快；然而，速度受到对移动的准确度的要求的限制。该移动对于直线可以非常快，但对于小或复杂的特征可能需要非常慢。根据描绘的图案的复杂性，动态地发生快速移动和缓慢移动之间的转换。

当以超快激光器进行微机械加工时，施加到工件的光束包括具有kHz至MHz的范围内的脉冲重复频率(PRF)的纳秒到飞秒持续时间的光脉冲。理想地，每个脉冲的能量保持恒定并且脉冲在工件上的物理位置中均匀地间隔开。工件上的脉冲间隔与扫描速度(光束和工件之间的相对速度)和光脉冲之间的时间(或相反地，光束的脉冲重复频率(PRF))成比例。因为扫描速度动态地变化，光脉冲之间的时间也必须动态地改变，以保持工件上的脉冲间隔恒定。不幸的是，动态地改变常规放大的超快激光器的PRF将改变输出光脉冲的能量。在图1中，实线是放大器(例如，常规超快激光器的放大器)的储存能量，输入脉冲由实心圆表示并且输出脉冲由空心圆表示。脉冲的相对能级由其实心圆或空心圆的直径表示。