[发明专利]多光束激光源系统与利用其放大的方法及多波长激光放大器

说明书

一种多光束激光源系统与利用其放大的方法及多波长激光放大器，该系统包含：多个激光信号源提供波长不同的信号源激光光束；光纤耦合器将多个光束耦合至同根光纤中；泵浦源提供泵浦源波长小于信号源波长的泵浦源激光光束；多波长激光放大器包括：光纤结合器用以耦合激光信号光束与泵浦源激光光束；掺杂离子增益光纤具有增益介质，信号源波长落在增益介质的放射频谱范围中，泵浦源波长落在增益介质的吸收频谱范围中；纤衣功率剥除器滤除通过掺杂离子增益光纤后残余的泵浦源激光光束的能量并输出经功率放大后的多个激光信号源光束。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种多光束激光源系统、多光束激光源放大的方法及多波长激光放大器。

背景技术

就激光加工而言，由于适用于包括金属、非金属、高硬度、高脆性、高熔点等多种材质，且生产效率高，因此被加工业者广泛应用。

然而，传统激光加工采用单频激光，若直接对陶瓷、硅晶圆等硬脆材料加工，易因热累积造成加工样品破损；此外，单频激光在金属板材切割上易有熔渣且精度较粗的现象。

近几年来，双光束激光加工被广泛地应用在提升激光加工品质上，利用长脉冲波段对加工物进行预热，再以短脉冲波段对物件进行瞬间加工以达到最小热累积；相较于传统单光束(单波长)激光加工，尤其是陶瓷硬脆薄板或是精密金属板材加工，双光束激光可以大幅降低硬脆材料破损率及改善精密金属表面加工精度，为商品产业(例如5G商品产业)带来更多先进应用。

双光束激光加工主要原理为利用第一道长脉冲高功率脉冲激光对加工物件先进行升温以接近物件加工阈值，同时以第二道低功率短脉冲激光对物件做瞬间剥除加工，以达到加工区域热累积情况最小化；此为双光束激光的加工最大优势。

传统双光束激光产生方式有两种，一为利用空间耦光方式将两道不同波长、不同功率、不同脉冲宽度的激光耦合在同一个光轴上；一为利用光纤放大器方式，将一个激发源做部分功率转换成另一个信号源并保留剩余激发源。

上述两种已知方式的缺失包括：空间耦光损失过大(超过10％)、双光束光轴不密合、光纤孔径变大影响光束品质，因而无法发挥双光束激光加工最大效用。

此外，已知方式仅限于双光束，不适于多于双光束的加工应用，例如，三光束或以上。

据此，如何发展出一种“多光束激光源系统、多光束激光源放大的方法及多波长激光放大器”，能够降低激光传输的损失(小于5％)，解决多光束激光同轴问题(100％密合)，并且能够大幅提升激光光束品质，将多光束激光加工应用发挥极致，是本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

在一实施例中，本发明提出一种多光束激光源系统，包含：

多个激光信号源，每一激光信号源提供一信号源激光光束，每一信号源激光光束具有一信号源波长，多个信号源波长互不相同；

一光纤耦合器，用以耦合多个信号源激光光束至同一根光纤中；

至少一泵浦源，每一泵浦源用以提供一泵浦源激光光束，泵浦源激光光束具有一泵浦源波长，泵浦源波长小于多个信号源波长；

一多波长激光放大器，包括：

一光纤结合器，连接光纤，光纤结合器用以耦合多个信号源激光光束与泵浦源激光光束；

一掺杂离子增益光纤，连接光纤结合器，由光纤结合器将多个信号源激光光束与泵浦源激光光束传输至掺杂离子增益光纤中并将每一信号源激光光束的功率放大，掺杂离子增益光纤具有一增益介质，多个信号源波长落在增益介质的放射频谱的范围中，泵浦源波长落在增益介质的吸收频谱的范围中；以及

一纤衣功率剥除器，连接掺杂离子增益光纤，用以滤除通过掺杂离子增益光纤后残余的泵浦源激光光束的能量，并输出经功率放大后的多个信号源激光光束。