用于種子可中止的脈沖光纖激光放大器的快速選通的算法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于種子可中止的脈沖光纖激光放大器的快速選通的算法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年3月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/952659的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過(guò)引用的方式將該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)內(nèi)容涉及脈沖光纖激光器和放大器。
【背景技術(shù)】
[0004]光纖放大器可以用于放大種子激光脈沖，并且產(chǎn)生具有各種功率、脈沖持續(xù)時(shí)間、以及可變脈沖重復(fù)率的輸出脈沖。因此光纖放大器允許光脈沖被配置為用于各種材料加工應(yīng)用。不幸的是，如果種子脈沖放大被中止，則新脈沖序列的啟動(dòng)往往會(huì)產(chǎn)生具有不太適用于激光加工的不同脈沖功率的脈沖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一些示例中，激光器系統(tǒng)包括種子激光器和被放置以接收來(lái)自種子激光器的光脈沖的摻雜光纖。栗浦激光器耦合到摻雜光纖，以便向摻雜光纖傳輸栗浦光輻射來(lái)產(chǎn)生光增益。脈沖控制器耦合到種子激光器以發(fā)出啟動(dòng)種子脈沖系列的信號(hào)，并且耦合到栗浦激光器以便在啟動(dòng)種子激光器光脈沖時(shí)將栗浦激光器驅(qū)動(dòng)電流從預(yù)燃電流切換至正向電流。預(yù)燃電流被選擇為產(chǎn)生用于種子激光脈沖系列的第一種子激光脈沖的增益，其對(duì)應(yīng)于與被暴露于利用正向電流產(chǎn)生的種子脈沖系列相關(guān)聯(lián)的飽和增益。在代表性實(shí)施例中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)預(yù)燃電流值，并且可編程邏輯被配置為基于所存儲(chǔ)的預(yù)燃電流值來(lái)獲得預(yù)燃電流值。在其它示例中，可編程邏輯被配置為使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的兩個(gè)或更多預(yù)燃電流值來(lái)基于插值法獲得一個(gè)或多個(gè)預(yù)燃電流值。可編程邏輯基于平均功率來(lái)獲得預(yù)燃電流值，并且在一些示例中，基于脈沖重復(fù)率、脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、以及脈沖功率的至少其中之一來(lái)獲得預(yù)燃電流值。在一些實(shí)施例中，預(yù)燃電流被選擇為使脈沖序列中的第一脈沖具有處于利用選定的正向栗浦電流所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)脈沖功率的土 10%的范圍內(nèi)的脈沖功率。在典型示例中，有源光纖是鉺、鐿、釹、鏑、鐠或銩摻雜的單模光纖。在一些應(yīng)用中，放置工件臺(tái)來(lái)保持基板，以便接收脈沖系列。
[0006]激光器系統(tǒng)包括栗浦激光器驅(qū)動(dòng)器，其被耦合以向栗浦激光器可切換地提供正向驅(qū)動(dòng)電流和預(yù)燃驅(qū)動(dòng)電流。激光器系統(tǒng)控制器啟動(dòng)種子激光脈沖序列并且在栗浦激光器驅(qū)動(dòng)器處傳遞預(yù)燃電流與正向電流之間的切換。在代表性示例中，激光器系統(tǒng)控制器耦合到存儲(chǔ)器并且基于預(yù)燃電流數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)建立預(yù)燃電流。在又一實(shí)施例中，預(yù)燃電流被選擇為使啟動(dòng)脈沖序列中的第一脈沖和所有后續(xù)脈沖具有處于穩(wěn)態(tài)脈沖功率的至少± 10 %、至少± 5 %、或至少土 I %的范圍內(nèi)的脈沖功率。在又一示例中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收與預(yù)燃電流相關(guān)聯(lián)的數(shù)字值，并且將數(shù)字值轉(zhuǎn)換成模擬值，以使對(duì)應(yīng)的模擬值耦合到栗浦激光器驅(qū)動(dòng)器。在附加的示例中，激光器系統(tǒng)控制器通過(guò)檢索兩個(gè)或更多預(yù)燃電流和平均功率值對(duì)并且基于所檢索的值進(jìn)行插值來(lái)確定選定的預(yù)燃電流。
[0007]方法包括向光纖放大器的栗浦激光器施加預(yù)燃電流、以及啟動(dòng)種子脈沖系列并且將種子脈沖引導(dǎo)到光纖放大器。栗浦激光器電流從預(yù)燃電流切換至與啟動(dòng)種子脈沖系列相關(guān)聯(lián)的正向電流。在一些示例中，栗浦激光器電流在啟動(dòng)種子脈沖系列之前或在啟動(dòng)種子脈沖系列之后進(jìn)行切換。在其它示例中，基于存儲(chǔ)的預(yù)燃電流值或基于存儲(chǔ)的預(yù)燃電流值之間的插值來(lái)確定預(yù)燃電流。在其它代表性示例中，基于期望的脈沖輸出功率來(lái)選擇所施加的預(yù)燃電流。在又一示例中，與預(yù)燃電流和正向電流相關(guān)聯(lián)的放大的種子脈沖系列被引導(dǎo)到工件。
[0008]根據(jù)以下【具體實(shí)施方式】，技術(shù)的前述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)，參考附圖來(lái)描述【具體實(shí)施方式】。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是包括種子激光器和光纖放大器的脈沖光纖激光器系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖2示出了在種子脈沖產(chǎn)生或放大被中止的時(shí)間段之后，在啟動(dòng)種子脈沖系列時(shí)將栗浦激光器電流從預(yù)燃電流切換至正向電流的激光器系統(tǒng)控制器。
[0011]圖3示出了包含針對(duì)選定的功率電平的預(yù)燃電流的代表性數(shù)據(jù)表。
[0012]圖4示出了包括針對(duì)相應(yīng)輸出功率的數(shù)據(jù)表集的附加數(shù)據(jù)陣列，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)表集包括針對(duì)多個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間的數(shù)據(jù)表。
[0013]圖5是基于所測(cè)量的預(yù)燃電流值的作為輸出功率的函數(shù)的預(yù)燃電流的曲線圖。
[0014]圖6A-8B示出了用于獲取預(yù)燃電流值的代表性數(shù)據(jù)測(cè)量。
[0015]圖9示出了獲取預(yù)燃電流數(shù)據(jù)表的代表性方法。
[0016]圖10示出了在將栗浦激光器驅(qū)動(dòng)從預(yù)燃電流切換到正向電流時(shí)的激光脈沖功率。
[0017]圖11示出適用于獲取預(yù)燃電流值的裝置和基于這種值的激光器系統(tǒng)操作。
[0018]圖12示出了使用預(yù)燃電流產(chǎn)生光脈沖的方法。
[0019]圖13示出了簡(jiǎn)化的放大器/種子激光器系統(tǒng)。
[0020]圖14是與所公開(kāi)的方法和裝置一起使用的代表性計(jì)算系統(tǒng)或其它可編程邏輯單元的框圖。
[0021]圖15示出了選擇正向電流和預(yù)燃電流的代表性方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如在本申請(qǐng)和權(quán)利要求中所用的，單數(shù)形式“一”和“該”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確說(shuō)明。另外，術(shù)語(yǔ)“包括”表示“包含”，此外，術(shù)語(yǔ)“耦合”不排除在耦合的項(xiàng)之間存在中間元件。
[0023]本文描述的系統(tǒng)、裝置和方法不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式進(jìn)行限制。相反，本公開(kāi)內(nèi)容涉及所有新穎的和非顯而易見(jiàn)的特征以及各種公開(kāi)的實(shí)施例的方面，它們采用彼此獨(dú)立的形式以及彼此之間的各種組合和子組合的形式。所公開(kāi)的系統(tǒng)、方法和裝置不限于任何特定方面或特征或其組合，所公開(kāi)的系統(tǒng)、方法和裝置也不要求存在任何一個(gè)或多個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)或要解決的問(wèn)題。操作的任何理論是為了方便說(shuō)明，但是所公開(kāi)的系統(tǒng)、方法和裝置不限于這種操作理論。
[0024]盡管為方便介紹，所公開(kāi)的方法中的一些的操作是以特定、順序的次序描述的，但是應(yīng)當(dāng)理解，該描述方式包括重新排列，除非以下用特定語(yǔ)言闡述了特定順序是必需的。例如，順序描述的操作可能在一些情況下被重新排列或同時(shí)執(zhí)行。此外，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，附圖可能沒(méi)有示出所公開(kāi)的系統(tǒng)、方法和裝置可以與其它系統(tǒng)、方法和裝置結(jié)合使用的各種方式。另外，描述有時(shí)使用如“生產(chǎn)”和“提供”之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述所公開(kāi)的方法。這些術(shù)語(yǔ)是所執(zhí)行的實(shí)際操作的高級(jí)別抽象。對(duì)應(yīng)于這些術(shù)語(yǔ)的實(shí)際操作將依賴(lài)于特定實(shí)施方式而變化，并且容易由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員辨別。
[0025]在一些示例中，值、過(guò)程或裝置被稱(chēng)為“最低”、“最佳”、“最小”等。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，這種描述旨在指示能夠在許多所使用的功能替代物之間進(jìn)行選擇，并且這種選擇不必是更好、更小、或在其它情況下優(yōu)于其它選擇。
[0026]一些示例涉及種子激光器和種子脈沖。如本文所使用的，種子激光脈沖是種子激光器的輸出，其被引導(dǎo)到光放大器或光振蕩器，用于進(jìn)行放大。種子激光脈沖通常被選擇為等于或近似于光放大器或光振蕩器的增益帶寬的最大值。盡管一些示例描述了種子脈沖和隨后的放大，但是種子脈沖可以用于沒(méi)有額外放大的一些應(yīng)用。下面描述的示例基于激光二極管和摻雜光纖、以及相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)和波長(zhǎng)范圍?；诠虘B(tài)或其它光增益材料可以使用其它類(lèi)型的激光器和光放大器。例如，基于固態(tài)激光介質(zhì)片段的微片激光器可以用作種子激光器。典型的種子激光脈沖持續(xù)時(shí)間在lps與100ns之間并且在對(duì)應(yīng)于分離的單脈沖到100MHz的重復(fù)率下產(chǎn)生。在下面的示例中，基于激光二極管，供應(yīng)DC和脈沖電流以栗浦激光二極管，以便作為摻雜光纖的種子或栗浦摻雜光