用于种子可中止的脉冲光纤激光放大器的快速选通的算法
【专利说明】用于种子可中止的脉冲光纤激光放大器的快速选通的算法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年3月13日提交的美国临时申请N0.61/952659的优先权的权益，通过引用的方式将该美国临时申请的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]本公开内容涉及脉冲光纤激光器和放大器。
【背景技术】
[0004]光纤放大器可以用于放大种子激光脉冲，并且产生具有各种功率、脉冲持续时间、以及可变脉冲重复率的输出脉冲。因此光纤放大器允许光脉冲被配置为用于各种材料加工应用。不幸的是，如果种子脉冲放大被中止，则新脉冲序列的启动往往会产生具有不太适用于激光加工的不同脉冲功率的脉冲。
【发明内容】
[0005]在一些示例中，激光器系统包括种子激光器和被放置以接收来自种子激光器的光脉冲的掺杂光纤。栗浦激光器耦合到掺杂光纤，以便向掺杂光纤传输栗浦光辐射来产生光增益。脉冲控制器耦合到种子激光器以发出启动种子脉冲系列的信号，并且耦合到栗浦激光器以便在启动种子激光器光脉冲时将栗浦激光器驱动电流从预燃电流切换至正向电流。预燃电流被选择为产生用于种子激光脉冲系列的第一种子激光脉冲的增益，其对应于与被暴露于利用正向电流产生的种子脉冲系列相关联的饱和增益。在代表性实施例中，存储器存储预燃电流值，并且可编程逻辑被配置为基于所存储的预燃电流值来获得预燃电流值。在其它示例中，可编程逻辑被配置为使用存储在存储器中的两个或更多预燃电流值来基于插值法获得一个或多个预燃电流值。可编程逻辑基于平均功率来获得预燃电流值，并且在一些示例中，基于脉冲重复率、脉冲能量、脉冲持续时间、以及脉冲功率的至少其中之一来获得预燃电流值。在一些实施例中，预燃电流被选择为使脉冲序列中的第一脉冲具有处于利用选定的正向栗浦电流所产生的稳态脉冲功率的土 10%的范围内的脉冲功率。在典型示例中，有源光纤是铒、镱、钕、镝、镨或铥掺杂的单模光纤。在一些应用中，放置工件台来保持基板，以便接收脉冲系列。
[0006]激光器系统包括栗浦激光器驱动器，其被耦合以向栗浦激光器可切换地提供正向驱动电流和预燃驱动电流。激光器系统控制器启动种子激光脉冲序列并且在栗浦激光器驱动器处传递预燃电流与正向电流之间的切换。在代表性示例中，激光器系统控制器耦合到存储器并且基于预燃电流数据库来建立预燃电流。在又一实施例中，预燃电流被选择为使启动脉冲序列中的第一脉冲和所有后续脉冲具有处于稳态脉冲功率的至少± 10 %、至少± 5 %、或至少土 I %的范围内的脉冲功率。在又一示例中，数模转换器接收与预燃电流相关联的数字值，并且将数字值转换成模拟值，以使对应的模拟值耦合到栗浦激光器驱动器。在附加的示例中，激光器系统控制器通过检索两个或更多预燃电流和平均功率值对并且基于所检索的值进行插值来确定选定的预燃电流。
[0007]方法包括向光纤放大器的栗浦激光器施加预燃电流、以及启动种子脉冲系列并且将种子脉冲引导到光纤放大器。栗浦激光器电流从预燃电流切换至与启动种子脉冲系列相关联的正向电流。在一些示例中，栗浦激光器电流在启动种子脉冲系列之前或在启动种子脉冲系列之后进行切换。在其它示例中，基于存储的预燃电流值或基于存储的预燃电流值之间的插值来确定预燃电流。在其它代表性示例中，基于期望的脉冲输出功率来选择所施加的预燃电流。在又一示例中，与预燃电流和正向电流相关联的放大的种子脉冲系列被引导到工件。
[0008]根据以下【具体实施方式】，技术的前述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，参考附图来描述【具体实施方式】。
【附图说明】
[0009]图1是包括种子激光器和光纤放大器的脉冲光纤激光器系统的框图。
[0010]图2示出了在种子脉冲产生或放大被中止的时间段之后，在启动种子脉冲系列时将栗浦激光器电流从预燃电流切换至正向电流的激光器系统控制器。
[0011]图3示出了包含针对选定的功率电平的预燃电流的代表性数据表。
[0012]图4示出了包括针对相应输出功率的数据表集的附加数据阵列，其中，每个数据表集包括针对多个脉冲持续时间的数据表。
[0013]图5是基于所测量的预燃电流值的作为输出功率的函数的预燃电流的曲线图。
[0014]图6A-8B示出了用于获取预燃电流值的代表性数据测量。
[0015]图9示出了获取预燃电流数据表的代表性方法。
[0016]图10示出了在将栗浦激光器驱动从预燃电流切换到正向电流时的激光脉冲功率。
[0017]图11示出适用于获取预燃电流值的装置和基于这种值的激光器系统操作。
[0018]图12示出了使用预燃电流产生光脉冲的方法。
[0019]图13示出了简化的放大器/种子激光器系统。
[0020]图14是与所公开的方法和装置一起使用的代表性计算系统或其它可编程逻辑单元的框图。
[0021]图15示出了选择正向电流和预燃电流的代表性方法。
【具体实施方式】
[0022]如在本申请和权利要求中所用的，单数形式“一”和“该”包括复数形式，除非上下文另有明确说明。另外，术语“包括”表示“包含”，此外，术语“耦合”不排除在耦合的项之间存在中间元件。
[0023]本文描述的系统、装置和方法不应当被解释为以任何方式进行限制。相反，本公开内容涉及所有新颖的和非显而易见的特征以及各种公开的实施例的方面，它们采用彼此独立的形式以及彼此之间的各种组合和子组合的形式。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或要解决的问题。操作的任何理论是为了方便说明，但是所公开的系统、方法和装置不限于这种操作理论。
[0024]尽管为方便介绍，所公开的方法中的一些的操作是以特定、顺序的次序描述的，但是应当理解，该描述方式包括重新排列，除非以下用特定语言阐述了特定顺序是必需的。例如，顺序描述的操作可能在一些情况下被重新排列或同时执行。此外，为简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和装置可以与其它系统、方法和装置结合使用的各种方式。另外，描述有时使用如“生产”和“提供”之类的术语来描述所公开的方法。这些术语是所执行的实际操作的高级别抽象。对应于这些术语的实际操作将依赖于特定实施方式而变化，并且容易由本领域的普通技术人员辨别。
[0025]在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应当领会，这种描述旨在指示能够在许多所使用的功能替代物之间进行选择，并且这种选择不必是更好、更小、或在其它情况下优于其它选择。
[0026]一些示例涉及种子激光器和种子脉冲。如本文所使用的，种子激光脉冲是种子激光器的输出，其被引导到光放大器或光振荡器，用于进行放大。种子激光脉冲通常被选择为等于或近似于光放大器或光振荡器的增益带宽的最大值。尽管一些示例描述了种子脉冲和随后的放大，但是种子脉冲可以用于没有额外放大的一些应用。下面描述的示例基于激光二极管和掺杂光纤、以及相关联的波长和波长范围。基于固态或其它光增益材料可以使用其它类型的激光器和光放大器。例如，基于固态激光介质片段的微片激光器可以用作种子激光器。典型的种子激光脉冲持续时间在lps与100ns之间并且在对应于分离的单脉冲到100MHz的重复率下产生。在下面的示例中，基于激光二极管，供应DC和脉冲电流以栗浦激光二极管，以便作为掺杂光纤的种子或栗浦掺杂光