產生可反覆調用的雷射脈衝的雷射放大系統和雷射放大方法
2023-10-04 10:28:14
專利名稱：產生可反覆調用的雷射脈衝的雷射放大系統和雷射放大方法
產生可反覆調用的雷射脈衝的雷射放大系統和雷射放大方法本發明涉及根據權利要求I前序部分的雷射放大系統和根據權利要求10前序部分的、用於產生可反覆調用的具有預定的脈衝時間和/或脈衝能的雷射脈衝的雷射放大方法。對於像在生物醫藥或材料加工中的許多應用場合，需要高強度的雷射脈衝。在良好的射束質量(M2〈l. 2)和皮秒或飛秒脈衝的情況下，這一般意味著在Ι- ο μ J範圍內的脈衝能，以便超過典型的燒蝕或加工能量密度閾值並實現有效的工藝控制。被用於這樣的應用場合的脈衝雷射器系統，尤其是針對經常被設計成可恢復或可再生的放大器或再生放大器形式的工業應用，越來越多地要求可按需(即「on demand」)提 供雷射脈衝的能力。這對於典型的納秒級(即具有在幾納秒到幾十納秒之間的特徵脈衝持續時間)的雷射器來說絕對是已按標準集成的特徵。隨著專門以超短(即具有在幾皮秒和飛秒之幾十皮秒和飛秒範圍內)的脈衝持續時間的脈衝來有利地或單獨地操作使用的應用的成熟，「即需脈衝」工作未來對雷射器而言也是一個絕對必要的特徵。該能力意味著可按要求或者說根據實際所需的要求來調用具有預定理想能量和/或理想脈衝持續時間的脈衝。目前尤其存在於工業應用場合裡的典型要求例如是a.在加工過程中調節重複率和脈衝能。這在現有技術的當前系統中大多不是非常時間關鍵的，並且能夠關於雷射器的系統時間常數被認為是絕熱(adiabatisch)的。b.在規定的重複率和脈衝能條件下使用TTL信號來發起脈衝序列(Pulszug)，在這裡，切換邊沿必須位於放大脈衝序列的兩個脈衝之間。c.第一脈衝的脈衝能量超調(Pulsenergieuberhohung)應該小,例如小於脈衝能量
目標值的10%。根據工藝的不同，也可以接受較高的能量增高，但在某些工藝中只允許最小偏差或甚至沒有偏差。d.最後，已知這樣的越來越多的應用狀況，此時可以或必須連續地(例如重複率從零到最大值(Ο-fmax))且時間關鍵地(即以快速調節時間如小於I μ s)調節脈衝重複率和脈衝能量。最後兩點c和d表現為重要要求，並且在現有技術的超短脈衝雷射器系統中是做不到的。雖然出現了能用以獲得很好的時間分辨並進而獲得即需工作或者說脈衝反覆調用性的一些技術方案，但這一般利用高重複率的振蕩器、設置在下遊的脈衝選擇器、後設一個或多個線性二次放大器來實現。不過，很高的增益導致在接通時或在脈衝選擇器重複率的狀態變化時會出現能量超調(起振過程)。這遠遠超出容許值。作為這種具有可根據要求反覆調用的具有預定持續時間、時間分隔(重複率)和能量的脈衝的雷射器系統的要實現的最低要求，可給出以下門檻I.脈衝突發開始後的第一脈衝的脈衝能量超調應該很小，這一般意味著偏差遠小於脈衝能量目標值的10%。2.脈衝重複率和脈衝能量應當能夠持續地從零變化至各自的最大值，並且還時間關鍵地(即以遠小於I μ s的時間刻度)來改變。
從現有技術中知道了各種做法，其中測量初始信號或者輸出的雷射脈衝。隨後，基於該信號可以對待放大的雷射脈衝進行損耗調製。但這些做法的前提是要為此產生脈衝，因而只適用於後續的脈衝，即，沒有立即對待放大的可反覆調用的脈衝產生即時性的影響。因此，本發明的一個任務在於提供一種改進的雷射器系統以及一種相應的方法，用以產生具有預定脈衝持續時間和/或脈衝能量的、可反覆調用的雷射脈衝。進一步的任務在於提供如此設計的雷射器系統，S卩，該雷射器系統被如此控制或調節，即，在所調用的第一脈衝中就已經出現很小的脈衝能量超調，而且實現了可以連續地且立即地變化的脈衝重複率和脈衝能量。所述任務通過權利要求I或10或者從屬權利要求的主題來完成或加以改進。本發明基於在雷射放大系統中使用損耗調製器來提供可反覆調用的雷射脈衝。該雷射脈衝由雷射源產生並通過設置在下遊的放大介質被放大，在這裡，放大增益被設計為可受到損耗調製器的影響，因而能夠提供具有預定的脈衝持續時間或脈衝能的可反覆調用的雷射脈衝。根據本發明，在針對其中一個雷射脈衝的放大過程之前，確定與該過程相關的 雷射介質實際狀態。在此情況下要關注的參數是當時出現的雷射介質瞬時增益，根據對該瞬時增益的掌握來通過損耗調製器調節或控制該損耗產生。用損耗調製來影響下個待放大的脈衝因此是建立在掌握了當前實際的或過去的放大系統狀態的基礎之上的。因此，通過在脈衝經過雷射介質之前確定增益或者說放大倍數，就可以超前及時地調整後面的放大過程，因而一方面提供良好滿足要求的雷射脈衝。另一方面，這種調整是無延遲地完成的，這是因為不必在放大過程後才測量輸出信號以進行調節。這樣的對損耗調製的調整可通過直接測量雷射介質的狀態來完成，例如通過測量螢光或飽和狀態。該參數體現在隨後的雷射脈衝通過時預期的放大效果中，因此，雷射脈衝的輸入性能可根據所期望的參數像例如脈衝持續時間和脈衝能量通過該損耗調製而匹配於預期的放大性能。測定的螢光表示雷射介質的飽和，進而也表示在介質中的在先的放大過程和隨時間變化情況。與此相應，作為直接測量的替代或也可作為其補充，可以進行基於模型的控制，由此推導出並進而預測雷射介質狀態及其性能。此時在這樣的建模中，除了雷射介質本身外，也可以考慮其它影響，例如像雷射器諧振器的部件所引起的損耗。模型參數此時可以通過測量輸入信號和輸出信號或其它與放大相關的參數例如像螢光或飽和狀態來更新，並且模型因此按照一定的時間間隔或者連續不斷地被調整。損耗調製器和用於測量表示雷射介質的放大過程或放大能力的各參數的傳感器的精確位置此時取決於具體選擇的配置。脈衝放大器的一個典型例子表現為根據可恢復放大器原理的配置。這樣的配置例如由EP I 687 876所公開，在這裡，在諧振器內按照脈衝產生的時間標度進行損耗調製。作為其它組成部分，它包括足夠快速的損耗調製器。它可以是聲光調製器、電光調製器或起相同作用的其它合適部件。藉助該快速調製器，放大器的諧振器損耗按照本發明根據脈衝要求(如時刻和能量)被如此調節或控制，即，可反覆調用地提供具有所要求的脈衝持續時間和脈衝能量的雷射脈衝。作為控制用的反饋信號，例如可以使用對應於放大器螢光、進而對應於增益的信號。該控制例如可以基於依靠分析或經驗建立的諧振器性能模型來進行，或者也可以在使用包含表述諧振器性能的值的查詢表情況下來進行。
除了具有快速損耗調製器的再生放大器外，這樣的雷射放大系統在標準實施例中可以還具有種子振蕩器、控制/調節電子裝置並或許具有其它可選的組成部分例如另一脈衝選擇器、脈衝壓縮器和非線性轉換級。以下，將結合附圖示意所示的實施例來單純舉例詳細描述根據本發明的、用於產生具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝的雷射放大系統和基於該雷射放大系統的本發明雷射放大方法。其中圖I是本發明雷射放大系統的第一實施例的示意圖，其包括螢光監測；圖2是用於第一實施例的軟硬體組成部分的示意圖；
圖3是本發明雷射放大系統的第二實施例的示意圖，其包括基於模型計算增益；圖4是用於第二實施例的軟硬體組成部分的示意圖；圖5是根據可恢復的放大器原理的現有技術的雷射放大系統的不意圖；圖6是根據可恢復的放大器原理的本發明雷射放大系統的第三實施例的示意圖，該雷射放大系統具有螢光監測，並且作為由帶有掃描器的雷射加工設備控制的超短脈衝雷射器系統的例子；圖7是根據可恢復的放大器原理的本發明雷射放大系統的第四實施例的示意圖，該雷射放大系統具有螢光監測，並且具有用於產生高次諧波的其它組成部分；圖8示出本發明雷射放大系統的第四和第五實施例的參數概況；圖9示出在IOOkHz下且沒有根據本發明的調節時的第四實施例的放大常數和脈衝能量；
圖10表示在IOOkHz下且沒有根據本發明的調節時的第五實施例的放大常數和脈衝能量；圖11表示在經過頻率斜坡且沒有根據本發明的調節時的第四實施例的放大常數和脈衝能量；圖12表示在經過頻率斜坡且沒有根據本發明的調節時的第五實施例的放大常數和脈衝能量；圖13表示在經過頻率斜坡且具有根據本發明的調節時的第四實施例的放大常數和脈衝能量；圖14表示在經過頻率斜坡且具有本發明調節時的第五實施例的放大常數和脈衝倉;圖15表示隨機定時且無本發明調節的第四實施例的放大常數和脈衝能量；圖16表示隨機定時且無本發明調節的第五實施例的放大常數和脈衝能量；圖17表示隨機定時且具有本發明調節的第四實施例的放大常數和脈衝能量；圖18表示隨機定時且具有本發明調節的第五實施例的放大常數和脈衝能量；和圖19是按照可恢復的放大器原理的本發明雷射放大系統的第六實施例的示意圖，該雷射放大系統具有基於模型的增益計算。圖I表示具有螢光監測功能的本發明雷射放大系統的第一實施例的示意圖。在此配置結構中，通過雷射源I產生雷射脈衝，該雷射脈衝通過設置在下遊的脈衝選擇器2被有目的地選作為待放大的雷射脈衝。該雷射脈衝被引導經過雷射介質4，在那裡被放大並最終作為可反覆調用的雷射脈衝S輸出並隨後加以利用。在雷射介質4之前設有損耗調製器3，其中損耗調製器3被如此設置和連接，以使該損耗調製器通過產生損耗來調製通過雷射介質4實現的雷射脈衝的放大，從而提供具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝S。在其中一個雷射脈衝的放大過程之前，利用螢光測量機構確定雷射介質4的當前瞬時增益，由控制/調節電子裝置5通過損耗調製器3根據雷射介質4的瞬時增益來調節損耗產生。作為雷射源1，例如可以使用典型的雷射器裝置來產生皮秒脈衝或飛秒脈衝，其輸出功率為O. I至10W，重複率為10至100MHz，脈衝長度為IOOfs至10ps，波長在700nm至
I.7 μ m之間。具有這些技術數據的雷射源例如以脈衝持續時間為8至13ps的Nd:YV0雷射器形式或者以脈衝持續時間為100至400fs的Yb:KYW雷射器形式獲得。不過，相似的規格也可利用Ti :藍寶石或Cr = LiSAF雷射器(約800nm波長)或通過使用Yb或Er摻雜型光纖雷射器(1040nm或者1550nm波長)來獲得。 作為脈衝選擇器2或者損耗調製器3，可以採用現有技術的聲光調製器或電光調製器，在此也能在一個調製器中實現兩種功能性的組合。作為雷射介質4，不僅可以使用塊狀晶體(「Bulk-Kristalle」)，也可以使用光纖放大器。塊狀晶體的一個例子是使用約30mm長的Nd:YV0晶體，其用雷射二極體(100W, 880nm)被光泵浦。這樣的配置結構適用於放大ps脈衝，在這裡可以在大於200 μ J的脈衝能量下得到大於50W的輸出功率。利用光纖來實施的場合可以採用超過40cm長的且含有Yb或Er摻雜的光纖，在這裡，這樣的放大器一般用例如像在電信當中的經典的光纖來構成，或者用基於光子晶體的例如基於棒狀光纖技術的光纖來構成。光纖放大器的第一實現方式是通信中的標準技術。在那裡，通常放大大於IOps的脈衝並且使用小於IW的平均功率，但在此也可以實現具有幾瓦功能或飛秒脈衝持續時間的光纖放大器。第二實現方式尤其適用於放大脈衝持續時間小於500fs，並且可以用Yb摻雜型棒狀光纖來實現幾十瓦的輸出功率。在這兩種情況下，考慮具有幾瓦到幾百瓦功率的雷射二極體作為泵浦源。在圖2中示意示出了控制/調節電子裝置5的軟硬體組成部分，它充當用於第一實施例的螢光測量的分析計算電子裝置。通過控制/調節電子裝置5，計算出所需要的輸入能，以便通過放大和與之匹配的損耗調製來獲得規定的輸出能量。為此所需的螢光測量此時直接在雷射介質4上進行，即根據實施方式的不同，在晶體或者光纖上進行。為此，光纖將螢光從晶體傳導至光電二極體。所出現的電信號在硬體配置HW中被放大，通過模擬-數字轉換器ADC被轉換為數位訊號，並且由數位訊號處理器DSP來處理。軟體SW在數字濾波器DF中過濾信號以消減噪聲並且計算用於損耗調製器例如聲光調製器的調節信號BSS。為了補償非線性，例如AOM特性曲線，隨後將調節信號線性化。算出的數位訊號LAOM又在硬體側通過數字-模擬轉換器DAC被轉換為模擬信號，隨後被放大並通過RF驅動器來控制作為損耗調製器的AOM。圖3示意示出本發明雷射放大系統的第二實施例，其具有基於模型的增益計算。在具有與第一實施例基本相同的結構的情況下，在此實施例中，輸入能量和輸出能量是通過設於雷射介質4之前和之後的兩個光電二極體6來測量的。與第一實施例不同，在這裡，在控制/調節電子裝置5中用數字建模並計算雷射介質4的狀態及其放大倍數。在基於初始值的初次計算後，依據測得的輸入能量和輸出能量用實際實現的增益來校正模型。圖4示出了第二實施例的軟硬體組成部分的對應的示意圖。與第一實施例不同，控制/調節電子裝置5計算出雷射介質4的狀態、尤其是瞬時放大倍數。與此相關，雷射介質或許也可以是指被用於放大的多個雷射晶體。此處，在每次放大過程後，在計算模型和光學系統之間進行校正。當與控制/調節電子裝置5的相同硬體配置HW的第一實施例相比時，在軟體SW中在數字過濾DF後進行晶體狀態BKZ計算，又由此計算出用於損耗調製器的調節信號BSS並隨後加以線性化。晶體狀態BKZ計算基於晶體數字建模，對此例如可以採用針對放大倍數g和能量E的兩個微分公式，在這裡，用於具有一個或多個設於諧振器內、作為雷射介質的雷射器晶體的放大器配置的公式可表述如下
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cfii 廣；=lpam _ ^mod)⑴和⑵
C/ Ir第一公式表述4能級系統的反轉和進而放大，其與抽運的雷射能(第二公式)相關聯。具體適用以下標記g-瞬時增益或循環放大常數g0-最小信號-放大常數上雷射能級的壽命E-脈衝能量Esat-飽和能量Tk-諧振器循環時間Ipara-寄生損耗常數Inrod-可調的調製損耗開始時，第一公式針對E = O來求解，並且在每次放大過程後，根據輸入能量和輸出能量，用實際存在的放大倍數來校正模型。不過原則上，基於模型的放大倍數計算也可通過其它的測量參數像例如螢光測量來支持或補充。在圖5中作為應用場合示出包括雷射放大系統的上述類型的系統組成部件的腔體，所述雷射放大系統符合現有技術的可重建的放大器原理。來自雷射器種子源的偏振後的種子雷射脈衝通過起偏器7被輸入該配置結構，並在經過電光轉換調製器9 (如波克爾斯盒)和四分之一波片8後被反射器10反射。根據施加在電光轉換調製器9上的電壓，雷射射線的偏振面被旋轉，從而可穿過起偏器7。通過相應的開關操作，因此不僅脈衝可被輸入該配置結構中，雷射脈衝S也可被輸出。為此，電光轉換調製器9與起偏器7相關地構成一個外部可控開關，光脈衝可藉此被有選擇地輸入輸出並且諧振器品質可以得到控制。如果輸入一個脈衝且因而其被截留在諧振器裡，則該光脈衝在每次經過雷射介質4'時被放大，其中在折射反射器11上進行多次反射。雷射介質4'通過在此未示出的外部雷射二極體源被光泵浦，並且可以例如以晶體或光纖形態構成，在這裡，雷射介質4'的其中一個表面按照從現有技術中知道的方式用作諧振器反射器。在一定次數的諧振器循環和經過放大用雷射介質4』後，脈衝通過切換電光轉換調製器9所引起的偏振再次轉動而穿過起偏器7作為雷射脈衝S被輸出。在組成部件的結構和配置中，這種布置結構只是可重建放大器或再生放大器的一個例子。尤其是也可使用光纖部件來引導光。在圖6中，作為用於由包括掃描器的雷射加工設備控制的超短脈衝雷射器系統的例子，示出了本發明雷射放大系統的第三實施例。根據本發明的雷射放大系統具有原則上與圖5的現有技術例子相似的再生放大器12，其包括一個或多個放大用的雷射介質4"、包括兩個諧振器反射器10的雷射諧振器、作為起偏器7的薄膜起偏器和第一電光轉換調製器9。根據本發明，在雷射諧振器內設有至少一個第二聲光或電光損耗調製器3用於控制脈衝能損耗,從而雷射脈衝S的脈衝持續時間和/或脈衝能量可通過諧振器損耗的主動調製被改變。但是，原則上也可以採用其它調製器，即例如第三或第四調製器，或調製器組合。諧振器損耗調製此時可以通過控制或調節來完成，在現有技術中原則上提供了許多種做法用於這種控制或調節。通過這樣的諧振器損耗的控制或調節，可反覆調用地提供具有預定的脈衝重複率和/或脈衝能量的雷射脈衝，從而實現了符合應用的供應具有期望時間和能量特性的雷射脈衝S。 諧振器損耗調節的一個具體可行方案是使用一個表示放大器螢光的信號VF作為反饋信號。諧振器損耗的控制例如可以通過查詢表來進行。其它組成部分是作為雷射源I的用於提供待放大脈衝的種子振蕩器、第一和第二調製器3、9的控制/調節電子裝置5以及光隔離器13，該光隔離器13用於截止和輸出可反覆調用的雷射脈衝S，作為可加以利用的發射。圖7示出本發明雷射放大系統的另一個實施例，其具有其它的組成部分，用於產生高次諧波。此時，基本結構對應於如圖6所示的第三實施例，但在這裡，一個脈衝展寬器14設於雷射諧振器內，一個脈衝壓縮器15設於雷射諧振器外，它們允許按照在其它方面已知的現有技術方法的線性調頻的脈衝放大，就像例如從EP I 687 876中知道的那樣。通過適當配置該脈衝壓縮器15，脈衝長度可相對於種子脈衝被拉長。但原則上，脈衝展寬器也可以設置在其它地方，尤其是也在雷射諧振器之外。為了有目的地選擇並反覆調用雷射脈衝S，在隔離器13下遊設有選脈衝器或脈衝選擇器2，在此實施例中在其下遊設有非線性轉換級16，用於產生二次諧波和/或更高次諧波。作為損耗調節型再生放大器的工作的例子，數值模擬示出了 例如重複率變化如何影響到不受控制的放大器和與之相比受到控制的放大器。該模擬系統包含4個雷射晶體作為雷射介質或者說放大器介質，並且被如此設計，即，可獲得在100-3000kHz重複率時的100W及以上的放大器功率。為了說明具有損耗調製的再生放大器的情況，對公式(I)和(2)進行分析並進行數值積分。以下的圖8-圖18示出模擬狀況，用於說明兩個系統的調節的有效性，這兩個系統包括各有4個雷射晶體的雷射介質Nd = YVO4和Nd: YLF，在這裡，圖8概括地給出了相關的模擬參數。圖9和圖10分別示出在IOOkHz重複率下的用於Nd :YV0jP Nd: YLF再生放大器的脈衝能E和循環放大常數g。這些模擬用於說明動態狀況，在這裡禁用了損耗調製。在兩個模擬中的寄生損耗常數為O. 223，這相當於20%損耗。
可以清楚看到初始脈衝能量超調以及用於獲得起振狀態的時間。在NchYVO4的情況下，脈衝超調為10倍，在Nd:YLF的情況下，其因為在上雷射能級內的較長壽命和較小的放大截面而是35倍。不僅對於應用而言，而且對於放大器本身來說，這樣高的脈衝能量一般都是不可接受的，並且為了避免非線性而一般保持低於lmj。此外可以看到，在一次放大周期之前和之後的放大常數g之間的差異是相對小的，因而在放大過程中的放大常數g變化也小。在大約ImJ的抽運脈衝能量情況下，這對NdiYVO4來說相當於小於10%，對NchYLF來說約為1%。公式(2)表明，當放大常數g因其在放大過程中只有很小變化而被視為近似恆定時，公式(2)與公式(I)無關聯。現在，放大器的恆定輸出能量的一個條件可以表述如下g-lpara-lmod = k = const (3)
參數K此時扮演脈衝能量的理想參數的角色，其預設給該系統。同時，在每次放大過程之前測量瞬時增益g，這例如可以利用藉助光電二極體的放大器螢光測量來實現。最後，諧振器內部的損耗調製器Inwd被如此設定或者說控制或調節，即，滿足公式(3)並且放大器因而產生等於理想值K的能量。在調節至恆定的放大器脈衝能量的情況下，這例如在沒有對放大時間或控制極長度、泵浦條件和種子脈衝能(Seeder-Pulsenergie)做出任何改變的情況下，僅通過測量增益g和調節諧振器損耗Inrod (例如藉助AOM或Ε0Μ)來做到。現在，該放大器也可以非周期性地被隨意激發。在此情況下要注意以下幾點。一隻有當所請求的重複率小於或等於起振放大器能夠產生該能量(Inwd=O)的數值時，該調節才可保持對應於理論值K的脈衝能。但是，也可產生具有較高脈衝率的脈衝突發。一因為該調節基本上依據由單脈衝引起的可忽略不計的放大飽和，所以其品質只在由放大過程引起的小增益變化Ag時，才得以保證。圖11和圖12表示放大器系統第四和第五實施例的、在經過頻率斜坡且沒有根據本發明控制時的放大常數和脈衝能量。此時，頻率在大約4s內從3MHz變到10Hz。如明確無疑看到的那樣，放大器通過調整頻率不僅經歷了脈衝能量的顯著變化，而且也出現雙穩態區域。也存在初始脈衝超調。在圖13和圖14中示出了放大器系統第四和第五實施例的、在經過相同的頻率斜坡但具有根據本發明控制時的放大常數和脈衝能量。所設定的約100 μ J能量將被該調節很好地保持。只是對於Nd = YVO4出現小於5%的略微偏差。在此放大器中的可抽運功率為大約100W，所以在頻率諧波起點即3MHz處的脈衝能量不對應於用於放大器起振狀態的能量。但是，可以通過該調節來保持該能量，直到頻率降低到小於IMHz。也能充分修正初始脈衝能量超調。圖15和圖16示出放大器系統第四實施例的、在沒有本發明調節時且具有隨機定時的放大常數和脈衝能。如所期待的那樣，兩個放大器對於時間任意的脈衝請求序列相應地以混沌方式做出反應。而所調節出的大約100 μ J能量在本發明調節中得以良好保持，如圖17和圖18所示。只是對於Nd = YVO4出現了脈衝噪聲略微增大。該構想可如此按照本發明來改進，也可以在容許極限範圍內調節能量的理想值參數K，由此除了按照時間的「按需脈衝」功能外，也可以自由選擇脈衝能量。圖19示意示出按照可恢復的放大器原理的本發明雷射放大系統的第六實施例，該雷射放大系統具有基於模型的增益計算。該雷射器配置原則上對應於第三實施例，但在這裡沒有使用螢光測量機構。而是在光隔離器13之前，通過分光鏡輸出由雷射源I所產生的雷射束的一部分，並通過第一光電二極體6來測量作為輸入能量的脈衝能量。其測量方式與通過第二光電二極體6在光隔離器後測量可反覆調用的雷射脈衝S的能量的方式相同。晶體狀態計算基於晶體的數字建模，並且根據圖4所示的做法來進行，但在這裡，設於諧振器內的其它部件的貢獻部分例如像由轉換調製器9產生的損耗也可被加以考慮和建模。為了進一步改善基於模型的控制，也可以在光路內或者說諧振器內的其它位置進行附加的脈衝能量測量。原則上，用於抑制脈衝超調的所述機理與放大介質的實施方式無關。尤其是，具有放大用雷射介質和/或其它功能部件的所述雷射放大系統的實現根據本發明能以光纖結 構形式來實現。
權利要求
1.一種用於產生可反覆調用的雷射脈衝(S)的雷射放大系統，其至少包括 -雷射源(I)，尤其是帶有設置在下遊的脈衝選擇器(2)，用以有針對性地選擇待放大的雷射脈衝； -雷射介質(4，4")，其用於放大由該雷射源所產生的雷射脈衝； -尤其是聲光或電光的損耗調製器(3), 其中該損耗調製器(3)如此設置和轉換操作，即，該損耗調製器通過產生損耗來調製該雷射脈衝的通過該雷射介質(4，4")的放大，從而提供具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝(S)， 其特徵在於， 在針對其中一個雷射脈衝的放大過程之前，確定該雷射介質(4，4")的當前瞬時增益，並且該損耗調製器(3)的損耗產生是根據該雷射介質(4，4")的瞬時增益來調節或控制的。
2.根據權利要求I所述的雷射放大系統，其特徵在於，所述雷射放大系統具有控制器組成部分，該控制器組成部分基於該雷射介質(4，4")狀態的模型、尤其是數字模型來計算該雷射介質(4，4")的實際狀態。
3.根據權利要求2所述的雷射放大系統，其特徵在於，所述雷射放大系統具有測量電路，該測量電路測量在放大過程之前和之後的雷射脈衝的能量。
4.根據前述權利要求之一所述的雷射放大系統，其特徵在於，該損耗產生是依據查詢表來控制的。
5.根據權利要求I所述的雷射放大系統，其特徵在於，所述雷射放大系統具有螢光測量機構，所述螢光測量機構用於根據對該雷射介質(4，4")螢光的測量來確定該雷射介質(4，4")的增益，以便尤其用於通過代表放大器螢光的反饋信號(VF)來調節所述損耗產生。
6.根據前述權利要求之一所述的雷射放大系統，其特徵在於，該雷射放大系統具有再生放大器，其至少包括 -具有至少一個諧振器反射器(10)的雷射諧振器，和 -開關裝置，其包括至少一個起偏器(7)尤其是薄膜起偏器和尤其為電光的轉換調製器(9)，所述開關裝置尤其是包括用於該轉換調製器(9)和該損耗調製器(3)的控制/調節電子裝置(5)。
7.根據前述權利要求之一所述的雷射放大系統，其特徵在於，所述雷射放大系統具有脈衝壓縮器(15)和脈衝展寬器(14)。
8.根據前述權利要求之一所述的雷射放大系統，其特徵在於，所述雷射放大系統具有非線性的光學轉換級(16)，尤其用於產生二次諧波或三次諧波。
9.根據前述權利要求之一所述的雷射放大系統，其特徵在於，至少放大用的該雷射介質是按照光纖結構形式構成的。
10.一種用於產生具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝(S)的雷射放大方法，其至少包括 雷射源(I)； 雷射介質(4，4")，其用於放大由雷射源產生的雷射脈衝， 尤其是聲光的或電光的損耗調製器(3), 並且所述方法至少包括 -由該雷射源產生待放大的雷射脈衝，尤其從所產生的許多脈衝中選擇該雷射脈衝； -通過該雷射介質(4，4")放大該雷射脈衝； -提供經過放大的雷射脈衝，作為可反覆調用的雷射脈衝(S)， 其中，該損耗調製器(3)通過產生損耗來調製該雷射脈衝的通過該雷射介質(4，4")的放大，從而提供具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝(S)，其特徵在於， 在雷射脈衝放大之前，確定該雷射介質(4，4")的當前瞬時增益，並且通過該損耗調製器(13)的損耗產生是依據該雷射介質(4，4")的瞬時增益來調節或控制的。
11.根據權利要求10所述的雷射放大方法，其特徵在於，該雷射介質(4，4")的瞬時增益是依據該雷射介質(4，4")狀態的模型來計算的。
12.根據權利要求11所述的雷射放大方法，其特徵在於，該雷射介質(4，4")的瞬時增益通過數值求解以下微分公式來確定 dg _g0-g gE dt 一 tl EsJr dl _;ηJ4 — ΓΤ ρα α mod/ Λ Tr 下列符號分別表示 g瞬時增益 go小信號-增益常數 τ L上雷射能級的壽命 E脈衝能量 Esat飽和能 Te諧振器循環時間 Ipara寄生損耗常數 Imod可調的調製損耗。
13.根據權利要求10至12之一所述的雷射放大方法，其特徵在於，損耗產生的控制是通過查詢表來完成的。
14.根據權利要求10至13之一所述的雷射放大方法，其特徵在於，在放大過程之前和之後測量該雷射脈衝的能量，並且結合所算出的實際瞬時增益的匹配來調整所述模型。
15.根據權利要求10所述的雷射放大方法，其特徵在於，該雷射介質(4，4")的瞬時增益是通過測量該雷射介質(4，4")的螢光來確定的，尤其是損耗產生的調節是通過代表放大器螢光的反饋信號(VF)來進行的。
全文摘要
本發明涉及一種用於產生可反覆調用的雷射脈衝(S)的雷射放大系統，其至少包括雷射源(1)，尤其是帶有設置在下遊的脈衝選擇器(2)，用以有針對性地選擇待放大的雷射脈衝；雷射介質(4″)，其用於放大由該雷射源所產生的雷射脈衝；和損耗調製器(3)，該損耗調製器(3)如此設置和轉換操作，即，該損耗調製器通過產生損耗來調製該雷射脈衝的通過該雷射介質(4″)的放大，從而提供具有預定的脈衝持續時間和/或脈衝能量的可反覆調用的雷射脈衝(S)。在此，在針對其中一個雷射脈衝的放大過程之前，確定該雷射介質(4″)的當前瞬時增益，並且通過該損耗調製器(3)獲得的損耗產生是根據該雷射介質(4″)的瞬時增益來調節或控制的。
文檔編號H01S3/107GK102782965SQ201180009645
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年2月17日
發明者J·邁耶, 馬克西米利安·約瑟夫·萊德勒 申請人:高質雷射有限公司