[发明专利]具有啁啾脉冲放大和修整脉冲序列的超短脉冲激光源

说明书

一种激光器系统及方法。在一个示例中，所述激光器系统包括：光脉冲展宽器，配置为展宽输入脉冲的输入序列的脉冲持续时间以产生经展宽的激光脉冲的序列；脉冲复制器模块，配置为提高所述经展宽的激光脉冲的序列的脉冲重复率以产生经修改的激光的脉冲序列；光纤功率放大器，配置为放大经修改的脉冲序列以产生经放大的激光脉冲；以及脉冲压缩器，所述脉冲压缩器在时间上压缩所述经放大的激光脉冲以产生经放大和压缩的激光脉冲。所述系统还可以包括：非线性频率转换级，包括至少一个非线性晶体。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2019年1月31日提交的题目为“ULTRASHORT PULSE LASER SOURCEWITH CHIRPED PULSE AMPLIFICATION AND TAILORED PULSE TRAIN”的美国临时专利申请序列n_o.62/799492、以及2019年6月21日提交的题目为“ULTRASHORT PULSE LASER SOURCEWITH CHIRPED PULSE AMPLIFICATION AND TAILORED PULSE TRAIN”的美国专利申请序列no.62/864834。

技术领域

技术领域总体涉及激光器系统，更具体地涉及能够利用高重复率的超短脉冲生成具有高平均功率的激光的激光器系统。

背景技术

激光器被用在很多不同的工业应用中，一些激光器系统能够在一个装置中执行多个材料加工任务，例如，切割、钻孔、测量和/或焊接。具有较短波长、较短脉冲持续时间和高光束质量的激光器系统在微机械加工应用中变得越来越重要，在所述微机械加工应用中，逐渐变得更小且更复杂的几何结构需要更复杂的制造工艺。由紫外线(UV)激光器系统提供的较短的波长和较小的光斑尺寸允许较高的空间分辨率以及加工透明材料和反光材料的能力。在UV波长下可获得的较高的能量吸收连同较短的脉冲宽度也使热影响区(HAZ)和其他热效应(例如，炭化)最小化。用于生成UV激光的传统方法包括使用昂贵且承受较高维护成本的准分子激光器。

发明内容

根据一个或多个实施例，提供了一种激光器系统。所述激光器系统包括：光脉冲展宽器，配置为展宽输入脉冲的输入序列的脉冲持续时间以产生展宽的激光脉冲的序列；脉冲复制器模块，光耦合到所述光脉冲展宽器并且配置为提高经展宽的激光脉冲的序列的脉冲重复率以产生激光的经修改的脉冲序列；光纤功率放大器，光耦合到所述脉冲复制器模块并且配置为放大经修改的脉冲序列以产生经放大的激光脉冲；以及脉冲压缩器，光耦合到所述光纤功率放大器并且配置为在时间上压缩所述经放大的激光脉冲以产生经放大和压缩的激光脉冲。

根据一个示例，所述脉冲复制器模块包括：至少两个熔融光纤光耦合器，所述至少两个熔融光纤光耦合器包括输入熔融光纤光耦合器；输出熔融光纤光耦合器；以及至少一个光纤延迟线，设置在所述输入熔融光纤光耦合器与所述输出熔融光纤光耦合器之间。根据另一示例，所述脉冲复制器模块包括：多个级，每一级均包括光纤延迟线使得每个后续级将时间延迟引入所述经修改的脉冲序列，并且，在所述输出熔融光纤光耦合器的输出端提供经时间延迟的复制脉冲的序列作为所述经修改的脉冲序列。在一个示例中，在每个后续级处，时间延迟以预定量增加或减少。在另一示例中，用于所述多个级中的至少一级的预定量的时间延迟与用于其他级的预定量的时间延迟不同。

根据一个示例，所述输入脉冲的输入序列具有小于1纳秒的初始脉冲持续时间和至少1兆赫(MHz)的初始脉冲重复率。在另一示例中，所述光脉冲展宽器被配置为将所述初始脉冲持续时间展宽到几纳秒量级上的脉冲持续时间，并且所述经放大和压缩的激光脉冲具有短于所述初始脉冲持续时间的脉冲持续时间。根据另一示例，所述脉冲复制器模块被配置为：将所述经展宽的激光脉冲的序列的脉冲重复率提高到几十MHz级别和几GHz级别。

在一个示例中，所述激光器系统还包括：被动锁模激光源，配置为生成所述输入脉冲的输入序列。