光放大器系統(tǒng)及具有受限的脈沖能量的脈沖激光的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于放大激光脈沖的光放大器系統(tǒng)，其包括能夠接收一待放大激光脈沖束且產(chǎn)生一經(jīng)放大激光脈沖束的一固態(tài)光增益介質(zhì)及限制通過在此光增益介質(zhì)中光激勵(lì)所儲存的能量的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，此等限制構(gòu)件包括：一連續(xù)諧振腔；及第一光分離構(gòu)件，其能夠?qū)⒋诉B續(xù)諧振腔分成一共同部分及一損耗分支，該共同部分包括該光增益介質(zhì)且該損耗分支包括光損耗構(gòu)件，此光分離構(gòu)件能夠選擇性地將一脈沖束引導(dǎo)至該連續(xù)諧振腔的此損耗分支的光軌道外且朝向該連續(xù)諧振腔的此損耗分支引導(dǎo)一連續(xù)束。
【專利說明】光放大器系統(tǒng)及具有受限的脈沖能量的脈沖激光
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及以脈沖模式操作激光及光放大器。更具體言之，本發(fā)明涉及一種放大 器或一種脈沖激光，其中最大儲存及/或產(chǎn)生的能量限于一預(yù)定值。本發(fā)明較佳涉及一種 棒型光纖放大器或激光。
【背景技術(shù)】
[0002] 存在自一激光系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖輻射的許多方式。容易區(qū)別直接產(chǎn)生周期性脈沖序列 的振蕩器與增大別處產(chǎn)生的脈沖能量的放大器。脈沖激光系統(tǒng)廣泛用于尤其是加工、標(biāo)記、 雕刻各種材料及為其打孔的行業(yè)中。在所有此等應(yīng)用中，使用者希望僅在待加工的工件居 中于激光束時(shí)觸發(fā)脈沖的發(fā)射。因此，該系統(tǒng)在停止階段與一脈沖或一系列脈沖以一高速 率發(fā)射的發(fā)射階段之間交替。此等發(fā)射階段與停止階段是在范圍可從數(shù)微秒至數(shù)分鐘的量 級且以極多變頻率交替。
[0003] 在此等停止階段及起動(dòng)階段期間，因用于此等激光的增益介質(zhì)限制能量儲存能力 而在所有固態(tài)激光系統(tǒng)中出現(xiàn)一問題。多數(shù)現(xiàn)代固態(tài)激光將連續(xù)激光二極管用作為一激勵(lì) 源。在一振蕩器的情況下，一激光材料插入一諧振器中且自一或多個(gè)激勵(lì)激光二極管接收 永久性輻射。該諧振器也含有能夠阻止或允許激光發(fā)射通過的一光開關(guān)。在一持續(xù)時(shí)間T1 期間，該開關(guān)保持在一阻止位置中以使該激光材料充滿能量。在此周期結(jié)束時(shí)，該開關(guān)突然 開啟且發(fā)射出一短激光脈沖。來自該經(jīng)發(fā)射激光脈沖的能量是與儲存在激光介質(zhì)中的能量 成比例。該等脈沖激光經(jīng)設(shè)計(jì)使得在一激勵(lì)周期期間儲存且因此由該脈沖發(fā)射的能量不會 超過激光組件的損壞臨限值。
[0004] 一固態(tài)激光通常具有一熒光時(shí)間，該熒光時(shí)間近似對應(yīng)于在其期間能夠儲存能量 的時(shí)間且遠(yuǎn)長于在兩個(gè)靜止的連續(xù)脈沖發(fā)射之間經(jīng)過的時(shí)間。例如，YAG中的釹離子的熒 光時(shí)間是近似200 μ s且玻璃中的鐿離子的熒光時(shí)間是近似1200 μ s。此等持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)長于 通常以自10kHz至數(shù)MHz的速率操作的脈沖激光的典型周期。根據(jù)重復(fù)頻率，一脈沖序列 激光的兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間T1因此通常低于100 μ s且可低于1 μ s。
[0005] 當(dāng)用戶停止激光發(fā)射時(shí)，開關(guān)保持在阻止位置中。然而，隨著泵以連續(xù)模式操作， 該開關(guān)繼續(xù)使增益介質(zhì)充滿能量。當(dāng)用戶決定使用激光時(shí)，其打開開關(guān)且該激光發(fā)射具有 可遠(yuǎn)大于靜止模式的能量的一脈沖。在固態(tài)激光中此巨大的第一脈沖現(xiàn)象是熟知的且已提 議許多解決方案以嘗試處理該現(xiàn)象。
[0006] 另一方面，使用者可能希望在維持一恒定脈沖能量的同時(shí)實(shí)時(shí)修改脈沖頻率。在 脈沖觸發(fā)應(yīng)與一工件的移位同步時(shí)尤為如此。在該工件的加速階段及減速階段期間，脈沖 頻率應(yīng)隨可超過十之一倍數(shù)而改變。接著，儲存時(shí)間永久性地改變且變得不可能在增益介 質(zhì)中保持一恒定能量。
[0007] 在專利US5226051中，提議一種固態(tài)激光，其中當(dāng)兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間 超過一特定上限值時(shí)，激勵(lì)功率減小。以此方式，儲存在激光介質(zhì)中的能量限于對應(yīng)于靜止 模式的值。只有在可快速調(diào)變激光二極管時(shí)才可應(yīng)用此解決方案，但用于激勵(lì)固態(tài)激光的 多數(shù)功率二極管并非如此。此外，快速調(diào)變由一激光二極管發(fā)射的功率大大減小其使用壽 命且造成其發(fā)射波長變化，從而引起激光脈沖波動(dòng)。最后，此系統(tǒng)僅以一預(yù)定義速率進(jìn)行操 作。
[0008] 專利US6038241描述一種固態(tài)激光，其包括電子控制其損耗以維持在增益介質(zhì)中 (由經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的量給定的）一能量位準(zhǔn)接近靜止位準(zhǔn)的一光開關(guān)。過剩能量是以具有 與脈沖激光束相同的幾何特性的一連續(xù)束的形式排空。此系統(tǒng)具有若干缺點(diǎn)：其需要復(fù)雜 的控制電子裝置，其需要提前知道使用者中斷后的脈沖頻率，且其產(chǎn)生與主脈沖束方向相 同、波長相同及偏光相同的一連續(xù)激光束。
[0009] 專利文件W0 2004/095657描述一種用于在一固態(tài)激光中維持一恒定熱透鏡的類 似系統(tǒng)。
[0010] 專利US6009110提供一種基于一類似操作模式但適于具有波長轉(zhuǎn)換的內(nèi)腔的激 光的電子系統(tǒng)的另一實(shí)例。
[0011] 專利文件W0 2008/060407描述一種整合一電光偏光修改系統(tǒng)及一復(fù)雜的電子系 統(tǒng)以在中斷激光脈沖發(fā)射后消除第一脈沖（超強(qiáng)度）的再生放大器。此再生放大器包括一 激光腔及一電光調(diào)變器，從而使其可能將在外部產(chǎn)生的一脈沖注入該腔中且接著在大量脈 沖通過該腔后噴射經(jīng)放大脈沖。
[0012] 此等不同系統(tǒng)可與經(jīng)觸發(fā)激光或再生放大器一起操作但是并不適于一單信道或 雙信道放大器的情況。先前裝置使用具有一光開關(guān)放置在諧振器中的復(fù)雜控制模式。該 等裝置也可造成發(fā)射與激光脈沖束共線的一連續(xù)激光束，此可能對使用者而言是不可接受 的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 本發(fā)明的一第一目的是防止光纖放大器系統(tǒng)的組件將過多能量儲存在增益介質(zhì) 中。秉持此目的，本發(fā)明尋求不管激勵(lì)功率、不管重復(fù)頻率及不管連續(xù)脈沖序列之間的中斷 持續(xù)時(shí)間是多少仍限制儲存在一光纖增益介質(zhì)中的能量。因此，本發(fā)明尋求限制在中斷一 激光脈沖序列發(fā)射后一第一激光脈沖的能量。
[0014] 本發(fā)明的一第二目的是不管脈沖頻率、兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的中斷持續(xù)時(shí)間及/或 激勵(lì)功率是多少，確保經(jīng)遞送脈沖能量仍為常數(shù)。
[0015] 本發(fā)明的目的是糾正先前技術(shù)的缺點(diǎn)且更具體言之涉及一種用于放大激光脈沖 的光放大器系統(tǒng)，此光放大器系統(tǒng)包括：一固態(tài)光增益介質(zhì)，且此光增益介質(zhì)能夠接收一待 放大激光脈沖束且產(chǎn)生一經(jīng)放大激光脈沖束，此等脈沖的速率是1kHz到數(shù)百kHz之間；及 用于限制通過在此光增益介質(zhì)中光激勵(lì)所儲存的能量的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，此等限制構(gòu)件 包括：一連續(xù)諧振腔，其配置在此光增益介質(zhì)周圍；及第一光分離構(gòu)件，其配置在此連續(xù)諧 振腔中，此第一光分離構(gòu)件能夠?qū)⒋诉B續(xù)諧振腔分成一共同部分及一損耗分支，該共同部 分包括該光增益介質(zhì)且該損耗分支包括光損耗構(gòu)件，此第一光分離構(gòu)件能夠選擇性地將一 脈沖束引導(dǎo)至該連續(xù)諧振腔的此損耗分支的光軌道外且朝向該連續(xù)諧振腔的此損耗分支 引導(dǎo)一連續(xù)束，以當(dāng)該增益介質(zhì)的增益大于或等于與光損耗相等的一預(yù)定臨限值時(shí)在此連 續(xù)諧振腔中產(chǎn)生一連續(xù)激光束且產(chǎn)生脈沖能量受限的一經(jīng)放大脈沖束，此光增益介質(zhì)需要 對該經(jīng)放大脈沖束及該連續(xù)激光束而言是唯一的一傳播軸。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一特定態(tài)樣，本發(fā)明的光放大器系統(tǒng)也包括能夠?qū)⒋私?jīng)放大脈沖束 與連續(xù)激光束空間上分離的一第二光分離構(gòu)件，光增益介質(zhì)擱置在第一光分離構(gòu)件與該第 二光分離構(gòu)件之間，以沿一第一方向產(chǎn)生能量受限的一經(jīng)放大脈沖束且沿另一方向產(chǎn)生一 連續(xù)激光束。
[0017] 根據(jù)一較佳形式的實(shí)施例，此光增益介質(zhì)包括一光纖或一光纖棒，在該增益介質(zhì) 中連續(xù)激光束及脈沖束的軌道是共線的，且此光纖或此光纖棒具有光譜寬度大于或等于 lnm的放大帶寬或放大增益。
[0018] 根據(jù)特定態(tài)樣，此第一光分離構(gòu)件及/或該第二光分離構(gòu)件包括能夠?qū)⒁徊ㄩL λ 1的激光脈沖束與一波長λ 2的連續(xù)激光束分離的至少一雙向色濾光器。
[0019] 根據(jù)另一特定態(tài)樣，第二光分離構(gòu)件包括一偏光濾光器及/或此第一光分離構(gòu)件 包括一偏光濾光器，此偏光濾光器能夠?qū)⒏鶕?jù)一第一偏光的激光脈沖束與根據(jù)與該第一偏 光不同的一第二偏光的連續(xù)激光束分離。
[0020] 根據(jù)一較佳態(tài)樣，可調(diào)整此光損耗構(gòu)件引發(fā)的光損耗以調(diào)整連續(xù)諧振腔的臨限 值。
[0021] 本發(fā)明也涉及一種具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其包括：一固態(tài)光增益介質(zhì)，其配置在 一第一諧振腔中；光觸發(fā)構(gòu)件，其配置在此第一諧振腔中以觸發(fā)在此第一諧振腔中發(fā)射一 激光脈沖束，此等脈沖束的速率是1kHz到數(shù)百kHz之間；及限制通過在此光增益介質(zhì)中光 激勵(lì)所儲存的能量的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，此激光包括：一第二連續(xù)諧振腔，該第一諧振腔及 該第二連續(xù)諧振腔具有包括該光增益介質(zhì)及該光觸發(fā)構(gòu)件的一共同部分，該第一諧振腔具 有與此共同部分分離的至少一第一分支，且該第二諧振腔具有與此共同部分分離的至少一 第二損耗分支，此第二損耗分支包括光損耗構(gòu)件；及第一光分離構(gòu)件，其配置在此第一諧振 腔及第二諧振腔中以分別使該共同部分與該第一損耗分支及該第二損耗分支分離，此第一 光分離構(gòu)件能夠朝向該第一諧振腔的第一分支引導(dǎo)一激光脈沖束且朝向該第二連續(xù)諧振 腔的第二損耗分支引導(dǎo)一連續(xù)激光束。
[0022] 根據(jù)一特定形式的實(shí)施例，此光觸發(fā)構(gòu)件包括一聲光調(diào)變器（偏光或非偏光）或 一電光調(diào)變器。
[0023] 根據(jù)一較佳形式的實(shí)施例，此光增益介質(zhì)包括一光纖或一光纖棒，此光纖或此光 纖棒具有光譜寬度大于或等于lnm的一放大帶寬及/或一放大增益。
[0024] 根據(jù)脈沖激光的一特定態(tài)樣，第二光分離構(gòu)件包括一雙向色濾光器及/或此第一 光分離構(gòu)件包括一雙向色濾光器，此雙向色濾光器能夠?qū)⒁徊ㄩLλ 1的激光脈沖束與一波 長λ 2的連續(xù)激光束分離。
[0025] 根據(jù)另一形式的實(shí)施例，第二光分離構(gòu)件包括一偏光濾光器及/或此第一光分離 構(gòu)件包括一偏光濾光器，此偏光濾光器能夠?qū)⒏鶕?jù)一第一偏光的激光脈沖束與根據(jù)與該第 一偏光不同的一第二偏光的連續(xù)激光束分離。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的不同態(tài)樣，此等光觸發(fā)構(gòu)件包括Q開關(guān)型被動(dòng)觸發(fā)器或一非偏光聲 光調(diào)變器或一聲光調(diào)變器。
[0027] 根據(jù)一特定態(tài)樣，可調(diào)整此等損耗構(gòu)件以調(diào)整連續(xù)諧振腔的臨限值。
[0028] 根據(jù)另一特定態(tài)樣，第二光分離構(gòu)件包括一非線性晶體，該非線性晶體能夠以與 輸出取決于入射波長及/或入射偏光及/或入射峰值功率的基波不同的一頻率產(chǎn)生一波。
[0029] 本發(fā)明也涉及一種根據(jù)所描述實(shí)施例模式之一的經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光及使用一能 量限制器的光放大器，該系統(tǒng)包括通過閉合該經(jīng)觸發(fā)脈沖激光的第一諧振腔的至少一光構(gòu) 件分離的兩個(gè)增益介質(zhì)，其中由第二連續(xù)諧振腔產(chǎn)生的連續(xù)激光束橫越第二增益介質(zhì)。
[0030] 本發(fā)明也涉及一種用于高功率、高能量以及高速激光（10)脈沖放大器的程序，該 程序包含下列階段：
[0031] 光學(xué)激勵(lì)一固態(tài)增益介質(zhì)（1);
[0032] 產(chǎn)生待放大激光脈沖束（10)于一速率在1kHz到數(shù)百kHz之間；
[0033] 指派該待放大激光脈沖束（10)于固態(tài)增益介質(zhì)（1)的方向上；
[0034] 通過在固態(tài)增益介質(zhì)（1)中的單一或雙通道放大的激光脈沖束（10)，如此以產(chǎn)生 經(jīng)放大激光脈沖束（20)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，此程序包含能量限制階段，其通過光學(xué)激勵(lì)而被儲存于光學(xué)增益介 質(zhì)（1)中，此限制階段包含下列階段：
[0036] 形成包含固態(tài)增益介質(zhì)（1)的連續(xù)諧振腔，如此以當(dāng)該增益介質(zhì)（1)的增益大于 或等于與光損耗相等的一預(yù)定臨限值時(shí)在此連續(xù)諧振腔（C2)中產(chǎn)生一連續(xù)激光束且產(chǎn)生 脈沖能量受限的一經(jīng)放大脈沖束（20)。
[0037] 本發(fā)明將尤其有利地應(yīng)用于一光纖脈沖激光。
[0038] 本發(fā)明也涉及在下文描述中提出且應(yīng)被視為獨(dú)立于或根據(jù)所有其技術(shù)上可能的 組合的特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039] 在僅為闡釋及非限制性目的而參考隨附圖式給出的本發(fā)明的一或多個(gè)特定形式 的實(shí)施例的描述中，本發(fā)明將被更好地了解且本發(fā)明的其他目的、細(xì)節(jié)、特性及優(yōu)點(diǎn)將顯得 更加清楚。
[0040] 圖1是分別根據(jù)一外部觸發(fā)器的時(shí)間及脈沖（中間圖脈沖）的經(jīng)激發(fā)離子的粒子 數(shù)（上圖曲線）以及來自先前技術(shù)的一脈沖激光中的激光脈沖（下圖脈沖）的能量的演進(jìn) 的一不意圖；
[0041] 圖2是一光增益介質(zhì)或脈沖激光中的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的限制的原理的一示意圖；
[0042] 圖3是根據(jù)一第一形式的實(shí)施例的整合一能量限制器的具有一單通道的一光放 大器的一不意圖；
[0043] 圖4是根據(jù)另一形式的實(shí)施例的整合一能量限制器的具有一單通道的一光放大 器的一不意圖；
[0044] 圖5是根據(jù)圖4的實(shí)施例形式的一變體的一光纖放大器的一示意圖；
[0045] 圖6是根據(jù)一第二形式的實(shí)施例的整合一能量限制器的一雙通道光放大器的一 示意圖；
[0046] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一第三形式的實(shí)施例的包括具有互連腔的能量限制器的一 脈沖激光的一不意圖；
[0047] 圖8是根據(jù)圖7的一變體的包括具有互連腔的能量限制器的一脈沖激光的一示意 圖；
[0048] 圖9是根據(jù)圖8的一變體的至光纖的一脈沖激光的一示意圖；
[0049] 圖10是根據(jù)另一形式的實(shí)施例的整合多個(gè)光增益介質(zhì)的一系統(tǒng)的一示意圖；
[0050] 圖11是根據(jù)圖10的一變體的整合多個(gè)光增益介質(zhì)的一系統(tǒng)的一示意圖；
[0051] 圖12根據(jù)另一形式的實(shí)施例的使用一聲光調(diào)變器的能量受限的一脈沖激光的一 示意圖；
[0052] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的一較佳形式的實(shí)施例的能量受限的一脈沖激光的一示意 圖；
[0053] 圖14表示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例形式的由激光產(chǎn)生的中值功率的一組量測，該 中值功率系施加至激勵(lì)二極管的電流及經(jīng)引發(fā)損耗的位準(zhǔn)的一函數(shù)；
[0054] 圖15A及圖15B表示以不同激光操作速率的一激光脈沖序列。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 本發(fā)明依賴于使用一種使得可在連續(xù)光激勵(lì)期間當(dāng)能量儲存在一固態(tài)增益介質(zhì) 中時(shí)消除該能量的「溢流」的裝置。
[0056] 更確切言之，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，較佳是被動(dòng)的，使得可將由一經(jīng)觸發(fā)振蕩器或 一放大器產(chǎn)生的脈沖能量限于一可調(diào)整值。該裝置可用于消除一脈沖系統(tǒng)中的一脈沖序列 的第一脈沖，以便以隨機(jī)可變頻率下產(chǎn)生恒定能量脈沖或限制自一光放大器產(chǎn)生的傳出能 量及避免在最終應(yīng)用中有任何損壞。
[0057] 為了簡化說明，我們將首先描述在一放大器中的裝置操作。后文描述在一激光諧 振腔中的操作。
[0058] 圖1是根據(jù)在一光增益介質(zhì)中根據(jù)時(shí)間分布的瞬時(shí)觸發(fā)（觸發(fā)脈沖30)的經(jīng)激發(fā) 離子（曲線33)的粒子數(shù)時(shí)間的演進(jìn)的一示意圖。已知通過觸發(fā)形成脈沖的一激光振蕩器 所產(chǎn)生的一脈沖的能量E是與在光開關(guān)觸發(fā)前儲存在該增益介質(zhì)中的能量成比例。當(dāng)該觸 發(fā)是周期性地進(jìn)行時(shí)，如圖1所示前五個(gè)脈沖達(dá)到一靜止?fàn)顟B(tài)。在該增益介質(zhì)中激發(fā)的粒 子數(shù)是在值nf與ni之間振蕩。脈沖34的能量E是與差ni-nf成比例。在一系列脈沖后， 我們假定使用者在一標(biāo)準(zhǔn)操作時(shí)間前的一長時(shí)間期間停止發(fā)射脈沖，且經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)增大 至其飽和的值n￥ 0當(dāng)觸發(fā)恢復(fù)時(shí)，經(jīng)發(fā)射第一脈沖35因?yàn)榇藰O大的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)儲存在激 光介質(zhì)中而具有大得多的能量。同樣地，若連續(xù)觸發(fā)脈沖30之間的周期改變，則經(jīng)發(fā)射脈 沖34的能量Ε成比例地改變。該等經(jīng)發(fā)射的高能脈沖34存在損壞尤其具有一放大光纖或 一光纖棒的增益介質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0059] 本發(fā)明的目的是為了維持一最大經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)等于低于最大位準(zhǔn)η￥的一預(yù)定義 位準(zhǔn)。圖2說明本發(fā)明中使用的原理。由曲線31及33以及經(jīng)發(fā)射脈沖35表示根據(jù)先前 技術(shù)的一脈沖激光的操作模式。以一觸發(fā)速率，經(jīng)激發(fā)離子的粒子數(shù)是在值nf與ni之間 振蕩（曲線31)。若該觸發(fā)速率減小，則激勵(lì)時(shí)間增大且該經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)增大至介質(zhì)的飽和 值（曲線33)。此存在觸發(fā)一超強(qiáng)度脈沖35發(fā)射的風(fēng)險(xiǎn)。我們希望不管激光速率是多少， 仍將經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的位準(zhǔn)限于一預(yù)定義值（如曲線32所示）。在此情況下，經(jīng)發(fā)射脈沖34 的能量限于（由曲線32定義的）經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的此最大位準(zhǔn)。為了獲得此限制效果，我們 在互連于主腔中的一激光腔中使用一持續(xù)效果激光。一連續(xù)激光大致于腔中的增益恰好等 于腔的損耗的一操作很快地穩(wěn)定。此操作點(diǎn)對應(yīng)于達(dá)到臨限值所需的粒子數(shù)字準(zhǔn)，因?yàn)樵?益是與經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)成正比例。通過改變連續(xù)激光中的損耗的位準(zhǔn)，接著可能調(diào)整激光介 質(zhì)的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)及調(diào)整脈沖放大的限制位準(zhǔn)ni。
[0060] 我們現(xiàn)將描述在圖3示意性所示的一單信道放大器中此原理的使用。我們考慮一 種連續(xù)激勵(lì)的光增益介質(zhì)1。在圖3及下文中，未展示連續(xù)激勵(lì)源。在增益介質(zhì)1中經(jīng)激發(fā) 離子的粒子數(shù)隨著激勵(lì)持續(xù)時(shí)間而增大直至飽和值為止。當(dāng)一激光脈沖入射在該增益介質(zhì) 1上時(shí)，該激光脈沖是通過受激發(fā)射而放大且引起在該增益介質(zhì)中經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)減小。經(jīng)放 大脈沖的能量是與儲存在該介質(zhì)中的能量成比例。如結(jié)合圖1所說明，在根據(jù)先前技術(shù)觸 發(fā)的一激光中，當(dāng)激勵(lì)時(shí)間改變時(shí)，該等經(jīng)放大脈沖的能量成比例地改變。該等經(jīng)放大脈沖 的能量可超過放大器損壞臨限值。該等經(jīng)放大脈沖的過剩能量對不管入射脈沖的重復(fù)速率 是多少仍希望一恒定能量的使用者而言也可為一問題。本發(fā)明提議如圖3所示的一第一特 定形式的實(shí)施例。一激光振蕩器12用于產(chǎn)生待放大激光脈沖10。兩個(gè)脈沖10的分隔時(shí) 間可大比例改變但是使用者希望從放大鏈中獲得一恒定能量。待放大脈沖10是入射在一 光增益介質(zhì)1上。一濾光器7及一濾光器8定位在該增益介質(zhì)1的各側(cè)上。該濾光器7及 該濾光器8能夠有利地過濾一光束的偏光或波長。（以一直線所不的）一激光腔或諧振器 C2是由兩面鏡M5及M6形成，該兩面鏡的至少一者是部分反射的。該光增益介質(zhì)1定位在 已知諧振器C2內(nèi)部。一可調(diào)整損耗系統(tǒng)9插入此諧振器C2中而非待放大脈沖10或經(jīng)放 大脈沖20的光軌道上。此可調(diào)整損耗系統(tǒng)可例如由與可能與濾光器7不同或相同的一偏 光器相關(guān)聯(lián)的一四分之一波片9組成。對由此單元通過調(diào)整由偏光器定義的偏光方向及該 四分之一波片的慢軸方向形成的角度而引起的損耗進(jìn)行調(diào)整?？捎欣厥乖撍姆种徊ㄆ?的旋轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)化。在另一實(shí)施例中，損耗系統(tǒng)也可由以透明材料的一片組成，其中可修改束的 表面與軸之間的角度。此片的反射率隨著入射角而改變，因此可調(diào)節(jié)來自腔C2的損耗。該 片可與一或多層一起處理以突出此可變反射率效果。
[0061] 當(dāng)放大器1的激勵(lì)時(shí)間增大時(shí)，此放大器1的增益增大直至該放大器增益等于腔 C2中的損耗為止。接著，一連續(xù)激光振蕩是在鏡M5與M6之間產(chǎn)生且維持經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)為 對應(yīng)于該連續(xù)激光腔C2的振蕩臨限值的值。當(dāng)由振蕩器12發(fā)射的一脈沖到達(dá)該放大器1 中時(shí)，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于此臨限值的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)及其放大后的能量不會超過由裝置9的損耗設(shè) 定的一上限值。
[0062] 在一較佳形式的實(shí)施例中，光增益介質(zhì)1是具有一寬增益帶寬的一增益介質(zhì)，此 意謂著能夠可能以一不同增益將一脈沖束放大至一第一波長λ 1且將一連續(xù)激光束放大 至λ 1的一第二不同波長λ 2。較佳地，該光增益介質(zhì)1是具有一寬增益光譜帶（較佳大 于或等于lnm)的一光纖或一光纖棒。該光纖或光纖棒增益介質(zhì)通常具有一弱的橫越空間 效力。接著，在該光纖或光纖棒增益介質(zhì)中該脈沖束及該連續(xù)激光束是共線。有利地，濾光 器7及8是例如能夠傳輸波長λ 1的一脈沖束且反射波長λ 2的一連續(xù)激光束的波長濾光 器，波長λ 1及λ 2位于該增益介質(zhì)的增益頻帶中。在此特定情況下，該增益介質(zhì)1無法保 持偏光且待放大束10無需偏光。
[0063] 在圖4所示的另一形式的實(shí)施例中，鏡Μ5及Μ6并入濾光器7及8中。接著，此等 濾光器7及8是在正入射角下操作。該等鏡Μ5、Μ6的至少一者應(yīng)具有小于1的一反射率。 此等濾光器7、8的各者可例如由反射波長λ 2的光且透射任何其他波長尤其是λ 1的一大 型布拉格（Bragg)網(wǎng)絡(luò)組成。接著，根據(jù)相同軸發(fā)射兩個(gè)連續(xù)及脈沖束。接著，該等束被另 一光譜濾光器22分離，其可是一簡單雙向色鏡或在非零入射角外運(yùn)作的另一大型布拉格 網(wǎng)絡(luò)或以窄于λ 1與λ2之間的間隔的一光譜接受的一諧波產(chǎn)生模塊?？衫缤ㄟ^改變布 拉格網(wǎng)絡(luò)7、8的一者的溫度而調(diào)整腔C2中的損耗調(diào)節(jié)。該溫度的此一變化將使該網(wǎng)絡(luò)的 反射率曲線稍微光譜移位。對應(yīng)于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)Μ5及Μ6的最大反射的波長不再準(zhǔn)確對應(yīng)，從 而造成在腔C2中有損耗。位移越大，則損耗越大。
[0064] 在圖5所示的一特定形式的實(shí)施例中，濾光器7及8可通過采取例如光纖布拉格 網(wǎng)絡(luò)的形式而整合或焊接至放大光纖1，該等濾光器7及8的至少一者具有低于100 %的一 反射率。接著，選擇與待放大脈沖的波長不同的網(wǎng)絡(luò)7及8的反射波長。因此，此兩個(gè)布拉 格網(wǎng)絡(luò)形成一腔C2,例如通過調(diào)整該兩個(gè)布拉格光纖網(wǎng)絡(luò)的一者的溫度而調(diào)整該腔C2的 損耗。因此，在增益介質(zhì)1中的增益超過由兩個(gè)布拉格網(wǎng)絡(luò)7、8引起的損耗時(shí)，此腔C2可 立即發(fā)射波長λ 2的一連續(xù)輻射。
[0065] 在圖6所示的另一形式的實(shí)施例中，在雙通道中使用光增益介質(zhì)1。一偏光器13 放置在振蕩器12與該光增益介質(zhì)1之間的光路徑上。該偏光器13是例如一偏光分離立方 體。一四分之一波片15及一鏡Μ5放置在該增益介質(zhì)1后面。待放大脈沖序列10根據(jù)一 偏光而在該放大器1中形成一第一通道且根據(jù)相同傳播但在相反方向上且以一垂直偏光 而形成一第二通道。該偏光器13使待放大的入射脈沖束10與經(jīng)放大脈沖束20分離。如 以圖3的實(shí)施例形式，一諧振腔C2在端處具有一鏡Μ5及一鏡Μ6且包括寬增益帶寬增益介 質(zhì)1。該諧振腔C2也包括一光損耗系統(tǒng)9。一濾光器7配置在諧振腔C2中在增益介質(zhì)1 與該光損耗系統(tǒng)9之間使得該光損耗系統(tǒng)9不在待放大脈沖10或經(jīng)放大脈沖20的光軌道 上。該濾光器7是能夠?qū)⒁坏谝徊ㄩLλ 1與一第二波長λ 2分離的一濾光器。因此，該濾光 器7將該諧振腔C2分成一共同部分及包括該損耗系統(tǒng)的一分支。該共同部分包括該增益 介質(zhì)1。在該共同部分中，連續(xù)激光束及脈沖的光軌道是共線的。鏡Μ5能夠反射波長λ 1 及λ2的兩個(gè)連續(xù)及脈沖束。在該諧振腔C2的損耗分支中僅傳播一連續(xù)激光束11。較佳 地，使用一可調(diào)整光損耗系統(tǒng)9。該光損耗系統(tǒng)9可例如由一片組成，該片是由其至該連續(xù) 激光束11的軸的角度可改變的玻璃或任何其他透明材料組成。通過調(diào)整該光損耗系統(tǒng)9 的損耗位準(zhǔn)，可調(diào)節(jié)該諧振腔C2以限制儲存在該增益介質(zhì)1中的能量而不影響待放大脈沖 束的傳播。
[0066] 可容易地將來自本發(fā)明的裝置的使用延伸至一短脈沖激光。問題是類似的。為 此，我們提議互連兩個(gè)激光諧振器，其等共享相同增益介質(zhì)1。圖7展示一短脈沖激光中的 本發(fā)明的另一形式的實(shí)施例的一功能圖。該光增益介質(zhì)1被形成（由一虛線所示）一第一 諧振腔C1或第一激光腔的端的兩面鏡M2及M3環(huán)繞。該兩面鏡（M2或M3)的一者是部分 反射的。該第一諧振腔C1進(jìn)一步包括一光開關(guān)4,該光開關(guān)4可是能夠修改一光束的方向 的一聲光型開關(guān)或能夠修改一光束的偏光的一電光開關(guān)。在整個(gè)激勵(lì)周期期間，該光開關(guān) 4保持一固定狀態(tài)，在此期間我們希望限制能量。根據(jù)本發(fā)明，我們將建置通過兩個(gè)端面鏡 Μ5及Μ6閉合的一第二諧振腔C2 (由一直線所示），該兩個(gè)端面鏡的至少一者是半反射的以 提取連續(xù)激光束。該兩個(gè)諧振腔C1及C2共享相同光增益介質(zhì)1。一光損耗系統(tǒng)9配置在 屬于該第二腔C2且不是該第一腔C1的一部分的一分離的分支開關(guān)中。一濾光器7將諧振 腔C2分成包括該增益介質(zhì)1的一共同部分及包括該光損耗系統(tǒng)9的一損耗分支。在該共 同部分的另一端中，一濾光器8使波長λ?的一束與波長λ2的一束分離。當(dāng)該開關(guān)4阻 止在第一腔C1中發(fā)射激光脈沖時(shí)，在該增益介質(zhì)1中經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)增大直至此介質(zhì)中的增 益等于該腔C2的損耗為止。在該增益介質(zhì)1的增益達(dá)到該第二腔C2的損耗位準(zhǔn)時(shí)，該第 二腔C2立即自動(dòng)設(shè)定至連續(xù)激光且由光激勵(lì)系統(tǒng)提供的任何額外能量被轉(zhuǎn)至由該第二腔 C2發(fā)射的連續(xù)激光束上。有利地，一可調(diào)整損耗系統(tǒng)9是在該第二腔C2中用于調(diào)節(jié)損耗位 準(zhǔn)及因此增益介質(zhì)1中的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的最大位準(zhǔn)。該可調(diào)整損耗系統(tǒng)可由一偏光器（其 是與放置在鏡M5與該偏光器之間的一四分之一波片相關(guān)聯(lián)）或一偏光器及放置在該濾光 器7與該偏光器之間的一二分之一波片或具有一可變?nèi)肷浣堑囊粏蝹€(gè)玻璃片組成。
[0067] 如以結(jié)合圖3描述的實(shí)施例形式，濾光器7及8較佳是具有能夠?qū)⒁坏谝徊ㄩLλ 1 的一脈沖束與一第二不同波長λ2的一連續(xù)激光束分離的一波長的濾光器。光增益介質(zhì)1 能夠可能以一不同增益放大該第一波長λ 1的一脈沖束及該第二不同波長λ 2的一連續(xù)激 光束。該光增益介質(zhì)1較佳是具有一寬增益帶寬（較佳大于或等于lnm)的一光纖或一光 纖棒。
[0068] 具有各種優(yōu)點(diǎn)或缺點(diǎn)的許多變體是可能的。特定言之，存在使得可產(chǎn)生兩個(gè)諧振 腔C1及C2而不引起該腔C1的過大損耗的組件7及/或8,該兩個(gè)諧振腔C1及C2的至少 一物理性質(zhì)是不同的。在一光纖或光纖棒增益介質(zhì)中，該等光組件7及/或8也分別確保 在該兩個(gè)諧振腔C1及C2共享的光增益介質(zhì)1中脈沖束的光學(xué)路徑及連續(xù)激光束的光學(xué)路 徑是共線的。
[0069] 根據(jù)一第一變體（參考圖8)，組件8放置在諧振腔C1及C2外部，鏡M6形成該等 諧振腔C1及C2共享的一出口端。該組件8使得可將連續(xù)激光束11的發(fā)射方向與經(jīng)放大 脈沖束20 (其是使用者關(guān)注的主束）的發(fā)射方向分離。因此，該連續(xù)激光束11是在與激光 脈沖束20不同的一方向上發(fā)射。該連續(xù)激光束11的輻射可達(dá)到一極高功率位準(zhǔn)，但是可 經(jīng)誘捕以避免影響脈沖束20的使用。應(yīng)注意該組件8可在反射時(shí)、在透射時(shí)或在吸收時(shí)起 作用。
[0070] 我們提議能量限制器的一特定操作模式，此使得可確保由激光發(fā)射的脈沖具有由 使用者設(shè)定的一最大能量且也消除寄生連續(xù)束而主脈沖束也不產(chǎn)生損耗。
[0071] 為了獲得互連且獨(dú)立的兩個(gè)腔Cl、C2,我們提議使用能夠?qū)⒕哂幸坏谝徊ㄩLλ 1 的一束與具有一不同波長λ 2的一束分離的波長濾光器7及8。在此情況下，該第一諧振腔 C1是以由該等濾光器7及8透射的一第一波長λ 1的激光照射且該第二諧振腔C2是以由 該等濾光器7及8反射的一不同波長λ 2的激光照射。該波長濾光器7可放置在增益介質(zhì) 1與腔底層鏡M2之間的任何地方。
[0072] 主脈沖束是在鏡M2與M3之間振蕩且可由開關(guān)4以一可變速率脈沖傳輸。連續(xù)激 光束是在鏡Μ5與M3之間振蕩。
[0073] 在一特定操作模式中，由一或多個(gè)激光二極管連續(xù)激勵(lì)光增益介質(zhì)1。開關(guān)4用 于阻止在鏡M2與M3之間發(fā)射激光脈沖。儲存在該介質(zhì)1中的經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)逐漸增大。一 旦該粒子數(shù)達(dá)到對應(yīng)于由鏡Μ5及Μ6形成的第二諧振腔C2中的激光效果的臨限值的位準(zhǔn)， 立即發(fā)射一連續(xù)激光束。接著，該經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)通過該連續(xù)激光效果而恒定地維持為此值。 一旦使用者通過移動(dòng)該開關(guān)4而觸發(fā)腔C1，具有波長λ 1的一激光脈沖是形成在該腔C1中 且由該腔C1發(fā)射。波長濾光器8使得可將該波長λ 1的脈沖束與該波長λ 2的連續(xù)激光 束分離且將該波長λ2的連續(xù)激光束排斥在主脈沖束的軌道外。
[0074] 以一替代或補(bǔ)充方式，可能考慮在第一諧蕩腔C1中及/或在第二諧振腔C2中使 用偏光性質(zhì)。接著，該裝置是在一經(jīng)偏光激光的情況下操作。在該第一腔及/或該第二諧 振腔的分離部分上，可能放置允許該兩個(gè)諧振腔根據(jù)兩種偏光狀態(tài)（例如，針對該第一諧 振腔C1的水平偏光及針對該第二諧振腔C2的垂直偏光）而起作用的一偏光組件。接著， 主脈沖束（虛線）水平偏光且連續(xù)激光束（直線）垂直偏光。
[0075] 此外，用于調(diào)節(jié)經(jīng)激發(fā)粒子數(shù)的限制位準(zhǔn)的裝置可由一四分之一波相位片組成， 其定向經(jīng)調(diào)節(jié)使得當(dāng)與一偏光器相關(guān)聯(lián)時(shí)，該相位片引發(fā)必要損耗以設(shè)定增益介質(zhì)1可儲 存的最大粒子數(shù)字準(zhǔn)。也可能使用一部分反射鏡M5以大致調(diào)適損耗位準(zhǔn)且使用相位片裝 置及偏光器以改善調(diào)整。
[0076] 以圖9所示的一替代方式，濾光器7及/或8可由光纖布拉格網(wǎng)絡(luò)組成。形成腔 C1的反射器M2及M3也可任一者或兩者皆是布拉格光纖式網(wǎng)絡(luò)。該腔C1是由布拉格鏡M2 及M3形成且自開關(guān)4產(chǎn)生脈沖。一旦增益介質(zhì)1中的增益超過一預(yù)設(shè)臨限值，由網(wǎng)絡(luò)7及 8形成的腔C2立即發(fā)射一不同波長的一連續(xù)輻射。
[0077] 在圖10所示的一特定組態(tài)中，可能使用本發(fā)明的標(biāo)的以限制在整合多個(gè)光增益 介質(zhì)的一系統(tǒng)中產(chǎn)生的脈沖的能量。一標(biāo)準(zhǔn)情況包括在由鏡M2及M3組成的一激光腔中使 用一第一光增益介質(zhì)1以產(chǎn)生一大致脈沖輻射，接著使用一第二光增益介質(zhì)23以放大此輻 射。能量限制器裝置借助于鏡M5及M3而整合至形成一第二腔的第一諧振器中，但是當(dāng)儲 存在該第一光增益介質(zhì)1中的能量超過由使用者設(shè)定的限制時(shí)由腔C2產(chǎn)生的連續(xù)輻射11 保持在待放大脈沖福射20共享的一傳播軸上。為此，在該放大器1與該放大器23之間不 應(yīng)存在第二濾光器8。因此，該連續(xù)激光束11入射在該第二增益介質(zhì)23上且被放大。其提 取儲存在此第二增益介質(zhì)23中的能量的部分，從而限制此第二增益介質(zhì)23中經(jīng)放大脈沖 的能量。一濾光器8可在該第二增益介質(zhì)23后面引進(jìn)以使由該腔C2產(chǎn)生接著被放大器放 大的連續(xù)輻射與由腔C1產(chǎn)生并被該放大器放大的脈沖輻射分離。
[0078] 在圖10的一第一形式的實(shí)施例中，可能使用腔C1及C2所共享的一鏡M3。
[0079] 在圖11中的一第二形式的實(shí)施例中，鏡M3僅反射脈沖波20且透射連續(xù)波11。接 著，借助于定位在第二增益介質(zhì)23后面且通過濾光器8而與輻射20分離的鏡M5及一鏡M6 而形成腔C2。再者，該濾光器8及該鏡M6可被米取例如一布拉格鏡或一雙向色鏡的形式的 一單個(gè)組件取代。
[0080] 在一特定形式的實(shí)施例中，第二濾光器8是由可自一基頻波產(chǎn)生適當(dāng)波長的一諧 波輻射的一非線性晶體組成。在此晶體中獲得的轉(zhuǎn)換結(jié)果將使產(chǎn)生于腔C1的波的偏光、波 長及峰值功率優(yōu)化且因此將遠(yuǎn)弱于產(chǎn)生于腔C2的波。此系統(tǒng)未區(qū)別分別產(chǎn)生于腔C2及 C1的連續(xù)波與脈沖波，但是通過轉(zhuǎn)換結(jié)果而在不同方向上朝向一不同波長的一波引導(dǎo)該等 波。特定言之，該非線性晶體可是經(jīng)大小調(diào)整以產(chǎn)生第二基波諧波的一晶體。此晶體可是 例如 LB0、ΚΤΡ、ΒΒ0 或 LiNb03 的一晶體。
[0081] 圖12提議一特定形式的實(shí)施例，其中鏡M2被一繞射網(wǎng)絡(luò)22取代且開關(guān)是一聲光 調(diào)變器14。該繞射網(wǎng)絡(luò)22具有低于兩階聲光調(diào)變器之間的繞射角度的一接受角度。接著， 當(dāng)該聲光調(diào)變器處于通過位置中時(shí)，由該聲光調(diào)變器14繞射主脈沖束10。第一諧振腔C1 的端是鏡M3及繞射網(wǎng)絡(luò)22。一脈沖激光脈沖束是在該第一諧振腔C1中振蕩。為了阻止該 第一諧振腔C1，該聲光調(diào)變器14的命令信號設(shè)定為零且光不再繞射。通過將一鏡M5放置 在該繞射網(wǎng)絡(luò)22后面，形成具有鏡M5及鏡M3作為端的一第二諧振腔C2。當(dāng)該聲光調(diào)變 器14處于阻止位置中時(shí)，激光脈沖10無法在增益介質(zhì)1中放大。當(dāng)該增益介質(zhì)1的激勵(lì) 繼續(xù)時(shí)，一連續(xù)激光束11可形成在該第二諧振腔C2中。該繞射網(wǎng)絡(luò)22選擇為極具角度選 擇性以反射由該聲光調(diào)變器繞射的一束且以透射由該聲光調(diào)變器透射的一束。在此形式的 實(shí)施例中，該聲光調(diào)變器用于在該第一腔C1中引導(dǎo)該脈沖束且在該第二腔C2中引導(dǎo)連續(xù) 激光束。以與先前實(shí)施例模式類似的一方式，該第二諧振腔C2包括較佳可調(diào)整以調(diào)整該第 二激光腔的臨限值的一光損耗系統(tǒng)9。一對濾光器7及8使得可通過一光學(xué)特性（波長、偏 光或任何其他特性）而區(qū)別連續(xù)束11與主束10或20且使該傳出的連續(xù)激光束11與該激 光脈沖束20分離。該濾光器7用于要求該腔C2以Λ波長2的激光照射以能夠被該濾光 器8所排斥。在無該濾光器7的情況下，C2將以增益峰值的激光輻射且存在被該濾光器8 透射的風(fēng)險(xiǎn)。同樣地，若7及8是偏光器，則其等應(yīng)經(jīng)定向使得C1及C2以彼此垂直的偏光 的激光照射。
[0082] 在圖13所示的一變體中，繞射網(wǎng)絡(luò)22被具有一定尺寸的一鏡M2取代使得該鏡M2 能夠反射由聲光調(diào)變器繞射的一束同時(shí)允許連續(xù)束11通過至該側(cè)或該鏡M2而不被反射。 [0083] 激光增益介質(zhì)1是呈一介質(zhì)結(jié)晶或玻璃或光纖固態(tài)。一特定情況是使用一棒型光 纖。在特定模式的實(shí)施例中，該光纖是能夠傳播一偏光而不變換其的一光纖。在一光纖的 情況下，可通過垂直于光纖的軸拋光或割開放大器光纖1的出口面而形成兩個(gè)諧振腔C1及 C2共享的出口鏡Μ3、Μ6 (參考圖8)。接著，該等腔C1及C2合并在該鏡Μ6與濾光器7之間 且與在該濾光器7與鏡M2之間或在該濾光器7與鏡Μ5之間不同。
[0084] 圖13表示本發(fā)明的一較佳形式的實(shí)施例，其中一脈沖激光是由插入一第一諧振 腔C1中的一 "棒型"光纖組成，該第一諧振腔C1是由一端處的一鏡M2及在另一端處垂直 于束拋光的該光纖的面M3形成。該第一諧振腔C1是由一聲光調(diào)變器14觸發(fā)且包括后面 是一鏡M2的一濾光器7偏光器。一第二諧振腔C2的端是光纖的面M3及作為具有約4% 的一反射系數(shù)的部分反射反射器Μ5的玻璃片9。增益介質(zhì)1是由一連續(xù)激光二極管激勵(lì)。 發(fā)射速率設(shè)定為10kHz。
[0085] 當(dāng)施加在激勵(lì)二極管上的電流I逐漸增大時(shí)，由激光產(chǎn)生的功率P幾乎呈線性增 大（圖14上的黑方塊）。功率曲線停止在對應(yīng)于作為光纖的損壞臨限值的650 μ J至10kHz 的值6. 5W?？梢娫诖藢?shí)例中若用戶繼續(xù)增大激勵(lì)電流，則該激光將損壞。
[0086] 接著，通過將一偏光濾光器放置在聲光調(diào)變器及腔底層鏡之間及將一反射器9放 置在由偏光器反射的束上而引進(jìn)在本發(fā)明中描述的裝置。運(yùn)用具有等于4%的一反射系數(shù) 的一反射器9,產(chǎn)生圖14上的黑圈。據(jù)觀察根據(jù)18安培的一激勵(lì)電流I，激光功率P飽和 且脈沖能量E變得獨(dú)立于激勵(lì)功率。也應(yīng)注意通過將該反射系數(shù)改變成8% (圖14中朝上 的三角形）或30% (圖14中朝下的三角形），可能改變飽和位準(zhǔn)。此飽和的說明是對第二 諧振腔C2的激光效果的臨限值。超過此臨限值，所有補(bǔ)充的激勵(lì)功率傳送至連續(xù)束上且不 再至激光束上。因此，存在經(jīng)發(fā)射脈沖的能量的限制。
[0087] 一額外試驗(yàn)是通過以200W的一極高功率激勵(lì)上述激光而完成。使用4%的一反 射器的裝置是在適當(dāng)位置中。接著，我們通過改變聲光調(diào)變器的命令信號而改變激光速率。 在缺乏一限制器的情況下，此一激光應(yīng)獨(dú)立于該速率而產(chǎn)生近似100W或2kHz的50mJ及 10kHz的10mJ。此等值是理論的，因?yàn)槠涞确謩e比光纖的損壞臨限值高50倍及10倍。在缺 乏一限制器的情況下，因此不可能在修改范圍在自2kHz至數(shù)百kHz的速率的同時(shí)維持200W 的一激勵(lì)功率。當(dāng)引進(jìn)該限制器時(shí)，分別對于5kHz的經(jīng)觸發(fā)脈沖30的一速率獲得來自圖 15A的脈沖能量曲線34及對于80kHz的經(jīng)觸發(fā)脈沖30的一速率獲得圖15B的脈沖能量曲 線34。應(yīng)注意不管該速率是2kHz與80kHz之間的何值，脈沖能量（峰值高度）仍維持幾乎 恒定。此證明不管兩個(gè)脈沖之間的激勵(lì)時(shí)間是多少，本發(fā)明仍限制由激光遞送的能量。 [0088] 本發(fā)明使得可限制累積在意欲于放大光脈沖的一光增益介質(zhì)中的能量且不管該 等脈沖的頻率是多少及不管兩個(gè)連續(xù)脈沖序列之間的中斷持續(xù)時(shí)間是多少仍使其可調(diào)節(jié) 該等經(jīng)放大脈沖的能量。
[0089] 本發(fā)明使得可產(chǎn)生能量受限于一預(yù)定程度的激光脈沖束，其不相關(guān)于脈沖持續(xù) 率，當(dāng)該增益介質(zhì)是大于或是等于一預(yù)定臨界值時(shí)，其是通過產(chǎn)生一連續(xù)射束與激光脈沖 同時(shí)發(fā)射。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于放大高功率、高能量以及高速脈沖的激光脈沖（10)的光放大器系統(tǒng)，此光 放大器系統(tǒng)包括： 一固態(tài)光增益介質(zhì)（1)，此光增益介質(zhì)（1)能夠接收一待放大激光激光脈沖束（10)且 產(chǎn)生一經(jīng)放大激光脈沖束（20)，此等激光脈沖束（10、20)的速率是1kHz到數(shù)百kHz之間， 及 限制通過在此光增益介質(zhì)（1)中光激勵(lì)所儲存的能量的構(gòu)件， 其特征在于： 此等限制構(gòu)件包括：一連續(xù)諧振腔（C2)，其配置在該光增益介質(zhì)（1)周圍；及第一光分 離構(gòu)件（7、14)，其等配置在此連續(xù)諧振腔（C2)中，此等光分離構(gòu)件（7、14)能夠?qū)⒋诉B續(xù)諧 振腔（C2)分成一共同部分及一損耗分支，該共同部分包括該光增益介質(zhì)（1)且該損耗分支 包括光損耗構(gòu)件（9)，此等第一光分離構(gòu)件（7、14)能夠選擇性地將一脈沖束引導(dǎo)至該連續(xù) 諧振腔（C2)的此損耗分支的光軌道外且朝向該連續(xù)諧振腔（C2)的此損耗分支引導(dǎo)一連續(xù) 束，以當(dāng)該增益介質(zhì)（1)的增益大于或等于與光損耗相等的一預(yù)定臨限值時(shí)在此連續(xù)諧振 腔（C2)中產(chǎn)生一連續(xù)激光束（11)且產(chǎn)生脈沖能量受限的一經(jīng)放大脈沖束（20)，且 其中該光增益介質(zhì)（1)需要對該連續(xù)激光束（11)及該經(jīng)放大激光脈沖束（20)而言是 唯一的一傳播軸。
2. 如權(quán)利要求1的光放大器系統(tǒng)，其也包括能夠?qū)⒋私?jīng)放大脈沖束（20)與該連續(xù)激 光束（11)空間上分離的第二光分離構(gòu)件（8)，該光增益介質(zhì)（1)配置在該等第一光分離構(gòu) 件（7、14)與該第二光分離構(gòu)件（8)之間，以沿一第一方向產(chǎn)生能量受限的一經(jīng)放大脈沖束 (20)且沿另一方向產(chǎn)生一連續(xù)激光束（11)。
3. 如權(quán)利要求1或2的光放大器系統(tǒng)，其中此光增益介質(zhì)（1)包括一光纖或一光纖棒， 在該增益介質(zhì)（1)中該連續(xù)激光束及該脈沖束的軌道是共線的，此光纖或此光纖棒具有光 譜寬度大于或等于lnm的一放大帶寬或一放大增益。
4. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的放大器系統(tǒng)，其中該等第一光分離構(gòu)件（7、14)及/或 該第二光分離構(gòu)件（8)包括能夠?qū)⒁徊ㄩLλ 1的該激光脈沖束與一波長λ 2的該連續(xù)激光 束（11)分離的至少一雙向色濾光器。
5. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的放大器系統(tǒng)，其中該第二光分離構(gòu)件（8)包括一偏光 濾光器及/或其中此等第一光分離構(gòu)件（7、14)包括一偏光濾光器，此偏光濾光器能夠?qū)?根據(jù)一第一偏光的該激光脈沖束與根據(jù)與該第一偏光不同的一第二偏光的該連續(xù)激光束 (11)分離。
6. 如權(quán)利要求1的放大器系統(tǒng)，其中可調(diào)整該光損耗構(gòu)件（9)的經(jīng)引發(fā)光損耗以調(diào)整 該連續(xù)諧振腔（C2)的臨限值。
7. -種具有高功率、高能量以及高速脈沖的經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，該經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光 包括： 一固態(tài)光增益介質(zhì)（1)，其位于一第一諧振腔（C1)中， 光觸發(fā)構(gòu)件（4、14)，其等配置在此第一諧振腔中以觸發(fā)在此第一諧振腔（C1)中發(fā)射 一激光脈沖束，此等激光脈沖束（10、20)的速率是1kHz到數(shù)百kHz之間，及 限制通過在此光增益介質(zhì)（1)中光激勵(lì)所儲存的該能量的構(gòu)件（9、M5、M6)， 其特征在于此激光包括： 一第二連續(xù)諧振腔（C2)，該第一諧振腔（Cl)及該第二連續(xù)諧振腔（C2)具有包括該光 增益介質(zhì)（1)及該光觸發(fā)構(gòu)件（4)的一共同部分，該第一諧振腔（C1)具有與此共同部分分 離的至少一第一分支，且該第二諧振腔（C2)具有與此共同部分分離的至少一第二損耗分 支，此第二損耗分支包括該光損耗構(gòu)件（9)，及 第一光分離構(gòu)件（7、14)，其等配置在此第一諧振腔及第二諧振腔（Cl、C2)中以分別 使該共同部分與該第一損耗分支及該第二損耗分支分離，此等第一光分離構(gòu)件（7、14)能 夠朝向該第一諧振腔（C1)的該第一分支引導(dǎo)一激光脈沖束且朝向來自該第二連續(xù)諧振腔 (C2)的該第二損耗分支引導(dǎo)一連續(xù)激光束。
8. 如權(quán)利要求7的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其中此光學(xué)觸發(fā)構(gòu)件（4)包括一聲光調(diào)變 器（偏光或非偏光）或一電光調(diào)變器。
9. 如權(quán)利要求7或8的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其中此光增益介質(zhì)（1)包括一光纖或 一光纖棒，此光纖或此光纖棒（1)具有光譜寬度大于或等于lnm的一放大帶寬及/或一放 大增益。
10. 如權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其中該第二光分離構(gòu)件（8) 包括一雙向色濾光器及/或其中此等第一光分離構(gòu)件（7、14)包括一雙向色濾光器，此雙向 色濾光器能夠?qū)⒁徊ㄩLλ 1的該激光脈沖束與一波長λ 2的該連續(xù)激光束分離。
11. 如權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其中該第二光分離構(gòu)件（8) 包括一偏光濾光器及/或其中此等第一光分離構(gòu)件（7、14)包括一偏光濾光器，此偏光濾光 器能夠?qū)⒏鶕?jù)一第一偏光的該激光脈沖束與根據(jù)與該第一偏光不同的一第二偏光的該連 續(xù)激光束分離。
12. 如權(quán)利要求7到11中任一項(xiàng)的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光，其中可調(diào)整此等損耗構(gòu)件 以調(diào)整該連續(xù)諧振腔的臨限值。
13. 如權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光及/或光放大器，其中該第 二光分離構(gòu)件包括一非線性晶體，該非線性晶體能夠以與效能取決于入射波長及/或入射 偏光及/或入射峰值功率的基波不同的一頻率產(chǎn)生一波。
14. 如權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)的具有經(jīng)觸發(fā)脈沖的激光及使用一能量限制器的光放 大器，其特征在于： 該系統(tǒng)包括通過閉合該經(jīng)觸發(fā)脈沖激光的該第一諧振腔（C1)的至少一光組件分離的 兩個(gè)增益介質(zhì)， 其中由該第二連續(xù)諧振腔（C2)產(chǎn)生的該連續(xù)激光束橫越該第二增益介質(zhì)。
15. -種用于高功率、高能量以及高速激光（10)脈沖放大器的程序，該程序包含下列 階段： 光學(xué)激勵(lì)一固態(tài)增益介質(zhì)（1); 產(chǎn)生待放大激光脈沖束（10)于一速率在1kHz到數(shù)百kHz之間； 指派該待放大激光脈沖束（10)于固態(tài)增益介質(zhì)（1)的方向上； 通過在固態(tài)增益介質(zhì)（1)中的單一或雙通道放大的激光脈沖束（10)，如此以產(chǎn)生經(jīng)放 大激光脈沖束（20)， 此程序包含能量限制階段，其通過光學(xué)激勵(lì)而被儲存于光學(xué)增益介質(zhì)（1)中， 其特征在于，此限制階段包含下列階段： 形成包含固態(tài)增益介質(zhì)（1)的連續(xù)諧振腔，如此以當(dāng)該增益介質(zhì)（1)的增益大于或等 于與光損耗相等的一預(yù)定臨限值時(shí)在此連續(xù)諧振腔（C2)中產(chǎn)生一連續(xù)激光束且產(chǎn)生脈沖 能量受限的一經(jīng)放大脈沖束（20)。
【文檔編號】H01S3/067GK104160566SQ201380008579
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】法藍(lán)柯司·沙林, 朱里安·沙比 申請人:伊歐萊特系統(tǒng)公司