发明名称 自我种源之单频固态环雷射,及单频雷射喷击方法及使用此方法之系统
摘要 一种取得具一单波长输出脉冲之操作雷射方法,包含使一内腔损耗感应在一雷射共振器内,该损耗为将来自泵激源之能量正储存在增益媒体中期间防止振荡之量。以来自泵激源之能量在增益媒体中建立增益,直到在共振器中形成一单频缓和振荡脉冲。一检测到缓和振荡脉冲之点击后,即降低诸如藉Q开关切换之内腔损耗,俾能在一单频下以一输出脉冲形式从共振器输出储存在增益媒体中之所建立之增益。控制一可电控式输出耦合器加以影响输出脉冲特性。在一主振荡器功率放大器架构中,雷射是作为一主振荡器用。这雷射是供雷射喷击用。
申请公布号 TWI244814 申请公布日期 2005.12.01
申请号 TW093112757 申请日期 2004.05.06
申请人 金属进步股份有限公司;加州大学董事会 发明人 布兰特 丹恩;洛依德 哈可;弗利兹 哈里斯
分类号 H01S3/11 主分类号 H01S3/11
代理机构 代理人 林志刚 台北市中山区南京东路2段125号7楼
主权项 1.一种操作雷射以取得具单一波长之雷射辐射的输出脉冲之方法,此雷射包含一共振器,一位在共振器内部之增益媒体及一泵激源,该方法包含:使内腔损耗感应在共振器内,该损耗为将来自泵激源之能量正储存在增益媒体中期间防止振荡之量;以来自增益媒体中泵激源之能量建立增益,直到在共振器中形成一单频缓和振荡脉冲;以及一检测到缓和振荡脉冲后,降低共振器中所感应之内腔损耗,俾能从共振器输出储存在增益媒体中之所建立增益,作为单频输出脉冲。2.如申请专利范围第1项之方法,其中增益媒体包含掺杂钕之固态材料,且单频大概为1.05微米。3.如申请专利范围第1项之方法,其中,该泵激源包含一光能量源。4.如申请专利范围第1项之方法,其中,该泵激源包含一闪光灯。5.如申请专利范围第1项之方法,其中,该泵激源包含一或更多雷射二极体。6.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一Q开关和极化器,且该下降包含控制Q开关。7.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一以电控式包格尔电池,且该下降包含控制包格尔电池。8.如申请专利范围第1项之方法,包含藉重复该感应,建立及减降步骤,产生脉冲振幅和脉冲宽度实质上为固定之多数输出脉冲。9.如申请专利范围第1项之方法,其中,输出脉冲之宽度小于30奈秒,全宽,最大値一半。10.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一输出耦合器,该输出耦合器具一可控制之反射率,并包含控制输出耦合器之反射率加以建立预期之脉冲宽度。11.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一输出耦合器,该输出耦合器包含一极化分光束器,并包含藉控制共振器内部之极化加以控制输出耦合器之反射率。12.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一含极化分光束器之输出耦合器,且该感应内腔损耗包含设定由极化分光束器所传输之内腔光线量。13.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一含极化分光束器之输出耦合器,且该感应内腔损耗包含在共振器中插入一极化旋转元件,设定由极化分光束器所传输之光线量。14.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含电控式之包格尔电池,且共振器包含一输出耦合器,该输出耦合器包含一极化分光束器,并包含利用包格尔电池,藉控制共振器内部之极化加以控制输出耦合器之反射率。15.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一电控式之包格尔电池,且该减降包含控制施加至包格尔电池之电压脉冲,且其中,共振器包含一输出耦合器,该输出耦合器包含一极化分光束器,并包含控制在该减降期间施加至包格尔电池之电压脉冲加以控制输出耦合器之反射率。16.如申请专利范围第1项之方法,包含在发生小于这种脉冲之平均尖峰功率5%之点处,于缓和振荡脉冲尖峰前检测到缓和振荡脉冲之始。17.如申请专利范围第1项之方法,包含在发生小于这种脉冲之平均尖峰功率1%之点处,于缓和振荡脉冲尖峰前检测到缓和振荡脉冲之点击。18.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一Q开关及一极化器,且其包含检测缓和振荡之点击,且这减降包含为回应在缓和振荡脉冲尖峰之前所检测之点击,施加一控制讯号至Q开关。19.如申请专利范围第1项之方法,包含将一光圈定位在共振器内,允许输出脉冲中为一单横互模式。20.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一具有奇数反射镜之环。21.如申请专利范围第1项之方法,其中,共振器包含一环,其包含在具有作为一光二极体组件之环内一方向中之抑制振荡。22.一种雷射系统,包含:其包含一输出耦合器之雷射共振器;一共振器中之Q开关;一共振器中之增益媒体;一与增益媒体耦合加以泵激增益媒体之能量源;一与共振器耦合加以检测共振器中振荡能量检测器;以及一耦合至能量源之控制器,Q开关及检测器,以允许在增益媒体中建立增益之一位准,设定共振器中产生一缓和振荡脉冲,并回应缓和振荡脉冲之检测,使用Q开关加以减降损耗共振之感应损耗条件,故产生一单频输出脉冲。23.如申请专利范围第22项之系统,其中,该输出耦合器包含一可控制之输出耦合器,而控制器降低共振器中之损耗时,增加输出耦合器之反射率。24.如申请专利范围第22项之系统,其中,该输出耦合器包含一极化分光束器。25.如申请专利范围第22项之系统,包含一共振器中之光标准具,将其布置成未将不预期波长之反射耦合回共振器内。26.如申请专利范围第22项之系统,包含一组共振器中之光标准具,使其随局限振荡调整成一单纵向腔模式。27.如申请专利范围第22项之系统,其中,Q开关包含一包格尔电池,且输出耦合器包含一极化分光束器。28.如申请专利范围第22项之系统,其中,增益媒体包含一掺钕之固态材料,且单频大概为1.05微米。29.如申请专利范围第22项之系统,其中,该泵激源包含一光能量源。30.如申请专利范围第22项之系统,其中,该泵激源包含一闪光灯。31.如申请专利范围第22项之系统,其中,该泵激源包含一雷射二极体。32.如申请专利范围第22项之系统,其中,检测器在缓和振荡脉冲尖峰之前检测到舒解振荡之点击。33.如申请专利范围第22项之系统,其中,检测器检测缓和振荡之点击,且控制器回应所检测之点击,施加一控制讯号至Q开关。34.如申请专利范围第22项之系统,其中,将共振器布置成一光环,且其包含在共振器中作为一光二极体用之光组件。35.如申请专利范围第22项之系统,其中,将共振器布置成具有奇数反射镜之光环。36.如申请专利范围第22项之系统,其中,将共振器布置成一具有奇数反射镜之光环,该反射镜含一可调整安装,设定反射角之一平面反射镜,因此,藉调整平面反射镜之反射角可完成光环长度之调整。37.如申请专利范围第22项之系统,包含一限制雷射共振器中光圈之横互模式。38.如申请专利范围第22项之系统,其中,输出耦合器包含一极化分光束器,且其在共振器中包含一极化旋转元件,加以设定于建立增益期间由极化分光束器所传输之光源量。39.如申请专利范围第22项之系统,其中,该输出耦合器包含一具有可调反射率之输出耦合器,且控制器设定输出耦合器之可调反射率,建立一脉冲宽度。40.如申请专利范围第22项之系统,其中,Q开关包含一包格尔电池,且输出耦合器包含一极化分光束器,且当减降共振器中损耗时控制器施加一可调电压至包格尔电池,可调式电压建立输出耦合器之反射率量加以建立一脉冲宽度。41.如申请专利范围第22项之系统,其中,输出耦合器包含一极化分光束器,且其在共振器中包含一极化旋转元件,加以设定于建立增益期间由极化分光束器所传输之光源量。42.一种雷射系统,包含:一布置成光环之雷射共振器,其包含一极化器及一布置成输出耦合器之极化分光束器;一共振器中之光二极体;共振器中之一或更多光标准具;一共振器中之包格尔电池;一共振器中之增益媒体;一与增益媒体耦合加以泵激增益媒体之能量源;一与共振器耦合加以检测共振器中振荡能量之检测器;以及一耦合至能量源之控制器,包格尔电池及检测器,以允许在增益媒体中建立增益之一位准,设定共振器中产生一缓和振荡脉冲之感应损耗条件,及回应缓和振荡脉冲所检测之点击,使用包格尔电池加以减降损耗共振之条件,故产生一单频输出脉冲,并施加一可调电压至包格尔电池,在共振器且因此被布置成输出耦合器之极化分光束器之反射率内调整极化,在该减降损耗条件期间设定一脉冲宽度。43.一种操作雷射以取得具单一波长之雷射幅射的输出脉冲之方法,此雷射包含一布置成光环之共振器,一位在共振器内部之增益媒体及一泵激源,该方法包含:抑制在具有作为一光二极体用之组件之环内一方向中之振荡;抑制环内单波长以外波长之振荡;使用一极化分光束器作为输出耦合器;设定共振器内部之极化,使内腔损耗感应在共振器内,该损耗为将来自泵激源之能量正储存在增益媒体中期间防止振荡之量;以来自增益媒体中泵激源之能量建立增益之直到在共振器中形成一单频缓和振荡脉冲;以及一检测到缓和振荡脉冲后,改变共振器内部之极化加以降低共振器中所感应之内腔损耗并设定极化分光束器之反射率,俾能从共振器输出增益媒体中所储存之所建立增益,作为脉冲宽度为所改变之极化所决定之单频输出脉冲。44.一种喷击作品表面之雷射冲击方法,包含:产生单波长,振幅和脉冲宽度实质上为固定之一序列种源脉冲;供应种源脉冲序列至一雷射放大器加以感应具该单频之一序列较高能量输出脉冲;以及与该输出脉冲协同,安置该作品加以喷击该表面上之标的区。45.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲振幅于该定位加以喷击该表面上标的区期间之变动小于5%。46.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲之脉冲宽度于该定位加以喷击该表面上标的区期间之变动小于5%。47.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲振幅于该定位加以喷击该表面上标的区期间之变动约小或等于1%。48.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲之脉冲宽度于该定位加以喷击多数作品上标的区期间之变动约小或等于1%。49.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲每秒之反覆率大于1脉冲,并保持种源脉冲源之振幅和脉冲宽度为该实质上之固定,在一明显时距期间未调整光参数,在该期间,于一生产环境中喷击多数作品。50.如申请专利范围第44项之方法,包含保持该实质上为固定之振幅和脉冲宽度,在一生产环境中对多数作品使用大于三日期间未调整一种源脉冲源之光参数。51.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之种源脉冲在一生产环境中之至少一百万脉冲之序向作业期间保持该实质上为固定之振幅和脉冲宽度。52.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之较高功率输出脉冲在一生产环境中之至少一百万脉冲之序向作业期间包含之脉冲具每脉冲范围从约10至约100焦耳之每脉冲实质上为固定之能量。53.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之较高功率输出脉冲在一生产环境中之至少一百万脉冲之序向作业期间包含之脉冲具范围从约20至30奈秒之实质上为固定之脉冲宽度。54.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之较高功率输出脉冲在一生产环境中无操作员干扰之使用达一重大时距期间,包含之脉冲具每脉冲范围从约10至100焦耳之每脉冲实质上为固定之能量以及范围从约20至30奈秒之实质上为固定之脉冲宽度。55.如申请专利范围第44项之方法,其中,该序列之较高功率输出脉冲在一生产环境中使用达至少三日期间,包含之脉冲具每脉冲范围从约10至100焦耳之每脉冲实质上为固定之能量以及范围从约20至30奈秒之实质上为固定之脉冲宽度。56.如申请专利范围第44项之方法,其中,该生产包含使用一含共振器之雷射,安置在共振器内部之一增益媒体及一泵激源;使内腔损耗感应在雷射共振器内,该损耗为将来自泵激源之能量正储存在增益媒体中期间防止振荡之量;以来自增益媒体中泵激源之能量建立增益,直到在共振器中形成一单频缓和振荡脉冲;以及一检测到缓和脉冲后,降低共振器中所感应之内腔损耗,俾能以输出脉冲形式,从共振器输出储存在增益媒体中之所建立增益。图式简单说明:第1图为一根据本发明一单频雷射共振器之光学示意图。第2图为一表示在第1图系统中用以建立Q开关切换式脉冲种源之单频舒解振荡脉冲图。第3图为第1图雷射系统之控制电路之简化示意图。第4图为一检测到第1图系统之缓和振荡脉冲点击时之说明图。第5图为单频与复频Q开关切换式输出脉冲间脉冲形状和相对建立时间之比较图。第6图为一重叠测量所放大之Q开关切换式雷射脉冲之暂时外形图,其说明由根据本发明之单频自我种源作业所提供之高度稳定性。第7图为一根据本发明一主振荡器/功率放大器架构之光学示意图。第8图为一根据本发明一雷射喷击系统和方法之示意图。
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