專利名稱：結(jié)合多重激光束以形成高重復(fù)率、高平均功率的極化激光束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于結(jié)合激光束，特別是關(guān)于與結(jié)合激光束以增加重復(fù)率相關(guān)聯(lián)的光學(xué)調(diào) 變器應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已將激光束結(jié)合用于增加功率、雙脈沖處理及創(chuàng)造具有一個以上波長的光束。美國專利第5，742，626號描述分裂一光束、使該光束的一部分通過一諧波轉(zhuǎn)換器 及在一總和頻率產(chǎn)生器中重混合該等光束部分以獲得一深UV光束。美國專利第5，756，924號使用一用于提供結(jié)合雷射輸出的同軸傳播及在一聚焦 透鏡的聚焦體積中的后續(xù)空間重迭的光束結(jié)合器。美國專利第6，266，359號提出一種用于結(jié)合兩個光束的拼接不對稱反射數(shù)組。美國專利申請公開案第2003-0151053號提出一種使用同步電子裝置及一觸發(fā)延 遲來結(jié)合來自兩個雷射的激光脈沖的方法。美國專利第6，541，731號提出光束結(jié)合以提供具不同極化的多重工作光束或一 結(jié)合光束。在某一實施例中，一電光調(diào)變器表現(xiàn)為用作一脈沖拾取器。美國專利申請公開案第2004-0134894號亦看來似乎提出一種使用延遲觸發(fā)來結(jié) 合來自兩個雷射的激光脈沖(或產(chǎn)生緊密間隔的脈沖的一序列)的方法。對光學(xué)放大器起 作用的種子脈沖的所述組態(tài)具有標準設(shè)計，因為結(jié)合器具有低效率。美國專利第7，396，706號描述結(jié)合來自兩個Q切換雷射的同步脈沖以提供具有來 自該兩個脈沖的相同或不同能量及/或波長特征的雷射輸出。美國專利申請公開案第2006-0198402號結(jié)合來自四個腔外、三倍頻率的雷射的 脈沖以提供一具預(yù)定能量的結(jié)合脈沖。美國專利第7，199，924號提出使用一具有復(fù)數(shù)個不對稱格柵的波長分散補償結(jié) 合器來結(jié)合兩個光束。此等專利及公開案提供一些優(yōu)點以便于實施其特定應(yīng)用，但在應(yīng)用于其它應(yīng)用時 遭受缺點。
發(fā)明內(nèi)容
在一些例示性實施例中，兩個雷射發(fā)射經(jīng)調(diào)節(jié)以具有正交相關(guān)的極化狀態(tài)的脈沖 激光束。該兩個激光束的該等脈沖經(jīng)時間移位且傳遞至一光束結(jié)合器，該光束結(jié)合器結(jié)合 該等脈沖以形成一包括一系列具交替的正交相關(guān)的極化狀態(tài)的激光脈沖的結(jié)合激光束。 該結(jié)合激光束自該光束結(jié)合器沿著一與一諸如電光調(diào)變器(electric-optic modulator, E0M)的光學(xué)調(diào)變器相交的共同光束路徑傳播。該EOM響應(yīng)于一調(diào)變器驅(qū)動信號選擇性地改 變該兩個激光束中的一者的選定脈沖的極化狀態(tài)以提供一復(fù)合激光束，其中該兩個光束的 該等激光脈沖的極化狀態(tài)相同。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，該EOM使該兩個脈沖激光束的該等激 光脈沖交替以提供來自兩個雷射的激光脈沖的一復(fù)合重復(fù)率，其大于該兩個激光束的激光 脈沖中的任一者的個別重復(fù)率。該EOM的操作有助于在無實質(zhì)功率損耗的情況下按比例縮 放極化激光束的脈沖重復(fù)率。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，該復(fù)合極化光束具有一大于來自任一 雷射的光束的個別平均功率的復(fù)合平均功率。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，于該EOM的下游提供一極化器以促進 其操作與脈沖拾取器一樣。選擇性地控制該EOM以提供極化狀態(tài)至來自任一雷射的脈沖判 定選定脈沖通過該極化器還是由該極化器所阻斷。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，該等雷射為種子雷射，且該結(jié)合光束路 徑可包括一光隔離器及一功率放大器。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，該等雷射為光纖雷射，且該等EOM為基 于光纖的干涉儀。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，改變極化狀態(tài)的EOM亦可用以促進該 等激光脈沖的脈沖成形，或一或多個額外EOM可用以在整合或不整合初始極化旋轉(zhuǎn)的EOM 的情況下促進該等激光脈沖的脈沖成形。在一些額外、替代或累積例示性實施例中，系統(tǒng)可藉由添加單一雷射或雷射對及 光束結(jié)合器及EOM的集合來擴充。額外態(tài)樣及優(yōu)點將自較佳實施例的參看隨附圖式而進行的以下實施方式顯而易 見。
圖1為用于結(jié)合脈沖極化激光束的例示性雷射系統(tǒng)的方塊圖。圖2為用于提供具有可選成形脈沖的復(fù)合極化光束的例示性脈沖拾取雷射系統(tǒng) 的方塊圖。圖3為使用包括光束結(jié)合的光學(xué)調(diào)變器的多功能能力的例示性可擴充主振蕩器 (master oscillator power amplifiter, ΜΟΡΑ)系統(tǒng)的方塊圖。圖4為使用包括光束結(jié)合的光學(xué)調(diào)變器的多功能能力的替代例示性可擴充MOPA 系統(tǒng)的方塊圖。圖5為在產(chǎn)生修剪激光脈沖輸出時如激光脈沖分割裝置一樣操作的電光學(xué)調(diào)變器的簡化方塊圖。圖6在行(a)、(b)、(c)、(d)及(e)中展示由圖5的激光脈沖分割裝置制造的五 個可能激光脈沖形狀形態(tài)的實例。圖7展示利用較佳脈沖諧波雷射源實施的雷射系統(tǒng)。圖8A為與二極管泵浦式放大器及諧波轉(zhuǎn)換模塊合作使用快速多態(tài) (fastmulti-state,FMS)電光學(xué)調(diào)變器及基本脈沖雷射源以產(chǎn)生修剪脈沖輸出的雷射系統(tǒng) 的簡化方塊圖。圖8B-1為類似于圖8A的雷射系統(tǒng)的類型的雷射系統(tǒng)的簡化方塊圖，除FMS電光 學(xué)調(diào)變器的輸出未經(jīng)放大而直接耦合至諧波轉(zhuǎn)換模塊中以產(chǎn)生修剪脈沖輸出以外。圖8B-2及圖8B-3描繪三個示波器軌跡的不同對，其展示圖8B_1的雷射系統(tǒng)的脈 沖雷射源、FMS電光學(xué)調(diào)變器及諧波轉(zhuǎn)換模塊的雷射輸出脈沖波形。圖8C為使用Q切換雷射及諧波轉(zhuǎn)換模塊的雷射系統(tǒng)的簡化方塊圖，該Q切換雷射 與該諧波轉(zhuǎn)換模塊合作以形成頻率經(jīng)轉(zhuǎn)換的雷射輸出且將其施加至FMS電光學(xué)調(diào)變器以 便直接產(chǎn)生修剪脈沖輸出。圖8D為一雷射系統(tǒng)的簡化方塊圖，該雷射系統(tǒng)使用利用電光學(xué)調(diào)變器實施的 MOPA來產(chǎn)生用于后續(xù)放大及諧波轉(zhuǎn)換的基本修剪脈沖輸出以形成經(jīng)放大的修剪脈沖輸出。圖9A為與諧波轉(zhuǎn)換模塊合作使用主振蕩器光纖功率放大器(masteroscillator fiber power amplifier, M0FPA)及FMS電光學(xué)調(diào)變器以產(chǎn)生修剪脈沖輸出的雷射系統(tǒng)的 簡化方塊圖。圖9B為類似于圖9A的雷射系統(tǒng)的類型的雷射系統(tǒng)的簡化方塊圖，除FMS電光學(xué) 調(diào)變器與諧波轉(zhuǎn)換模塊交換位置以產(chǎn)生由MOFPA及諧波轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的諧波激光脈沖的 直接成形以外。圖10為展示雷射系統(tǒng)的光學(xué)組件的詳細方塊圖，該雷射系統(tǒng)是用脈沖諧波雷射 源及一或兩個FMS電光學(xué)調(diào)變器實施以產(chǎn)生一所要的成形激光脈沖輸出。圖11展示作為第一實施例的提供驅(qū)動控制輸出信號至兩個電光學(xué)調(diào)變器的電光 學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路，該兩個電光學(xué)調(diào)變器響應(yīng)地產(chǎn)生輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài)且藉此產(chǎn)生修剪 脈沖輸出。圖12展示所產(chǎn)生的信號波形的時序序列及由圖11的驅(qū)動電路驅(qū)動的電光學(xué)調(diào)變 器的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。圖13展示作為第二實施例的提供驅(qū)動控制輸出信號至圖10的系統(tǒng)的該等電光學(xué) 調(diào)變器中的一者的電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路，該電光學(xué)調(diào)變器響應(yīng)地產(chǎn)生輸出傳輸?shù)亩鄠€狀 態(tài)且藉此產(chǎn)生修剪脈沖輸出。圖14展示所產(chǎn)生的信號波形的時序序列及由圖13的驅(qū)動電路驅(qū)動的電光學(xué)調(diào)變 器的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。圖15展示作為第三實施例的提供驅(qū)動控制輸出信號至圖10的系統(tǒng)的該等電光學(xué) 調(diào)變器中的一者的電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路，該電光學(xué)調(diào)變器響應(yīng)地產(chǎn)生輸出傳輸?shù)亩鄠€狀 態(tài)且藉此產(chǎn)生修剪脈沖輸出。圖16展示所產(chǎn)生的信號波形的時序序列及由圖15的驅(qū)動電路驅(qū)動的電光學(xué)調(diào)變 器的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。
圖17為使用光偵測器及脈沖形狀控制器以促進電光裝置的包括光束結(jié)合及脈沖 成形的多功能能力的例示性雷射系統(tǒng)的方塊圖。
具體實施例方式圖1展示用于結(jié)合來自各別脈沖雷射14a及14b的激光束路徑12a及12b以沿著 一結(jié)合光束路徑16產(chǎn)生一復(fù)合輸出光束18的例示性雷射系統(tǒng)10，該復(fù)合輸出光束18可 具有超過任一脈沖雷射14a或14b的個別能力的一或多個性質(zhì)。幾乎任何類型的脈沖雷射 14皆適合于與本文中所描述的光束結(jié)合技術(shù)一起使用。例示性脈沖雷射14包括(但不限 于)二極管泵浦式固態(tài)雷射、光纖雷射、二極管雷射、半導(dǎo)體雷射、氣體雷射或銅蒸氣雷射。此等脈沖雷射14中的一些可發(fā)射一具有短至幾飛秒的脈沖寬度的激光脈沖20， 而其它脈沖雷射可發(fā)射一具有長達幾百奈秒或更長或在其間的各種脈沖寬度范圍中的任 一者的脈沖寬度的激光脈沖20。在一些實施例中，脈沖寬度可為約10飛秒至約1皮秒、約 1皮秒至約1奈秒、約1奈秒至約100奈秒或約1奈秒至600奈秒。此等脈沖雷射14中的一些可提供小至幾赫茲的重復(fù)率，而其它脈沖雷射可以達 至40十億赫茲或在其間的各種重復(fù)率范圍中的任一者的頻率脈動。在一些實施例中，頻率 可為約1赫茲至約100赫茲、約10赫茲至約1千赫茲、約1千赫茲至1百萬赫茲或約1百萬 赫茲至約40十億赫茲。更大的重迭范圍亦是可能的。該等光束結(jié)合技術(shù)對于具有重復(fù)率限制及平均功率限制中的一者或兩者的脈沖 雷射14特別有利。結(jié)合雷射源可達到大于40十億赫茲的結(jié)合重復(fù)率以及較小重復(fù)率。復(fù) 合重復(fù)率的范圍可為先前所論述的重復(fù)率范圍的任何倍數(shù)。脈沖雷射14可發(fā)射一具有一已知基本雷射波長的激光脈沖20 ；然而，脈沖雷射14 可包括諧波轉(zhuǎn)換器(諸如，一或多個非線性晶體)以將該基本波長轉(zhuǎn)換為一已知諧波波長。 一例示性基本波長包括(但不限于)1微米摻釹(Nd)固態(tài)雷射、光纖雷射或半導(dǎo)體雷射。例 示性諧波波長包括(但不限于)二次諧波、三次諧波、四次諧波及五次諧波。例示性特定諧 波波長包括(但不限于)532奈米、355奈米、266奈米及213奈米。舉例而言，亦可使用其 它頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)(諸如，光學(xué)參數(shù)振蕩及拉曼位移技術(shù))以提供諸如中紅外線的較長波長。 在許多例示性實施例中，脈沖雷射14a及14b大體上為相同的脈沖雷射14。在一些例示性 實施例中，脈沖雷射14a與14b類似但以不同波長發(fā)射。在一些實施例中，脈沖雷射14a與 14b可為不同類型的脈沖雷射14。在一些實施例中，來自脈沖雷射14a的激光脈沖20%及來自脈沖雷射14b的激光 脈沖20bi的起始是由響應(yīng)于直接或間接來自一雷射控制器42的命令信號而自一共同脈沖 驅(qū)動器40產(chǎn)生的脈沖起始信號(通常為電壓改變的形式)直接或間接地控制。在其它實 施例中，激光脈沖20ai及20bi的起始系由響應(yīng)于來自一共同雷射控制器42的命令信號46 而來自各別獨立脈沖驅(qū)動器40的脈沖起始信號直接或間接地控制。在例示性較佳實施例 中，控制激光脈沖20ai及20bi的起始，使得激光脈沖20ai及20bi不時間重迭，尤其針對需 要通常極化的復(fù)合輸出光束18的應(yīng)用而言。在一些實施例中，脈沖雷射14a與14b以相同重復(fù)率脈動，但脈沖起始時間偏移一 時間延遲。在一些實施例中，該時間延遲大于激光脈沖20的脈沖寬度與任何與脈沖雷射14 相關(guān)聯(lián)的抖動時間的總和；或在其它實施例中，該時間延遲大于兩倍的激光脈沖20的脈沖寬度與任何與脈沖雷射14相關(guān)聯(lián)的抖動時間的總和。在解決來自雷射驅(qū)動電子裝置的脈沖抖動(以避免意外重迭)的一些例示性實施 例中，可使用以引用的方式并入本文中的美國專利第7，396，706號中所揭示的脈沖同步技 術(shù)。舉例而言，若脈沖雷射14a及14b為Q切換雷射，則可藉由一共同脈沖驅(qū)動器40所產(chǎn) 生的同步驅(qū)動信號來驅(qū)動該等雷射。該共同脈沖驅(qū)動器40提供激光脈沖時序需求控制信 號至一 RF信號驅(qū)動器(未圖標)，該RF信號驅(qū)動器經(jīng)由各別RF同軸電纜44a及44b (或其 它適當(dāng)?shù)男盘杺鞑ッ襟w)響應(yīng)地提供同步RF信號至脈沖雷射14a及14b中的聲光Q開關(guān)。 在RF信號驅(qū)動器與各別聲光Q開關(guān)之間的不同長度的RF同軸電纜44a及44b可用以提供 自各別脈沖雷射14a及14b傳播的對應(yīng)激光脈沖20 與201^之間的延遲時間。在一些例示性實施例中，不同長度的RF同軸電纜44a及44b所提供的時間延遲大 于與雷射諧振器中的量子噪聲相關(guān)聯(lián)的時間抖動。在一些實施例中，不同長度的RF同軸電 纜44a及44b所提供的時間延遲大于兩倍的與雷射諧振器中的量子噪聲相關(guān)聯(lián)的時間抖 動。在一些例示性實施例(尤其那些具有通常將連續(xù)產(chǎn)生的脈沖用作工作脈沖的應(yīng)用的實 施例)中，不同長度的各別RF電纜44所提供的時間延遲大于η倍的與雷射諧振器中的量 子噪聲相關(guān)聯(lián)的時間抖動，其中η等于所結(jié)合的脈沖雷射14的數(shù)目。又，關(guān)于一些此等實施例，當(dāng)激光脈沖時序需求控制信號請求激光脈沖20 及 20b!時，雷射能量皆在施加至聲光Q開關(guān)的RF驅(qū)動信號皆處于零電壓位準交叉(亦即，相 對于RF驅(qū)動信號位準非隨機)時經(jīng)激起，以維持高雷射輸出振幅穩(wěn)定性。然而，即使Q開 關(guān)RF信號截止展現(xiàn)相同的χ奈秒的相對于激光脈沖時序需求控制信號的時間抖動，由于施 加至聲光Q開關(guān)的兩個RF驅(qū)動信號的同步，激光脈沖之間亦不存在相對脈沖抖動。因此， 可利用激光脈沖峰值之間的精確時序達成穩(wěn)定的激光脈沖能量分布。可達成一在約士 10% 內(nèi)的雷射穩(wěn)定性操作公差。在脈沖雷射14a及14b為Q切換雷射的另一實例中，RF信號驅(qū)動器使用一 RF信 號產(chǎn)生器來將一共同Q開關(guān)RF信號提供至各別RF驅(qū)動器/放大器，其將該等RF驅(qū)動信號 沿著同軸電纜44a及44b提供至該等聲光Q開關(guān)。在脈沖雷射14a及14b為Q切換雷射的另一實例中，RF信號驅(qū)動器使用一 RF頻 率產(chǎn)生器，其將一共同Q開關(guān)RF頻率信號提供至各別RF信號產(chǎn)生器及放大器組合，該等組 合將該等RF驅(qū)動信號沿著同軸電纜44a及44b提供至該等聲光Q開關(guān)。在此實例中，Q開 關(guān)RF信號驅(qū)動器使用一共同Q開關(guān)RF頻率信號作為至不同RF信號產(chǎn)生器及其各別驅(qū)動 不同聲光裝置的功率放大器的輸入。不同功率放大器的Q開關(guān)RF信號截止時間的差可為 (例如)Q開關(guān)RF頻率循環(huán)時間的一半的整數(shù)倍。然而，在此情況下，施加至不同雷射頭的 所有RF信號將在跨越(例如)Q開關(guān)RF頻率循環(huán)時間的一半的整數(shù)倍的延遲時間的零電 壓位準處截止。此將在步進為幾奈秒至50奈秒或更大(例如，視Q開關(guān)RF信號頻率而定) 的激光脈沖之間提供一可程序化延遲時間。此等實施例中的一些對于在作用中鏈路處理期 間將兩個或兩個以上脈沖置放于一 IC鏈路上可為有用的。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，當(dāng)RF信號產(chǎn)生器的RF觸發(fā)點可以相同位準或不同位準 連續(xù)地程序化時，可實現(xiàn)第一與第二雷射能量之間的連續(xù)可程序化延遲時間。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，在利用其它脈沖起始技術(shù)的例示性實施例中，可藉由對 應(yīng)機制或其它熟知的同步技術(shù)來達成脈沖驅(qū)動偏移(及達到可保證脈沖驅(qū)動偏移的程度的同步)。在例如脈沖雷射14a及14b為二極管種子雷射的一些實施例中，施加至各別二極 管的電信號可偏移。再次參看圖1，在一些實施例中，在正交于脈沖雷射14b所發(fā)射的線性極化激光脈 沖20bi的極化方向的極化方向上線性地極化脈沖雷射14a所發(fā)射的激光脈沖20ai。在其 它實施例中，在平行于脈沖雷射14b所發(fā)射的線性極化激光脈沖20bi的極化方向的極化方 向上線性地極化脈沖雷射14a所發(fā)射的激光脈沖20ai。若激光脈沖20ai與201^具有平行 的極化方向，則另外可選的半波板22可沿著激光束路徑12a或12b中的一者定位于各別雷 射14a或14b與一光束結(jié)合器24a之間。為方便起見，圖1將激光脈沖20ai的例示性極化方向展示為并行線且將激光脈沖 20bi的例示性正交極化方向展示為點；然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，該等極化方向可相反 且可相應(yīng)地調(diào)整光束結(jié)合器的定向或軸。亦可沿著保證激光脈沖20 及20bi傳播至光束結(jié) 合器24a的激光束路徑12a及12b中的一者或兩者定位一或多個折鏡(fold mirror) 26a。光束結(jié)合器24a可為(例如)一極化立方體或一薄膜極化器，其皆為熟練從業(yè)者 所熟知的通?？少彽玫墓鈱W(xué)組件。只要激光脈沖20ai及20bi具有正交極化方向，則此等類 型的光束結(jié)合器24a具有激光脈沖20a1&20b1的最小功率損耗的優(yōu)點。舉例而言，只要脈 沖20a及20b系正交極化的，則光束結(jié)合器24a可透射激光脈沖20a而反射激光脈沖20b， 或替代地，透射激光脈沖20b而反射激光脈沖20a。光束結(jié)合器24a為存在經(jīng)受結(jié)合的激光 束的功率的低損耗的較佳類型，其中低損耗小于激光脈沖20a及20b的光束的平均功率的 一半、較佳小于10%損耗、更佳小于5%損耗且最佳小于損耗。光束結(jié)合器24a結(jié)合正 交相關(guān)的極化方向的激光脈沖20ai及20bi以形成激光脈沖20a2及20b2的一沿著結(jié)合光束 路徑16傳播的結(jié)合光束。結(jié)合光束路徑16與一光學(xué)調(diào)變器30a相交。在一些實施例中，光學(xué)調(diào)變器30a 為一 EOM 30a，諸如一勃克爾盒。在一些實施例中，光學(xué)調(diào)變器30a為一基于光纖的干涉儀 30a (諸如稍后所描述)?；诠饫w的干涉儀30a對于使用諸如光纖雷射或光纖放大器的光 纖裝置的實施例而言可為較佳的。為方便起見，關(guān)于EOM 30a、光學(xué)調(diào)變器30a或基于光纖 的干涉儀30a描述一些實施例。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，特定類型的光學(xué)調(diào)變器30a 對于特定應(yīng)用而言可為較佳的。在一些例示性實施例中，可響應(yīng)于直接或間接來自雷射控制器42的命令信號52 而藉由直接或間接來自一 EOM驅(qū)動器50的命令信號48選擇性地啟動EOM 30a。在一些實 施例中，可選擇性地啟動EOM 30a以將半波光學(xué)延遲(λ /2電壓)賦予選定激光脈沖20a2 來改變其極化方向以匹配激光脈沖20b2的極化方向，或可選擇性地啟動EOM 30a以將半波 光學(xué)延遲賦予選定激光脈沖20b2來改變其極化方向以匹配激光脈沖20a2的極化方向，從而 傳播具有單一極化方向的脈沖20a3及20b3的復(fù)合極化光束18。若施加至EOM 30a的命令 信號48的電壓使EOM 30a將一零光學(xué)延遲電壓賦予激光脈沖20a2及20b2，則傳播通過EOM 30a的激光脈沖20a2及20b2的極化方向不受影響。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，較佳EOM為可 調(diào)諧的雙折射裝置，其響應(yīng)于不同施加電壓而將不同光學(xué)延遲量賦予傳播通過其的光。經(jīng) 驅(qū)動以將半波光學(xué)延遲賦予具EOM所調(diào)諧至的一波長的入射線性極化光的EOM使入射光經(jīng) 受極化方向的有效90度旋轉(zhuǎn)。經(jīng)驅(qū)動以將零光學(xué)延遲賦予入射線性極化光的EOM使入射 光基本上不經(jīng)受極化方向的改變。盡管下文所描述的較佳實施例響應(yīng)于在零光學(xué)延遲狀態(tài)與半波光學(xué)延遲狀態(tài)之間切換EOM而操作，但半波光學(xué)延遲的差異在于其產(chǎn)生所要的光輸 出狀態(tài)。因此，結(jié)合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)延遲板在例如負四分之一波長光學(xué)延遲狀態(tài)與正四分之一 波長光學(xué)延遲狀態(tài)之間切換一 EOM將產(chǎn)生所要的光輸出狀態(tài)。熟習(xí)此項技術(shù)者亦將了解， 所選的單一極化方向可藉由一或多個下游組件(諸如，極化器32a)的極化方向或定向來判 定，或可判定一或多個下游組件(諸如，極化器32a)的極化方向或定向。在一些例示性實施例中，雷射控制器42可命令EOM驅(qū)動器50以使E0M30a以一與 雷射控制器42命令脈沖驅(qū)動器40起始來自脈沖雷射20的激光脈沖20的重復(fù)率相同的重 復(fù)率或頻率將半波延遲賦予結(jié)合光束。在一些實施例中，使施加至EOM驅(qū)動器50的命令信 號52與施加至脈沖雷射14a的命令信號54a同步，以使得傳播通過EOM 30a的所有激光 脈沖20a2經(jīng)轉(zhuǎn)換而具有與激光脈沖20b2的極化方向相同的極化方向，且雷射控制器42指 示EOM驅(qū)動器50在激光脈沖20b2傳播通過EOM 30a的同時施加零延遲電壓至EOM 30a,使 得脈沖的極化方向保持不變，藉此提供一具有相同極化方向上的激光脈沖20a3及激光脈沖 20b3的復(fù)合極化光束18。或者，使施加至EOM驅(qū)動器50的命令信號52與施加至脈沖雷射 14b的命令信號54b同步，以使得傳播通過E0M30a的所有激光脈沖20b2經(jīng)轉(zhuǎn)換而具有與激 光脈沖20a2的極化方向相同的極化方向，且雷射控制器42指示EOM驅(qū)動器50在激光脈沖 20 傳播通過EOM 30a的同時施加零延遲電壓至EOM 30a，使得脈沖的極化方向保持不變， 藉此提供一具有相同極化方向上的激光脈沖20a3及激光脈沖20b3的復(fù)合極化光束18。在 任一實施例中，可將EOM 30a「維持」在一半波延遲電壓下以在需要時容易地賦予光學(xué)延遲 的改變且接著以一適當(dāng)重復(fù)率迅速切換以在不需要時避免光學(xué)延遲的改變。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，對于直接極化狀態(tài)改變應(yīng)用而言，來自EOM驅(qū)動器50的 EOM脈沖的脈沖寬度較佳大于激光脈沖20的脈沖寬度。在一些實施例中，EOM脈沖的脈沖 寬度亦可大于激光脈沖寬度與抖動時間(或兩倍的抖動時間)的和。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，對于直接極化狀態(tài)改變應(yīng)用而言，復(fù)合極化光束18將展 現(xiàn)一大于任一脈沖雷射14 (或如稍后所描述的脈沖雷射14對)的個別重復(fù)率的復(fù)合重復(fù) 率。類似地，對于直接極化狀態(tài)改變應(yīng)用而言，復(fù)合極化光束18將展現(xiàn)一大于任一脈沖雷 射14 (或脈沖雷射14對)的個別平均功率的復(fù)合平均功率。在一實例中，脈沖雷射14a及14b為二極管泵浦式Q切換固態(tài)雷射，每一者以100 千赫茲的重復(fù)率執(zhí)行。將來自脈沖驅(qū)動器40的200千赫茲外部脈沖信號分為交替驅(qū)動Q開 關(guān)的兩個100千赫茲信號。激光脈沖20a及20b可時間移位約5微秒或更少。具有41百萬 赫茲Q開關(guān)的習(xí)知二極管泵浦式固態(tài)雷射的激光脈沖時間抖動可在5奈秒至30奈秒的范 圍內(nèi)，因此時間抖動與脈沖分隔周期相比將極小。具有正交極化方向的激光脈沖20a及20b 系由光束結(jié)合器24結(jié)合以產(chǎn)生一具有200千赫茲的重復(fù)率的結(jié)合光束，交替脈沖具有正交 極化方向。將EOM 30a維持在一半波延遲電壓下且接著在激光脈沖20a傳播通過其時將其 切換至一零延遲電壓，以提供具有與激光脈沖20b的極化方向相同的極化方向的200千赫 茲復(fù)合極化光束18。該復(fù)合極化光束有效地提供任一脈沖雷射14的兩倍的平均功率及兩 倍的重復(fù)率。一些習(xí)知EOM驅(qū)動器50的特征在于達至約10千伏的操作電壓、達至約3百萬赫 茲的重復(fù)率、短至1.5奈秒的光學(xué)切換時間、可變脈沖寬度及小于200皮秒的輸入-輸出抖 動。由于驅(qū)動器改良或額外EOM驅(qū)動器50的使用，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，EOM 30a理論上可以達至約10百萬赫茲的重復(fù)率提供具有一大于激光脈沖時間抖動的EOM脈沖寬度(諸 如，100ns)的EOM脈沖。利用如稍后所描述的按比例縮放及脈沖能量等化，促進500千赫茲 或更快的固態(tài)雷射。若需要，則可諧波轉(zhuǎn)換該復(fù)合極化光束。再次參看圖1，可沿著結(jié)合光束路徑16、較佳在EOM 30a的下游及在極化器 32a (若存在)的下游定位一諧波產(chǎn)生器或轉(zhuǎn)換器58，諸如一或多個非線性晶體。熟習(xí)此項 技術(shù)者將了解，脈沖雷射14可經(jīng)調(diào)適以(諸如)藉由腔內(nèi)轉(zhuǎn)換來發(fā)射諧波波長。然而，在 將激光脈沖20a及20b結(jié)合為一復(fù)合光束之后轉(zhuǎn)換波長可為有利的。視諧波轉(zhuǎn)換器晶體的 耐性或其它性質(zhì)而定，單一諧波轉(zhuǎn)換器58可定位于大部分或所有沿著結(jié)合光束路徑16定 位的光束結(jié)合器24的下游。參看圖1及圖2，雷射系統(tǒng)10及60可與EOM 30a所提供的光學(xué)延遲改變配合而使 用一沿著結(jié)合光束路徑定位于EOM 30a的下游的極化器32a，以阻止任何選定激光脈沖20 傳播至一工件(未圖示)。在例示性實施例中，極化器32a可為經(jīng)選擇以僅通過處于與復(fù)合 極化光束18的極化狀態(tài)相同的極化狀態(tài)下的激光脈沖20的吸收性極化器。在一些實施中，雷射控制器42可響應(yīng)于一與來自脈沖雷射14中的一者的具有例 如s極化狀態(tài)的激光脈沖20 —致的恒定重復(fù)率命令來協(xié)調(diào)EOM脈沖以提供具有ρ極化狀 態(tài)的激光脈沖20a及20b兩者的復(fù)合極化光束18，其傳播通過極化器32a。雷射控制器42 或一可選的脈沖拾取子控制器54可經(jīng)調(diào)適以提供一中斷命令(其可迭加于該恒定重復(fù)率 命令的上)，該中斷命令使E0M30a不提供極化改變至具有s極化的任何選定激光脈沖，使得 下游極化器阻斷選定激光脈沖20。相反地，另外或其它，雷射控制器42或脈沖拾取子控制 器54可經(jīng)調(diào)適以提供一前瞻型光學(xué)延遲改變命令，以將延遲改變電壓施加至EOM 30以防 止先前具有P極化的任何選定激光脈沖20傳播通過極化器32a。在一些替代實施中，極化器32a可經(jīng)調(diào)適以阻斷來自脈沖雷射14中的一者的具有 例如P極化狀態(tài)的激光脈沖20，該等激光脈沖不經(jīng)受EOM 30a所提供的光學(xué)延遲改變；且 雷射控制器42可響應(yīng)于一與來自脈沖雷射14中的一者的具有例如s極化狀態(tài)的激光脈沖 20 一致的恒定重復(fù)率命令來協(xié)調(diào)EOM脈沖以始終防止此等脈沖傳播通過極化器32a。在此 實施中，該前瞻型光學(xué)延遲改變命令起始EOM延遲改變以使一先前所選的ρ極化激光脈沖 傳播通過極化器32a ；且該中斷命令防止EOM延遲改變以允許最初所選的s極化激光脈沖 傳播通過極化器32a。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，脈沖拾取控制可響應(yīng)位置數(shù)據(jù)。舉例而言，此數(shù)據(jù)可指示 待切斷的IC鏈路的位置。熟習(xí)此項技術(shù)者亦將了解，多種控制方案及電子裝置可用以實施 使用EOM 30a及極化器32a的脈沖拾取且協(xié)調(diào)脈沖拾取與激光脈沖起始或使該兩者同步。 舉例而言，脈沖拾取控制可為雷射控制器42的一整合部分。熟習(xí)此項技術(shù)者另外將了解， 可替代地使用一下游AOM來執(zhí)行脈沖拾取，只要此AOM足夠快速地操作以處置工作激光脈 沖(被請求傳播至一工件的脈沖)的重復(fù)率。再次參看圖1，可容易地按比例放大雷射系統(tǒng)10及隨后描述的雷射系統(tǒng)中的任一 者以增加復(fù)合重復(fù)率及復(fù)合平均功率。在一些例示性實施例中，可藉由添加脈沖雷射14、 光束結(jié)合器24、E0M 30、可選折鏡26及可選極化器32的一或多個集合來實施按比例放大。 在一些實施例中，可藉由添加含有單一雷射14的單一集合或含有成對雷射14的成對集合 或其組合來實現(xiàn)按比例放大。因此，雷射系統(tǒng)10可按比例放大而具有奇數(shù)個雷射，且復(fù)合平均功率可近似為平均功率的任何倍數(shù)。額外集合組件可為相同類型的支持基本雷射系統(tǒng) 10的組件，或額外集合組件可為不同于基本雷射系統(tǒng)10中所使用的那些組件的類型或具 有不同于基本雷射系統(tǒng)10中所使用的那些組件的性質(zhì)。舉例而言，額外集合可提供例如不 同波長、脈沖寬度、平均功率、重復(fù)率或光束腰部。舉例而言，一脈沖雷射14a2發(fā)射沿著一與一光束結(jié)合器24b相交的光束路徑12a2 傳播的激光脈沖20c，該光束結(jié)合器24b亦沿著結(jié)合光束路徑16a定位于EOM 30a的下游。 視設(shè)計選擇及預(yù)期系統(tǒng)應(yīng)用而定，光束結(jié)合器24b可定位于極化器32a2的下游或上游。在 任一情況下，在光束結(jié)合器24b的下游定位一額外EOM 30b。若光束結(jié)合器24b及EOM 30b 定位于極化器32a的上游，則一在EOM 30b的下游的額外極化器32b可為多余的。然而，若 光束結(jié)合器24b及EOM 30b定位于極化器32a的下游，則可能需要一在EOM 30b的下游的 額外極化器32b以促進EOM 30b的脈沖拾取功能。EOM 30b可響應(yīng)一自雷射控制器42及 可選脈沖拾取子控制器54接收命令的獨立EOM驅(qū)動器(未圖標)，或EOM 30b可響應(yīng)一共 享EOM驅(qū)動器50所產(chǎn)生的命令信號。脈沖雷射可響應(yīng)單獨脈沖驅(qū)動器或可響應(yīng)脈沖驅(qū)動 器40。在基本操作中，可相對于EOM 30b將復(fù)合極化光束18作為單一脈沖雷射的輸出來 處理，且可將激光脈沖20c作為第二脈沖雷射的輸出來處理。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了 解，激光脈沖20c可與復(fù)合極化光束18的激光脈沖交替(每個循環(huán)四個脈沖)，或激光脈沖 20c可與激光脈沖20a及20b輪換地置放(每個循環(huán)三個脈沖)。雷射控制器42可協(xié)調(diào)脈 沖驅(qū)動器40、EOM驅(qū)動器50及可選脈沖拾取子控制器54以達成任一情形。在一未圖示的例示性實施例中，在每一光束結(jié)合器以與如先前所描述的方式相同 的方式與結(jié)合光束路徑16相交的組態(tài)中，可添加脈沖雷射14、光束結(jié)合器24、E0M 30、可選 折鏡26及可選極化器32的第二及后續(xù)額外集合。在諸如圖1中的虛線所展示的其它例示性實施例中，可成對地添加額外集合。舉 例而言，脈沖雷射Ha2發(fā)射沿著與光束結(jié)合器24a2相交的光束路徑12a2傳播的激光脈沖 20c，且脈沖雷射14b2發(fā)射沿著與完全可充當(dāng)光束結(jié)合器24a的光束結(jié)合器24a2相交的光 束路徑12b2傳播的激光脈沖20d，以沿著結(jié)合光束路徑16a傳播激光脈沖20c及20d以與 一 EOM 30a2相交。EOM 30a2響應(yīng)于EOM驅(qū)動器50所產(chǎn)生的命令信號而充當(dāng)EOM 30a以改 變激光脈沖20c或激光脈沖20d的極化方向，以提供一可與一可選極化器32a2相交的復(fù)合 極化光束18b。激光脈沖20c及20d像復(fù)合極化光束18b (具有一正交于復(fù)合極化光束18的方向 的極化方向)一樣沿著光束路徑16b傳播以與亦沿著結(jié)合光束路徑16定位于EOM 30a的 下游的光束結(jié)合器24b相交。如較早所論述，視設(shè)計選擇及預(yù)期系統(tǒng)應(yīng)用而定，光束結(jié)合器 24b可定位于極化器32a的下游或上游。在任一情況下，在光束結(jié)合器24b的下游定位額 外EOM 30b。若光束結(jié)合器24b及EOM 30b定位于極化器32a的上游，則一在EOM 30b的下 游的額外極化器32b可為多余的。然而，若光束結(jié)合器24b及EOM 30b定位于極化器32a 的下游，則可能需要一在EOM 30b的下游的額外極化器32b以促進EOM 30b的脈沖拾取功 能。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，若脈沖拾取功能系由EOM 30a及EOM 30a2來執(zhí)行，則EOM 30b無需用于此等功能。EOM 30 及30b可響應(yīng)一自雷射控制器42及可選脈沖拾取子控 制器54接收命令的獨立EOM驅(qū)動器(未圖標)，或EOM 30a2及30b可響應(yīng)一共享EOM驅(qū)動器50。脈沖雷射14a2及14b2可響應(yīng)一單獨脈沖驅(qū)動器或可響應(yīng)脈沖驅(qū)動器40。在基本操作中，可相對于EOM 30b將復(fù)合極化光束18及18b作為各別單一脈沖雷 射的輸出來處理，以使得激光脈沖20a3及20b3的集合與激光脈沖20c及20d的集合交替。 或者，該等激光脈沖可以一交織旋轉(zhuǎn)方式置放，諸如一具有激光脈沖20a3、20C、20b3及20d 的序列。雷射控制器42可協(xié)調(diào)脈沖驅(qū)動器40、E0M驅(qū)動器50及可選脈沖拾取子控制器54 以達成任一情形。EOM 30亦可用以提供脈沖等化及脈沖成形且充當(dāng)如稍后所描述的高速擋 板或系統(tǒng)觸發(fā)器。圖2展示一用于提供一具有成形脈沖的復(fù)合極化光束18的例示性雷射系統(tǒng)60。 參看圖1及圖2，雷射系統(tǒng)60包括對應(yīng)于圖1中所示的組件的許多組件。為方便起見，已用 相同參考數(shù)字標記了對應(yīng)組件；然而，為簡單起見，已省略了按比例縮放集合中的大部分組 件。參看圖2，若需要，則與各別極化器32c及32d成對的EOM 30c及30d中的一者或 兩者可用以提供EOM 30a的脈沖拾取功能?；蛘?，可將EOM 30a、30c及30d各自用于單獨 功能，其中例如，將EOM 30a用于極化狀態(tài)相變以實現(xiàn)光束結(jié)合，將EOM 30c用于脈沖拾取， 且將EOM 30d用于復(fù)合光束18中的傳播激光脈沖20的脈沖形狀修剪(亦稱為脈沖成形) 以提供成形或修剪脈沖64。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，可藉由單一 EOM 30a來執(zhí)行光束結(jié)合、脈沖拾取及脈沖 成形的所有三個功能。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者亦知曉，EOM 30a、30c及30d中所使用的不同 類型的電光學(xué)晶體盒(crystal cell)62(圖5)具有不同性質(zhì)，且一些電光學(xué)晶體盒62將 比如稍后所描述的其它電光學(xué)晶體盒更適合于一些應(yīng)用。不同EOM 30或不同類型的EOM 30可響應(yīng)單一 EOM驅(qū)動器50或相同或不同類型的單獨EOM驅(qū)動器50。在一些實施例中， 基于適合于EOM晶體類型的驅(qū)動電壓及頻率來選擇EOM驅(qū)動器50。圖3展示一例示性可擴充主振蕩器功率放大器(master oscillator poweramplifier, ΜΟΡΑ)雷射系統(tǒng)66，其使用光學(xué)調(diào)變器30a的包括光束結(jié)合及脈沖拾取 (及視情況光束成形)的多功能能力。參看圖3，雷射系統(tǒng)66包括對應(yīng)于圖1及圖2中所 示的組件的許多組件。為方便起見，已用相同參考數(shù)字標記了對應(yīng)組件；然而，為簡單起見， 已省略了用于按比例縮放的組件。參看圖3，雷射系統(tǒng)66使用一 MOPA組態(tài)，其中脈沖雷射14a及14b為種子雷射，其 輸出直接或最終導(dǎo)引通過一功率放大器68，諸如一光纖放大器。種子雷射、功率放大器68 及MOPA組態(tài)為熟練從業(yè)者所熟知，且稍后詳細描述使用此等組件的若干實例。例示性脈沖 種子雷射源包括(但不限于)脈沖調(diào)變的窄頻寬LED源、半導(dǎo)體雷射、雷射二極管、固態(tài)雷 射及光纖雷射。例示性功率放大器68包括(但不限于)光纖放大器、光子晶體光纖放大器、 固態(tài)放大器或其混合。雷射控制器42及脈沖驅(qū)動器40的同步功能可整合至一將命令直接或間接傳遞至 脈沖雷射12及光學(xué)調(diào)變器30a的同步脈沖驅(qū)動器中。雷射系統(tǒng)66亦較佳使用一準許光僅 在一個方向上透射的光隔離器70。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，一些脈沖成形可藉由調(diào)變供應(yīng)至種子雷射的功率來執(zhí) 行。然而，光學(xué)調(diào)變器30a(或EOM 30c及/或30d，此圖中未展示)可用以提供成形脈沖 64a及64b及其各別的經(jīng)放大的成形輸出脈沖64a2及64b2。種子雷射電源的調(diào)變亦可與EOM脈沖成形技術(shù)配合以實現(xiàn)混合式脈沖形狀。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，功率放大器68可定位于不同位置，諸如沿著光束路徑 12、光束路徑16定位或在極化器32a之前或之后定位于光學(xué)調(diào)變器30a的下游?？蓪⒐β?放大器替代地整合至一脈沖雷射模塊中。在一實例中，選擇一諸如摻釹釩酸釔(NchYVO4)的Q切換固態(tài)雷射作為一具有一 自幾奈秒至幾十奈秒的脈沖寬度的脈沖種子雷射。歸因于相對低的增益，關(guān)于習(xí)知Q切換 二極管泵浦式NchYVO4的穩(wěn)定脈沖至脈沖穩(wěn)定性的最大脈沖重復(fù)率為約500千赫茲。為了 有效地增加脈沖重復(fù)率，光束結(jié)合器24a及光學(xué)調(diào)變器30a可用以將脈沖雷射14a及14b的 重復(fù)率相加。諸如光纖耦接的馬赫_桑德耳(Mach-Zehnder)干涉儀的光學(xué)調(diào)變器30a(具 有一達至40十億赫茲及更大的調(diào)變頻寬，諸如藉由Seattle Washington中的EOspace， Inc.制造的裝置)將脈沖20a及20b的正交極化調(diào)整至該兩個脈沖的線性極化光束中，同 時亦成形該等脈沖以具有一所要的時間脈沖形狀以用于有利地處理材料。種子雷射波長覆蓋對應(yīng)于摻鐿(Yb)玻璃的發(fā)射頻寬的970奈米至1200奈米、摻 鉺(Er)光纖的1. 4微米至1. 6微米或摻稀土(rare earth)光纖的其它波長范圍。脈沖種 子雷射源不限于Q切換奈秒固態(tài)雷射。該等種子雷射可包括(但不限于)鎖模固態(tài)雷射、 半導(dǎo)體雷射、光纖雷射或脈沖種子雷射二極管。分布反饋(distributed feedback,DFB)種 子雷射二極管的調(diào)變?yōu)橐贿_成高頻雷射的方法。然而，該種子雷射二極管的調(diào)變脈沖速率 受幾個因素限制，諸如松弛諧振頻率、阻尼頻率、寄生組件、頻譜加寬、頻譜頻擾(spectrum chirp)、諧波及互調(diào)變失真。一光束結(jié)合器24a及一 EOM 30a可避免此等問題且可藉由成 倍地增加種子二極管的數(shù)目來增加脈沖重復(fù)率。圖4展示一替代例示性可擴充MOPA雷射系統(tǒng)76，其使用光學(xué)調(diào)變器30a的包括光 束結(jié)合及脈沖拾取(及視情況光束成形)的多功能能力。圖4在許多方面類似于圖3;因 此，為方便起見，已用相同參考數(shù)字標記了對應(yīng)組件中的許多。又，為方便起見，已藉由一標 記為光束結(jié)合器模塊78的單一區(qū)塊來表示光束結(jié)合器24與光學(xué)調(diào)變器30的集合，且已省 略各別光束路徑的錯綜復(fù)雜。雷射系統(tǒng)76另外使用一在(光纖)功率放大器68及一額外光隔離器70的下游 的光纖功率(fiber power，F(xiàn)P)/ 光子晶體光纖(photonics crystal fiber，PCF)/ 固態(tài) (solid state, SS)光學(xué)放大器78。雷射系統(tǒng)76亦可較佳使用一基于光纖的干涉儀30a作 為光學(xué)調(diào)變器30a。參看圖3及圖4，可在單一級中或在多個級中使用功率放大器68或前 置放大器68。雷射系統(tǒng)76亦使用一定位于FP/PCF/SS光學(xué)放大器78的下游的諧波轉(zhuǎn)換器58。 熟習(xí)此項技術(shù)者將想起，諧波轉(zhuǎn)換器58可替代地定位于沿著如先前所提及的眾多光束路 徑的各處。稍后結(jié)合EOM操作的論述呈現(xiàn)替代諧波產(chǎn)生位置的一些實例以及一些擁護替代位置的推理。圖5展示一可實施于下文所描述的多個激光脈沖分割系統(tǒng)實施例中以產(chǎn)生修剪 激光脈沖輸出的EOM 30。EOM 30包括一接收由一脈沖雷射源14發(fā)射的激光脈沖20的一 極化光束的電光學(xué)晶體盒62。電光學(xué)晶體盒62具有電極72，將EOM驅(qū)動器50的驅(qū)動器電 路74的驅(qū)動輸出信號施加至該等電極72以有助于入射激光脈沖20的成形。EOM 30 可由 KDP、KD*P、ADP、AD*P、RTP, RTA, BBO, LiNbO3 或較佳以高重復(fù)率或頻率操作的其它電光學(xué)材料制成。EOM 30為熟練從業(yè)者所熟知的通?？少彽玫墓鈱W(xué)組件。在 一些實施例中，EOM 30的較佳形式包括勃克爾盒。更詳細地論述一些例示性EOM 30以及 額外例示性EOM應(yīng)用。一合適電光學(xué)晶體盒62的一實例為由Cleveland Crystals, Inc.， HighlandHeights，OH 制造的光閘 4BB0 勃克爾盒(LightGate 4BB0 Pockels cell)。光 閘4盒可以100千赫茲操作，且其幾何形狀將驅(qū)動電壓最小化至355奈米下的約1. 3千伏 四分之一波延遲。光閘4盒具有僅4微微法拉的電容，其提供小于2奈秒的上升及下降 光學(xué)響應(yīng)時間的可能性。合適驅(qū)動器電路74的一實例為一可自Bergmann Messegeraete Entwicklung, KG, Murnau, Germany購得的高壓、快速切換時間勃克爾盒驅(qū)動器。此勃克爾 盒驅(qū)動器可具有先前已描述的例示性EOM驅(qū)動器50的能力中的一些或全部?；贐BO的EOM 30回應(yīng)于一施加至BBO盒62的電極72的四分之一波驅(qū)動電壓而 像一四分之一波旋轉(zhuǎn)器一樣操作。舉例而言，激光脈沖20a為如所示的ρ極化(p-pol)的 且一次行進穿過BBO晶體盒。當(dāng)無驅(qū)動電壓施加至BBO晶體盒的電極72時，該等激光脈沖 保持在P-POl狀態(tài)下且通過極化器32。當(dāng)將雷射波長下的四分之一波驅(qū)動電壓施加至BBO 晶體盒的電極72時，光束的極化方向旋轉(zhuǎn)90度且變?yōu)閟極化(s-pol)。當(dāng)一施加至BBO晶 體盒的電極72的驅(qū)動電壓在0與四分之一波電壓之間時，將自極化器32透射的極化激光 脈沖20a的部分近似地表示為T = Sin2 [(π/2) (V÷V1÷2)],其中T為激光束自極化器32的透射率，V為施加至電光學(xué)晶體盒62的電極72的 電壓，且V1/2為半波電壓?；谝陨媳磉_式，EOM 30的可控透射率T提供一激光脈沖成形功能。理論上，電光 學(xué)晶體盒62及極化器30的透射率可為約0%至100%。圖6展示可能激光脈沖形狀的五 個實例。此等實例表示保留在結(jié)合極化光束18中的具有單一極化狀態(tài)的激光脈沖20(諸 如，激光脈沖20a)的修改。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，對于具有正交極化狀態(tài)的激光脈 沖(諸如，激光脈沖20b)而言，EOM電壓修改可經(jīng)反相(諸如，為負而非正)以獲得類似的 輸出脈沖形狀。因此，藉由施加反相EOM驅(qū)動器波形，復(fù)合極化光束的每個雷射輸出脈沖可 獲取相同的修剪脈沖形狀。圖6將脈沖成形的一實例展示為行(a)，其中透射率自0%變至100%且以小于2 奈秒的激光脈沖上升時間達到其峰值，且藉此提供激光脈沖的快速上升前緣。熟習(xí)此項技 術(shù)者將認識到，在一替代配置(在此項技術(shù)中稱為雙程組態(tài))中，一四分之一波電壓可用以 達成一所要程度的極化旋轉(zhuǎn)，但此改良的效率是以較大的光學(xué)對準復(fù)雜性為代價而獲得。上升時間及下降時間與電光學(xué)盒的電壓及電容、驅(qū)動電路晶體管的切換時間、重 復(fù)率及總電功率消耗有關(guān)。電光學(xué)盒的較低電壓及電容有助于其快速響應(yīng)時間；因此，用 于電光學(xué)盒的恰當(dāng)材料的選擇是重要的。熟習(xí)此項技術(shù)者將認識到，BBO及RTP展現(xiàn)用于 實施于電光學(xué)調(diào)變器中的有用材料特性。Koechner，solid-state laser Engineering, Springer-Verlag針對一縱向電光學(xué)盒(其中電場經(jīng)平行地施加至晶體光軸且在與入射光 相同的方向上)藉由下式說明，相差S與晶體長度1上的施加電壓有關(guān)δ = (2 π/λ)n03r63Vz,其中Vz = ΕΖ1。
為了獲得半波延遲，一勃克爾盒產(chǎn)生相差δ = π。在此情況下，對于入射在勃克 爾盒上的線性極化光而言，輸出光束亦為線性極化的，但極化平面旋轉(zhuǎn)了 90度。藉由并有 此項技術(shù)中所熟知的極化光學(xué)器件，勃克爾盒可充當(dāng)一壓控光學(xué)調(diào)變器。Koechner將透射 率T (此裝置的相依性)表示為T = sin2 [(π/2) (V/V1/2)]其中半波電壓由V1/2 = λ /2n03r63給定。對于一橫向電光學(xué)晶體盒(其中電場經(jīng)垂直地施加至光束的方向)而言，半波電 壓由下式給定V172 = λ d/2n03r63L·此類型的電光學(xué)晶體盒具有半波電壓視晶體厚度與長度的比率而定的有用屬性， 且藉由恰當(dāng)選擇此等參數(shù)，可將電光學(xué)晶體盒設(shè)計成以比施加至縱向電光學(xué)晶體盒的電壓 低的施加電壓操作以達成一給定相差。熟習(xí)此項技術(shù)者將認識到，以上方程序中的項r63表示KDP族的磷酸鹽的電光系 數(shù)。RTP晶體為此族的常用成員且為用于與1064奈米雷射輸入一起使用的一些較佳實施例 的較佳電光學(xué)晶體材料。對于一些較佳實施例而言，BBO晶體較佳與355奈米雷射輸入一 起使用。RTP晶體針對1064奈米雷射輸入具有一低壓需求(用于η或半波延遲的約1. 6 千伏及一 3. 5毫米孔徑)且可對10百萬赫茲重復(fù)率起作用。RTP晶體在平均功率大體大于 10瓦時不能極好地工作或由于穿透性限制而不適合于UV應(yīng)用。對于如上文所提的此等后 者應(yīng)用，BBO較佳。實務(wù)上，由于高壓需求(半波延遲的約6千伏)，難以在1064奈米雷射的 100千赫茲下驅(qū)動ΒΒ0。因此，RTP電光學(xué)晶體盒為1064奈米雷射的目前較佳選擇，且BBO 電光學(xué)晶體盒對于355奈米雷射而言較佳(對于光閘4ΒΒ0勃克爾盒，半波延遲的約1. 3千 伏)。由于壓電(piezo-electric，ΡΕ)諧振，其它電光學(xué)材料(諸如，KDP、RTA及ADP)在 高重復(fù)率及脈沖調(diào)變下的使用上有主要限制。較快速的上升時間及下降時間導(dǎo)致較高的頻 率分量，因此存在此等頻率分量中的一者將屬于主諧振頻率的較大可能性。此對含有在遠 高于基本重復(fù)率的頻率中延伸的許多頻率分量的快速上升時間修剪脈沖尤其成立。為了產(chǎn)生修剪脈沖形狀，利用一經(jīng)設(shè)計以避免PE諧振的「快速多態(tài)」 (fastmulti-state, FMS)電光學(xué)調(diào)變器來實施所描述的較佳實施例。對于1064奈米雷射 輸出，藉由使用一由RTP晶體材料制成的電光學(xué)盒及不產(chǎn)生顯著PE諧振的短電脈沖來實現(xiàn) 此。大約幾奈秒的脈沖長度導(dǎo)致相對低的PE諧振。舉例而言，針對5%工作循環(huán)脈沖，一 RTP電光學(xué)晶體盒可達到10百萬赫茲的重復(fù)率。對獲得快速上升及下降時間的另一關(guān)注為電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動器的設(shè)計。對于防 止電光學(xué)晶體盒產(chǎn)生次奈秒或皮秒切換時間并無實際限制；因此，快速切換時間主要視電 驅(qū)動器而定。熟習(xí)此項技術(shù)者認識到，存在兩個主要類型的電轉(zhuǎn)換開關(guān)雪崩晶體管及 MOSFET0晶體管在一極有限的電壓范圍內(nèi)操作以獲得最快切換時間。7至10個晶體管的一 堆?？捎靡栽?. 6千伏范圍中操作。雪崩晶體管可達成2奈秒的切換時間，但其重復(fù)率限 于小于10千赫茲。為了較高重復(fù)率，MOSFET是目前較佳的，因為，大體而言，MOSFET具有1 奈秒的響應(yīng)時間及最大1千伏的操作電壓。至少2至3個MOSFET的一堆棧用以在1. 6千 伏范圍中操作。
因此，MOSFET及電路設(shè)計的選擇與實現(xiàn)FMS脈沖調(diào)變密切相關(guān)。詳言的，驅(qū)動器 電路功率消耗至關(guān)重要，因為其與峰值操作電壓的平方成比例。舉例而言，以約6千伏操作 的BBO電光學(xué)盒需要近似多達14倍的以1. 6千伏操作的RTP電光學(xué)盒的功率消耗的功率 消耗來達成給定重復(fù)率下的可比較相移。熟習(xí)此項技術(shù)者將認識到，降低操作電壓會減少 功率消耗。減少MOSFET的數(shù)目系可能的，此又經(jīng)由孔徑大小及所得驅(qū)動電壓的明智選擇來 提供FMS脈沖調(diào)變的更好執(zhí)行。在橫向電光學(xué)調(diào)變器的一較佳實施例中，RTP及BBO電光 學(xué)晶體盒的孔徑的至約2毫米的減小分別對RTP及BBO電光學(xué)晶體盒提供1064奈米下的 至約800伏及4千伏的對應(yīng)半波延遲電壓減小。FMS電光學(xué)調(diào)變器能夠進行調(diào)變的多個可程序化步驟，其中每一步驟具有一較佳 小于約4奈秒的上升時間及一較佳小于約4奈秒的下降時間，且更佳地，其中每一步驟具有 一較佳小于約2奈秒的上升時間及一較佳小于約2奈秒的下降時間。所揭示的實施例的一 操作優(yōu)點在于該等實施例提供一可經(jīng)程序化以具有一個以上振幅值的修剪脈沖形狀。另一 此操作優(yōu)點為提供具有離散振幅及時間持續(xù)分量的可程序化修剪脈沖形狀的能力。此能力 在產(chǎn)生具有圖6(a)中所示的類型的脈沖形狀的修剪脈沖輸出時特別有用。此脈沖形狀關(guān) 于第一振幅最大值具有一總下降時間，其大體上比至第一振幅最大值的上升時間長。本文中所描述的該等雷射系統(tǒng)的例示性實施例可自大體上高斯、矩形或梯形脈沖 形狀的基本或諧波激光脈沖輸入產(chǎn)生修剪的諧波輸出脈沖形狀。如較早所提及，諧波轉(zhuǎn)換 器或模塊58可形成脈沖雷射12的部分，可在腔外但在光束結(jié)合器24a的上游，在光束結(jié)合 器與EOM 30a之間，在EOM 30a的下游，或在EOM 30c或30d的下游。此修剪的諧波脈沖形 狀輸出可有利地用以切斷半導(dǎo)體內(nèi)存裝置(包括DRAM、SRAM及閃存)的寬數(shù)組中的導(dǎo)電 鏈路結(jié)構(gòu)；在諸如銅/聚酰胺層狀材料的可撓性電路中及在集成電路(IC)封裝中產(chǎn)生雷射 鉆孔微孔；實現(xiàn)半導(dǎo)體的雷射處理或微機械加工，諸如半導(dǎo)體集成電路、硅晶圓及太陽能電 池的雷射刻印或切塊；及實現(xiàn)金屬、介電質(zhì)、聚合材料及塑料的雷射微機械加工。圖7展示一使用脈沖諧波雷射源14c的雷射系統(tǒng)80的例示性實施。脈沖諧波雷射 源14c可為一以1064奈米操作的二極管泵浦式Q切換NchYVO4主振蕩器82，其輸出(示意 地表示為λ i、P1 (t))在一亦以1064奈米操作的二極管泵浦式Nd YVO4放大器68中經(jīng)放大。 隨后在一腔外諧波轉(zhuǎn)換器模塊58 (在放大器68的下游且在EOM 30a的上游)中將放大的 1064奈米輸出(示意地表示為λρΡ2α))頻率轉(zhuǎn)換至355奈米，將該諧波轉(zhuǎn)換器模塊的輸 出示意地表示為λ2、Ρ3α)。腔外諧波模塊58包括一可選第一聚焦透鏡；一用于1064奈 米至532奈米轉(zhuǎn)換的類型I、非臨界相匹配LBO切片；一可選第二聚焦透鏡；及一用于1064 納米加532奈米至355奈米諧波轉(zhuǎn)換的類型II、和頻率產(chǎn)生LBO晶體切片。此例示性組態(tài) 包括組態(tài)及實施方法為熟習(xí)此項技術(shù)者所熟知的指引光學(xué)器件及二向色光束分裂組件。將 每一脈沖諧波源14c的輸出(示意地表示為λ 2、P3(t))耦合至FMS EOM 30中而以355奈 米的三次諧波波長產(chǎn)生修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ4α))。熟習(xí)此項技術(shù)者將認識到，F(xiàn)MS EOM 30可以諧波波長有效地操作，因為用于相同 極化改變的施加電壓為用于二次諧波的一半及用于三次諧波的三分之一。此效應(yīng)允許關(guān)于 以基本波長操作的類似系統(tǒng)的上升時間及下降時間的有益減少，因為驅(qū)動電壓的上升時間 為慢速率受限的，且以較低驅(qū)動電壓達成較短波長的調(diào)變。圖8Α展示與一諧波調(diào)變器58 (在放大器68及EOM 30a的下游)合作使用FMS EOM30(在功率放大器68的上游)及基本脈沖雷射源14d以藉由一成形激光脈沖的非線性轉(zhuǎn)換 產(chǎn)生一所要輸出的例示性雷射系統(tǒng)84a的簡化方塊圖。以第一中心或基本波長操作的脈沖 雷射源14d將大體上高斯、矩形或梯形脈沖形狀輸出(示意地表示為A1^t))傳遞至FMS EOM 30。FMS EOM 30經(jīng)程序化以將輸入脈沖形狀修改為一適合于由二極管泵浦式Nd:YVO4 功率放大器68進行的后續(xù)放大及至諧波輸出的后續(xù)轉(zhuǎn)換的第一修剪脈沖形狀輸出(示意 地表示為λρΡ2α))。為了產(chǎn)生諧波輸出，將由以1064奈米操作的二極管泵浦式功率放大 器68產(chǎn)生的經(jīng)放大的基本波長修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為XpP3(O)傳遞至一諧 波轉(zhuǎn)換模塊58。諧波轉(zhuǎn)換模塊58將經(jīng)放大的基本波長修剪脈沖形狀輸出轉(zhuǎn)換為355奈米 的第二中心或諧波波長下的諧波修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ4α))。如熟習(xí)此 項技術(shù)者所熟知，如圖8Α中所示，由于諧波轉(zhuǎn)換過程的特性，λρΡ3α)至A2、P4(t)的轉(zhuǎn) 換強烈地視脈沖形狀振幅的時間相依性而定。熟習(xí)此項技術(shù)者將認識到，可經(jīng)由光學(xué)組件 及諧波晶體的替代配置來產(chǎn)生二次、四次或五次諧波。諧波轉(zhuǎn)換過程于V. GDmitriev等人 的 Handbook of Nonlinear Optical Crystals，第 138 頁至第 141 頁中描述。在一替代實 施例中，二極管泵浦式功率放大器68可由二極管泵浦式大模式面積光纖功率放大器或二 極管泵浦式光子晶體光纖功率放大器所替換。
圖8B-1展示作為第一替代實施例的雷射系統(tǒng)84b，其中將FMS EOM 30的第一修 剪基本輸出不經(jīng)放大而直接耦合至諧波轉(zhuǎn)換模塊58中。此時間相依性效應(yīng)的描述于V. G Dmitriev 等人的 Handbook ofNonlinear Optical Crystals，第 1 頁至第 51 頁中給出。申 請人具體參看圖2. 13，其說明諧波脈沖形狀產(chǎn)生對輸入脈沖形狀時間振幅分布的相依性。 圖8B-2及圖8B-3描繪迭加的三個示波器屏幕軌跡的不同對，以分別展示圖8B-1的脈沖雷 射源14d、FMS EOM 30及諧波轉(zhuǎn)換模塊56的雷射輸出脈沖波形92、94及96。圖8B-2描繪修剪的深UV (266奈米)輸出脈沖波形96與脈沖綠色(532奈米)雷 射輸出波形92的時間關(guān)系，且圖8B-3描繪深UV(266奈米)輸出脈沖波形96與修剪的綠 色(532奈米)輸出脈沖波形94的時間關(guān)系。圖8B-3展示自波形96的一相對平坦中間部 分96i量測的峰值振幅96p的高度顯著大于自波形94的一相對平坦中間部分94i量測的 峰值振幅94p的高度。峰值振幅96p與峰值振幅94p之間的顯著差異源于諧波轉(zhuǎn)換模塊58 所執(zhí)行的非線性諧波轉(zhuǎn)換過程，其中P3(t) %P22(t)成比例。對修剪的輸出脈沖波形96的 峰值振幅96p的諧波轉(zhuǎn)換的非線性效應(yīng)的預(yù)先補償必然伴有施加至EOM 30的電極72的驅(qū) 動器電路74的驅(qū)動輸出信號的定序的明智時序。驅(qū)動信號序列產(chǎn)生EOM 30的輸出傳輸?shù)?多個狀態(tài)，以形成一形狀的修剪的綠色輸出脈沖波形94，其預(yù)先補償非線性效應(yīng)以產(chǎn)生一 所要形狀的修剪的深UV輸出脈沖波形96。圖8C展示作為第二替代實施例的雷射系統(tǒng)84c，其中脈沖雷射源14d為以1064奈 米操作的二極管泵浦式Q切換NchYVO4雷射，其輸出(示意地表示為XpP1U))接著經(jīng)施 加至腔外諧波轉(zhuǎn)換模塊58且隨后經(jīng)轉(zhuǎn)換為355奈米的諧波波長下的諧波非修剪脈沖形狀 輸出(示意地表示為A2、P2(t))。該諧波非修剪脈沖形狀輸出接著經(jīng)耦合至FMS EOM 30 中以產(chǎn)生355奈米的諧波波長下的諧波修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ3α))。圖8D展示作為第三替代實施例的雷射系統(tǒng)84d，其中為以1064奈米操作的二極管 泵浦式Q切換NchYVO4雷射的基本脈沖雷射源14d的輸出(示意地表示為ApP1U))經(jīng)耦 合至FMS EOM 30中以產(chǎn)生第一基本修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為Ai、P2(t))。第一基本修剪脈沖形狀輸出接著在二極管泵浦式光纖或固態(tài)放大器68中經(jīng)放大以產(chǎn)生經(jīng)放大 的基本修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為XpPdt))。二極管泵浦式固態(tài)放大器68的一 較佳實施例為二極管泵浦式NchYVO4放大器?；蛘?，二極管泵浦式功率放大器68可由二極 管泵浦式大模式面積光纖功率放大器或二極管泵浦式光子晶體光纖功率放大器所替換?？?隨后在一光纖或二極管泵浦式固態(tài)功率放大器78中放大修剪脈沖成形輸出X1^t)以產(chǎn) 生第二放大的修剪脈沖成形輸出(表示為XpPjt))，接著將該第二輸出施加至腔外諧波 轉(zhuǎn)換模塊58且隨后將其轉(zhuǎn)換為355奈米的諧波波長下的諧波修剪脈沖形狀輸出(示意地 表示為 X2、P5(t))。圖9A展示雷射系統(tǒng)86a的較佳實施例的簡化方塊圖，雷射系統(tǒng)86a使用FMS EOM 30及包括一具可程序化脈沖寬度的主振蕩器光纖功率放大器(MOFPA)的脈沖雷射源14e。 該可程序化脈沖寬度MOFPA產(chǎn)生一通常梯形脈沖形狀的輸出。雷射系統(tǒng)86a亦可較佳使用 一基于光纖的干涉儀30a作為光學(xué)調(diào)變器30a。
MOFPA包括一脈沖種子源88及一光纖功率放大器68。種子源88為一脈沖雷射源， 諸如一Q切換固態(tài)雷射或一脈沖半導(dǎo)體雷射。將來自種子源雷射的雷射輸出(示意地表 示為X1^t))傳遞至光纖功率放大器68，該放大器產(chǎn)生MOFPA輸出(示意地表示為入工、 P2(t))。該MOFPA輸出較佳具有窄的頻譜頻寬(< 1.0奈米)且經(jīng)極好極化(> 100 1) 而具有極佳的空間模質(zhì)量(M2 <1.2)。光纖功率放大器68較佳為二極管泵浦式摻稀土光 纖放大器，且二極管泵浦式摻稀土光纖放大器中的增益光纖較佳為一多包層大模式面積光 纖。在另一較佳實施例中，增益光纖為一大模式面積光子晶體光纖，其可為一棒形大模式面 積光子晶體光纖。
將該MOFPA輸出耦合至FMS EOM 30中，F(xiàn)MS EOM 30經(jīng)程序化以將輸入脈沖形 狀修改為一適合于至諧波輸出的后續(xù)轉(zhuǎn)換的第一修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為入工、 P3(t))。將FMS EOM 30的輸出施加至一腔外諧波模塊58且在其中頻率轉(zhuǎn)換為355奈米的 諧波波長下的諧波修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ4α))。來自每一脈沖雷射14e 的諧波修剪脈沖形狀MOFPA輸出的脈沖重復(fù)頻率較佳大于約50千赫茲，且更佳大于約150 千赫茲。圖9B展示作為替代實施例的雷射系統(tǒng)86b，其中脈沖雷射源14e可為一如上所述 的以1064奈米操作的M0FPA，將其輸出(示意地表示為XpPjt))施加至腔外諧波模塊58 且轉(zhuǎn)換為355奈米的諧波波長下的諧波非修剪脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ2α))。 將諧波非修剪脈沖形狀輸出耦合至FMS Ε0Μ30中以產(chǎn)生355奈米的諧波波長下的諧波修剪 脈沖形狀輸出(示意地表示為λ2、Ρ3α))。雷射系統(tǒng)86a亦可較佳使用一基于光纖的干涉 儀30a作為光學(xué)調(diào)變器30a。圖10為展示雷射系統(tǒng)100的光學(xué)組件的詳細方塊圖，亦如圖2中所提出，雷射系 統(tǒng)100是用脈沖諧波雷射源14f及一或兩個FMS EOM 30c或30d來實施以產(chǎn)生一所要的成 形激光脈沖輸出。參看圖10，雷射系統(tǒng)100包括較佳為一腔內(nèi)UV DPSS雷射類型的脈沖諧 波雷射源14f，其發(fā)射355奈米脈沖雷射輸出光束104。于雷射源102的輸出端處展示輸出 光束104的激光脈沖106中的一者。合適的雷射源102為由Spectra-Physics division of Newport Corporation，Irvine，CA 制造的 Tristar 2000UV 雷射，且以一 100 千赫茲的 重復(fù)率及一 18奈米的脈沖寬度發(fā)射約1瓦的355奈米功率。激光束104入射在一高反射鏡108上，該鏡108將幾乎所有入射激光束能量導(dǎo)引至第二高反射鏡110且將一泄漏量的入射激光束能量提供至一產(chǎn)生一偵測器輸出信號114的光學(xué)偵測器112。合適的光學(xué)偵測 器 112 為由 Hamamatsu Photonics KKiHamamatsu City，Japan 制造的 Hamamatsu S3279 光 電二極管。如下文進一步描述，將偵測器輸出信號114傳遞至電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路74的 三個實施例中的每一者。由鏡110反射的激光束104傳播通過一人工可調(diào)整衰減器120及第一擴束器 122，反射離開高反射光束指引鏡124及126，且撞擊一充當(dāng)一電控衰減器的聲光調(diào)變器 (AOM) 128的輸入端。離開AOM 128的激光束104傳播通過第二擴束器130。在雷射系統(tǒng)100的第一實施中，激光束104自第二擴束器130傳播，且在自反射體 134及136反射之后入射在光學(xué)串聯(lián)連接的電光學(xué)調(diào)變器30c及30d上，該等電光學(xué)調(diào)變器 的輸出端與各別極化器154及156光學(xué)地相關(guān)聯(lián)。合適的電光學(xué)調(diào)變器30c或30d為上述 的光閘4BB0勃克爾盒。EOM 30c及30d自電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路210 (圖11)接收驅(qū)動控 制輸出信號以產(chǎn)生修剪脈沖輸出，其傳播通過一擴束器158且接著通過一變焦擴束器160 以提供一可程序化激光束點以便傳遞至系統(tǒng)光學(xué)組件。在雷射系統(tǒng)100的第二及第三實施中，EOM 30d及其相關(guān)聯(lián)的極化器156不存在， 且激光束104傳播通過EOM 30c及其相關(guān)聯(lián)的極化器154至變焦擴束器160。電光學(xué)調(diào)變 器30c自第二實施的電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路310(圖9)且自第三實施的電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動 電路410(圖11)接收一驅(qū)動控制輸出信號。使雷射系統(tǒng)100的三個實施成為可能的電光 學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路210、310及410的三個實施例的以下描述詳細呈現(xiàn)修剪激光脈沖時間分 布曲線的合成。圖11展示作為第一實施例的電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路210，其提供驅(qū)動控制輸出信 號至電光學(xué)調(diào)變器150及152，該等電光學(xué)調(diào)變器響應(yīng)地產(chǎn)生輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài)且藉此 產(chǎn)生展現(xiàn)一修剪脈沖時間分布曲線的修剪脈沖輸出。驅(qū)動電路210接收光學(xué)偵測器112的 偵測器輸出信號114及來自一控制計算機216的控制命令輸出212作為輸入?？刂泼钶?出212包括由控制計算機216設(shè)定以用于與偵測器輸出信號114的改變值進行比較的觸發(fā) 臨限值。響應(yīng)于脈沖雷射發(fā)射的發(fā)生而產(chǎn)生的觸發(fā)臨限值與偵測器輸出信號114的比較系 驅(qū)動電路210的操作的基礎(chǔ)。偵測器輸出信號114使輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài)的產(chǎn)生與脈沖雷 射發(fā)射的發(fā)生及有助于脈沖雷射發(fā)射的輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài)的產(chǎn)生的定序的控制命令輸 出同步。此同步抑制由激光脈沖能量的不定能量建置的效應(yīng)產(chǎn)生的抖動及形成修剪脈沖輸 出的輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài)的產(chǎn)生中的激光脈沖激發(fā)信號的信號抖動的作用的引入。參看圖11及圖12呈現(xiàn)驅(qū)動電路210的組件及操作的以下描述，其中后者展示所 產(chǎn)生的信號波形的時序序列及EOM 30c及30d的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。將偵測器輸出信號 114施加至第一電壓比較器232及第二電壓比較器234中的每一者的信號輸入端。控制命 令輸出212包括一下觸發(fā)臨限信號236及一上觸發(fā)臨限信號238，將該等信號施加至數(shù)字 至模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analogconverter，DAC)240 及 242 的各別輸入端。將 DAC 240 的下臨限電壓輸出244施加至第一比較器232的電壓臨限輸入端，且將DAC 242的上臨限 電壓輸出246施加至第二比較器234的電壓臨限輸入端。圖11及圖12展示分別出現(xiàn)在比較器232的輸出端及比較器234的輸出端處的觸 發(fā)1信號及觸發(fā)2信號。為清楚起見，圖11展示激光脈沖106及DAC輸出244及246的臨限電壓的并列繪圖。將比較器232的觸發(fā)1輸出施加至第一 EO驅(qū)動器250的一起動輸入 端及一可程序化延遲線252的一信號輸入端。將延遲線252的一停止1輸出(其表示觸發(fā) 1輸出的一時間移位版本)施加至第一 EO驅(qū)動器250的一停止輸入端。類似地，將比較器 234的觸發(fā)2輸出施加至第二 EO驅(qū)動器254的一起動輸入端及一可程序化延遲線256的一 信號輸入端。將延遲線256的一停止2輸出(其表示觸發(fā)2輸出的一時間移位版本)施加 至第二 EO驅(qū)動器254的一停止輸入端。
圖11及圖12展示分別出現(xiàn)在延遲線252的輸出端及延遲線256的輸出端處的停 止1信號及停止2信號。圖8 (上部軌跡)將延遲1展示為觸發(fā)1信號的上升邊緣與停止1 信號的上升邊緣之間的時間延遲且將延遲2展示為觸發(fā)2信號的上升邊緣與停止2信號的 上升邊緣之間的時間延遲。由在經(jīng)施加至各別可程序化延遲線252及256的延遲預(yù)設(shè)輸入 端的控制命令輸出212上傳遞的延遲默認值確定延遲1及延遲2的量。在延遲1開始時， 觸發(fā)1信號的上升邊緣于第一 EO驅(qū)動器250的輸出端處產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器1延遲 信號轉(zhuǎn)變，EOM 30c藉由自脈沖雷射發(fā)射的一較低輸出傳輸狀態(tài)切換至一較高輸出傳輸狀 態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。圖12(下部軌跡)展示對由第一 EO驅(qū)動器250產(chǎn)生的較低至較高 輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈沖雷射發(fā)射的效應(yīng)。驅(qū)動器1 (上部軌跡)與限幅1 (下部軌跡) 的第一上升邊緣之間的箭頭指示此效應(yīng)。在延遲1期間及在延遲2開始時，觸發(fā)2信號的 上升邊緣于第二 EO驅(qū)動器254的輸出端處產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器2延遲信號轉(zhuǎn)變，EOM 30d藉由自脈沖雷射發(fā)射的一較高輸出傳輸狀態(tài)切換至一中間輸出傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號 轉(zhuǎn)變。該中間輸出傳輸狀態(tài)在該較高輸出傳輸狀態(tài)與該較低輸出傳輸狀態(tài)之間。圖12(下 部軌跡)展示對由第二 EO驅(qū)動器254產(chǎn)生的較高至中間輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈沖雷射 發(fā)射的效應(yīng)。驅(qū)動器2 (上部軌跡)與限幅2 (下部軌跡)的第一下降邊緣之間的箭頭指示 此效應(yīng)。延遲1于停止1信號的上升邊緣結(jié)束，此系延遲線252所產(chǎn)生的延遲的結(jié)果。延 遲1的結(jié)束產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器1延遲信號轉(zhuǎn)變，電光調(diào)變器150藉由自該較高輸出 傳輸狀態(tài)切換至該較低輸出傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。圖12(下部軌跡)展示第一 EO 驅(qū)動器250進行的自較高至較低輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變對脈沖雷射發(fā)射的效應(yīng)。停止1 (上部軌 跡)與限幅2 (下部軌跡)的第二下降邊緣之間的箭頭指示此效應(yīng)。最后，延遲2于停止2信號的上升邊緣結(jié)束，此系延遲線256所產(chǎn)生的延遲的結(jié) 果。延遲2的結(jié)束產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器2延遲信號轉(zhuǎn)變，EOM 30d藉由自該中間輸出 傳輸狀態(tài)切換至該較高輸出傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。只要轉(zhuǎn)變在停止1信號的上升邊 緣之后且在下一次激光脈沖發(fā)射到達EOM 30c之前發(fā)生，則EOM 30d返回至較高輸出傳輸 狀態(tài)的時機并不重要。實務(wù)上，由于EOM 30c的較低輸出傳輸狀態(tài)有可能大于零，故轉(zhuǎn)變在 激光脈沖發(fā)射完成之后發(fā)生。圖13及圖15展示作為第二及第三實施例的各別電光學(xué)調(diào)變器驅(qū)動電路310及 410，其各自提供一驅(qū)動控制輸出信號至EOM 30，EOM 30響應(yīng)地產(chǎn)生輸出傳輸?shù)亩鄠€狀態(tài) 且藉此產(chǎn)生展現(xiàn)一修剪脈沖時間分布曲線的修剪脈沖輸出。(圖10以虛線展示雷射系統(tǒng) 100中的電光學(xué)調(diào)變器152、極化器156及EO驅(qū)動器254以結(jié)合圖13及圖15的實施例指 示該等組件的省略。)參看圖13及圖14呈現(xiàn)驅(qū)動電路310的組件及操作的以下描述，其中后者展示所產(chǎn)生的信號波形的時序序列及EOM 30的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。驅(qū)動電路310接收光學(xué)偵測器112的偵測器輸出信號114及來自控制計算機216的控制命令輸出212作為輸入。將 偵測器輸出信號114施加至電壓比較器232的信號輸入端?？刂泼钶敵?12包括經(jīng)施加 至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器240的輸入端的觸發(fā)臨限信號236，及一經(jīng)施加至可程序化延遲線252 的延遲預(yù)設(shè)輸入端的延遲默認值。圖13及圖14展示一出現(xiàn)在比較器232的輸出端處的觸發(fā)1信號。圖13展示激 光脈沖106及DAC輸出244的臨限電壓。將比較器232的觸發(fā)1輸出施加至EO驅(qū)動器250 的起動輸入端及可程序化延遲線252的信號輸入端。將延遲線252的觸發(fā)2輸出(其表示 觸發(fā)1輸出的一時間移位版本)施加至EO驅(qū)動器250的停止輸入端。圖14 (上部軌跡)將延遲1展示為觸發(fā)1信號的上升邊緣與觸發(fā)2信號的上升邊 緣之間的時間延遲。在觸發(fā)1信號的上升邊緣之后約10奈秒，EO驅(qū)動器250于其輸出端處 產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器1(起動)信號轉(zhuǎn)變，EOM 30藉由自脈沖雷射發(fā)射的一最小輸出傳 輸狀態(tài)切換至一最大輸出傳輸狀態(tài)且此后切換至一中間輸出傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。 (自觸發(fā)1至驅(qū)動器1 (起動)的10奈秒延遲表示一為EO驅(qū)動器250中所固有的電路延 遲。)該中間輸出傳輸狀態(tài)在該最大輸出傳輸狀態(tài)與該最小輸出傳輸狀態(tài)之間。藉由一出 現(xiàn)在EO驅(qū)動器250的輸出端處的將EOM 30驅(qū)動至一過壓驅(qū)動條件的電壓位準來達成輸出 傳輸狀態(tài)的此切換順序。為了達到該過壓驅(qū)動條件，EOM 30回轉(zhuǎn)通過該最大輸出傳輸狀態(tài) 以形成脈沖雷射發(fā)射的一高振幅部分312，且接著達到該中間輸出傳輸狀態(tài)以在此處停留 一時間以形成脈沖雷射發(fā)射的平坦振幅部分314。圖14(下部軌跡)展示對由EO驅(qū)動器 250產(chǎn)生的最小至最大輸出傳輸且在此后至中間輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈沖雷射發(fā)射的效 應(yīng)。延遲1于停止1信號的上升邊緣結(jié)束，此系延遲線252所產(chǎn)生的延遲及EO驅(qū)動器 250的10奈秒電路延遲的結(jié)果。在延遲1結(jié)束時，EO驅(qū)動器250于其輸出端處產(chǎn)生一至一 電壓的驅(qū)動器1 (停止)信號轉(zhuǎn)變，EOM 30藉由自該中間輸出傳輸狀態(tài)切換至該最小輸出 傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。圖14(下部軌跡)展示對由EO驅(qū)動器250產(chǎn)生的中間至最 小輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈沖雷射發(fā)射的效應(yīng)。藉由使EOM 30回轉(zhuǎn)返回通過該最大輸出 傳輸狀態(tài)達到該最小輸出傳輸狀態(tài)以形成脈沖雷射發(fā)射的第二下降邊緣來達成自該中間 輸出傳輸狀態(tài)至該最大輸出傳輸狀態(tài)的切換。在脈沖雷射發(fā)射結(jié)束時，該最大輸出傳輸狀 態(tài)形成第二峰值振幅部分(圖14中未展示)，由于激光脈沖106在此時的低能量位準，該第 二峰值振幅部分應(yīng)為可忽略的。參看圖15及圖16呈現(xiàn)驅(qū)動電路410的組件及操作的以下描述，其中后者展示所 產(chǎn)生的信號波形的時序序列及EOM 30的輸出傳輸?shù)慕Y(jié)果狀態(tài)。驅(qū)動電路410接收光學(xué)偵測 器112的偵測器輸出信號114及來自控制計算機216的控制命令輸出212作為輸入。控制 命令輸出212包括由控制計算機216設(shè)定以用于與偵測器輸出信號114的改變值進行比較 的觸發(fā)臨限值。將偵測器輸出信號114施加至第一電壓比較器232及第二電壓比較器234 中的每一者的信號輸入端?？刂泼钶敵?12包括一正向電壓觸發(fā)臨限信號236及一負向 電壓觸發(fā)臨限信號238，將該等信號施加至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器240及242的各別輸入端。將 DAC 240的一正向觸發(fā)臨限電壓輸出244施加至第一比較器232的電壓臨限輸入端，且將 DAC 242的一負向觸發(fā)臨限電壓輸出246施加至第二比較器234的電壓臨限輸入端。
圖15及圖16展示分別出現(xiàn)在比較器232及234的輸出端處的觸發(fā)1信號及觸發(fā) 2信號。圖16展示激光脈沖106及DAC輸出244的臨限電壓。將比較器232的觸發(fā)1輸出 施加至EO驅(qū)動器250的起動輸入端，且將比較器234的觸發(fā)2輸出施加至EO驅(qū)動器250 的停止輸入端。
圖16 (上部軌跡)展示，在觸發(fā)1信號的上升邊緣之后的約10奈秒，EO驅(qū)動器 250于其輸出端處產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器1 (起動)信號轉(zhuǎn)變，E0M30藉由自脈沖雷射發(fā) 射的一最小輸出傳輸狀態(tài)切換至一最大輸出傳輸狀態(tài)且在此后切換至一中間輸出傳輸狀 態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。該中間輸出傳輸狀態(tài)在該最大輸出傳輸狀態(tài)與該最小輸出傳輸狀態(tài) 之間。藉由一出現(xiàn)在EO驅(qū)動器250的輸出端處的將EOM 30驅(qū)動至一過壓驅(qū)動條件的電壓 位準來達成輸出傳輸狀態(tài)的此切換順序。為了達到該過壓驅(qū)動條件，EOM 30回轉(zhuǎn)通過該最 大輸出傳輸狀態(tài)以形成脈沖雷射發(fā)射的一高振幅部分412，且接著達到該中間輸出傳輸狀 態(tài)以在此處停留一時間以形成脈沖雷射發(fā)射的平坦振幅部分414。圖16(下部軌跡)展示 對由EO驅(qū)動器250產(chǎn)生的最小至最大輸出傳輸且在此后至中間輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈 沖發(fā)射的效應(yīng)。觸發(fā)2信號系作為激光脈沖106的在其對應(yīng)于觸發(fā)臨限信號236及238的脈沖振 幅位準之間的經(jīng)過上升時間的結(jié)果而產(chǎn)生。在觸發(fā)2信號的上升邊緣之后的約10奈秒，EO 驅(qū)動器250于其輸出端處產(chǎn)生一至一電壓的驅(qū)動器1 (停止)信號轉(zhuǎn)變，EOM 30藉由自該 中間輸出傳輸狀態(tài)切換至該最小輸出傳輸狀態(tài)來響應(yīng)此信號轉(zhuǎn)變。圖16 (下部軌跡)展示 對由EO驅(qū)動器250產(chǎn)生的中間至最小輸出傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變產(chǎn)生的脈沖雷射發(fā)射的效應(yīng)。藉由 使EOM 30回轉(zhuǎn)返回通過該最大輸出傳輸狀態(tài)達到該最小輸出傳輸狀態(tài)以形成脈沖雷射發(fā) 射的第二下降邊緣來達成自該中間輸出傳輸狀態(tài)至該最大輸出傳輸狀態(tài)的切換。在脈沖雷 射發(fā)射結(jié)束時，該最大輸出傳輸狀態(tài)形成一第二峰值振幅部分(圖12中未展示)，由于激光 脈沖106在此時的低脈沖振幅能量位準，該第二峰值振幅部分應(yīng)為可忽略的。圖13及圖15展示一電阻器-二極管數(shù)組500，其定位于EOM 30與各別電光學(xué)調(diào) 變器驅(qū)動電路310及410中的每一者的驅(qū)動器250的輸出端之間以將具有一可控形狀的驅(qū) 動控制輸出信號提供至EOM 30。因為EOM 30的晶體電性上表現(xiàn)為一電容器，所以包括一電 阻器或可切換電阻器的一數(shù)組可用以控制修剪脈沖時間分布曲線的電壓斜率。電阻器-二 極管數(shù)組500包括兩個并聯(lián)連接的分支電路，每一分支電路包括與一指引二極管506串聯(lián) 連接的并聯(lián)連接電阻器502及504。可將與一開關(guān)508串聯(lián)連接的電阻器504接入其分支 電路或與分支電路斷開以改變有效電阻值，且在相反方向上安裝該等分支電路的指引二極 管506以促進修剪脈沖時間分布曲線的上升邊緣及下降邊緣的不對稱斜率。圖17展示雷射系統(tǒng)550，其經(jīng)組態(tài)以抑制與脈沖雷射發(fā)射建置時間相關(guān)聯(lián)的抖 動且藉此有助于EOM 30a的脈沖形狀、脈沖拾取及光束結(jié)合功能的同步。抖動抑制的實施 使具有由緊密間隔的激光脈沖構(gòu)成的復(fù)合激光束18的高產(chǎn)量雷射處理成為可能。為方便 起見，圖17使用與識別其它圖中的類似對應(yīng)組件的參考數(shù)字相同或類似的一些參考數(shù)字。 又，為方便起見，為簡單起見，已省略按比例縮放特征(特別是光束路徑分量)的細節(jié)。參看圖17，雷射系統(tǒng)550使用光學(xué)偵測器112a、112b、112a2& 112b2來提供信號 至一共同觸發(fā)電路552，以使EOM 30a的切換功能與各別脈沖雷射14a、14b、14a2及14b2的 脈沖發(fā)射的起始同步。觸發(fā)電路552可提供時序信息至一脈沖形狀控制器554或直接提供時序信息至EOM驅(qū)動器250。EOM 30a以與關(guān)于圖11至圖16的一般EOM 30所描述的方式相同的方式響應(yīng)。更具體言的，用于脈沖同步的雷射控制器42將規(guī)定來自脈沖雷射14a、 14b、14a2及14b2的激光脈沖發(fā)射的一序列及EOM 30a所采用的切換狀態(tài)的一對應(yīng)序列的 控制命令輸出提供至脈沖驅(qū)動器40。脈沖驅(qū)動器40接收該控制命令輸出且將單獨系列的 輸出脈沖傳遞至脈沖雷射14a、14b、14a2& 14b2，該等脈沖雷射藉由以規(guī)定順序發(fā)射雷射輸 出來響應(yīng)輸出脈沖。為了達成雷射系統(tǒng)550的抖動抑制，脈沖雷射14a、14b、14a2& 14b2以一類似于上 文關(guān)于圖10的雷射系統(tǒng)100所描述的方式的方式提供一泄漏量的入射激光束能量至產(chǎn)生 供傳遞至觸發(fā)電路552的偵測器輸出信號的各別光學(xué)偵測器112a、112b、112a2&112b2。響 應(yīng)于脈沖雷射發(fā)射的發(fā)生而產(chǎn)生的偵測器輸出信號使EOM 30a的切換操作同步，以使得一 來自脈沖雷射14a、14b、14a2及14b2中的一者的選定激光脈沖發(fā)射在一已知時間到達EOM 30a,此時EOM 30a采用一對應(yīng)于該選定激光脈沖發(fā)射的延遲狀態(tài)。光學(xué)偵測器112a、112b、112a2及112b2以及觸發(fā)電路552的使用可減少或消除大 部分的時間抖動問題且準許來自不同脈沖雷射源14的脈沖的較緊密間距。在無抖動的情 況下，來自按比例縮放集合的脈沖之間的較緊密間距可允許更大的按比例縮放，以及更大 的脈沖成形控制。舉例而言，EOM 30a可達成次奈秒、甚至皮秒的上升時間及下降時間，該 等時間可用于以極高重復(fù)率及極高峰值功率產(chǎn)生用于鏈路處理的修剪脈沖及產(chǎn)生用于鉆 孔的短脈沖。加倍或進一步按比例縮放的脈沖重復(fù)率可增加系統(tǒng)的產(chǎn)量。除了促進脈沖成形控制的外，觸發(fā)電路552亦可用以藉由施加光束傳播阻斷光束 極化改變來促進關(guān)于脈沖拾取的時序。類似地，觸發(fā)電路552亦可用以藉由施加光束極化 改變至正交極化的光束來促進關(guān)于光束結(jié)合的時序。最后，觸發(fā)電路552可用以執(zhí)行EOM 30a的脈沖成形、脈沖拾取及光束結(jié)合操作能力中的兩者或所有三者的任何組合。熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，每個命題的標的或?qū)嵤├衫鄯e至所有其它命題或?qū)嵤?例的標的或?qū)嵤├o定命題或?qū)嵤├臉说幕コ獾那闆r除外。上述實施例中的許多促進展現(xiàn)先前不可行特性的復(fù)合光束的產(chǎn)生。舉例而言，本 文中所揭示的實施例促進一具有一大于200千赫茲的復(fù)合重復(fù)率及一大于1千瓦的復(fù)合平 均功率的穩(wěn)定UV復(fù)合極化光束的產(chǎn)生。熟習(xí)此項技術(shù)者將顯而易見，可對上述實施例的細節(jié)進行許多改變而不脫離本發(fā) 明的潛在原理。舉例而言，亦可執(zhí)行形成一經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的雷射輸出的非線性轉(zhuǎn)換以提供一 較長波長雷射輸出。因此，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)僅由以下申請專利范圍來判定。
權(quán)利要求
一種合成一高功率、高重復(fù)率的極化激光束的方法，其包含產(chǎn)生第一重復(fù)率下的具有第一平均功率的多個第一極化激光脈沖的第一極化激光束，該等第一極化激光脈沖以第一極化狀態(tài)為特征；產(chǎn)生具有第二平均功率及第二重復(fù)率的多個第二極化激光脈沖的第二極化激光束，該等第二極化激光脈沖以第二極化狀態(tài)為特征；該等第一極化激光束及該等第二極化激光束的產(chǎn)生制造與該等第二極化激光脈沖于時間不重迭關(guān)系的該等第一極化激光脈沖；引入光學(xué)延遲，使得該等各別的第一及第二極化激光脈沖的該等第一及第二極化狀態(tài)為正交相關(guān)；在一光學(xué)光束結(jié)合器中結(jié)合該等正交相關(guān)極化狀態(tài)下的該第一及第二極化激光束，當(dāng)結(jié)合于該等正交相關(guān)第一及第二極化狀態(tài)下的該等各別第一及第二極化激光束及制造該等第一及第二極化激光脈沖之一沿著一結(jié)合光束路徑傳播的結(jié)合光束時，該光學(xué)光束結(jié)合器以該等第一及第二平均功率的低損耗為特征；及沿著該結(jié)合光束路徑提供一光學(xué)調(diào)變器，該光學(xué)調(diào)變器可操作以選擇性地改變該結(jié)合光束的該等第一及第二極化激光脈沖的該等極化狀態(tài)的該正交關(guān)系以制造該等第一及第二激光脈沖的一復(fù)合極化光束，該光學(xué)調(diào)變器響應(yīng)于一控制信號的不同值將不同光學(xué)延遲量選擇性地賦予該結(jié)合光束，使得該復(fù)合極化光束的該等各別第一及第二極化激光脈沖的該等第一及第二極化狀態(tài)是一致相關(guān)；藉此該復(fù)合極化光束以一大于該等第一及第二重復(fù)率的復(fù)合重復(fù)率下具有一大于該等第一及第二平均功率的平均復(fù)合功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該光學(xué)調(diào)變器包括一Ε0Μ。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該光學(xué)調(diào)變器包括一勃克爾盒(Pockelscell)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該等第一及第二極化激光束是由各別第一及第二種 子雷射產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其進一步包含沿著該結(jié)合光束路徑于該光學(xué)調(diào)變器的下游定位一光隔離器；及沿著該結(jié)合光束路徑于該光隔離器的下游定位一光纖放大器。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包含將該復(fù)合極化光束的傳播導(dǎo)引至一沿著該結(jié)合光束路徑定位于該光學(xué)調(diào)變器的下游的光學(xué)極化器；及將該控制信號傳遞至該光學(xué)調(diào)變器，該控制信號具有控制該光學(xué)調(diào)變器將光學(xué)延遲賦予該等第一及第二極化激光脈沖中的選定者的值，該光學(xué)延遲使入射在該光學(xué)極化器上的 該等選定極化激光脈沖中的每一者采用一導(dǎo)致該光學(xué)極化器阻斷傳輸?shù)臉O化狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該控制信號具有控制該光學(xué)調(diào)變器將光學(xué)延遲量賦 予一些第一及第二極化激光脈沖的值，該光學(xué)延遲量引起對應(yīng)該些第一及第二極化激光脈沖的形狀的修剪。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該控制信號具有控制該光學(xué)調(diào)變器將光學(xué)延遲量賦 予一些第一及第二極化激光脈沖的值，該光學(xué)延遲量引起對應(yīng)該些第一及第二極化激光脈沖的形狀的修剪。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該等第一及第二極化激光束以發(fā)射波長為特征，且 該方法進一步包含沿著該結(jié)合光束路徑且在該光學(xué)調(diào)變器的下游定位一諧波產(chǎn)生器以自該復(fù)合極化光 束產(chǎn)生一具該等第一及第二極化激光束的該等發(fā)射波長的諧波波長的轉(zhuǎn)換復(fù)合極化光束。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該等第一及第二極化激光束以不同發(fā)射波長為特征。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該復(fù)合極化光束包含一串交替的第一及第二極化 激光脈沖。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該復(fù)合極化光束包含一串定位于兩個第二極化激 光脈沖之間的兩個或兩個以上連續(xù)第一極化激光脈沖。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包含使用光學(xué)偵測器以響應(yīng)于由各別第一及第二脈沖雷射產(chǎn)生的該等第一及第二極化激 光脈沖的出現(xiàn)而產(chǎn)生偵測器輸出信號；及提供驅(qū)動電路以響應(yīng)于該等偵測器輸出信號而產(chǎn)生該控制信號的該等不同值以抑制 在選擇性地賦予該結(jié)合光束的該等不同光學(xué)延遲量上由該等第一及第二極化激光脈沖的 不定能量建置時間的效應(yīng)產(chǎn)生的抖動的一作用。
14.一種合成一高功率、高重復(fù)率的極化激光束的雷射系統(tǒng)，其包含第一脈沖雷射，其響應(yīng)于一由脈沖驅(qū)動器電路制造的第一驅(qū)動器信號產(chǎn)生在第一極化 狀態(tài)下沿著第一光束路徑傳播且在第一重復(fù)率下具有第一平均功率的多個第一極化激光 脈沖的第一光束；第二脈沖雷射，其響應(yīng)于一由該脈沖驅(qū)動器電路制造的第二驅(qū)動器信號產(chǎn)生在第二極 化狀態(tài)下沿著第一光束路徑傳播且在第二重復(fù)率下具有第二平均功率的多個第二極化激 光脈沖的第二光束；一光學(xué)延遲器裝置，其定位于該等第一及第二光束路徑之一者中引入光學(xué)延遲，使得 該等各別第一及第二極化激光脈沖的該等第一及第二極化狀態(tài)正交相關(guān)；一光學(xué)光束結(jié)合器，其與該等第一及第二光束路徑相交且結(jié)合處于該等正交相關(guān)的各 別第一及第二極化狀態(tài)下的該等第一及第二極化激光脈沖以便沿著一結(jié)合光束路徑傳播， 該光學(xué)光束結(jié)合器以在結(jié)合該等第一及第二極化激光脈沖時一小于該等第一及第二平均 功率的一半的損耗為特征；一光學(xué)調(diào)變器，其沿著該結(jié)合光束路徑定位于該光學(xué)光束結(jié)合器的下游，該光學(xué)調(diào)變 器響應(yīng)于一調(diào)變器控制信號的不同值而選擇性地將改變該結(jié)合光束的該等第一及第二極 化激光脈沖的該等極化狀態(tài)的該正交關(guān)系的對應(yīng)不同光學(xué)延遲量賦予該結(jié)合光束以制造 該等第一及第二極化激光脈沖的一復(fù)合極化光束，該復(fù)合極化光束的該等第一及第二極化 激光脈沖的該等各別極化狀態(tài)一致相關(guān)；及一雷射控制器，其協(xié)調(diào)該等第一及第二脈沖驅(qū)動器信號及該調(diào)變器驅(qū)動器信號，使得 該等第一及第二極化激光脈沖處于時間不重迭關(guān)系，且使得不同光學(xué)延遲量的該選擇性賦 予在該結(jié)合光束中的該等第一及第二極化激光脈沖中的對應(yīng)者入射在該光學(xué)調(diào)變器上時 發(fā)生，藉此該復(fù)合極化光束在一大于該等第一及第二重復(fù)率的復(fù)合重復(fù)率下具有一大于該 等第一及第二平均功率的平均復(fù)合功率。
15.如權(quán)利要求14所述的雷射系統(tǒng)，其進一步包含光學(xué)偵測器，其響應(yīng)于由該等各別第一及第二脈沖雷射產(chǎn)生的該等第一及第二極化激 光脈沖的出現(xiàn)而制造偵測器輸出信號的光學(xué)偵測器；及驅(qū)動電路，其響應(yīng)于該等偵測器輸出信號制造該調(diào)變器控制信號的該等不同值以抑制 由該等第一及第二極化激光脈沖的不定能量建置時間對選擇性地賦予該結(jié)合光束的該等 不同光學(xué)延遲量的效應(yīng)導(dǎo)致的抖動的一作用。
16.如權(quán)利要求14所述的雷射系統(tǒng)，其中該等第一及第二極化激光束是由各別第一及 第二種子雷射產(chǎn)生。
17.如權(quán)利要求16所述的雷射系統(tǒng)，其進一步包含一沿著該結(jié)合光束路徑定位于該光學(xué)調(diào)變器的下游的光隔離器；及一沿著該結(jié)合光束路徑定位于該光隔離器的下游的光纖放大器。
18.如權(quán)利要求14所述的雷射系統(tǒng)，其進一步包含一沿著該結(jié)合光束路徑定位于該光 學(xué)調(diào)變器的下游的光學(xué)極化器以接收該復(fù)合極化光束，該光學(xué)調(diào)變器接收具有控制該光學(xué) 調(diào)變器將光學(xué)延遲賦予該等第一及第二極化激光脈沖中的選定者的值的該控制信號，該光 學(xué)延遲使入射在該光學(xué)極化器上的該等選定極化激光脈沖中的每一者采用一由該光學(xué)極 化器導(dǎo)致阻斷傳輸?shù)臉O化狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求18所述的雷射系統(tǒng)，其中該控制信號具有控制該光學(xué)調(diào)變器將光學(xué)延 遲量賦予一些第一及第二極化激光脈沖的值，該光學(xué)延遲量引起對應(yīng)該些第一及第二極化 激光脈沖的形狀的修剪。
20.如權(quán)利要求14所述的雷射系統(tǒng)，其中該等第一及第二極化激光束以不同發(fā)射波長 為特征。
全文摘要
兩個脈沖雷射(14)或雷射的集合傳播具有正交相關(guān)的極化狀態(tài)的脈沖(20)的光束。一光束結(jié)合器(24)結(jié)合上述正交光束以形成一沿著一與一光學(xué)調(diào)變器(30)相交的共同光束路徑(16)傳播的結(jié)合光束，該光學(xué)調(diào)變器(30)選擇性地改變?nèi)我还馐倪x定脈沖的極化狀態(tài)以提供一包括來自上述正交光束的類似極化的脈沖的復(fù)合光束(18)。該復(fù)合極化光束具有大于由任一雷射提供的平均功率及重復(fù)率的一復(fù)合平均功率及一復(fù)合重復(fù)率。該光學(xué)調(diào)變器亦可選擇性地控制來自任一雷射的脈沖的極化狀態(tài)以使脈沖通過一下游極化器(32)或由該下游極化器(32)所阻斷。額外調(diào)變器可促進該等脈沖的脈沖成形。系統(tǒng)可通過添加單一雷射或雷射對及光束結(jié)合器及調(diào)變器的集合來擴充。
文檔編號H01S3/02GK101990729SQ200980110149
公開日2011年3月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者威廉·J.·喬丹, 彭曉原 申請人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司