CN101990729A - 结合多重激光束以形成高重复率、高平均功率的极化激光束 - Google Patents

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Abstract

两个脉冲雷射(14)或雷射的集合传播具有正交相关的极化状态的脉冲(20)的光束。一光束结合器(24)结合上述正交光束以形成一沿着一与一光学调变器(30)相交的共同光束路径(16)传播的结合光束，该光学调变器(30)选择性地改变任一光束的选定脉冲的极化状态以提供一包括来自上述正交光束的类似极化的脉冲的复合光束(18)。该复合极化光束具有大于由任一雷射提供的平均功率及重复率的一复合平均功率及一复合重复率。该光学调变器亦可选择性地控制来自任一雷射的脉冲的极化状态以使脉冲通过一下游极化器(32)或由该下游极化器(32)所阻断。额外调变器可促进该等脉冲的脉冲成形。系统可通过添加单一雷射或雷射对及光束结合器及调变器的集合来扩充。

Description

结合多重激光束以形成高重复率、高平均功率的极化激光束
相关申请案
本发明宣称美国临时申请案第61/041,132和61/041,143号的优势，该些申请案于2008年3月31日提出申请。
版权公告
Figure BPA00001229489900011
2009 Electro Scientific Industries，Inc.本专利文件的揭示内容的一部分含有受版权保护的材料。版权所有者对专利文件或专利揭示案中的任一者进行的传真重现没有异议，因为其出现在专利及商标局专利档案或记录中，但无论如何，在其它情况下保留所有版权权利。37CFR§1.71(d)。
技术领域
本发明关于结合激光束，特别是关于与结合激光束以增加重复率相关联的光学调变器应用。
背景技术
已将激光束结合用于增加功率、双脉冲处理及创造具有一个以上波长的光束。
美国专利第5,742,626号描述分裂一光束、使该光束的一部分通过一谐波转换器及在一总和频率产生器中重混合该等光束部分以获得一深UV光束。
美国专利第5,756,924号使用一用于提供结合雷射输出的同轴传播及在一聚焦透镜的聚焦体积中的后续空间重迭的光束结合器。
美国专利第6,266,359号提出一种用于结合两个光束的拼接不对称反射数组。
美国专利申请公开案第2003-0151053号提出一种使用同步电子装置及一触发延迟来结合来自两个雷射的激光脉冲的方法。
美国专利第6,541,731号提出光束结合以提供具不同极化的多重工作光束或一结合光束。在某一实施例中，一电光调变器表现为用作一脉冲拾取器。
美国专利申请公开案第2004-0134894号亦看来似乎提出一种使用延迟触发来结合来自两个雷射的激光脉冲(或产生紧密间隔的脉冲的一序列)的方法。对光学放大器起作用的种子脉冲的所述组态具有标准设计，因为结合器具有低效率。
美国专利第7,396,706号描述结合来自两个Q切换雷射的同步脉冲以提供具有来自该两个脉冲的相同或不同能量及/或波长特征的雷射输出。
美国专利申请公开案第2006-0198402号结合来自四个腔外、三倍频率的雷射的脉冲以提供一具预定能量的结合脉冲。
美国专利第7,199,924号提出使用一具有复数个不对称格栅的波长分散补偿结合器来结合两个光束。
此等专利及公开案提供一些优点以便于实施其特定应用，但在应用于其它应用时遭受缺点。
发明内容
在一些例示性实施例中，两个雷射发射经调节以具有正交相关的极化状态的脉冲激光束。该两个激光束的该等脉冲经时间移位且传递至一光束结合器，该光束结合器结合该等脉冲以形成一包括一系列具交替的正交相关的极化状态的激光脉冲的结合激光束。该结合激光束自该光束结合器沿着一与一诸如电光调变器(electric-optic modulator，EOM)的光学调变器相交的共同光束路径传播。该EOM响应于一调变器驱动信号选择性地改变该两个激光束中的一者的选定脉冲的极化状态以提供一复合激光束，其中该两个光束的该等激光脉冲的极化状态相同。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，该EOM使该两个脉冲激光束的该等激光脉冲交替以提供来自两个雷射的激光脉冲的一复合重复率，其大于该两个激光束的激光脉冲中的任一者的个别重复率。该EOM的操作有助于在无实质功率损耗的情况下按比例缩放极化激光束的脉冲重复率。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，该复合极化光束具有一大于来自任一雷射的光束的个别平均功率的复合平均功率。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，于该EOM的下游提供一极化器以促进其操作与脉冲拾取器一样。选择性地控制该EOM以提供极化状态至来自任一雷射的脉冲判定选定脉冲通过该极化器还是由该极化器所阻断。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，该等雷射为种子雷射，且该结合光束路径可包括一光隔离器及一功率放大器。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，该等雷射为光纤雷射，且该等EOM为基于光纤的干涉仪。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，改变极化状态的EOM亦可用以促进该等激光脉冲的脉冲成形，或一或多个额外EOM可用以在整合或不整合初始极化旋转的EOM的情况下促进该等激光脉冲的脉冲成形。
在一些额外、替代或累积例示性实施例中，系统可藉由添加单一雷射或雷射对及光束结合器及EOM的集合来扩充。
额外态样及优点将自较佳实施例的参看随附图式而进行的以下实施方式显而易见。
附图说明
图1为用于结合脉冲极化激光束的例示性雷射系统的方块图。
图2为用于提供具有可选成形脉冲的复合极化光束的例示性脉冲拾取雷射系统的方块图。
图3为使用包括光束结合的光学调变器的多功能能力的例示性可扩充主振荡器功率放大器(master oscillator power amplifiter，MOPA)系统的方块图。
图4为使用包括光束结合的光学调变器的多功能能力的替代例示性可扩充MOPA系统的方块图。
图5为在产生修剪激光脉冲输出时如激光脉冲分割装置一样操作的电光学调变器的简化方块图。
图6在行(a)、(b)、(c)、(d)及(e)中展示由图5的激光脉冲分割装置制造的五个可能激光脉冲形状形态的实例。
图7展示利用较佳脉冲谐波雷射源实施的雷射系统。
图8A为与二极管泵浦式放大器及谐波转换模块合作使用快速多态(fastmulti-state，FMS)电光学调变器及基本脉冲雷射源以产生修剪脉冲输出的雷射系统的简化方块图。
图8B-1为类似于图8A的雷射系统的类型的雷射系统的简化方块图，除FMS电光学调变器的输出未经放大而直接耦合至谐波转换模块中以产生修剪脉冲输出以外。
图8B-2及图8B-3描绘三个示波器轨迹的不同对，其展示图8B-1的雷射系统的脉冲雷射源、FMS电光学调变器及谐波转换模块的雷射输出脉冲波形。
图8C为使用Q切换雷射及谐波转换模块的雷射系统的简化方块图，该Q切换雷射与该谐波转换模块合作以形成频率经转换的雷射输出且将其施加至FMS电光学调变器以便直接产生修剪脉冲输出。
图8D为一雷射系统的简化方块图，该雷射系统使用利用电光学调变器实施的MOPA来产生用于后续放大及谐波转换的基本修剪脉冲输出以形成经放大的修剪脉冲输出。
图9A为与谐波转换模块合作使用主振荡器光纤功率放大器(masteroscillator fiber power amplifier，MOFPA)及FMS电光学调变器以产生修剪脉冲输出的雷射系统的简化方块图。
图9B为类似于图9A的雷射系统的类型的雷射系统的简化方块图，除FMS电光学调变器与谐波转换模块交换位置以产生由MOFPA及谐波转换模块产生的谐波激光脉冲的直接成形以外。
图10为展示雷射系统的光学组件的详细方块图，该雷射系统是用脉冲谐波雷射源及一或两个FMS电光学调变器实施以产生一所要的成形激光脉冲输出。
图11展示作为第一实施例的提供驱动控制输出信号至两个电光学调变器的电光学调变器驱动电路，该两个电光学调变器响应地产生输出传输的多个状态且藉此产生修剪脉冲输出。
图12展示所产生的信号波形的时序序列及由图11的驱动电路驱动的电光学调变器的输出传输的结果状态。
图13展示作为第二实施例的提供驱动控制输出信号至图10的系统的该等电光学调变器中的一者的电光学调变器驱动电路，该电光学调变器响应地产生输出传输的多个状态且藉此产生修剪脉冲输出。
图14展示所产生的信号波形的时序序列及由图13的驱动电路驱动的电光学调变器的输出传输的结果状态。
图15展示作为第三实施例的提供驱动控制输出信号至图10的系统的该等电光学调变器中的一者的电光学调变器驱动电路，该电光学调变器响应地产生输出传输的多个状态且藉此产生修剪脉冲输出。
图16展示所产生的信号波形的时序序列及由图15的驱动电路驱动的电光学调变器的输出传输的结果状态。
图17为使用光侦测器及脉冲形状控制器以促进电光装置的包括光束结合及脉冲成形的多功能能力的例示性雷射系统的方块图。
具体实施方式
图1展示用于结合来自各别脉冲雷射14a及14b的激光束路径12a及12b以沿着一结合光束路径16产生一复合输出光束18的例示性雷射系统10，该复合输出光束18可具有超过任一脉冲雷射14a或14b的个别能力的一或多个性质。几乎任何类型的脉冲雷射14皆适合于与本文中所描述的光束结合技术一起使用。例示性脉冲雷射14包括(但不限于)二极管泵浦式固态雷射、光纤雷射、二极管雷射、半导体雷射、气体雷射或铜蒸气雷射。
此等脉冲雷射14中的一些可发射一具有短至几飞秒的脉冲宽度的激光脉冲20，而其它脉冲雷射可发射一具有长达几百奈秒或更长或在其间的各种脉冲宽度范围中的任一者的脉冲宽度的激光脉冲20。在一些实施例中，脉冲宽度可为约10飞秒至约1皮秒、约1皮秒至约1奈秒、约1奈秒至约100奈秒或约1奈秒至600奈秒。
此等脉冲雷射14中的一些可提供小至几赫兹的重复率，而其它脉冲雷射可以达至40十亿赫兹或在其间的各种重复率范围中的任一者的频率脉动。在一些实施例中，频率可为约1赫兹至约100赫兹、约10赫兹至约1千赫兹、约1千赫兹至1百万赫兹或约1百万赫兹至约40十亿赫兹。更大的重迭范围亦是可能的。
该等光束结合技术对于具有重复率限制及平均功率限制中的一者或两者的脉冲雷射14特别有利。结合雷射源可达到大于40十亿赫兹的结合重复率以及较小重复率。复合重复率的范围可为先前所论述的重复率范围的任何倍数。
脉冲雷射14可发射一具有一已知基本雷射波长的激光脉冲20；然而，脉冲雷射14可包括谐波转换器(诸如，一或多个非线性晶体)以将该基本波长转换为一已知谐波波长。一例示性基本波长包括(但不限于)1微米掺钕(Nd)固态雷射、光纤雷射或半导体雷射。例示性谐波波长包括(但不限于)二次谐波、三次谐波、四次谐波及五次谐波。例示性特定谐波波长包括(但不限于)532奈米、355奈米、266奈米及213奈米。举例而言，亦可使用其它频率转换技术(诸如，光学参数振荡及拉曼位移技术)以提供诸如中红外线的较长波长。在许多例示性实施例中，脉冲雷射14a及14b大体上为相同的脉冲雷射14。在一些例示性实施例中，脉冲雷射14a与14b类似但以不同波长发射。在一些实施例中，脉冲雷射14a与14b可为不同类型的脉冲雷射14。
在一些实施例中，来自脉冲雷射14a的激光脉冲20a1及来自脉冲雷射14b的激光脉冲20b1的起始是由响应于直接或间接来自一雷射控制器42的命令信号而自一共同脉冲驱动器40产生的脉冲起始信号(通常为电压改变的形式)直接或间接地控制。在其它实施例中，激光脉冲20a1及20b1的起始系由响应于来自一共同雷射控制器42的命令信号46而来自各别独立脉冲驱动器40的脉冲起始信号直接或间接地控制。在例示性较佳实施例中，控制激光脉冲20a1及20b1的起始，使得激光脉冲20a1及20b1不时间重迭，尤其针对需要通常极化的复合输出光束18的应用而言。
在一些实施例中，脉冲雷射14a与14b以相同重复率脉动，但脉冲起始时间偏移一时间延迟。在一些实施例中，该时间延迟大于激光脉冲20的脉冲宽度与任何与脉冲雷射14相关联的抖动时间的总和；或在其它实施例中，该时间延迟大于两倍的激光脉冲20的脉冲宽度与任何与脉冲雷射14相关联的抖动时间的总和。
在解决来自雷射驱动电子装置的脉冲抖动(以避免意外重迭)的一些例示性实施例中，可使用以引用的方式并入本文中的美国专利第7,396,706号中所揭示的脉冲同步技术。举例而言，若脉冲雷射14a及14b为Q切换雷射，则可藉由一共同脉冲驱动器40所产生的同步驱动信号来驱动该等雷射。该共同脉冲驱动器40提供激光脉冲时序需求控制信号至一RF信号驱动器(未图标)，该RF信号驱动器经由各别RF同轴电缆44a及44b(或其它适当的信号传播媒体)响应地提供同步RF信号至脉冲雷射14a及14b中的声光Q开关。在RF信号驱动器与各别声光Q开关之间的不同长度的RF同轴电缆44a及44b可用以提供自各别脉冲雷射14a及14b传播的对应激光脉冲20a1与20b1之间的延迟时间。
在一些例示性实施例中，不同长度的RF同轴电缆44a及44b所提供的时间延迟大于与雷射谐振器中的量子噪声相关联的时间抖动。在一些实施例中，不同长度的RF同轴电缆44a及44b所提供的时间延迟大于两倍的与雷射谐振器中的量子噪声相关联的时间抖动。在一些例示性实施例(尤其那些具有通常将连续产生的脉冲用作工作脉冲的应用的实施例)中，不同长度的各别RF电缆44所提供的时间延迟大于n倍的与雷射谐振器中的量子噪声相关联的时间抖动，其中n等于所结合的脉冲雷射14的数目。
又，关于一些此等实施例，当激光脉冲时序需求控制信号请求激光脉冲20a1及20b1时，雷射能量皆在施加至声光Q开关的RF驱动信号皆处于零电压位准交叉(亦即，相对于RF驱动信号位准非随机)时经激起，以维持高雷射输出振幅稳定性。然而，即使Q开关RF信号截止展现相同的x奈秒的相对于激光脉冲时序需求控制信号的时间抖动，由于施加至声光Q开关的两个RF驱动信号的同步，激光脉冲之间亦不存在相对脉冲抖动。因此，可利用激光脉冲峰值之间的精确时序达成稳定的激光脉冲能量分布。可达成一在约±10％内的雷射稳定性操作公差。
在脉冲雷射14a及14b为Q切换雷射的另一实例中，RF信号驱动器使用一RF信号产生器来将一共同Q开关RF信号提供至各别RF驱动器/放大器，其将该等RF驱动信号沿着同轴电缆44a及44b提供至该等声光Q开关。
在脉冲雷射14a及14b为Q切换雷射的另一实例中，RF信号驱动器使用一RF频率产生器，其将一共同Q开关RF频率信号提供至各别RF信号产生器及放大器组合，该等组合将该等RF驱动信号沿着同轴电缆44a及44b提供至该等声光Q开关。在此实例中，Q开关RF信号驱动器使用一共同Q开关RF频率信号作为至不同RF信号产生器及其各别驱动不同声光装置的功率放大器的输入。不同功率放大器的Q开关RF信号截止时间的差可为(例如)Q开关RF频率循环时间的一半的整数倍。然而，在此情况下，施加至不同雷射头的所有RF信号将在跨越(例如)Q开关RF频率循环时间的一半的整数倍的延迟时间的零电压位准处截止。此将在步进为几奈秒至50奈秒或更大(例如，视Q开关RF信号频率而定)的激光脉冲之间提供一可程序化延迟时间。此等实施例中的一些对于在作用中链路处理期间将两个或两个以上脉冲置放于一IC链路上可为有用的。
熟习此项技术者将了解，当RF信号产生器的RF触发点可以相同位准或不同位准连续地程序化时，可实现第一与第二雷射能量之间的连续可程序化延迟时间。
熟习此项技术者将了解，在利用其它脉冲起始技术的例示性实施例中，可藉由对应机制或其它熟知的同步技术来达成脉冲驱动偏移(及达到可保证脉冲驱动偏移的程度的同步)。在例如脉冲雷射14a及14b为二极管种子雷射的一些实施例中，施加至各别二极管的电信号可偏移。
再次参看图1，在一些实施例中，在正交于脉冲雷射14b所发射的线性极化激光脉冲20b1的极化方向的极化方向上线性地极化脉冲雷射14a所发射的激光脉冲20a1。在其它实施例中，在平行于脉冲雷射14b所发射的线性极化激光脉冲20b1的极化方向的极化方向上线性地极化脉冲雷射14a所发射的激光脉冲20a1。若激光脉冲20a1与20b1具有平行的极化方向，则另外可选的半波板22可沿着激光束路径12a或12b中的一者定位于各别雷射14a或14b与一光束结合器24a之间。
为方便起见，图1将激光脉冲20a1的例示性极化方向展示为并行线且将激光脉冲20b1的例示性正交极化方向展示为点；然而，熟习此项技术者将了解，该等极化方向可相反且可相应地调整光束结合器的定向或轴。亦可沿着保证激光脉冲20a1及20b1传播至光束结合器24a的激光束路径12a及12b中的一者或两者定位一或多个折镜(fold mirror)26a。
光束结合器24a可为(例如)一极化立方体或一薄膜极化器，其皆为熟练从业者所熟知的通常可购得的光学组件。只要激光脉冲20a1及20b1具有正交极化方向，则此等类型的光束结合器24a具有激光脉冲20a1及20b1的最小功率损耗的优点。举例而言，只要脉冲20a及20b系正交极化的，则光束结合器24a可透射激光脉冲20a而反射激光脉冲20b，或替代地，透射激光脉冲20b而反射激光脉冲20a。光束结合器24a为存在经受结合的激光束的功率的低损耗的较佳类型，其中低损耗小于激光脉冲20a及20b的光束的平均功率的一半、较佳小于10％损耗、更佳小于5％损耗且最佳小于1％损耗。光束结合器24a结合正交相关的极化方向的激光脉冲20a1及20b1以形成激光脉冲20a2及20b2的一沿着结合光束路径16传播的结合光束。
结合光束路径16与一光学调变器30a相交。在一些实施例中，光学调变器30a为一EOM 30a，诸如一勃克尔盒。在一些实施例中，光学调变器30a为一基于光纤的干涉仪30a(诸如稍后所描述)。基于光纤的干涉仪30a对于使用诸如光纤雷射或光纤放大器的光纤装置的实施例而言可为较佳的。为方便起见，关于EOM 30a、光学调变器30a或基于光纤的干涉仪30a描述一些实施例。然而，熟习此项技术者将了解，特定类型的光学调变器30a对于特定应用而言可为较佳的。
在一些例示性实施例中，可响应于直接或间接来自雷射控制器42的命令信号52而藉由直接或间接来自一EOM驱动器50的命令信号48选择性地启动EOM 30a。在一些实施例中，可选择性地启动EOM 30a以将半波光学延迟(λ/2电压)赋予选定激光脉冲20a2来改变其极化方向以匹配激光脉冲20b2的极化方向，或可选择性地启动EOM 30a以将半波光学延迟赋予选定激光脉冲20b2来改变其极化方向以匹配激光脉冲20a2的极化方向，从而传播具有单一极化方向的脉冲20a3及20b3的复合极化光束18。若施加至EOM 30a的命令信号48的电压使EOM 30a将一零光学延迟电压赋予激光脉冲20a2及20b2，则传播通过EOM 30a的激光脉冲20a2及20b2的极化方向不受影响。熟习此项技术者将了解，较佳EOM为可调谐的双折射装置，其响应于不同施加电压而将不同光学延迟量赋予传播通过其的光。经驱动以将半波光学延迟赋予具EOM所调谐至的一波长的入射线性极化光的EOM使入射光经受极化方向的有效90度旋转。经驱动以将零光学延迟赋予入射线性极化光的EOM使入射光基本上不经受极化方向的改变。尽管下文所描述的较佳实施例响应于在零光学延迟状态与半波光学延迟状态之间切换EOM而操作，但半波光学延迟的差异在于其产生所要的光输出状态。因此，结合适当的光学延迟板在例如负四分之一波长光学延迟状态与正四分之一波长光学延迟状态之间切换一EOM将产生所要的光输出状态。熟习此项技术者亦将了解，所选的单一极化方向可藉由一或多个下游组件(诸如，极化器32a)的极化方向或定向来判定，或可判定一或多个下游组件(诸如，极化器32a)的极化方向或定向。
在一些例示性实施例中，雷射控制器42可命令EOM驱动器50以使EOM30a以一与雷射控制器42命令脉冲驱动器40起始来自脉冲雷射20的激光脉冲20的重复率相同的重复率或频率将半波延迟赋予结合光束。在一些实施例中，使施加至EOM驱动器50的命令信号52与施加至脉冲雷射14a的命令信号54a同步，以使得传播通过EOM 30a的所有激光脉冲20a2经转换而具有与激光脉冲20b2的极化方向相同的极化方向，且雷射控制器42指示EOM驱动器50在激光脉冲20b2传播通过EOM 30a的同时施加零延迟电压至EOM 30a，使得脉冲的极化方向保持不变，藉此提供一具有相同极化方向上的激光脉冲20a3及激光脉冲20b3的复合极化光束18。或者，使施加至EOM驱动器50的命令信号52与施加至脉冲雷射14b的命令信号54b同步，以使得传播通过EOM30a的所有激光脉冲20b2经转换而具有与激光脉冲20a2的极化方向相同的极化方向，且雷射控制器42指示EOM驱动器50在激光脉冲20a2传播通过EOM 30a的同时施加零延迟电压至EOM 30a，使得脉冲的极化方向保持不变，藉此提供一具有相同极化方向上的激光脉冲20a3及激光脉冲20b3的复合极化光束18。在任一实施例中，可将EOM 30a 「维持」在一半波延迟电压下以在需要时容易地赋予光学延迟的改变且接着以一适当重复率迅速切换以在不需要时避免光学延迟的改变。
熟习此项技术者将了解，对于直接极化状态改变应用而言，来自EOM驱动器50的EOM脉冲的脉冲宽度较佳大于激光脉冲20的脉冲宽度。在一些实施例中，EOM脉冲的脉冲宽度亦可大于激光脉冲宽度与抖动时间(或两倍的抖动时间)的和。
熟习此项技术者将了解，对于直接极化状态改变应用而言，复合极化光束18将展现一大于任一脉冲雷射14(或如稍后所描述的脉冲雷射14对)的个别重复率的复合重复率。类似地，对于直接极化状态改变应用而言，复合极化光束18将展现一大于任一脉冲雷射14(或脉冲雷射14对)的个别平均功率的复合平均功率。
在一实例中，脉冲雷射14a及14b为二极管泵浦式Q切换固态雷射，每一者以100千赫兹的重复率执行。将来自脉冲驱动器40的200千赫兹外部脉冲信号分为交替驱动Q开关的两个100千赫兹信号。激光脉冲20a及20b可时间移位约5微秒或更少。具有41百万赫兹Q开关的习知二极管泵浦式固态雷射的激光脉冲时间抖动可在5奈秒至30奈秒的范围内，因此时间抖动与脉冲分隔周期相比将极小。具有正交极化方向的激光脉冲20a及20b系由光束结合器24结合以产生一具有200千赫兹的重复率的结合光束，交替脉冲具有正交极化方向。将EOM 30a维持在一半波延迟电压下且接着在激光脉冲20a传播通过其时将其切换至一零延迟电压，以提供具有与激光脉冲20b的极化方向相同的极化方向的200千赫兹复合极化光束18。该复合极化光束有效地提供任一脉冲雷射14的两倍的平均功率及两倍的重复率。
一些习知EOM驱动器50的特征在于达至约10千伏的操作电压、达至约3百万赫兹的重复率、短至1.5奈秒的光学切换时间、可变脉冲宽度及小于200皮秒的输入-输出抖动。由于驱动器改良或额外EOM驱动器50的使用，熟习此项技术者将了解，EOM 30a理论上可以达至约10百万赫兹的重复率提供具有一大于激光脉冲时间抖动的EOM脉冲宽度(诸如，100ns)的EOM脉冲。利用如稍后所描述的按比例缩放及脉冲能量等化，促进500千赫兹或更快的固态雷射。若需要，则可谐波转换该复合极化光束。
再次参看图1，可沿着结合光束路径16、较佳在EOM 30a的下游及在极化器32a(若存在)的下游定位一谐波产生器或转换器58，诸如一或多个非线性晶体。熟习此项技术者将了解，脉冲雷射14可经调适以(诸如)藉由腔内转换来发射谐波波长。然而，在将激光脉冲20a及20b结合为一复合光束之后转换波长可为有利的。视谐波转换器晶体的耐性或其它性质而定，单一谐波转换器58可定位于大部分或所有沿着结合光束路径16定位的光束结合器24的下游。
参看图1及图2，雷射系统10及60可与EOM 30a所提供的光学延迟改变配合而使用一沿着结合光束路径定位于EOM 30a的下游的极化器32a，以阻止任何选定激光脉冲20传播至一工件(未图示)。在例示性实施例中，极化器32a可为经选择以仅通过处于与复合极化光束18的极化状态相同的极化状态下的激光脉冲20的吸收性极化器。
在一些实施中，雷射控制器42可响应于一与来自脉冲雷射14中的一者的具有例如s极化状态的激光脉冲20一致的恒定重复率命令来协调EOM脉冲以提供具有p极化状态的激光脉冲20a及20b两者的复合极化光束18，其传播通过极化器32a。雷射控制器42或一可选的脉冲拾取子控制器54可经调适以提供一中断命令(其可迭加于该恒定重复率命令的上)，该中断命令使EOM30a不提供极化改变至具有s极化的任何选定激光脉冲，使得下游极化器阻断选定激光脉冲20。相反地，另外或其它，雷射控制器42或脉冲拾取子控制器54可经调适以提供一前瞻型光学延迟改变命令，以将延迟改变电压施加至EOM 30以防止先前具有p极化的任何选定激光脉冲20传播通过极化器32a。
在一些替代实施中，极化器32a可经调适以阻断来自脉冲雷射14中的一者的具有例如p极化状态的激光脉冲20，该等激光脉冲不经受EOM 30a所提供的光学延迟改变；且雷射控制器42可响应于一与来自脉冲雷射14中的一者的具有例如s极化状态的激光脉冲20一致的恒定重复率命令来协调EOM脉冲以始终防止此等脉冲传播通过极化器32a。在此实施中，该前瞻型光学延迟改变命令起始EOM延迟改变以使一先前所选的p极化激光脉冲传播通过极化器32a；且该中断命令防止EOM延迟改变以允许最初所选的s极化激光脉冲传播通过极化器32a。
熟习此项技术者将了解，脉冲拾取控制可响应位置数据。举例而言，此数据可指示待切断的IC链路的位置。熟习此项技术者亦将了解，多种控制方案及电子装置可用以实施使用EOM 30a及极化器32a的脉冲拾取且协调脉冲拾取与激光脉冲起始或使该两者同步。举例而言，脉冲拾取控制可为雷射控制器42的一整合部分。熟习此项技术者另外将了解，可替代地使用一下游AOM来执行脉冲拾取，只要此AOM足够快速地操作以处置工作激光脉冲(被请求传播至一工件的脉冲)的重复率。
再次参看图1，可容易地按比例放大雷射系统10及随后描述的雷射系统中的任一者以增加复合重复率及复合平均功率。在一些例示性实施例中，可藉由添加脉冲雷射14、光束结合器24、EOM 30、可选折镜26及可选极化器32的一或多个集合来实施按比例放大。在一些实施例中，可藉由添加含有单一雷射14的单一集合或含有成对雷射14的成对集合或其组合来实现按比例放大。因此，雷射系统10可按比例放大而具有奇数个雷射，且复合平均功率可近似为平均功率的任何倍数。额外集合组件可为相同类型的支持基本雷射系统10的组件，或额外集合组件可为不同于基本雷射系统10中所使用的那些组件的类型或具有不同于基本雷射系统10中所使用的那些组件的性质。举例而言，额外集合可提供例如不同波长、脉冲宽度、平均功率、重复率或光束腰部。
举例而言，一脉冲雷射14a2发射沿着一与一光束结合器24b相交的光束路径12a2传播的激光脉冲20c，该光束结合器24b亦沿着结合光束路径16a定位于EOM 30a的下游。视设计选择及预期系统应用而定，光束结合器24b可定位于极化器32a2的下游或上游。在任一情况下，在光束结合器24b的下游定位一额外EOM 30b。若光束结合器24b及EOM 30b定位于极化器32a的上游，则一在EOM 30b的下游的额外极化器32b可为多余的。然而，若光束结合器24b及EOM 30b定位于极化器32a的下游，则可能需要一在EOM 30b的下游的额外极化器32b以促进EOM 30b的脉冲拾取功能。EOM 30b可响应一自雷射控制器42及可选脉冲拾取子控制器54接收命令的独立EOM驱动器(未图标)，或EOM 30b可响应一共享EOM驱动器50所产生的命令信号。脉冲雷射可响应单独脉冲驱动器或可响应脉冲驱动器40。
在基本操作中，可相对于EOM 30b将复合极化光束18作为单一脉冲雷射的输出来处理，且可将激光脉冲20c作为第二脉冲雷射的输出来处理。然而，熟习此项技术者将了解，激光脉冲20c可与复合极化光束18的激光脉冲交替(每个循环四个脉冲)，或激光脉冲20c可与激光脉冲20a及20b轮换地置放(每个循环三个脉冲)。雷射控制器42可协调脉冲驱动器40、EOM驱动器50及可选脉冲拾取子控制器54以达成任一情形。
在一未图示的例示性实施例中，在每一光束结合器以与如先前所描述的方式相同的方式与结合光束路径16相交的组态中，可添加脉冲雷射14、光束结合器24、EOM 30、可选折镜26及可选极化器32的第二及后续额外集合。
在诸如图1中的虚线所展示的其它例示性实施例中，可成对地添加额外集合。举例而言，脉冲雷射14a2发射沿着与光束结合器24a2相交的光束路径12a2传播的激光脉冲20c，且脉冲雷射14b2发射沿着与完全可充当光束结合器24a的光束结合器24a2相交的光束路径12b2传播的激光脉冲20d，以沿着结合光束路径16a传播激光脉冲20c及20d以与一EOM 30a2相交。EOM 30a2响应于EOM驱动器50所产生的命令信号而充当EOM 30a以改变激光脉冲20c或激光脉冲20d的极化方向，以提供一可与一可选极化器32a2相交的复合极化光束18b。
激光脉冲20c及20d像复合极化光束18b(具有一正交于复合极化光束18的方向的极化方向)一样沿着光束路径16b传播以与亦沿着结合光束路径16定位于EOM 30a的下游的光束结合器24b相交。如较早所论述，视设计选择及预期系统应用而定，光束结合器24b可定位于极化器32a的下游或上游。在任一情况下，在光束结合器24b的下游定位额外EOM 30b。若光束结合器24b及EOM 30b定位于极化器32a的上游，则一在EOM 30b的下游的额外极化器32b可为多余的。然而，若光束结合器24b及EOM 30b定位于极化器32a的下游，则可能需要一在EOM 30b的下游的额外极化器32b以促进EOM 30b的脉冲拾取功能。然而，熟习此项技术者将了解，若脉冲拾取功能系由EOM 30a及EOM 30a2来执行，则EOM 30b无需用于此等功能。EOM 30a2及30b可响应一自雷射控制器42及可选脉冲拾取子控制器54接收命令的独立EOM驱动器(未图标)，或EOM 30a2及30b可响应一共享EOM驱动器50。脉冲雷射14a2及14b2可响应一单独脉冲驱动器或可响应脉冲驱动器40。
在基本操作中，可相对于EOM 30b将复合极化光束18及18b作为各别单一脉冲雷射的输出来处理，以使得激光脉冲20a3及20b3的集合与激光脉冲20c及20d的集合交替。或者，该等激光脉冲可以一交织旋转方式置放，诸如一具有激光脉冲20a3、20c、20b3及20d的序列。雷射控制器42可协调脉冲驱动器40、EOM驱动器50及可选脉冲拾取子控制器54以达成任一情形。EOM 30亦可用以提供脉冲等化及脉冲成形且充当如稍后所描述的高速挡板或系统触发器。
图2展示一用于提供一具有成形脉冲的复合极化光束18的例示性雷射系统60。参看图1及图2，雷射系统60包括对应于图1中所示的组件的许多组件。为方便起见，已用相同参考数字标记了对应组件；然而，为简单起见，已省略了按比例缩放集合中的大部分组件。
参看图2，若需要，则与各别极化器32c及32d成对的EOM 30c及30d中的一者或两者可用以提供EOM 30a的脉冲拾取功能。或者，可将EOM 30a、30c及30d各自用于单独功能，其中例如，将EOM 30a用于极化状态相变以实现光束结合，将EOM 30c用于脉冲拾取，且将EOM 30d用于复合光束18中的传播激光脉冲20的脉冲形状修剪(亦称为脉冲成形)以提供成形或修剪脉冲64。
熟习此项技术者将了解，可藉由单一EOM 30a来执行光束结合、脉冲拾取及脉冲成形的所有三个功能。然而，熟习此项技术者亦知晓，EOM 30a、30c及30d中所使用的不同类型的电光学晶体盒(crystal cell)62(图5)具有不同性质，且一些电光学晶体盒62将比如稍后所描述的其它电光学晶体盒更适合于一些应用。不同EOM 30或不同类型的EOM 30可响应单一EOM驱动器50或相同或不同类型的单独EOM驱动器50。在一些实施例中，基于适合于EOM晶体类型的驱动电压及频率来选择EOM驱动器50。
图3展示一例示性可扩充主振荡器功率放大器(master oscillator poweramplifier，MOPA)雷射系统66，其使用光学调变器30a的包括光束结合及脉冲拾取(及视情况光束成形)的多功能能力。参看图3，雷射系统66包括对应于图1及图2中所示的组件的许多组件。为方便起见，已用相同参考数字标记了对应组件；然而，为简单起见，已省略了用于按比例缩放的组件。
参看图3，雷射系统66使用一MOPA组态，其中脉冲雷射14a及14b为种子雷射，其输出直接或最终导引通过一功率放大器68，诸如一光纤放大器。种子雷射、功率放大器68及MOPA组态为熟练从业者所熟知，且稍后详细描述使用此等组件的若干实例。例示性脉冲种子雷射源包括(但不限于)脉冲调变的窄频宽LED源、半导体雷射、雷射二极管、固态雷射及光纤雷射。例示性功率放大器68包括(但不限于)光纤放大器、光子晶体光纤放大器、固态放大器或其混合。
雷射控制器42及脉冲驱动器40的同步功能可整合至一将命令直接或间接传递至脉冲雷射12及光学调变器30a的同步脉冲驱动器中。雷射系统66亦较佳使用一准许光仅在一个方向上透射的光隔离器70。
熟习此项技术者将了解，一些脉冲成形可藉由调变供应至种子雷射的功率来执行。然而，光学调变器30a(或EOM 30c及/或30d，此图中未展示)可用以提供成形脉冲64a及64b及其各别的经放大的成形输出脉冲64a2及64b2。种子雷射电源的调变亦可与EOM脉冲成形技术配合以实现混合式脉冲形状。
熟习此项技术者将了解，功率放大器68可定位于不同位置，诸如沿着光束路径12、光束路径16定位或在极化器32a之前或之后定位于光学调变器30a的下游。可将功率放大器替代地整合至一脉冲雷射模块中。
在一实例中，选择一诸如掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)的Q切换固态雷射作为一具有一自几奈秒至几十奈秒的脉冲宽度的脉冲种子雷射。归因于相对低的增益，关于习知Q切换二极管泵浦式Nd:YVO4的稳定脉冲至脉冲稳定性的最大脉冲重复率为约500千赫兹。为了有效地增加脉冲重复率，光束结合器24a及光学调变器30a可用以将脉冲雷射14a及14b的重复率相加。诸如光纤耦接的马赫-桑德耳(Mach-Zehnder)干涉仪的光学调变器30a(具有一达至40十亿赫兹及更大的调变频宽，诸如藉由Seattle Washington中的EOspace，Inc.制造的装置)将脉冲20a及20b的正交极化调整至该两个脉冲的线性极化光束中，同时亦成形该等脉冲以具有一所要的时间脉冲形状以用于有利地处理材料。
种子雷射波长覆盖对应于掺镱(Yb)玻璃的发射频宽的970奈米至1200奈米、掺铒(Er)光纤的1.4微米至1.6微米或掺稀土(rare earth)光纤的其它波长范围。脉冲种子雷射源不限于Q切换奈秒固态雷射。该等种子雷射可包括(但不限于)锁模固态雷射、半导体雷射、光纤雷射或脉冲种子雷射二极管。分布反馈(distributed feedback，DFB)种子雷射二极管的调变为一达成高频雷射的方法。然而，该种子雷射二极管的调变脉冲速率受几个因素限制，诸如松弛谐振频率、阻尼频率、寄生组件、频谱加宽、频谱频扰(spectrum chirp)、谐波及互调变失真。一光束结合器24a及一EOM 30a可避免此等问题且可藉由成倍地增加种子二极管的数目来增加脉冲重复率。
图4展示一替代例示性可扩充MOPA雷射系统76，其使用光学调变器30a的包括光束结合及脉冲拾取(及视情况光束成形)的多功能能力。图4在许多方面类似于图3；因此，为方便起见，已用相同参考数字标记了对应组件中的许多。又，为方便起见，已藉由一标记为光束结合器模块78的单一区块来表示光束结合器24与光学调变器30的集合，且已省略各别光束路径的错综复杂。
雷射系统76另外使用一在(光纤)功率放大器68及一额外光隔离器70的下游的光纤功率(fiber power，FP)/光子晶体光纤(photonics crystal fiber，PCF)/固态(solid state，SS)光学放大器78。雷射系统76亦可较佳使用一基于光纤的干涉仪30a作为光学调变器30a。参看图3及图4，可在单一级中或在多个级中使用功率放大器68或前置放大器68。
雷射系统76亦使用一定位于FP/PCF/SS光学放大器78的下游的谐波转换器58。熟习此项技术者将想起，谐波转换器58可替代地定位于沿着如先前所提及的众多光束路径的各处。稍后结合EOM操作的论述呈现替代谐波产生位置的一些实例以及一些拥护替代位置的推理。
图5展示一可实施于下文所描述的多个激光脉冲分割系统实施例中以产生修剪激光脉冲输出的EOM 30。EOM 30包括一接收由一脉冲雷射源14发射的激光脉冲20的一极化光束的电光学晶体盒62。电光学晶体盒62具有电极72，将EOM驱动器50的驱动器电路74的驱动输出信号施加至该等电极72以有助于入射激光脉冲20的成形。
EOM 30可由KDP、KD*P、ADP、AD*P、RTP、RTA、BBO、LiNbO3或较佳以高重复率或频率操作的其它电光学材料制成。EOM 30为熟练从业者所熟知的通常可购得的光学组件。在一些实施例中，EOM 30的较佳形式包括勃克尔盒。更详细地论述一些例示性EOM 30以及额外例示性EOM应用。
一合适电光学晶体盒62的一实例为由Cleveland Crystals，Inc.，HighlandHeights，OH制造的光闸4BBO勃克尔盒(LightGate 4BBO Pockels cell)。光闸4盒可以100千赫兹操作，且其几何形状将驱动电压最小化至355奈米下的约1.3千伏四分之一波延迟。光闸4盒具有仅4微微法拉的电容，其提供小于2奈秒的上升及下降光学响应时间的可能性。合适驱动器电路74的一实例为一可自Bergmann Messegeraete Entwicklung，KG，Murnau，Germany购得的高压、快速切换时间勃克尔盒驱动器。此勃克尔盒驱动器可具有先前已描述的例示性EOM驱动器50的能力中的一些或全部。
基于BBO的EOM 30回应于一施加至BBO盒62的电极72的四分之一波驱动电压而像一四分之一波旋转器一样操作。举例而言，激光脉冲20a为如所示的p极化(p-pol)的且一次行进穿过BBO晶体盒。当无驱动电压施加至BBO晶体盒的电极72时，该等激光脉冲保持在p-pol状态下且通过极化器32。当将雷射波长下的四分之一波驱动电压施加至BBO晶体盒的电极72时，光束的极化方向旋转90度且变为s极化(s-pol)。当一施加至BBO晶体盒的电极72的驱动电压在0与四分之一波电压之间时，将自极化器32透射的极化激光脉冲20a的部分近似地表示为
T＝sin2[(π/2)(V/V1/2)]，
其中T为激光束自极化器32的透射率，V为施加至电光学晶体盒62的电极72的电压，且V1/2为半波电压。
基于以上表达式，EOM 30的可控透射率T提供一激光脉冲成形功能。理论上，电光学晶体盒62及极化器30的透射率可为约0％至100％。图6展示可能激光脉冲形状的五个实例。此等实例表示保留在结合极化光束18中的具有单一极化状态的激光脉冲20(诸如，激光脉冲20a)的修改。然而，熟习此项技术者将了解，对于具有正交极化状态的激光脉冲(诸如，激光脉冲20b)而言，EOM电压修改可经反相(诸如，为负而非正)以获得类似的输出脉冲形状。因此，藉由施加反相EOM驱动器波形，复合极化光束的每个雷射输出脉冲可获取相同的修剪脉冲形状。
图6将脉冲成形的一实例展示为行(a)，其中透射率自0％变至100％且以小于2奈秒的激光脉冲上升时间达到其峰值，且藉此提供激光脉冲的快速上升前缘。熟习此项技术者将认识到，在一替代配置(在此项技术中称为双程组态)中，一四分之一波电压可用以达成一所要程度的极化旋转，但此改良的效率是以较大的光学对准复杂性为代价而获得。
上升时间及下降时间与电光学盒的电压及电容、驱动电路晶体管的切换时间、重复率及总电功率消耗有关。电光学盒的较低电压及电容有助于其快速响应时间；因此，用于电光学盒的恰当材料的选择是重要的。熟习此项技术者将认识到，BBO及RTP展现用于实施于电光学调变器中的有用材料特性。Koechner，solid-state laser Engineering，Springer-Verlag针对一纵向电光学盒(其中电场经平行地施加至晶体光轴且在与入射光相同的方向上)藉由下式说明，相差δ与晶体长度l上的施加电压有关
δ＝(2π/λ)n0 3r63Vz，
其中Vz＝Ezl。
为了获得半波延迟，一勃克尔盒产生相差δ＝π。在此情况下，对于入射在勃克尔盒上的线性极化光而言，输出光束亦为线性极化的，但极化平面旋转了90度。藉由并有此项技术中所熟知的极化光学器件，勃克尔盒可充当一压控光学调变器。Koechner将透射率T(此装置的相依性)表示为：
T＝sin2[(π/2)(V/V1/2)]
其中半波电压由V1/2＝λ/2n0 3r63给定。
对于一横向电光学晶体盒(其中电场经垂直地施加至光束的方向)而言，半波电压由下式给定
V1/2＝λd/2n0 3r63l。
此类型的电光学晶体盒具有半波电压视晶体厚度与长度的比率而定的有用属性，且藉由恰当选择此等参数，可将电光学晶体盒设计成以比施加至纵向电光学晶体盒的电压低的施加电压操作以达成一给定相差。
熟习此项技术者将认识到，以上方程序中的项r63表示KDP族的磷酸盐的电光系数。RTP晶体为此族的常用成员且为用于与1064奈米雷射输入一起使用的一些较佳实施例的较佳电光学晶体材料。对于一些较佳实施例而言，BBO晶体较佳与355奈米雷射输入一起使用。
RTP晶体针对1064奈米雷射输入具有一低压需求(用于π或半波延迟的约1.6千伏及一3.5毫米孔径)且可对10百万赫兹重复率起作用。RTP晶体在平均功率大体大于10瓦时不能极好地工作或由于穿透性限制而不适合于UV应用。对于如上文所提的此等后者应用，BBO较佳。实务上，由于高压需求(半波延迟的约6千伏)，难以在1064奈米雷射的100千赫兹下驱动BBO。因此，RTP电光学晶体盒为1064奈米雷射的目前较佳选择，且BBO电光学晶体盒对于355奈米雷射而言较佳(对于光闸4BBO勃克尔盒，半波延迟的约1.3千伏)。由于压电(piezo-electric，PE)谐振，其它电光学材料(诸如，KDP、RTA及ADP)在高重复率及脉冲调变下的使用上有主要限制。较快速的上升时间及下降时间导致较高的频率分量，因此存在此等频率分量中的一者将属于主谐振频率的较大可能性。此对含有在远高于基本重复率的频率中延伸的许多频率分量的快速上升时间修剪脉冲尤其成立。
为了产生修剪脉冲形状，利用一经设计以避免PE谐振的「快速多态」(fastmulti-state，FMS)电光学调变器来实施所描述的较佳实施例。对于1064奈米雷射输出，藉由使用一由RTP晶体材料制成的电光学盒及不产生显著PE谐振的短电脉冲来实现此。大约几奈秒的脉冲长度导致相对低的PE谐振。举例而言，针对5％工作循环脉冲，一RTP电光学晶体盒可达到10百万赫兹的重复率。
对获得快速上升及下降时间的另一关注为电光学调变器驱动器的设计。对于防止电光学晶体盒产生次奈秒或皮秒切换时间并无实际限制；因此，快速切换时间主要视电驱动器而定。熟习此项技术者认识到，存在两个主要类型的电转换开关：雪崩晶体管及MOSFET。晶体管在一极有限的电压范围内操作以获得最快切换时间。7至10个晶体管的一堆栈可用以在1.6千伏范围中操作。雪崩晶体管可达成2奈秒的切换时间，但其重复率限于小于10千赫兹。为了较高重复率，MOSFET是目前较佳的，因为，大体而言，MOSFET具有1奈秒的响应时间及最大1千伏的操作电压。至少2至3个MOSFET的一堆栈用以在1.6千伏范围中操作。
因此，MOSFET及电路设计的选择与实现FMS脉冲调变密切相关。详言的，驱动器电路功率消耗至关重要，因为其与峰值操作电压的平方成比例。举例而言，以约6千伏操作的BBO电光学盒需要近似多达14倍的以1.6千伏操作的RTP电光学盒的功率消耗的功率消耗来达成给定重复率下的可比较相移。熟习此项技术者将认识到，降低操作电压会减少功率消耗。减少MOSFET的数目系可能的，此又经由孔径大小及所得驱动电压的明智选择来提供FMS脉冲调变的更好执行。在横向电光学调变器的一较佳实施例中，RTP及BBO电光学晶体盒的孔径的至约2毫米的减小分别对RTP及BBO电光学晶体盒提供1064奈米下的至约800伏及4千伏的对应半波延迟电压减小。
FMS电光学调变器能够进行调变的多个可程序化步骤，其中每一步骤具有一较佳小于约4奈秒的上升时间及一较佳小于约4奈秒的下降时间，且更佳地，其中每一步骤具有一较佳小于约2奈秒的上升时间及一较佳小于约2奈秒的下降时间。所揭示的实施例的一操作优点在于该等实施例提供一可经程序化以具有一个以上振幅值的修剪脉冲形状。另一此操作优点为提供具有离散振幅及时间持续分量的可程序化修剪脉冲形状的能力。此能力在产生具有图6(a)中所示的类型的脉冲形状的修剪脉冲输出时特别有用。此脉冲形状关于第一振幅最大值具有一总下降时间，其大体上比至第一振幅最大值的上升时间长。
本文中所描述的该等雷射系统的例示性实施例可自大体上高斯、矩形或梯形脉冲形状的基本或谐波激光脉冲输入产生修剪的谐波输出脉冲形状。如较早所提及，谐波转换器或模块58可形成脉冲雷射12的部分，可在腔外但在光束结合器24a的上游，在光束结合器与EOM 30a之间，在EOM 30a的下游，或在EOM 30c或30d的下游。此修剪的谐波脉冲形状输出可有利地用以：切断半导体内存装置(包括DRAM、SRAM及闪存)的宽数组中的导电链路结构；在诸如铜/聚酰胺层状材料的可挠性电路中及在集成电路(IC)封装中产生雷射钻孔微孔；实现半导体的雷射处理或微机械加工，诸如半导体集成电路、硅晶圆及太阳能电池的雷射刻印或切块；及实现金属、介电质、聚合材料及塑料的雷射微机械加工。
图7展示一使用脉冲谐波雷射源14c的雷射系统80的例示性实施。脉冲谐波雷射源14c可为一以1064奈米操作的二极管泵浦式Q切换Nd:YVO4主振荡器82，其输出(示意地表示为λ1、P1(t))在一亦以1064奈米操作的二极管泵浦式Nd:YVO4放大器68中经放大。随后在一腔外谐波转换器模块58(在放大器68的下游且在EOM 30a的上游)中将放大的1064奈米输出(示意地表示为λ1、P2(t))频率转换至355奈米，将该谐波转换器模块的输出示意地表示为λ2、P3(t)。腔外谐波模块58包括：一可选第一聚焦透镜；一用于1064奈米至532奈米转换的类型I、非临界相匹配LBO切片；一可选第二聚焦透镜；及一用于1064纳米加532奈米至355奈米谐波转换的类型II、和频率产生LBO晶体切片。此例示性组态包括组态及实施方法为熟习此项技术者所熟知的指引光学器件及二向色光束分裂组件。将每一脉冲谐波源14c的输出(示意地表示为λ2、P3(t))耦合至FMS EOM 30中而以355奈米的三次谐波波长产生修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P4(t))。
熟习此项技术者将认识到，FMS EOM 30可以谐波波长有效地操作，因为用于相同极化改变的施加电压为用于二次谐波的一半及用于三次谐波的三分之一。此效应允许关于以基本波长操作的类似系统的上升时间及下降时间的有益减少，因为驱动电压的上升时间为慢速率受限的，且以较低驱动电压达成较短波长的调变。
图8A展示与一谐波调变器58(在放大器68及EOM 30a的下游)合作使用FMS EOM 30(在功率放大器68的上游)及基本脉冲雷射源14d以藉由一成形激光脉冲的非线性转换产生一所要输出的例示性雷射系统84a的简化方块图。以第一中心或基本波长操作的脉冲雷射源14d将大体上高斯、矩形或梯形脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P1(t))传递至FMS EOM 30。FMS EOM 30经程序化以将输入脉冲形状修改为一适合于由二极管泵浦式Nd:YVO4功率放大器68进行的后续放大及至谐波输出的后续转换的第一修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P2(t))。为了产生谐波输出，将由以1064奈米操作的二极管泵浦式功率放大器68产生的经放大的基本波长修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P3(t))传递至一谐波转换模块58。谐波转换模块58将经放大的基本波长修剪脉冲形状输出转换为355奈米的第二中心或谐波波长下的谐波修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P4(t))。如熟习此项技术者所熟知，如图8A中所示，由于谐波转换过程的特性，λ1、P3(t)至λ2、P4(t)的转换强烈地视脉冲形状振幅的时间相依性而定。熟习此项技术者将认识到，可经由光学组件及谐波晶体的替代配置来产生二次、四次或五次谐波。谐波转换过程于V.GDmitriev等人的Handbook of Nonlinear Optical Crystals，第138页至第141页中描述。在一替代实施例中，二极管泵浦式功率放大器68可由二极管泵浦式大模式面积光纤功率放大器或二极管泵浦式光子晶体光纤功率放大器所替换。
图8B-1展示作为第一替代实施例的雷射系统84b，其中将FMS EOM 30的第一修剪基本输出不经放大而直接耦合至谐波转换模块58中。此时间相依性效应的描述于V.G Dmitriev等人的Handbook ofNonlinear Optical Crystals，第1页至第51页中给出。申请人具体参看图2.13，其说明谐波脉冲形状产生对输入脉冲形状时间振幅分布的相依性。图8B-2及图8B-3描绘迭加的三个示波器屏幕轨迹的不同对，以分别展示图8B-1的脉冲雷射源14d、FMS EOM 30及谐波转换模块56的雷射输出脉冲波形92、94及96。
图8B-2描绘修剪的深UV(266奈米)输出脉冲波形96与脉冲绿色(532奈米)雷射输出波形92的时间关系，且图8B-3描绘深UV(266奈米)输出脉冲波形96与修剪的绿色(532奈米)输出脉冲波形94的时间关系。图8B-3展示自波形96的一相对平坦中间部分96i量测的峰值振幅96p的高度显著大于自波形94的一相对平坦中间部分94i量测的峰值振幅94p的高度。峰值振幅96p与峰值振幅94p之间的显著差异源于谐波转换模块58所执行的非线性谐波转换过程，其中P3(t)与P2 2(t)成比例。对修剪的输出脉冲波形96的峰值振幅96p的谐波转换的非线性效应的预先补偿必然伴有施加至EOM 30的电极72的驱动器电路74的驱动输出信号的定序的明智时序。驱动信号序列产生EOM 30的输出传输的多个状态，以形成一形状的修剪的绿色输出脉冲波形94，其预先补偿非线性效应以产生一所要形状的修剪的深UV输出脉冲波形96。
图8C展示作为第二替代实施例的雷射系统84c，其中脉冲雷射源14d为以1064奈米操作的二极管泵浦式Q切换Nd:YVO4雷射，其输出(示意地表示为λ1、P1(t))接着经施加至腔外谐波转换模块58且随后经转换为355奈米的谐波波长下的谐波非修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P2(t))。该谐波非修剪脉冲形状输出接着经耦合至FMS EOM 30中以产生355奈米的谐波波长下的谐波修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P3(t))。
图8D展示作为第三替代实施例的雷射系统84d，其中为以1064奈米操作的二极管泵浦式Q切换Nd:YVO4雷射的基本脉冲雷射源14d的输出(示意地表示为λ1、P1(t))经耦合至FMS EOM 30中以产生第一基本修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P2(t))。第一基本修剪脉冲形状输出接着在二极管泵浦式光纤或固态放大器68中经放大以产生经放大的基本修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P3(t))。二极管泵浦式固态放大器68的一较佳实施例为二极管泵浦式Nd:YVO4放大器。或者，二极管泵浦式功率放大器68可由二极管泵浦式大模式面积光纤功率放大器或二极管泵浦式光子晶体光纤功率放大器所替换。可随后在一光纤或二极管泵浦式固态功率放大器78中放大修剪脉冲成形输出λ1、P3(t)以产生第二放大的修剪脉冲成形输出(表示为λ1、P4(t))，接着将该第二输出施加至腔外谐波转换模块58且随后将其转换为355奈米的谐波波长下的谐波修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P5(t))。
图9A展示雷射系统86a的较佳实施例的简化方块图，雷射系统86a使用FMS EOM 30及包括一具可程序化脉冲宽度的主振荡器光纤功率放大器(MOFPA)的脉冲雷射源14e。该可程序化脉冲宽度MOFPA产生一通常梯形脉冲形状的输出。雷射系统86a亦可较佳使用一基于光纤的干涉仪30a作为光学调变器30a。
MOFPA包括一脉冲种子源88及一光纤功率放大器68。种子源88为一脉冲雷射源，诸如一Q切换固态雷射或一脉冲半导体雷射。将来自种子源雷射的雷射输出(示意地表示为λ1、P1(t))传递至光纤功率放大器68，该放大器产生MOFPA输出(示意地表示为λ1、P2(t))。该MOFPA输出较佳具有窄的频谱频宽(＜1.0奈米)且经极好极化(＞100∶1)而具有极佳的空间模质量(M2＜1.2)。光纤功率放大器68较佳为二极管泵浦式掺稀土光纤放大器，且二极管泵浦式掺稀土光纤放大器中的增益光纤较佳为一多包层大模式面积光纤。在另一较佳实施例中，增益光纤为一大模式面积光子晶体光纤，其可为一棒形大模式面积光子晶体光纤。
将该MOFPA输出耦合至FMS EOM 30中，FMS EOM 30经程序化以将输入脉冲形状修改为一适合于至谐波输出的后续转换的第一修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ1、P3(t))。将FMS EOM 30的输出施加至一腔外谐波模块58且在其中频率转换为355奈米的谐波波长下的谐波修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P4(t))。来自每一脉冲雷射14e的谐波修剪脉冲形状MOFPA输出的脉冲重复频率较佳大于约50千赫兹，且更佳大于约150千赫兹。
图9B展示作为替代实施例的雷射系统86b，其中脉冲雷射源14e可为一如上所述的以1064奈米操作的MOFPA，将其输出(示意地表示为λ1、P1(t))施加至腔外谐波模块58且转换为355奈米的谐波波长下的谐波非修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P2(t))。将谐波非修剪脉冲形状输出耦合至FMS EOM30中以产生355奈米的谐波波长下的谐波修剪脉冲形状输出(示意地表示为λ2、P3(t))。雷射系统86a亦可较佳使用一基于光纤的干涉仪30a作为光学调变器30a。
图10为展示雷射系统100的光学组件的详细方块图，亦如图2中所提出，雷射系统100是用脉冲谐波雷射源14f及一或两个FMS EOM 30c或30d来实施以产生一所要的成形激光脉冲输出。参看图10，雷射系统100包括较佳为一腔内UV DPSS雷射类型的脉冲谐波雷射源14f，其发射355奈米脉冲雷射输出光束104。于雷射源102的输出端处展示输出光束104的激光脉冲106中的一者。合适的雷射源102为由Spectra-Physics division of Newport Corporation，Irvine，CA制造的TristarTM 2000UV雷射，且以一100千赫兹的重复率及一18奈米的脉冲宽度发射约1瓦的355奈米功率。激光束104入射在一高反射镜108上，该镜108将几乎所有入射激光束能量导引至第二高反射镜110且将一泄漏量的入射激光束能量提供至一产生一侦测器输出信号114的光学侦测器112。合适的光学侦测器112为由Hamamatsu Photonics KK，Hamamatsu City，Japan制造的Hamamatsu S3279光电二极管。如下文进一步描述，将侦测器输出信号114传递至电光学调变器驱动电路74的三个实施例中的每一者。
由镜110反射的激光束104传播通过一人工可调整衰减器120及第一扩束器122，反射离开高反射光束指引镜124及126，且撞击一充当一电控衰减器的声光调变器(AOM)128的输入端。离开AOM 128的激光束104传播通过第二扩束器130。
在雷射系统100的第一实施中，激光束104自第二扩束器130传播，且在自反射体134及136反射之后入射在光学串联连接的电光学调变器30c及30d上，该等电光学调变器的输出端与各别极化器154及156光学地相关联。合适的电光学调变器30c或30d为上述的光闸4BBO勃克尔盒。EOM 30c及30d自电光学调变器驱动电路210(图11)接收驱动控制输出信号以产生修剪脉冲输出，其传播通过一扩束器158且接着通过一变焦扩束器160以提供一可程序化激光束点以便传递至系统光学组件。
在雷射系统100的第二及第三实施中，EOM 30d及其相关联的极化器156不存在，且激光束104传播通过EOM 30c及其相关联的极化器154至变焦扩束器160。电光学调变器30c自第二实施的电光学调变器驱动电路310(图9)且自第三实施的电光学调变器驱动电路410(图11)接收一驱动控制输出信号。使雷射系统100的三个实施成为可能的电光学调变器驱动电路210、310及410的三个实施例的以下描述详细呈现修剪激光脉冲时间分布曲线的合成。
图11展示作为第一实施例的电光学调变器驱动电路210，其提供驱动控制输出信号至电光学调变器150及152，该等电光学调变器响应地产生输出传输的多个状态且藉此产生展现一修剪脉冲时间分布曲线的修剪脉冲输出。驱动电路210接收光学侦测器112的侦测器输出信号114及来自一控制计算机216的控制命令输出212作为输入。控制命令输出212包括由控制计算机216设定以用于与侦测器输出信号114的改变值进行比较的触发临限值。响应于脉冲雷射发射的发生而产生的触发临限值与侦测器输出信号114的比较系驱动电路210的操作的基础。侦测器输出信号114使输出传输的多个状态的产生与脉冲雷射发射的发生及有助于脉冲雷射发射的输出传输的多个状态的产生的定序的控制命令输出同步。此同步抑制由激光脉冲能量的不定能量建置的效应产生的抖动及形成修剪脉冲输出的输出传输的多个状态的产生中的激光脉冲激发信号的信号抖动的作用的引入。
参看图11及图12呈现驱动电路210的组件及操作的以下描述，其中后者展示所产生的信号波形的时序序列及EOM 30c及30d的输出传输的结果状态。将侦测器输出信号114施加至第一电压比较器232及第二电压比较器234中的每一者的信号输入端。控制命令输出212包括一下触发临限信号236及一上触发临限信号238，将该等信号施加至数字至模拟转换器(digital-to-analogconverter，DAC)240及242的各别输入端。将DAC 240的下临限电压输出244施加至第一比较器232的电压临限输入端，且将DAC 242的上临限电压输出246施加至第二比较器234的电压临限输入端。
图11及图12展示分别出现在比较器232的输出端及比较器234的输出端处的触发1信号及触发2信号。为清楚起见，图11展示激光脉冲106及DAC输出244及246的临限电压的并列绘图。将比较器232的触发1输出施加至第一EO驱动器250的一起动输入端及一可程序化延迟线252的一信号输入端。将延迟线252的一停止1输出(其表示触发1输出的一时间移位版本)施加至第一EO驱动器250的一停止输入端。类似地，将比较器234的触发2输出施加至第二EO驱动器254的一起动输入端及一可程序化延迟线256的一信号输入端。将延迟线256的一停止2输出(其表示触发2输出的一时间移位版本)施加至第二EO驱动器254的一停止输入端。
图11及图12展示分别出现在延迟线252的输出端及延迟线256的输出端处的停止1信号及停止2信号。图8(上部轨迹)将延迟1展示为触发1信号的上升边缘与停止1信号的上升边缘之间的时间延迟且将延迟2展示为触发2信号的上升边缘与停止2信号的上升边缘之间的时间延迟。由在经施加至各别可程序化延迟线252及256的延迟预设输入端的控制命令输出212上传递的延迟默认值确定延迟1及延迟2的量。在延迟1开始时，触发1信号的上升边缘于第一EO驱动器250的输出端处产生一至一电压的驱动器1延迟信号转变，EOM 30c藉由自脉冲雷射发射的一较低输出传输状态切换至一较高输出传输状态来响应此信号转变。图12(下部轨迹)展示对由第一EO驱动器250产生的较低至较高输出传输的转变产生的脉冲雷射发射的效应。驱动器1(上部轨迹)与限幅1(下部轨迹)的第一上升边缘之间的箭头指示此效应。在延迟1期间及在延迟2开始时，触发2信号的上升边缘于第二EO驱动器254的输出端处产生一至一电压的驱动器2延迟信号转变，EOM 30d藉由自脉冲雷射发射的一较高输出传输状态切换至一中间输出传输状态来响应此信号转变。该中间输出传输状态在该较高输出传输状态与该较低输出传输状态之间。图12(下部轨迹)展示对由第二EO驱动器254产生的较高至中间输出传输的转变产生的脉冲雷射发射的效应。驱动器2(上部轨迹)与限幅2(下部轨迹)的第一下降边缘之间的箭头指示此效应。
延迟1于停止1信号的上升边缘结束，此系延迟线252所产生的延迟的结果。延迟1的结束产生一至一电压的驱动器1延迟信号转变，电光调变器150藉由自该较高输出传输状态切换至该较低输出传输状态来响应此信号转变。图12(下部轨迹)展示第一EO驱动器250进行的自较高至较低输出传输的转变对脉冲雷射发射的效应。停止1(上部轨迹)与限幅2(下部轨迹)的第二下降边缘之间的箭头指示此效应。
最后，延迟2于停止2信号的上升边缘结束，此系延迟线256所产生的延迟的结果。延迟2的结束产生一至一电压的驱动器2延迟信号转变，EOM 30d藉由自该中间输出传输状态切换至该较高输出传输状态来响应此信号转变。只要转变在停止1信号的上升边缘之后且在下一次激光脉冲发射到达EOM 30c之前发生，则EOM 30d返回至较高输出传输状态的时机并不重要。实务上，由于EOM 30c的较低输出传输状态有可能大于零，故转变在激光脉冲发射完成之后发生。
图13及图15展示作为第二及第三实施例的各别电光学调变器驱动电路310及410，其各自提供一驱动控制输出信号至EOM 30，EOM 30响应地产生输出传输的多个状态且藉此产生展现一修剪脉冲时间分布曲线的修剪脉冲输出。(图10以虚线展示雷射系统100中的电光学调变器152、极化器156及EO驱动器254以结合图13及图15的实施例指示该等组件的省略。)
参看图13及图14呈现驱动电路310的组件及操作的以下描述，其中后者展示所产生的信号波形的时序序列及EOM 30的输出传输的结果状态。驱动电路310接收光学侦测器112的侦测器输出信号114及来自控制计算机216的控制命令输出212作为输入。将侦测器输出信号114施加至电压比较器232的信号输入端。控制命令输出212包括经施加至数字至模拟转换器240的输入端的触发临限信号236，及一经施加至可程序化延迟线252的延迟预设输入端的延迟默认值。
图13及图14展示一出现在比较器232的输出端处的触发1信号。图13展示激光脉冲106及DAC输出244的临限电压。将比较器232的触发1输出施加至EO驱动器250的起动输入端及可程序化延迟线252的信号输入端。将延迟线252的触发2输出(其表示触发1输出的一时间移位版本)施加至EO驱动器250的停止输入端。
图14(上部轨迹)将延迟1展示为触发1信号的上升边缘与触发2信号的上升边缘之间的时间延迟。在触发1信号的上升边缘之后约10奈秒，EO驱动器250于其输出端处产生一至一电压的驱动器1(起动)信号转变，EOM 30藉由自脉冲雷射发射的一最小输出传输状态切换至一最大输出传输状态且此后切换至一中间输出传输状态来响应此信号转变。(自触发1至驱动器1(起动)的10奈秒延迟表示一为EO驱动器250中所固有的电路延迟。)该中间输出传输状态在该最大输出传输状态与该最小输出传输状态之间。藉由一出现在EO驱动器250的输出端处的将EOM 30驱动至一过压驱动条件的电压位准来达成输出传输状态的此切换顺序。为了达到该过压驱动条件，EOM 30回转通过该最大输出传输状态以形成脉冲雷射发射的一高振幅部分312，且接着达到该中间输出传输状态以在此处停留一时间以形成脉冲雷射发射的平坦振幅部分314。图14(下部轨迹)展示对由EO驱动器250产生的最小至最大输出传输且在此后至中间输出传输的转变产生的脉冲雷射发射的效应。
延迟1于停止1信号的上升边缘结束，此系延迟线252所产生的延迟及EO驱动器250的10奈秒电路延迟的结果。在延迟1结束时，EO驱动器250于其输出端处产生一至一电压的驱动器1(停止)信号转变，EOM 30藉由自该中间输出传输状态切换至该最小输出传输状态来响应此信号转变。图14(下部轨迹)展示对由EO驱动器250产生的中间至最小输出传输的转变产生的脉冲雷射发射的效应。藉由使EOM 30回转返回通过该最大输出传输状态达到该最小输出传输状态以形成脉冲雷射发射的第二下降边缘来达成自该中间输出传输状态至该最大输出传输状态的切换。在脉冲雷射发射结束时，该最大输出传输状态形成第二峰值振幅部分(图14中未展示)，由于激光脉冲106在此时的低能量位准，该第二峰值振幅部分应为可忽略的。
参看图15及图16呈现驱动电路410的组件及操作的以下描述，其中后者展示所产生的信号波形的时序序列及EOM 30的输出传输的结果状态。驱动电路410接收光学侦测器112的侦测器输出信号114及来自控制计算机216的控制命令输出212作为输入。控制命令输出212包括由控制计算机216设定以用于与侦测器输出信号114的改变值进行比较的触发临限值。将侦测器输出信号114施加至第一电压比较器232及第二电压比较器234中的每一者的信号输入端。控制命令输出212包括一正向电压触发临限信号236及一负向电压触发临限信号238，将该等信号施加至数字至模拟转换器240及242的各别输入端。将DAC 240的一正向触发临限电压输出244施加至第一比较器232的电压临限输入端，且将DAC 242的一负向触发临限电压输出246施加至第二比较器234的电压临限输入端。
图15及图16展示分别出现在比较器232及234的输出端处的触发1信号及触发2信号。图16展示激光脉冲106及DAC输出244的临限电压。将比较器232的触发1输出施加至EO驱动器250的起动输入端，且将比较器234的触发2输出施加至EO驱动器250的停止输入端。
图16(上部轨迹)展示，在触发1信号的上升边缘之后的约10奈秒，EO驱动器250于其输出端处产生一至一电压的驱动器1(起动)信号转变，EOM30藉由自脉冲雷射发射的一最小输出传输状态切换至一最大输出传输状态且在此后切换至一中间输出传输状态来响应此信号转变。该中间输出传输状态在该最大输出传输状态与该最小输出传输状态之间。藉由一出现在EO驱动器250的输出端处的将EOM 30驱动至一过压驱动条件的电压位准来达成输出传输状态的此切换顺序。为了达到该过压驱动条件，EOM 30回转通过该最大输出传输状态以形成脉冲雷射发射的一高振幅部分412，且接着达到该中间输出传输状态以在此处停留一时间以形成脉冲雷射发射的平坦振幅部分414。图16(下部轨迹)展示对由EO驱动器250产生的最小至最大输出传输且在此后至中间输出传输的转变产生的脉冲发射的效应。
触发2信号系作为激光脉冲106的在其对应于触发临限信号236及238的脉冲振幅位准之间的经过上升时间的结果而产生。在触发2信号的上升边缘之后的约10奈秒，EO驱动器250于其输出端处产生一至一电压的驱动器1(停止)信号转变，EOM 30藉由自该中间输出传输状态切换至该最小输出传输状态来响应此信号转变。图16(下部轨迹)展示对由EO驱动器250产生的中间至最小输出传输的转变产生的脉冲雷射发射的效应。藉由使EOM 30回转返回通过该最大输出传输状态达到该最小输出传输状态以形成脉冲雷射发射的第二下降边缘来达成自该中间输出传输状态至该最大输出传输状态的切换。在脉冲雷射发射结束时，该最大输出传输状态形成一第二峰值振幅部分(图12中未展示)，由于激光脉冲106在此时的低脉冲振幅能量位准，该第二峰值振幅部分应为可忽略的。
图13及图15展示一电阻器-二极管数组500，其定位于EOM 30与各别电光学调变器驱动电路310及410中的每一者的驱动器250的输出端之间以将具有一可控形状的驱动控制输出信号提供至EOM 30。因为EOM 30的晶体电性上表现为一电容器，所以包括一电阻器或可切换电阻器的一数组可用以控制修剪脉冲时间分布曲线的电压斜率。电阻器-二极管数组500包括两个并联连接的分支电路，每一分支电路包括与一指引二极管506串联连接的并联连接电阻器502及504。可将与一开关508串联连接的电阻器504接入其分支电路或与分支电路断开以改变有效电阻值，且在相反方向上安装该等分支电路的指引二极管506以促进修剪脉冲时间分布曲线的上升边缘及下降边缘的不对称斜率。
图17展示雷射系统550，其经组态以抑制与脉冲雷射发射建置时间相关联的抖动且藉此有助于EOM 30a的脉冲形状、脉冲拾取及光束结合功能的同步。抖动抑制的实施使具有由紧密间隔的激光脉冲构成的复合激光束18的高产量雷射处理成为可能。为方便起见，图17使用与识别其它图中的类似对应组件的参考数字相同或类似的一些参考数字。又，为方便起见，为简单起见，已省略按比例缩放特征(特别是光束路径分量)的细节。
参看图17，雷射系统550使用光学侦测器112a、112b、112a2及112b2来提供信号至一共同触发电路552，以使EOM 30a的切换功能与各别脉冲雷射14a、14b、14a2及14b2的脉冲发射的起始同步。触发电路552可提供时序信息至一脉冲形状控制器554或直接提供时序信息至EOM驱动器250。EOM 30a以与关于图11至图16的一般EOM 30所描述的方式相同的方式响应。更具体言的，用于脉冲同步的雷射控制器42将规定来自脉冲雷射14a、14b、14a2及14b2的激光脉冲发射的一序列及EOM 30a所采用的切换状态的一对应序列的控制命令输出提供至脉冲驱动器40。脉冲驱动器40接收该控制命令输出且将单独系列的输出脉冲传递至脉冲雷射14a、14b、14a2及14b2，该等脉冲雷射藉由以规定顺序发射雷射输出来响应输出脉冲。
为了达成雷射系统550的抖动抑制，脉冲雷射14a、14b、14a2及14b2以一类似于上文关于图10的雷射系统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产生供传递至触发电路552的侦测器输出信号的各别光学侦测器112a、112b、112a2及112b2。响应于脉冲雷射发射的发生而产生的侦测器输出信号使EOM 30a的切换操作同步，以使得一来自脉冲雷射14a、14b、14a2及14b2中的一者的选定激光脉冲发射在一已知时间到达EOM 30a，此时EOM 30a采用一对应于该选定激光脉冲发射的延迟状态。
光学侦测器112a、112b、112a2及112b2以及触发电路552的使用可减少或消除大部分的时间抖动问题且准许来自不同脉冲雷射源14的脉冲的较紧密间距。在无抖动的情况下，来自按比例缩放集合的脉冲之间的较紧密间距可允许更大的按比例缩放，以及更大的脉冲成形控制。举例而言，EOM 30a可达成次奈秒、甚至皮秒的上升时间及下降时间，该等时间可用于以极高重复率及极高峰值功率产生用于链路处理的修剪脉冲及产生用于钻孔的短脉冲。加倍或进一步按比例缩放的脉冲重复率可增加系统的产量。
除了促进脉冲成形控制的外，触发电路552亦可用以藉由施加光束传播阻断光束极化改变来促进关于脉冲拾取的时序。类似地，触发电路552亦可用以藉由施加光束极化改变至正交极化的光束来促进关于光束结合的时序。最后，触发电路552可用以执行EOM 30a的脉冲成形、脉冲拾取及光束结合操作能力中的两者或所有三者的任何组合。
熟习此项技术者将了解，每个命题的标的或实施例可累积至所有其它命题或实施例的标的或实施例，给定命题或实施例的标的互斥的情况除外。
上述实施例中的许多促进展现先前不可行特性的复合光束的产生。举例而言，本文中所揭示的实施例促进一具有一大于200千赫兹的复合重复率及一大于1千瓦的复合平均功率的稳定UV复合极化光束的产生。
熟习此项技术者将显而易见，可对上述实施例的细节进行许多改变而不脱离本发明的潜在原理。举例而言，亦可执行形成一经频率转换的雷射输出的非线性转换以提供一较长波长雷射输出。因此，本发明的范畴应仅由以下申请专利范围来判定。

Claims (20)

1.一种合成一高功率、高重复率的极化激光束的方法，其包含：
产生第一重复率下的具有第一平均功率的多个第一极化激光脉冲的第一极化激光束，该等第一极化激光脉冲以第一极化状态为特征；
产生具有第二平均功率及第二重复率的多个第二极化激光脉冲的第二极化激光束，该等第二极化激光脉冲以第二极化状态为特征；
该等第一极化激光束及该等第二极化激光束的产生制造与该等第二极化激光脉冲于时间不重迭关系的该等第一极化激光脉冲；
引入光学延迟，使得该等各别的第一及第二极化激光脉冲的该等第一及第二极化状态为正交相关；
在一光学光束结合器中结合该等正交相关极化状态下的该第一及第二极化激光束，当结合于该等正交相关第一及第二极化状态下的该等各别第一及第二极化激光束及制造该等第一及第二极化激光脉冲之一沿着一结合光束路径传播的结合光束时，该光学光束结合器以该等第一及第二平均功率的低损耗为特征；及
沿着该结合光束路径提供一光学调变器，该光学调变器可操作以选择性地改变该结合光束的该等第一及第二极化激光脉冲的该等极化状态的该正交关系以制造该等第一及第二激光脉冲的一复合极化光束，该光学调变器响应于一控制信号的不同值将不同光学延迟量选择性地赋予该结合光束，使得该复合极化光束的该等各别第一及第二极化激光脉冲的该等第一及第二极化状态是一致相关；
藉此该复合极化光束以一大于该等第一及第二重复率的复合重复率下具有一大于该等第一及第二平均功率的平均复合功率。
2.如权利要求1所述的方法，其中该光学调变器包括一EOM。
3.如权利要求2所述的方法，其中该光学调变器包括一勃克尔盒(Pockelscell)。
4.如权利要求1所述的方法，其中该等第一及第二极化激光束是由各别第一及第二种子雷射产生。
5.如权利要求4所述的方法，其进一步包含：
沿着该结合光束路径于该光学调变器的下游定位一光隔离器；及
沿着该结合光束路径于该光隔离器的下游定位一光纤放大器。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包含：
将该复合极化光束的传播导引至一沿着该结合光束路径定位于该光学调变器的下游的光学极化器；及
将该控制信号传递至该光学调变器，该控制信号具有控制该光学调变器将光学延迟赋予该等第一及第二极化激光脉冲中的选定者的值，该光学延迟使入射在该光学极化器上的该等选定极化激光脉冲中的每一者采用一导致该光学极化器阻断传输的极化状态。
7.如权利要求6所述的方法，其中该控制信号具有控制该光学调变器将光学延迟量赋予一些第一及第二极化激光脉冲的值，该光学延迟量引起对应该些第一及第二极化激光脉冲的形状的修剪。
8.如权利要求1所述的方法，其中该控制信号具有控制该光学调变器将光学延迟量赋予一些第一及第二极化激光脉冲的值，该光学延迟量引起对应该些第一及第二极化激光脉冲的形状的修剪。
9.如权利要求1所述的方法，其中该等第一及第二极化激光束以发射波长为特征，且该方法进一步包含：
沿着该结合光束路径且在该光学调变器的下游定位一谐波产生器以自该复合极化光束产生一具该等第一及第二极化激光束的该等发射波长的谐波波长的转换复合极化光束。
10.如权利要求1所述的方法，其中该等第一及第二极化激光束以不同发射波长为特征。
11.如权利要求1所述的方法，其中该复合极化光束包含一串交替的第一及第二极化激光脉冲。
12.如权利要求1所述的方法，其中该复合极化光束包含一串定位于两个第二极化激光脉冲之间的两个或两个以上连续第一极化激光脉冲。
13.如权利要求1所述的方法，其进一步包含：
使用光学侦测器以响应于由各别第一及第二脉冲雷射产生的该等第一及第二极化激光脉冲的出现而产生侦测器输出信号；及
提供驱动电路以响应于该等侦测器输出信号而产生该控制信号的该等不同值以抑制在选择性地赋予该结合光束的该等不同光学延迟量上由该等第一及第二极化激光脉冲的不定能量建置时间的效应产生的抖动的一作用。
14.一种合成一高功率、高重复率的极化激光束的雷射系统，其包含：
第一脉冲雷射，其响应于一由脉冲驱动器电路制造的第一驱动器信号产生在第一极化状态下沿着第一光束路径传播且在第一重复率下具有第一平均功率的多个第一极化激光脉冲的第一光束；
第二脉冲雷射，其响应于一由该脉冲驱动器电路制造的第二驱动器信号产生在第二极化状态下沿着第一光束路径传播且在第二重复率下具有第二平均功率的多个第二极化激光脉冲的第二光束；
一光学延迟器装置，其定位于该等第一及第二光束路径之一者中引入光学延迟，使得该等各别第一及第二极化激光脉冲的该等第一及第二极化状态正交相关；
一光学光束结合器，其与该等第一及第二光束路径相交且结合处于该等正交相关的各别第一及第二极化状态下的该等第一及第二极化激光脉冲以便沿着一结合光束路径传播，该光学光束结合器以在结合该等第一及第二极化激光脉冲时一小于该等第一及第二平均功率的一半的损耗为特征；
一光学调变器，其沿着该结合光束路径定位于该光学光束结合器的下游，该光学调变器响应于一调变器控制信号的不同值而选择性地将改变该结合光束的该等第一及第二极化激光脉冲的该等极化状态的该正交关系的对应不同光学延迟量赋予该结合光束以制造该等第一及第二极化激光脉冲的一复合极化光束，该复合极化光束的该等第一及第二极化激光脉冲的该等各别极化状态一致相关；及
一雷射控制器，其协调该等第一及第二脉冲驱动器信号及该调变器驱动器信号，使得该等第一及第二极化激光脉冲处于时间不重迭关系，且使得不同光学延迟量的该选择性赋予在该结合光束中的该等第一及第二极化激光脉冲中的对应者入射在该光学调变器上时发生，藉此该复合极化光束在一大于该等第一及第二重复率的复合重复率下具有一大于该等第一及第二平均功率的平均复合功率。
15.如权利要求14所述的雷射系统，其进一步包含：
光学侦测器，其响应于由该等各别第一及第二脉冲雷射产生的该等第一及第二极化激光脉冲的出现而制造侦测器输出信号的光学侦测器；及
驱动电路，其响应于该等侦测器输出信号制造该调变器控制信号的该等不同值以抑制由该等第一及第二极化激光脉冲的不定能量建置时间对选择性地赋予该结合光束的该等不同光学延迟量的效应导致的抖动的一作用。
16.如权利要求14所述的雷射系统，其中该等第一及第二极化激光束是由各别第一及第二种子雷射产生。
17.如权利要求16所述的雷射系统，其进一步包含：
一沿着该结合光束路径定位于该光学调变器的下游的光隔离器；及
一沿着该结合光束路径定位于该光隔离器的下游的光纤放大器。
18.如权利要求14所述的雷射系统，其进一步包含一沿着该结合光束路径定位于该光学调变器的下游的光学极化器以接收该复合极化光束，该光学调变器接收具有控制该光学调变器将光学延迟赋予该等第一及第二极化激光脉冲中的选定者的值的该控制信号，该光学延迟使入射在该光学极化器上的该等选定极化激光脉冲中的每一者采用一由该光学极化器导致阻断传输的极化状态。
19.如权利要求18所述的雷射系统，其中该控制信号具有控制该光学调变器将光学延迟量赋予一些第一及第二极化激光脉冲的值，该光学延迟量引起对应该些第一及第二极化激光脉冲的形状的修剪。
20.如权利要求14所述的雷射系统，其中该等第一及第二极化激光束以不同发射波长为特征。
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