CN102273028A - 通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲 - Google Patents

通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲 Download PDF

Info

Publication number
CN102273028A
CN102273028A CN2009801535222A CN200980153522A CN102273028A CN 102273028 A CN102273028 A CN 102273028A CN 2009801535222 A CN2009801535222 A CN 2009801535222A CN 200980153522 A CN200980153522 A CN 200980153522A CN 102273028 A CN102273028 A CN 102273028A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse
laser
generator according
control signal
waveform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801535222A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102273028B (zh
Inventor
彭晓原
大卫·巴席克
威廉·J·乔丹
王奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electro Scientific Industries Inc
Original Assignee
Electro Scientific Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electro Scientific Industries Inc filed Critical Electro Scientific Industries Inc
Publication of CN102273028A publication Critical patent/CN102273028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102273028B publication Critical patent/CN102273028B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0092—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0428—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying pulses to the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

可编程激光脉冲(126)组合了脉冲频率的电气调制与脉冲波形的光学调制，以形成具有指定脉冲波形的激光脉冲。指定脉冲波形的特征为高峰值功率和低平均功率。所揭示的激光系统(90)也允许功率缩放(102)和非线性转换(104)到其它(更长或更短)波长。所述系统提供对使用具有高重复率的激光源有经济、可靠的替代方案，以便以多种波长实现成形脉冲。所揭示的组合方案本质上比现有相减法更有效。

Description

通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲
版权声明
Figure BPA00001392545200011
2009电子科技工业公司(Electro Scientific Industries，Inc.)本专利文件的揭示内容的一部分含有经受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利揭示内容进行的复制，如同其出现在专利商标局(Patent andTrademark Office)专利文件或记录中，但另外，无论如何均保留全部版权权利。37CFR§1.71(d)。
技术领域
本发明涉及脉冲光纤激光器和固态激光放大器，特制激光脉冲从其传播以用于在激光微机械加工应用中使用，且更明确地说，涉及一种发射具有通过组合分离式电气与光学调制器所编程的指定脉冲波形的特制激光脉冲的高效激光脉冲成形产生器。
背景技术
在完成制造半导体存储器阵列芯片之后，用钝化材料的电绝缘层密封芯片的暴露表面上的集成电路(IC)图案。典型的钝化材料包含树脂或热塑性聚合物，例如，聚酰亚胺。此最终“钝化”层的目的是防止芯片的表面与周围湿气发生化学反应，保护表面免受环境微粒影响，且吸收机械应力。钝化之后，将芯片安装于用允许存储器单元的探测和功能测试的金属互连件所嵌入的电子封装中。在确定若干个冗余的存储器单元中的一者有故障时，通过切断在阵列中将所述单元连接到其邻近单元的导电互连件或导线来停用所述单元。通过激光微机械加工装备来完成由“链接处理”或“链接吹断”停用个别存储器单元，所述激光微机械加工装备能够引导激光束能量以便在高度局部化区中选择性地移除链接材料，而不会使邻近于目标、在目标下方或在目标上方的材料损坏。可通过变化激光束波长、光斑尺寸、脉冲重复率、脉冲波形或影响能量传递的其它空间或时间束参数来实现选择性地处理指定链接。
需要后处理存储器阵列或其它类型的IC芯片中的导电链接的激光微机械加工工艺使用具有快速上升前沿(例如，具有1ns到2ns上升时间)的尖脉冲，以实现所要的质量、产量和可靠性。为了干净地切断导电链接，在切割通过金属互连件之前，激光脉冲穿透上覆钝化层。来自现有的固态激光器的典型脉冲的上升沿随着脉冲宽度而变化。在链接处理中使用具有5ns到20ns宽度和倾斜的、逐渐上升前沿的传统高斯形激光脉冲倾向于在钝化层中造成“过焊口”，尤其是在其厚度太大或不均匀的情况下。
孙云龙(Yunlong Sun)在其标题为“基于半导体的装置的激光处理优化(Laser processing optimization of semiconductor based devices)”的博士学位论文中充分分析了上覆钝化层的破裂行为(俄勒冈研究生院(Oregon GraduateInstitute)，1997年)。因为钝化层厚度是重要参数，所以可由基于孙云龙的分析的模拟来确定特定钝化层材料的最佳厚度。在IC制造期间，维持钝化层的晶片级处理控制的困难可导致非最佳厚度和不良的跨晶片或晶片到晶片厚度均匀性。因此，优化用于后处理中的激光脉冲的特性可有助于补偿钝化层中的误定位尺寸和变化源。
Smart的第6,281,471号美国专利提出使用实质上正方形的激光脉冲以用于链接处理。可通过将主控振荡激光器与光纤放大器(MOPA)耦合来产生此类尖边缘的脉冲。这种低功率主控振荡器使用能够以快速上升时间产生正方形脉冲的二极管激光器。另一方面，在转让给本专利申请案的受让人孙云龙(Yunlong Sun)等人的第7,348,516号美国专利中，所述专利说明尽管有垂直的上升沿，但实质上正方形的激光脉冲不是用于链接处理的最好激光脉冲波形。实际上，孙云龙等人描述使用在一个实施例中类似于椅子的专门特制的激光脉冲波形，其具有到最有效地处理链接的快速上升峰值或多个峰值，所述峰值之后是在中断之前在较低功率电平下保持相对平坦的信号强度的下降。已通过被称作脉冲分片技术成功产生具有高峰值功率但低平均功率的此类特制激光脉冲，所述脉冲分片技术可由电光调制(EOM)或声光调制(AOM)来实施。例如，常规的主动Q切换固态激光器提供具有高强度和高脉冲能量的毫微秒种子脉冲，且接着光回路分片装置将标准激光脉冲转变成所要的特制脉冲波形。
有可能直接从激光二极管获得高效率和高峰值功率输出。换句话说，有可能使用专用电气调制的种子脉冲产生高峰值功率和高脉冲能量。此方案的简单性是有利的，且也可以更少的放大器级来实施此方案。然而，半导体二极管的中心波长倾向于随着由脉冲波形的改变导致温度上的较小改变而漂移，其中温度漂移可不利地影响下游固态放大器和谐波产生。
或者，可由将增益光纤用作功率放大器的MOPA产生专门特制的激光脉冲。使用MOPA是有利的，因为其以指定的恒定频率构成稳定的信号源。
Pascal Deladurantaye的第2006/0159138号美国专利申请案描述成形脉冲激光器，其中两个调制器定形连续波(CW)光束以产生各种成形脉冲。然而，从CW光束产生脉冲激光十分低效，且因此需要更多的放大。因为噪声可影响此低峰值功率信号，此举造成脉冲-脉冲的不稳定性，所以优选使两个调制器同步以维持脉冲稳定性和能量稳定性，从而进一步增加复杂性和成本。
发明内容
一种可编程激光脉冲成形产生器将激光脉冲频率的电气调制与激光脉冲波形的光学调制组合，以产生指定波形的特制激光脉冲，所述激光脉冲具有大约几毫微秒到数十毫微秒的脉冲宽度和大约几毫微秒到少于一毫微秒的快速上升时间。优选的激光脉冲成形产生器包含呈种子激光二极管形式的经调制的脉冲激光源，其在输入处具有经频率调制的电信号。所述系统产生由高速光学调制器和光学功率放大器定形的一连串高功率特制激光脉冲。脉冲成形产生器允许功率缩放和以较短波长产生谐波，且提供对使用以高重复率操作的激光源的经济、可靠的替代方案，以便以多种波长实现成形脉冲。由脉冲成形产生器实施的组合方案本质上比通过将种子脉冲在光学上分片来形成特制脉冲的现有相减法更有效。
从优选实施例的下述详细描述中显而易见额外的方面和优点，所述描述参考附图来进行。
附图说明
图1为展示能够通过组合电气与光学调制来产生特制脉冲的激光脉冲成形产生器的组件的框图。图1还在某些脉冲成形产生器组件的输出处展示在产生的特制脉冲的各种形成级处所形成的激光脉冲的时间轮廓。
图2呈现图1的脉冲成形产生器的经调制的脉冲激光源的二极管激光输出、用于电气驱动调制的脉冲成形电路输出和光学输出的一组三个波形图，三个波形展现在产生特制激光脉冲轮廓的四个实例中形成的对应脉冲波形。
图3A、图3B和图3C为展示用于与图1的经调制的脉冲激光源一起使用的三个增益光纤前置放大器和输出放大器配置的示意图。
图4为展示图1的可编程脉冲成形电路的模拟实施的电路组件的框图。
图5为展示对应于图4的可编程脉冲成形电路的不同级的电信号的脉冲波形的波形图。
图6为从图4的可编程脉冲成形电路的二极管箝位电路输出的模拟高分辨率(1ns)脉冲序列。
图7为由图4的可编程脉冲成形电路所构造的1ns分辨率门控电气控制信号脉冲的图，其中门控电气控制信号脉冲的波形近似于具有所要的“椅式”特制激光脉冲轮廓的波形。
图8为展示图1的可编程脉冲成形电路的数字实施的电路组件的框图。
图9为展示在其工作表面上具有半导体链接结构的半导体晶片的图。
具体实施方式
图1展示具有上文讨论所要的操作和性能特性的激光脉冲成形产生器90。由经调制的脉冲激光源100构造脉冲成形产生器90，所述经调制的脉冲激光源100产生用于由一组光学功率放大器102进行放大和用于由谐波产生器104进行波长转换的指定特制激光脉冲。
例如半导体激光器等经调制的脉冲激光源100优选由高速分布式反馈(DFB)种子激光二极管110组成，所述高速分布式反馈(DFB)种子激光二极管110由电气调制器114生产的种子脉冲信号112进行调制，以便以高重复率提供一连串的种子激光脉冲116。在优选的实施中，种子脉冲信号112表示一连串的种子脉冲116。光学调制器120接收种子激光脉冲116，且响应于由高速可编程脉冲成形电路124产生并与种子脉冲信号112同步的门控电气控制信号脉冲122，而调制种子激光脉冲116以产生一连串的指定激光脉冲126。光学调制器120和脉冲成形电路124合作以将种子激光脉冲116中的每一者重新配置为用于最佳材料处理的激光脉冲126所要的时间轮廓。
光学功率放大器102产生一般为特制激光脉冲126的忠实复制品的经放大的特制激光脉冲132。谐波产生器104在不同的波长范围(例如，绿光、紫外线(UV)或深紫外线(DUV))中将经放大的特制激光脉冲132转换成输出激光脉冲134，且由于非线性转换过程而具有加强的特制脉冲轮廓。
技术人员将了解，可用Q切换固态激光脉冲源或光纤激光源来代替半导体种子激光器110，但因为以下优点，所以优选后者。经配置具有DFB种子激光二极管110的激光脉冲成形产生器90在紧凑、不平的设置中提供较宽的可协调性和较窄的线宽。可从德国慕尼黑的Toptica Photonics，AG公司获得装备了极化维持(PM)光纤耦合器(未图示)的此类DFB种子激光二极管110。
图2展示呈现在光学调制器120(和经调制的脉冲激光源100)的输出处生产的不同特制激光脉冲轮廓的形成的四个实例(由垂直的虚线分离)的三个波形图。图2线A表示由激光二极管110发射的一连串的四个类似的种子激光脉冲1161、1162、1163和1164。图2线B表示可编程脉冲成形电路124的四个不同的门控控制信号脉冲1221、1222、1223和1224，且图2线C表示光学调制器120的四个不同的特制激光脉冲1261、1262、1263和1264，其中有相应的门控控制信号脉冲1221、1222、1223和1224予以对应。(有助于特制激光脉冲的实例中的相同一者的种子激光脉冲和门控控制信号脉冲的参考数字共享共同的下标。)
在四个实例中的每一者中，门控控制信号脉冲调制种子激光脉冲以形成特制激光脉冲，特制激光脉冲的波形实质上为门控控制信号脉冲的波形的忠实复制品。特制激光脉冲1261、1262、1263和1264分别表示椅形、反椅形、双峰形和双尖峰形激光脉冲，其中每一者皆提供高峰值功率电平和低平均功率电平。
图3A、图3B和图3C展示实施光学功率放大器102的不同配置的相应替代实施例102a、102b和102c，所述光学功率放大器102适合于放大在光学调制器120的输出处出现的特制激光脉冲126。经调制的脉冲激光源100在其输出处产生具有多种脉冲波形(如在图2线C中所表示)中任一者的激光脉冲126。每一实施例102a、102b和102c皆包含增益光纤前置放大器138，其含有例如镱(Yb)、铒(Er)或钕(Nd)玻璃等光学增益光纤，以产生具有增加的峰值功率的中间波形激光脉冲140。可增加放大器级以产生至少1kW的峰值功率输出。实施例102a、102b和102c分别使用放大器级光纤放大器142、固态放大器144或两者的组合，以产生高功率经放大的特制激光脉冲132。图3A呈现简单且有效的全光纤光学配置(不具有任何固态组件)，然而其可能在用单模极化的激光进行的高峰值功率操作下受到损坏和一些非所要的非线性效应。图3B和图3C呈现因为包含了固态放大器144而在大于1kW的峰值功率电平处更为稳固的两个混合或“串联”配置。通过可编程激光成形和连续放大，因此可通过以组合形式而逐步建构所要的脉冲波形，且累积所要的功率输出来逐渐构造高峰值功率经放大的指定激光脉冲132。此种逐渐建构脉冲波形且累积激光输出功率构成了比产生高功率脉冲且选择性地减去或吸收能量以实现所要的脉冲波形本质上更有效的过程。
图4为更详细地展示可编程的脉冲成形电路124的模拟实施124a的电气组件的框图。用图5中的相应参考数字展示且识别在图4的脉冲成形电路124a内的中间级处所产生的电信号波形。电气调制器114驱动DFB种子激光二极管110以产生种子激光脉冲116，如参看图1的上文所描述。主机控制计算机或微控制器160提供通用串行总线(USB)、R232或类似的外部数据总线连接162信号，所述信号协调且控制复杂可编程逻辑装置(CPLD)164的操作。适合的CPLD为可从加利福尼亚圣何塞的Altera公司购得的Altera Max IIEPM240T100C3N。主机控制计算机160协调电气调制器114和脉冲成形电路124的操作，使得种子脉冲信号112和门控控制信号脉冲122同步。CPLD 164包含产生一连串的正方形脉冲168的内部脉冲产生器166。脉冲168施加到N数目个延迟线电路170(图4中展示为四个)的输入，以产生经组合以形成电气控制信号122的时间移位的经调节输出脉冲172。
全部N数目个延迟线电路170名义上是相同的，且由参考数字170和下标1、2、3、......、N中的不同一者进行识别。延迟线电路170的对应组件共享具有识别其中驻存有组件的延迟线电路的下标的共同参考数字。因此，对个别延迟线电路的构造和操作的下述描述仅针对延迟线电路1701。延迟线电路1701包含可编程时间延迟元件1801，其具有接收正方形脉冲168的信号输入和接收来自CPLD 164的时间延迟控制信号1821的延迟时间输入，以产生延迟的脉冲信号1841。适合的可编程时间延迟元件1801为可从加利福尼亚桑尼维尔的美信集成产品公司(Maxim Integrated Products，Inc.)购得的DS 1020。电容器C1阻挡延迟的脉冲信号1841的直流(DC)部分，从而产生具有正向和负向电压部分的信号脉冲。二极管箝位电路1881阻挡负向电压部分以提供一连串的峰值脉冲1901。增益可控运算放大器1921具有接收峰值脉冲1901的信号输入和接收来自CPLD 164的增益控制信号1941的增益控制输入，以产生具有可编程电压电平的一连串输出脉冲1721。
适合的高带宽、快速转换速率运算放大器192为THS3201，其可从德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas Instruments)购得，且特征为在单位增益处有2.2GHz带宽。适合的替代运算放大器包含数字编程的差动放大器LMH6518，其可从加利福尼亚圣克拉拉的美国国家半导体公司(NationalSemiconductor of Santa Clara，CA)购得，且特征为825MHz带宽和500微微秒上升/下降时间。
N数目个延迟线电路170经编程以产生时间延迟的峰值脉冲1721-172N，其由求和运算放大器196进行组合以形成具有所要波形的门控电气控制信号122。更明确地说，施加到相应的可编程时间延迟元件1801-180N的时间延迟控制信号1821-182N相对于正方形脉冲168的前沿200而赋予经编程的延迟量，以产生延迟的脉冲信号1841-184N。所赋予的延迟量使得能够形成门控电气控制信号122的所要的复合波形。图5展示延迟的脉冲信号1841、1842和1843的序列，其表示由对应的时间延迟控制信号1821、1822和1823所赋予的零、一个延迟单位d和两个延迟单位2d。所述赋予的零、一个延迟单位d和两个延迟单位2d产生时间上不重叠的延迟的脉冲信号1841、1842和1843的序列，所述信号逐步延迟统一的量，如所说明。例如，可实现的延迟单位d为0.15ns。二极管箝位电路1881、1882和1883产生相应的峰值脉冲1901、1902和1903，如所说明。运算放大器1921-192N中的每一者特征为快速转换速率和宽的带宽，以将其相关联的峰值脉冲1901-190N中的一者放大到不同的、单独可编程的电压电平。因此，对于图5的实例，可将第一脉冲1901放大比后续脉冲1902和1903更多，如所说明。此差动放大产生前导高能量峰值1721，其与后续时间移位的经放大的峰值脉冲1722和1723组合后，即刻形成如图2中所展示的实例脉冲轮廓1的类型的所得门控电气控制信号122的“椅子”的背部。
可单独或组合使用对图4的脉冲成形电路124a进行编程的两种方法，以指定不同的特制波形，例如图2线B的门控电气控制信号脉冲1221、1222、1223和1224的那些波形。第一方法需要指定运算放大器192的固定增益值，使得其中每一者具有二进制加权增益值。在这种情况下，将由时间延迟控制信号182简单地将时间延迟元件180预编程到不同的值，以形成新的指定电气控制信号脉冲波形。第二方法需要使用经编程到固定的延迟值的时间延迟元件180，且由相关联的增益控制信号194控制每一运算放大器192的增益水平，以实现所要的指定电气控制信号脉冲波形。或者，可使用两个编程方法的组合。
如果电气控制信号脉冲190所要的时间脉冲宽度比彼此之间的时间延迟长，或者如果运算放大器192超过或未达到目标功率电平，那么导致邻近脉冲重叠，如在图6中的峰值脉冲1902与1903之间的重叠202所指示。因此，优选为自定义调整在时间延迟元件180中编程的时间延迟或在运算放大器192中设定的放大器增益值，以实现指定电气控制信号脉冲波形，且需要选择允许更短脉冲持续时间的电容器C1、...、CN的值，以使准确性最大化。
在图7中更详细展示的电气控制信号122表示输出脉冲1721、...、172N的总和，其出现在求和运算放大器196的输出处，且近似图2线B中所展示的控制信号1221的指定“椅子”形。由跟随前导峰值脉冲206的拖尾脉冲204所产生的“振铃”平均化为低功率值208。与大约10ns的整体脉冲宽度214相比，前导峰值脉冲206的高峰值功率210具有大约1ns的较短上升时间212。再次参看图1，由脉冲成形电路124产生的电气控制信号122调制种子激光脉冲116，以在光学调制器120的输出处形成特制激光脉冲126。接着，所述组高带宽光学功率放大器102放大特制激光脉冲126，以产生高功率的特制激光输出脉冲132，其具有如实地表示指定特制激光脉冲126的波形的波形。
图8为展示可编程脉冲成形电路124的替代的数字实施的电气组件的框图。替代的数字实施124d所包含的可编程数字脉冲成形电路作为图4的模拟实施的可编程时间延迟元件180、二极管箝位电路188和运算放大器192的代替物。可编程数字脉冲成形电路包含高速现场可编程门阵列(FPGA)220(例如，可从加利福尼亚圣何塞的赛灵思公司(Xilinx，Inc.)购得的Xilinx Virtex 5)，用于产生指定所要的特制脉冲波形(例如，用在上文所描述的模拟实施中的椅式实例)的二进制数据流222。在图8中结合CPLD 164展示FPGA 220。在FPGA 220的输出处出现的二进制数据流222施加到数/模转换器(DAC)224的输入，其在输出处产生具有电气控制信号122的波形的模拟控制信号。适合的DAC 224为可从德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas Instruments，Inc.)购得的DAC 5681。DAC 224的输出施加到运算放大器226的输入，在其输出处有电气控制信号122出现。
图4的模拟实施更简单，因为其具有比在图8的数字实施中的组成部分的数目更少的组成部分。图4和图8的电路在电路布局上具有严格的要求，使得数据同时到达或以相对于其它信号的指定延迟到达。此时，图4的基于延迟线的电路具有更大的分辨率，但预期在不久的将来将可使用更快速的DAC。
具有特制时间轮廓的输出激光脉冲134的有用应用的说明性实例是在晶片样品232上切断半导体链接结构230，其在图9中展示。
对所属领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明基本原理的情况下可对上文所描述实施例的细节做出许多改变。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书确定。

Claims (16)

1.一种发射具有通过组合分离式的电气与光学调制器所编程的指定脉冲波形的激光脉冲的高效动态激光的脉冲成形产生器，其包括：
激光源，其由电气调制器驱动以用一脉冲重复率发射脉冲激光输出；
可编程电气脉冲成形电路，其产生电气控制信号；以及
光学调制器，其接收所述脉冲激光输出且与所述可编程电气脉冲成形电路协作，以响应于所述电气控制信号而产生多个激光输出脉冲，所述电气控制信号经编程为一时间波形，所述时间波形建立由所述光学调制器产生的所述多个激光输出脉冲中的每一者的所述指定脉冲波形。
2.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述指定脉冲波形展现时间特征，且所述可编程电气脉冲成形电路包括：
脉冲产生器，其与多个时间延迟线协作以形成一连串时间移位的脉冲；
控制器，其操作上连接到所述多个延迟线，以为所述串中的所述时间移位的脉冲中的每一者选择延迟量；以及
脉冲组合器，其接收且组合所述时间移位的脉冲以合成所述电气控制信号，以展现所述多个激光输出脉冲中每一者的所述指定脉冲波形的所述时间特征。
3.根据权利要求2所述的脉冲成形产生器，其中所述可编程电气脉冲成形电路进一步包括有助于形成由所述电气控制信号展现的所述时间特征的电路元件。
4.根据权利要求3所述的脉冲成形产生器，其中所述电路元件赋予对所述串中的所述时间移位的脉冲的振幅调整，以有助于所述时间特征的形成。
5.根据权利要求4所述的脉冲成形产生器，其中所述控制器提供增益控制信号，且所述电路元件包含增益可编程运算放大器，所述增益可编程运算放大器接收所述增益控制信号以设定所述运算放大器的增益值，且进而对所述串中的所述时间移位的脉冲执行振幅调整。
6.根据权利要求3所述的脉冲成形产生器，其中所述电路元件对所述串中的所述时间移位的脉冲赋予相位调整，以有助于所述时间特征的形成。
7.根据权利要求6所述的脉冲成形产生器，其中所述控制器提供时间延迟控制信号，且所述电路元件包含时间延迟元件，所述时间延迟元件接收所述时间延迟控制信号以设定所述时间延迟元件的时间延迟值，且进而所述串中的所述时间移位的脉冲执行相位调整。
8.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其进一步包括包含或结合增益光纤前置放大器以及光纤放大器和固态放大器中的一者或两者的光学功率放大器，经组合以在所述多个激光输出脉冲中提供至少1kW的峰值功率。
9.根据权利要求8所述的脉冲成形产生器，其中所述增益光纤前置放大器包含Yb、Er或Nd玻璃型的光纤。
10.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述指定脉冲波形的多个激光输出脉冲是以第一波长发射，且所述脉冲成形产生器进一步包括谐波产生器，所述谐波产生器光学上与所述光学调制器相关联以将所述指定脉冲波形的多个激光输出脉冲移位到第二波长。
11.根据权利要求10所述的脉冲成形产生器，其中所述第二波长比所述第一波长短。
12.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述激光源包含半导体激光器。
13.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述激光源包含脉冲光纤激光器。
14.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述激光源包含Q切换固态激光器。
15.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述指定脉冲波形具有在1ns到3ns范围内的上升前沿和在1ns到100ns范围内的脉冲宽度。
16.根据权利要求1所述的脉冲成形产生器，其中所述激光输出脉冲经引导以切断半导体装置中的链接。
CN200980153522.2A 2008-11-10 2009-11-06 通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲 Expired - Fee Related CN102273028B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/268,203 2008-11-10
US12/268,203 US7813389B2 (en) 2008-11-10 2008-11-10 Generating laser pulses of prescribed pulse shapes programmed through combination of separate electrical and optical modulators
PCT/US2009/063489 WO2010054147A2 (en) 2008-11-10 2009-11-06 Generating laser pulses of prescribed pulse shapes programmed through combination of separate electrical and optical modulators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102273028A true CN102273028A (zh) 2011-12-07
CN102273028B CN102273028B (zh) 2014-03-12

Family

ID=42153562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980153522.2A Expired - Fee Related CN102273028B (zh) 2008-11-10 2009-11-06 通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7813389B2 (zh)
JP (1) JP2012508398A (zh)
KR (1) KR20110093825A (zh)
CN (1) CN102273028B (zh)
WO (1) WO2010054147A2 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102759884A (zh) * 2012-07-13 2012-10-31 西安交通大学 一种脉冲星频率信号模拟器
CN103066959A (zh) * 2012-12-24 2013-04-24 天津七六四通信导航技术有限公司 P型脉冲调制电路
CN103606811A (zh) * 2013-12-11 2014-02-26 北京信息科技大学 基于cpld的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统
CN103825179A (zh) * 2014-03-24 2014-05-28 深圳市杰普特电子技术有限公司 一种脉冲波形可调的光纤激光器及其调制方法
CN104201550A (zh) * 2014-08-27 2014-12-10 广东高聚激光有限公司 一种皮秒脉冲光纤激光器及其脉冲生成方法
CN104868353A (zh) * 2015-05-07 2015-08-26 清华大学 一种激光产生系统及方法
CN105246637A (zh) * 2013-03-29 2016-01-13 佛顿自动化公司 激光焊接系统和方法
CN105591280A (zh) * 2014-11-17 2016-05-18 南京诺派激光技术有限公司 一种超短脉冲激光产生装置和方法
CN109906406A (zh) * 2016-07-20 2019-06-18 伊里西奥梅公司 用于生成短或超短光脉冲的系统

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7361171B2 (en) 2003-05-20 2008-04-22 Raydiance, Inc. Man-portable optical ablation system
US7367969B2 (en) * 2003-08-11 2008-05-06 Raydiance, Inc. Ablative material removal with a preset removal rate or volume or depth
US8173929B1 (en) 2003-08-11 2012-05-08 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US9022037B2 (en) 2003-08-11 2015-05-05 Raydiance, Inc. Laser ablation method and apparatus having a feedback loop and control unit
US8921733B2 (en) 2003-08-11 2014-12-30 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US8135050B1 (en) 2005-07-19 2012-03-13 Raydiance, Inc. Automated polarization correction
US8232687B2 (en) 2006-04-26 2012-07-31 Raydiance, Inc. Intelligent laser interlock system
US8189971B1 (en) 2006-01-23 2012-05-29 Raydiance, Inc. Dispersion compensation in a chirped pulse amplification system
US9130344B2 (en) 2006-01-23 2015-09-08 Raydiance, Inc. Automated laser tuning
US7444049B1 (en) 2006-01-23 2008-10-28 Raydiance, Inc. Pulse stretcher and compressor including a multi-pass Bragg grating
US7822347B1 (en) 2006-03-28 2010-10-26 Raydiance, Inc. Active tuning of temporal dispersion in an ultrashort pulse laser system
US7903326B2 (en) 2007-11-30 2011-03-08 Radiance, Inc. Static phase mask for high-order spectral phase control in a hybrid chirped pulse amplifier system
US8125704B2 (en) 2008-08-18 2012-02-28 Raydiance, Inc. Systems and methods for controlling a pulsed laser by combining laser signals
US20100118900A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-13 Waarts Robert G Generation of profiled light packets
US8498538B2 (en) 2008-11-14 2013-07-30 Raydiance, Inc. Compact monolithic dispersion compensator
US8309885B2 (en) * 2009-01-15 2012-11-13 Electro Scientific Industries, Inc. Pulse temporal programmable ultrafast burst mode laser for micromachining
US10307862B2 (en) 2009-03-27 2019-06-04 Electro Scientific Industries, Inc Laser micromachining with tailored bursts of short laser pulses
JP5552373B2 (ja) * 2010-06-02 2014-07-16 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法
KR20140018183A (ko) 2010-09-16 2014-02-12 레이디안스, 아이엔씨. 적층 재료의 레이저 기반 처리
CA2761092C (en) 2010-12-08 2016-10-25 Institut National D'optique Pulse shaping module and generator for use with a pulsed laser oscillator
US8411716B2 (en) * 2011-01-26 2013-04-02 Institut National D'optique Circuit assembly for controlling an optical system to generate optical pulses and pulse bursts
US10239160B2 (en) 2011-09-21 2019-03-26 Coherent, Inc. Systems and processes that singulate materials
DE102012221617A1 (de) * 2012-11-27 2014-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Verbinden von artungleichen metallischen Fügepartnern mittels einer Strahlungsquelle
FR3006068B1 (fr) * 2013-05-24 2015-04-24 Saint Gobain Procede d'obtention d'un substrat
US10239155B1 (en) * 2014-04-30 2019-03-26 The Boeing Company Multiple laser beam processing
GB2526288B (en) * 2014-05-19 2016-04-13 Toshiba Res Europe Ltd A random number generator
US9160136B1 (en) 2014-05-30 2015-10-13 Lee Laser, Inc. External diffusion amplifier
KR101660331B1 (ko) 2014-10-24 2016-09-29 한국과학기술연구원 준연속 레이저의 펄스 쉐이핑을 위한 광신호 변조 장치 및 방법
JP6687999B2 (ja) * 2015-02-06 2020-04-28 スペクトロニクス株式会社 レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法
IL261705B (en) 2016-03-21 2022-07-01 Lumenis Ltd Force pulses in laser systems
WO2018094349A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Ipg Photonics Corporation System and method laser for processing of materials.
CN108847566B (zh) * 2018-06-29 2019-07-12 清华大学 时域波形可控的激光产生系统及方法
CN113395056B (zh) * 2021-06-11 2023-08-29 西安交通大学 一种快前沿大电流脉冲调制器电路及脉冲调制器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050036525A1 (en) * 2003-04-15 2005-02-17 Jian Liu High power pulse shaping fiber laser for high data rate free space telecommunication systems
US20060159138A1 (en) * 2004-12-21 2006-07-20 Institut National D'optique Pulsed laser light source
US20070053391A1 (en) * 2003-06-03 2007-03-08 Ram Oron Laser pulse generator
US20080203071A1 (en) * 2003-08-19 2008-08-28 Electro Scientific Industries, Inc. Link processing using laser pulses with specially tailored power profiles

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2746776B2 (ja) * 1991-08-14 1998-05-06 富士通株式会社 光前置増幅器
US6281471B1 (en) * 1999-12-28 2001-08-28 Gsi Lumonics, Inc. Energy-efficient, laser-based method and system for processing target material
JP4365795B2 (ja) * 2005-02-18 2009-11-18 株式会社ルネサステクノロジ パルス発生器及びそれを用いた送信機
US7817686B2 (en) * 2008-03-27 2010-10-19 Electro Scientific Industries, Inc. Laser micromachining using programmable pulse shapes
US8073027B2 (en) * 2008-06-27 2011-12-06 Institut National D'optique Digital laser pulse shaping module and system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050036525A1 (en) * 2003-04-15 2005-02-17 Jian Liu High power pulse shaping fiber laser for high data rate free space telecommunication systems
US20070053391A1 (en) * 2003-06-03 2007-03-08 Ram Oron Laser pulse generator
US20080203071A1 (en) * 2003-08-19 2008-08-28 Electro Scientific Industries, Inc. Link processing using laser pulses with specially tailored power profiles
US20060159138A1 (en) * 2004-12-21 2006-07-20 Institut National D'optique Pulsed laser light source

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102759884A (zh) * 2012-07-13 2012-10-31 西安交通大学 一种脉冲星频率信号模拟器
CN103066959A (zh) * 2012-12-24 2013-04-24 天津七六四通信导航技术有限公司 P型脉冲调制电路
CN105246637A (zh) * 2013-03-29 2016-01-13 佛顿自动化公司 激光焊接系统和方法
CN103606811A (zh) * 2013-12-11 2014-02-26 北京信息科技大学 基于cpld的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统
CN103606811B (zh) * 2013-12-11 2016-04-27 北京信息科技大学 基于cpld的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统
CN103825179A (zh) * 2014-03-24 2014-05-28 深圳市杰普特电子技术有限公司 一种脉冲波形可调的光纤激光器及其调制方法
CN104201550A (zh) * 2014-08-27 2014-12-10 广东高聚激光有限公司 一种皮秒脉冲光纤激光器及其脉冲生成方法
CN105591280A (zh) * 2014-11-17 2016-05-18 南京诺派激光技术有限公司 一种超短脉冲激光产生装置和方法
CN104868353A (zh) * 2015-05-07 2015-08-26 清华大学 一种激光产生系统及方法
CN104868353B (zh) * 2015-05-07 2017-11-21 清华大学 一种激光产生系统及方法
CN109906406A (zh) * 2016-07-20 2019-06-18 伊里西奥梅公司 用于生成短或超短光脉冲的系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20100118899A1 (en) 2010-05-13
US7813389B2 (en) 2010-10-12
WO2010054147A3 (en) 2010-08-05
WO2010054147A2 (en) 2010-05-14
KR20110093825A (ko) 2011-08-18
JP2012508398A (ja) 2012-04-05
CN102273028B (zh) 2014-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102273028B (zh) 通过组合分离式电气与光学调制器的编程产生指定脉冲波形的激光脉冲
US11980967B2 (en) Laser micromachining with tailored bursts of short laser pulses
US20120250707A1 (en) Stabilization of pulsed mode seed lasers
US8309885B2 (en) Pulse temporal programmable ultrafast burst mode laser for micromachining
US7796655B2 (en) Method and system for a pulsed laser source emitting shaped optical waveforms
CN102596482B (zh) 使用具有有益的脉冲波形的激光脉冲群在薄膜材料中划线的方法及装置
US7724787B2 (en) Method and system for tunable pulsed laser source
US9461436B2 (en) Pulse laser device and burst mode using same, and method for controlling a variable burst mode
CN102640370A (zh) 稳定可调谐高功率脉冲激光系统的方法和系统
EP3046720B1 (en) Via-hole drilling in a printed circuit board using a carbon monoxide laser
CN113745950A (zh) 一种多路声光移频模块及可跳频单频光纤激光器
KR20160118723A (ko) 버스트 모드의 펄스 레이저 발생 장치
CN210577003U (zh) 高功率纳秒脉冲光纤激光器
US20230075209A1 (en) Laser processing device and laser processing method
Ong et al. An 1μm all-fiber based pulsed laser system incorporating an agile waveform tailoring driver
McComb et al. Pulsed Yb: fiber system capable of> 250kW peak power with tunable pulses in the 50ps to 1.5 ns range
KR20230161815A (ko) 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치
Crump et al. 808-nm TM polarised high power broad area Lasers with 69.5% power conversion efficiency at 71-W
Wang et al. Optical pulse generation system based on OTDM technique for SG-III Laser Facility

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140312

Termination date: 20151106

EXPY Termination of patent right or utility model