CN102782965A

CN102782965A - 产生可反复调用的激光脉冲的激光放大系统和激光放大方法

Info

Publication number: CN102782965A
Application number: CN2011800096456A
Authority: CN
Inventors: J·迈耶; 马克西米利安·约瑟夫·莱德勒
Original assignee: HIGH Q TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: HIGH Q TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: US20120300799A1; WO2011101329A3; CN102782965B; WO2011101329A2; US8582614B2; EP2537216B1; EP2537216A2

Abstract

本发明涉及一种用于产生可反复调用的激光脉冲(S)的激光放大系统，其至少包括激光源(1)，尤其是带有设置在下游的脉冲选择器(2)，用以有针对性地选择待放大的激光脉冲；激光介质(4″)，其用于放大由该激光源所产生的激光脉冲；和损耗调制器(3)，该损耗调制器(3)如此设置和转换操作，即，该损耗调制器通过产生损耗来调制该激光脉冲的通过该激光介质(4″)的放大，从而提供具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲(S)。在此，在针对其中一个激光脉冲的放大过程之前，确定该激光介质(4″)的当前瞬时增益，并且通过该损耗调制器(3)获得的损耗产生是根据该激光介质(4″)的瞬时增益来调节或控制的。

Description

产生可反复调用的激光脉冲的激光放大系统和激光放大方法

本发明涉及根据权利要求1前序部分的激光放大系统和根据权利要求10前序部分的、用于产生可反复调用的具有预定的脉冲时间和/或脉冲能的激光脉冲的激光放大方法。

对于像在生物医药或材料加工中的许多应用场合，需要高强度的激光脉冲。在良好的射束质量(M²<1.2)和皮秒或飞秒脉冲的情况下，这一般意味着在1-10μJ范围内的脉冲能，以便超过典型的烧蚀或加工能量密度阈值并实现有效的工艺控制。

被用于这样的应用场合的脉冲激光器系统，尤其是针对经常被设计成可恢复或可再生的放大器或再生放大器形式的工业应用，越来越多地要求可按需(即“on demand”)提供激光脉冲的能力。这对于典型的纳秒级(即具有在几纳秒到几十纳秒之间的特征脉冲持续时间)的激光器来说绝对是已按标准集成的特征。随着专门以超短(即具有在几皮秒和飞秒之几十皮秒和飞秒范围内)的脉冲持续时间的脉冲来有利地或单独地操作使用的应用的成熟，“即需脉冲”工作未来对激光器而言也是一个绝对必要的特征。该能力意味着：可按要求或者说根据实际所需的要求来调用具有预定理想能量和/或理想脉冲持续时间的脉冲。目前尤其存在于工业应用场合里的典型要求例如是：

a.在加工过程中调节重复率和脉冲能。这在现有技术的当前系统中大多不是非常时间关键的，并且能够关于激光器的系统时间常数被认为是绝热(adiabatisch)的。

b.在规定的重复率和脉冲能条件下使用TTL信号来发起脉冲序列(Pulszug)，在这里，切换边沿必须位于放大脉冲序列的两个脉冲之间。

c.第一脉冲的脉冲能量超调(

)应该小，例如小于脉冲能量目标值的10%。根据工艺的不同，也可以接受较高的能量增高，但在某些工艺中只允许最小偏差或甚至没有偏差。

d.最后，已知这样的越来越多的应用状况，此时可以或必须连续地(例如重复率从零到最大值(0-fmax))且时间关键地(即以快速调节时间如小于1μs)调节脉冲重复率和脉冲能量。

最后两点c和d表现为重要要求，并且在现有技术的超短脉冲激光器系统中是做不到的。虽然出现了能用以获得很好的时间分辨并进而获得即需工作或者说脉冲反复调用性的一些技术方案，但这一般利用高重复率的振荡器、设置在下游的脉冲选择器、后设一个或多个线性二次放大器来实现。不过，很高的增益导致在接通时或在脉冲选择器重复率的状态变化时会出现能量超调(起振过程)。这远远超出容许值。

作为这种具有可根据要求反复调用的具有预定持续时间、时间分隔(重复率)和能量的脉冲的激光器系统的要实现的最低要求，可给出以下门槛：

1.脉冲突发开始后的第一脉冲的脉冲能量超调应该很小，这一般意味着偏差远小于脉冲能量目标值的10%。

2.脉冲重复率和脉冲能量应当能够持续地从零变化至各自的最大值，并且还时间关键地(即以远小于1μs的时间刻度)来改变。

从现有技术中知道了各种做法，其中测量初始信号或者输出的激光脉冲。随后，基于该信号可以对待放大的激光脉冲进行损耗调制。但这些做法的前提是要为此产生脉冲，因而只适用于后续的脉冲，即，没有立即对待放大的可反复调用的脉冲产生即时性的影响。

因此，本发明的一个任务在于提供一种改进的激光器系统以及一种相应的方法，用以产生具有预定脉冲持续时间和/或脉冲能量的、可反复调用的激光脉冲。

进一步的任务在于提供如此设计的激光器系统，即，该激光器系统被如此控制或调节，即，在所调用的第一脉冲中就已经出现很小的脉冲能量超调，而且实现了可以连续地且立即地变化的脉冲重复率和脉冲能量。

所述任务通过权利要求1或10或者从属权利要求的主题来完成或加以改进。

本发明基于在激光放大系统中使用损耗调制器来提供可反复调用的激光脉冲。该激光脉冲由激光源产生并通过设置在下游的放大介质被放大，在这里，放大增益被设计为可受到损耗调制器的影响，因而能够提供具有预定的脉冲持续时间或脉冲能的可反复调用的激光脉冲。根据本发明，在针对其中一个激光脉冲的放大过程之前，确定与该过程相关的激光介质实际状态。在此情况下要关注的参数是当时出现的激光介质瞬时增益，根据对该瞬时增益的掌握来通过损耗调制器调节或控制该损耗产生。用损耗调制来影响下个待放大的脉冲因此是建立在掌握了当前实际的或过去的放大系统状态的基础之上的。

因此，通过在脉冲经过激光介质之前确定增益或者说放大倍数，就可以超前及时地调整后面的放大过程，因而一方面提供良好满足要求的激光脉冲。另一方面，这种调整是无延迟地完成的，这是因为不必在放大过程后才测量输出信号以进行调节。

这样的对损耗调制的调整可通过直接测量激光介质的状态来完成，例如通过测量荧光或饱和状态。该参数体现在随后的激光脉冲通过时预期的放大效果中，因此，激光脉冲的输入性能可根据所期望的参数像例如脉冲持续时间和脉冲能量通过该损耗调制而匹配于预期的放大性能。测定的荧光表示激光介质的饱和，进而也表示在介质中的在先的放大过程和随时间变化情况。

与此相应，作为直接测量的替代或也可作为其补充，可以进行基于模型的控制，由此推导出并进而预测激光介质状态及其性能。此时在这样的建模中，除了激光介质本身外，也可以考虑其它影响，例如像激光器谐振器的部件所引起的损耗。模型参数此时可以通过测量输入信号和输出信号或其它与放大相关的参数例如像荧光或饱和状态来更新，并且模型因此按照一定的时间间隔或者连续不断地被调整。

损耗调制器和用于测量表示激光介质的放大过程或放大能力的各参数的传感器的精确位置此时取决于具体选择的配置。

脉冲放大器的一个典型例子表现为根据可恢复放大器原理的配置。这样的配置例如由EP 1 687 876所公开，在这里，在谐振器内按照脉冲产生的时间标度进行损耗调制。作为其它组成部分，它包括足够快速的损耗调制器。它可以是声光调制器、电光调制器或起相同作用的其它合适部件。借助该快速调制器，放大器的谐振器损耗按照本发明根据脉冲要求（如时刻和能量）被如此调节或控制，即，可反复调用地提供具有所要求的脉冲持续时间和脉冲能量的激光脉冲。作为控制用的反馈信号，例如可以使用对应于放大器荧光、进而对应于增益的信号。该控制例如可以基于依靠分析或经验建立的谐振器性能模型来进行，或者也可以在使用包含表述谐振器性能的值的查询表情况下来进行。

除了具有快速损耗调制器的再生放大器外，这样的激光放大系统在标准实施例中可以还具有种子振荡器、控制/调节电子装置并或许具有其它可选的组成部分例如另一脉冲选择器、脉冲压缩器和非线性转换级。

以下，将结合附图示意所示的实施例来单纯举例详细描述根据本发明的、用于产生具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲的激光放大系统和基于该激光放大系统的本发明激光放大方法。其中：

图l是本发明激光放大系统的第一实施例的示意图，其包括荧光监测；

图2是用于第一实施例的软硬件组成部分的示意图；

图3是本发明激光放大系统的第二实施例的示意图，其包括基于模型计算增益；

图4是用于第二实施例的软硬件组成部分的示意图；

图5是根据可恢复的放大器原理的现有技术的激光放大系统的示意图；

图6是根据可恢复的放大器原理的本发明激光放大系统的第三实施例的示意图，该激光放大系统具有荧光监测，并且作为由带有扫描器的激光加工设备控制的超短脉冲激光器系统的例子；

图7是根据可恢复的放大器原理的本发明激光放大系统的第四实施例的示意图，该激光放大系统具有荧光监测，并且具有用于产生高次谐波的其它组成部分；

图8示出本发明激光放大系统的第四和第五实施例的参数概况；

图9示出在100kHz下且没有根据本发明的调节时的第四实施例的放大常数和脉冲能量；

图10表示在100kHz下且没有根据本发明的调节时的第五实施例的放大常数和脉冲能量；

图11表示在经过频率斜坡且没有根据本发明的调节时的第四实施例的放大常数和脉冲能量；

图12表示在经过频率斜坡且没有根据本发明的调节时的第五实施例的放大常数和脉冲能量；

图13表示在经过频率斜坡且具有根据本发明的调节时的第四实施例的放大常数和脉冲能量；

图14表示在经过频率斜坡且具有本发明调节时的第五实施例的放大常数和脉冲能量；

图15表示随机定时且无本发明调节的第四实施例的放大常数和脉冲能量；

图16表示随机定时且无本发明调节的第五实施例的放大常数和脉冲能量；

图17表示随机定时且具有本发明调节的第四实施例的放大常数和脉冲能量；

图18表示随机定时且具有本发明调节的第五实施例的放大常数和脉冲能量；和

图19是按照可恢复的放大器原理的本发明激光放大系统的第六实施例的示意图，该激光放大系统具有基于模型的增益计算。

图1表示具有荧光监测功能的本发明激光放大系统的第一实施例的示意图。在此配置结构中，通过激光源1产生激光脉冲，该激光脉冲通过设置在下游的脉冲选择器2被有目的地选作为待放大的激光脉冲。该激光脉冲被引导经过激光介质4，在那里被放大并最终作为可反复调用的激光脉冲S输出并随后加以利用。在激光介质4之前设有损耗调制器3，其中损耗调制器3被如此设置和连接，以使该损耗调制器通过产生损耗来调制通过激光介质4实现的激光脉冲的放大，从而提供具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲S。

在其中一个激光脉冲的放大过程之前，利用荧光测量机构确定激光介质4的当前瞬时增益，由控制/调节电子装置5通过损耗调制器3根据激光介质4的瞬时增益来调节损耗产生。

作为激光源1，例如可以使用典型的激光器装置来产生皮秒脉冲或飞秒脉冲，其输出功率为0.1至10W，重复率为10至100MHz，脉冲长度为100fs至10ps，波长在700nm至1.7μm之间。具有这些技术数据的激光源例如以脉冲持续时间为8至13ps的Nd:YVO激光器形式或者以脉冲持续时间为100至400fs的Yb:KYW激光器形式获得。不过，相似的规格也可利用Ti:蓝宝石或Cr:LiSAF激光器(约800nm波长)或通过使用Yb或Er掺杂型光纤激光器(1040nm或者1550nm波长)来获得。

作为脉冲选择器2或者损耗调制器3，可以采用现有技术的声光调制器或电光调制器，在此也能在一个调制器中实现两种功能性的组合。

作为激光介质4，不仅可以使用块状晶体(“Bulk-Kristalle”)，也可以使用光纤放大器。块状晶体的一个例子是使用约30mm长的Nd:YVO晶体，其用激光二极管(100W,880nm)被光泵浦。这样的配置结构适用于放大ps脉冲，在这里可以在大于200μJ的脉冲能量下得到大于50W的输出功率。

利用光纤来实施的场合可以采用超过40cm长的且含有Yb或Er掺杂的光纤，在这里，这样的放大器一般用例如像在电信当中的经典的光纤来构成，或者用基于光子晶体的例如基于棒状光纤技术的光纤来构成。光纤放大器的第一实现方式是通信中的标准技术。在那里，通常放大大于10ps的脉冲并且使用小于1W的平均功率，但在此也可以实现具有几瓦功能或飞秒脉冲持续时间的光纤放大器。第二实现方式尤其适用于放大脉冲持续时间小于500fs，并且可以用Yb掺杂型棒状光纤来实现几十瓦的输出功率。在这两种情况下，考虑具有几瓦到几百瓦功率的激光二极管作为泵浦源。

在图2中示意示出了控制/调节电子装置5的软硬件组成部分，它充当用于第一实施例的荧光测量的分析计算电子装置。通过控制/调节电子装置5，计算出所需要的输入能，以便通过放大和与之匹配的损耗调制来获得规定的输出能量。为此所需的荧光测量此时直接在激光介质4上进行，即根据实施方式的不同，在晶体或者光纤上进行。为此，光纤将荧光从晶体传导至光电二极管。所出现的电信号在硬件配置HW中被放大，通过模拟-数字转换器ADC被转换为数字信号，并且由数字信号处理器DSP来处理。软件SW在数字滤波器DF中过滤信号以消减噪声并且计算用于损耗调制器例如声光调制器的调节信号BSS。为了补偿非线性，例如AOM特性曲线，随后将调节信号线性化。算出的数字信号LAOM又在硬件侧通过数字-模拟转换器DAC被转换为模拟信号，随后被放大并通过RF驱动器来控制作为损耗调制器的AOM。

图3示意示出本发明激光放大系统的第二实施例，其具有基于模型的增益计算。在具有与第一实施例基本相同的结构的情况下，在此实施例中，输入能量和输出能量是通过设于激光介质4之前和之后的两个光电二极管6来测量的。与第一实施例不同，在这里，在控制/调节电子装置5中用数字建模并计算激光介质4的状态及其放大倍数。在基于初始值的初次计算后，依据测得的输入能量和输出能量用实际实现的增益来校正模型。

图4示出了第二实施例的软硬件组成部分的对应的示意图。

与第一实施例不同，控制/调节电子装置5计算出激光介质4的状态、尤其是瞬时放大倍数。与此相关，激光介质或许也可以是指被用于放大的多个激光晶体。此处，在每次放大过程后，在计算模型和光学系统之间进行校正。当与控制/调节电子装置5的相同硬件配置HW的第一实施例相比时，在软件SW中在数字过滤DF后进行晶体状态BKZ计算，又由此计算出用于损耗调制器的调节信号BSS并随后加以线性化。

晶体状态BKZ计算基于晶体数字建模，对此例如可以采用针对放大倍数g和能量E的两个微分公式，在这里，用于具有一个或多个设于谐振器内、作为激光介质的激光器晶体的放大器配置的公式可表述如下：

\frac{dg}{dt} = \frac{g_{0} - g}{τ_{L}} - \frac{gE}{E_{sat} T_{R}}

\frac{dE}{dt} = \frac{E}{T_{R}} ({g - l}_{para} - l_{\mod})

(1)和(2)

第一公式表述4能级系统的反转和进而放大，其与抽运的激光能(第二公式)相关联。具体适用以下标记：

g-瞬时增益或循环放大常数

g₀-最小信号-放大常数

τ_L-上激光能级的寿命

E-脉冲能量

E_sat-饱和能量

T_R-谐振器循环时间

l_para-寄生损耗常数

l_mod-可调的调制损耗

开始时，第一公式针对E＝0来求解，并且在每次放大过程后，根据输入能量和输出能量，用实际存在的放大倍数来校正模型。

不过原则上，基于模型的放大倍数计算也可通过其它的测量参数像例如荧光测量来支持或补充。

在图5中作为应用场合示出包括激光放大系统的上述类型的系统组成部件的腔体，所述激光放大系统符合现有技术的可重建的放大器原理。来自激光器种子源的偏振后的种子激光脉冲通过起偏器7被输入该配置结构，并在经过电光转换调制器9(如波克尔斯盒)和四分之一波片8后被反射器10反射。根据施加在电光转换调制器9上的电压，激光射线的偏振面被旋转，从而可穿过起偏器7。通过相应的开关操作，因此不仅脉冲可被输入该配置结构中，激光脉冲S也可被输出。为此，电光转换调制器9与起偏器7相关地构成一个外部可控开关，光脉冲可借此被有选择地输入输出并且谐振器品质可以得到控制。如果输入一个脉冲且因而其被截留在谐振器里，则该光脉冲在每次经过激光介质4′时被放大，其中在折射反射器11上进行多次反射。激光介质4′通过在此未示出的外部激光二极管源被光泵浦，并且可以例如以晶体或光纤形态构成，在这里，激光介质4′的其中一个表面按照从现有技术中知道的方式用作谐振器反射器。在一定次数的谐振器循环和经过放大用激光介质4'后，脉冲通过切换电光转换调制器9所引起的偏振再次转动而穿过起偏器7作为激光脉冲S被输出。在组成部件的结构和配置中，这种布置结构只是可重建放大器或再生放大器的一个例子。尤其是也可使用光纤部件来引导光。

在图6中，作为用于由包括扫描器的激光加工设备控制的超短脉冲激光器系统的例子，示出了本发明激光放大系统的第三实施例。

根据本发明的激光放大系统具有原则上与图5的现有技术例子相似的再生放大器12，其包括一个或多个放大用的激光介质4″、包括两个谐振器反射器10的激光谐振器、作为起偏器7的薄膜起偏器和第一电光转换调制器9。根据本发明，在激光谐振器内设有至少一个第二声光或电光损耗调制器3用于控制脉冲能损耗，从而激光脉冲S的脉冲持续时间和/或脉冲能量可通过谐振器损耗的主动调制被改变。但是，原则上也可以采用其它调制器，即例如第三或第四调制器，或调制器组合。谐振器损耗调制此时可以通过控制或调节来完成，在现有技术中原则上提供了许多种做法用于这种控制或调节。通过这样的谐振器损耗的控制或调节，可反复调用地提供具有预定的脉冲重复率和/或脉冲能量的激光脉冲，从而实现了符合应用的供应具有期望时间和能量特性的激光脉冲S。

谐振器损耗调节的一个具体可行方案是使用一个表示放大器荧光的信号VF作为反馈信号。谐振器损耗的控制例如可以通过查询表来进行。

其它组成部分是作为激光源1的用于提供待放大脉冲的种子振荡器、第一和第二调制器3、9的控制/调节电子装置5以及光隔离器13，该光隔离器13用于截止和输出可反复调用的激光脉冲S，作为可加以利用的发射。

图7示出本发明激光放大系统的另一个实施例，其具有其它的组成部分，用于产生高次谐波。此时，基本结构对应于如图6所示的第三实施例，但在这里，一个脉冲展宽器14设于激光谐振器内，一个脉冲压缩器15设于激光谐振器外，它们允许按照在其它方面已知的现有技术方法的线性调频的脉冲放大，就像例如从EP 1 687 876中知道的那样。通过适当配置该脉冲压缩器15，脉冲长度可相对于种子脉冲被拉长。但原则上，脉冲展宽器也可以设置在其它地方，尤其是也在激光谐振器之外。

为了有目的地选择并反复调用激光脉冲S，在隔离器13下游设有选脉冲器或脉冲选择器2，在此实施例中在其下游设有非线性转换级16，用于产生二次谐波和/或更高次谐波。

作为损耗调节型再生放大器的工作的例子，数值模拟示出了：例如重复率变化如何影响到不受控制的放大器和与之相比受到控制的放大器。该模拟系统包含4个激光晶体作为激光介质或者说放大器介质，并且被如此设计，即，可获得在100-3000kHz重复率时的100W及以上的放大器功率。为了说明具有损耗调制的再生放大器的情况，对公式(1)和(2)进行分析并进行数值积分。

以下的图8-图18示出模拟状况，用于说明两个系统的调节的有效性，这两个系统包括各有4个激光晶体的激光介质Nd:YVO₄和Nd:YLF，在这里，图8概括地给出了相关的模拟参数。

图9和图10分别示出在100kHz重复率下的用于Nd:YVO₄和Nd:YLF再生放大器的脉冲能E和循环放大常数g。这些模拟用于说明动态状况，在这里禁用了损耗调制。在两个模拟中的寄生损耗常数为0.223，这相当于20%损耗。

可以清楚看到初始脉冲能量超调以及用于获得起振状态的时间。在Nd:YVO₄的情况下，脉冲超调为10倍，在Nd:YLF的情况下，其因为在上激光能级内的较长寿命和较小的放大截面而是35倍。不仅对于应用而言，而且对于放大器本身来说，这样高的脉冲能量一般都是不可接受的，并且为了避免非线性而一般保持低于1mJ。

此外可以看到，在一次放大周期之前和之后的放大常数g之间的差异是相对小的，因而在放大过程中的放大常数g变化也小。在大约1mJ的抽运脉冲能量情况下，这对Nd:YVO₄来说相当于小于10%，对Nd:YLF来说约为1%。

公式(2)表明，当放大常数g因其在放大过程中只有很小变化而被视为近似恒定时，公式(2)与公式(1)无关联。现在，放大器的恒定输出能量的一个条件可以表述如下：

g-l_para-l_mod＝k＝const (3)

参数κ此时扮演脉冲能量的理想参数的角色，其预设给该系统。同时，在每次放大过程之前测量瞬时增益g，这例如可以利用借助光电二极管的放大器荧光测量来实现。最后，谐振器内部的损耗调制器l_mod被如此设定或者说控制或调节，即，满足公式(3)并且放大器因而产生等于理想值κ的能量。在调节至恒定的放大器脉冲能量的情况下，这例如在没有对放大时间或控制极长度、泵浦条件和种子脉冲能(Seeder-Pulsenergie)做出任何改变的情况下，仅通过测量增益g和调节谐振器损耗l_mod(例如借助AOM或EOM)来做到。现在，该放大器也可以非周期性地被随意激发。

在此情况下要注意以下几点。

－只有当所请求的重复率小于或等于起振放大器能够产生该能量(l_mod=0)的数值时，该调节才可保持对应于理论值κ的脉冲能。但是，也可产生具有较高脉冲率的脉冲突发。

－因为该调节基本上依据由单脉冲引起的可忽略不计的放大饱和，所以其品质只在由放大过程引起的小增益变化Δg时，才得以保证。

图11和图12表示放大器系统第四和第五实施例的、在经过频率斜坡且没有根据本发明控制时的放大常数和脉冲能量。此时，频率在大约4s内从3MHz变到10Hz。

如明确无疑看到的那样，放大器通过调整频率不仅经历了脉冲能量的显著变化，而且也出现双稳态区域。也存在初始脉冲超调。

在图13和图14中示出了放大器系统第四和第五实施例的、在经过相同的频率斜坡但具有根据本发明控制时的放大常数和脉冲能量。

所设定的约100μJ能量将被该调节很好地保持。只是对于Nd:YVO₄出现小于5%的略微偏差。在此放大器中的可抽运功率为大约100W，所以在频率谐波起点即3MHz处的脉冲能量不对应于用于放大器起振状态的能量。但是，可以通过该调节来保持该能量，直到频率降低到小于1MHz。也能充分修正初始脉冲能量超调。

图15和图16示出放大器系统第四实施例的、在没有本发明调节时且具有随机定时的放大常数和脉冲能。

如所期待的那样，两个放大器对于时间任意的脉冲请求序列相应地以混沌方式做出反应。

而所调节出的大约100μJ能量在本发明调节中得以良好保持，如图17和图18所示。只是对于Nd:YVO₄出现了脉冲噪声略微增大。该构想可如此按照本发明来改进，也可以在容许极限范围内调节能量的理想值参数κ，由此除了按照时间的“按需脉冲”功能外，也可以自由选择脉冲能量。

图19示意示出按照可恢复的放大器原理的本发明激光放大系统的第六实施例，该激光放大系统具有基于模型的增益计算。该激光器配置原则上对应于第三实施例，但在这里没有使用荧光测量机构。而是在光隔离器13之前，通过分光镜输出由激光源1所产生的激光束的一部分，并通过第一光电二极管6来测量作为输入能量的脉冲能量。其测量方式与通过第二光电二极管6在光隔离器后测量可反复调用的激光脉冲S的能量的方式相同。晶体状态计算基于晶体的数字建模，并且根据图4所示的做法来进行，但在这里，设于谐振器内的其它部件的贡献部分例如像由转换调制器9产生的损耗也可被加以考虑和建模。为了进一步改善基于模型的控制，也可以在光路内或者说谐振器内的其它位置进行附加的脉冲能量测量。

原则上，用于抑制脉冲超调的所述机理与放大介质的实施方式无关。尤其是，具有放大用激光介质和/或其它功能部件的所述激光放大系统的实现根据本发明能以光纤结构形式来实现。

Claims

1.一种用于产生可反复调用的激光脉冲(S)的激光放大系统，其至少包括：

-激光源(1)，尤其是带有设置在下游的脉冲选择器(2)，用以有针对性地选择待放大的激光脉冲；

-激光介质(4,4″)，其用于放大由该激光源所产生的激光脉冲；

-尤其是声光或电光的损耗调制器(3)，

其中该损耗调制器(3)如此设置和转换操作，即，该损耗调制器通过产生损耗来调制该激光脉冲的通过该激光介质(4,4″)的放大，从而提供具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲(S)，

其特征在于，

在针对其中一个激光脉冲的放大过程之前，确定该激光介质(4,4″)的当前瞬时增益，并且该损耗调制器(3)的损耗产生是根据该激光介质(4,4″)的瞬时增益来调节或控制的。

2.根据权利要求1所述的激光放大系统，其特征在于，所述激光放大系统具有控制器组成部分，该控制器组成部分基于该激光介质(4,4″)状态的模型、尤其是数字模型来计算该激光介质(4,4″)的实际状态。

3.根据权利要求2所述的激光放大系统，其特征在于，所述激光放大系统具有测量电路，该测量电路测量在放大过程之前和之后的激光脉冲的能量。

4.根据前述权利要求之一所述的激光放大系统，其特征在于，该损耗产生是依据查询表来控制的。

5.根据权利要求1所述的激光放大系统，其特征在于，所述激光放大系统具有荧光测量机构，所述荧光测量机构用于根据对该激光介质(4,4″)荧光的测量来确定该激光介质(4,4″)的增益，以便尤其用于通过代表放大器荧光的反馈信号(VF)来调节所述损耗产生。

6.根据前述权利要求之一所述的激光放大系统，其特征在于，该激光放大系统具有再生放大器，其至少包括

-具有至少一个谐振器反射器(10)的激光谐振器，和

-开关装置，其包括至少一个起偏器(7)尤其是薄膜起偏器和尤其为电光的转换调制器(9)，所述开关装置尤其是包括用于该转换调制器(9)和该损耗调制器(3)的控制/调节电子装置(5)。

7.根据前述权利要求之一所述的激光放大系统，其特征在于，所述激光放大系统具有脉冲压缩器(15)和脉冲展宽器(14)。

8.根据前述权利要求之一所述的激光放大系统，其特征在于，所述激光放大系统具有非线性的光学转换级(16)，尤其用于产生二次谐波或三次谐波。

9.根据前述权利要求之一所述的激光放大系统，其特征在于，至少放大用的该激光介质是按照光纤结构形式构成的。

10.一种用于产生具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲(S)的激光放大方法，其至少包括：

·激光源(1)；

·激光介质(4,4″)，其用于放大由激光源产生的激光脉冲，

·尤其是声光的或电光的损耗调制器(3)，

并且所述方法至少包括：

-由该激光源产生待放大的激光脉冲，尤其从所产生的许多脉冲中选择该激光脉冲；

-通过该激光介质(4,4″)放大该激光脉冲；

-提供经过放大的激光脉冲，作为可反复调用的激光脉冲(S)，

其中，该损耗调制器(3)通过产生损耗来调制该激光脉冲的通过该激光介质(4,4″)的放大，从而提供具有预定的脉冲持续时间和/或脉冲能量的可反复调用的激光脉冲(S)，

其特征在于，

在激光脉冲放大之前，确定该激光介质(4,4″)的当前瞬时增益，并且通过该损耗调制器(13)的损耗产生是依据该激光介质(4,4″)的瞬时增益来调节或控制的。

11.根据权利要求10所述的激光放大方法，其特征在于，该激光介质(4,4″)的瞬时增益是依据该激光介质(4,4″)状态的模型来计算的。

12.根据权利要求11所述的激光放大方法，其特征在于，该激光介质(4,4″)的瞬时增益通过数值求解以下微分公式来确定：

\frac{dg}{dt} = \frac{g_{0} - g}{τ_{L}} - \frac{gE}{E_{sat} T_{R}}

\frac{dE}{dt} = \frac{E}{T_{R}} ({g - l}_{para} - l_{\mod})

下列符号分别表示：

g瞬时增益

g₀小信号-增益常数

τ_L上激光能级的寿命

E脉冲能量

E_sat饱和能

T_R谐振器循环时间

l_para寄生损耗常数

l_mod可调的调制损耗。

13.根据权利要求10至12之一所述的激光放大方法，其特征在于，损耗产生的控制是通过查询表来完成的。

14.根据权利要求10至13之一所述的激光放大方法，其特征在于，在放大过程之前和之后测量该激光脉冲的能量，并且结合所算出的实际瞬时增益的匹配来调整所述模型。

15.根据权利要求10所述的激光放大方法，其特征在于，该激光介质(4,4″)的瞬时增益是通过测量该激光介质(4,4″)的荧光来确定的，尤其是损耗产生的调节是通过代表放大器荧光的反馈信号(VF)来进行的。