CN104488147B - 脉冲型co2激光输出脉冲形状和功率控制 - Google Patents

脉冲型co2激光输出脉冲形状和功率控制 Download PDF

Info

Publication number
CN104488147B
CN104488147B CN201380019811.XA CN201380019811A CN104488147B CN 104488147 B CN104488147 B CN 104488147B CN 201380019811 A CN201380019811 A CN 201380019811A CN 104488147 B CN104488147 B CN 104488147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse
subpulse
laser
string
duration
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.)
Active
Application number
CN201380019811.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104488147A (zh
Inventor
P·罗森塔尔
J·肯尼迪
V·塞古因
D·阿利
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.)
Coherent Inc
Original Assignee
Coherent 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 Coherent Inc filed Critical Coherent Inc
Publication of CN104488147A publication Critical patent/CN104488147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104488147B publication Critical patent/CN104488147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/104Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/09705Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser with particular means for stabilising the discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10038Amplitude control
    • H01S3/10046Pulse repetition rate control
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10069Memorized or pre-programmed characteristics, e.g. look-up table [LUT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/223Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/2232Carbon dioxide (CO2) or monoxide [CO]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

为了保持由RF提供能量的封闭扩散冷却脉冲型CO2气体放电激光器(160)中的恒定的激光输出脉冲功率,每个激光输出脉冲由更短RF脉冲的串或序列产生。当激光输出脉冲(176)之间的时间变得足够短到使得一个脉冲中的功率可通过前面的脉冲的气体放电加热效应减小时,通过改变序列中的脉冲的持续时间或占空比来改变RF脉冲串(164)中的能量,由此保持激光输出脉冲中的输出脉冲功率恒定。任意序列中的RF脉冲可具有不同持续时间以调整相应激光输出脉冲的时域形状。

Description

脉冲型CO2激光输出脉冲形状和功率控制
技术领域
本发明总体涉及由射频(RF)提供能量的脉冲型二氧化碳(CO2)气体放电激光器中的输出功率控制。本发明具体涉及在激光输出脉冲间提供恒定功率,以及控制该激光器的输出脉冲的时域形状。
背景技术
在由RF提供能量的封闭扩散冷却脉冲型CO2气体放电激光器中,如果脉冲之间的时间变得足够短,则扩散冷却将变成主导,从而导致CO2激光气体混合物中的温度上升。这会影响到输出脉冲的特征,尤其是输出脉冲的上升沿和下降沿。这会导致脉冲间的功率不一致以及由此导致的平均功率的变化。典型的激光气体混合物包括比例大约为80:10:10的氦气(He)、氮气(N2)和CO2
图1A和图1B提供了时序图,其比较了由RF脉冲(图1A)提供能量的现有技术的扩散冷却CO2气体放电激光器以及从该激光器获得的激光输出脉冲(图1B)之间的关系。假设激光器被调谐成在大约10.6微米(μm)的波长下操作。RF脉冲从时间t0开始并且在时间t3结束。如此处所示,RF脉冲具有大约100微秒或者更长的持续时间。
一开始没有激光输出,因为激光气体混合物中的N2需要时间才能被RF激励并随后通过碰撞将该能量传递给CO2。在相对短的时间之后,激光气体混合物中存在一个初始增益峰值(功率峰值),其在时间t1下落到大致为0。由于非常短的持续时间的原因,该功率峰值中的能量从处理角度来说并不显著。功率峰值之后,激光输出功率逐步提高。提高功率的该时间段在图1B中被指定为τR。在该时间期间,气体混合物的温度上升,而且在时间t2,由于针对10.6μm波长以及针对大约9.6μm(假设激光器谐振腔 在此未被调谐)处的另一激光波长的能量转换之间的竞争,增益(对激光器进行调谐的10.6μm CO2波长处)开始逐渐下落。增益下降的物理现象的详细描述对于理解本发明的原理不是必要的,在此未予描述。10.6μm的功率的这个逐渐下降时间段,由于激光气体混合物的加热,而在图1B中被指定为时间段τH。在时间t3,当RF脉冲结束时,增益以及激光脉冲功率在图1B中被指定时间段τF的下降时间内成指数地朝着0下降。
如果脉冲RF-脉冲持续时间足够短,则可以避免图1B中所示的单独的激光脉冲中的气体加热效应。然而,在其中脉冲间存在足够短的持续时间的激光脉冲串中,气体加热仍将发生,但是该效应将以不同方式呈现,这将在下面进行描述。
图2A和图2B提供了时序图,其比较了三个RF脉冲ARF,BRF和CRF(图2A)的串与分别得到的激光输出脉冲AL,BL和CL之间的关系。在此假设以在脉冲之间提供0.15毫秒(ms)级别的时间T的脉冲重复频率F来传递RF脉冲。脉冲持续时间(TP)被假设为大约25微秒(μs)。该脉冲持续时间足够短,由此避免了图1B的τH的影响。然而,脉冲之间的时间足够短而使得激光气体不会回到一个脉冲在下一个脉冲开始之前开始的温度。其结果就是,脉冲BL的峰值功率PL2小于脉冲AL的峰值功率PL1,而且脉冲CL的峰值功率PL3小于脉冲BL的峰值功率PL2。这种峰值功率沿脉冲的下降持续,直到到达稳态气体加热状态。在脉冲间的示例性的0.15ms的情况下,对于大约100Torr的激光气体压力,在传递了大约7个脉冲之前,这可能不会出现。
图3是示意性地图示出作为现有技术的扩散冷却CO2激光器中的脉冲间时间的函数的,隔离的激光输出脉冲对之间的测得的幅值比(由菱形表示)的示图。圆圈表示与3千赫兹(kHz)的脉冲重复频率相对应的脉冲分隔时间。在这种情况下的RF脉冲持续时间(激励脉冲)为大约25μs,但是持续时间为50μs的RF脉冲也能获得类似的结果。可以看出,当脉冲之间的时间介于大约750和1000微秒或更大之间时,持续脉冲的幅值变得大致相等。
对于精细的激光器机械加工操作,例如印制电路板(PCB)中通孔的激光钻孔,保持脉冲与脉冲之间的一致性是很重要的。脉冲不一致性的开端 定义了可使用的脉冲重复率的上限,由此定义了操作吞吐量的极限。在大多数情况下,稳态状态不是个选择,因为具体的钻孔序列要求不规则间隔的待命脉冲。所以,需要一种能够保持按需触发的间隔相对短的激光输出脉冲的脉冲与脉冲之间的一致性的方法和设备。
发明内容
本发明涉及一种操作气体放电激光器的方法,用于提供激光输出脉冲形式的激光器输出。激光器包括由射频电源(RFPS)供电的隔开的气体放电电极,其中激光器谐振腔形成在气体放电电极之间。
在本发明的一个方面中,该方法包括:将第一RF脉冲串从RFPS传递至气体放电电极以便为激光器谐振腔提供能量。第一串中的RF脉冲在时间上间隔开的时间足够短到使得激光器谐振腔能够以仿佛第一RF脉冲串是单个RF脉冲的方式响应第一RF脉冲串,由此激光器谐振腔响应于第一RF脉冲串的能量提供而传递第一激光输出脉冲。
在另一个方面中,方法可进一步包括:在传递第一RF脉冲串之后,将第二RF脉冲串从RFPS传递至气体放电电极以便为激光器谐振腔提供能量。第二RF脉冲串中的RF脉冲在时间上间隔开的时间也足够短到使得激光器谐振腔能够以仿佛第二RF脉冲串是单个RF脉冲的方式响应第二RF脉冲串,由此在传递第一个单个激光输出脉冲之后,激光器谐振腔响应于第二RF脉冲串的能量提供而传递第二激光输出脉冲。第二串中的RF脉冲的持续时间和数量中的一个被选择成使得第一和第二激光输出脉冲具有大约相等的功率。
附图说明
图1A和图1B形成了示意性地图示出现有技术的扩散冷却CO2激光器中的作为RF脉冲的时间的函数的功率与相应激光输出脉冲之间的关系的时序图。
图2A和图2B形成了示意性地图示出现有技术的扩散冷却CO2激光器中的作为RF脉冲串的时间的函数的功率与相应激光输出脉冲串之间的 关系的时序图,其中峰值脉冲功率由于RF脉冲的激光气体加热而沿脉冲依次减小。
图3是示意性地图示出现有技术的扩散冷却CO2激光器中作为脉冲间时间的函数的隔开的激光输出脉冲对之间的测得的幅值比的示图。
图4A是示意性地图示出第一和第二连续的现有技术的RF激励脉冲的示图,其中假设它们之间的时间足够短以使得在相应激光输出脉冲中导致图2B的峰值功率下降。
图4B是示意性地图示出根据本发明的脉冲内调制的示图,其中图4A的现有技术的激光脉冲由更短脉冲(也具有相等的持续时间)的连续的持续时间相等的第一和第二串代替,但是其中更短脉冲的第二串的脉冲重复频率被增大以通过在第二串中包含比第一串更短的脉冲来补偿图2B的峰值功率下降效应。
图4C是示意性地图示出根据本发明的脉冲内调制的示图,其中图4A的现有技术的激光脉冲由更短脉冲的连续的持续时间相等的第一和第二串代替,其中每个串中具有相同数量的脉冲,但是第二串中的脉冲具有比第一串中的脉冲更长的持续时间以补偿图2B的峰值功率下降效应。
图4D是示意性地图示出与图4C类似的根据本发明的脉冲内调制的示图,但是其中它的每个串中的第一脉冲具有比该串中的其它脉冲更长的持续时间,以便减小脉冲串产生的相应激光脉冲的上升时间。
图5是示意性地图示出25微秒长的RF脉冲串产生的测得的激光脉冲的示波器描迹的再现,该RF脉冲串类似于图4D的脉冲串但是其中在更长的第一子脉冲之后存在12个子脉冲。
图6是示意性地图示出用于产生图5的激光脉冲的实验设备的高级电路图。
图7是示意性地图示出根据本发明的通过脉冲内调制实现脉冲功率控制的装置的一个实例的高级电路图。
图7A示意性地图示出结合了图7的装置的气体放电激光器。
图8A、8B、8C和8D是示意性地图示出图7的装置的操作的一个模式的示图。
具体实施方式
图4B、4C和4D示意性地图示出根据本发明的RF激励脉冲的脉冲间调制的三个不同实施例。图4A被提供用于比较图4B-D并示意性地图示出第一和第二连续未调制(现有技术的)RF脉冲P1和P2,图4B-D的调制的脉冲串可与之比较。在图4A中,每个现有技术的未调制脉冲具有相同的持续时间TA。脉冲P1的结尾与脉冲P2的起始之间存在时间TB。脉冲重复时间段为TA+TB,等于1/(TA+TB)的PRF。TA的优选值介于大约25μs和大约50μs之间。TB的优选值大于大约200μs。
出于说明的目的,假设时间TB处于大约750μs或更小的范围内,其中激光输出脉冲的功率在前一个脉冲的产生期间通过上述气体加热而减小(参见图3)。假设已经通过将连续脉冲的测得的功率比列成表作为图3所示的脉冲间时间段TB的函数而形成查找表。
在本发明的脉冲间调制方案中,在其实施例中,现有技术的未调制的(连续的)脉冲由子脉冲序列或串代替,其中子脉冲之间的时间足够短以使得激光器以仿佛该串是单个持续脉冲的方式响应脉冲串。为了让这种情况发生,子脉冲的脉冲间的时间段应该为大约1μs。脉冲串可被看作是具有方形调制包络和100%调制深度的具有该脉冲串的持续时间的调制的脉冲。这用于改变由脉冲宽度调制或PRF变化方便地进行如此调制的脉冲的功率。
在图4B的实施例中,图4A的持续脉冲P1由具有相同幅值的五个子脉冲的串PTA代替。脉冲都具有相同的(子脉冲高)持续时间TD和相同的脉冲间(子脉冲低)持续时间TE,脉冲串中的调制的百分比占空比为100*TD/(TD+TE)。根据实验确定的查找表和对TB的了解,可以确定连续的脉冲串PTB(与串PTA具有相同的持续时间)中必须具有多少额外的功率以使得连续的脉冲串产生的连续的激光脉冲具有相同功率。在此,假设PTB必须具有PTA的功率的1.2倍以使得相应激光脉冲具有相等功率。为了实现这种情况,PTB是串的持续时间相同的具有与PTA的子脉冲相同的持续时间和幅值的六个子脉冲的串。这就在串中通过提供额外的子脉冲而提供了附加的功率,从而有效地使得PTB的占空比增大了系数1.2(有理分数形式为6/5)。
在图4C的实施例中,图4A的连续脉冲P1再次被前面讨论的具有相等幅值和持续时间的五个子脉冲的串PTA代替。第二脉冲串PTC具有相同PRF下的与串PTA相同数量的子脉冲,但是PTC中的子脉冲的持续时间(时间上的“宽度”)以1.2的系数增大以提供附加的RF能量来保持激光脉冲功率恒定。同样的,由于PTC的持续时间与PTA相同,PTC的占空比是PTA的1.2。
在图4D的实施例中,脉冲P1被脉冲串PTD代替,脉冲串PTD包括具有持续时间TG的初始子脉冲SP1,持续时间TG相对于该串的持续时间相对长,例如大约该串的持续时间的一半。剩下的子脉冲具有堪与图4B和4C的实施例中的子脉冲脉冲的持续时间和占空比相比的持续时间和占空比。此处,子脉冲被指定为具有持续时间TD
初始串PTD具有相对长的子脉冲的原因是为了增大相应激光脉冲的前导边缘中的功率,以便将时域形状提供给激光脉冲,其与图2B的“尖峰”脉冲相比是“方形”或“矩形”。在某些激光器处理操作中,该“方形”或“矩形”脉冲是期望的。该脉冲内调制方案是有用的,即使在其中激光输出脉冲在时间上的分隔足够长以使得相同调制可被应用至后续脉冲的情况。然而,如果要求校正,这可通过成比例地增大下一个激励脉冲串中的所有子脉冲的持续时间来提供。这在图4D中进行了图示,其中串PTE中的所有子脉冲的持续时间增大了系数1.2。
在此应该注意的是,图4A-D中示意性地示出的脉冲和子脉冲实际上是电源的RF频率振荡(未示出)的包络。该RF频率一般在100兆赫兹(MHz)的级别,即,振荡周期处于0.01μs的级别。
图5是示意性地图示出25微秒长的RF脉冲串产生的测得的激光脉冲的示波器描迹的再现,该RF脉冲串包括持续时间为13μs的初始子脉冲以及后续的以65%的占空比传递的十二个子脉冲。前面讨论的脉冲开始处的“增益峰尖”效应很清楚明显并且真实。脉冲的“平坦”部分的明显的调制是用于脉冲测量的检测器的电子噪声或“环状剥皮”,而且并不实际地出现在激光脉冲中。不是激光器来响应调制的RF脉冲串。
用于产生图5的脉冲的实验设备100被示意地图示在图6中。脉冲延迟发生器102被用于分别从终端A和B中产生两个同步的脉冲104和106。 脉冲持续时间和脉冲的分隔是可调节的。延迟发生器是加州的森尼韦尔市的Stanford Research Systems公司生产的ModelDG 535发生器。脉冲104比脉冲106先被发射。脉冲的从终端A开始的持续时间被选择成脉冲串中的初始长子脉冲的期望的持续时间(对于图4D中的串PTD,为持续时间TG)。
脉冲106被用来触发函数发生器100。所采用的函数发生器是可从加州的森尼韦尔市的Agilent公司获得的Model No.33220A函数发生器。函数发生器被调节成发射具有相对于TG的持续时间(对于图4D的串PTD,为持续时间TD)的脉冲(此处为3个脉冲)的串。持续时间TD以及脉冲串的所选的占空比和持续时间确定了脉冲内持续时间(对于图4D中的串PTD,为持续时间TE)。脉冲串在t0之后在时间TG+TE被脉冲106触发而且表现为图5中的脉冲串112。脉冲104与脉冲串112连接至反向连接的二极管108和114。脉冲串在二极管之间的节点116加和以提供脉冲串118(等效于图4D中的脉冲串PTD),其被用于命令来自连接至激光器的放电电极的RFPS120的RF脉冲。
在此应该注意的是,图6的实验电路仅仅能够形成图4D所示的用于“摆正”激光输出脉冲的类型的调制的脉冲(脉冲串)。对于通过本发明的脉冲内调制在图4B-D的任意模式下实现脉冲间输出功率控制,该电路不具有任何限制规定。
图7是高级电路图130,其示意性地图示出用于根据本发明的脉冲内调制来实现脉冲间的脉冲功率控制的装置的一个示例。下文将参考图8A、8B、8C和8D以及图4A和图4D给出装置的说明。在说明中,已经产生了图4D所示的“摆正”类型的假设子脉冲串,例如子脉冲串PTD
在终端132,用于提供的(来自PC、微处理器等)的脉冲命令134被提供。命令134可相当于具有类似命令的图4A的现有技术的(未调制的)脉冲P2,对应于之前已经传递的图4A的脉冲P1。脉冲134在节点136被分成与AND门138的一个输入相连的一部分、与关断时间测量电路140相连的另一部分以及与斜坡发生器142相连的另一部分,斜坡发生器142具有包括如上所述的将脉冲命令间的时间关联至脉冲串占空比的数据的查找表(LUT)。命令脉冲的又一部分被连接至高频脉冲发生器144以及启动计 时器146。命令脉冲134的持续时间确定了与命令相对应的子脉冲的串(例如图4D的子脉冲串PTE)的持续时间。
关断时间测量电路140测量了前一脉冲命令结束之后经历的时间toff。其被传递至电路142,该电路根据存储的LUT确定占空比值。占空比值被要求来利用前一子脉冲串(图4D的PTD)所传递的功率来均衡将被传递的子脉冲串(图4D的PTE)中的功率。所需的占空比值被发送至高频脉冲发生器144。占空比值被解释为串中的子脉冲的PRF的所需要的增大(如图4B所示)或者解释为串中的子脉冲的持续时间的增大(图4C和4D)。无论实现哪种方法,脉冲发生器144响应于接收到命令脉冲134的一部分而发射具有所选PRF或者对应于期望子脉冲串中的脉冲的脉冲间持续时间的持续时间的负走向脉冲(对应于所需子脉冲)的串148。
响应于接收到命令脉冲134的一部分,启动计时器146产生负走向脉冲150,其持续时间对应于子脉冲串中扩展的初始脉冲。脉冲150的持续时间可在子脉冲串之间恒定或利用来自LUT 110的从高频脉冲发生器144中继的占空比或脉冲持续时间数据而在脉冲串之间被调节。负走向脉冲串148和脉冲150被连接至OR门152的单独的输入。当来自任一脉冲的信号出现在OR门的两个输入之一上时,向AND门的另一输入提供输出信号。AND门的输出是与图4D的子脉冲PTE类似的子脉冲串154。该子脉冲串结束于命令脉冲134的下降沿,其还在预计到另一脉冲命令时重置了脉冲发生器144和启动计时器146。
图7A示意性地图示出根据本发明的并入了气体放电激光器160的图7A的命令脉冲调制电路。来自电路130的脉冲串(调制的命令脉冲)154被传递至RFPS 162。响应于接收到调制的命令脉冲,RFPS将相应的RF子脉冲串,即调制的RF脉冲,传递至包括活动电极或“热”电极168和接地电极170的电极组件166。该串中的脉冲可被特征化为激励脉冲。RFPS 162包括阻抗匹配网络来使得RFPS的输出阻抗匹配电极的阻抗,如本领域已知的那样。激光器谐振腔(在此为不稳定激光器谐振腔)形成在镜172和174之间。电极和谐振腔是包含激光气体混合物的壳体(未示出),如本领域已知的那样。如上所述,在本发明的方法中,子脉冲之间的时间足够短,以使得由子脉冲串提供能量的激光气体混合物做出响应,就好象子脉冲串是 一个持续脉冲。由此,激光器谐振腔响应于子脉冲串164的能量提供而仅仅提供单个激光输出脉冲176。
在此应该注意的是,图7的电路示例仅仅是用于实现本发明的脉冲内调制方法的电路的一个示例。根据本文中的该电路的描述以及本发明的脉冲内调制方法的描述,电子领域的技术人员可设想出其它电路来实现本发明的方法而不脱离本发明的精神和范围。
总之,在此就优选实施例和其它实施例描述了本发明。然而,本发明并不限于在此所描述和描绘的实施例。相反,本发明仅由所附权利要求限制。

Claims (18)

1.一种操作气体放电激光器的方法,用于提供激光输出脉冲形式的激光器输出,激光器包括由射频电源(RFPS)供电的隔开的气体放电电极,其中激光器谐振腔形成在气体放电电极之间,所述方法包括:
将第一RF子脉冲串从RFPS传递至气体放电电极以便为激光器谐振腔提供能量,所述串中的每个子脉冲包括多个RF能量周期,第一RF子脉冲串中的RF子脉冲在时间上间隔开的时间足够短到使得激光器谐振腔能够以仿佛第一RF子脉冲串是单个RF脉冲的方式响应第一RF子脉冲串,由此激光器谐振腔响应于第一RF子脉冲串的能量提供而传递第一激光输出脉冲;以及
在传递第一RF子脉冲串之后,将第二RF子脉冲串从RFPS传递至气体放电电极以便为激光器谐振腔提供能量,第二串中的每个子脉冲包括多个RF能量周期,第二RF子脉冲串中的RF子脉冲在时间上间隔开的时间足够短到使得激光器谐振腔能够以仿佛第二RF子脉冲串是单个RF脉冲的方式响应第二RF子脉冲串,由此在传递第一个单个激光输出脉冲之后,激光器谐振腔响应于第二RF子脉冲串的能量提供而传递第二激光输出脉冲,而且其中第二串中的RF子脉冲的持续时间和数量中的一个被选择成使得第二激光脉冲中的能量更贴近地匹配第一激光脉冲中的能量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中第一RF子脉冲串包括具有第一持续时间的初始子脉冲以及后续的具有比第一持续时间短的第二持续时间的多个子脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法,其中第一串中的所有RF子脉冲具有相同的持续时间。
4.根据权利要求1所述的方法,其中第一和第二RF子脉冲串具有大约相同的持续时间。
5.根据权利要求4所述的方法,其中第一和第二RF子脉冲串中具有相同数量的子脉冲。
6.根据权利要求5所述的方法,其中第一串中的RF子脉冲具有第一持续时间,第二串中的RF子脉冲具有第二持续时间,其中第二持续时间长于第一持续时间。
7.根据权利要求5所述的方法,其中第一RF子脉冲串包括具有第一持续时间的初始子脉冲以及后续的每个都具有第二持续时间的多个子脉冲,而且第二RF子脉冲串包括具有第三持续时间的初始子脉冲以及后续的每个都具有第四持续时间的多个子脉冲,而且其中第三持续时间长于第一持续时间,而且第四持续时间长于第二持续时间。
8.根据权利要求4所述的方法,其中第一和第二串中的RF子脉冲的持续时间相同,而且第二串中的子脉冲数量大于第一串中的子脉冲数量。
9.根据权利要求1所述的方法,其中对第二串中的RF子脉冲的数量或持续时间的选择取决于第一激光输出脉冲的结尾与第二激光输出脉冲的起始之间的时间。
10.一种气体放电激光器设备,包括:
隔开的放电电极;
在放电电极之间延伸的激光器谐振腔;
射频电源(RFPS),其连接至放电电极以便为激光器谐振腔提供能量;以及
连接至RFPS的电子电路,所述电子电路被配置并布置成接收第一命令脉冲,将命令脉冲转换成第一命令子脉冲串,而且将第一命令子脉冲串传递至RFPS,由此使得RFPS将相应的第一RF激励子脉冲串传递至激光器谐振腔,其中RF激励子脉冲之间的时间上的间隔足够短到使得激光器谐振腔能够以仿佛第一激励子脉冲串是单个RF激励脉冲的方式响应第一激励子脉冲串,由此激光器谐振腔响应于第一RF激励子脉冲串的能量提供而传递第一单个激光输出脉冲;而且其中电子电路被进一步配置并布置成在接收第一命令脉冲之后接收第二命令脉冲,确定第一命令脉冲的结尾与第二命令脉冲的起始之间的时间,将第二命令脉冲转换成第二命令子脉冲串,而且将第二命令子脉冲串传递至RFPS,由此使得RFPS将相应的第二RF激励子脉冲串传递至激光器谐振腔,其中RF激励子脉冲之间的时间上的间隔足够短到使得激光器谐振腔以仿佛第二激励子脉冲串是单个RF激励脉冲的方式响应第二激励子脉冲串,由此激光器谐振腔响应于第二RF激励子脉冲串的能量提供而传递第二单个激光输出脉冲,而且其中根据第一命令脉冲的结尾与第二命令脉冲的起始之间的确定的时间来选择第二命令子脉冲串和第二RF激励子脉冲串中的子脉冲的数量和持续时间中的一个,由此使得第一和第二激光输出脉冲具有大致相等的功率。
11.一种操作气体激光器的方法,所述激光器包括与用于激励电极之间的气体的射频(RF)电源连接的电极,所述方法包括步骤:
形成产生第一激光脉冲的命令;
响应于所述产生第一激光脉冲的命令,将RF能量的第一包络传递至电极,第一包络包括第一子脉冲串,所述第一子脉冲串中的每个子脉冲包括多个RF能量周期;
形成产生第二激光脉冲的命令;以及
响应于所述产生第二激光脉冲的命令,将RF能量的第二包络传递至电极,其中第一和第二包络具有大约相等的持续时间,第二包络包括第二子脉冲串,所述第二子脉冲串中的每个子脉冲包括多个RF能量周期,而且其中如果第一激光脉冲的结尾与产生第二激光脉冲的第二命令的开始之间的时间短于预定时间段,则增大第二脉冲串中的子脉冲的占空比以使得第二激光脉冲中的能量更贴近地匹配第一激光脉冲中的能量。
12.根据权利要求11所述的方法,其中第二子脉冲串中的占空比增大一个与第一激光脉冲的结尾和产生第二激光脉冲的第二命令的产生之间的时间成反比的量。
13.根据权利要求11所述的方法,其中所述预定时间段对应于其中在第一和第二子脉冲串的的占空比保持不变的情况下第二激光脉冲具有与第一激光脉冲大约相等的能量的最短时间。
14.根据权利要求11所述的方法,其中通过增大第二子脉冲串中的子脉冲数量来增大第二子脉冲串的占空比。
15.根据权利要求11所述的方法,其中通过增大第二子脉冲串中的脉冲长度来增大第二子脉冲串的占空比。
16.根据权利要求11所述的方法,其中每个脉冲串中的第一个子脉冲长于该串中的其它子脉冲。
17.根据权利要求11所述的方法,其中激光脉冲被用于在工件中钻孔。
18.根据权利要求11所述的方法,其中激光脉冲被用于在印制电路板中钻通孔。
CN201380019811.XA 2012-04-13 2013-04-05 脉冲型co2激光输出脉冲形状和功率控制 Active CN104488147B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261624096P 2012-04-13 2012-04-13
US61/624,096 2012-04-13
US13/467,890 US8687661B2 (en) 2012-04-13 2012-05-09 Pulsed CO2 laser output-pulse shape and power control
US13/467,890 2012-05-09
PCT/US2013/035530 WO2013154949A2 (en) 2012-04-13 2013-04-05 Pulsed co2 laser output-pulse shape and power control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104488147A CN104488147A (zh) 2015-04-01
CN104488147B true CN104488147B (zh) 2017-07-07

Family

ID=49325030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380019811.XA Active CN104488147B (zh) 2012-04-13 2013-04-05 脉冲型co2激光输出脉冲形状和功率控制

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8687661B2 (zh)
JP (1) JP6041977B2 (zh)
KR (1) KR101519516B1 (zh)
CN (1) CN104488147B (zh)
DE (1) DE112013002021B4 (zh)
GB (1) GB2515981B (zh)
WO (1) WO2013154949A2 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8995052B1 (en) * 2013-09-09 2015-03-31 Coherent Kaiserslautern GmbH Multi-stage MOPA with first-pulse suppression
KR102251810B1 (ko) 2014-09-30 2021-05-13 삼성전자주식회사 메모리 장치, 메모리 시스템 및 메모리 장치에 대한 제어 방법
CA2968848A1 (en) * 2014-11-26 2016-06-02 Convergent Dental, Inc. Systems and methods for supplying power to and cooling dental laser systems
US20160204566A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Coherent, Inc. Gas-discharge laser power and energy control
WO2017063662A1 (de) * 2015-10-12 2017-04-20 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von plasma- bzw. laserpulsen mittels hochfrequenz-anregungspulsen, insbesondere ein gasentladungslaser, sowie steuereinheit für einen hochfrequenz-anregungspuls-generator
DE102016212927B3 (de) * 2016-07-14 2017-09-07 Trumpf Laser Gmbh Laser-Taktsignalgenerator
CN109157747A (zh) * 2017-10-30 2019-01-08 武汉奇致激光技术股份有限公司 一种强脉冲光治疗机的脉冲串输出控制方法
CA3089935A1 (en) 2018-01-29 2019-08-01 IDEA machine development design AND production ltd. Compact coaxial laser
US11081855B2 (en) * 2018-06-18 2021-08-03 Coherent, Inc. Laser-MOPA with burst-mode control
US11067809B1 (en) * 2019-07-29 2021-07-20 Facebook Technologies, Llc Systems and methods for minimizing external light leakage from artificial-reality displays
CN113231750B (zh) * 2021-03-18 2022-07-19 武汉大学 一种脉冲激光打孔系统及打孔方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4539685A (en) * 1982-09-02 1985-09-03 United Technologies Corporation Passively Q-switched laser having a variable pulse rate

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186378A (en) * 1981-05-11 1982-11-16 Mitsubishi Electric Corp Laser device
JPH06114582A (ja) * 1992-10-06 1994-04-26 Mitsui Petrochem Ind Ltd メッキ鋼板のパルスレーザ照射方法
US5345168A (en) 1993-02-01 1994-09-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Burst-by-burst laser frequency monitor
US6463086B1 (en) * 1999-02-10 2002-10-08 Lambda Physik Ag Molecular fluorine laser with spectral linewidth of less than 1 pm
WO2002090037A1 (en) 2001-05-09 2002-11-14 Electro Scientific Industries, Inc. Micromachining with high-energy, intra-cavity q-switched co2 laser pulses
JP3619493B2 (ja) * 2001-12-19 2005-02-09 住友重機械工業株式会社 レーザ加工のパルス安定化方法
JP2004153442A (ja) 2002-10-29 2004-05-27 Sony Corp 光送信装置、光受信装置および光通信システム、並びにその送・受信方法
ES2286487T3 (es) * 2003-01-09 2007-12-01 Gyrus Medical Limited Generador electroquirurgico.
JP4493967B2 (ja) * 2003-10-01 2010-06-30 日立ビアメカニクス株式会社 Co2レーザ加工方法およびレーザ加工装置
US7508850B2 (en) * 2004-09-02 2009-03-24 Coherent, Inc. Apparatus for modifying CO2 slab laser pulses
US7292616B2 (en) * 2005-02-09 2007-11-06 Ultratech, Inc. CO2 laser stabilization systems and methods
US20070086495A1 (en) * 2005-08-12 2007-04-19 Sprague Randall B Method and apparatus for stable laser drive
US7817685B2 (en) 2007-01-26 2010-10-19 Electro Scientific Industries, Inc. Methods and systems for generating pulse trains for material processing
US7817686B2 (en) 2008-03-27 2010-10-19 Electro Scientific Industries, Inc. Laser micromachining using programmable pulse shapes
US8391329B2 (en) * 2009-01-26 2013-03-05 Coherent, Inc. Gas laser discharge pre-ionization using a simmer-discharge
US8351480B2 (en) * 2009-10-13 2013-01-08 Coherent, Inc. Digital pulse-width-modulation control of a radio frequency power supply for pulsed laser
US8116346B2 (en) * 2010-01-22 2012-02-14 Coherent, Inc. CO2 laser output power control during warm-up
JP5765730B2 (ja) * 2010-03-11 2015-08-19 ギガフォトン株式会社 極端紫外光生成装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4539685A (en) * 1982-09-02 1985-09-03 United Technologies Corporation Passively Q-switched laser having a variable pulse rate

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015518657A (ja) 2015-07-02
JP6041977B2 (ja) 2016-12-14
KR101519516B1 (ko) 2015-05-12
KR20140132018A (ko) 2014-11-14
US20130272325A1 (en) 2013-10-17
GB201420217D0 (en) 2014-12-31
DE112013002021B4 (de) 2016-03-10
DE112013002021T5 (de) 2015-03-05
US8687661B2 (en) 2014-04-01
GB2515981A (en) 2015-01-07
GB2515981B (en) 2015-02-18
CN104488147A (zh) 2015-04-01
WO2013154949A3 (en) 2013-12-05
WO2013154949A2 (en) 2013-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104488147B (zh) 脉冲型co2激光输出脉冲形状和功率控制
JP2015518657A5 (zh)
US9830793B2 (en) Automatic selective damping of a resonant antenna
US20240118395A1 (en) Methods for driving optical loads and driver circuits for optical loads
US7554414B2 (en) Fast starting circuit for crystal oscillators
US20180351326A1 (en) Apparatus and Method for Providing Optical Radiation
WO2009148763A1 (en) Frequency-agile rf-power excitation for driving diffusion-cooled sealed-off, rf-excited gas lasers
JPH08114528A (ja) 光増幅器雑音指数測定方法および装置
KR101206386B1 (ko) 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템
Taylor et al. Magnetic-spiker excitation of gas-discharge lasers
Elliott et al. Picosecond optical pulse generation by impulse train current modulation of a semiconductor laser
Dal Bosco et al. Cycles of self-pulsations in a photonic integrated circuit
US3459942A (en) High frequency light source
EP1180834A2 (en) Laser and method for material processing
US3252100A (en) Pulse generating circuit employing switch-means on ends of delay line for alternately charging and discharging same
JPH0469982A (ja) 発光素子駆動用半導体装置
CN215420309U (zh) 用于量子通信系统的光源驱动装置
Lachambre et al. Actively mode-locked transversely excited atmospheric (TEA) CO2 laser
Watkins et al. Multiphoton resonance with one to many cycles
RU2180152C1 (ru) Способ импульсного возбуждения широкополосной антенной решетки и импульсная широкополосная антенная решетка
CN112904123B (zh) 一种激光器辅助检测装置及激光器检测方法
US20230051475A1 (en) Driver circuit for evaluation of an optical emitter
Depinna et al. Radiative triplet luminescence and metastable states in aP
CN115113178A (zh) 信号发射组件及环境探测设备
CN1250960A (zh) 脉冲二氧化碳激光器的放电系统

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