CN105264725A - 用于产生超短激光脉冲的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种装置包含一脉冲调节器及一放大器。脉冲调节器被组构成用以修改一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲，该调节激光脉冲具有一小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中：方程式(I)，式中的|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψpfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合。放大器增加调节激光脉冲的功率而建立一放大激光脉冲。在一方法之中，具有一至少1皮秒脉冲持续时间的一输入激光脉冲的一时间强度分布被修改以建立一调节激光脉冲，此调节激光脉冲被放大以建立一放大激光脉冲，而此放大激光脉冲被在时间上压缩以产生一压缩激光脉冲，该压缩激光脉冲具有小于该输入脉冲持续时间的一压缩脉冲持续时间。种子雷射(102)可以发送具有数十皮秒等级的持续时间的傅立叶变换限制种子脉冲，以及该脉冲被传送至标准单模电信光纤(104)，其系用于藉由自相位调变和GVD而扩宽该脉冲光谱因而导致较高级光固子的传播。这种拋物线脉冲可以在放大器(106)中放大且藉由压缩器(108)及时压缩，导致约1ps的持续时间的高功率脉冲且适用于材料加工。

Description

用于产生超短激光脉冲的装置和方法

背景技术

本发明的实施例，示范性地描述于本说明书中，概括而言是有关于超短激光脉冲(ultrashortlaserpulse)的产生。更具体言之，本发明的实施例是有关于具有高峰值功率的超短激光脉冲的产生。

具有高峰值功率的超短激光脉冲(意即，具有的FWHM脉冲持续时间的范围从数十皮秒(picosecond)到一飞秒(femtosecond)的激光脉冲)预期适用于实施诸如标记(marking)、雕花(engraving)、微加工(micro-machining)、切割、钻孔等材料处理应用。通常，此等激光脉冲是通过将一雷射振荡器(laseroscillator)产出的皮秒或飞秒激光脉冲加以放大而产生。然而，短促及超短的脉冲的放大强烈地受到诸如放大器(amplifier)内的自相位调变(selfphasemodulation；SPM)的非线性效应所影响。虽然SPM引发了可被使用于从皮秒到飞秒持续时间脉冲压缩的强大光谱扩宽，但利用具有一般高斯时间强度分布(Gaussiantemporalintensityprofile)的脉冲，时间相位的高斯调变并无法通过诸如光栅对压缩器(gratingpaircompressor)的传统型装置加以完全补偿。当一激光脉冲在放大期间遭受强烈的SPM且在时间上利用一对光栅被压缩时，被压缩的放大激光脉冲的时间强度分布通常会在位于主脉冲附近的侧翼处具有相对巨大的能量，此可以使得脉冲不适用于材料处理的应用。

其已知放大器内诱发的SPM大小是正比于行进通过放大器的激光脉冲的强度。因此，传统上是通过确保进入放大器的激光脉冲具有一相对上的低强度来控制SPM。降低激光脉冲强度的一传统方法包含利用一大直径放大器增加脉冲的空间射束尺寸(例如，透过一盘形雷射(disklaser))。另一种方法，称为啁啾式脉冲放大(ChirpedPulseAmplification；CPA)，涉及拉长雷射振荡器产生的一初始激光脉冲以产生一拉长激光脉冲(通常其脉冲持续时间超过初始激光脉冲的脉冲持续时间的1000倍)，此拉长激光脉冲的峰值功率低于初始激光脉冲。之后，该拉长脉冲被放大，接着在时间上被压缩。若初始激光脉冲是由飞秒雷射振荡器产生，则CPA可以非常有效，但若初始激光脉冲的脉冲持续时间大于1ps，则由于脉冲非常小的光谱频宽而变得笨拙而无效能。在任何情况下，经过压缩的激光脉冲的脉冲持续时间顶多是与初始激光脉冲的脉冲持续时间一样短。SPM也有被使用于未经放大的脉冲压缩。此等技术通常包含在一光纤中诱发强大的SPM并利用诸如光栅、棱镜等色散组件补偿由此产生的啾频(chirp)。经过压缩的激光脉冲的质量一般而言并不适合材料处理的应用。

本发明的实施例示范性地描述于下，以对付现有技术的前述及其它问题。

实用新型内容

一装置的一实例包含一脉冲调节器(pulseconditioner)及一放大器。该脉冲调节器被组构成用以修改一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲，此调节激光脉冲具有其特征在于一小于0.13的错配参数(misfitparameter)M的调节时间强度分布，其中M经由下式获得：

$M^2=\frac{\∫{\[{\left|\mathrm{\ψ}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\ψ}}_{Pfit}\right|}^2\]}^{2}dt}{\∫{\left|\mathrm{\ψ}\right|}^{4}dt},$

式中的|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合(parabolicfit)。该放大器耦接至该脉冲调节器的一输出，并且被组构成用以增加该调节激光脉冲的功率，从而建立一放大激光脉冲。此装置的各种实例可以包含下列的一或多者。

该放大激光脉冲的一时间强度分布的特征可以在于一大于或等于1的质量因子Q，其中Q经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\τ}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\τ}}_C},$

其中τ_FWHM是该调节激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c经由下式获得：

${\mathrm{\&tau;}}_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是激光脉冲强度，一个时间的函数。

脉冲调节器与放大器的其中至少一者可以进一步被组构成用以至少准线性地啁啾化(quasi-linearlychirp)该调节激光脉冲。

此装置也可以包含一脉冲压缩器，被组构成用以在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生一压缩激光脉冲。该压缩激光脉冲的一时间强度分布的特征可以在于一大于或等于0.2的质量因子Q，其中Q经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是该压缩激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c则经由下式获得：

$T_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是激光脉冲强度，一个时间的函数。

一方法的一第一实例实行如下。一输入激光脉冲的一时间强度分布被修改，从而建立一调节激光脉冲，此调节激光脉冲具有特征在于一小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中M经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}\right|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^{4}dt},$

式中的|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合。该调节激光脉冲被放大，从而建立一放大激光脉冲。

一方法的一第二实例实行如下。其脉冲持续时间至少1ps的一输入激光脉冲的一时间强度分布被修改以建立一调节激光脉冲。该调节激光脉冲被放大以建立一放大激光脉冲。该放大激光脉冲在时间上被压缩以产生一压缩激光脉冲，此压缩激光脉冲具有一小于输入脉冲持续时间的压缩脉冲持续时间。

附图说明

图1示意性地例示用于产生超短激光脉冲的装置的一实施例。

图2及图3分别示范性地例示可被图1所示的装置调节、放大及选择性地压缩的一输入激光脉冲的时间强度及光谱分布的自相关曲线。

图4例示在图1所示的装置的一脉冲调节级内建立的一调节激光脉冲的时间强度分布的一示范性自相关曲线。

图5例示在图1所示的装置的脉冲调节级内建立的调节激光脉冲的一示范性光谱分布。

图6例示在图1所示的装置的放大级内建立的放大激光脉冲的一示范性光谱分布。

图7例示图1所示的装置所产生的一压缩激光脉冲的时间强度分布的一示范性自相关曲线。

图8例示若脉冲调节级被省略时将在图1所示的装置的放大级内建立的一放大激光脉冲的一示范性光谱分布。

图9例示若脉冲调节级被省略时将由图1所示的装置产生的一压缩激光脉冲的时间强度分布的一示范性自相关曲线。

具体实施方式

以下参照附图进行示范性实施例的说明。许多不同的形式及实施例可以在未脱离本发明的精神及教示下存在，故本揭示不应被认定为局限于本文阐述的示范性实施例。反之，该等示范性实施例的提供使得本揭示更为周密及完整，且能够将本发明的范畴传递给熟习相关技术者。在图式中，组件的尺寸及相对尺寸可能被夸大以利清楚的说明。本说明书的用语仅是针对描述特定示范实施例的用途，并非意在限制。在本说明书中，单数形式的"一"、"一个"及"该"均预计包含复数形式的含义，除非上下文另有叙明。另外其应理解，"包含"及/或"包括"的用词，当使用于本说明书中时，指明所述特征、完整项目、步骤、动作、组件、及/或组件的存在，但并不排除一或多个其它特征、完整项目、步骤、动作、组件、组件、及/或其群组的存在或加入。除非另有指明，否则当被列述时，一数值范围均包含该范围的上限与下限，以及介于其间的任何子范围。

本发明的实施例可以促进极高峰值功率飞秒或皮秒激光脉冲在光纤雷射放大器中的产生，且未蒙受诸如自相位调变(SPM)的非线性效应的负面影响。本发明的实施例也促进可被在时间上压缩至一极短持续时间的放大激光脉冲的产生，以产生具有的时间强度分布适于材料处理应用的激光脉冲。本发明的实施例也促进具有的脉冲持续时间位于一至数十皮秒等级的激光脉冲的产生，且该等激光脉冲另外具有从雷射系统产生的具备相当长脉冲持续时间(例如，位于奈秒(nanosecond)的级别)所通常具有的其它特性(例如，平均功率、脉冲能量、脉冲重复率、等等)，且未增加CPA系统的成本或复杂度。

参见图1，用于产生超短激光脉冲的一装置，诸如装置100，可以包含一种子雷射102、一脉冲调节器104，光学式地耦接至种子雷射102的一输出、一放大器106，光学式地耦接至脉冲调节器104的一输出、以及一选择性脉冲压缩器108，光学式地耦接至放大器106的一输出。一并考虑之下，种子雷射102与脉冲调节器104在本文中可以共同被称为一"拋物线脉冲源"。

概括而言，种子雷射102被组构成用以产生输入激光脉冲，其可以从种子雷射102输出至脉冲调节器104(例如，如箭头102a所示)。种子雷射102可以是提供做为一雷射振荡器，诸如一锁模固态块材雷射(mode-lockedsolid-statebulklaser)、一锁模光纤雷射(mode-lockedfiberlaser)、一锁模二极管雷射(mode-lockeddiodelaser)、一Q型开关雷射(Q-switchedlaser)、一增益开关雷射(gain-switchedlaser)、或者类似装置或前述项目的一种组合。在一实施例中，种子雷射102被提供做为一皮秒雷射振荡器。输入激光脉冲是以一个范围从20kHz到200MHz左右的脉冲重复率输出自种子雷射102。在一实施例中，输入激光脉冲是以一个范围从100kHz到80MHz(例如，位于从100kHz到50MHz的范围中)的脉冲重复率输出自种子雷射102。其应理解，预定的脉冲重复率可以是通过使用雷射振荡器直接以设定的脉冲重复率产生该输入激光脉冲，或者间接地通过实施任何适当的或有利的脉冲拣选方法达成(例如，其中一雷射振荡器产生的激光脉冲的重复率被利用一自由空间或一光纤耦合声光式脉冲拣选器实际地调整，该脉冲拣选器外部同步于振荡器重复率并由将最终重复率设定于从10kHz到100kHz的范围中的一电气信号驱动)。

概括而言，种子雷射102输出的输入激光脉冲具有一时间强度分布，该时间强度分布具有一高斯分布、双曲正割型分布(sech2profile)、罗伦兹分布(Lorentzianprofile)、或者是一个能够以其它方式通过一大于或等于0.13的错配参数M表征的分布，其中M是经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}\right|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^{4}dt},$

式中的|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合。种子雷射102输出的一输入激光脉冲的时间强度分布的一示范性自相关曲线显示于图2中。

种子雷射102可以被操控成使得种子雷射102最终输出的输入激光脉冲可以具有一个范围从1皮秒(ps)到100ps左右的输入脉冲持续时间(意即，以半峰全幅值或称"FWHM"的脉冲持续时间计量)。在一实施例中，该输入脉冲持续时间可以是位于从15ps到50ps的一范围内。如图2所示，一输入激光脉冲的输入脉冲持续时间可以是38ps。种子雷射102可以被组构成使得自其输出的输入激光脉冲具有范围从0.01奈米(nm)到1nm左右的一输入光谱频宽(意即，以FWHM计量)。在一实施例中，该输入光谱频宽是位于一个从0.01nm到0.3nm(例如，0.03nm到0.15nm)的范围内。如图3所示，种子雷射102输出的一输入激光脉冲的一示范性输入光谱频宽可以是0.06nm。种子雷射102可以进一步被组构成使得输入激光脉冲具有范围从260nm到2600nm左右的一输入中心波长。在一实施例中，该输入中心波长是位于紫外线(UV)光谱(例如，343nm左右)中、位于可见光谱(例如，515nm左右)中、或者位于红外线(IR)光谱(例如，1030nm左右)中。如图3所示，种子雷射102输出的一输入激光脉冲的一示范性输入中央频宽可以是略微小于1031nm。最后，种子雷射102可以被组构成使得每一输入激光脉冲均具有范围从10皮焦耳(picojoule；pJ)到10奈焦耳(nanojoule；nJ)左右的一输入脉冲能量。在一实施例中，一或多个输入激光脉冲的输入脉冲能量可以是位于从100pJ到5nJ的范围中(例如，位于从500pJ到3nJ的范围中)。

脉冲调节器104被组构成用以接收输出自种子雷射102的输入激光脉冲、修改接收的激光脉冲以从而形成调节激光脉冲、以及输出调节激光脉冲至放大器106(例如，如箭号104a所示)。概括而言，脉冲调节器104包含一光纤(例如，一单模正色散光纤(singlemode,normallydispersiveopticalfiber))，该光纤具有一第一端(意即，自种子雷射102接收输入激光脉冲处)以及一位于第一端对立侧的第二端(意即，调节激光脉冲被传送至放大器106处)。当每一输入激光脉冲在光纤内从该第一端被传送至该第二端时，每一激光脉冲均遭受SPM及群速色散(groupvelocitydispersion；GVD)，从而变成一调节激光脉冲。

在光纤的内行进，由于GVD及SPM的共同作用，导致输入激光脉冲的时间强度分布被改变，使得调节激光脉冲达到一个大于输入激光脉冲的输入激光脉冲持续时间的调节脉冲持续时间。举例而言，一调节激光脉冲的调节脉冲持续时间可以是位于比输入激光脉冲的输入激光脉冲持续时间大1.5到5倍的范围内(或该范围左右)。在一实施例中，调节脉冲持续时间可以是位于比输入激光脉冲持续时间大1.5到2.5倍的范围内。如图4所示，脉冲调节器104输出的一调节激光脉冲的一调节脉冲持续时间可以是58.5ps。

并且，当每一输入激光脉冲行进通过光纤，GVD及SPM改变了输入激光脉冲的时间强度分布，致使调节激光脉冲达到一个诸如图4中所示的时间强度分布(例如，至少一准拋物线时间强度分布)。概括而言，当特征在于前述的错配参数M时，调节时间强度分布具有一个小于0.13的M值。在一实施例中，调节时间强度分布具有一个范围从0.11到0.01或该范围左右的M值。

此外，当每一输入激光脉冲被从光纤的第一端传送至第二端，输入激光脉冲也变成至少被准线性地啁啾化，使得由此产生的调节激光脉冲达成一个具有如图5所示的调节光谱频宽的光谱分布。概括而言，一调节激光脉冲的调节光谱频宽将大于输入激光脉冲的输入光谱频宽(例如，输入光谱频宽20到100倍的范围或其左右)。在一实施例中，调节光谱频宽是一个从0.1nm到10nm左右的范围。例如，调节光谱频宽可以是一个从0.3nm到8nm的范围(位于一个从1nm到5nm的范围中)。如图5所示，脉冲调节器104输出的一调节激光脉冲的一示范性调节光谱频宽可以是3.1nm。

光纤具有一长度，从前述的第一端度量到第二端，位于一个从50米到2000米左右的范围中。在一实施例中，该光纤可以具有一个范围从50米到500米(例如，100米到400米)的长度。该光纤可以具有一个范围从3μm(微米)到25μm左右的纤芯直径(corediameter)。在一实施例中，光纤的纤芯直径可以是位于一个从4μm到15μm的范围中(例如，位于一个从6μm到10μm的范围中)。该光纤可以具有一个范围从1x10-16cm2/W到10x10-16cm2/W左右的非线性折射率。在一实施例中，光纤的非线性折射率可以是位于一个从2x10-16cm2/W到5x10-16cm2/W的范围中(例如，位于一个从2.5x10-16cm2/W到3.5x10-16cm2/W的范围中)。该光纤可以具有一个范围从0.001ps2/m到0.25ps2/m左右的群速色散。在一实施例中，光纤的群速色散可以是位于一个从0.02ps2/m到0.15ps2/m的范围中(例如，位于一个从0.02ps2/m到0.05ps2/m的范围中)。概括而言，前述的光纤特性可以取决于输入激光脉冲的特性(例如，中心波长、脉冲持续时间、峰值功率、等等)加以调整，以在SPM与GVD之间达成适当的平衡，而产生一个具有一至少准拋物线形时间强度分布的调节激光脉冲。举例而言，光纤的长度及/或群速色散可以因输入脉冲持续时间的增加而增加。此外，光纤的长度与峰值功率输入激光脉冲(以及每一输入激光脉冲的输入脉冲持续时间)可以被计算以提供自相位调变(SPM)与群速色散(GVD)的一预期或有利的平衡，从而产生一个具有预期或有利时间强度分布及光谱啾频的调节激光脉冲。取决于光纤的一或多个特性(例如，光纤的长度)、输入激光脉冲的一或多个特性(例如，输入脉冲持续时间、输入脉冲能量、等等)、或者其组合，调节激光脉冲的特征可以在于具有一光固子(soliton)数目N，范围从2到100。在一实施例中，N可以是位于一个从2到64的范围中(例如，2、4、左右)。

放大器106被组构成用以接收输出自脉冲调节器104的调节激光脉冲、增加调节激光脉冲的功率以从而形成放大激光脉冲、以及输出该放大激光脉冲(例如，如箭号106a所示)。在一实施例中，放大器106可以被组构成用以产生具有峰值功率范围从1kW到4MW左右的放大激光脉冲。

概括而言，其可以提供放大器106做为一单级光学放大系统，或者做为一多级光学放大系统。例如，放大器106可以包含一前置放大器级以及一功率放大器级，前置放大器级被组构成用以放大前述的调节激光脉冲并从而建立一初步放大激光脉冲，而功率放大器级被组构成用以进一步放大该初步放大激光脉冲并从而建立前述的放大激光脉冲。一放大器级可以包含一光纤放大器(fiberamplifier)，该光纤放大器具有一小于20米(例如，小于3米)的长度，并且包含，举例而言，掺杂诸如铒(erbium)、钕(neodymium)、镱(ytterbium)、镨(praseodymium)、铥(thulium)等或其组合的掺杂物离子的一硅石(silica)纤芯(例如，具有一范围从20μm到100μm左右的直径)。在一实施例中，该光纤放大器可以包含一多模光纤、一单模光纤或者其组合。在其它实施例中，一放大器级可以包含一多通放大器(multipassamplifier)、一再生放大器(regenerativeamplifier)、等等，或其的组合。在一放大级内，一放大器的增益介质可以被选择成纤芯直径大而射出涵盖直径小，以增加光纤吸收作用并缩减其长度。举例而言，一前置放大器级可以被提供一40μm纤芯杆型光纤，以运作于976nm的一50W二极管雷射激发，而一功率放大器级可以被提供一75μm杆型光纤，以运作于976nm的一200W二极管雷射激发。该二放大器级可以利用一光隔离器加以隔离。

如前所述地建构，放大器106放大每一调节激光脉冲以建立一放大激光脉冲。在放大器106的中，调节激光脉冲遭受强大的SPM，但并未遭受(或者至少大致上并未遭受)GVD，因为放大器106的长度相当小。由于每一调节激光脉冲的时间强度分布均如上所述地至少是准拋物线形，故放大器106内的任何SPM在激光脉冲被放大时均在该激光脉冲上诱发一准拋物线形相位。因此，放大器106输出的一放大激光脉冲至少大致维持自其建立该放大激光脉冲的调节激光脉冲的时间强度分布及脉冲持续时间。因此，由放大器106输出的每一放大激光脉冲的时间强度分布的特征可以在于一个数值大于或等于1的品质因子Q。在一些实施例中，放大激光脉冲的质量因子Q可以高达1.8或更高。针对本文说明的目的，质量因子Q经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是压缩激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c则由下式获得：

${\mathrm{\&tau;}}_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是激光脉冲强度，一个时间的函数。在放大器106内诱发的准拋物线形相位使得放大器106内的任何额外啾频均在即使存在非常强大的非线性之下仍维持至少大致的线性。因此，放大器106输出的放大激光脉冲达到如图6例示的一光谱分布。如图6所示，放大器106输出的一放大激光脉冲的一示范性光谱频宽可以是3.6nm。

当使用于装置100时，脉冲压缩器108被组构成用以接收输出自放大器106的放大激光脉冲、对放大激光脉冲去啁啾化以从而形成相较于该放大激光脉冲在时间上被压缩的压缩激光脉冲、以及输出该压缩激光脉冲(例如，如箭号108a所示)。概括而言，脉冲压缩器108是做为一色散脉冲压缩器(dispersivepulsecompressor)(例如，包含一对绕射光栅、一棱镜对、一光纤、一啁啾式反射镜(chirpedmirror)、一啁啾光纤式布雷格光栅(chirpedfiberBragggrating)、一体积全像式布雷格光栅(volumeBragggrating)等等，或其组合)，被组构成用以对放大激光脉冲的线性啾频光谱进行去啁啾化。在一实施例中，脉冲压缩器108是提供做为一对1800l/mm光栅。

在对该放大激光脉冲进行去啁啾化之后，每一放大激光脉冲中的时间强度分布的拋物线形相位即在时间上被压缩，且脉冲压缩器108输出的压缩激光脉冲的光谱频宽基本上类似放大器106输出的放大激光脉冲的光谱频宽。

每一压缩激光脉冲均具有一个小于其所从出的激光脉冲的脉冲持续时间的压缩脉冲持续时间。例如，该压缩脉冲持续时间可以是位于比调节脉冲持续时间(其至少与放大激光脉冲的脉冲持续时间大致相同)小10至100倍的范围中。此外，该压缩脉冲持续时间可以是位于比输入脉冲持续时间小10至60倍的范围的中。在一实施例中，压缩脉冲持续时间可以是位于一个从0.1ps到10ps左右的范围中。例如，压缩脉冲持续时间可以是位于一个从0.3ps到3ps的范围中(位于一个从0.5ps到1.5ps的范围中)。图7例示具有一1.0ps压缩脉冲持续时间的一压缩激光脉冲的一时间强度分布的一示范性自相关曲线。在时间上压缩该放大激光脉冲之后，每一压缩激光脉冲即可以达到一个范围从10kW到500MW的峰值功率。

由于种子雷射102输出的输入激光脉冲至少被大致线性地啁啾化(例如，先经由脉冲调节器104，接着经由放大器106)，且由于脉冲调节器104输出的调节激光脉冲的时间强度分布至少大致经由放大器106输出的放大激光脉冲保持住，故脉冲压缩器108输出的压缩激光脉冲具有一个使其有利地适用于材料处理应用的时间强度分布。具体而言，脉冲压缩器108输出的每一压缩激光脉冲的时间强度分布均以一质量因子Q为特征，此质量因子Q的值的范围是从0.2到0.5。然而，取决于诸如放大激光脉冲被压缩以建立压缩激光脉冲的程度、放大激光脉冲的质量因子等因素，脉冲压缩器108输出的压缩激光脉冲的质量因子可以大于0.5。若前述的脉冲调节器104自装置100省略，则放大器106输出的放大激光脉冲的光谱分布将被大幅地非线性啁啾化，如图8所示。因此，脉冲压缩器108输出的压缩激光脉冲将达到一个如示范性地显示于图9中的时间强度分布，其具有一个0.06的Q因子值。具有诸如图9所示的时间强度分布的激光脉冲并不适于材料处理应用，因为此激光脉冲位于5倍FWHM脉冲持续时间处的区域功率大于激光脉冲的峰值功率的1％。

实例

在上述实施例的一示范性实施方式中，种子雷射102可以是提供做为一发送傅立叶转换限制脉冲的锁模雷射，具有范围从15ps到50ps(例如，38ps)的一输入脉冲持续时间以及诸如图2所示的一输入时间强度分布(例如，一高斯分布)和诸如图3所示的一光谱分布。

种子雷射102产生的输入激光脉冲被传送至脉冲调节器104，其是提供做为一熔融硅石单模光纤(例如，一电信光纤)。当传播通过光纤时，输入激光脉冲承受SPM及群速色散(GVD)，从而变成一调节激光脉冲。由于GVD与SPM的共同作用，输入激光脉冲的时间强度分布被调节，使得调节激光脉冲变成一诸如图4所示的时间强度分布(例如，至少一准拋物线形时间强度分布)。输入激光脉冲变成至少被准线性啁啾化，而调节激光脉冲变成一如图5所示的光谱分布。光纤的长度以及输入激光脉冲的峰值功率和脉冲持续时间被审慎地计算以提供自相位调变(SPM)与群速色散(GVD)的正确平衡，从而产生一个具有前述时间强度分布及一光谱啾频的脉冲。

调节脉冲接着被送往一光纤放大器106(例如，由一或多个Yb掺杂光纤放大器级所构成)，其中激光脉冲可以被放大104到106倍，以产生峰值功率高达1MW的放大激光脉冲。在放大器106中，调节激光脉冲遭受强大的SPM，但并未遭受(或者至少大致上并未遭受)GVD，因为放大器106的长度相当小(例如，小于3米)。由于每一调节激光脉冲的时间强度分布均如上所述地至少是准拋物线形，故放大器106内的任何SPM在激光脉冲被放大时均在该激光脉冲上诱发一准拋物线形相位。因此，放大激光脉冲至少大致维持如图4所示的时间强度分布。在放大器106的内诱发的准拋物线形相位使得放大器106内的啾频在即使存在非常强大的非线性之下仍维持至少大致的线性。因此，每一放大激光脉冲均达到如图6例示的一光谱分布。

在一实施例中，产生于放大器106的输出106a处的放大激光脉冲–其具有1至数十皮秒等级的脉冲持续时间–可以依据需要使用于材料处理应用。然而，在另一实施例中，产生于放大器106的输出106a处的放大激光脉冲可以被送往压缩器108(例如，一对绕射光栅、一啾频体积全像式布雷格光栅(chirpedVolumeBraggGrating；chirpedVBG)、等等)，其中该压缩器可以对放大激光脉冲的线性啾频光谱进行去啁啾化，从而在时间上将放大激光脉冲压缩成一个比输入脉冲持续时间短10到60倍的压缩脉冲持续时间。有帮助性地，压缩激光脉冲的时间强度分布有利地适用于材料处理应用，因为激光脉冲已在装置内的各种不同的级之间被至少大致线性地啁啾化。压缩器108对放大激光脉冲的时间强度分布的拋物线形相位进行压缩。因此，若脉冲调节器104被省略，则放大激光脉冲的时间强度分布将主要呈高斯形式，而压缩激光脉冲将变成诸如图9所示的一时间强度分布，此并不适合材料处理的应用。

前述内容是例示本发明的示范实施例，不应被视为其限制。虽然说明了若干示范性实施例，但熟习相关技术者应易于理解，在未实质脱离本发明的新颖教示及优点下，可能进行许多修改。因此，所有此等修改均预计应纳入本发明如以下权利要求书所界定的范畴之中。

以下条文描述依据上述技术的装置与方法的各种实例的特色。

1.一种装置，包含：

一脉冲调节器，被组构成用以修改一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲，该调节激光脉冲具有其特征在于一小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中M是经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}\right|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^{4}dt},$

其中|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合；以及

一放大器，耦接至该脉冲调节器的一输出，并且被组构成用以增加该调节激光脉冲的功率，从而建立一放大激光脉冲。

2.条文1的装置，其中该脉冲调节器被进一步组构成用以扩宽该输入激光脉冲的一光谱频宽，使得该调节激光脉冲具有一调节光谱频宽。

3.条文1至2中任一项的装置，其中该脉冲调节器被进一步组构成用以至少准线性地啁啾化该输入激光脉冲。

4.条文1至3中任一项的装置，其中该放大激光脉冲的时间强度分布具有一至少大致与该调节激光脉冲相同的形状。

5.条文1至4中任一项的装置，其中该放大激光脉冲的该时间强度分布的特征在于大于或等于1的一个质量因子Q，其中Q经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是该调节激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c经由下式获得：

${\mathrm{\&tau;}}_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是激光脉冲强度，一个时间的函数。

6.条文5的装置，其中该放大激光脉冲的该时间强度分布的特征在于小于或等于1.8的一个质量因子Q。

7.条文1至6中任一项的装置，其中该放大器被进一步组构成用以至少准线性地啁啾化该调节激光脉冲。

8.条文1至7中任一项的装置，另包含一脉冲压缩器，被组构成用以在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生一压缩激光脉冲。

9.条文8的装置，其中该脉冲压缩器被组构成用以对该放大激光脉冲进行去啁啾化。

10.条文8至9中任一项的装置，其中该压缩激光脉冲的该时间强度分布的特征在于大于或等于0.2的一个质量因子Q，其中Q经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是该压缩激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c经由下式获得：

${\mathrm{\&tau;}}_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是激光脉冲强度，一个时间的函数。

11.条文10的装置，其中该压缩激光脉冲的该时间强度分布的特征在于小于或等于0.5的一个质量因子Q。

12.条文1至11中任一项的装置，另包含一种子雷射，该种子雷射被组构成用以产生该输入激光脉冲。

13.一种装置，包含：

一拋物线形脉冲源，被组构成用以产生一激光脉冲，该激光脉冲具有一时间强度分布，特征在于一小于0.13的错配参数M，其中M经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}\right|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^{4}dt},$

其中|Ψ(t)|²代表该激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该激光脉冲的一拋物线拟合；以及

一放大器，耦接至该拋物线形脉冲源的一输出，并且被组构成用以增加该激光脉冲的功率，从而建立一放大激光脉冲。

14.条文13的装置，其中该拋物线形脉冲源包含：

一种子雷射，被组构成用以产生具有一输入时间强度分布的一输入激光脉冲；以及

一脉冲调节器，被组构成用以修改该输入时间强度分布，从而建立特征在于一小于0.13的错配参数M的时间强度分布的激光脉冲。

15.条文13至14中任一项的装置，另包含一脉冲压缩器，被组构成用以在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生一压缩激光脉冲。

16.一种装置，包含：

一脉冲调节器，被组构成用以修改具有一至少1ps的脉冲持续时间的一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲；

一放大器，耦接至该脉冲调节器的一输出，并且被组构成用以增加该调节激光脉冲的功率，从而建立一放大激光脉冲；以及

一脉冲压缩器，被组构成用以在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生一压缩激光脉冲，该压缩激光脉冲具有一小于该输入脉冲持续时间的压缩脉冲持续时间。

17.条文1至16中任一项的装置，其中该脉冲调节器包含一光纤，该光纤具有一第一端以及一位于该第一端对立侧的第二端。

18.条文17的装置，其中该光纤是一单模光纤。

19.条文17至18中任一项的装置，其中该光纤是一正色散光纤。

20.条文17至19中任一项的装置，其中该光纤从该第一端到该第二端的长度是位于从50米到2000米的一范围中。

21.条文17至20中任一项的装置，其中该光纤从该第一端到该第二端的长度是位于从50米到500米的一范围中。

22.条文17至21中任一项的装置，其中该光纤从该第一端到该第二端的长度是位于从100米到400米的一范围中。

23.条文17至22中任一项的装置，其中该光纤具有范围从3μm到25μm的一纤芯直径。

24.条文17至23中任一项的装置，其中该光纤具有范围从4μm到15μm的一纤芯直径。

25.条文17至24中任一项的装置，其中该光纤具有范围从6μm到10μm的一纤芯直径。

26.条文17至25中任一项的装置，其中该光纤具有范围从1x10-16cm2/W到10x10-16cm2/W的一非线性折射率。

27.条文17至26中任一项的装置，其中该光纤具有范围从2x10-16cm2/W到5x10-16cm2/W的一非线性折射率。

28.条文17至27中任一项的装置，其中该光纤具有范围从2.5x10-16cm2/W到3.5x10-16cm2/W的一非线性折射率。

29.条文17至28中任一项的装置，其中该光纤具有范围从0.001ps2/m到0.25ps2/m的一群速色散。

30.条文17至29中任一项的装置，其中该光纤具有范围从0.02ps2/m到0.15ps2/m的一群速色散。

31.条文17至30中任一项的装置，其中该光纤具有范围从0.02ps2/m到0.05ps2/m的一群速色散。

32.条文1至31中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.11的M值。

33.条文1至32中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.10的M值。

34.条文1至33中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.09的M值。

35.条文1至34中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.08的M值。

36.条文1至35中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.07的M值。

37.条文1至36中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.06的M值。

38.条文1至37中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.05的M值。

39.条文1至38中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.04的M值。

40.条文1至39中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.03的M值。

41.条文1至40中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.02的M值。

42.条文1至41中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有一调节时间强度分布，该调节时间强度分布具有一小于或等于0.01的M值。

43.条文1至42中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有一输入时间强度分布，该输入时间强度分布具有一大于该调节时间强度分布的M值的M值。

44.条文43的装置，其中该输入时间强度分布的M值是0.13或更大。

45.条文1至44中任一项的装置，其中该输入激光脉冲的该输入时间强度分布是一高斯分布。

46.条文1至45中任一项的装置，其中该输入激光脉冲的该输入时间强度分布是一双曲正割型分布。

47.条文1至46中任一项的装置，其中该输入激光脉冲的该输入时间强度分布是一罗伦兹分布。

48.条文1至47中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有大于1ps的一输入脉冲持续时间。

49.条文1至48中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有小于100ps的一输入脉冲持续时间。

50.条文1至49中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从15ps到50ps的一输入脉冲持续时间。

51.条文1至50中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有大于该输入激光脉冲的该输入激光脉冲持续时间的一调节脉冲持续时间。

52.条文1至51中任一项的装置，其中该调节脉冲持续时间是位于比该输入激光脉冲持续时间大1.5至5倍的一范围中。

53.条文1至52中任一项的装置，其中该调节脉冲持续时间是位于比该输入激光脉冲持续时间大1.5至2.5倍的一范围中。

54.条文1至53中任一项的装置，其中该压缩激光脉冲具有小于该调节激光脉冲的该调节激光脉冲持续时间的一压缩脉冲持续时间。

55.条文54的装置，其中该压缩脉冲持续时间是位于比该调节激光脉冲持续时间小10至100倍的一范围中。

56.条文54至55中任一项的装置，其中该压缩激光脉冲具有小于该输入激光脉冲的该输入激光脉冲持续时间的一压缩脉冲持续时间。

57.条文56的装置，其中该压缩脉冲持续时间是位于小于该输入激光脉冲持续时间10至60倍的一范围中。

58.条文54至57中任一项的装置，其中该压缩脉冲持续时间是位于从0.1ps到10ps的一范围中。

59.条文54至58中任一项的装置，其中该压缩脉冲持续时间是位于从0.3ps到3ps的一范围中。

60.条文54至59中任一项的装置，其中该压缩脉冲持续时间是位于从0.5ps到1.5ps的一范围中。

61.条文1至61中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从0.01nm到1nm的一输入光谱频宽。

62.条文61的装置，其中该输入光谱频宽是位于从0.01nm到0.3nm的一范围中。

63.条文61至62中任一项的装置，其中该输入光谱频宽是位于从0.03nm到0.15nm的一范围中。

64.条文1至63中任一项的装置，其中该调节激光脉冲具有大于该输入激光脉冲的该输入光谱频宽的一调节光谱频宽。

65.条文64的装置，其中该调节光谱频宽是位于该输入光谱频宽20到100倍的一范围中。

66.条文64至65中任一项的装置，其中该调节光谱频宽是位于从0.1nm到10nm的一范围中。

67.条文64至66中任一项的装置，其中该调节光谱频宽是位于从0.3nm到8nm的一范围中。

68.条文64至67中任一项的装置，其中该调节光谱频宽是位于从1nm到5nm的一范围中。

69.条文1至68中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有大于260nm的一输入中心波长。

70.条文1至69中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有小于2600nm的一输入中心波长。

71.条文69至70中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有位于红外线光谱中的一输入中心波长。

72.条文69至70中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有位于可见光光谱中的一输入中心波长。

73.条文69至70中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有位于紫外线光谱中的一输入中心波长。

74.条文1至73中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从10pJ到10nJ的一输入脉冲能量。

75.条文1至74中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从100pJ到5nJ的一输入脉冲能量。

76.条文1至74中任一项的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从500pJ到3nJ的一输入脉冲能量。

77.条文1至76中任一项的装置，其中该放大器包含一光纤放大器。

78.条文1至77中任一项的装置，其中该光纤放大器包含单模光纤。

79.条文1至78中任一项的装置，其中该光纤放大器包含掺杂诸如铒、钕、镱、镨、铥等或其组合的掺杂物离子的一硅石纤芯。

80.条文1至79任一项的装置，其中该纤芯具有范围从20μm到100μm的一直径。

81.条文1至80中任一项的装置，其中该光纤放大器的一长度小于20米。

82.条文81的装置，其中该光纤放大器的一长度小于3米。

83.条文1至82中任一项的装置，其中该放大器包含一多通放大器。

84.条文1至83中任一项的装置，其中该放大器包含一再生放大器。

85.条文1至84中任一项的装置，其中该放大器包含：

一前置放大器，被组构成用以放大该调节激光脉冲，从而建立一初步放大激光脉冲；以及

一功率放大器级，被组构成用以进一步放大该初步放大激光脉冲，从而建立一放大激光脉冲。

86.条文1至85中任一项的装置，其中该放大激光脉冲的峰值功率是位于从1kW到4MW的一范围中。

87.条文1至86中任一项的装置，其中该压缩激光脉冲的峰值功率是位于从10kW到500MW的一范围中。

88.条文1至87中任一项的装置，其中该脉冲压缩器包含一色散脉冲压缩器。

89.条文1至88中任一项的装置，其中该色散脉冲压缩器包含一对绕射光栅、一棱镜对、一光纤、一啁啾式反射镜、一啁啾光纤式布雷格光栅、一体积全像式布雷格光栅等等，或者前述项目的一组合。

90.一种方法，包含：

修改一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲，该调节激光脉冲具有其特征在于一小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中M是经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^2-{\left|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}\right|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;{\left|\mathrm{\&psi;}\right|}^{4}dt},$

其中|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的一拋物线拟合；以及

放大该调节激光脉冲，从而建立一放大激光脉冲。

91.一种方法，包含：

修改具有一至少1ps的脉冲持续时间的一输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立一调节激光脉冲；

放大该调节激光脉冲，从而建立一放大激光脉冲，以及

在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生一压缩激光脉冲，该压缩激光脉冲具有一小于该输入脉冲持续时间的压缩脉冲持续时间。

Claims (24)

1.一种装置，包含：

脉冲调节器，被组构成用以修改输入激光脉冲的时间强度分布，从而建立调节激光脉冲，该调节激光脉冲具有特征在于小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中M是经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;|\mathrm{\&psi;}{|}^2-|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}{|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;|\mathrm{\&psi;}{|}^{4}dt},$

其中|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的拋物线拟合；以及

放大器，耦接至该脉冲调节器的输出，并且被组构成用以增加该调节激光脉冲的功率，从而建立放大激光脉冲。

2.如权利要求1所述的装置，其中该脉冲调节器被进一步组构成用以扩宽该输入激光脉冲的光谱频宽，使得该调节激光脉冲具有调节光谱频宽。

3.如权利要求1所述的装置，其中该放大激光脉冲的时间强度分布的特征在于大于或等于1的质量因子Q，其中Q是经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是该调节激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c是经由下式获得：

${\mathrm{\&tau;}}_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是作为时间的函数的激光脉冲强度。

4.如权利要求1所述的装置，其中该脉冲调节器与该放大器中至少一者被进一步组构成用以至少准线性地啁啾化该调节激光脉冲。

5.如权利要求1所述的装置，另包含脉冲压缩器，被组构成用以在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生压缩激光脉冲。

6.如权利要求5所述的装置，其中该压缩激光脉冲的时间强度分布的特征在于大于或等于0.2的质量因子Q，其中Q是经由下式获得：

$Q=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_{FWHM}}{2{\mathrm{\&tau;}}_C},$

其中τ_FWHM是该压缩激光脉冲的脉冲持续时间，而τ_c是经由下式获得：

$T_C=\sqrt{<t^2>-<t{>}^2},$

其中

$<t^2>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}{t}^{2}I\left(t\right)dt$ 且 $<t>={\&Integral;}_{-\mathrm{\&infin;}}^{+\mathrm{\&infin;}}tI\left(t\right)dt,$

其中t是时间(例如，以秒计量)，而I(t)是作为时间的函数的激光脉冲强度。

7.如权利要求1所述的装置，另包含拋物线形脉冲源，该拋物线形脉冲源包含：

种子雷射，被组构成用以产生具有输入时间强度分布的该输入激光脉冲。

8.如权利要求7所述的装置，其中该输入激光脉冲的该输入时间强度分布是选自于高斯分布、双曲正割型分布(sech2profile)以及罗伦兹分布中一者。

9.如权利要求1所述的装置，其中该调节激光脉冲具有大于该输入激光脉冲的输入激光脉冲持续时间的调节脉冲持续时间。

10.如权利要求5所述的装置，其中压缩脉冲持续时间是位于比调节激光脉冲持续时间小10至100倍的范围中。

11.如权利要求5所述的装置，其中压缩脉冲持续时间是位于比输入激光脉冲持续时间小10至60倍的范围中。

12.如权利要求5所述的装置，其中压缩脉冲持续时间是位于从0.1ps到10ps的范围中。

13.如权利要求1所述的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从0.01nm到1nm的输入光谱频宽。

14.如权利要求1所述的装置，其中该调节激光脉冲具有大于该输入激光脉冲的输入光谱频宽的调节光谱频宽。

15.如权利要求14所述的装置，其中该调节光谱频宽是位于该输入光谱频宽20到100倍的范围中。

16.如权利要求14所述的装置，其中该调节光谱频宽是位于从0.1nm到10nm的范围中。

17.如权利要求1所述的装置，其中该输入激光脉冲具有大于260nm的输入中心波长。

18.如权利要求1所述的装置，其中该输入激光脉冲具有范围从10pJ到10nJ的输入脉冲能量。

19.如权利要求1所述装置，其中该放大器包含光纤放大器、多通放大器以及再生放大器中至少一者。

20.如权利要求1所述的装置，其中该放大器包含：

前置放大器级，被组构成用以放大该调节激光脉冲，从而建立初步放大激光脉冲；以及

功率放大器级，被组构成用以进一步放大该初步放大激光脉冲，从而建立放大激光脉冲。

21.如权利要求1所述的装置，其中该放大激光脉冲的峰值功率是位于从1kW到4MW的范围中。

22.如权利要求5所述的装置，其中该压缩激光脉冲的峰值功率是位于从10kW到500MW的范围中。

23.一种方法，包含：

修改输入激光脉冲的一时间强度分布，从而建立调节激光脉冲，该调节激光脉冲具有特征在于小于0.13的错配参数M的调节时间强度分布，其中M是经由下式获得：

$M^2=\frac{\&Integral;{\&lsqb;|\mathrm{\&psi;}{|}^2-|{\mathrm{\&psi;}}_{Pfit}{|}^2\&rsqb;}^{2}dt}{\&Integral;|\mathrm{\&psi;}{|}^{4}dt}$

其中|Ψ(t)|²代表该调节激光脉冲的脉冲时间强度分布，而|Ψ_pfit(t)|²则代表该调节激光脉冲的拋物线拟合；以及

放大该调节激光脉冲，从而建立放大激光脉冲。

24.一种方法，包含：

修改具有至少1ps的脉冲持续时间的输入激光脉冲的时间强度分布，从而建立调节激光脉冲；

放大该调节激光脉冲，从而建立放大激光脉冲，以及

在时间上压缩该放大激光脉冲，从而产生压缩激光脉冲，该压缩激光脉冲具有小于该输入脉冲持续时间的压缩脉冲持续时间。