CN105576480A - 用于借助于开关普克尔斯盒来生成突发模式的方法 - Google Patents
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Abstract
用于借助于开关普克尔斯盒来生成突发模式的方法。一种用于利用激光组件来生成一系列激光脉冲的方法，所述激光组件至少包括两个反射部件、激光介质、以及光电调制器。所述方法包括以下步骤：按光放大模式操作所述激光组件，其中，提供放大的激光脉冲，并且运行脉冲提取序列。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于通过使用激光组件中的光电系统来生成一系列激光脉冲(具体地，生成激光脉冲突发)的方法。
背景技术
用于机械加工易碎材料的诸如锯切和划线的既成机械方法通常不能满足工业需要，或者需要广泛的后期处理来满足在质量和生产量方面的需要。现今，激光被日益用于机械加工不同类型的材料。诸如熔化、汽化以及熔割的激光切割工艺被用于切割像金属和聚合物的易延展材料。这些方法不适于切割透明或半透明材料，来满足所需高质量和特定切割速度标准。
举例来说，如从D.Helie和R.Vallee的“MicromachiningofThinGlassPlateswithaFemtosecondLaser”,Proc.ofSPIEVol.7386,738639,PhotonicsNorth2009所已知的，对于这种切割透明材料来说，可控碎裂技术是用于机械加工那些材料的完全适合的方法。
当需要切割曲线和/或闭合整形内部特征时，可以使用激光直接烧蚀工艺。然而，该直接烧蚀方法的烧蚀率(即，加工速度)与激光平均功率比例化，并且通常受限于每秒钟几毫米(mm/s)。这种事实限制了激光直接烧蚀工艺的加工速度。
施加飞秒级激光成丝来机械加工玻璃基板是针对该直接烧蚀工艺的关注另选。在玻璃裂开之前快速切割利用飞秒级激光脉冲预先加工样品的显示器玻璃的构思由Ahmed等人提出(F.Ahmed,M.S.Lee,H.Sekita,“DisplayGlassCuttingbyFemtosecondLaserinducedsingleshotperiodicvoidarray”,Appl.Phys.A(2008)93,189-192)。在该研究中实现的最大加工速度为15mm/s。该速度受限于空白之间的最小距离，因为其不能在空白时段大于10μm时裂开样品。
通过丝状形成而导致的应力积聚和微缺陷被已知用于切割薄硼硅酸盐玻璃基板并且用于根据不同类型的玻璃生产简单3D部件。
用于加工材料的上述方法的主要缺点是因可用激光功率、脉冲持续时间、重复频率以及脉冲形状而造成的其可以达到的非常低的加工速度。加工影响(例如，相应材料中的所造成的切割或破裂)主要取决于这些因素。
随着提供具有高重复率的一系列短或超短激光脉冲，可以以对应高的加工速度来执行材料加工，如可以针对相同时段将大量脉冲施加至该材料。这种脉冲可以另外针对它们的强度来调节。这样生成的短脉冲和利用普克尔斯盒(Pockelscell)的指定的开关(switching)来连续调节它们的强度，例如在US7649667B2中进行了描述。
通过使用这种方法，可在限定时间间隔施加限定数量的短脉冲(即，通过放大器给出的)。然而，由于接通和断开普克尔斯盒的可能速度受限，因而，脉冲的生成由此受限。而且，对于提供要射出的希望的激光功率来说，光放大的限定级别必须在射出每一个相应的脉冲之前达到。
有关材料加工的另一方面涉及一个单一激光脉冲对与该材料的交互作用的单个影响(例如，所造成的破裂的大小)。这种影响不仅取决于脉冲持续时间和\或能量，而且取决于连续脉冲之间的时间延迟。全部这些因素的同时可调节性受限于如上所述的现有技术系统。对于像玻璃一样的相应具体材料来说，最优化(就更有效而言)设置是困难的，甚或不能实现。
发明内容
因此，本发明的一目的是，提供一种克服上述缺点的改进激光系统。
本发明的另一目的是，提供一种通过最优化激光参数，具体地，通过在材料处更有效地产生加工效果来使能更快速加工材料的激光系统。
这些目的通过实现独立权利要求书的特征来实现。按另选或有利方式进一步开发本发明的特征在相关专利权利要求书中进行了描述。
本发明总体上涉及一种用于生成从放大的激光辐射提取的一系列突发脉冲的方法。提取该突发脉冲使用光电系统(具体地，普克尔斯盒系统)，而且仅通过该该系统的一个单一开关序列来实现。该光电系统优选地设置在激光谐振器中，并且被操作用于通过在激光谐振器内部循环并且与泵浦激光介质交互作用来保持放大的激光，例如，激光脉冲。另选的是，生成激光脉冲突发可以利用包括根据现有技术已知的普克尔斯盒的任何其它种类的合适激光系统的再生激光放大器来进行。
一般来说，采用普克尔斯盒形式的光电系统可以被视为电压控制波片，其中，双折射的值可以以电子方式来调节，以生成希望相位延迟，具体地，有关s和p偏振光。这种双折射成比例于所施加电场。
普克尔斯盒的原理功能在下面进行了示例性描述。普克尔斯盒在向该盒施加电压时，例如通过造成发送光束的正交偏振分量(部分)的相位延迟，使能改变该射束的偏振。
在没有施加场的情况下，在该光束的正交偏振分量之间的相位延迟方面不存在差异，因为折射率对于偏振方向来说相同，所以该发送光中不存在偏振变化。然而，施加电场产生彼此按90度的快轴和慢轴。针对具有沿这两个方向的偏振部分的射束的速度差，随着电压施加，延迟了一个偏振分量相对于另一个的相位，由此，改变射出射束的偏振状态。
该相对相位延迟Φ由以下表达式给出：
这里，Δn是双折射率(针对光的两个偏振的折射率之差)，L是晶体长度，而λ是波长。
具有沿正交方向的偏振方向的光的射出强度取决于Δn的大小。对于按45°向普克尔斯盒的快轴和慢轴投射的线性偏振光来说，具有和入射光相同的偏振方向的发送强度(其是将通过平行偏振器发送的强度)通过针对T||的表达式给出；通过交叉偏振器发送的强度通过针对T⊥的表达式给出：
一般来说，发送光以椭圆方式偏振。对于在延迟Φ为π/2，或者四分之一波长值时的特定情况来说，发送光以圆形方式偏振；当延迟Φ为π(其是半波延迟值)时，发送光的偏振被旋转90°。涉及针对普克尔斯盒的电场的感应折射率变化Δn的表达式具有以下形式：
其中，rij是光电系数，E是随着一施加电压V的施加而由晶体经历的电场，而n0是寻常折射率。对于例如与BBO普克尔斯盒一起使用的横向配置来说，E＝V/d，其中，V是施加电压，而d是电极间隔。在半波电压Vλ/2，相位延迟Φ等于π，并由此：
应注意到，针对横向场普克尔斯盒的半波电压成比例于d/L，即，电极间距除以晶体长度。对于纵向普克尔斯盒来说，半波电压独立于晶体长度。
本发明涉及一种用于利用激光组件(具体地，激光谐振器或再生放大器)来生成一系列激光脉冲(激光脉冲突发)的方法。该激光组件包括至少两个反射部件。具体地，其中一个反射部件可以关于一限定的波长部分透明，例如，关于泵浦光部分透明，并且可以在激光组件(谐振器)内部反射放大的激光的一波长。另选的是或者另外，其中一个反射部件可以采用偏振选择部件的形式，具体地，偏振分束器立方体或薄膜偏振器，以从该组件提取至少一部分激光辐射。
该激光组件还包括激光介质和光电调制器，具体地，普克尔斯盒，以提供偏振和/或相位的电压控制变化。
该光电调制器和激光介质具体设置在两个反射部件之间，由此提供谐振器。换句话说，该反射端部件，例如，(半透明)镜子，构建另外包括激光介质的激光谐振器。该光电调制器可以按这样的方式设置在谐振器内，即，在谐振器内循环的光在每一次循环时都穿过普克尔斯盒。
该激光介质例如可以被具体实施为掺镱或掺钕激光介质，像掺镱钨酸盐(例如，Yb:KYW或Yb:KGW)或掺钕钒酸盐(例如，Nd:YVO4)。
所述方法包括以下步骤：按光放大模式操作所述激光组件，即，通过向所述光电调制器施加放大电压，并由此以限定的循环时间(例如，根据折射端部件之间的(光学或几何)距离来限定)，在所述激光组件中提供引入的种子激光脉冲的循环，并且在每一次循环期间因与所述激光介质交互作用而放大所述种子激光脉冲，其中，提供放大的激光脉冲。另外，运行脉冲提取序列，以通过改变(具体为下降或上升)施加至光电调制器的放大电压，来从激光组件提取至少一个激光脉冲。
根据本发明，通过参照所述放大电压施加限定的电压变化，来运行所述脉冲提取序列达限定时段，其中，调节所述电压的变化，使得通过在所述时段内施加中间电压，在所述光电调制器一侧上生成至少一个中间开关状态。所述中间开关状态提供通过所述光电调制器偏振所述放大的激光辐射的特定变化。而且，通过在所述时段结束时施加最终提取电压，在所述光电调制器一侧上生成最终开关状态，具体地，其中，所述中间开关状态不同于所述最终开关状态。换句话说，在切换所述光电调制器的时段内，提供至少一个限定中间和一个最终开关状态，具体地，其中，通过设置在所述中间开关状态下的所述调制器实现的偏振变化不同于通过处于所述最终开关状态的所述调制器实现的偏振变化。
另外，调节所述电压的变化，以使关于所述放大的激光脉冲的至少一个相应中间循环，提供所述放大的激光脉冲与所述光电调制器的至少一个中间交互作用，其中，所述光电调制器处于所述至少一个中间开关状态(即，将所述中间电压施加至所述调制器)。关于所述放大的激光脉冲的、接续所述至少一个中间循环的一循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述最终开关状态的所述光电调制器的最终交互作用。
具体地，调节所述最终开关状态，以使(所述放大的激光脉冲的)全部(剩余部分)放大的激光通过所述光电调制器来实现，以使改变所述偏振，以使所产生的偏振状态满足限定总提取标准。据此，所有剩余放大的激光脉冲可通过施加所述最终开关状态来从所述激光组件提取。
换句话说，在所述光电调制器处于非放大和非最终开关状态(中间开关状态)期间，出现所述循环激光与所述光电调制器的至少一个交互作用，而当所述光电调制器处于最终开关状态时，出现所述循环激光与所述光电调制器的另一交互作用。在所述最终开关状态下的交互作用直接接续所述中间开关状态下的所述至少一个交互作用而提供，即，伴随所述组件中的所述激光的下一(接连)循环，具体地，其中，全部从所述组件提取循环脉冲光。
从而，根据所述放大的激光脉冲在每一个循环与处于相应开关状态的所述光电调制器的所述交互作用，来提取一系列(突发)的至少两个激光脉冲。
通过所述时段限定所述脉冲提取序列，在该时段内，提供所述电压变化，直到(包括)达到所述最终电压(例如，0V)为止。所述电压变化可以采用电压下降或电压上升的形式，具体包括相应斜率和/或梯阶(跳变)。
根据本发明一优选实施方式，所述激光组件包括偏振选择部件。所述偏振选择部件由此可以由偏振分束器立方体或薄膜偏振器构成。具体地，所述偏振选择部件可以(与所述激光介质一起)设置在所述两个反射部件之间，或者可以被设计为所述反射部件之一。优选的是，所述偏振选择部件按这样的方式设置，即，其完全发送一个偏振(例如，p偏振)，并且完全反射对应垂直偏振(例如，s偏振)。
因此，由于所述放大的激光脉冲例如与所述普克尔斯盒(光电调制器)和所述偏振选择部件的交互作用，因而，仅(所述脉冲的)所述放大的激光的一部分通过所述偏振选择部件断开，以使满足限定提取需求。所述放大的激光的未断开的剩余部分保持在所述激光组件中循环。
这种提取方法提供了具有相当小的脉冲至脉冲延迟的一系列脉冲，例如，该延迟对应于所述放大的激光在所述谐振器内部的循环时间，并由此，使能发送具有基本上对应于要利用这些脉冲加工的材料的应力松弛时间的小延迟的两个或更多个连续脉冲。结果，该突发脉冲在要加工的材料处造成显著更大的影响(例如，破裂)。
具体地，所述循环放大的激光脉冲的所述放大的激光的所述偏振，通过随着(所述放大脉冲的)每一个循环，与处于中间(或最终)开关状态的所述光电调制器交互作用来改变，以使所述放大光的所产生的偏振满足限定的提取标准，具体为限定偏振状态。例如，所述(椭圆或圆形偏振)激光脉冲的s偏振部分受所述偏振选择部件影响(反射)，并由此从所述激光组件提取。所述放大的激光的一部分(例如，P偏振部分)不受所述偏振选择部件影响(发送)，仍保持在所述激光组件中循环。所述放大的激光的具有因所述光电调制器的中间或最终开关状态而改变的偏振的发送部分与反射部分之间的比率可通过针对所述光电调制器的所施加电压来调节，其中，所述光电调制器的双折射效果可以因此加以调节。
根据本发明的方法具体提供了所述光电调制器在存在所述中间或最终开关状态下，与所述放大的激光脉冲的交互作用，以使提供具有改变的偏振状态的所述放大的激光脉冲，其中，所述改变的偏振状态根据至少两个偏振部分的比率来限定，所述比率取决于所施加的所述中间电压。这些部分之一可以对应于通过所述激光组件的提取部件所提供的提取效果。
根据本发明，所述放大的激光脉冲的一部分(随着通过所述光电调制器按限定方式改变偏振，即，因中间或最终开关而改变偏振)基于所述放大的激光脉冲的激光的偏振敏感分裂来提取(例如，通过偏振分束器)，具体地，其中，提取所述至少两个偏振部分中的一个。
关于本发明，具体地，通过施加所述放大电压(取决于所述激光组件的设计的栅电压或零电压)而在所述激光组件中引入种子激光脉冲，其中，所述激光介质利用泵浦光(例如，通过激光二极管)泵浦，并且所引入的种子激光脉冲在穿过所激活的激光介质时按每一个循环放大。所述种子激光脉冲可以通过借助于所述偏振分束器反射传入脉冲而引入到所述激光组件中。所述种子激光脉冲还可以包括特定偏振方向。
而且，根据本发明另一实施方式，在所述激光组件内，同步化所施加的限定的电压变化(下降或上升)与传播的所述放大的激光脉冲，以使在所述至少一个中间开关状态期间，所述放大的激光脉冲与所述光电调制器(例如，普克尔斯盒)交互作用。这种自适应用于普克尔斯盒的开关步骤可以分别通过由控制单元或驱动器所提供的触发信号来提供。
由此，所述光电调制器的双折射的单个状态可以在所接收与所述放大的激光脉冲经过所述光电调制器时的时刻对应地诱发。
根据本发明一特定实施方式，因所述放大的激光脉冲与处于第一中间开关状态的所述光电调制器交互作用，而提取所述一系列(突发)的至少两个激光脉冲中的第一脉冲，并且因所述放大的激光脉冲与处于第二中间开关状态的所述光电调制器交互作用，而提取所述一系列(突发)的至少两个激光脉冲中的第二脉冲，具体地，其中，在所述激光组件中，针对所述传播的所述放大的激光脉冲在时间上调节所述电压变化。
在根据本发明的方法的背景下，关于电压施加，所述放大电压可以对应于所述光电调制器的栅电压，具体地，λ/4电压，或者对应于零电压。而且，所述电压变化可以采用电压下降或电压上升的形式，具体包括电压跳变和/或限定斜率。具体地，所述放大电压和/或所述电压变化取决于所述激光组件的设计。
根据本发明，关于设置要施加的电压变化，可以针对所述电压变化限定电压参数的集合，所述电压参数例如限定针对所述电压变化的斜率和/或所述时段的时间扩展。
具体地，所述电压参数按这样的方式限定，即，使得·所述时段的所述时间扩展对应于所述激光组件中的所述放大的激光脉冲的至少所述循环时间，具体对应于所述循环时间的倍数，以提供至少两个中间激光脉冲。示例性地，所述时间扩展处于10ns至200ns的范围中，具体地，在15ns至100ns的范围中，其中，这种值主要取决于所述激光谐振器的设计和相关循环时间。
另外或另选的是，所述电压参数可以按这样的方式来限定，即，针对所述电压变化的斜率较浅(轻微)，具体地，分别处于每纳秒0.0V至15V或者每循环0.0V至250V的范围中。
换句话说，与开关根据现有技术的普克尔斯盒相反，这里，该开关过程在时间上扩展并修改，以便提供更长的开关时段(提供该普克尔斯盒的中间偏振/开关状态，而不是尽可能快地集中于开关普克尔斯盒的状态。
根据本发明一特定实施方式，所述脉冲提取序列包括至少两个电压改变区段(区域)，其中每一个都限定所述电压变化的、提供特定脉冲参数的限定过程，具体地，脉冲峰值功率，具体地，其中，所述电压变化的过程在所述至少两个电压变化区域上限定改变，具体针对单个斜率和持续时间。
在所述光电调制器处的这种电压变化调节例如提供生成(射出)许多单个突发脉冲，其中每一个都具体关于其脉冲能量而加以调节。
本发明还涉及一种用于生成一系列激光脉冲的激光组件，具体地，激光谐振器或再生激光放大器，在该激光组件中设置放大的激光脉冲的限定的循环时间。该激光组件包括至少两个反射部件，具体地，其中，其中至少一个可以针对泵浦光的波长部分透明(并且在所述谐振器中反射放大的激光)，和具体为一体式构造的激光介质，其可以在结构上与一个所述反射部件组合。而且，所述组件包括光电调制器，具体地，普克尔斯盒，以提供偏振和/或相位的电压控制变化(调制)，并且用于通过改变施加至所述光电调制器的放大电压来从所述激光组件提取激光(并由此，按不同方式影响所述放大的激光脉冲的偏振)。而且，所述激光组件包括用于向所述光电调制器提供限定的电压并由此驱动所述光电调制器的电路，和控制单元，该控制单元至少用于按使得将所述限定的电压施加至所述光电调制器的这种方式来控制开关所述电路。
根据本发明，所述控制单元和所述电路被协作地实现，以使所述电压可根据一限定脉冲提取序列而施加至所述光电调制器，所述脉冲提取序列包括针对一限定时段参照所述栅电压的限定的电压变化。具体地，所述电压变化包括在所述时段内的电压下降或上升，和/或相应斜率和/或电压跳变。由此，其中，调节所述电压随着时间的变化，使得通过在所述时段内施加中间电压，在所述光电调制器一侧上生成至少一个中间开关状态。所述中间开关状态提供通过所述光电调制器偏振所述放大的激光辐射的特定变化。另外，通过在所述时段结束时施加最终提取电压，在所述光电调制器一侧上生成最终开关状态。换句话说，在开关所述光电调制器的所述时段内，提供至少一个限定中间和一个最终开关状态。
另外，调节所述电压的变化，以使关于所述放大的激光脉冲的至少一个相应中间循环，提供所述放大的激光脉冲与所述光电调制器的至少一个中间交互作用，其中，所述光电调制器处于所述至少一个中间开光状态下。关于所述放大的激光脉冲的、接续所述至少一个中间循环的一循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述最终开关状态的所述光电调制器的最终交互作用。
据此，根据所提供的所述放大的激光脉冲在相应循环与处于相应开关状态的所述光电调制器(例如，普克尔斯盒)的所述交互作用，可提取一系列(突发)的至少两个激光脉冲。
有关与根据本发明的激光组件一起使用的电路，所述电路可以包括三个开关，两个电源以及一可变限流器。
而且，所述光电调制器可以按这样的方式连接至所述电路，即，利用诱发对所述光电调制器充电的第一开关步骤，和利用提供至少经由所述可变限流器控制所述调制器(普克尔斯盒)的放电(电压下降)的第二开关步骤。
具体地，至少所述开关和所述可变限流器可以通过所述控制单元来控制，以使按限定方式将电压下降施加至普克尔斯盒，并且所述电压下降的斜率和/或所述电压下降的时间扩展具有限定方式，即，可以通过所述控制单元的相应设置来限定。
优选使用电流源根据现有技术已知，例如，从U.Tietze和Ch.Schenk的“Halbleiter-Schaltungstechnik”,Springer,13thEdition,p.774的已知。
根据本发明一特定实施方式，所述控制单元和所述电路被协作地实现成，在执行所述脉冲提取序列时，改变所述放大的激光脉冲的所述放大的激光的初始偏振状态，以使所产生的偏振满足限定的提取标准，具体地，其中，所述提取标准至少通过所述偏振选择部件来限定，并且将所述放大的激光脉冲的一部分限定成为从所述激光组件射出。另外，在中间和/或最终开关状态期间，因所述放大的激光脉冲与所述光电调制器的交互作用，而可以提供初始偏振状态至提取偏振状态的改变。
根据本发明一优选实施方式，所述激光组件包括偏振选择部件，具体地，偏振分束器，该偏振选择部件用于来自所述放大的激光辐射的激光的偏振敏感提取，具体地，其中，所述偏振选择部件用所述两个反射部件中的一个来具体实施。例如，所述偏振分束器提供反射s偏振光和发送p偏振光。
本发明还涉及一种包括存储在机器可读介质上的程序代码或者通过包括程序代码段的电磁波来具体实施的计算机程序产品，该计算机程序产品具有计算机可执行指令，具体地，该计算机可执行指令被实现成，当在如上所述的激光组件的控制单元上运行时，运行根据如上所述的方法的一实施方式的脉冲提取序列，具体地，其中，所述计算机程序产品通过可编程逻辑来提供或者被实现为硬布线逻辑。
附图说明
下面，参照附图中示意性地示出的工作例，完全通过实施例的方式，对根据本发明的方法和装置进行更详细描述或说明。具体地，
图1a至1b示出了根据本发明的包括光电调制器的激光组件的实施方式；
图2示出了根据本发明的用于驱动普克尔斯盒的电路的实施方式；
图3示出了根据本发明的用于开关普克尔斯盒的开关图，其描绘了开关点和相应导致的电位变化；
图4示出了根据本发明的、通过普克尔斯盒的一个单一开关序列来从激光组件中提取三个激光脉冲的过程；
图5示出了根据本发明的普克尔斯盒在利用所提取脉冲和放大一循环脉冲的背景下的另一示例性操作；以及
图6示出了根据本发明的普克尔斯盒利用施加至该盒的上升电压的另一示例性操作。
具体实施方式
图1a(示意性地)示出了根据本发明的激光组件10的一实施方式。这里，激光组件10被具体实施为光学再生放大器。该组件10包括：隔离器11(例如，法拉第隔离器)、第一偏振部件12(例如，半波(λ/2)片)、偏振分束器13、第二偏振部件14(例如，四分之一波(λ/4)片)、光电调制器15(例如，普克尔斯盒)、反射端部件16(例如，HR镜)、具有半透明涂层的激光介质17(例如，Yb:钨酸盐晶体)，以及泵浦光源18(例如，激光二极管)。
如可以看出，该光电调制器15沿激光谐振器内的射束路径设置，该谐振器由第一反射端部件16和激光介质17处的涂层限定，该涂层提供放大的激光辐射的反射(即，针对所产生的放大的激光的波长)，和有关泵浦光的发送。另选的是，代替施加至激光介质17的涂层，可以将一空间分离反射部件设置在泵浦光源18和激光晶体17之间(参见图1b)。激光在谐振器内的循环时间由此根据反射端部件16与激光介质17一侧上的涂层或分离反射部件处的反射点之间的距离来限定。
下面给出了有关如所示的激光组件10的工作原理的示例性描述。
具有p偏振20的激光束(例如，种子激光脉冲)被引导通过隔离器11和第一偏振单元12，由此，旋转该激光束的偏振，以使该激光束包括s偏振。分束器13反射s偏振光，并由此将光引入腔(谐振器)中。接下来，该激光经过第二偏振部件14，其提供激光的圆偏振。
接着，该激光传播通过光电调制器15。随着光电调制器15断开(即，将零电压施加至盒15)，盒15被视为不影响偏振的无源部件。该射束在镜子16处反射，并再次传播通过光电调制器15和偏振部件14(例如，四分之一波片)，导致激光的p偏振，并由此发送分束器13。在被激光介质17反射之后，该激光束经过偏振部件14和光电调制器15达第三次，在镜子16处反射，并且经过盒15和偏振器14达第四次。该传播导致激光的s偏振。从而，接着，该激光在分束器13处被反射，并且从激光腔射出，作为(放大的)激光脉冲21。这种过程还被称作(注入的种子激光脉冲的)“双通(doublepass)”。
根据一另选工作原理，光电调制器15主动以限定的电压(U)驱动，例如，通过向盒15施加四分之一波电压((λ/4电压)。所施加电压(开关、放大或栅电压)的量值被具体选择成，使得通过盒15提供双折射。通过这样做，光电调制器15主动影响传播光的偏振，由此，引入的激光脉冲20可以随着在激光每一次循环时调节放大光的偏振而在激光谐振器中被俘获，以使其透过分束器13。
另外，这种俘获激光脉冲随着每一次循环而放大，并且可以通过改变光电调制器的状态而从激光谐振器射出。这通常通过将盒处的电压缩减至零电压来实现，其再次导致光电调制器成为无源部件。放大的激光脉冲可以在需要时通过这种开关而从谐振器射出。
现在，为了开关光电调制器15，根据本发明，针对施加至光电调制器15的放大(栅极)电压，施加根据限定的电压曲线的电压变化(在此：电压下降)。
根据该电压曲线，电压下降从施加至调制器15的初始放大电压开始施加，其具体对应于用于“接通”盒15的栅电压。
该电压下降限定了电压随时间的特定相加，即，针对该电压的特定斜率和/或跳变。分别限定随时间的电压下降和斜率，以使该斜率的量值较低(与根据现有技术的电压下降相比，其中，该下降被实现得尽可能陡，以便提供用于提取一个激光脉冲的快速开关)。
作为在光电调制器15处随着时间施加这种限定相对较轻微的电压下降的结果，光电调制器15针对下降的持续时间提供中间开关状态(至少一个)。由此，提供激光，其中，仅循环(在谐振器中)激光的一部分在经过分束器13并被反射(和提取)时包括s偏振。该激光的其余部分仍保持在谐振器中运行。
针对该电压下降的时段，即，提取序列的持续时间(电压下降或上升和/或轻微下降的电压斜率)被调节成该激光在谐振器内的循环时间。该过程通过使用一个单一开关序列，来提供从放大的激光辐射中提取至少两个子激光脉冲(突发脉冲)。这意味着，不仅因开关盒15而造成的单一激光脉冲通过开关过程提取(即，通过施加电压下降)，而且更大数量的脉冲可从该腔中提取。
因通过放大的激光与处于中间开关状态的调制器的交互作用所诱发的偏振变化而提取至少第一子脉冲(突发脉冲)；因与处于最终开关状态的调制器的交互作用而提取第二(最终)子脉冲。那些开关状态彼此不同，并且具体提供针对涉及所致偏振变化的交互作用激光的不同影响。
通过针对其斜率、相应电压跳变以及持续时间调节电压下降，甚至可以从该腔中接连地提取两个以上的子脉冲。
而且，通过分别调节斜率，可以限定例如从脉冲至脉冲的脉冲能量的变化。为了这样做，该提取序列可以实现为包括具有另选斜率和/或电压的至少两个不同的电压变化(下降)区段。
图1b示出了本发明的、采用具有两个反射部件16、26、激光介质17以及普克尔斯盒15的激光谐振器形式的另一实施方式。放大的激光辐射(激光脉冲)在谐振器内部循环，其中，将限定栅极(放大)电压施加至普克尔斯盒15。
为了提取突发激光脉冲，即，生成突发模式，通过以下步骤来驱动普克尔斯盒15：在该普克尔斯盒15处施加限定的轻微电压下降，并由此提供循环激光的这种偏振变化，以使光的第一部分仍继续在谐振器中循环，其中，辐射的剩余部分例如因与偏振分束器交互作用而从组件射出。
图2示出了根据本发明的用于驱动普克尔斯盒的电路的实施方式。该电路包括两个高电压源31、32、三个开关33、34、35以及可变限流器36。而且，设置了与普克尔斯盒(或任何其它合适的光电调制器)的连接部37，其充当激光谐振器内部的电压控制波片。控制单元(未示出)在功能上连接至该电路，以便至少触发开关和/或限定针对可变限流器36的设置。
针对按放大模式驱动谐振器，要施加与λ/4电压相对应的、有关施加电压与高电压源31、32的电位差，以便在每一次循环时，提供在谐振器中循环的激光的相应的偏振变化。
该电路和控制单元互连，以使借助于两个高电压源31、32，可同时生成两个高电压输出脉冲。如所示，普克尔斯盒连接至两个高电压源31、32，以接收两个电压脉冲之差。
下面，结合图2和3，对根据本发明的方法的一实施方式进行描述。为了仅通过普克尔斯盒的一个开关过程来诱发生成至少两个激光脉冲，开关33和34在时间T0闭合，其中，开关35处于打开位置(未完成)。通过这样做，将放大电压(在此：栅电压，λ/4电压)施加至普克尔斯盒，并且普克尔斯盒充电直到获取最终充电状态(T1)为止。
接着，在时间T2，开关33和34打开，而开关35完成。结果，普克尔斯盒的第一电极直接接地(通过开关35完成针对所示接地的电气连接)。另一方面，普克尔斯盒的第二电极经由可变限流器36放电，其中，第二电极的电荷缓慢地且按控制方式放电。在普克尔斯盒处的所得(总)电压曲线的过程，而且特别是其梯度斜率(T2与T3之间)取决于可变限流器36的调节。
因此，根据本发明，可变限流器36的存在和调节在普克尔斯盒处提供了轻微的电压下降，并由此，从离开谐振器的循环激光脉冲提取至少两个激光脉冲。
限定从T2至T3(或T4，相应地)的时段，以使其大于放大的激光与普克尔斯盒交互作用的时间，而且根据要提取的中间脉冲的数量，小于激光在谐振器中的循环时间，以提供一个中间脉冲，或者小于其倍数，以提供更多中间脉冲，其中，提供了循环激光脉冲与普克尔斯盒的至少两次交互作用，至少一个在中间偏振状态(开关状态)，而一个在最终开关状态(在此：零电压)。
在时段T3至T4，调节限流器36的设置，以使普克尔斯盒处的电压快速下降至零。
图3示出了开关33、34以及35的开关时刻(T0和T2)、可变限流器处随时间的电流(I)、电源31和32(高电压源)的输出电压、以及普克尔斯盒处的所得电压，即，31和32的输出信号的差异。
关于该时段(脉冲提取序列，即，开关序列)的持续时间，该限定持续时间取决于要生成的突发脉冲的数量。
为了生成两个脉冲，该时段短于循环时间，如仅需要将一个单一中间开关状态用于激光的第一次循环，而将最终开关状态用于接续的第二循环。由此，在激光与普克尔斯盒的第一交互作用期间提供中间开关状态，其中，恰好在这种交互作用之后，可以施加将零电压(最终开关状态)，以应用于第二次交互作用。
为了生成三个突发脉冲，该时段的时间扩展必须大于循环时间而小于两倍的循环时间。通过这样做，与激光在谐振器中的相应连续循环相对应地提供激光与两个中间状态的两次交互作用。
一般而言，时段的持续时间(t)、要利用中间开关状态来提供的交互作用的数量(nis)以及循环时间(tc)的相互关系通过以下给出：
nis·tc＞t＞(nis-1)·tc。
图4示出了根据本发明的激光组件在通过普克尔斯盒的一个单一开关序列提取三个激光脉冲时的行为。
在顶部，示出了普克尔斯盒41处的随着时间的电压，该电压包括根据本发明限定的电压下降40。这种总电压通过使用特定电路(相应地，包括相应驱动器或控制单元)和相应的触发该电路的开关步骤来生成。
在总电压41下面，生成的三个激光脉冲42，其通过循环激光脉冲在谐振器中的交互作用来产生，示出了普克尔斯盒和偏振选择部件。借助于普克尔斯盒的开关和变化偏振状态的持续时间来给出电压下降40的开始与第一脉冲的提取之间的限定延迟。
在底部，描绘了在激光谐振器43中循环的激光脉冲的生成和放大。针对该循环激光脉冲的幅度，可以看出通过每一次循环的放大，其中，只要第一激光脉冲从循环激光中被提取，该幅度就降低，并由此，提取循环脉冲的一部分功率。
根据曲线42的所提取激光脉冲基本上具有相同峰值功率。这分别通过初始电压下降的相应设置和电压下降的斜率来提供。
谐振器内部的激光脉冲的循环时间对应于用曲线43表示的脉冲信号的距离最大值。该突发脉冲的重复频率取决于放大的激光的循环时间。
根据本发明一具体实施方式，电压变化(根据曲线41)的斜率被设置成为处于0V/RT至250V/RT的范围中(RT＝往返行程或循环)。
图5示出了激光组件的(例如，再生放大器的)普克尔斯盒在利用所提取脉冲和放大一循环脉冲的背景下的另一示例性操作。
与图4的实施方式相比，在所得提取脉冲方面，存在两个主要差别。首先，在此，从该放大脉冲提取了突发的四个脉冲和未突发的三个脉冲(参见曲线42')。第二，所提取脉冲的峰值功率改变(还参见曲线42')。此外，由于开始提取突发脉冲，所以可以看出所测量的循环脉冲的幅度降低(曲线43')。
通过比较图4和5(曲线41和41')的电压下降，可以看出，根据曲线41'的电压下降的时间扩展(参照通过曲线43'的所记录脉冲信号的时间间隙所表示的循环时间)和有关该电压下降的斜率的差异更大。作为这种更长下降时间和相应调节斜率的结果，可以通过一个开关序列提取四个突发脉冲，其中，可以因此调节所提取脉冲的相应的峰值功率。这种电压下降调节例如可以通过根据图2的电路来提供，其中，选择利用可变限流器和开关时刻的相应设置。
放大脉冲提取序列的时间扩展，导致循环激光与普克尔斯盒的更大数量的交互作用，其在每一次交互作用处理时包括提供激光的限定偏振变化的开关状态。
具体地，如还可以在图5中看出的，该脉冲提取序列包括至少两个下降区段，其中每一个都利用有关这些区段内的特定电压跳变和/或斜率以及电压变化的限定持续时间来限定。
图6示出了激光组件的(例如，再生放大器的)普克尔斯盒在利用所提取脉冲和放大一循环脉冲的背景下的另一示例性操作。与图4和5形成对比，在此，不是将电压下降而是将电压上升施加至普克尔斯盒，其因激光组件本身的对应不同设计而提供生成许多突发脉冲。循环激光的特定偏振变化通过增加所施加电压来实现，其中，调节增加电压的斜率，以使因普克尔斯盒的相应中间开关状态而提取两个激光脉冲，而由于与处于最终(充电)状态的盒的交互作用来提取第三脉冲，全部三个脉冲以基本相同的特性(例如，功率)生成。
尽管上面例示了本发明，但部分参照一些具体实施方式，必须明白，可以制成这些实施方式的不同特征的许多修改例和组合，并且这些不同特征可以与根据现有技术已知的激光组件和/或脉冲激光系统相组合。
Claims (15)
1.一种用于利用激光组件(10)、具体地利用激光谐振器或再生放大器来生成一系列激光脉冲的方法，所述激光组件(10)至少包括：
·两个反射部件(16、26)，具体地，其中一个反射部件关于限定的波长部分透明；
·激光介质(17)；以及
·光电调制器(15)，具体地，普克尔斯盒(15)，该光电调制器用于提供偏振和/或相位的电压控制变化，
该方法包括以下步骤：
·通过以下方式按光放大模式操作所述激光组件(10)：向所述光电调制器(15)施加放大电压，并由此以限定的循环时间在所述激光组件(10)中提供引入的种子激光脉冲的循环，并且在每一次循环期间因与所述激光介质(17)交互作用而放大所述种子激光脉冲(20)，其中，提供放大的激光脉冲，以及
·通过改变施加至所述光电调制器(15)的所述放大电压来运行用于从所述激光组件提取至少一个激光脉冲(21)的脉冲提取序列，
其特征在于
通过参照所述放大电压施加限定的电压变化(40)来运行所述脉冲提取序列达限定时段，其中，调节所述电压的变化，使得
·通过在所述时段内施加中间电压来在所述光电调制器(15)一侧上生成至少一个中间开关状态，所述中间开关状态由所述光电调制器(15)提供所述放大的激光辐射的偏振的特定变化，
·通过在所述时段结束时施加最终提取电压来在所述光电调制器(15)一侧上生成最终开关状态，
·针对所述放大的激光脉冲的至少一个相应的中间循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述至少一个中间开关状态的所述光电调制器(15)的至少一个中间交互作用，以及
·针对所述放大的激光脉冲的、接续所述至少一个中间循环的循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述最终开关状态的所述光电调制器(15)的最终交互作用，
以使根据所述放大的激光脉冲在每一个循环与处于相应开关状态的所述光电调制器(15)的所述交互作用来提取一系列的至少两个激光脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
通过利用每一个循环与处于中间开关状态和/或最终开关状态的所述光电调制器(15)的交互作用来改变所述循环放大的激光脉冲的所述放大的激光的所述偏振，以使所产生的偏振满足限定的提取标准。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于
所述光电调制器(15)在存在所述中间开关状态或最终开关状态的情况下与所述放大的激光脉冲交互作用，以提供具有改变的偏振状态的所述放大的激光脉冲，其中，根据至少两个偏振部分的比率来限定所述改变的偏振状态，所述比率取决于所施加的所述中间电压。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，
其特征在于
基于所述放大的激光脉冲的所述放大的激光的偏振敏感分裂来提取所述放大的激光脉冲的一部分，具体地，其中，提取所述至少两个偏振部分中的一个。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，
其特征在于
在所述激光组件内，将所述限定的电压变化的所述施加与所述放大的激光脉冲的传播同步化，以使在所述至少一个中间开关状态期间所述放大的激光脉冲与所述光电调制器(15)交互作用。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，
其特征在于
·因所述放大的激光脉冲与处于第一中间开关状态的所述光电调制器(15)交互作用，而提取所述一系列的至少两个激光脉冲中的第一脉冲，以及
·因所述放大的激光脉冲与处于第二中间开关状态的所述光电调制器(15)交互作用，而提取所述一系列的至少两个激光脉冲中的第二脉冲，
具体地，其中，在所述激光组件中，针对所述放大的激光脉冲的所述传播在时间上调节所述电压变化(40)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，
其特征在于
所述放大电压对应于
·所述光电调制器(15)的栅电压，具体地，λ/4电压，或者
·零电压，
和/或
·所述电压变化采用电压下降或电压上升的形式，具体包括电压跳变，
具体地，其中，所述放大电压和/或所述电压变化取决于所述激光组件(10)的设计。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，
其特征在于
针对所述电压变化(40)限定电压参数的集合，所述电压参数限定针对所述电压变化的斜率和/或所述时段的时间扩展。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于
所述电压参数按这样的方式限定，即，使得
·所述时段的所述时间扩展对应于所述激光组件中的所述放大的激光脉冲的至少所述循环时间，具体对应于所述循环时间的倍数，以提供至少两个中间激光脉冲，和/或
·针对所述电压变化的所述斜率相对较浅，具体地，处于每循环0V至250V的范围中。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，
其特征在于
脉冲提取序列包括至少两个电压改变区域，其中每一个电压改变区域都限定所述电压变化(40)的、提供具体地为脉冲峰值功率的特定脉冲参数的限定过程，具体地，其中，所述电压变化的过程在所述至少两个电压变化区域上限定了改变。
11.一种用于生成一系列激光脉冲的激光组件(10)，具体地是激光谐振器或再生激光放大器，在该激光组件(10)中设置放大的激光脉冲的限定的循环时间，并且该激光组件包括至少以下各项：
·两个反射部件(16、26)，具体地，其中，至少一个反射部件针对泵浦光的波长部分透明；
·激光介质(17)；
·光电调制器(15)，具体地，普克尔斯盒(15)，该光电调制器用于提供偏振和/或相位的电压控制变化，并且用于通过改变施加至所述光电调制器(15)的放大电压来从所述激光组件(10)提取激光；
·电路，所述电路用于向所述光电调制器(15)提供限定的电压并由此驱动所述光电调制器(15)；以及
·控制单元，所述控制单元至少用于按使得将所述限定的电压施加至所述光电调制器(15)的方式来控制开关所述电路，
其特征在于
所述控制单元和所述电路被协作地实现，以使所述电压能够根据限定的脉冲提取序列而被施加至所述光电调制器(15)，所述脉冲提取序列包括针对限定时段参照所述放大电压的限定的电压变化(40)，其中，调节所述电压的变化，使得
·通过在所述时段内施加中间电压，在所述光电调制器(15)一侧上生成至少一个中间开关状态，所述中间开关状态通过所述光电调制器(15)提供所述放大的激光辐射的偏振的特定变化，
·通过在所述时段结束时施加最终提取电压，在所述光电调制器(15)一侧上生成最终开关状态，
·针对所述放大的激光脉冲的至少一个相应中间循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述至少一个中间开关状态的所述光电调制器(15)的至少一个中间交互作用，以及
·针对所述放大的激光脉冲的、接续所述至少一个中间循环的循环，提供所述放大的激光脉冲与处于所述最终开关状态的所述光电调制器(15)的最终交互作用，
以使根据所述放大的激光脉冲在每一个循环与处于相应开关状态的所述光电调制器(15)的所提供的所述交互作用，能够提取一系列的至少两个激光脉冲。
12.根据权利要求11所述的激光组件，
其特征在于
所述电路包括
·三个开关(33、34、35)；
·两个电源(31、32)；以及
·可变限流器(36)，
具体地，其中
能够由所述控制单元来控制至少所述开关(33、34、35)和所述可变限流器(36)，以使按限定方式将所述电压变化(40)施加至所述光电调制器(15)，并且所述电压变化的斜率和/或所述电压变化的时间扩展具有限定方式。
13.根据权利要求11或12所述的激光组件，
其特征在于
所述激光组件(10)包括具体地是偏振分束器的偏振选择部件(13)，该偏振选择部件用于来自所述放大的激光辐射的激光的偏振敏感提取，具体地，其中，所述偏振选择部件(13)由所述两个反射部件(16、26)中的一个来具体实施。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的激光组件，
其特征在于
所述控制单元和所述电路被协作地实现，使得通过执行所述脉冲提取序列
·改变所述放大的激光脉冲的所述放大的激光的初始偏振状态，使得所产生的偏振满足限定的提取标准，具体地，其中，所述提取标准至少通过所述偏振选择部件来限定，并且将所述放大的激光脉冲的一部分限定成为从所述激光组件射出，
·在所述至少一个中间开关状态和/或所述最终开关状态期间，因所述放大的激光脉冲与所述光电调制器(15)的交互作用，而提供所述初始偏振状态至提取偏振状态的改变。
15.一种包括存储在机器可读介质上的程序代码或者通过包括程序代码段的电磁波来具体实施的计算机程序产品，该计算机程序产品具有计算机可执行指令，具体地，该计算机可执行指令被实现成，当在根据权利要求11至14中的任一项所述的激光组件(10)的控制单元上运行时运行根据权利要求1至10中的任一项所述的方法的脉冲提取序列，具体地，其中，所述计算机程序产品通过可编程逻辑来提供或者被实现为硬布线逻辑。
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