CN106921107A - 来自皮秒光纤激光器的完全可控突发成形的个体脉冲 - Google Patents

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Abstract

一种脉冲成形器，包括：一个种子激光器，被设置成发射激光脉冲；一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号发送到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，其中每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的所述激光脉冲突发内的激光脉冲之间的时间间隔，且该脉冲信号发生器被设置成发送一个脉冲幅度信号，使得该幅度调制器调整每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。

Description

来自皮秒光纤激光器的完全可控突发成形的个体脉冲
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2015年12月28日提交的美国临时专利申请No.62/271,932的权益，该美国临时专利申请以整体引用的方式纳入本文。
技术领域
本领域是光纤激光器中的激光脉冲突发成形(burst shaping)。
背景技术
在最近几年中，用激光对材料进行显微机械加工已经作为一种突破性技术出现。激光机械加工工艺的质量通常取决于如下几个因素，包括激光脉冲持续时间、激光脉冲重复频率、激光脉冲能量以及激光束质量，其中不同的机械加工工艺常常需要上述因素进行变化。各种显微机械加工工艺追求尽可能高效率地处理靶标材料，而不导致不希望的损害或缺陷。以“突发”模式操作的激光器可以提供光学脉冲分组(packet)，其中脉冲间隔开且紧密地在一起，以有助于某些材料的机械加工和处理。然而，突发激光操作可能是不稳定的且可能导致不太理想的结果。因此，仍需要改进的突发模式操作。
发明内容
根据所公开的技术的一个实施例，一个脉冲成形器包括：一个种子激光器(seedlaser)，被设置成发射激光脉冲；一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号发送到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，其中每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的该激光脉冲突发内的激光脉冲之间的时间间隔(temporal spacing)，且该脉冲信号发生器被设置成发送一个脉冲幅度信号，使得该幅度调制器调整每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。
在所公开的技术的另一个实施例中，一种激光脉冲成形方法包括：基于与第一时钟信号相关联的第一脉冲突发信号来生成一个脉冲突发幅度调制信号；基于与第二时钟信号相关联的第二脉冲突发信号来生成一个种子脉冲突发生成信号；基于该种子脉冲突发生成信号来生成至少一个种子脉冲突发；以及用该脉冲突发幅度调制信号来调制所述至少一个种子脉冲突发的至少一个种子脉冲的幅度，以形成至少一个对应的经幅度调制的种子脉冲。
在所公开的技术的又一个实施例中，一种脉冲光纤激光器包括：一个种子激光器；一个控制器，被耦合到该种子激光器且能操作用于使得该种子激光器发射具有脉冲突发特性的脉冲突发中的种子激光脉冲，所述脉冲突发特性包括脉冲突发频率、所述脉冲突发内的种子激光脉冲的数量以及所述脉冲突发内的种子激光脉冲之间的时间间隔；一个声光调制器，被设置成接收并且调整所述脉冲突发内的种子激光脉冲中的至少一个的幅度，以产生对应的经幅度调整的种子激光脉冲突发；以及一个光纤放大器，被设置成接收并且放大从该声光调制器所接收的种子激光脉冲。
从下面参考附图进行的详细描述，前述和其他的目的、特征和优点将变得更加明了。
附图说明
图1是脉冲突发成形的方法的流程图。
图2-图5是激光脉冲突发成形系统的示意图。
图6示出了成形的激光脉冲突发实施例。
具体实施方式
如在本申请和权利要求书中使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”以及“所述(the)”包含复数形式，除非上下文另有明确指示。此外，术语“包含”意指“包括”。另外，术语“耦合”不排除在耦合项之间存在中间元件。
本文中所描述的系统、设备和方法不应被理解为以任何方式进行限制。而是，本公开内容涉及多种公开的实施方案(单独地以及彼此间以各种组合和子组合的方式)的所有新颖的且非显而易见的特征和方面。所公开的系统、方法和设备既不限制于任何具体的方面或特征或其组合，也不需要呈现任何一个或多个具体的优势或解决任何一个或多个具体的问题。任何操作理论都是为了便于解释，但是所公开的系统、方法和设备不限制于这样的操作理论。
尽管为了方便呈现而对一些公开的方法的操作以特定的顺次次序进行了描述，但是应理解，这种描述方式包含了重新布置，除非通过下面陈述的具体的语言要求特定的次序。例如，在一些情况下，顺次描述的操作可以被重新布置或被同时地执行。此外，为了简单起见，附图可能未示出所公开的系统、方法和设备可以与其他系统、方法和设备结合使用的各种方式。此外，本说明书有时使用术语如“产生”和“提供”来描述所公开的方法。这些术语是对执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作将根据特定的实施方式而改变，且可容易被本技术领域的普通技术人员识别。
在一些实施例中，值、程序或设备被称作“最低”、“最好”、“最小”或诸如此类。应理解，这样的描述旨在表明可以在许多所使用的功能性替代方案间进行选择，且这样的选择无须更好、更小或以其他方式优于其他选择。在本文中，描述了多种信号，且多种信号可以用多种通信路径包括点到点的有线路径以及无线路径来提供，以及多种信号可以通过多种拓扑结构诸如串联连接、并联连接或环形连接来提供。如果方便的话，可以通过导电性电子器件、光学互连线或以射频频率或其他频率提供信号。
如在本文中使用的，光学脉冲指由激光源生成的波长在约100nm和10μm之间且典型地在约500nm和2μm之间的电磁辐射。基于可获得的激光二极管源和光纤的实施例通常与在约800nm和1700nm之间的波长相关联。参考光纤对代表性的实施方案进行了描述，但是可以使用具有正方形横截面、矩形横截面、多边形横截面、卵形横截面、椭圆形横截面或其他横截面的其他类型的光学波导，以及自由空间耦合件。光纤通常由被掺杂(或未被掺杂)以提供预定折射率或折射率差的二氧化硅(玻璃)形成。在本文中公开的一些实施例中，波导芯(诸如，光纤芯)掺杂有稀土元素(诸如，Nd、Yb、Ho、Er)或其他活性掺杂剂或其组合。这样的活性掺杂的芯可以响应于光学泵浦或其他泵浦来提供光学增益。如下文所公开的，具有这样的活性掺杂剂的波导可以被用来形成光学放大器，或如果这样的波导被设置有合适的光学反馈(诸如，反射层、镜、布拉格光栅或其他反馈机构)，则可以形成光学振荡器且生成激光发射。光学泵浦辐射可以被布置成在波导内相对于所发射的激光束或所放大的束的传播方向而同向传播和/或反向传播。
在本文中已经发现，由于系统的激光动力学，在不影响分组或突发的形状的情况下，以突发模式操作激光器会产生峰值功率和能量可变的脉冲。此可变性最终可以导致材料处理期间的不一致性和较差的结果，包括生产损耗。此可变性通过本文中不同的实施例被克服，本文中不同的实施例能够用预定脉冲幅度、脉冲间隔以及脉冲数量的皮秒脉冲光纤激光器的个体脉冲来完全控制脉冲突发的形状。
参考图1，方法100针对生成具有预定特性的激光种子脉冲。在方法动作102处，通过微控制器单元、微处理器或其他器件提供一个本地时钟信号。在一些实施例中，可以提供一个外部时钟。在方法动作104处，基于该本地时钟信号创建一个预定持续时间的声光调制器(AOM)突发包络(或门)。该AOM突发包络的持续时间通常与AOM进行调制以调整种子脉冲特性的持续时间对应。在一些实施例中，该突发包络具有更长的持续时间，以提供合适的灵活性用于使脉冲数量变化或提供其他脉冲突发变化，诸如，通过提供前置(leading)或后置(trailing)时间缓冲器(temporal buffer)以用于对准的目的或以与其他部件(诸如，泵浦源或检测系统)交互。邻近方法动作104示出了AOM突发包络105的一个实施例。在方法动作106处，该AOM突发包络被修改成具有与该突发包络中的相邻种子脉冲之间的时间的持续时间(例如，脉冲周期)相关联的突发频率。邻近方法动作106示出了经修改的AOM突发包络107的一个实施例，该经修改的AOM突发包络包括六个近似50％的占空比的、20ns持续时间的突发循环。在方法动作108处，该AOM突发包络具有一个幅度轮廓，该幅度轮廓被调整以对应于该包络中的每个种子脉冲的不同的幅度。在一个实施例中，经幅度-调整的AOM突发包络109包括六个相邻的、近似20ns持续时间的AOM水平，所述AOM水平对应于种子脉冲特性的调制。在方法动作110处，基于经修改调整的突发包络来驱动AOM。
在方法动作112中，响应于在102处提供的本地时钟信号，一个与该AOM的响应时间相关联的预定延迟被施加到该(或该相同的)本地时钟信号的一个副本。例如，一个AOM响应时间可以在100ns的量级上，这是由于声学延迟且这取决于该AOM的特性(诸如，AOM灵敏度)以及通过该AOM传播的种子脉冲的特性(诸如，种子脉冲直径)。在一个实施例中，一个AOM响应时间是近似161ns且一个对应的预定延迟近似相同。在方法动作114处，基于该本地时钟信号且用一个与该AOM突发包络的持续时间总体上对应的包络持续时间来创建一个种子脉冲突发包络(或门)。在典型的实施例中，该持续时间短于该本地时钟信号的周期，尽管在一些实施方案中，该持续时间是更长的。在一些实施方案中，合适的包络持续时间在不到一纳秒到数十或数百纳秒的量级上。在方法动作116处，该种子脉冲突发包络被修改成具有一个种子脉冲突发频率，该种子脉冲突发频率与该种子脉冲突发包络内的脉冲到脉冲时间间隔总体上对应。在方法动作118处，基于经修改的种子脉冲突发包络，用一个激光源(诸如，二极管激光器)生成经延迟的种子脉冲119，以形成一个种子脉冲突发分组。
通过在方法动作112处施加的预定延迟使在方法动作110处经驱动的AOM和在方法动作118处所生成的经延迟的种子脉冲119同步，使得可以在方法动作120处调制经延迟的种子脉冲119的幅度。经调制延迟的种子脉冲121通常不受由于该AOM或其他响应时间影响部件所引起的显著的上升时间或下降时间的影响，这是因为突发包络是基于该本地时钟信号数字地构造的且经延迟的种子脉冲119可以在时间上变得与AOM的操作对准。例如，经延迟的种子脉冲119可以在时间上间隔开，从而以对应的AOM消隐脉冲电平(pedestal)111的边缘为中心，或关于对应的AOM消隐脉冲电平111的边缘具有足够的缓冲持续时间。在一些实施例中，即使有多种抵触的影响，诸如种子脉冲或AOM抖动、AOM和经延迟的种子信号的时间不对准等，仍可以可靠地产生并且调制具有约20ns的脉冲到脉冲时间间隔的、经延迟的种子脉冲119。此外，AOM调制可以操作，以用于抑制光学脉冲之间的经放大的自发发射，以及用于通过不同的AOM调制电平提供进一步抑制(诸如，调制到种子脉冲之间的低电平)。
在方法动作122处，诸如用光纤放大器或其他光学放大系统将经调制的种子脉冲121放大到期望的功率水平。在方法动作124处将经放大的种子脉冲用于各种材料应用之前，以实施例的方式，可以用光束选截器(pickoff)诸如分色镜在方法动作126处检测该经放大的种子脉冲。可以在比较块128处将经检测的脉冲与一个期望的输出比较，并且如果它们是合适的，则可以在方法动作124处使用所述脉冲。如果在128处检测到一个种子脉冲幅度误差，则可以在方法动作130处调整在方法动作112处所施加的该本地时钟延迟，以校正该种子脉冲幅度误差。例如，AOM突发包络109可能没有正确地与经延迟生成的种子脉冲119对应，导致脉冲突发中的第一个脉冲、最后的脉冲或中间的脉冲具有不正确的幅度(例如，零或最大值)。通过AOM突发包络(或该AOM突发包络内的AOM幅度)和该种子脉冲突发包络的种子脉冲之间的正确对准，可以精确地控制种子脉冲之间的时间间隔、种子脉冲的数目以及种子脉冲的幅度，这允许激光脉冲突发的形状的灵活性和精确度，包括脉冲的峰值功率和能量。此灵活性允许基于不同的显微机械加工工艺的特定要求(例如，材料特性)或显微机械加工过程内的变化来生成并且使用合适的或任意的轮廓。因此，在一些实施例中，脉冲突发幅度轮廓可以被修改，使得脉冲突发的序列可以在脉冲突发之间具有幅度形状变化。
图2示出了脉冲突发激光系统200，被设置成生成经放大的种子脉冲突发202。微控制器(MCU)204或其他逻辑器件(诸如，FPGA、CPLD、离散逻辑电路等)包括MCU时钟206，该MCU时钟206提供具有一个或多个预定频率的时钟信号207。在一些实施例中，可以用外部时钟替代MCU时钟206。MCU时钟206被耦合到包络发生器208，该包络发生器208被设置成生成AOM突发包络信号209，该AOM突发包络信号具有选定频率和选定持续时间的突发包络，该选定持续时间与AOM 210被调制到一个或多个状态以便从未经调整的种子脉冲突发214形成经幅度调整的种子脉冲突发212的持续时间相关联。在一些实施例中，针对时钟信号207的每个循环形成AOM突发包络，且所述包络的持续时间显著短于时钟信号207的周期。然而，将意识到，多种突发包络持续时间是可能的。锁相环(PLL)216也被设置成接收时钟信号207，且基于MCU时钟206的时钟信号207的设置频率提供提高频率的PLL输出信号217。在一个实施例中，由20MHz的MCU时钟信号产生1.2GHz的PLL输出信号。
信号组合器218接收并且组合PLL输出信号217和所生成的AOM突发包络信号209，以形成一个经修改的AOM突发包络信号219，由于PLL输出信号217，该经修改的AOM突发包络信号219在该包络期间具有一个更高频率的时钟突发。复杂可编程逻辑器件(CPLD)220或其他可编程逻辑器件(诸如，FPGA、MCU、ASIC、离散逻辑电路等)被设置成接收经修改的AOM突发包络信号219，并且将数字输出221提供到数模转换器(DAC)222。经修改的AOM突发包络信号219的更高频率的时钟突发可以被设置通常处于PLL输出信号217的频率或低于PLL输出信号217的频率的频率范围内，并且也可以基于经修改的AOM突发包络信号219在CPLD 220中被设置。包络信号209还被耦合到CPLD 220，以在复位持续时间之后将该CPLD复位到零值。可以通过耦合到该MCU的控制总线223(诸如，串行接口、并行接口或其他接口)预先编程或动态地编程数字输出221，使得针对经修改的AOM突发包络信号219中的每个高频率时钟提供一个选定的AOM调制电平。由DAC 222产生的模拟信号225被导引到AOM 210，且AOM 210通过对AOM 210(诸如，通过连接光纤224)所接收的未经调整的种子脉冲突发214提供幅度调制效应来响应。
时钟信号207还被提供到可编程的延迟芯片226，该延迟芯片接收时钟信号207并且添加与AOM 210的响应时间相关联的预定的持续时间的延迟，以形成经延迟的时钟信号227。包络发生器228接收经延迟的时钟信号227并且形成种子脉冲突发包络信号229。在一些实施例中，种子脉冲突发包络信号229是通过将一个固定持续时间种子脉冲突发包络添加到经延迟的时钟信号227中的每个循环来形成的，该经延迟的时钟信号227中的每个循环显著短于时钟信号207的周期。然而，将意识到，多种突发包络持续时间是可能的。在一些实施方案中，该种子脉冲突发包络的持续时间与AOM突发包络中的一个或多个的持续时间相同。PLL 230被设置成接收时钟信号207或经延迟的时钟信号227，且产生具有高于经延迟的时钟信号227的频率的频率的PLL输出信号231。在典型的实施例中，PLL输出信号231的较高频率是经延迟的时钟信号227的频率的整数倍，且与PLL输出信号217的较高频率相同。
信号组合器232接收种子脉冲突发包络信号229，并且和PLL输出信号231组合，以形成经修改的种子脉冲突发包络信号233，该经修改的种子脉冲突发包络信号包括将在其中创建种子脉冲的种子脉冲突发包络，并且包括该种子脉冲突发包络内的较高频率的时钟突发，该种子脉冲突发包络具有与对应于个体种子脉冲的该较高频率的时钟突发相关联的一个周期持续时间。经修改的种子脉冲突发包络信号233由耦合到种子激光器236的种子驱动器234接收。种子驱动器234基于所接收的种子脉冲突发包络信号233，例如通过生成对应的电压或电流以通过种子激光器236生成对应的激光脉冲来驱动种子激光器236，使得以一个选定频率产生种子脉冲突发214且在种子脉冲突发214内以选定频率产生种子脉冲。AOM210接收未经调整的种子脉冲突发214并且调整每个种子脉冲突发内的种子脉冲的幅度，以形成经幅度调整的种子脉冲突发212。经幅度调整的种子脉冲突发212诸如通过连接光纤240而被耦合到光学放大器238，且形成经放大的种子脉冲突发202。经放大的种子脉冲突发202然后可以被导引到一个靶标(诸如，用于材料处理)或其他光学部件(诸如，附加的光学放大器、非线性光学晶体等)。在一些实施例中，一个或多个放大器可以被设置在AOM 210之前。
图3示出了脉冲成形系统300，该脉冲成形系统300包括重复频率(rep rate)信号发生器302，该重复频率信号发生器可以是不同的类型，举例而言包括计算机硬件提供的时钟信号发生器。所生成的重复频率信号被耦合到第一PLL 304、可编程的延迟模块306和第二PLL 308。可编程的延迟模块306和第二PLL 308被耦合到种子发生器310，该种子发生器形成种子脉冲并且驱动种子激光器312。在一些实施例中，第二PLL 308具有与第一PLL 304不同的特性。可编程的延迟模块306通常提供与AOM 318的响应时间相关联的延迟持续时间。第一PLL 304被耦合到信号处理器314，该信号处理器将种子脉冲调制信号316提供到AOM 318。AOM 318然后可操作，以根据种子脉冲调制信号316来调制通过它传播的光学脉冲的幅度或光学强度。
第一PLL 304和第二PLL 308包括相位比较器320a、320b、低通滤波器322a、322b、压控振荡器324a、324b以及分频器326a、326b。相应的相位比较器320a、320b将输入重复频率信号的相位和从相应的分频器326a、326b所接收的相位进行比较，并且产生通向相应的低通滤波器322a、322b的电压输出。相应的低通滤波器322a、322b防止不稳定性且减少锁相环304、308中的噪声，并且将经滤波的电压信号提供到压控振荡器324a、324b。压控振荡器324a、324b通常作为一个积分器操作，基于与分频器326a、326b相关联的整数来将经滤波的电压信号转换成相应的较高频率的输出327a、327b。信号处理器314接收较高频率的输出327a，并且控制AOM 318以高于该重复频率信号的频率的频率进行调制。种子发生器310接收较高频率的输出327b，并且驱动种子激光器312以高于该重复频率信号的频率的频率来产生种子脉冲。
用光纤328或其他合适的光学耦合件将由种子激光器312所生成的种子脉冲耦合到AOM 318，且AOM 318被调制以调整传播经过AOM 318的种子脉冲的幅度。通过使用重复频率信号和耦合到PLL 308的可编程的延迟模块306来产生具有短的且可选的时间间隔的种子脉冲，以及使用耦合到PLL 304的重复频率信号而不用可编程的延迟模块306来产生对应的AOM调制，即使当通过可编程延迟模块306所提供的延迟的持续时间显著长于种子脉冲之间的、与PLL 304、308的较高频率相关联的周期时，仍可以执行所生成的种子脉冲的完全可控的幅度调整。因此，创建具有预定时间间隔和幅度的种子脉冲330以用于后续光学放大或其他用途。在一些实施例中，由于AOM 318和种子激光器312之间的信号对准，因此不存在通常与种子脉冲的调制相关联的上升时间和下降时间。
在图4中，脉冲成形系统400用种子激光器404生成光学种子脉冲402的突发，该光学种子脉冲是用AOM 406幅度调制的，其中种子脉冲的生成和种子脉冲的幅度调制基于来自重复频率信号发生器410的具有预定频率和对应的周期的信号408。可编程的延迟芯片(PDC)412接收具有预定频率和周期的信号408，并且添加一个预定的时间延迟，以形成经延迟的信号413。脉冲突发包络发生器414接收该经延迟的信号413，并且通常在经延迟的信号413的周期开始时产生一个具有选定持续时间的脉冲突发包络，以形成一个经延迟的脉冲突发包络信号415。调制器416(诸如，乘法器)接收该经延迟的脉冲突发包络信号415，并且添加来自振荡器418的高频率成分417，以形成经修改的延迟的脉冲突发包络信号419，该经修改的延迟的脉冲突发包络信号提供包络内的多个种子脉冲的生成，所述多个种子脉冲间隔开一个周期，该周期具有与高频率成分417相关联的周期相同或更长的持续时间。种子驱动器420接收经修改的延迟的脉冲突发包络信号419，并且驱动种子激光器404的电压或电流421，使得生成对应于与经修改的延迟的脉冲突发包络信号419相关联的周期和频率的种子脉冲。
AOM突发包络发生器422接收信号408，并且添加一个AOM突发包络，以形成AOM突发包络信号423，该AOM突发包络与经延迟的脉冲突发包络信号413的脉冲突发包络的持续时间总体上对应。调制器424可以与调制器416相同或不同，调制器424接收AOM突发包络信号423，并且添加来自振荡器426的高频率成分425，以形成经修改的AOM突发包络信号427，该经修改的AOM突发包络信号提供包络内的个体持续时间，该个体持续时间间隔开一个周期，该周期等于或长于与高频率成分425相关联的周期。信号处理器428接收经修改的AOM突发包络信号427，并且将分立的AOM调制幅度施加到包络内的个体持续时间，以产生经幅度调整的AOM突发包络信号429。AOM 406接收经幅度调整的AOM突发包络信号429，且由于由PDC412所提供的延迟，驱动该AOM调整从种子激光器404所接收的种子脉冲的幅度，从而产生光学种子脉冲402。
图5描绘了由种子激光器504和注入式激光器506产生经幅度调制的光学脉冲突发502的激光脉冲发生系统500。MCU 508将具有预定时钟频率的时钟信号509提供到AOM包络发生器510以及第一信号延迟器512a和第二信号延迟器512b。种子脉冲包络发生器514接收经延迟的时钟信号513，并且在该预定时钟频率的每个周期或选定周期的开始时形成具有方波信号包络的种子脉冲包络信号515且在此期间将生成光学种子激光脉冲。PLL 516接收种子脉冲包络信号515，并且通过添加一个具有高于时钟信号509的预定时钟频率的时钟频率的时钟突发来形成种子脉冲突发包络信号517，其中较高的时钟频率提供种子脉冲包络内的时间间隔以用于生成形成种子脉冲突发503的多个光学种子脉冲。种子驱动器518将种子脉冲突发包络信号517转换成一个对应的驱动种子激光器504的经调节的电压或电流信号519。
注入式脉冲包络发生器520接收经延迟的时钟信号521，该经延迟的时钟信号可以与经延迟的时钟信号513相同或不同。注入式脉冲包络信号522由注入式脉冲包络形成，该注入式脉冲包络可以与种子脉冲包络信号515的种子脉冲包络具有相同或不同的持续时间。在一些实施例中，经延迟的时钟信号521可以具有比经延迟的时钟信号513更短的延迟，以引起种子激光动力学以及与经延迟的时钟信号513有关的可变延迟，该经延迟的时钟信号513也可以是可变的。注入式脉冲驱动器524将注入式脉冲包络信号522转换成一个合适的电压或电流信号525，该电压或电流信号驱动注入式激光器506，以生成对应于注入式脉冲包络信号522的注入式激光脉冲526。用光纤耦合系统528将注入式激光脉冲526耦合到种子激光器504，且使注入式激光脉冲526与种子脉冲突发503的生成同步。经耦合的注入式激光脉冲526被配置成使种子脉冲突发503的脉冲的波长变短，且减少光学噪声。
AOM包络发生器510接收不具有通过信号延迟发生器512a、512b所提供的对应的时钟延迟的时钟信号509，并且形成具有AOM包络持续时间的AOM包络信号511，该AOM包络持续时间对应于种子脉冲包络信号515的种子脉冲包络持续时间。在一些实施方案中，该AOM包络持续时间可以短于或长于该种子脉冲包络持续时间。PLL 530接收AOM包络信号511，并且为不同的AOM幅度提供每个AOM包络内的时间间隔，其中时间间隔的数目对应于种子脉冲突发503中的光学种子脉冲的数目。CPLD 532或其他逻辑模块(诸如，FPGA或离散逻辑电路)从PLL 530接收具有对应的时间间隔的AOM突发包络信号531，并且将每个包络中的每个时间间隔的幅度修改到一个或多个预定水平。AOM包络信号511还被耦合到CPLD 532，以关于AOM包络的结束将CPLD 532重置到零值或默认值。用并行总线将不同的预定水平数字地传达到DAC 534，DAC 534将幅度数据转换成被耦合到AOM 536的模拟AOM输入信号535，AOM 536被设置成调制光学脉冲幅度。AOM 536通过光学耦合系统540(诸如，光纤)或通过自由空间接收种子脉冲突发503，并且将每个种子脉冲突发内的个体光学脉冲的幅度调制到预定幅度，以产生经幅度调制的光学脉冲突发502。
图6包括根据不同的实施方案的脉冲突发的形状。方形脉冲突发600包括十五个彼此时间间隔约20ns的、约50ps的经幅度调制的种子脉冲601。椅子形脉冲突发602包括八个被调制到第一幅度的种子脉冲603和七个被调制到第二幅度的种子脉冲604，该第二幅度低于该第一幅度。三角形脉冲突发605包括十五个幅度被调制成在脉冲突发605的持续时间内形成三角形形状的种子脉冲606。梯形脉冲突发607包括十五个对称地布置成梯形形状的种子脉冲608。反锯齿形脉冲突发609包括具有最大幅度的第一种子脉冲610和具有相继更低幅度的九个后续的脉冲611。上升余弦形状的脉冲突发612包括十一个以余弦函数的形式对称地布置的种子脉冲613。高斯形状的脉冲突发614包括十五个以高斯函数的形式对称地布置的种子脉冲615。阶梯形脉冲突发616包括以阶梯形状对称地布置的七对脉冲617，其中一对脉冲中的每个脉冲具有近似相同的幅度。脉冲突发可以在一个脉冲突发内包括一系列种子脉冲，在时间邻近的脉冲突发之间包括可变数目的种子脉冲。脉冲突发内的种子脉冲可以被对称地或不对称地布置，且在一个脉冲突发内幅度可以在最大幅度和零幅度之间变化多次。脉冲之间的时间间隔以及脉冲持续时间可以被选择或被改变以用于不同的应用。如图6中示出的，由于示波器检测分辨率，脉冲宽度显示为大于50ps。类似地，邻近激光脉冲示出的旁瓣不是真实存在的，而是示波器检测分辨率的伪像。
已经参考例示的实施方案描述和例示了所公开的技术的原理，将认识到，在不偏离这样的原理的前提下，可以在布置和细节方面修改例示的实施方案。例如，以软件示出的例示的实施方案的元件可以用硬件实施并且反之亦然。此外，来自任一个实施例的技术可以与在其他实施例中的一个或多个中描述的技术组合。将意识到，程序和功能(诸如，参考例示的实施例描述的那些)可以被实施在单个硬件模块或软件模块中，或可以提供单独的模块。作为一个实施例，PLL可以被包括在MCU、CPLD、FPGA或单独的部件内。其他脉冲成形系统部件，诸如，信号组合器、包络发生器、延迟模块、模拟或数字转换器、信号处理器、信号源、控制器、振荡器等，可以具有类似的灵活性。上文的具体布置是为了便于例示而提供的，并且可以使用其他布置。
脉冲成形方法的各个部分可以例如作为通过数字计算机执行的软件指令或固件指令被嵌入。例如，可以通过一个是脉冲成形系统的一部分的计算机或其他计算硬件(例如，ASIC或FPGA)执行所公开的脉冲突发信号形成和修改中的任一个。该计算机可以是包括一个或多个处理器(处理器件)和有形的、非暂时的计算机可读介质(例如，一个或多个光学介质盘、易失性存储器器件(诸如，DRAM或SRAM)或非易失性存储器或储存器件(诸如，硬盘驱动器、NVRAM和固态驱动器(例如，闪存驱动器))。所述一个或多个处理器可以执行储存在一个或多个有形的、非暂时的计算机可读介质上的计算机可执行的指令，且从而执行所公开的技术的各个部分。例如，用于执行所公开的实施方案中的任一个的软件可以作为计算机可执行的指令被储存在一个或多个易失性、非暂时的计算机可读介质中，当通过所述一个或多个处理器执行所述计算机可读的指令时，导致所述一个或多个处理器执行所公开的脉冲成形技术的各个部分。计算结果可以被储存(例如，以合适的数据结构或查找表)在一个或多个有形的、非暂时的计算机可读储存介质中和/或还可以被输出到用户，例如，通过在具有图形用户界面的显示器件上显示脉冲成形特性，诸如，脉冲突发幅度轮廓。
鉴于所公开的技术的原理可以应用到许多可能的实施方案，应认识到，例示的实施方案仅是代表性的实施例且不应被认为限制本公开内容的范围。在这些部分中具体提到的替代方案仅仅是示例性的且不构成在本文中所描述的实施方案的所有可能替代方案。例如，在本文中所描述的系统的多种部件可以在功能和用途上组合。因此，我们要求保护在所附权利要求的范围和精神内的所有权利。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
一个种子激光器，
一个幅度调制器，被设置成从该种子激光器接收一个或多个激光脉冲突发；以及
一个脉冲信号发生器，被设置成将一个具有预定延迟的种子脉冲信号耦合到该种子激光器，使得该种子激光器以一个选定频率发射所述一个或多个激光脉冲突发内的激光脉冲，每个激光脉冲突发具有选定数目的激光脉冲和选定的激光脉冲之间的时间间隔，并且该脉冲信号发生器被设置成将一个脉冲幅度信号耦合到该幅度调制器，使得该幅度调制器调整所述一个或多个激光脉冲突发中的每个激光脉冲突发内的至少一个激光脉冲的幅度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中该脉冲信号发生器包括一个时钟突发发生器，该时钟突发发生器被设置成生成一个与该种子脉冲信号相关联的时钟突发。
3.根据权利要求2所述的设备，其中该时钟突发生成器包括一个锁相环，该锁相环能操作以通过将一个压控振荡器信号锁相到一个参考信号来生成一个时钟突发频率。
4.根据权利要求3所述的设备，其中该参考信号由该脉冲信号发生器的内部时钟供应。
5.根据权利要求2所述的设备，其中该脉冲信号发生器包括一个可编程的延迟，该可编程的延迟能操作以将该预定延迟提供到该种子脉冲信号，从而使所述一个或多个激光脉冲突发的幅度调整同步，该种子脉冲信号耦合到该种子激光器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中该预定延迟大于或等于50ns且小于或等于200ns。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括一个光学功率放大器，该光学功率放大器被设置成接收并且放大经幅度调整的一个或多个激光脉冲突发。
8.根据权利要求1所述的设备，其中选定的激光脉冲突发频率大于或等于1kHz且小于或等于100MHz，选定的激光脉冲的数目大于或等于2且小于或等于50，且选定的时间间隔大于或等于1ns且小于或等于1μs。
9.根据权利要求1所述的设备，其中该幅度调制器是一个声光调制器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中该脉冲幅度信号是一个数字信号，且该设备还包括：
一个可编程逻辑器件，被设置成提供具有可变幅度轮廓的脉冲幅度信号；以及
一个数模转换器，被设置成接收具有该可变幅度轮廓的数字脉冲幅度脉冲信号，并且将该脉冲幅度信号转换成一个模拟脉冲幅度信号，该模拟脉冲幅度信号被耦合到该幅度调制器。
11.一种激光脉冲成形方法，包括：
基于与第一时钟信号相关联的第一脉冲突发信号来生成一个脉冲突发幅度调制信号；
基于与第二时钟信号相关联的第二脉冲突发信号来生成一个种子脉冲突发生成信号；
基于该种子脉冲突发生成信号来生成至少一个种子脉冲突发；以及
用该脉冲突发幅度调制信号来调制所述至少一个种子脉冲突发的至少一个种子脉冲的幅度，以形成至少一个对应的经幅度调制的种子脉冲。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该第二时钟信号对应于延迟一个与幅度调制器响应时间相关联的预定持续时间的第一时钟信号。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括放大所述至少一个经幅度调制的种子脉冲。
14.根据权利要求11所述的方法，其中该第一脉冲突发信号包括与一个脉冲突发包络内的脉冲相关联的时间间隔，且其中该时间间隔与一个频率划分相关联，该频率划分通过耦合到该第一时钟信号的锁相环提供。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括用该脉冲突发幅度调制信号来驱动一个可编程逻辑器件和数模转换器。
16.根据权利要求11所述的方法，其中通过一个声光调制器来提供对所述至少一个种子脉冲的幅度的调制。
17.根据权利要求11所述的方法，其中用一个微控制器单元提供该第一时钟信号和该第二时钟信号，且通过一个可编程的延迟芯片提供该第二时钟信号的延迟。
18.一种脉冲光纤激光器，包括：
一个种子激光器；
一个控制器，被耦合到该种子激光器且能操作以使得该种子激光器发射具有脉冲突发特性的脉冲突发中的种子激光脉冲，所述脉冲突发特性包括脉冲突发频率、所述脉冲突发内的种子激光脉冲的数量以及所述脉冲突发内的种子激光脉冲之间的时间间隔；
一个声光调制器，被设置成接收并且调整所述脉冲突发内的种子激光脉冲中的至少一个的幅度，以产生对应的经幅度调整的种子激光脉冲突发；以及
一个光纤放大器，被设置成接收并且放大从该声光调制器所接收的该经幅度调整的种子激光脉冲突发。
19.根据权利要求18所述的脉冲光纤激光器，其中该控制器包括一个脉冲信号发生器，该脉冲信号发生器被设置成生成一个对应于所述脉冲突发特性的脉冲信号；
其中使通过该声光调制器所提供的幅度调整关于该脉冲信号同步；
其中该脉冲信号被耦合到一个延迟模块，以产生一个经延迟的时钟信号，并且该种子激光器基于该经延迟的时钟信号发射所述种子激光脉冲。
20.根据权利要求19所述的脉冲光纤激光器，其中该控制器包括可编程逻辑和一个数模转换器，该可编程逻辑被设置成关于脉冲突发幅度轮廓来修改该脉冲信号，该数模转换器被设置成向该声光调制器发送根据脉冲突发幅度轮廓所修改的脉冲信号。
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