TW201110492A

TW201110492A - Method and system for stable and tunable high power pulsed laser system

Info

Publication number: TW201110492A
Application number: TW99119184A
Authority: TW
Inventors: Benoit Reid; Tullio Panarello; Stephane Caplette
Original assignee: Pyrophotonics Lasers Inc
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-03-16
Also published as: WO2010142039A1; CA2765057A1; EP2441141A4; CN102640370B; JP2012529757A; US20110142084A1; EP2441141A1; CN102640370A; US8964801B2

Description

201110492 六、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】本發明係關於穩定且可調整之高功率脈衝化雷射系統的方法及系統。【先前技術】脈衝化雷射源’例如Nd:YAG雷射，已經用來執行用於諸如標記、雕刻 '微加工與切割之應用的雷射系材料處理。許多目前的高功率脈衝化雷射（其特徵在於每個脈衝大於0.5 mJ的脈衝能量）係倚賴諸如Q_開關 (Q-switching)與鎖模（m〇de locking)以產生光學脈衝的技術。然而’這樣的雷射產生了特徵是由腔體幾何形態、鏡子反射率等來決定的光學脈衝。因此，這樣的雷射脈衝的特徵無法在此領域中大致上改變而不犧牲雷射效能。使用這樣的雷射，大致上難以達到一些的可變脈衝特徵。脈衝化雷射源，諸如二極體雷射，能夠藉由提供一脈衝化電子驅動訊號以簡單方式來脈衝化。然而’來自這樣的脈衝化雷射源之訊號的中心波長可能改變，並且也可能在施加該電子驅動訊號時加寬了訊號線寬，其可強烈地取決於驅動訊號的電流位準。這樣經加寬的線寬的不期望結果會顯著地減少使用加倍、成三倍、及諸如此類者之諧波產生的效率。因此，此技術領域存在著發展 201110492 穩定且具有可調整脈衝特徵之脈衝化雷射的需求。【發明内容】根據本發明’提供關於可調整脈衝化源之領域的方法與系統。尤其’本發明係關於用已提供高功率脈衝化雷射源之方法與設備，以用在工業應用（例如修整、標記、切割、與焊接）。僅藉由實例的方式，本發明已經被應用在一雷射源，而具有即時可調整特徵（包括脈衝寬度、尖峰功率、重複率、暫時脈衝形狀、極化、波長、與（或）光譜線寬）。然而，本發明具有更寬廣的應用，並且可被應用在其他雷射源。根據本發明之一實施例，一種雷射系統包括一注射雷射源，其具有一輸出且可運作以提供一雷射輸出，該雷射輪出之特徵在於一第一波長、一第一線寬、與一輸出功率。該雷射系統亦包括一可調整脈衝化源其特徵在於一增益頻寬《該可調整脈衝化溽係可運作以提供具有、*均力率之輸出訊號。該輸出訊號包括複數個光學脈衝。該些複數個光學脈衝之各者之特徵在於一第二波長、m與-尖峰功率。該雷射系統更包括一光學結合器，該光學結合器具有一第一埠、一第二埠、與第二埠’該第一埠耦合到該注射雷射源之第二淳耗合到該可調整脈衝化源。 &供一種用以提供複數個訊根據本發明之一實施例 201110492 號脈衝之方法。續古、+ & , 列步驟:提供光學輕射；將 “于輻射耦合到一光學結合器之— 讨馇一推汝弟缚内，以及從 “一琿傳送該光學輕射訊號到該光學結合器之一第二槔。該方法亦包括下列步驟：將來自該第二埠之光學輻射訊_合到-可調整脈衝化源内；產生複數個訊號脈衝，以及將該些複數個訊號脈衝耦合到該第二埠内。該方法更包括下列步驟：從該第二埠傳送該些複數個脈衝到該光學結合器之一第三埠；以及從該第三埠輸出該些複數個訊號脈衝。根據本發月之替代性貫施例，提供一種用以提供經放大且經穩定化之雷射脈衝之方法。該方法包括下列步驟：從一注射雷射源提供一光學輻射訊號；以及基於該光學輻射訊號來穩定化一可調整脈衝化源，以產生穩定訊號脈衝。該方法亦包括下列步驟：在一光纖放大器中放大該些穩定訊號脈衝；以及輸出該些經放大之穩定訊號脈衝。根據本發明之另一實施例，提供一種用以提供雷射脈衝之雷射系統。該雷射系統包括一注射雷射源，其具有一輸出該雷射輸出之特徵在於一第一波長、一第一線寬、一第一功率、與一輸出。術語「注射雷射源」與「穩定源」係在此交替使用。該雷射系統亦包括一可調整脈衝化源’該可調整脈衝化源之特徵在於一中心波長、— 增益頻寬、與一第二功率。該可調整脈衝化源具有一輸出訊破’該輸出訊號包含一組光學脈衝，該些光學脈衝 201110492 各者之特徵在於一第二波長與一第二線寬。該雷射系較包括—光學結合器，該光學結合器具有-第-槔、蜂與帛二琿，該第一淳柄合到該注射雷射源輸出該第—合到該可調整脈衝化源^存在有許多可能之可作為光學結合器之部件或部件組合，例如光 :結合器可以是-光學循環器。或者，光學結合器可以疋抽頭叙合器。然而，本發明不偈限在這些特定的光學結合器。該雷射系統可更包括耦合到該該第三埠之一光纖放大器。該光纖放大器包括m—光學主動光纖具有一輸入部（其設以接收來自該可調整脈衝化源之輸出訊號）與一輸出部。該泵送源係光學地耦合到該光學主動光纖。根據本發明之一實施例，提供一種用以提供雷射脈衝之方法。該方法包括下列步驟：從一注射雷射源提供— 穩疋光學賴射訊號’將該穩定光學輻射訊號輕合到一光學結合器之一第一埠；以及從該第一埠傳送該穩定光學輕射訊號到該光學結合器之一第二埠。該方法亦包括下列步驟.將來自該第二埠之光學輻射訊號輕合到一可調整脈衝化源内；使用該可調整脈衝化源來產生多個穩定訊號脈衝；以及將該些穩定訊號脈衝輸入到該第二棒内。該方法更包括下列步驟：從該第二埠傳送該些穩定訊號脈衝到該光學結合器之一第三槔；以及從該第三棒提供該些穩定訊號脈衝。根據本發明之一實施例，提供一種可調整穩定脈衝化 201110492 雷射源。該可調整脈衝化雷射源包括一穩定源，該穩定源係適於產生穩定光學輻射。該可調整脈衝化雷射源亦包括一訊號源（亦稱為一可調整脈衝化源），該訊號源係適於產生具有期望性質（包括波長、光譜線寬、極化、脈衝ab墨、脈衝長度、暫時脈衝功率輪靡、或其他性質）之一或多個訊號脈衝。該可調整脈衝化雷射源更包括一光學放大器，該光學放大器係用以放大訊號源所提供之輸出輻射。穩定源係控制訊號源提供之輻射之一或多個性質。可被控制之性質之實例係包括波長、光譜線寬與極化，儘官受控的性質不侷限在這些特定性質或特徵。根據本發明之進一步實施例，提供一穩定可調整高功率脈衝化雷射材料處理系統。該處理系統包括一穩定脈衝化雷射源，用以提供一第一光學訊號。該第一光學訊號包括複數個光學脈衝。該些光學脈衝之各者具有一稗定波長與一穩定線寬。該處理系統亦包括一波長轉換器’該波長轉換器耦合到該穩定脈衝化雷射源，用以提供一第二光學脈衝。該第二光學脈衝係和該第一光學訊號相關。該處理系統亦包括一光學系統與一工件固持器’該光學系統係設以接收來自該波長轉換器之第二訊號且輸出包括該第二訊號之一雷射束，該工件固持器用以支樓一工件。工件係設以接收來自該光學系統之雷射束。該處理系統亦包括一電子訊號源驅動器與一控制器’該電子訊號源驅動器係耦合到該穩定脈衝化雷射源’該控制器係連接到該電子訊號源驅動器、該穩定脈 201110492 衝化雷射源、該光學系統、與該工件固持器。該處理系統更包括一感應器，該感應器連接到該控制器，用以監測工件中之製程。根據一實施例，該雷射處理系統亦包括一注射雷射源，該注射雷射源之特徵在於一第一波長、一第_線寬、一第一功率、與一輸出。該雷射處理系統更包括一可調整脈衝化源，該可調整脈衝化源之特徵在於一中心波長、-增益頻寬、與一第二功率，該可調整脈衝化源具有一輸出訊號，該輸出訊號包含複數個光學脈衝。該此光學脈衝之各者之特徵在於一第二波長與一第二線寬。此外，該雷射處理系統包括一光學結合器與一光學放大器，該光學結合器具有一第一琿'一第二淳'與一第埠，該第一埠耦合到該注射雷射源之輸出，該第二埠耦合到該可調整脈衝化源，該光學放大器耦合到該第三埠。該光學放大器包括一泵送源，一光學主動光纖具有一輸入部（其設以接收來自該可調整脈衝化源之輸出訊號）與一輸出部，該泵送源係光學地耦合到該光學主動光纖。相較於傳統技術，可使用本發明來達到許多優點。舉例而言，在根據本發明之一實施例中，提供了適於用在雷射處理之高功率脈衝化雷射，其係使用了和相當效能特徵之雷射比較時的便宜小型結構。此外，根據本發明之實施例，產生了短脈衝，而具有穩定中心波長和窄光譜線寬之脈衝特徵。其他可包括的特徵係包括一穩定極 201110492 化與一減少發散》再者，根據本發明之實施例，可將光學脈衝予以塑形，以最適化用在特定應用的暫時脈衝輪廓、以最大化雷射系統中之能量汲取效率、或以補償光學放大器的飽和》取決於實施例，一或多個這些優點可存在。已經在本文描述了這些和其他優點，尤其是下文。可參照詳細說明和隨附圖式來瞭解本發明之各種額外的物體、特徵和優點。【實施方式】第1圖為根據本發明之一實施例之一高功率脈衝化雷射系統之簡化示意圖，其具有使用光纖放大器之可調整脈衝特徵。高功率穩定脈衝化雷射100包括一注射雷射源110’注射雷射源110產生穩定光學輻射，穩定光學輻射被主射到光學結合器120之第一蟫114内且被傳送到光學結合器120之第二缂116。在一實施例中，結合器可以是一具有三或多個埠之循環器。這樣的循環器可獲得自美國新澤西州OFR，Inc·的型號OC-3-1064-PM。根據本發明之一實施例，穩定光學輻射是藉由使用注射雷射源ιιο(亦稱為穩定源）來產生，其為連續波（c〇ntinu〇us wave，CW)半導體雷射。在一實施例中，注射雷射源110包括一布拉格光纖光柵（Fiber Bragg Grating，FBG)穩定半導體二極體雷射，其操作在波長為1064 nm而具有輸出功率為2〇mW且光譜 10 201110492 線寬為70 pm。在另一特定實施例中，.注射雷射源u〇包括一外導體二極體雷射，其操作在波長為1〇64 η屯而具有輸出功率為100 mw且光谱線寬為ls〇 pm。在進—步特定實施例中’注射雷射源11〇包括一光纖雷射，其操作在波長為1064 nm而具右給山丫丄.古认„，男輸出功率為20 mW且光譜線寬為5〇 pm並且使用光纖光栅來穩定頻率。在一替代性實施例中，注射雷射源u〇包括一分佈式回馈（distributed feedback’ DFB)二㈣雷射或一小型; 線寬固態雷射。注射雷射源之波長是可調整的。注射f 射源是光纖耦合的並不是本發明<一要件。纟另一實施例中，注射雷射源可以是諸如使用自由空間光學元件來柄合之垂直腔面射型（vertical_cavity surface_emiuing， VCSEL)雷射或短腔固態雷射之一源。熟習此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。高功率穩定脈衝化雷射1〇〇更包括一可調整脈衝化源 130(亦稱為訊號源），其藉由將來自注射雷射源11〇而通過第二璋之穩定光學輻射予以耦合來產生穩定訊號脈衝。來自可調整脈衝化源丨3〇之穩定訊號脈衝係被提供到光學結合器之第二埠丨丨6，並且被傳送到光學結合器 120之第三埠118。可調整脈衝化源13〇可以是和注射雷射源11()類似的形式或和其不同的形式。在一特定實施例中，可調整脈衝化源是一半導體二極體雷射，其操作在波長為1〇64nrn 201110492 而尖峰脈衝功率為！ w、重複速率為可變化高達500 kHz、脈衝寬度為1〇〇奈秒（其具有次奈秒脈衝上升時間）。在另一實施例中，可調整脈衝化源之尖峰光學功率可低於或高於1 W。舉例而言，其可為5〇〇mW、i w、2 3W 4W、5W或更大。根據本發明之一些實施例，注射雷射源之輸出功率小於可調整脈衝化源之輪出功率。作為實例，對於CW注射雷射源，注射雷射源之輸出功率可為約20 mW至約50 mW。可調整脈衝化源之輸出功率可為尖峰功率在約1W至約5W或更高。此外’脈衝寬度可小於或大於丨〇〇奈秒。舉例而言，其可以是1奈秒、2奈秒、1〇奈秒、20奈秒、50奈秒、 200奈秒、500奈秒、或更大。在另一實施例中，可調整脈衝化源可包括一半導體光學放大器（semic〇nduct(^ optical ampufier，s〇A)且其第一側耦合到光學結合器 120之第一埠以及其第二側耦合到布拉格光纖光柵（Fiber Bragg Grating，FBG) β在此實施例中，來自注射雷射源之穩定光學輻射被發射通過光學結合器12〇之第二淳，被/主射到S0A内，被放大一第一時間，從fbcj反射’被再注射到S0A内，並且被放大一第二時間。FBG 可由作為波長之函數的反射率來特徵化。較佳地，FBG 的反射率在可調整脈衝化源之頻寬是高的（例如接近 1〇〇%)。作為實例，FBG之反射率在大於注射（穩定）光源之光譜寬度之頻寬是高的。僅作為實例，光柵之頻寬可以疋注射雷射源之頻寬的超過三倍、注射雷射源之頻寬 12 201110492 的超過兩倍、超過注射雷射源之頻寬、或諸如此類者。在一特定實施例中，FBG係由在注射雷射源之增益頻寬時反射率大於75%來特徵化。在另一特定實施例中，在增益頻寬時反射率大於95%來特徵化。作為實例，反射率在注射雷射源11 〇之波長時可以大於75%或95%。根據本發明之一些實施例，由注射雷射源11〇產生之輸出功率之僅一部分被耦合到可調整脈衝化源丨3 〇内。作為實例’由注射雷射源i 1〇產生之輸出功率之約 50%〜100%被耦合到可調整脈衝化源13〇内。在另一實例中，由注射雷射源1 1 0產生之輸出功率之約丨ΟΟ/οΜ 〇〇% 被耗合到可調整脈衝化源13〇内。通常，在受限於特定设計，期望儘可能注射越多來自注射源之功率到可調整脈衝化源内。在一些情況中，注射效率係低至10%，但本發明之實施例不侷限在此效率且可操作在更低或更高效率。在替代性實施例中，由注射雷射源110提供之穩定訊號脈衝可比單一脈衝更複雜，並且可包括複數個脈衝（例如兩個脈衝、三個脈衝、四個脈衝、五個脈衝等）。在進一步替代性實施例中，可調整脈衝化源包括一外腔半導體二極體雷射、一小型固態雷射、一光纖雷射等。熟習此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。穩定光學輻射被注射到結合器120之第一珲114内、在第二埠116離開結合器12〇、及進入可調整脈衝化源 130。當可調整脈衝化源發射一訊號脈衝時，穩定光學輻 13 201110492 射可用來控制且穩定化該訊號脈衝之中心波長和線寬。穩定光學輻射也可用來控制控制其他性質，諸如極化。此種經由使用一注射雷射源之鎖注射係用來控制由可調整脈衝化源130所發射之輻射的性質。中心波長與線寬疋能被控制之這樣的性質的實例，但本發明不侷限在這些性質。藉由提供穩定光學輻射（其中注射雷射源11〇之中心波長位在可調整脈衝化源13〇之光譜增益頻寬内的光學增益之波長之容忍度内），可致使可調整脈衝化源之中心波長的鎖定。可調整脈衝化源可經最適化以在取決於期望應用之各種操作條件下達到良好穩定化。在一實施例中，這樣的最適化可包括可調整脈衝化源之一前反射器之最佳鏡子反射率的選擇’其中穩定光學輻射係被注射通過可調整脈衝化源。此前反射器將會反射穩定光學輻射之部分回到光學結合器之第二埠内，其將在第三埠被輸出。此經反射之輻射的存在可能是不利的，尤其是若光學放大器平台係光學地耦合到結合器之第三埠時。在本發明之一實施例中’反射器之反射率具有小於1%之反射率，並且較佳為小於0.01%。此低反射率可將背景輻射以及在雷射系統之輸出處的其他不期望輻射減到最少，並且也可將光學放大器中之無收益增益耗盡減到最少。由於穩定光學輻射之一部分可從可調整脈衝化源之前反射器被反射，並且從此處被傳送到光學結合器之第二埠内，並且從光學結合器之第三埠被輸出，以及由於這 201110492 樣的效果是不利的’在本發明之一實施例中，穩定光學輕射本身係被脈衝化。穩定脈衝係開始於在訊號脈衝之開始刖的某個時間點，並且結束於某個時間點，以致穩疋脈衝之末端從注射雷射源行進到可調整脈衝化源在訊號脈衝之末端後的某時間抵達了。在此實施例中，穩疋脈衝之持續時間將因此大於或至少等於訊號脈衝之持績時間。由可調整脈衝化源130發射之訊號脈衝係被提供到結合器120之第二埠116 ’並且在第三埠118離開結合器 120。在一實施例中，第三埠118耦合到一光學放大器 160。訊號脈衝在輸入端ι48被光學放大器ι6〇接收，彆且接著在其通過光學放大器16〇時被放大，在光學放大器160之輸出端170造成了高功率光學脈衝。本發明之實施例可利用一光纖放大器作為光學放大器 160，包括一泵送源154，其中該泵送源154係經由一光學耦合器152耦合到一稀土元素摻雜光纖迴路156。大致上’一半導體泵送雷射用作為泵送源154,儘管如同熟習此技藝之人士所瞭解者’光學放大器之泵送可由其他裝置接收。在一特定實施例中’光學放大器160包括5 m長度之稀土元素摻雜光纖156，該稀土元素摻雜光纖156具有約4.8 μπι之核心直徑且被摻雜以鏡到約6χ1〇24 i〇ns/cm3 之摻雜密度。泵送源154可以是fbg穩定半導體雷射二極體，其操作在波長為976 nm且輸出功率為5〇〇 mW。 15 201110492 二Π:實施例中，光學放大器160包…長度右約in '雜光纖156’該稀土元素摻雜光纖156具 .3 μΐΏ之核心直徑且被摻雜以镱到約1χ1〇26 1〇nS/Cm之換雜密度。泵送源⑸可以是輪出功率為5W 之半導體雷射二_，儘管其可以是其他數值。在雷射系統之輸丨170處經放大之脈衝的尖峰功率可以為約2 kW ’儘管尖峰功率可具有其他數值。儘管實例係針對鏡掺雜光學放大器及1064 nm之雷射波長，可以使用操作在1G64 nm或操作在其他波長之其他實例的二極體雷射、固態雷射、及接雜光纖於本發明之實施例中。這些包括在波長範圍155〇 nm中的铒摻雜光纖與在波長範圍2〜3 μηι的铥摻雜光纖。在這些實施例之一或多個實施例中’泵送源係經由一光學耦合器而光學地搞合到光學主動光纖。光學結合器120不侷限在具有三或更多埠之光學循環器’並且可使用容許光從注射雷射源110注射到可調整脈衝化源130且容許光從可調整脈衝化源輸出之其他部件來建構。光學循環器係組合耦合光束且亦隔離淳之特徵；然而’類似的功能可藉由組合多個部件以製作光學結合器來達到。因此，光學結合器可包括一或多個光學耦合器以及一或多個光學隔離器。光學結合器係容許光從注射雷射源注射到可調整脈衝化源内且較佳地具有小於3 dB之光學損失（更佳為小於1 dB)，同時實質上阻隔從可調整脈衝化源進入注射雷射源之光超過15 dB (較佳 16 201110492 為超過20 dB、25 dB、30 dB，或更高）。，在第12圖顯示之_實施例令，光學結合器可使用一抽頭叙合器（tap coupler)52〇(以將來自；主射雷射源之光注射到可調整脈衝化源）且包括—光學隔離胃5〇1(以實質上阻隔從可調整脈衝化源、13〇行進回到注射雷射源ιι〇内之光）來建構》來自注射雷射源11〇之光被注射到抽頭耦合器之埠514，並且在埠516離開該抽頭耦合器，而在埠516處進入且控制可調整脈衝化源13()。從可調整脈衝化源發射之光在埠516進入抽頭耦合器52〇，並且在埠518離開抽頭耦合器，而在埠518處於光學放大器中被放大。從可調整脈衝化源發射之光係實質上被光學隔離器501阻隔進入注射雷射源11〇。然而，光學結合器不僅侷限在這些特定實例。此外，光學結合器不完全偈限在光纖耦合光學部件’而是也可以使用自由空間光學元件（包括但不限於透鏡和鏡子）來建構。使用光學結合器並不是本發明之一要件。舉例而言，在一實施例中’來自注射雷射源之穩定輻射可經由一部分傳送後反射器被注射到可調整脈衝化源内。第13圖顯示根據本發明一實施例之一高功率脈衝化雷射的方塊圖。使用來自一訊號源驅動器（脈衝化電子驅動器）之電子訊號來驅動可調整之一脈衝化訊號源，以提供具有期望性質之光脈衝。在一實施例中，由脈衝化訊號源所輸出之脈衝之脈衝形狀係模仿由脈衝化電子驅動器所提供以用來驅動脈衝化訊號源之電子訊號之形狀。在另一實 17 201110492 施例中’由脈衝化訊號源所輸出之脈衝之脈衝能量係由脈衝化電子驅動器所提供以用來驅動脈衝化訊號源之電子脈衝之振幅來控制。由脈衝化訊號源所輸出之脈衝之其他性質也可以由脈衝化電子驅動器所提供之電子脈衝來控制。高功率雷射進一步包括一穩定源，其提供光輻射以控制脈衝化訊號源之性質。儘管可使用來自穩定源之光輻射來控制之脈衝化訊號源之性質包括有波長、光學線寬、極化、及發散’但不僅侷限在這些實例。高功率雷射進一步包括一光纖放大器（放大器），以放大由脈衝化訊號源所發射之光。放大器可包括利用一或多個放大階段之一或多個光纖放大器。儘管第1圖繪示了單一光學放大器16〇(其耦合到光學結合器120之第三埠118)的使用，本發明並非需要如此。在替代性實施例中，可對任何特定應用適當地在光學結合器120之下游使用多個光學放大器。第2圖為根據本發明一實施例之使用光纖碑大器而具有可調整脈衝特徵之穩定高功率脈衝化雷射200之簡化示意圖。第2 圖繪示之實施例係使用二階段光纖放大器260來提供二階段放大製程。可提供一光學隔離器242於光學放大器的二階段之間。二階段放大的結果是在二階段光學放大器260之輸出端270處的更高輸出脈衝功率。多個階段的放大可提供比單一階段放大更高的功率。熟習此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。關於用在本發明實施例之光學源之額外敘述可見於共同受讓之美國專 18 201110492 利案號 7,443893 ’ 其標題為“Method and System fot

Tunable Pulsed Laser Source”，其在此以引置方式併入本文作為參考。第3圖為根據本發明一實施例之具有可調整脈衝特徵之穩定高功率脈衝化雷射300之簡化示意圖，其係併入一波長轉換器310以在光學放大器26〇之輸出端37〇提供除了雷射基本波長以外之波長的雷射輻射。如第3圖所示，波長轉換裝置係適於接收光學放大器之放大輸出。脈衝化雷射系統之許多應用可受益自紫外線、紅外線、或可見光譜區域中波長的使用。使用譜波產生之波長轉換器是如同較高諧波將近紫外線中高功率脈衝化輻射轉換成較短波長的技術，例如藉由第二諧波產生將波長1064 nm或l〇32nm轉換成諸如532 nm或516nmw 及藉由第二諧波轉換成諸如355 nm或346 nm°非線性混合也可用以達到更長的紫外線波長。諸如BB〇(偏硼酸鋇）、LBO(三硼酸鋰）、KTP(構酸鉀鈦氧）、及其他實例之非線性晶體係一般用在諧波增加、諳波混合、參數混合等以產生基本雷射波長以外之較短或較長波長之其他波長之高功率輻射。第4圖為根據本發明一實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之穩定高功率脈衝化雷射4〇〇之簡化示意圖。在第4圖繪示之實施例中，顯示了一控制器與電子驅動器：一注射雷射源驅動器4〇1 (其連接到注射雷射源110(亦稱為穩定光學源））、一訊號源驅動器4〇2(其 201110492 連接到可調整脈衝化源13G)、—第—放大器驅動器 4〇3(其連接到第一光纖放大器泵送源154)、一第二放大器驅動器404(其連接到第二光纖放大器泵送源254)，其中該四個電子驅動器皆連接到一控制器4〇5。控制器4〇'5 通常是一電腦或多個電腦，該等電腦係經程式化以控制雷射系統的運作。尤其，控制器405可提供對於特定應用需要以從可調整脈衝化源' 130 |生期望之脈衝序列的資訊，以致脈衝序列470具有期望之性質。這樣的性質包括脈衝尖峰功率、脈衝長度、脈衝間之時間間隔、脈衝上升時間與下降時間、暫時脈衝形狀、及諸如此類者。此資訊亦；受控制器利用，以藉由控制第一放大器驅動器4〇3與第二放大器驅動器404來最適化放大器系統的興致。舉例而言，在低尖峰功率訊號脈衝的情況中，從第二光纖放大器泵送源254提供減少的泵送功率藉此減少放大引致發射（amplified stimulate4 emission, ASE)是有益的，此資訊可由控制器發送到第二放大器驅動器4〇4。此外，此資訊可受控制器405利用，以最適化暫時脈衝形狀，藉此減少光纖放大器中的增益飽和。額外資訊可見於共同受讓之美國專利案號7,428,253 ’其標題為“Meth〇ds _

Systems for a Pulsed Laser Source Emitting Shaped Optical Wafeforms” ’其在此以引置方式併入本文作為參考。又’此資訊可受控制器405利用，以最適化脈衝形狀’藉此減少可調整脈衝化源中之任何非線性或熱效 20 201110492 應。在使用半導體二極體雷射之可調整脈衝化源中，長脈衝寬度（例如100 ns、200 ns、500 ns、或更長）會因半導體雷射之主動區域的加熱而導致脈衝變形。參照第4圖’本發明之一實施例可包括一結合器420 及一偵測器410，結合器420具有第一、第二、第三與第四埠11 4、116、11 8與1 22，偵測器4 1 0耦合到結合器 420之第四埠122。偵測器410可監測移動返回通過放大器260之反傳播光。反傳播光係在第三埠ns進入結合器且在第四埠122離開結合器420，並且可接著被偵測器410所偵測。這樣的反傳播光可包括返回引致拉曼光、引致布里淵散射散射（stimulated Brillouin scattering)、返回ASE、反射光、或其他可能的實例。偵測器410耦合到控制器405，以提供關於所偵測之反傳播光的回饋。藉由使用控制器41 0 ’可藉由偵測與監測此移動返回通過放大器260之光來最適化雷射系統的效鸫。舉例而言，高位準之返回ASE的存在可指示增益沒在光纖放大器260中耗盡。控制器可接著藉由發送一指示到第一放大器驅動器403或第二放大器驅動器404而減少被提供到光纖放大器之泵送功率。或者，控制器可藉由發送一指示到訊號源驅動器402來增加訊號尖峰功率》熟習此技藝之人士知悉許多使用由偵測器4丨〇收集之資料以最適化且控制雷射效能的實例。額外資訊可見於共同受讓之美國專利案號7,667,889，其標題為“Methods and 21 201110492

Systems for Gain Control in Pulsed Optical Amplifiers”，其在此以引置方式併入本文作為參考。熟習此技藝之人士可瞭解的是，可調整脈衝化源13〇所提供之訊號脈衝之光學脈衝參數將部分地由訊號源驅動器402所提供之驅動電流之均等電流脈衝參數來決定。這樣的參數包括脈衝寬度、上升時間、下降時間、央峰功率、暫時脈衝形狀、及諸如此類者。在許多情況中’光學脈衝之形狀與驅動電流脈衝之形狀是實質上相同的。因此，為了達到脈衝至脈衝依需要改變之任意形狀之光學脈衝序列，在驅動電流脈衝序列中提供了相似的改變。依此方式，藉由適當地調整由訊號源驅動器4〇2 所提供之驅動電流之脈衝參數，對於各訊號脈衝達到期望之脈衝參數是可行的。提供驅動電流之脈衝參數的指示係從控制器405被發送到訊號源驅動器402。如第4圖所示，雷射系統可包括一控制器，控制器電氣地耦合到注射雷射源與可調整脈衝化源。控制器係可運作以調整可調整脈衝化源與注射雷射源之雷射參數。在一些實施例中，光學結合器包括耦合到偵測器之第四埠。從偵測器接收之訊號可被提供作為到控制器的輪入此外，雷射系統亦可包括耦合到可調整脈衝化源與控制器之電子訊號源驅動器。因此，根據本發明之實施例，可產生期望形狀之脈衝， J如第5A和5B圖顯示的方形頂部脈衝。同樣地亦可產生具有任意形狀之脈衝(如第5(：圖所顯示者卜又，亦 22 201110492 可產生具有脈衝間任意間隔之脈衝序列（如第5D圖所顯示者）。熟習此技藝之人士可知悉訊號脈衝之許多變化、變更和替代物，包括暫時脈衝形狀、脈衝序列、與脈衝間隔。舉例而言’本發明之實施例可提供第5 a_5D圖繪示之脈衝的組合。期望能夠改變雷射之彳呆作波長以匹配於特定應用。這可能涉及波長之大改變。舉例而言，這樣的波長大改變可以如前述使用非線性晶體或非線性晶體中之非線性混合中之諧波產生造成的波長偏移來達到。亦期望對波長造成小改變以匹配於特定共振或欲處理之材料中的共振。根據本發明之實施例，中心波長可藉由調整由注射雷射源11 〇(其係可調整，如前所述）所發射之穩定光學輻射之中心波長來偏移。參照第4圖，注射雷射源驅動器401可用以依照控制器4〇5提供的指示來改變脈衝至脈衝之穩定光學輻射中心波長。第όΑ圖係繪示來自一不穩定可調整脈衝化源之雷射發射的典型實例。第6Β和6C圖係繪示使用光學穩定輻射來鎖定脈衝化訊號之中心波長與線寬的典型實例。應注意，沒有穩定化之線寬La係比第6Β和6C圖所示之具有穩定化之線寬Lb與Lc更寬。可調整脈衝化源係呈現光學增益存在的光譜區域，可調整脈衝化源之光譜頻寬（BW)是增益存在於其中之光譜fwhM之寬度。可調整脈衝化源之光譜頻寬係由結構的材料以及可調整脈衝化源的摻雜程度來決定。由於所謂的增益窄化的過程，脈 23 201110492 衝化光學訊號之線寬La可實質上比可調整脈衝化源之光譜頻寬更窄。光譜頻寬可以為脈衝化訊號之光譜線寬的約10倍》根據本發明之一些實施例，經注射之訊號的線寬係比可調整脈衝化雷射之增益頻寬更窄。除了藉由使用注射鎖定來達到期望之光譜性質（例如脈衝化光學訊號之各脈衝之波長與線寬），注射鎖定之另一優點在於穩定化該等性質’以致脈衝化光學訊號之各脈衝將具有和脈衝序列中其他脈衝實質上相同之波長、線寬、與其他性質。在不具有任何穩定輻射的存在，由可調整脈衝化源發射之輻射將從可調整脈衝化源之光學共振器腔體内的雜訊累增’並且訊號脈衝具有中心波長與線寬La。中心波長可由數個因子（例如最大光學增益之波長與可調整脈衝化源共振器光學元件之波長反射率輪廓）的組合來決定。訊號脈衝之中心波長與線寬亦可受其他因子（例如溫度或所施加的電子驅動電流）所影響。舉例而言，在一脈衝期間’快速改變的電流會導致波長调散（wavelength chirping) ’其係線寬的有效加寬。因此，在不具有穩定輻射的存在，經發射之中心波長、線寬與其他性質可根據環境、脈衝化訊號重複率、波形式、及各種其他因子而變化。諸如線寬加寬與中心波長偏移之此種變化是不期望的’並且可能導致材料處理中低效率或其他不期望的效果’或導致當使用諸如諧波產生之非線性效應從基本波 24 201110492 長轉換到另一波長時之低效率。在不容許訊號脈衝從雜訊累增下，使用注射雷射源以提供穩定訊號到可調整脈衝化源來控制中心波長'線寬、極化、與其他性質有利的。當穩定輻射以位準比每單位波長之背景雜訊明顯更高而存在於可調整脈衝化源之光學共振器腔體中時，可達到線寬、中心波長、與其他性質之穩定化。此情況的結果可以是來自可調整脈衝化源之輸出的光譜相似於穩定輻射的光譜，並且和可調整脈衝化源之電子驅動狀況無關。舉例而言，參照第1圖，來自注射雷射源丨丨〇之穩疋轄射係發射雷射到結合器1 2 0之第一皡114内，在其中傳送到結合器120之第二埠丨丨6且離開第二埠丨丨6而進入可調整脈衝化源13〇之光學共振器腔體。當來自注射雷射源110且具有中心波長u與線寬Lb之穩定光學輻射以功率位準比背景雜訊明顯更高而存在於可調整脈衝化源130之光學共振器腔體中時，訊號脈衝會從穩定光學輻射累增，並且訊號脈衝之中心波長將為λ1)且線寬將為約Lb。同樣地，若穩定光學輻射之中心波長與線寬分別被改變到λί：與Lc，如第6C圖所示，則訊號脈衝之中心波長與線寬將分別改變成人c與約LC。應瞭解，注射雷射源110之中心波長是位在可調整脈衝化源丨3 〇之增益頻寬内’如第6B和6C圖所示。 •以此方式使用具有低功率位準（例如微瓦或微瓦範圍）之穩定光學輻射來注射鎖定雷射是可行的。舉例而言， 25 201110492 由注射雷射源所發射之光學穩定輻射之功率可高達50 mW或更大’或者低達〇·5 mW或更小。並且，可取決於應用來選擇穩定輻射光譜性質。舉例而言，可選擇光譜性質以最小化諸如光纖放大器中之引致布里淵散射散射 (Stimulated Brillouin Scattering, SBS)之非線性效應，或最適化非線性晶體中之光學諧波轉換。光纖放大器中之 SBS係強烈相依於光纖中傳播的窄訊號線寬。在本發明之貫施例中，注射雷射源是一 FBG穩定半導體二極體雷射，其中FBG反射率與頻寬係經選擇以提供5〇 pm至 5〇〇pm之寬線寬以減少SBS產生。同樣地中心波長不必是1064 nm，但可以是另一波長，例如976 nm、1〇3〇 nm、l3〇〇nm' 155()nm、或許多其他波長的選擇。本發明係結合來自T縣脈衝化源之高尖峰功率光學脈衝之產生與注射雷射源之受控制光譜與其他特徵。可由注射雷射源控制之其他特徵包括極化與發散。舉例而言，極化束在—些材料處理卿中是重要的。可由注射雷射源控制之特徵不僅侷限在所提及者。第7圖為繪示提供雷射脈衝之方法的流程圖，其中索雷射脈衝之特徵在於穩定中心波長與線寬。方法括提供光學輻射（7〇2)。作為實例，光學輻射可使用注务雷射源來產生’並且可接著被用來穩定化第二雷射，知本說明書所更完整描述者。光學㈣可使用注射雷射源 (亦稱為穩定雷射源)來產生。注射雷射源可以是布拉格光纖光柵較何體二極體雷射、cw半導體 26 201110492 衝化半導體雷射、光纖雷射、其組合、或諸如此類者。光學輻射係被耦合到光學結合器之第—崞内（7〇4)，並且從光學結合器之第一部分被傳送到光學結合器之第二淳 (706)。此方法也包括將來自第二埠之光學輻射搞合到可調整脈衝化源内（708)。光學輻射將可用以穩定化在可調整脈衝化源中所產生的發射（其亦可稱為訊號源）。此方法更包括使用可調整脈衝化源來產生複數個訊號脈衝（710) ’以及將該複數個訊號脈衝耦合到光學結合器之第二埠内（7 12)。由於訊號脈衝係被注射雷射源提供之 /主射鎖定所穩定化，訊號脈衝可被稱為穩定訊號脈衝。此方法又包括從第二埠傳送該複數個訊號脈衝到光學結合益之第三埠（714)，以及從該第三埠輸出該複數個訊號脈衝》如本說明書所討論者，光學結合器可以是光學循環器。根據本發明之一特定實施例，此方法也包括將該複數個訊號脈衝耦合到光學放大器之輸出端内、放大該複數個訊號脈衝、及在光學結合器之輸出端處輸出該複數個經放大之訊號脈衝。因此，此特定實施例可提供經放大且經穩定化之光學脈衝。光學放大器可包括一泵送源，泵送源係經由一光學耦合器而光學地耦合到一光學主動光纖（例如一稀土元素摻雜光纖）。應瞭解，第7圖繪示之詳細步驟提供了根據本發明一實施例之提供穩定光學脈衝之特定方法^亦可根據替代性實施例執行其他的步驟順序。舉例而言，本發明之替 27 201110492 代性貫施例能夠以不同的順序來執行上述步驟。再者，第7圖繪示之個別步驟可包括複數個子步驟該等子步驟能夠針對個別步驟適當地以各種的順序來執行。熟習 . 此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。第8圖為繪示提供經放大之訊號脈衝之方法的流程圖，其中該經放大之訊號脈衝之特徵在於穩定之中心波長和線寬。方法800包括從注射雷射源或穩定雷射源提供穩定光學輻射（802)。此方法也包括將穩定光學輕射輕合到光學結合器之第一埠，並且將來自第一埠之穩定光學輕射傳送到光學結合器之第二埠（8〇4)，以及將來自光學結合盗之第二埠之穩定光學輻射耦合到可調整脈衝化源内（806)。此方法更包括從可調整脈衝化源產生穩定訊號脈衝（808)，以及將穩定訊號脈衝輸入到光學結合器之第二埠内（81〇)。此方法又包括從第二埠傳送穩定訊號脈衝到光學結合器之第三蟑，以及在光學放大器之輸入端處接收來自光學結合II之第三蟑之穩定訊號脈衝（812)。穩定訊號脈衝 .被放大⑻4)且從光學放A||之輸出端處被輸出（816)。放大可使用一稀土元素摻雜光纖放大器來執行。應瞭解’帛8圖繪示之詳細步驟提供了根據本發明— 實施例之提供經放大且經穩定化之光學脈衝之特定方法。亦可根據替代性實施例執行其他的步驟順序。舉例而言’本發明之替代性實施例能夠以不同的順序來執行上述步驟。再者，第8圖繪示之個別步驟可包括複數個 28 201110492 子步驟，該等子步驟能夠冑對個別步驟適當地以各種的順序來執行。又，取決於特定制，可添加或移除額外的步驟。熟習此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。根據本發明之實施例，系統係被提供成可導致光學脈衝之序列的產生，其中該等光學脈衝可不具有均等的時間間隔。此外，能夠以預定方式來個別地訂製各脈衝之脈衝寬度與脈衝能量。若需要，雷射之中心波長可依個別脈衝被偏移。雷射基底材料處理（諸如標記、雕刻、微加工、與切割）已經廣泛地使用高尖峰功率脈衝雷射。取決於應用與欲處理之材料，脈衝特徵可適用在即將到來之任務。對於一些應用，以特定的光學暫時脈衝形狀（例如方形脈衝）來處理是較佳的，並且這樣的脈衝的變形是不樂見的。舉例而言’在記憶體晶片之導電連接之雷射處理的領域中，使用實質上方形光學脈衝是有利的。在其他應用中，使用線性極化光是有利的。根據本發明之一特定實施例，第9圖顯示一示範性雷射處理系統900。系統900包括一雷射源902、一波長轉換器906、一訊號源驅動器914、一光學系統910、一控制器918、一感應器922、及一工件926，工件926定位在工件固持器93〇之頂部上。雷射源9〇2係提供具有特又特徵（例如波長、脈衝長度、暫時脈衝形狀、與脈衝重複率）之雷射脈衝。波長可由控制室918來選擇。波長也可藉由使用控制器918經由波長轉換器來調整》根據本 29 201110492 發明之一實施例，脈衝長度、暫時脈衝形狀、與脈衝重複率可由控制器91 8經由訊號源驅動器9丨4來調整。控制态918可提供用以處理特定材料之資訊，例如用來處理特疋材料之最適暫時脈衝形狀與脈衝長度。雷射源902纟i之波長可被波長轉換器轉換$ _ &的基本波長，例如第二、第三、或第四諧波波長。儘管一些系統使用不同的雷射，在非線性晶體中使用公知之諧波產生製程從一雷射獲得不同波長是可行的。舉例而言，藉由在非線性晶體中使用諧波成三倍，可從波長為 1.064 μιη之紅外線雷射獲得波長為約353 nm之紫外線。波長轉換H 906可包括一束導引裝£(例如裝言史電流計之鏡子）。藉由使用控制器918，鏡子可快速地改變來自雷射源902之雷射束的路徑以旁流過（bypass)該波長轉換器 906。光學系統910可用以調整束之束形狀或點尺寸。光學系統910可包括用以將雷射束聚焦在工件926上之透鏡與鏡子以及用以將束導引到工件926.上各種位置之部件。在一特定實施例中，用以將束導引之部件可以是裝設在電流計上之鏡子。控制H 918可用以控制光學系統 910以及用以將束導引之部件的運動。舉例而言，當於一鑽孔製程（trepanning process)中在工件926中切叫一孔洞時’光學系統910可被控制器918控制而將圓：的束掃瞄在需要切割孔洞的區域上。或者，當於一衝擊製程（percussion process)中在工件926中切割一孔洞時，雷 30 201110492 :束係被導引朝向需要切割孔洞的區域且可被脈衝化數 -以直接地鑽鑿該孔洞。雷射束可藉由移動由控制器918 工件固持器930來處理被固持在工件固持器件926之各個小區域，其中該工件固持器93〇具有一可移動平台。許夕應用可能藉由使用不同的雷射束而需要多個處理步驟。在一些情況中’製程可能對於改變雷射參數之特 ^時間之精確㈣是再現性不；^的。在這樣的情況中，雷射系統900可使用感應器922作為指示物，以指示並偵則已』成了多個製程步驟之_步驟。感應@似可接著提供-回饋訊號到控制器918(其經由訊號源驅動器 914連通於雷射源9〇2)，以切換到另—處理步驟。使用感應器922之一優點在於感應器922 在雷射處理中提供回饋訊號到控制器918丄= 地改變或最適化雷射參數。、存在有„午夕使用感應器來監測處理順序或步驟的方式。在本發明之一實施例中，感應器922可以是一視察系統（例如一影像攝像機），用以在發稱雷射處理時觀察工件926。在本發明之另一實施例，，▲應胃922可以是一光二極體，用以偵測一指示物（諸如從工件926發射之光之改變）。在本發明之又一實施例中，感應器922可以是-聲音偵測器’其靠近工件926用以在雷射處理期間偵測一指示物（諸如聲音之音高或音量之改變）。熟習此技藝之人士可知悉許多變化、變更和替代物。 31 201110492 雷射可用來處理包含一均質材料或一多層不同材料結構的工件926。舉例而言，雷射時常用來移除兩個接：之間的金屬導體，其中金屬係形成被沉積在基材（其包含玻璃或介電材料）上之電路的部分。工件9%可以是一多層結構，其具有至少兩層不同材料。第i〇A圖顯示位在一玻璃基材1〇〇6上之一薄金屬層 1002的實例。作為實例，金屬可以是鋁。第刚圖顯示了藉由使用第— '組雷射脈衝來移除—部分之金屬層 1002。形成有三個區域，包括區域1G18(其含有_些由金屬層1002之移除所產生的碎粒1〇14)、區域與 101〇b(其是金屬層丨術之殘餘部分，而位在區域刪之各側上）。第-組雷射脈衝包括兩個高能量與短脈衝，用於—部分之金屬層1〇02的快速移除。現參照第1GC圖’藉由使用第二組雷射脈衝，區域刪中之碎粒HH4係被移除或被清除。當從玻璃基材ι_ 移除金屬I 1002時，第一組雷射參數係被改變到第二组雷射參數。第二組雷射脈衝包括五個低能量與長脈衝：用以/月除碎粒1014而不會損壞玻璃基材1〇〇6。在本發明之一特定實施例中，雷射波長可以是_ =並且可使用—镱摻雜光纖放大器。在部分地移除金屬層1〇〇2之第一製程中’第一組雷射脈衝之各者可具有 5 ns之脈衝長度與G 2mJ之脈衝能量。在清初碎粒⑻4 製程中，第二組脈衝之各者可具有〜之脈衝度/、〇·〇5 mJ之脈衝能量。在第_與第二製程兩者中， 32 201110492 了使用20 kHz之脈衝重複率。另個一般應用可使用雷射來鑽鑿介層窗孔洞穿過電路板，其中複數個層之各者係交替於一導體（例如銅）與、邑緣體（例如填充玻璃之環氧樹脂或熱塑型塑膠）之門各層可以需要不同組的雷射參數以最適化用在特定材料之電路板的雷射處理。舉例而言，可使用長的方形脈衝用於退火或清除’而可使用短脈衝或超快脈衝用於夕里材料之精確移除。儘管短脈衝可致使材料之非常清潔或α晰邊緣的移除，短脈衝之移除率可低於長脈衝之移除率，這是因為短脈衝涉及較低的能量。所以，選擇用於特定材料之暫時脈衝形狀、脈衝長度、脈衝能量是重要的，以最適化雷射處理。人第11 I顯示—電路板之簡化剖視圖。電路1100包含一第一材料之第一層1106、一第二材料之第二層 1110、-第—材料之第三層⑴4、—第二材料之第四層 118及-基材1122。在一些實施例中，基材或電路板稱為工件。圓形介層窗孔洞UG2b得被鑽I穿過第三與第四層1114與1118。第一材料可以是金屬（例如鋼），而第二材料可以是聚合物（例如聚醯亞胺）。第一與第二層 1106與1110之介層窗U02a可和第三與第四層丨114與 ln8之介層窗U02b具有不同尺寸。在本發明之特定實施例中，雷射源u〇2可具有 ⑽之基本波長。當鑽鑿穿過第-材料(例如鋼)之第一層與第三層1114時，可使用第三諸波波長之雷㈣ 33 201110492 1102(3 5 3 nm紫外線），這是因為1064 nm的基本波長會實質上被金屬（諸如銅）所反射。雷射參數可包括0.05 mJ 之脈衝能量以及5 ns之脈衝長度。可將紫外線光聚焦在小點尺寸上，已提供至少50 J/cm2之高能量密度。藉由以脈衝重複率為50 kHz之雷射脈衝來鑽孔鑽鑿第一材料 (例如銅）之第一與第三層1106與1114，可形成介層窗 1102a 與 1l〇2b 。當鑽鑿穿過第二材料（例如聚醯亞胺）之第二層m〇與第四層1118時，可藉由配置多個鏡子以將來自雷射源 1102之雷射束導引以旁流過（bypass)波長轉換器11〇6而使用1064 nm之基本波長《可藉由脈衝能量為〇 5 mJ、脈衝長度為100 ns且脈衝重複率為10 kHz之衝擊鑽鑿來形成在第二與第四層1110與118中之介層窗孔洞與1102b »脈衝之總數可以超過1〇〇個脈衝。在一特定實施例中，可使用一輔助氣流以有助於清除在雷射處理中產生的碎粒。可使用—視察系統作為一感應器’以決定何時要切換雷射參數。視察系統可读測火焰的亮度和光譜資訊，以指示正在處理的材料是否為金屬或塑膠。根據本發明實施例，使用不同組之雷射參數的優點在於以超過—個行程(pass)來處理整個工件，但在兩個接續的行程間不具有任何時間延遲’這是因為需要以調整雷射參數之時間係、比接續的雷射脈衝間之時間更短。相較於需要至少兩個不同雷射來處理一多層結構的情況，此 34 201110492 ,:可需要實質上更少的處理時間。當使用至少兩個不同田射時，在多個區域之各區域上再達到對準以為了接只的雷射鑽馨或清除是困難的且耗時的，其中已經在一先則的行程或多個先前行程中處理各個這樣的區域。在本發明之另一實施例中，處理可於工件上發生在單 —仃程中，而非在多個行程中（若使用超過一個雷射其 a發生）。在單一行程之實施例中，一優點在於相較於傳統處理可最大化產能，這是因為將正在處理之工件（例如印刷電路板）移動到纟種位置所f _間係ϋ常大於處理工件（例如鑽鑿一組介層窗）所需的時間。因此，具有單一行程可減少總處理時間。故，此實施例可藉由使用本文也述之撓性雷射系統來提供產能之明顯優點。再者，使用不同組之雷射參數來處理不同材料的技術也比使用單一組之參數更佳。當使用單一組之參數來處理具有不同材料之工件時，可能無法最適化可供任何材料所用的參數’使得雷射處理可能更耗時或可能導致不期望的副效果（諸如打洞（pitUng)、脊狀化（ridging)、或燃燒區塊等）。利用本發明之實施例，注射鎖定一脈衝化半導體雷射是可行的。此外，本發明之實施例可使得藉由使用光纖放大器由注射鎖定之半導體雷射所產生之穩定脈衝的放大變得可能。根據本發明之實施例，光纖放大器提供許多優點包括高增益、低成本、方便之雷射脈衝的光纖耦合、及諸如此類者。可調整脈衝化源提供了包括雷射 35 201110492 脈衝之塑开>、各種重複率、及諸如此類者的優點。應瞭解，本發明之貫加例係使得重複率可被改變而具有最小的負效果，這是因為注射鎖定係用來將輸出波長維持於一預定值。第14圖為繪示根據本發明一實施例之提供經放大且經穩疋化之雷射脈衝之方法的流程圖。方法1 4〇〇包括提供一注射雷射源（1 402)，並且從注射雷射源提供一光學輻射訊號（1 404)。此方法也包括基於光學輻射訊號來穩定化一可調整脈衝化源（1406)，以產生穩定訊號脈衝 (1408)。此方法更包括在一光纖放大器中放大該穩定訊號脈衝（1410)，並且輸出經放大之穩定訊號脈衝（1412)。在一實施例中，光纖放大器包括一泵送源，泵送源係光學地耦合到一光學主動光纖。作為實例，注射雷射源可包括一連續波半導體雷射’並且可調整脈衝化源可包括一脈衝化半導體雷射。利用本發明之實施例，經放大且經穩定化之訊號脈衝的尖_峰功率可大於1. kW。儘管已經以特疋實施例及其特定實例來敛述本發明，應瞭解其他實施例落入本發明之精神和範圍内。因此，本發明之範圍應參照隨附申請專利範圍以及其完全均等範圍來決定。【圖式簡單說明】第1圖為根據本發明一實施例之一高功率穩定脈衝化 36 201110492 雷射系統之簡化示意圖，其具有使用光纖放大器之可調整脈衝特徵。第2圖為根據本發明一實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之高功率穩定脈衝化雷射之簡化示意圖。第3圖為根據本發明又另一實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之高功率穩定脈衝化雷射之簡化示意圖。第4圖為根據本發明一替代性實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之高功率穩定脈衝化雷射之簡化示意圖。第5A-5D圖係繪示本發明之實施例提供之各種暫時脈衝形狀、脈衝序列、與脈衝間隔的實例。第6A圖係緣示不具有穩定化之各種訊號脈衝之典型光譜特徵。第όΒ-C圖係綠示藉由使用一注射雷射源來穩定化之各種訊號脈衝之典型光譜特徵。第7圖為繪示根據本發明一實施例之提供穩定雷射脈衝之方法的簡化流程圖。第8圖為繪示根據本發明一實施例之提供經放大之穩疋雷射脈衝之方法的簡化流程圖。第9圖為繪示根據本發明一實施例之一高功率穩定脈衝化雷射處理系統的簡化示意圖。第10A-10C圖使用第9圖之雷射系統而被處理之一示 37 201110492 範性兩層結構的簡化示意圖。第Π圖為使用第9圖之雷射系統而被鑽鑿之具有介‘層窗孔洞之一示範性多層電路板的簡化示意圖。第12圖為根據本發明—實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之高功率穩定脈衝化雷射源的簡化示意圖。第13圖為根據本發明—實施例之使用光纖放大器而具有可調整脈衝特徵之高功率穩定脈衝化雷射源的簡化不意圖。第1 4圖為繪示根據本發明一實施例之提供經放大且經穩定化之雷射脈衝之方法的流程圖。【主要元件符號說明】 100 面功率穩定脈衝化雷射 110 注射雷射源 114 第一埠 116 第二埠 118 第三琿 120 光學結合器 130 可調整脈衝化源 148 輸入端 152 光學耗合器 154 栗送源 38 201110492 156 稀土元素摻雜光纖迴路 160 光學放大器 170 輸出端 200 穩定高功率脈衝化雷射 242 光學隔離器 254 第二光纖放大器泵送源 260 二階段光學放大器 270 輸出端 300 穩定高功率脈衝化雷射 310 波長轉換器 370 輸出端 400 穩定高功率脈衝化雷射 401 注射雷射源驅動器 402 訊號源驅動器 403 第一放大器驅動器 404 第二放大器驅動器 405 控制器 410 偵測器 420 結合器 470 脈衝序列 514 蟑 516 埠 518 谭 520 抽頭耦合器 39 201110492 700 方法 702-716 步驟 800 方法 802-816 步驟 900 雷射處理系統 902 雷射源 906 波長轉換器 910 光學系統 914 訊號源驅動器 918 控制器 922 感應器 926 工件 930 工件固持器 1002 金屬層 1006 玻璃基材 1010a 區域 1010b 區域 1014 碎粒 1018 區域 1102 介層窗孔洞 1102a 介層窗孔洞 1102b 介層窗孔洞 1106 第一層 1110 第二層 201110492 1114 第三層 1118 第四層基材 1122

Claims

201110492 七、申請專利範圍： 1. 一種雷射系統，包含·· 一注射雷射源，其具有一雷射輸出，該雷射°作以提供一乂雷射輸出之特徵在於一第— 一線寬、與一輸出功率；第可調：1調整脈衝化源’其特徵在於一増益頻寬，該一π脈衝化源係可運作以提供具有—平均功率之、輪出讯號’該輸出訊號包含複數個光學脈衝，該些複數個光學脈衝之各者之特徵在於一第二波長、一第二線寬、與—尖峰功率；以及光于釔合器，其具有一第一埠、一第二埠、與一第三埠，該第一埠耦合到該注射雷射源之輸出，該第一埠耦合到該可調整脈衝化源。 2.如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該光學結合器包含三埠光學循環器。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該注射雷射源包含一連續波半導體雷射。 4.如申請專利範圍第3項所述之雷射系統’其中該連續波半導體雷射包含一布拉格光纖光柵（fiber Bragg grating)穩定半導體雷射。 42 201110492 5·如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該注射雷射源包含一脈衝化半導體雷射，該脈衝化半導體雷射之脈衝寬度係比該些複數個光學脈衝之各者之脈衝寬度實質上更長。 6. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該可調整脈衝化源包含一半導體雷射。 7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射系統，其中該半導體雷射之一前表面反射率小於1%。 8. 如申請專利範圍第7項所述之雷射系統，其中該前表面反射率小於〇.〇1 〇/D。 9. 如申請專利範圍第..丨項所述之雷射系統，其中該可調整脈衝化源包含一半導體光學放大器，該半導體光學放大器具有一第一側與一第二側，該第一側耦合到該光學結合器之第二埠，該第二側耦合到一布拉格光纖光柵。 10.如申請專利範圍第9項所述之雷射系統，其中該布拉格光纖光柵之特徵在於在第一波長時之反射率大於 75%。 43 201110492 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項所述之雷射系統，其中該反射率大於95%。 12.如申請專利範圍第1項所述之雷射系統’其中該第一波長位在該增益頻寬内。 13 ·如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該第二線寬約等於該第一線寬。 14.如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該第二波長約等於該第一波長。 1 5.如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，更包含耦合到該第三埠之一光學放大器，其中該光學放大器係可運作以接收該可調整脈衝化源之輸出訊號並提供一經放大之輸出。 16.如申請專利範圍第15項所述之雷射系統，其中該光學放大器包含一光學主動光纖以及一泵送源，該泵送源係光學地耦合到該光學主動光纖。 17·—種用以提供複數個訊號脈衝之方法，該方法包含下列步驟： 44 201110492 提供光學輕射；將該光學輻射耦合到一光學結合器之一第一埠内；從該第一埠傳送該光學輻射訊號到該光學結合器之一第二埠；將來自該第二埠之光學輻射訊號耦合到一可調整脈衝化源内；產生複數個訊號脈衝；將該些複數個訊號脈衝耦合到該第二埠内；從該第二埠傳送該些複數個脈衝到該光學結合器之一第三琿；以及從該第三埠輸出該些複數個訊號脈衝。 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含：將該些複數個訊號脈衝耦合到一光學放大器之輸入端内；放大該些複數個訊號脈衝；以及在該光學放大器之輸出端處輸出該些複數個經放大之訊號脈衝。 19. 如申請專利範圍第is項所述之方法，其中該光學放大器包含一泵送源，該泵送源係光學地耦合到一光學主動光纖。 45 201110492 20. —種用以提供經放大且經穩定化之雷射脈衝之方法，該方法包含下列步驟：從一注射雷射源提供一光學輻射訊號；基於該光學輻射訊號來穩定化一可調整脈衝化源，以產生穩定訊號脈衝；在一光纖放大器_放大該些穩定訊號脈衝；以及輸出該些經放大之穩定訊號脈衝。 21.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該光纖放大器包含一泵送源，該泵送源係光學地耦合到一光學主動光纖。 22·如申請專利範圍第2G項所述之方法，其中該注射雷射源包含-連續波半導體雷射，並且該可調整脈衝化源包含一脈衝化半導體雷射。 23·如申請專利㈣第2G項所述之方法，其中該些經放大且經穩定化之訊號脈衝的尖峰功率係大於丨kw。 46