TW201725815A - 用於短脈衝雷射的任意觸發的增益控制 - Google Patents

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Abstract

一種裝置可包含一具有儲存的能量之瞬態光放大器，該儲存的能量係相關於一動態平衡的一下邊界及一上邊界、以及一目標位準，該目標位準係界定用於放大一高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝之儲存的能量。該裝置可包含一用以增加該放大器的儲存的能量的泵、以及一用以使得低能量的控制脈衝或是該高能量的輸入脈衝通過至該放大器的來源。該裝置可包含一控制器，其係被配置以藉由請求用於該放大器的在一高的重複頻率下的低能量的控制脈衝，來維持該放大器的儲存的能量處於該動態平衡。該控制器可以等待接收一觸發。根據接收該觸發，該裝置可以停止通過低能量的控制脈衝至該放大器，並且可以在該放大器的儲存的能量到達該目標位準時，使得該高能量的輸入脈衝通過至該放大器。

Description

用於短脈衝雷射的任意觸發的增益控制
本揭露內容係有關於雷射系統以及操作雷射系統的方法。更具體而言，本揭露內容係有關用於調節任意定時的短雷射脈衝的放大之方法及系統。
短脈衝雷射系統係產生具有次微秒的脈衝寬度及次毫秒的時間間隔之光脈衝。如同在此所用的，一短脈衝的光是一電磁脈衝，其持續時間係小於1微秒(10-6秒)。短脈衝雷射系統係包含超短脈衝雷射系統(或反過來說的超快雷射系統)，例如是奈秒、微微秒及飛秒的雷射系統、以及其它可以產生具有次微秒脈衝寬度以及次毫秒的時間解析度的經放大的光脈衝之雷射系統。
在習知的短脈衝雷射系統中，高能量的脈衝係在一固定的頻率以及固定的能量下加以產生。在此種雷射中改變在脈衝之間的時間可能會在每一個脈衝的能量上產生顯著的差異，此係有著損壞該雷射或是該些脈衝所施加到的物體之可能性。對於可以在任意的時間被觸發以提供一短持續期間的脈衝，同時控制每一個被觸發的光脈衝的能量之短脈衝的雷射係有所需求。此種雷射將會是有利於微加工以及潛在的其它領域(例如，眼 科學(ophthalmology)、生物醫學(biomedical)成像、超快光譜學、超高速的光學網路、反應觸發、飛秒化學(femtochemistry)等等)。
就舉習知的超快雷射微加工作為一個例子，一光束係被移動在一工件上，以用一特定的圖案來施加該射束。該射束可被移動、該工件可被移動、或是兩者都可被移動，以描繪該圖案。為了最大化處理速度，此移動應該是盡可能快速的；然而，該速度係受限於在該移動的精確性上的要求。該移動對於直線而言可以是非常快速的，但是對於小的特點或是複雜的特點而言可能需要是非常緩慢的。在快速及緩慢的移動之間的轉變係根據正被描繪的圖案的複雜度而動態地發生。
當利用超快雷射來微加工時，被施加至該工件的光束係包括奈秒至飛秒的持續期間的光脈衝，其係具有一在kHz到MHz的範圍內的脈衝重複頻率(PRF)。理想上，每一個脈衝的能量係被保持固定的，並且該些脈衝係在該工件上的實體位置上均勻地間隔開。在該工件上的脈衝的間隔係成正比於掃描速度(在該光束與該工件之間的相對速度)以及在光脈衝之間的時間(或是與該光束的脈衝重複頻率(PRF)成反比)。因為該掃描速度係動態地改變，因此在光脈衝之間的時間也必須動態地改變來保持在該工件上的脈衝的間隔為固定的。然而，動態地改變習知經放大的超快雷射的PRF將會改變該些輸出光脈衝的能量。在圖1中，實線是放大器(例如，習知的超快雷射的放大器)的儲存的能量，該些輸入脈衝係藉由實心圓來加以表示，並且該些輸出脈衝係藉由空心圓來加以表示。一脈衝之相對的能量位準係藉由其實心或空心圓的直徑來加以表示。
圖1係繪出一習知的超快雷射(例如是根據2008年6月10 日公告的美國專利號7,386,019的"產生光脈衝的設備及方法"的一超快雷射，該美國專利係以其整體被納入在此作為參考)的一放大器的儲存的能量。該實線係代表該放大器的相對於時間之儲存的能量。在該圖上的實心圓係代表進入該放大器的輸入脈衝，其中該實心圓的尺寸係代表該輸入脈衝的能量。該些空心圓係代表輸出脈衝，與其對應的輸入脈衝是同心的，並且該空心圓的尺寸係代表該輸出脈衝的能量。在圖1的例子中，所有的輸入脈衝的能量係維持相同的。傳統上，並且如同前三個輸入脈衝所繪的，該時間的間隔係根據一提供該些脈衝至該放大器的來源(例如，一短脈衝雷射源、等等)的一脈衝重複頻率而為固定的。對於該前三個脈衝而言，其係有固定的時間間隔，儲存的能量是處於動態平衡，其係在下一個脈衝到達的同時回到一目標位準，並且該些輸出脈衝於是具有一固定的能量位準。當在脈衝之間的時間間隔改變時，該放大器的動態平衡則被破壞。在脈衝之間的時間增加的情形中，該放大器係過衝該目標，因而下一個脈衝的能量可能會大到使得該脈衝可能會損壞該雷射、工件或是其它事物。當脈衝之間的時間減小時，該放大器無法補充其儲存的能量至該目標位準，因而下一個脈衝的能量可能會不足以執行其工作。若甚至一脈衝的時序係充分地脫離，則該放大器可能會花一段相當長的時間來重新建立其平衡。這些問題係在更多的脈衝偏離一固定的時間間隔或是一固定的脈衝重複頻率時更為加劇。若每一個輸入脈衝的能量並未被保持固定的，則另外的問題將會發生。
欠缺保持脈衝能量變動充分小的任意定時或是任意觸發的脈衝的雷射係對於處理量、品質或系統複雜度產生危害。在許多現今的超 快雷射應用及市場領域中，這將會是一項非常重要的限制。於是，具有一種可以在任意的時間被觸發、具有高的時間解析度，以提供和每一個觸發相關的一短持續期間的光脈衝，同時又能夠控制所有光脈衝的能量之脈衝的雷射將會是有利的。
在某些可能的實施方式中，一種方法可包含持續地泵送(pumping)一瞬態光放大器，藉此增加該放大器的儲存的能量。該放大器的儲存的能量可以是和三個增加的能量位準相關的：一動態平衡的一下邊界；該動態平衡的一上邊界；以及一目標位準，其係界定用於放大一高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝之儲存的能量。該方法可包含藉由使得來自一來源的在一高的重複頻率下的低能量的控制脈衝通過至該放大器，以維持該放大器的儲存的能量處於該動態平衡。該方法可包含，根據接收一觸發來停止通過低能量的控制脈衝至該放大器。該方法可包含等待該泵送以增加該放大器的儲存的能量至該目標位準。該方法可包含使得該高能量的輸入脈衝通過至該放大器。該方法可包含放大該高能量的輸入脈衝成為一更高能量的輸出脈衝，藉此減低該放大器的儲存的能量至一低於該目標位準的耗盡的(depleted)位準。該方法可包含輸出該更高能量的輸出脈衝。
在某些可能的實施方式中，該來源可包含一短脈衝雷射源，其係具有一大於5百萬赫(MHz)的脈衝重複頻率。該來源可包含一光學地連接至該短脈衝雷射源的脈衝選擇器，以控制來自該短脈衝雷射源的雷射脈衝的發射及能量。
在某些可能的實施方式中，當該方法控制該些雷射脈衝的發射及能量時，其可包含藉由該脈衝選擇器來通過、部分地通過、或阻擋來自該短脈衝雷射源的雷射脈衝。
在某些可能的實施方式中，當該方法停止通過該些低能量的控制脈衝時，其可包含藉由該脈衝選擇器以阻擋來自該短脈衝雷射源的雷射脈衝。
在某些可能的實施方式中，該短脈衝雷射源或是該脈衝選擇器中的至少一個可以提供次微秒的響應時間。
在某些可能的實施方式中，該些低能量的控制脈衝、該高能量的輸入脈衝、以及該更高能量的輸出脈衝可以具有小於一微秒的脈衝寬度。
在某些可能的實施方式中，該耗盡的位準可以是低於該動態平衡的該下邊界。
在某些可能的實施方式中，相較於距離該目標位準或是距離該耗盡的位準，該動態平衡的一中心能量位準可以是較接近該目標位準與該耗盡的位準的一中心能量位準。
在某些可能的實施方式中，一介於接收該觸發到輸出該更高能量的輸出脈衝之間的時間延遲可以是介於約5奈秒到約100奈秒之間。
在某些可能的實施方式中，一種裝置可包含一具有儲存的能量之瞬態光放大器，該儲存的能量是和三個增加的能量位準相關的：一動態平衡的一下邊界；該動態平衡的一上邊界；以及一目標位準，其係界定用於放大一高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝之儲存的能量。該 裝置可包含一泵以增加該放大器的儲存的能量。該裝置可包含一來源以使得低能量的控制脈衝或是該高能量的輸入脈衝通過至該放大器。該裝置可包含一控制器，其係被配置以藉由請求該來源通過在一高的重複頻率下的低能量的控制脈衝至該放大器，以維持該放大器的儲存的能量處於該動態平衡。該控制器可被配置以等待接收一觸發。該控制器可被配置以根據接收該觸發來停止通過低能量的控制脈衝至該放大器，以及當該放大器的儲存的能量到達該目標位準時，請求該來源以使得該高能量的輸入脈衝通過至該放大器。
在某些可能的實施方式中，該來源可包括一雷射二極體。
在某些可能的實施方式中，當停止通過該些低能量的控制脈衝時，該控制器係被配置以控制該雷射二極體以避免藉由該雷射二極體的脈衝發射。
在某些可能的實施方式中，該來源可包括一連續波的雷射，其係提供該些低能量的控制脈衝作為一連續波的低平均功率的控制射束；以及一提供該高能量的輸入脈衝的第二雷射。
在某些可能的實施方式中，該放大器的儲存的能量可以藉由該高能量的輸入脈衝的放大而被耗盡到一耗盡的位準。該高的重複頻率可以是大於一在無該些低能量的控制脈衝下將會維持該放大器的儲存的能量處於在該目標位準與該耗盡的位準之間的平衡的重複頻率。
在某些可能的實施方式中，一在該上邊界與該下邊界之間的差值可以是小於或等於一在該目標位準與該耗盡的位準之間的差值的百分之60。
在某些可能的實施方式中，一在該上邊界與該下邊界之間的差值可以是小於或等於一在該目標位準與該耗盡的位準之間的差值的百分之20。
在某些可能的實施方式中，該裝置可以輸出該更高能量的輸出脈衝。在此種實施方式中，減少在該上邊界與該下邊界之間的該差值可以減少以下的至少一個：一在輸出該更高能量的輸出脈衝的一時間與接收該觸發的一時間之間的時序抖動、或是在一所要的能量位準與該更高能量的輸出脈衝的一能量位準之間的一能量抖動。
在某些可能的實施方式中，該裝置的該放大器可包含以下的至少一個：一或多個單通(single pass)放大器、一或多個多通(multi-pass)放大器、或是一或多個單通放大器以及一或多個多通放大器的一組合。
在某些可能的實施方式中，該裝置的該控制器可被配置以判斷該觸發係指出來提供一系列的以一叢發的脈衝。該裝置的該控制器可以被配置以在該放大器的儲存的能量到達該目標位準時，請求該高能量的輸入脈衝作為該系列的以一叢發的脈衝。
在某些可能的實施方式中，該裝置可包含一在該放大器之後的輸出控制，以在輸出之前通過、阻擋、或是降低經放大的低能量的控制脈衝以及更高能量的輸出脈衝的能量位準。
在某些可能的實施方式中，該裝置的該控制器可被配置以在該控制器正在請求來自該來源的低能量脈衝時，請求該輸出控制以阻擋脈衝。
在某些可能的實施方式中，該輸出控制可包含一脈衝選擇器 或是一按需求的脈衝(pulse-on-demand)。
在某些可能的實施方式中，該裝置可包含一在該放大器之後的非線性波長轉換器。
在某些可能的實施方式中，該裝置可以接收多個觸發，並且可以輸出對應於該多個觸發的多個更高能量的輸出脈衝。在此種實施方式中，對應於該多個觸發的該多個更高能量的輸出脈衝的一時序抖動以及一能量抖動分別可以是小於約1微秒以及5%。
在某些可能的實施方式中，一種短脈衝雷射增益調節之方法可包含藉由一雷射系統來泵送該雷射系統的一瞬態光放大器，藉此增加該放大器的儲存的能量。該方法可包含藉由該雷射系統等待以接收一觸發。當該放大器的儲存的能量低於一保持的能量位準時，該方法可包含藉由該雷射系統來防止來自該雷射系統的一脈衝來源的雷射脈衝發射到該放大器中。當該放大器的儲存的能量到達該保持的能量位準並且該觸發尚未被接收到時，該方法可包含藉由該雷射系統以從該脈衝來源發射低能量的控制脈衝到該放大器中。每一個低能量脈衝可以減少該放大器的一些儲存的能量，抵消該泵送，藉此維持該放大器的儲存的能量處於一接近且低於該保持的能量位準的動態平衡。當該觸發被接收到時，該方法可包含藉由該雷射系統來防止來自該脈衝來源的雷射脈衝發射到該放大器中，直到該放大器的儲存的能量到達一高於該保持的能量位準的目標能量位準為止，接著從該脈衝來源發射一高能量的輸入脈衝到該放大器中，在該放大器中放大該高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝。該方法可包含藉由該雷射系統來輸出該更高能量的輸出脈衝。
在某些可能的實施方式中，該觸發可以在任意的時間從該雷射系統的一控制器的外部接收到、或是在該控制器的內部加以產生。
在某些可能的實施方式中，在放大之前，該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝可以具有少於該高能量的輸入脈衝25%或是分別更少的能量。在此種實施方式中，該些低能量的控制脈衝的一重複速率可以是一將會在無該些低能量的控制脈衝下維持該放大器的儲存的能量處於在該目標位準與一耗盡的位準之間的平衡之脈衝重複頻率(PRF)的4倍、或是分別更高的。該放大器的儲存的能量可以藉由該高能量的輸入脈衝的放大而被耗盡到該耗盡的位準。
在某些可能的實施方式中，在放大之前，該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝可包括介於約0.1%到約40%之間的該高能量的輸入脈衝的能量。
在某些可能的實施方式中，該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝可包括介於約0.001奈焦耳(nanojoule)到約100奈焦耳之間的能量。
在某些可能的實施方式中，除了能量以及時序以外，該些低能量的控制脈衝可以具有和該高能量的輸入脈衝相同的光學性質。
在某些可能的實施方式中，該高能量的輸入脈衝可以在被輸出作為該更高能量的輸出脈衝之前，先多次行進通過該放大器的一增益介質。
在某些可能的實施方式中，一介於接收該觸發到輸出該較高的輸出能量脈衝之間的時間延遲可以是小於約1微秒。在某些可能的實施 方式中，該雷射系統可包含一奈秒雷射、一微微秒雷射、一飛秒雷射、一主振盪器功率放大器雷射、或是一再生(regenerative)放大器雷射中之一。
在此段落、以下的段落以及圖中所敘述的實施方式的每一個都可以單獨及/或與在此段落、以下的段落以及圖中所敘述的其它實施方式的任一個結合來加以應用。
10‧‧‧放大器的儲存的能量
12‧‧‧低能量的控制脈衝
14‧‧‧高能量的輸入脈衝
16‧‧‧經放大的低能量的控制脈衝
18‧‧‧更高能量的輸出脈衝
20‧‧‧觸發
22‧‧‧目標能量位準
24‧‧‧上邊界
26‧‧‧下邊界
28‧‧‧耗盡的能量位準
30‧‧‧動態平衡
100‧‧‧雷射
103‧‧‧來源
106‧‧‧放大器
107‧‧‧泵
108‧‧‧輸出控制
109‧‧‧控制器
111‧‧‧光學路徑
300‧‧‧環境
310‧‧‧雷射系統
320‧‧‧射束傳送系統
330‧‧‧工作表面
500‧‧‧方法
502、504、506、508、510、512、514、516、518‧‧‧步驟
600‧‧‧繪圖
602‧‧‧更高能量的輸出脈衝
604‧‧‧低能量的控制脈衝
606‧‧‧更高能量的輸出脈衝
608‧‧‧儲存的能量到達上邊界
610‧‧‧放大器的儲存的能量的轉變之範例圖
612‧‧‧目標位準的點
614‧‧‧耗盡的能量位準的點
616‧‧‧上邊界的點
618‧‧‧下邊界的點
620‧‧‧目標位準的點
622‧‧‧耗盡的能量位準的點
624‧‧‧上邊界的點
700‧‧‧雷射系統
702‧‧‧來源
703‧‧‧種子脈衝
704‧‧‧種子振盪器
705‧‧‧低能量的控制脈衝
706‧‧‧脈衝選擇器
707‧‧‧高能量的輸入脈衝
708‧‧‧放大器
709‧‧‧經放大的控制脈衝
710‧‧‧按需求的脈衝模組
711‧‧‧更高能量的輸出脈衝
712‧‧‧控制器
713‧‧‧高能量的輸出脈衝
800‧‧‧再生放大器雷射系統
809‧‧‧來源
810‧‧‧種子振盪器(SO)
820‧‧‧脈衝選擇器(PP)
830‧‧‧放大器
831‧‧‧增益介質
840‧‧‧泵來源
850‧‧‧輸出控制
860‧‧‧控制器
870‧‧‧波克斯盒(PC)
880‧‧‧極化構件
M1、M2‧‧‧反射鏡
圖1是有關於一短脈衝雷射系統的描繪固定及可變的脈衝時序的影響的範例圖；圖2是在此所述的一用於調節任意定時的雷射脈衝的放大之範例實施方式的圖；圖3是在此所述的系統及/或方法可被實施於其中的一範例的環境的圖；圖4是在此所述的系統及/或方法可被實施於其中的一範例的雷射的圖；圖5是一用於調節儲存的能量以用於放大任意定時的雷射脈衝之範例的過程的流程圖；圖6A是展示來自根據圖4的一短脈衝雷射系統的一第一序列的輸出脈衝的能量的圖；圖6B是展示對應於圖6A的放大器的儲存的能量的圖；圖6C是展示來自根據圖4的一短脈衝雷射系統的一第二序列的輸出脈衝的能量的圖； 圖6D是展示對應於圖6C的放大器的儲存的能量的圖；圖7是在此所述的系統及/或方法可被實施於其中的一範例的主振盪器功率放大器超快速的雷射系統的圖；以及圖8是在此所述的系統及/或方法可被實施於其中的一範例的再生放大器雷射系統的圖。
以下的詳細說明係參考到所附的圖式。在不同的圖式中的相同的元件符號可以是指相同或類似的元件。
用以在就時間及能量解析度兩者而論的高精確性以及正確性下控制一放大器的增益之範例的方法及裝置係被揭示。尤其，瞬態光放大器的調節係致能脈衝的固定能量的經放大的雷射光之任意的不一定固定的重複速率的觸發。瞬態光放大器調節係消除通常和短脈衝雷射的不規則的外部觸發相關的脈衝能量變動。儘管有隨機觸發的時序，但是在某些實施例中次微秒的時序抖動及/或小於5%的能量抖動仍可被達成。實施範例的方法及裝置可以是簡單、穩健而且有成本效益的。範例的方法及裝置可以在許多短脈衝雷射應用中導致增高的處理量及/或製程品質。此於是降低此種雷射在產業的應用中的使用的經濟障礙。
參照圖2，根據本揭露內容的一實施例來操作的一持續被泵送的瞬態光放大器的儲存的能量係相對於時間來加以繪製。此圖並未按照比例，但是提供在儲存的能量、時間以及雷射光的脈衝之間的一般的關係。在圖2中，該放大器的儲存的能量10係在該圖中藉由實線來加以表示。每一個圓12、14、16、18係代表雷射光的一脈衝。每一個圓的相對的尺寸係 代表該脈衝的相對的能量位準。小的實心圓係代表進入該放大器的低能量的控制脈衝12。較大的實心圓係代表進入該放大器的高能量的輸入脈衝14。小的空心圓係代表經放大的低能量的控制脈衝16，而大的空心圓係代表更高能量的輸出脈衝18。該些交叉係代表接收一觸發20，以輸出一更高能量的輸出脈衝18。該四個虛線係代表一目標能量位準22，一高能量的輸入脈衝14在該目標能量位準22下可被放大至一更高能量的輸出脈衝18之所要的能量位準；一動態平衡30的一上邊界24(例如，一保持的能量位準)；該動態平衡30的一下邊界26；以及該放大器在放大一高能量的輸入脈衝14至一更高能量的輸出脈衝18之後的一耗盡的能量位準28。如同在圖1及2中所描繪，並且如同在此項技術中眾所週知的，從一輸入脈衝至一輸出脈衝的能量轉移實際上是瞬間的。
在一高位準下，在圖2中的圖係描繪本揭露內容的實施例如何維持一放大器的儲存的能量處於一動態平衡，當等待接收一觸發20時，其係振盪在低於該目標位準22的上邊界24與下邊界26之間。當該放大器的儲存的能量10到達該上邊界24時，一低能量的控制脈衝12係被通到該放大器中，其係消耗該放大器儲存的能量至該下邊界26。在等待一觸發20時，將低能量的控制脈衝12通到該放大器中可以無限期地持續。在某些實施例中，通過低能量的控制脈衝12係在一高的脈衝重複頻率(PRF)下發生。當一觸發20被接收到時，該放大器的儲存的能量10係被容許增加至該目標位準22，並且當其到達該位準時，一高能量的輸入脈衝14係被釋放到該放大器中，被放大成為一更高能量的輸出脈衝18並且最終是加以輸出。
比較圖1及2，可看出的是圖1的輸入脈衝在時間以及能量 位準上對應至圖2的高能量的輸入脈衝14；然而，圖1的輸出脈衝係在輸入脈衝的時間間隔變成不規則時具有廣泛變化的能量位準，而圖2的更高能量的輸出脈衝18則不論在高能量的輸入脈衝14之間的時間為何，都是固定的。
圖3是在此所述的系統及/或方法可被實施於其中一範例的環境300的圖。如同在圖3中所示，環境300可包含一雷射系統310、一射束傳送系統320、以及一工作表面330。環境300的裝置可以經由有線的連線、無線連線、或是有線及無線的連線的一組合來加以互連。
雷射系統310可包含一或多個能夠輸出一脈衝的光束的裝置。例如，雷射系統310可包含一短脈衝雷射系統(例如，一微微秒脈衝的雷射系統、一奈秒脈衝的雷射系統、一飛秒脈衝的雷射系統、等等)或類似者。雷射系統310可以輸出一脈衝的光束(例如，在該工作表面330上的用於一工件的微加工、冷剝蝕、切割、鑽孔、等等)。
射束傳送系統320可包含一或多個可以修改由雷射系統310所輸出的一光束的構件。例如，射束傳送系統320可包含塗層的雷射光學元件、塗層及/或未塗層的基板(例如，一平面的(Plano)基板、一彎曲的基板、一透鏡、等等)、一延遲(retardation)板、一偏光片、一束導、一移動射束的機構(例如，一檢流計(galvanometer)為基礎的光學掃描系統、一多邊形掃描系統、一聲波光學掃描器、等等)、一電動的臺架系統、一射束傳送系統控制構件、或類似者。
工作表面330可包含一表面以接收來自雷射系統310的脈衝的光束。例如，工作表面330可包含一其上安裝一工件、或類似者的表面。 在某些實施方式中，工作表面330可以相對雷射系統310及/或相對射束傳送系統320(例如，根據工作表面330的一電動的臺架系統、等等而定)橫向地移動。額外或替代的是，一由雷射系統310所輸出的光束可以相對於工作表面330(例如，根據射束傳送系統320的一射束移動機構、等等而定)橫向地移動。
在圖3中所示的裝置的數量及配置係被提供作為一例子。實際上，相較於在圖3中所示的那些裝置，可以有額外的裝置、較少的裝置、不同的裝置、或是被不同配置的裝置。再者，在圖3中所示的兩個或多個裝置可被實施在單一裝置之內、或是在圖3中所示的單一裝置可被實施為多個分散的裝置。額外或替代的是，環境300的一組裝置(例如，一或多個裝置)可以執行一或多個被敘述為藉由環境300的另一組裝置所執行的功能。圖4是描繪一雷射100，其係包括一來源103、一光學地連接至該來源的放大器106、一連接至該放大器的泵107、一光學地連接至該放大器106的選配的輸出控制108、以及一連接至該來源103並且選配地連接至該放大器106、泵107及/或該輸出控制108的控制器109。該來源103、放大器106以及輸出控制108係沿著一光學路徑111來加以光學地連接。在某些實施方式中，雷射100可以對應於雷射系統310。
該雷射100係輸出具有在微秒、奈秒、微微秒以及飛秒的範圍內的任意處的脈衝寬度之雷射脈衝。該些輸出雷射脈衝係具有一在秒、毫秒、微秒、次微秒、或類似者的範圍內的任意處的時間間隔。反過來說，該些輸出雷射脈衝可以具有在赫茲(Hz)範圍、千赫(kHz)範圍、百萬赫(MHz)範圍、或類似者內的最大的脈衝重複速率；然而，該些輸出雷射脈衝堅持 到一重複頻率並不是必要的。而是，該些雷射脈衝可以在任意的時間加以輸出。不論該些輸出雷射脈衝是否具有一固定的重複速率、或是任意時間間隔開的，該雷射100都提供一固定的可組態設定的能量位準至每一個輸出脈衝。該些雷射脈衝可以具有在例如是次毫焦耳到焦耳的範圍內的任意處的能量。例如，如同在以下相關圖6A所述的，該些雷射脈衝可以具有大約17微焦耳的能量。作為另一例子的是，在某些實施例中，該些雷射脈衝可以具有在約50毫焦耳到約200毫焦耳的範圍內的能量值。作為又一例子的是，在某些實施例中，該些雷射脈衝可以具有在次毫焦耳範圍內的能量。
該雷射100可以用各種不同的雷射配置來加以實施，其係包含主振盪器功率放大器(MOPA)、再生放大器、或是其它熟習技術者所週知的配置。MOPA以及再生放大器的配置將會在以下更加詳細地加以描述；然而其它配置也是等同可行的，並且已經只是為了簡潔起見而被省略。
該來源103係在該控制器109的命令下提供雷射光的脈衝至該放大器106。該來源103係被配置以輸出在不同的可組態設定的能量位準下而且在任意的時序下的短(或是超短)雷射脈衝。任意的時序係包含隨機的脈衝時序、按需求的脈衝觸發、預先設定的模式的脈衝、以及固定重複速率的脈衝的任何時序。在某些實施例中，來源103可包括一雷射二極體。在某些實施例中，來源103可包括一光學耦合至一脈衝選擇器的低能量的高PRF的超快種子振盪器。作為一可能的例子的是，來源103可以提供在一大於或等於約5百萬赫(MHz)的頻率下的雷射脈衝。在替代的實施例中，該來源103可包含一連續波的雷射以用於提供一低平均功率的光束而不是低能量的控制脈衝，並且一第二雷射可被用來提供高能量的脈衝。藉由控 制來自該來源103的脈衝及光束，因而在該放大器106之前，在較大的精確度下達成該放大器的較大的調節是可能的。在某些實施方式(例如，其中該來源103係包含一脈衝選擇器的實施方式)中，該來源103可以是能夠在小於5%的誤差下，在一特定的效率(例如，0.01%、0.1%、1%、10%、50%、90%、等等)下通過一光學信號。在某些實施方式中，該來源103可以是能夠在一特定的誤差位準(例如，一次5%的相對誤差、等等)下，通過在不同的能量(例如，在一個數量級的範圍內的能量、在兩個數量級的範圍內的能量、等等)下的光脈衝。在某些實施方式中，該來源103可以是能夠在一可加以改變之可變的效率下通過一光學信號，在某些實施方式中是在一特定的響應時間(例如，微秒或奈秒的響應時間)下通過一光學信號。在某些實施方式中，該來源103可以是能夠在具有一特定的響應時間的動態可變的功率/能量位準下通過一光學信號。
該放大器106係從該來源103接收脈衝，並且輸出經放大的(換言之，更高能量的位準的)脈衝。該放大器106可包括任何熟習技術者已知的瞬態狀態光放大器。範例的放大器類型係包含棒狀放大器、板條放大器、片狀放大器、以及光纖放大器。該放大器106可包括一放大器及/或一系列的多個放大器。該放大器106可被配置以用於多通、單通或是任意數目的串聯的單通及/或多通放大器的一組合。例如，該放大器可包含一或多個單通放大器(例如，串聯)、一或多個多通放大器(例如，串聯)、及/或串聯的一或多個單通放大器與一或多個多通放大器。該放大器106可以輸出經放大的脈衝至一輸出控制108、或是直接輸出到該雷射100之外。該放大器106係在連續的泵送下操作在該瞬態狀態中，當沒有來自該來源103的光被 放大時，其係提供該放大器的儲存的能量之一可預測的增加。放大器106可包含一增益介質(例如，一光纖為基礎的增益介質、一例如是棒、板條、片的基體增益介質、等等)，例如是一雷射晶體或雷射玻璃(例如，一摻雜釹的釔鋁石榴石(YAG)、一摻雜鐿的鎢酸鹽晶體(例如，一鎢酸釓鉀(KGW)晶體、一鎢酸釔鉀(KYW)晶體)、一摻雜鉺的YAG、一鈦藍寶石晶體、等等)、一陶瓷增益介質、一複合的增益介質、或類似者。
該放大器106係具有儲存的能量，其係代表該放大器106可以提供至一通過該放大器增益介質的光脈衝的可能的增益。放大一脈衝係減小該放大器的儲存的能量，因而該放大器的儲存的能量應該加以補充，以持續放大脈衝至相同的能量位準。
該泵107係連接至該放大器106以增加該放大器的儲存的能量。在某些實施例中，該泵107係電性或光學地連接至該放大器106，並且對於該放大器的儲存的能量提供一可預測的增加速率。在某些實施例中，該泵107係提供連續的泵送，其係不斷地提供能量以增加或補充該放大器的儲存能量。該放大器的增益介質可以在一個在此被稱為泵送的過程中，從該泵107接收用於光學信號的放大之能量。
該選配的輸出控制108係從該放大器106接收經放大的雷射脈衝，並且可被配置(例如，藉由該控制器109)以阻擋、通過或是部分地通過該些脈衝。一範例的輸出控制108係包含一脈衝選擇器、一包含一脈衝選擇器的按需求的脈衝模組、或是其它類型的輸出控制。根據一非線性晶體材料、一光子晶體光纖、一氣體、或類似者，該輸出控制108亦可包含一波長轉換器(例如，一非線性波長轉換器)。在此種實施方式中，該些額外 的輸出控制元件可以執行一倍頻過程、一和頻及差頻產生過程、一Raman轉換過程、一超連續產生過程、一高諧波產生過程、或類似者。部分地通過一脈衝係從其最高的位準(通過該脈衝)降低該脈衝的能量至一中間的位準。
該控制器109係連接至且/或控制該來源103，並且選配地連接至且/或控制該放大器106、泵107以及輸出控制108。該控制器109係協調調節該放大器的儲存的能量，並且響應於一請求或是一觸發以從該雷射100輸出更高能量的輸出脈衝以用於一輸出脈衝。在範例實施例中，該控制器109係藉由利用來自該來源103的低能量、高頻脈衝或是其它低平均功率的光來消耗儲存的能量，以平衡來自該泵107的放大器的增加的儲存的能量，來調節該放大器的儲存的能量。該控制器109可以用軟體及/或硬體來加以實施。例如，該控制器109可包含一處理器，例如是一數位信號處理器、一微處理器、一積體電路(例如，一光子積體電路、一特殊應用積體電路、等等)、一現場可程式化的閘陣列、或類似者。控制器109亦可包含其它和該處理器互動的構件，例如是一記憶體裝置、一通訊介面、一輸入構件、及/或一輸出構件。該記憶體裝置可以儲存該處理器所使用的指令或資料。該通訊介面可以允許該處理器能夠和該雷射系統的其它構件通訊、從該雷射系統的外部接收命令、及/或提供資料至該雷射系統的外部。該控制器109可包含儲存在一非暫態電腦可讀取的媒體中之電腦可讀取的指令，以供一般用途的電腦、可重新組態設定的硬體(例如FPGA)、特殊應用的硬體(例如ASIC)、這些實施方式技術的其它電性組合來執行。
在一實施例中，該控制器109係利用預先定義的時間延遲以 及知道該放大器的儲存的能量由於來自該泵107的連續的泵送而增加之速率，來調節該放大器106。在放大一高能量的輸入脈衝之後，該控制器109在一段預先定義的時間並不通過低能量的控制脈衝。就在一高能量的輸入脈衝的放大之後的放大器的儲存的能量將會減少至該耗盡的位準，因而在該段預先定義的時間之後，該儲存的能量位準將會已知在該上邊界之處。一旦該控制器109請求具有一預先定義的PRF及能量的控制脈衝後，該放大器的儲存的能量將會保持處於在該上邊界與下邊界之間的平衡，因而該控制器109係持續提供該控制脈衝，直到其接收一觸發為止。當該控制器109接收一觸發時，其係等待直到其將會產生下一個控制脈衝的時間為止。該等待時間可以是介於零到一段在控制脈衝之間的時間的任意的時間量，此係根據接收該觸發的時序而定。此不確定性最終將會在該觸發與該更高能量的輸出脈衝之間的時間帶來一時間延遲抖動。當該等待時間結束時，其並非是通過下一個控制脈衝，而是該控制器109停止該些控制脈衝一段第二預先定義的時間間隔。在此時點，該控制器109係知道該放大器的儲存的能量是在該上邊界，因此該第二時間延遲係被預設以容許該放大器的儲存的能量能夠增加至該目標位準。在該第二時間間隔之後，該控制器109係請求一高能量的輸入脈衝。由該控制器109所採取的動作接著可以對於每一個任意定時的觸發而被重複。
因此，在此實施例中，該控制器109係利用兩個預先定義的時間間隔來控制放大：一用於在一輸出脈衝被發射之後停止、刪除及其它的控制脈衝、以及另一用於在一觸發被接收到之後停止、刪除及其它的控制脈衝。在此種實施例中，有一最大的重複速率PRFmax等同於在被觸發的脈 衝之間可能的最小時間。此係等同於該兩個預先定義的固定的時間間隔的總和。在某些實施方式中，該控制器109可以根據不同的PRFmax值來加以組態設定，例如是根據為了該些不同的PRFmax值而利用不同的時間間隔來程式化該控制器109。
在圖4中所示的裝置及構件的數目及配置係被提供作為一例子。實際上，相較於那些在圖4中所示者可以有額外的裝置/構件、較少的裝置/構件、不同的裝置/構件、或是不同配置的裝置/構件。
圖5是描繪一種用於調節用於放大任意定時的雷射脈衝的儲存的能量之範例的方法500。該方法500可以用一例如是雷射100的特別建造的雷射、或是用一現有的雷射來加以實施，而該現有的雷射係能夠有在方法500中所述的操作參數，並且可以例如是藉由提供可下載的電腦指令或是可再程式化的閘陣列指令、包含類似者的非暫態電腦可讀取的媒體、或甚至是替換積體電路或其它例如是控制器109的模組而適當地被重新組態設定。在某些實施方式中，方法500的一或多個動作可以藉由雷射100或雷射系統310來加以執行。在某些實施方式中，圖5的一或多個過程動作可以藉由與雷射100或雷射系統310分開、或是包含雷射100或雷射系統310的另一裝置或是一群組的裝置(例如是射束傳送系統320)來加以執行。
該方法500係藉由持續地泵送502一瞬態光放大器106來開始，藉此增加該放大器的儲存的能量10。該放大器的儲存的能量10係和三個增加的能量位準相關的：一動態平衡30的一下邊界26、該動態平衡30的一上邊界24、以及一界定用於放大一高能量的輸入脈衝14成為一更高能量的輸出脈衝18之儲存的能量的目標位準22。在某些情形中，一在該上邊 界24與該下邊界26之間的差值可以是小於或等於一特定的值(例如，60%、20%、等等)。持續地泵送502可以藉由一泵107、藉由在此技術中已知的電性、光學或是其它的泵送手段而被達成。就該泵送502係提供一可預測的速率的增加至該放大器的儲存的能量10而給一操作在該瞬態狀態中的光放大器106的意義而言，該泵送是連續的。
當持續地泵送502時，該方法500係藉由維持504該放大器的儲存的能量10處於該動態平衡30來繼續，其係藉由在一高的重複頻率下使得低能量的控制脈衝12通過至該放大器106。將該放大器的儲存的能量10維持504處於該動態平衡30係藉由容許該放大器的儲存的能量10增加至該上邊界24、接著使得一低能量的控制脈衝12通過到該放大器106中、以及消耗該放大器的儲存的能量10至該動態平衡30的下邊界26而被達成。另一此種脈衝12係在該放大器的儲存的能量10回到(由於該連續的泵送502)該動態平衡30的上邊界24時，被傳遞至該放大器106。藉由匹配在低能量的控制脈衝12之間的時間以及該些低能量的控制脈衝的每一脈衝從該放大器106取出的能量，該方法500可以在任意的時間長度都維持該放大器106的儲存的能量處於該動態平衡30。一更高能量的控制脈衝將會從該放大器106取出更多的能量，並且因此可以比一較低能量的控制脈衝較不經常被施加。在另一方面，一較低能量的控制脈衝將會從該放大器106取出較少的能量，並且因此可以比一更高能量的控制脈衝更經常被施加。由於該些控制脈衝的能量係在該些控制脈衝的重複速率被增大時而被降低，因此該列的控制脈衝可被模型化，並且確實被一具有和該列的控制脈衝相同的平均功率之連續波的(cw)光束所取代。
為了穩定化該放大器106的儲存的能量，該控制射束的輸入功率必須被選擇成使得被抽取出的功率係等於隨著時間過去，由該連續的泵送所提供的儲存的能量增加。利用1毫瓦(mW)的平均功率以作為例子，在20MHz PRF的0.05奈焦耳(nJ)脈衝、在40MHz的0.025nJ脈衝、以及在200MHz的0.005nJ脈衝都達成相同的1mW的平均功率。若該脈衝能量持續減少，並且該PRF係持續增加，則吾人可以得到一具有1mW的功率的連續波的射束。由於每一個脈衝的能量係減小並且該PRF係增加，因此在該動態平衡30的上邊界與下邊界之間的分隔亦減小，因而當該控制脈衝是包括一連續波的光束時，其係收斂至低於該目標位準的單一放大器的儲存的能量位準。在某些情形中，相較於距離該目標位準22或是該耗盡的位準28，該動態平衡30的一中心能量位準可以是較接近該目標位準22與該耗盡的位準28的一中心能量位準。該中心能量位準可以單純是在該兩個不同的能量位準之間的平均。
維持504該放大器的儲存的能量10處於低於該目標位準22的動態平衡30係在等待一觸發20時無限期地持續。一觸發20是一傳送至該控制器109的信號，其中一更高能量的輸出脈衝18已經從該雷射100而被請求。根據(例如，響應於、根據接收、根據產生、等等)一觸發506，維持該放大器的儲存的能量10處於該動態平衡30係被停止，並且一系列的動作係造成一更高能量的輸出脈衝18從該雷射100或雷射系統310的輸出518。
更明確地說，該方法500係藉由停止通過508低能量的控制脈衝12至該放大器106來響應於一觸發20，並且等待510該泵送502增加 該放大器的儲存的能量10至該目標位準22。停止通過508係包含阻擋正藉由一來源103發射到該放大器106中的控制脈衝、藉由一控制器109停止此種脈衝的發射以及指示或請求至一來源103以阻擋或停止此種低能量的控制脈衝12。停止通過508亦可包含藉由一控制器109不指示或請求一來源103另一低能量的控制脈衝12。
當該放大器的儲存的能量10到達該目標位準22時，該方法500係通過512一高能量的輸入脈衝14至該放大器106，使得該放大器106放大514該高能量的輸入脈衝14成為一更高能量的輸出脈衝18，同時減低516該放大器的儲存的能量10至一低於該目標位準22的耗盡的位準28，並且接著從該雷射100或雷射系統310輸出518該更高能量的輸出脈衝18。在圖2中，耗盡的位準28係被描繪為低於該下邊界26；然而，根據該雷射100或雷射系統310的組態設定，耗盡的位準28可以是高於該下邊界26或是高於該上邊界24。
通過512該高能量的輸入脈衝14至該放大器106可包含一控制器109請求或指示一來源103以發射一高能量的輸入脈衝14。通過512該高能量的輸入脈衝14亦可包含通過一叢發的脈衝。
輸出518亦可包含在等待一觸發20時，輸出經放大的控制脈衝16。例如，該些低能量的控制脈衝12即使是在放大後，也可以是對於正被微加工的工件無害的，因而增加額外的複雜度來阻擋這些脈衝是不必要的。然而，在某些實施例中，經放大的低能量的控制脈衝16係被阻擋或只有部分被輸出。例如，一輸出控制18、一脈衝選擇器、或是一非線性的波長轉換器可以被設置在該放大器106之後，此係降低或完全阻擋該些經 放大的低能量的控制脈衝16。
在輸出518該更高能量的輸出脈衝18之後，該方法500係回到維持504該放大器的儲存的能量10處於該動態平衡30，並且等待接收一觸發20。在某些實施例(包含供電一雷射)中，該方法500可以持續地施加控制脈衝，並且可以等待直到該放大器106的儲存的能量動態平衡在該上邊界24與該下邊界26之間被達成為止。
儘管圖5係描繪方法500的範例的區塊，但是在某些實施例中，相較於在圖5中描繪的那些區塊，該方法500可以包含額外的區塊、較少的區塊、不同的區塊、不同配置的區塊。額外或替代的是，方法500的區塊中的兩個或多個可以平行地加以執行。
圖6A係針對於一範例的雷射系統310來繪圖600更高能量的輸出脈衝18以及經放大的低能量的控制脈衝16，其中每一個圓頂的垂直線係代表一經放大的脈衝的能量。對於前50微秒而言，該雷射系統310係在沒有任何控制脈衝下，觸發在一200KHz的固定的PRF(對應於輸出脈衝之間的5微秒)下的更高能量的輸出脈衝602。在50微秒之後，該些觸發變成是隨機的，並且控制脈衝係被致能。在某段短於5微秒的規則的脈衝週期的預設時間(例如是2.5微秒)之後，該些低能量的控制脈衝604係在一2MHz的PRF(在脈衝之間的0.5微秒)以及一適當選擇的脈衝能量下被傳送至該放大器。該些經放大的控制脈衝604係具有能量位準大約是該更高能量的輸出脈衝602的能量的10%，因為該些控制脈衝的2MHz PRF係10倍高於該些觸發所請求的高能量的輸入脈衝的200kHz PRF。
當下一個觸發被接收到時(未繪出)，該些控制脈衝604係被 阻擋或是關斷，此係容許該放大器的儲存的能量能夠回復到一目標位準，一在該目標位準的藉由點606所指出的更高能量的輸出脈衝係被放大及輸出。在放大脈衝606之後，該放大器的儲存的能量係被耗盡至一耗盡的位準，因而該些控制脈衝係被阻擋直到該放大器的儲存的能量回復到一上邊界為止。在點608之處，該儲存的能量係到達該上邊界，並且控制脈衝係再次開始。在此點(大約80微秒)之處，另一觸發係在該第一控制脈衝之後被接收到，該些控制脈衝係被停止，該儲存的能量係再次上升至該目標位準，並且一類似於脈衝602及606的高能量的輸入脈衝係被釋出。此模式係在其餘被觸發的脈衝持續著。
圖6B係對應於圖6A。圖6B是該放大器的儲存的能量的轉變之範例圖610，而不是如同在圖1及2中的連續地追蹤該放大器的儲存能量。該放大器的儲存的能量的轉變係和在圖6A中敘述的產生該些輸出脈衝相關的。可看出的是，直到t=50微秒為止，該放大器的儲存的能量係動態穩定的振盪在緊接於一高能量的輸入脈衝進入該放大器之前的在該目標位準的點612與緊接於該脈衝被放大至一更高能量的輸出脈衝之後的在該耗盡的能量位準的點614之間。就在t=50微秒之後，該放大器的儲存的能量係被容許只有在該預先設定的時間部分地回復至一低於該目標位準的上邊界，並且接著低能量的控制脈衝係在每一個脈衝一預先設定的低能量以及2MHz PRF下立即被發出，此係在該上邊界的點616與在該下邊界的點618之間建立一個新的動態的穩定狀態。當下一個觸發被接收到時(未繪出)，該些控制脈衝係被阻擋或關斷，此係容許該放大器的儲存的能量能夠在一段短於原始的5微秒的脈衝週期的時間期間(例如2.5微秒)回復至在點620的 目標位準。接著，該放大器的儲存的能量將會是在備妥以放大下一個高能量的輸入脈衝成為一更高能量的輸出脈衝的目標位準處，使得該放大器的儲存的能量消耗到點622，接著升高到其中控制脈衝再次開始的點624。在此點(大約t=80微秒)之處，另一觸發係在第一控制脈衝之後被接收到，因而該控制脈衝係被停止，該儲存的能量係再次上升至該目標位準，並且一高能量的輸入脈衝係被釋出。此模式係在其餘被觸發的脈衝持續著。
圖6C及6D係分別類似於圖6A及6B；然而該些控制脈衝係在一10倍快的PRF(對應於一10倍小的0.05微秒的時間間隔的20MHz)下被施加。此係需要來自該來源的控制脈衝的能量大約是10倍小的，並且在等待觸發時建立一較窄的動態平衡。吾人亦可以更前進一步並且使用該種子振盪器的最大重複速率(例如是100MHz)。該凍結期間於是將會是10ns的一倍數，因而在該些觸發與該些更高能量的輸出脈衝之間的在時間延遲上的最大差值、或是時序抖動將會是10ns。低到10ns的時序抖動是不太可能影響到產業的應用，並且可被視為完美的(或是瞬間的)輸出脈衝時序。於是，本揭露內容的實施例可以被說是致能在輸出脈衝之可忽略的時序抖動，並且在實際沒有有關該輸出脈衝穩定性的懲罰下的一超快雷射的任意定時的觸發。唯一的狀況是在任意兩個觸發脈衝之間有一最小的時間分隔，亦即有一最大的PRF以及一可以根據應用的需要而被選擇之相關被觸發的輸出脈衝能量。
值得注意的是，在利用一具有在一固定的PRF的處於在該目標位準及耗盡的能量位準之間的動態平衡的高能量的脈衝之雷射、以及致能根據本揭露內容的控制而利用在一較高的PRF的低能量的控制脈衝以 在該上邊界與下邊界之間建立一新的動態平衡之間並沒有轉換時間。該放大器隨時都可被保持處於一動態平衡，直到一觸發被接收到為止。該些控制脈衝的能量及PRF係被選擇成使得給定預先定義的上邊界位準下，該放大器係處於一低於該目標位準的新的動態平衡。此係容許一雷射系統在正常的固定的PRF操作以及觸發為基礎的操作之間的動態且瞬間的轉變。並沒有必須開始雷射發光的次級諧振腔(secondary cavity)，亦即在到達一新的穩定狀態之前並沒有經歷一雷射尖峰狀態的時間延遲。也沒有原本會導致增加的轉變時間且/或使得該放大器增益晶體的熱狀態脫離其平衡之必要的泵功率調整。
回到圖6A及6B，一2MHz的PRF係被選擇以用於該些控制脈衝。每一個控制脈衝都需要一段1/2MHz=0.5微秒的恢復時間，以便於該放大器的儲存的能量能夠回復至該上邊界。因此，該放大器的儲存的能量可以被凍結一時間視窗，該時間視窗將會較佳的是0.5微秒的一倍數。相較於一具有相對於該觸發的一固定的等待時間(例如，延遲時間)之輸出，該光脈衝可能具有一0.5微秒的時間的抖動。在某些應用中，此時序抖動是無關緊要的。在其中0.5微秒是重要的情形中，該些控制脈衝可以具有一如同在圖6C及6D中的較高的PRF，以降低該時序抖動至一可接受的值。圖6C及6D的範例實施例係提供一被降低至0.05微秒之時間的抖動。在其它實施例中，當可忽略的時序抖動是期望的而且某些能量抖動可以是可接受的時候，則一高能量的輸入脈衝可以在所請求的時間，但是在該放大器的儲存的能量接近該目標位準，而尚未到達該目標位準時被釋出。
圖6A-6D係描繪有關於在圖5中所示的範例的方法500之放 大器的儲存的能量以及脈衝能量值的範例圖。圖6A-6D僅僅是被提供作為例子而已。其它的例子也是可行的，並且可以是不同於所述的例子。
圖7係描繪一主振盪器功率放大器的超快速的雷射系統700，其中該來源702係包括一種子振盪器704以及一脈衝選擇器706。脈衝的產生係利用一種子振盪器704來開始，其係產生低能量(大約1nJ到100nJ)的微微秒或飛秒的種子脈衝703，其通常在近IR波長範圍(大約1微米)內、在一固定的重複速率下(通常在10-200MHz的範圍中)。種子振盪器704可包含一鎖模的(mode-locked)種子振盪器、一脈衝的二極體雷射、一Q開關雷射、一脈衝的光纖雷射、或是其它如同此項技術中已知適合用於提供種子給瞬態光放大器的雷射。
該脈衝選擇器706係從該種子振盪器704接收光脈衝，並且可以藉由選擇在一從例如是10kHz到100MHz之固定的PRF範圍的單一脈衝，有時是選擇群組的脈衝(稱為一叢發)，來降低重複速率。該脈衝選擇器706可以是聲光或光電的，並且可以較佳的是從該種子振盪器704挑選包含非反覆的序列之任意序列的脈衝。該脈衝選擇器706可以在一足夠短的響應時間下進一步控制該選擇效率，亦即所選擇的脈衝707的能量。在某些實施方式中，該脈衝選擇器706可以能夠在一具有小於5%的相對誤差之特定的效率(例如，0.01%、0.1%、1%、10%、50%、90%、等等)下通過一光學信號。在某些實施方式中，脈衝選擇器706可以是能夠在一可變的效率下通過一光學信號，在某些實施方式中，該可變的效率可以在一特定的響應時間(例如，微秒或是奈秒響應時間)下加以改變。此係容許該脈衝選擇器706能夠阻擋種子脈衝703、部分地通過種子脈衝以作為低能量的控制脈衝 705、通過種子脈衝以作為高能量的輸入脈衝707、或是通過叢發的種子脈衝。作為可行的例子的是，該些控制脈衝可以在具有約1微微焦耳、約0.01奈焦耳、約0.1奈焦耳、約1奈焦耳、約0.01微焦耳、約0.1微焦耳、約2.5微焦耳、或類似者的能量下加以通過，並且該些高能量的輸入脈衝可以在4倍高於該些控制脈衝、10倍高於該些控制脈衝、100倍高於該些控制脈衝、或類似者的能量下加以通過。
放大器708的一或多個級係接收由該脈衝選擇器706所通過而離開來源702的控制脈衝705以及輸入脈衝707，並且將其分別放大成為經放大的控制脈衝709以及更高能量的輸出脈衝711。該些放大器708係包括一或多個能夠放大一光學信號的瞬態連續波泵送的放大器。該些放大器708可以放大該些更高能量的輸出脈衝711成為介於約1微焦耳到1,000微焦耳之間。在此種每一個脈衝的能量位準下，該些更高能量的輸出脈衝711係能夠造成冷剝蝕，亦即材料在低溫下的移除，並且因此造成用於微加工的高製程品質。該一或多個放大器708可包含一或多個泵。在某些實施方式中，放大器708可包含具有單通或是多通該放大器的增益介質的放大器。
在該些放大器708之後，該雷射700係選配地包含一按需求的脈衝模組(POD)710，其可以是一第二脈衝選擇器。該POD 710是一選配的輸出控制108的一個例子。該POD 710係容許該光束的快速導通/關斷，經放大的控制脈衝709的阻擋，並且可以容許控制來完全地通過或減少從該雷射700發射作為輸出脈衝713的更高能量的輸出脈衝711的能量位準。
控制器712係協調脈衝選擇器706、POD 710、以及觸發20，同時管理該放大器的儲存的能量。控制器712亦可以控制種子振盪器704、 或是用於放大器708的一或多個級的一或多個泵。
以此種方式，本揭露內容的實施例可以充分利用該種子振盪器704的高重複速率。種子脈衝703的射束係被使用於以輸入脈衝707來提供該放大器作為種子以產生高能量的輸出脈衝713，並且提供低能量的控制脈衝705以依所需而且是在高的時間的解析度下調節該放大器的儲存的能量。在一實施例中，單一聲光的調變器(AOM)係藉由該控制器712而被驅動，該控制器712係調節每一個別的種子脈衝的能量。此高度動態的調變功能係允許利用單一AOM來控制該些高能量的輸入脈衝707以及該些低能量的控制脈衝705。該後者係具有一時間的間隔是較短於、較佳的是遠短於在連續的高能量的輸入脈衝707之間的時間的間隔。因為該些控制脈衝705的間隔(例如，約10奈秒到1微秒)可以是幾個數量級的較短於固態的增益材料的高能態壽命(通常是100微秒到2000微秒)，因此控制脈衝705的一射束係被該些放大器708看作是實際連續的波。此係致能對於放大器708的級的增益演化之完全控制。該些放大器增益材料的較慢的響應時間亦容許利用一低功率連續波的(cw)來源以替換該單一高的PRF來源702，以提供一低平均功率的cw射束，而不是一射束的高的PRF的低能量脈衝。此種替代實施例將會包含用於該高能量的輸入脈衝707的一第二來源或是一第二雷射。
回到圖7的範例實施例，由於該些控制脈衝705係具有一被匹配到該些放大器708的現有的增益之光功率，因此該控制器712係具有完全的控制以調節該放大器的儲存的能量。此係容許移除任何的增益動態。由於該高的種子振盪器的重複速率，因此一旦該些控制脈衝705是所需的而且在所需的功率下，該些控制脈衝705係實質上瞬間可供利用的(具有一 大於該些放大器708的響應時間之時間的間隔)。於是，本揭露內容的實施例係容許有幾乎該些放大器708(以及因此該些放大器708的增益)的該儲存的能量的瞬間的凍結一段任意的持續時間，而且是在任意的儲存的能量位準下。只要是需要的話，此係單純藉由將該放大器的增益演化(該放大器的儲存的能量的改變)暫停在無論什麼所要的能量位準下，來致能不規則的觸發。
在圖7的範例實施例中，除了該些低能量的控制脈衝能量以及其時序以外，其較佳的是具有和該些高能量的輸入脈衝相同的光學性質。因此，該些控制脈衝可以在不增加任何複雜度下，被利用以控制一包含任意數目的級之複雜的放大器鏈路。該些各種的級甚至可以是非常不同的，一第一級可以提供一在低能量的10000倍的增益，而一第二級可以提供一在高能量的2倍的增益，它們都將會藉由相同的控制脈衝而被穩定化，因為該後者與該些高能量的輸入脈衝是實質上難以(由該些放大器)辨別的。一整個鏈路的放大器可以時常被保持在低於該目標位準的動態平衡。
放大控制脈衝係避免該些放大器的儲存的能量在沒有觸發時過度地增加。然而，輸出該些經放大的控制脈衝在某些應用中可能是非所要的。在某些實施例中，該些經放大的控制脈衝可以在它們離開該雷射系統之前先被拋棄。若有一例如是POD的輸出控制，則其可以輕易地被用來移除經放大的控制脈衝。另一可能性是藉由依賴某種非線性來利用更低的(可能是低許多的)控制脈衝能量。該應用本身可以提供此非線性。例如，在利用超短雷射脈衝的微加工中，冷剝蝕的製程係具有一臨界能量，並且該些經放大的控制脈衝可能是低於此臨界值。在波長轉換的雷射中，一非 線性可以藉由一波長轉換的過程來加以提供。藉由選擇一高的控制脈衝PRF，例如100倍高於被觸發的更高能量的輸出脈衝的最大的PRF，則相較於該些更高能量的輸出脈衝，該些經放大的控制脈衝能量將會是100倍較小的。因此，該些經放大的控制脈衝將會在可忽略的效率下被轉換成為較高的諧波波長，使得未被轉換的控制脈衝可以利用波長濾波而輕易地和該些被波長轉換的輸出脈衝分開的。
如同在圖5中所繪的，方法500可包含接收一觸發。在某些實施方式中，控制器109可以接收一外部的觸發。例如，一雷射系統可以根據被觸發的脈衝將被輸出所在的時間來接收觸發(例如，以便於在該射束相對於一工作表面(例如，工作表面330)移動時，維持所輸出的脈衝的一實體間隔)。在某些實施方式中，該雷射系統可以產生一內部的觸發。例如，假設該雷射系統是輸出在一第一PRF下的脈衝。假設進一步該雷射系統係決定改變成為一第二較低的PRF(例如，根據一使用者互動以使得該第一PRF被改變、根據一被施加至該雷射系統的一輸入的電壓、等等)。在該情形中，該雷射系統可以產生在該第二PRF下的內部的觸發。在某些實施方式中，該雷射系統可以根據利用該雷射的應用之特定的指令、根據一和該雷射系統相關的電腦程式、或類似者，來產生在一改變的PRF下、在沒有特定的重複頻率(例如，隨機地、任意地、不規則地、等等)下的內部的觸發。
在某些實施方式中，控制器109可以根據一時間量來判斷該放大器的儲存的能量已經被泵送至該目標位準。例如，假設泵107係在一特定的速率下泵送放大器106的儲存的能量，並且假設每一個低能量的控制脈衝係將放大器106的儲存的能量消耗至一小於該目標臨界值的特定的 值。在該情形中，控制器109可被配置以根據一最近的控制脈衝被放大所在的一時間，來判斷該儲存的能量係滿足該目標臨界值。例如，在一控制脈衝被放大與該儲存的能量被泵送至該目標增益臨界值之間可以經過一特定的時間量，並且控制器109可以判斷從一最近的控制脈衝被放大開始，該特定的時間量是否已經經過。額外或替代的是，控制器109可以根據一感測器來判斷該儲存的能量是否已經被泵送至該目標臨界值。
時序抖動可被稱為在介於接收一觸發與輸出一更高能量的輸出脈衝之間的一最小的時間延遲與一最大的時間延遲之間的一差值。根據本揭露內容的一雷射系統的時序抖動可以是等於和該些控制脈衝相關的高的PRF的一倒數。一最小的時間延遲可以發生在其中該雷射系統就在請求一控制脈衝之前接收到一觸發的情形。一最大的時間延遲可以發生在其中該雷射系統就在請求一控制脈衝之後接收到一觸發的情形。雷射100可以藉由利用具有較低能量的控制脈衝之較高的PRF(對於相同的平均功率而言)來降低時間延遲並且降低時序抖動。降低的時序抖動可以改善一微加工製程的精確性。作為可行的例子的是，時序抖動值可以是介於約5奈秒到約100奈秒之間、或是可以在一不同的時間值的範圍內。
至此為止，範例實施例已經敘述高解析度的控制脈衝的應用以調節該放大器的儲存的能量，藉此凍結一瞬態光放大器的增益以便於容許有任意定時的觸發、但是固定的能量輸出脈衝。控制該光學增益的基礎原理亦可被利用以實施脈衝能量調變，亦即其並不是保持該輸出脈衝能量位準為固定的，而是本揭露內容的實施例可被配置以調變連續的輸出脈衝來具有更高能量的位準，此係為一POD或脈衝選擇器所無法做到的事。
在某些實施方式中，該雷射100可以使用不同組的參數以調節雷射脈衝的放大。例如，該雷射100可以從一第一PRF改變至一第二PRF(例如，其係和一較高的輸出能量以及一較低的PRF相關的)、或是改變至一第三PRF(例如，其係和一較低的輸出能量以及一較高的PRF相關的)、或類似者。該第一PRF、第二PRF、以及第三PRF分別可以是和一個別的第一時間間隔以及一個別的第二時間間隔相關的。該第一時間間隔可以定義在放大一高能量的輸入脈衝與恢復低能量的控制脈衝的放大之間等待的一時間量。該第二時間間隔可以定義在一觸發被接收到並且到達該上邊界之後的一時間量，在其之後以放大一高能量的輸入脈衝。該雷射100可以藉由利用對應於該些不同的PRF的第一時間間隔以及第二時間間隔來切換在該些不同的PRF之間。例如，為了從該第一PRF切換至該第二PRF，該雷射100可以停止利用和該第一PRF相關的一第一時間間隔以及一第二時間間隔，並且可以開始利用和該第二PRF相關的一第一時間間隔以及一第二時間間隔。
圖8是描繪一範例的再生放大器雷射系統800。雷射系統800可包含一來源809(其例如是包括一種子振盪器(SO)810以及一脈衝選擇器(PP)820)、一或多個放大器830、一或多個泵來源840、一輸出控制850、一控制器860、一波克斯(Pockels)盒(PC)870、以及一極化構件880。來源809、種子振盪器810、脈衝選擇器820、泵來源840、輸出控制850、以及控制器860係在以上相關圖7而更詳細被描述。放大器830係包括一如同在此項技術中眾所週知的再生放大器。放大器830可包含一界定在兩個反射鏡M1及M2之間的共振腔、一增益介質831、波克斯盒870、以及極化構件880。波 克斯盒870可以控制光學信號是否藉由極化構件880而被通到該共振腔中及/或離開該共振腔，且/或可以控制該共振腔是否被阻擋或是未被阻擋(例如，閉合或是開啟)。波克斯盒870可包含其它光電的開關、或是其它可以處理高能量的脈衝之具有奈秒響應時間的開關。
在一MOPA雷射系統中，所有通過該放大器的脈衝都進行相同次數的通過，因為在一多通放大器中(例如，如同在一MOPA雷射系統中)，通過的次數係藉由該射束路徑通過該放大器的空間的配置所界定。在一再生雷射系統中，控制器860可以藉由控制該波克斯盒870來使得脈衝(例如，高能量的輸入脈衝以及低能量的控制脈衝)進行不同次數的通過該放大器。作為一可行的例子的是，低能量的控制脈衝在等待一觸發時可以只通過該增益介質來回一次。在某些實施例中，每一控制脈衝的此種來回單次可能是足以調節該放大器的儲存的能量。在其它實施例中，多次通過該再生放大器的增益介質可能是所需的。例如，此可以藉由使得該些控制脈衝部分地通過該波克斯盒870，使得在該腔中的控制脈衝的一部分逸出，而來自該來源的另一控制脈衝的一部分進入該放大器而被達成。額外或替代的是，此例如可以藉由捕捉該些控制脈衝一預先定義的來回次數而被達成，以便於讓該些控制脈衝的能量變成足夠高的以消耗該儲存的能量至一所要的下邊界。
在圖7及8中所示的構件的數量及配置係被提供作為一例子。實際上，相較於在圖7及8中所示的那些構件，可以有額外的構件、較少的構件、不同的構件、或是不同配置的構件。例如，雷射系統800可包含一或多個法拉第旋轉器、一或多個波板(例如，在脈衝選擇器820與極 化構件880之間、在波克斯盒870與極化構件880之間、等等)、輸出控制850、一或多個額外的極化構件880、或類似者。
再者，在圖7及8中所示的兩個或多個構件可被實施在單一裝置內。額外或替代的是，雷射系統700及800的一組構件(例如，一或多個構件)可以執行一或多個被敘述為分別藉由雷射系統700及800的另一組的構件所執行的功能。
先前的揭露內容係提供圖示及說明，但是並不欲為窮舉的或是限制實施方式至所揭露的精確的形式。根據以上的揭露內容，修改及變化是可能的、或是可以從該些實施方式的實施來加以獲得。
將會明顯的是，在此所述的系統及/或方法可以用不同形式的硬體、韌體、或是硬體及軟體的一組合來加以實施。被用來實施這些系統及/或方法之實際專用的控制硬體或是軟體碼並非是該些實施方式的限制。因此，該系統及/或方法的操作及特性在此並未參考到特定的軟體碼來加以敘述，所理解的是軟體及硬體可以根據在此的說明而被設計以實施該些系統及/或方法。
即使特點的特定組合係被敘述在該申請專利範圍中及/或揭露在該說明書中，但是這些組合並不欲限制可能的實施方式的揭露。事實上，許多的這些特點可以用並未明確地敘述在該申請專利範圍中及/或揭露在該說明書中的方式來加以組合。儘管每一個在以下列出的附屬項申請專利範圍可能只有直接依附到一項申請專利範圍，但是可能的實施方式的揭露係包含每一個附屬項申請專利範圍結合在該組申請專利範圍中的每一個其它的申請專利範圍。
並沒有任何在此使用的元件、動作、或是指令應該被解釋為關鍵或重要的，除非有明確敘述為如此。再者，如同在此所用的，該些冠詞"一"以及"一個"係欲包含一或多個項目，因而可以和"一或多個"可交換地使用。再者，如同在此所用的，該術語"組"係欲包含一或多個項目(例如，相關的項目、不相關的項目、相關的項目及不相關的項目的一組合、等等)，並且可以和"一或多個"可交換地使用。在只有一項目是所要的情形中，該術語"一"或是類似的語言係被使用。再者，如同在此所用的，該術語"具有"或類似者係欲為開放式的術語。再者，除非另有明確的陳述，否則該措辭"根據"係欲表示"至少部分根據"。
100‧‧‧雷射
103‧‧‧來源
106‧‧‧放大器
107‧‧‧泵
108‧‧‧輸出控制
109‧‧‧控制器
111‧‧‧光學路徑

Claims (33)

  1. 一種方法，其係包括：持續地泵送一瞬態光放大器，藉此增加該放大器的儲存的能量，該放大器的儲存的能量係相關於三個增加的能量位準：一動態平衡的一下邊界；該動態平衡的一上邊界；以及一目標位準，其係界定用於放大一高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝之儲存的能量；藉由使得來自一來源的在一高的重複頻率下的低能量的控制脈衝通過至該放大器，以維持該放大器的儲存的能量處於該動態平衡；以及根據接收一觸發：停止通過低能量的控制脈衝至該放大器，等待該泵送以增加該放大器的儲存的能量至該目標位準，使得該高能量的輸入脈衝通過至該放大器，放大該高能量的輸入脈衝成為一更高能量的輸出脈衝，藉此減低該放大器的儲存的能量至一低於該目標位準的耗盡的位準，以及輸出該更高能量的輸出脈衝。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該來源係包括一短脈衝雷射源，其係具有一大於5百萬赫(MHz)的脈衝重複頻率；以及一脈衝選擇器，其係光學地連接至該短脈衝雷射源，以控制雷射脈衝從該短脈衝雷射源的發射及能量。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中控制該些雷射脈衝的發射及能量 係包括：藉由該脈衝選擇器來通過、部分地通過、或是阻擋來自該短脈衝雷射源的雷射脈衝。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中停止通過該些低能量的控制脈衝係包括：藉由該脈衝選擇器來阻擋來自該短脈衝雷射源的雷射脈衝。
  5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該短脈衝雷射源或是該脈衝選擇器中的至少一個係提供次微秒的響應時間。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些低能量的控制脈衝、該高能量的輸入脈衝、以及該更高能量的輸出脈衝係具有小於一微秒的脈衝寬度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該耗盡的位準係低於該動態平衡的該下邊界。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該動態平衡的一中心能量位準相較於距離該目標位準或是距離該耗盡的位準係較接近該目標位準與該耗盡的位準的一中心能量位準。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一介於接收該觸發到輸出該更高能量的輸出脈衝之間的時間延遲係介於約5奈秒到約100奈秒之間。
  10. 一種裝置，其係包括：一具有儲存的能量之瞬態光放大器，該儲存的能量係相關於三個增加能量位準：一動態平衡的一下邊界；該動態平衡的一上邊界；以及 一目標位準，其係界定用於放大一高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝之儲存的能量；一泵，其係用以增加該放大器的儲存的能量；一來源，其係用以使得低能量的控制脈衝或是該高能量的輸入脈衝通過至該放大器；以及一控制器，其係被配置以：藉由請求該來源通過在一高的重複頻率下的低能量的控制脈衝至該放大器，以維持該放大器的儲存的能量處於該動態平衡；等待接收一觸發；以及根據接收該觸發：停止通過低能量的控制脈衝至該放大器，以及當該放大器的儲存的能量到達該目標位準時，請求該來源使得該高能量的輸入脈衝通過至該放大器。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該來源係包括一雷射二極體。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中當停止通過該些低能量的控制脈衝時，該控制器係被配置以：控制該雷射二極體以避免藉由該雷射二極體的脈衝發射。
  13. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該來源係包括一連續波的雷射，其係提供該些低能量的控制脈衝作為一連續波的低平均功率的控制射束；以及一提供該高能量的輸入脈衝的第二雷射。
  14. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該放大器的儲存的能量係藉由該高能量的輸入脈衝的放大而被耗盡至一耗盡的位準；以及 其中該高的重複頻率係大於一在無該些低能量的控制脈衝下將會維持該放大器的儲存的能量處於在該目標位準與該耗盡的位準之間的平衡的重複頻率。
  15. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中一在該上邊界與該下邊界之間的差值係小於或等於一在該目標位準與該耗盡的位準之間的差值的百分之60。
  16. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中一在該上邊界與該下邊界之間的差值係小於或等於一在該目標位準與該耗盡的位準之間的差值的百分之20。
  17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其進一步包括輸出該更高能量的輸出脈衝；以及其中減少在該上邊界與該下邊界之間的該差值係減小以下的至少一個：一在輸出該更高能量的輸出脈衝的一時間與接收該觸發的一時間之間的時序抖動，或是一在一所要的能量位準與該更高能量的輸出脈衝的一能量位準之間的能量抖動。
  18. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該放大器係包括以下的至少一個：一或多個單通放大器，一或多個多通放大器，或是一或多個單通放大器以及一或多個多通放大器的一組合。
  19. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該控制器係用以：決定該觸發係指出來提供一系列的以一叢發的脈衝；以及當該放大器的儲存的能量到達該目標位準時，請求該高能量的輸入脈衝作為該系列的以一叢發的脈衝。
  20. 如申請專利範圍第10項之裝置，其進一步包括一在該放大器之後的輸出控制，以在輸出之前通過、阻擋、或是降低經放大的低能量的控制脈衝以及更高能量的輸出脈衝的能量位準。
  21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該控制器係被配置以請求該輸出控制以在該控制器正在請求來自該來源的低能量脈衝時阻擋脈衝。
  22. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中該輸出控制係包括一脈衝選擇器或是一按需求的脈衝。
  23. 如申請專利範圍第10項之裝置，其進一步包括一在該放大器之後的非線性波長轉換器。
  24. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該裝置係接收多個觸發並且輸出對應於該多個觸發的多個更高能量的輸出脈衝；以及其中對應於該多個觸發的該多個更高能量的輸出脈衝的一時序抖動以及一能量抖動係分別小於約1微秒以及5%。
  25. 一種短脈衝雷射增益調節之方法，其係包括：藉由一雷射系統來泵送該雷射系統的一瞬態光放大器，藉此增加該放大器的儲存的能量；藉由該雷射系統等待以接收一觸發；當該放大器的儲存的能量低於一保持的能量位準時，藉由該雷射系統 來防止來自該雷射系統的一脈衝來源的雷射脈衝發射到該放大器中；當該放大器的儲存的能量到達該保持的能量位準並且該觸發尚未被接收到時，藉由該雷射系統以將來自該脈衝來源的低能量的控制脈衝發射到該放大器中，每一個低能量脈衝係減少該放大器的一些儲存的能量，抵消該泵送，藉此維持該放大器的儲存的能量處於一接近且低於該保持的能量位準的動態平衡；當該觸發被接收到時，藉由該雷射系統來防止來自該脈衝來源的雷射脈衝的發射到該放大器中，直到該放大器的儲存的能量到達一高於該保持的能量位準的目標能量位準為止，接著從該脈衝來源發射一高能量的輸入脈衝到該放大器中，在該放大器中放大該高能量的輸入脈衝至一更高能量的輸出脈衝；以及藉由該雷射系統來輸出該更高能量的輸出脈衝。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該觸發係在任意的時間從該雷射系統的一控制器的外部接收到、或是在該控制器的內部加以產生。
  27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中，在放大之前，該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝係包括少於該高能量的輸入脈衝25%或是分別更少的能量；以及該些低能量的控制脈衝的一重複速率是一脈衝重複頻率(PRF)的4倍、或是分別更高的，該脈衝重複頻率將會在無該些低能量的控制脈衝下維持該放大器的儲存的能量處於在該目標能量位準與一耗盡的位準之間的平衡，該放大器的儲存的能量係藉由該高能量的輸入脈衝的放大而被耗盡到該耗盡的位準。
  28. 如申請專利範圍第25項之方法，其中在放大之前，該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝係包括介於約0.1%到約40%之間的該高能量的輸入脈衝的能量。
  29. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該些低能量的控制脈衝的每一個低能量的控制脈衝係包括介於約0.001奈焦耳到約100奈焦耳之間的能量。
  30. 如申請專利範圍第25項之方法，其中除了能量以及時序以外，該些低能量的控制脈衝係具有和該高能量的輸入脈衝相同的光學性質。
  31. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該高能量的輸入脈衝係在被輸出作為該更高能量的輸出脈衝之前，先多次行進通過該放大器的一增益介質。
  32. 如申請專利範圍第25項之方法，其中一介於接收該觸發到輸出該較高的輸出能量脈衝之間的時間延遲係小於約1微秒。
  33. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該雷射系統係包括以下之一：一奈秒雷射，一微微秒雷射，一飛秒雷射，一主振盪器功率放大器雷射，或是一再生放大器雷射。
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