TWI454006B

TWI454006B - 雷射控制裝置

Info

Publication number: TWI454006B
Application number: TW100142223A
Authority: TW
Inventors: Ying Tso Lin; Shih Ting Lin; Chieh Hu; Chih Lin Wang
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2014-09-21
Also published as: TW201322573A

Description

雷射控制裝置

本發明係關於一種雷射控制裝置，特別係關於可降低雜訊和節省能源之雷射控制裝置。

光纖雷射器是由增益光纖和高可靠性半導體雷射器組成。半導體激光器提供泵浦光給增益光纖，基於雷射的受激輻射，將泵浦光的能量轉變為種子信號的能量而實現光纖雷射。光纖雷射器只消耗相當於1%的燈泵雷射器所需電能，同時其效率是半導體泵固體雷射器(Nd激光系統)的兩倍以上。更高的效率、更長的使用壽命、更少的維護，使得光纖雷射器具有十足的成本優勢。

在使用雷射進行物件加工的時候，若雷射脈衝寬度越窄小，則伴隨的熱效應越不明顯，但超短脈衝雷射的售價非常昂貴。傳統上，雷射的輸出，一個週期只包含一個脈衝，且其脈衝週期和脈衝大小都是固定不變的。

為了克服先前技術的缺點，本揭露提出一種新的雷射控制裝置，其中每一個週期包含複數個脈衝，且脈衝強度可設定成使用者需求的強度分佈。本揭露可以降低物件之加工閥值，減少熱效應的影響，並能有效地解決脈衝雷射加工系統之耗電和雜訊干擾的問題。

本揭露提供一種雷射控制裝置，包括：一種子光源，用以連續地產生複數雷射脈衝；一脈衝模式控制器，根據一輸入設定，產生一第一控制信號和一第二控制信號；一同步器，用以取得該種子光源的一時脈的一相位，並根據該第一控制信號，產生一挑選信號；一挑選器，根據該挑選信號，使一部分的該等雷射脈衝通過，以產生間隔為一既定時間的複數雷射脈衝群；一幫浦電流控制器，根據該第二控制信號，產生間隔為該既定時間的複數增強信號；以及一雷射放大器，僅當收到該等增強信號時，才放大該等雷射脈衝群以產生一輸出信號，其中，該同步器更用以根據該相位，同步化該挑選器、該幫浦電流控制器，以及該脈衝模式控制器，因此僅當該挑選器產生該等雷射脈衝群時，該幫浦電流控制器才產生該等增強信號。

第1圖係顯示根據本揭露一實施例所述之雷射控制裝置100之示意圖。如第1圖所示，雷射控制裝置100包括：種子光源(seed)110、脈衝模式控制器(burst mode controller)120、同步器(synchronizer)130、挑選器(picker)140、幫浦電流控制器(pump current controller)150、雷射放大器(laser amplifier)160，以及偵測器(detector)170。種子光源110可以是一主振盪源多級功率放大器(master oscillator power amplifier，MOPA)雷射系統。

第2A圖係顯示根據本揭露一實施例所述之信號波形圖，其中橫軸代表時間，縱軸代表各信號之強度。如第1、2A圖所示，種子光源110係用以產生一雷射信號SL1，更詳細地說，種子光源110係連續地產生複數個雷射脈衝P。脈衝模式控制器120係根據來自使用者的一輸入設定ST而產生控制信號S1、S2，以便分別控制同步器130和幫浦電流控制器150之工作模式。同步器130係用以取得種子光源110的一時脈(clock)的一相位(phase)，並根據控制信號S1，產生一挑選信號SP。根據第1圖的實施例，偵測器170係用以偵測種子光源110的時脈的相位，再通知同步器130該相位，在其他實施例中，偵測器170可內建於種子光源110，意即種子光源110進一步包含一時脈的相位訊號輸出至同步器130。

挑選器140係根據挑選信號SP，選擇一部分的該等雷射脈衝P以產生雷射信號SL2。更詳細地說，挑選器140係根據挑選信號SP，僅僅使一部分的該等雷射脈衝P通過，並阻擋其餘部分的該等雷射脈衝P，以產生間隔為一既定時間T的複數個雷射脈衝群PG。幫浦電流控制器150係根據控制信號S2，產生控制信號S3。更詳細地說，幫浦電流控制器150係根據控制信號S2，產生間隔亦為既定時間T的複數個增強信號SE以驅動雷射放大器160。雷射放大器160僅當收到該等增強信號SE時，才放大該等雷射脈衝群PG以產生一輸出信號SOUT，其中輸出信號SOUT包括複數個放大後的雷射脈衝群PGO。

在本揭露一實施例中，雷射脈衝P、雷射脈衝群PG、增強信號SE、以及放大後的雷射脈衝群PGO都屬於週期信號。另外，輸入設定ST可以調整既定時間T，亦可以調整每一雷射脈衝群PG中包括的雷射脈衝P的數量。更具體地說，同步器130可以根據控制信號S1，使挑選器140調整間隔的既定時間T，或(且)調整該等雷射脈衝群PG之每一者所包括的雷射脈衝P之數量。例如：將既定時間T延長為2*T，或(且)將每一雷射脈衝群PG中的雷射脈衝P之數量增加為10個。

在本揭露較佳實施例中，該同步器更用以根據種子光源110的時脈的相位，同步化挑選器140以及幫浦電流控制器150。因此，僅當挑選器140產生該等雷射脈衝群PG時，幫浦電流控制器150才產生該等增強信號SE。換言之，一雷射脈衝群PG和對應的一增強信號SE係同時產生，並具有同樣的持續時間。

第2B圖係顯示根據本揭露另一實施例所述之信號波形圖，其中橫軸代表時間，縱軸代表各信號之強度。在此實施例中，控制信號S3包括複數個不同波形的增強信號SE1、SE2、SE3，以便使雷射放大器160產生的輸出信號SOUT包括複數個不同波形的放大後的雷射脈衝群PGO1、PGO2、PGO3，其中，增強信號SE1、SE2、SE3的波形分別和放大後的雷射脈衝群PGO1、PGO2、PGO3的波形相似。

在第2B圖的實施例中，幫浦電流控制器150係根據控制信號S2，使雷射放大器160獨立地調整該等雷射脈衝群PG中各個雷射脈衝P的放大倍率。例如：在放大後的雷射脈衝群PGO1中，7個雷射脈衝的放大倍率為遞增；而在放大後的雷射脈衝群PGO3中，7個雷射脈衝的放大倍率為遞減。因此，幫浦電流控制器150可根據控制信號S2，產生不同波形的增強信號SE1、SE2、SE3，以使雷射放大器160產生包括不同波形的放大後的雷射脈衝群PGO1、PGO2、PGO3之輸出信號SOUT。值得注意的是，第2B圖中增強信號SE1、SE2、SE3的波形僅為舉例，實際上可以包括更多不同的形狀，例如：三角形、半圓形、正方形，或是任意不規則形。

在本揭露中，使用者可以經由改變輸入設定，自由地調整輸出信號中每一個放大後的雷射脈衝群的間隔、形狀，以及雷射脈衝的數量。由於雷射放大器僅在挑選器產生雷射脈衝群的時候才會將輸入信號放大，本雷射控制裝置將具有抑制突發信號(降低雜訊干擾)以及節省能源的效果。另外，在進行雷射加工的期間，適當地控制雷射脈衝群的波形將可降低雷射加工閾值、提升加工品質。

本揭露雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．雷射控制裝置

110．．．種子光源

120．．．脈衝模式控制器

130．．．同步器

140．．．挑選器

150．．．幫浦電流控制器

160．．．雷射放大器

170．．．偵測器

P．．．雷射脈衝

PG、PGO、PGO1、PGO2、PGO3．．．雷射脈衝群

S1、S2、S3．．．控制信號

SE、SE1、SE2、SE3．．．增強信號

SL1、SL2．．．雷射信號

SP．．．挑選信號

ST．．．輸入設定

SOUT．．．輸出信號

T．．．既定時間

第1圖係顯示根據本揭露一實施例所述之雷射控制裝置之示意圖；

第2A圖係顯示根據本揭露一實施例所述之信號波形圖；

第2B圖係顯示根據本揭露另一實施例所述之信號波形圖。