TWI583087B - Laser system and laser output method - Google Patents

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TWI583087B
TWI583087B TW105101546A TW105101546A TWI583087B TW I583087 B TWI583087 B TW I583087B TW 105101546 A TW105101546 A TW 105101546A TW 105101546 A TW105101546 A TW 105101546A TW I583087 B TWI583087 B TW I583087B
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Ming Hsien Chou
Hung Wen Chen
huang yi Lin
Ting Hui Chen
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Description

雷射系統及雷射輸出方法
本發明關於一種雷射系統及雷射輸出方法，特別是關於一種可主動調整鎖模狀態的雷射系統及雷射輸出方法。
雷射裝置或系統已被應用來執行許多運用，例如檢測、標記、雕刻、微切削以及切割。目前，許多現行的高功率脈衝雷射需依賴諸如Q開關(Q-switching)與鎖模(mode locking)技術，以產生雷射光脈衝。
然而，通常此雷射系統必須預先決定其共振腔設計、鏡面反射率等特徵，且通常無法進行變動。因此，當雷射系統的內部狀態(如鎖模狀態)改變時，很難對其內部狀態進行調整，因而影響雷射系統的性能。
本發明之一目的在於提供一種雷射系統，包含一雷射震盪器連接器及雷射混頻器；該雷射震盪器包括一泵浦光源；共振腔，連接該泵浦光源；一鎖模控制器，設置於該共振腔中；以及一雷射輸出單元，用於輸出第一雷射脈衝；以及雷射混頻器，包括：一波長轉換晶片，用於轉換該第一雷射脈衝成一第二雷射脈衝；一光偵測器，用於檢測該第二雷射脈衝的功率。其中，當該光偵測器所檢測到的該第二雷射脈衝的功率低於一門檻值時，一控制訊號是傳送至該鎖模控制器，以驅動該鎖模控制器來調整該共振腔的鎖模狀態。
本發明之另一目的在於提供一種雷射輸出方法，包含以下步驟：提供一雷射震盪器，其中該雷射震盪器包括泵浦光源、共振腔及鎖模控制器；利用該泵浦光源發出一泵浦光至該共振腔；利用該雷射震盪器來產生第一雷射脈衝；輸出該第一雷射脈衝至一雷射混頻器，其中該雷射混頻器包括波長轉換晶片及光偵測器；利用該波長轉換晶片來轉換該第一雷射脈衝成一第二雷射脈衝；利用該光偵測器來檢測該第二雷射脈衝的功率；以及當所檢測到的該第二雷射脈衝的功率低於一門檻值時，控制該鎖模控制器來維持該共振腔的鎖模狀態。
在本發明的一實施例中，雷射系統所產生脈衝雷射，例如：飛秒(Femtosecond)雷射、皮秒(Picosecond)雷射、微秒(Microsecond)雷射等。脈衝雷射的脈衝寬度可例如為10-15秒(femtosecond)~10-3秒(millisecond)。
在本發明的一實施例中，雷射系統所產生的雷射可應用於檢測、標記、雕刻、微切削以及切割、醫療手術、微加工等。
在本發明的一實施例中，泵浦光源所發出的泵浦光的波長範圍可例如為800~1000nm。
在本發明的一實施例中，雷射震盪器還包括分波多工器(WDM)，其連接於泵浦光源與共振腔，用於將泵浦光源所發出的泵浦光導入共振腔內。
在本發明的一實施例中，共振腔可例如為線形共振腔、環形共振腔、8字形共振腔或9字形共振腔。
在本發明的一實施例中，共振腔可包括部分光纖共振腔及自由空間。光學元件及/或調制器可設置於自由空間中，以增加輸出脈衝的功 率與調變性，並可優化第二輸出脈衝(第二雷射脈衝)的功率。
在本發明的一實施例中，雷射混頻器亦可設置於共振腔的自由空間中。如此，在實現雷射共振鎖模的同時，也可在共振腔內達成頻率轉換。由於共振腔內的功率會大於輸出端的功率，故利用共振腔內的高功率可讓波長轉換具有較佳的效率。
在本發明的一實施例中，雷射混頻器可設置於準直器及雷射輸出單元之間。設置於雷射輸出單元之後的光偵測器可檢測第二雷射脈衝的功率。
在本發明的一實施例中，共振腔可包括光放大器(optical amplifier)，用於放大共振腔內的雷射。
在本發明的一實施例中，光放大器可為增益光纖，此增益光纖可包括(但不限於)摻雜稀土元素的單層纖殼，雙層纖殼或甚至多層纖殼光纖。應用在此類光纖放大器的稀土元素摻雜物包括鐿(Ytterbium)、鉺(Erbium)、鈥(Holmium)、鐠(Praseodymium)、銩(Thulium)或是釹(Neodymiun)。例如摻鐿增益光纖、摻鉺增益光纖、摻鐠增益光纖、摻銩增益光纖或摻鈥增益光纖。
在本發明的一實施例中，光放大器可為一固態放大器，其包括(但不限於)固態桿狀放大器、固態盤狀放大器或氣體增益介質(gaseous gain media)。
在本發明的一實施例中，鎖模控制器可例如為電控偏振控制器(Electrical Polarization Controller)。
在本發明的一實施例中，光隔離器是設置於雷射震盪器的共 振腔內。
在本發明的一實施例中，光隔離器是設置於雷射震盪器的共振腔內，由於本發明的共振腔可由光纖與自由空機所構成，故可基於便利性選擇光纖光隔離器，或是依據高穿透率來選擇自由空間光隔離器。
在本發明的一實施例中，雷射震盪器還包括準直器及飽和吸收體，準直器可分別設置於飽和吸收體的兩側。
在本發明的一實施例中，準直器之間可具有一自由空間，，飽和吸收體可設置於此準直器之間的自由空間中。
在本發明的一實施例中，飽和吸收體可例如為1/2或1/4波片，用於改變共振腔內雷射的極化方向，以模擬飽和吸收體。
在本發明的一實施例中，飽和吸收體可例如為石墨烯、SESAM(半導體飽和吸收鏡)等。
在本發明的一實施例中，雷射輸出單元可包括分光器及壓縮器，分光器是設置於飽和吸收體之後，用於引導脈衝雷射(第一脈衝雷射)至壓縮器，壓縮器可用於將脈衝雷射(第一脈衝雷射)進行壓縮後輸出。
在本發明的一實施例中，分光器可例如為偏光正立方體分光器(Polarizing Beam-splitter Cube)。
在本發明的一實施例中，雷射震盪器還包括光濾波片，光濾波片可例如為帶通濾波片(Band-pass Filters)，設置於分光器及準直器之間。
在本發明的一實施例中，光濾波器是設置於雷射震盪器的共振腔內。共振腔是由光纖與自由空機構成，故可基於便利性來選擇光纖光濾波器，或是依據多波長選擇性與高穿透率來選擇自由空間光濾波器。
在本發明的一實施例中，雷射震盪器可更包括一或多個調制器，調制器可設置於準直器及飽和吸收體之間，以及/或在雷射輸出單元之後。
在本發明的一實施例中，第一脈衝雷射可利用反射鏡來導入雷射混頻器內。
在本發明的一實施例中，雷射混頻器還包括聚焦透鏡，聚焦透鏡可設置於波長轉換晶片的一側，用於第一脈衝雷射聚焦至波長轉換晶片來進行波長轉換。
在本發明的一實施例中，雷射混頻器還包括準直透鏡，準直透鏡是設置於波長轉換晶片的另一側，用於將轉換後的第二脈衝雷射進行準直。
在本發明的一實施例中，雷射混頻器還包括多個不同波段的濾波器，其可設置於準直透鏡之後，用於將第二脈衝雷射進行分光，以實現多波長的雷射脈衝輸出。
在本發明的一實施例中，光偵測器可設置於濾波器的一側，並利用分光鏡將濾波後的部分雷射脈衝引導至光偵測器。
在本發明的一實施例中，雷射系統還包括控制模組，在光偵測器偵測到第二雷射脈衝的功率後，光偵測器可即時或定時地傳送偵測訊號至控制模組，以將第二雷射脈衝的功率告知控制模組。控制訊號是利用控制模組來傳送至該鎖模控制器。
在本發明的一實施例中，當光偵測器所檢測到的第二雷射脈衝的功率低於一門檻值時，控制模組可傳送一控制訊號至雷射震盪器的鎖 模控制器，以驅動鎖模控制器來調整共振腔的鎖模狀態。
在本發明的一實施例中，當波長轉換晶片效率低於10%時，控制模組可傳送一控制訊號至雷射震盪器的鎖模控制器，以驅動鎖模控制器來調整共振腔的鎖模狀態。
在本發明的一實施例中，控制模組可與雷射震盪器及雷射混頻器電性耦合。
在本發明的一實施例中，控制模組可整合於雷射震盪器或雷射混頻器中。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片可為非線性光學晶體，此非線性光學晶體可利用利用準相位匹配(Quasi-phase matching，QPM)技術來實現脈沖、準連續和連續光的頻率轉換。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片的非線性光學晶體可具有週期性的極化結構、或非週期性的極化結構。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片的非線性光學晶體可例如為週期性極化反轉鈮酸鋰(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)或非週期性極化反轉鈮酸鋰(Aperiodically Poled Lithium Niobate，APPLN)。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片的波導(wave guide，WG)結構可為方塊波導結構、平面波導結構、或通道波導結構。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片可將第一雷射脈衝的波長由1000nm以上(例如1064nm)轉換至600nm以下(例如532nm)，亦即該第一雷射脈衝的波長是等於或大於1000nm，該第二雷射脈衝的波長是等於或小於600nm以下。
在本發明的一實施例中，波長轉換晶片可將雷射脈衝的波長由1000nm以上(例如1064nm)轉換至400nm以下(例如355nm)，亦即該第一雷射脈衝的波長是等於或大於1000nm，該第二雷射脈衝的波長是等於或小於400nm以下。
相較於現有的雷射系統的問題，本發明的雷射系統及雷射輸出方法可自動地調整雷射震盪器的鎖模狀態，以主動地且自動地穩定雷射震盪器所產生的脈衝雷射，優化脈衝雷射的效能，而不需額外地手動維護雷射的鎖模狀態。
為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100‧‧‧雷射系統
110‧‧‧雷射震盪器
1110‧‧‧調制器
111‧‧‧泵浦光源
112‧‧‧分波多工器
113‧‧‧共振腔
113a‧‧‧光放大器
114‧‧‧鎖模控制器
115‧‧‧光隔離器
116‧‧‧準直器
117‧‧‧飽和吸收體
118‧‧‧雷射輸出單元
118a‧‧‧分光器
118b‧‧‧壓縮器
119‧‧‧光濾波片
120‧‧‧雷射混頻器
121‧‧‧聚焦透鏡
122‧‧‧波長轉換晶片
123‧‧‧準直透鏡
124‧‧‧濾波器
125‧‧‧光偵測器
130‧‧‧控制模組
220‧‧‧雷射混頻器
225‧‧‧光偵測器
S101‧‧‧步驟
S102‧‧‧步驟
S103‧‧‧步驟
S104‧‧‧步驟
S105‧‧‧步驟
S106‧‧‧步驟
圖1為本發明雷射系統的一實施例的系統方塊圖；圖2A為本發明雷射震盪器的一實施例的示意圖；圖2B為本發明雷射震盪器的另一實施例的示意圖；圖2C為本發明雷射震盪器的又一實施例的示意圖；圖3為本發明雷射混頻器的一實施例的示意圖；圖4A及圖4B為本發明波長轉換晶片的非線性光學晶體的示意圖；圖5A、圖5B及圖5C為本發明波長轉換晶片的波導結構的示意圖；圖6為本發明雷射輸出方法的方法流程圖；以及圖7為本發明雷射系統的一實施例的示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水準、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
附圖和說明被認為在本質上是示出性的，而不是限制性的。在圖中，結構相似的單元是以相同標號表示。另外，為了理解和便於描述，附圖中示出的每個元件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本發明不限於此。
在附圖中，為了清晰起見，誇大了層、膜、面板、區域等的厚度。在附圖中，為了理解和便於描述，誇大了一些層和區域的厚度。將理解的是，當例如層、膜、區域或基底的元件被稱作“在”另一元件“上”時，所述元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。
另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。此外，在說明書中，“在......上”意指位於目標群組件上方或者下方，而不意指必須位於基於重力方向的頂部上。
請參照圖1，圖1為本發明雷射系統的一實施例的系統方塊圖。本實施例的雷射系統100可用於產生脈衝雷射，例如：飛秒(Femtosecond)雷射、皮秒(Picosecond)雷射、微秒(Microsecond)雷射等。脈衝雷射的脈衝寬度可例如為10-15秒(femtosecond)~10-3秒(millisecond)。根據雷射的運用與將被處理之材質，可適當地挑選不同的雷射脈衝特徵(包括脈波寬度、脈衝 頻率、峰值功率或能量、以及脈衝波形)以針對特定運用。本實施例的雷射系統100所產生的雷射可應用於檢測、標記、雕刻、微切削以及切割、醫療手術、微加工等。本實施例的雷射系統100可包括雷射震盪器(oscillator)110、雷射混頻器(spectrum converter)120及控制模組130，雷射震盪器110可用於產生第一脈衝雷射，雷射混頻器120可用於轉換雷射震盪器110所產生之第一脈衝雷射的頻率或波長，以得到預期的第二脈衝雷射。且雷射混頻器120可即時偵測出第二脈衝雷射的狀態，並通知控制模組130來調整雷射震盪器110的鎖模狀態，以主動地且自動地穩定雷射震盪器110所產生的脈衝雷射，確保脈衝雷射的效能，而不需額外地手動維護雷射的鎖模狀態。
請參照圖2A，圖2A為本發明雷射震盪器的一實施例的示意圖。本實施例的雷射震盪器110可包括泵浦光源111、分波多工器(Wavelength Division Multiplexer，WDM)112、共振腔113、鎖模控制器114、光隔離器115、準直器(Collimator)116、飽和吸收體117(Saturable absorber)117、雷射輸出單元118、光濾波片119。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，泵浦光源111可用以發出泵浦光(晶種訊號)至共振腔113，此泵浦光源111可例如為連續波(continuous wave，CW)半導體雷射，在一實施例中，CW半導體雷射可為布拉格光纖光柵(fiber Bragg grating,FBG)穩定的半導體二極體雷射。在另一實施例中，CW半導體雷射可為外加共振腔的半導體二極管雷射。在一些實施例中，泵浦光或晶種訊號可由小型固態雷射(solid-state laser)或光纖雷射所產生。本領域中熟悉相關技術的人員將會了解有許多變化、修改與選擇。其中泵浦光源111所發出的泵浦光的波長範圍可例如為800~1000nm。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，分波多工器(WDM)112是連接於泵浦光源111與共振腔113，用於將泵浦光源111所發出的泵浦光導入共振腔113內。共振腔113可透過分波多工器112來連接於泵浦光源111，泵浦光可在此共振腔113內進行共振並形成連續波雷射。共振腔113可例如為線形共振腔、環形共振腔、8字形共振腔或9字形共振腔。更具體地，在本實施例中，雷射震盪器110可例如為環形的光纖雷射系統，且共振腔113可包括部分光纖共振腔及自由空間。由於共振腔113具有自由空間，故可設置光學元件及/或調制器於自由空間中，以增加輸出脈衝的功率與調變性，並可優化第二輸出脈衝(第二雷射脈衝)的功率。共振腔113可包括光放大器(optical amplifier)113a，用於放大共振腔113內的雷射。在本實施例中，此光放大器113a可為增益光纖，此增益光纖可包括(但不限於)摻雜稀土元素的單層纖殼，雙層纖殼或甚至多層纖殼光纖。應用在此類光纖放大器的稀土元素摻雜物包括鐿(Ytterbium)、鉺(Erbium)、鈥(Holmium)、鐠(Praseodymium)、銩(Thulium)或是釹(Neodymiun)。例如摻鐿增益光纖、摻鉺增益光纖、摻鐠增益光纖、摻銩增益光纖或摻鈥增益光纖，本實施例以摻鐿增益光纖為例。
在一些實施例中，光放大器113a可為一固態放大器，其包括(但不限於)固態桿狀放大器、固態盤狀放大器或氣體增益介質(gaseous gain media)。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，鎖模控制器114是設置於共振腔113中，鎖模控制器114可模擬飽和吸收體，而實現雷射系統的鎖模狀態。鎖模控制器114可電性連接(有線或無線地連接)於控制模組130，以 接收控制模組130所傳來的控制訊號。因此，控制模組130可利用共振腔113中的鎖模控制器114來控制雷射的鎖模狀態。鎖模控制器114可例如為電控偏振控制器(Electrical Polarization Controller)或極化玻片。在本實施例中，鎖模控制器114可例如為電控偏振控制器，其可改變共振腔113內雷射的極化方向，以模擬飽和吸收體，而實現雷射系統的鎖模狀態。然不限於此，本領域的技術人員可理解的是，鎖模控制器114亦可有其他變化、修改或選擇。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，光隔離器(isolator)115是設置於共振腔113中，用於避免共振腔113內的雷射反向打回。在本實施例中，光隔離器115是設置於準直器116與鎖模控制器114之間。
在本發明的實施例中，光隔離器115是設置於雷射震盪器的共振腔113內，由於本發明的共振腔可由光纖與自由空機所構成，故可基於便利性選擇光纖光隔離器，或是依據高穿透率來選擇自由空間光隔離器。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，準直器116是設置於共振腔113中，用於準直雷射光。在本發明的實施例中，準直器116可分別設置於飽和吸收體117的兩側。在本實施例中，飽和吸收體117可例如為1/2或1/4波片，用於改變共振腔113內雷射的極化方向，以模擬飽和吸收體，而實現雷射的鎖模狀態來產生脈衝雷射。然不限於此，本領域的技術人員可理解的是，飽和吸收體117亦可有其他變化、修改或選擇。
在一實施例中，飽和吸收體可例如為石墨烯、SESAM(半導體飽和吸收鏡)等。
如圖2A所示，在本發明的實施例中，準直器116之間可具有 一自由空間，亦即在此自由空間中沒有光纖共振腔的設置，飽和吸收體117可設置於此準直器116之間的自由空間中。因此，本發明的雷射震盪器110可具有光纖與固態複合共振腔架構，並可兼顧光纖與固態共振腔的優點。
如圖2A所示，在雷射震盪器110中，通過飽和吸收體117後所產生的脈衝雷射可利用雷射輸出單元118來輸出。雷射輸出單元118可包括分光器118a及壓縮器118b，分光器118a是設置於飽和吸收體117之後，用於引導脈衝雷射至壓縮器118b，壓縮器118b可用於將脈衝雷射進行壓縮後輸出。在本實施例中，分光器118a可例如為偏光正立方體分光器(Polarizing Beam-splitter Cube)。光濾波片119是用於過濾特定波長(例如1064nm)的雷射。在本實施例中，光濾波片119可例如為帶通濾波片(Band-pass Filters)，設置於分光器118a及準直器116之間。
在本發明的實施例中，光濾波器(光濾波片119)可設置於雷射震盪器的共振腔內。共振腔是由光纖與自由空間構成，故可基於便利性來選擇光纖光濾波器，或是依據多波長選擇性與高穿透率來選擇自由空間光濾波器。
請參照圖2B，圖2B為本發明雷射震盪器的另一實施例的示意圖。在另一實施例中，雷射震盪器110可更包括調制器(Modulator)1110，用於提供額外的調變功能。根據需要，調制器1110可提供振幅調變、晶種訊號的時域濾除，以及放大自發輻射(amplified spontaneous emission，ASE)等調變功能。在一特定實施例中，光學脈衝的長度可決定於調制器1110的運轉。在一實施例中，調制器1110可提供足以產生短光學脈衝的頻寬。在一些實施例中，調制器1110可為具有合適於振幅轉換器之相位或頻率的相 位或頻率調幅器，例如邊緣光濾除器(edge optical filter)、截止調制器(extinction modulator)或聲光調制器(acousto-optic modulator)。例如，電光相位調幅器可對光學信號引發一頻擾，當光學訊號經過短或長距離傳入光學濾除器時，該頻擾會被轉換進入振幅調變。當沒有電子訊號應用於電光相位調制器時，光學訊號將最好以遭受高損失的波長為其特徵。當電子訊號應用於電光相位調制器時，光學訊號最好經歷波長改變或頻擾(以低光學損失數值為其特徵)。在一實施例中，具體地，調制器1110可設置於準直器116及飽和吸收體117之間，以及/或在雷射輸出單元118之後。
請參照圖2C，圖2C為本發明雷射震盪器的又一實施例的示意圖。在又一實施例中，調制器1110更可設置於分光器118a與壓縮器118b之間。
請參照圖3及圖1，圖3為本發明雷射混頻器的一實施例的示意圖。在本發明的實施例中，雷射震盪器110可產生第一脈衝雷射，並輸出至雷射混頻器120，以轉換雷射震盪器110所產生之第一脈衝雷射的頻率或波長，而得到預期的第二脈衝雷射。在一實施例中，壓縮後的第一脈衝雷射可利用反射鏡101來導入雷射混頻器120內。雷射混頻器120可包括聚焦透鏡121、波長轉換晶片122、準直透鏡123、濾波器124及光偵測器(photodiode)125。聚焦透鏡121可設置於波長轉換晶片122的一側，用於第一脈衝雷射聚焦至波長轉換晶片122來進行波長轉換，以得到預期的第二脈衝雷射。準直透鏡123是設置於波長轉換晶片122的另一側，用於將轉換後的第二脈衝雷射進行準直。多個不同波段的濾波器124可設置於準直透鏡123之後，用於將第二脈衝雷射進行分光，以實現多波長的雷射脈衝輸出。一 或多個光偵測器125可設置於雷射混頻器120內，用於檢測第二雷射脈衝的功率。在本實施例中，光偵測器125可設置於濾波器124的一側，並利用分光鏡102將濾波後的部分雷射脈衝引導至光偵測器125。在光偵測器125偵測到第二雷射脈衝的功率後，光偵測器125可即時或定時地傳送偵測訊號至控制模組130，以告知控制模組130。
請參照圖4A及圖4B，圖4A及圖4B為本發明波長轉換晶片的非線性光學晶體的示意圖。在一實施例中，波長轉換晶片122可為非線性光學晶體，此非線性光學晶體可利用利用準相位匹配(Quasi-phase matching，QPM)技術來實現脈沖、準連續和連續光的頻率轉換。更具體地，在一實施例中，波長轉換晶片122的非線性光學晶體可具有週期性的極化結構(如圖4A所示)、或非週期性的極化結構(如圖4B所示)，例如為週期性極化反轉鈮酸鋰(Periodically Poled Lithium Niobate，PPLN)或非週期性極化反轉鈮酸鋰(Aperiodically Poled Lithium Niobate，APPLN)。
請參照圖5A、圖5B及圖5C，圖5A、圖5B及圖5C為本發明波長轉換晶片的波導結構的示意圖。更具體地，在一實施例中，波長轉換晶片122的波導(wave guide，WG)結構可為方塊波導結構(如圖5A所示)、平面波導結構(如圖5B所示)、或通道波導結構(如圖5C所示)。
在一些實施例中，波長轉換晶片122可將雷射脈衝的波長由1000nm以上(例如1064nm)轉換至600nm以下(例如532nm)。又，在一實施例中，波長轉換晶片122可將雷射脈衝的波轉換至400nm以下，例如355nm。
在本發明的實施例中，依據光偵測器125所偵測到的結果，控制模組130可即時或定時地控制及調整雷射震盪器110的鎖模狀態，以主 動地且自動地穩定雷射震盪器110所產生的脈衝雷射，而不需額外地手動維護雷射的鎖模狀態。具體地，利用雷射混頻器120的光偵測器125，控制模組130可得知第二雷射脈衝的功率，當光偵測器125所檢測到的第二雷射脈衝的功率低於一門檻值時，控制模組130可傳送一控制訊號至雷射震盪器110的鎖模控制器114，以驅動鎖模控制器114來調整共振腔113的鎖模狀態。
在一實施例中，控制模組130可依據波長轉換晶片122的效率來決定是否傳送控制訊號至雷射震盪器110的鎖模控制器114。例如，依據光偵測器125所檢測到的第二雷射脈衝的功率來決定波長轉換晶片122的效率，波長轉換晶片122的效率低於或等於10%時，控制模組130可傳送一控制訊號至雷射震盪器110的鎖模控制器114，以驅動鎖模控制器114來調整共振腔113的鎖模狀態。
在一實施例中，雷射系統100所輸出的雷射可經由一放大器(未繪示)來進行，此放大器可設置於雷射系統100的輸出端之後，例如在雷射混頻器120之後。
請參照圖6，圖6為本發明雷射輸出方法的方法流程圖。在本發明的實施例中，更具體地，當利用雷射系統100來輸出雷射時，可提供雷射系統100的雷射震盪器110(步驟S101)。接著，利用雷射震盪器110的泵浦光源111發出泵浦光至共振腔113。接著，利用雷射震盪器110來產生第一雷射脈衝(步驟S102)，且輸出第一雷射脈衝至雷射混頻器120(步驟S103)。接著，利用雷射混頻器120的波長轉換晶片122來轉換第一雷射脈衝成第二雷射脈衝(步驟S104)。接著，利用光偵測器125來檢測第二雷射脈衝的功率(步驟S105)。當第二雷射脈衝的功率低於門檻值時，控制模組130可利用鎖模控 制器114來調整鎖模狀態(步驟S106)。
請參照圖7，圖7為本發明雷射系統的一實施例的示意圖。在一實施例中，雷射混頻器220亦可設置於共振腔113的自由空間中。如此，在實現雷射共振鎖模的同時，也可在共振腔113內達成頻率轉換。由於共振腔113內的功率會大於輸出端的功率，故利用共振腔內的高功率可讓波長轉換具有較佳的效率。具體地，例如可將雷射混頻器220及調制器1110設置於準直器116及雷射輸出單元118之間。在此實施例中，雷射混頻器220可將第一雷射脈衝成第二雷射脈衝，接著，設置於雷射輸出單元118之後的光偵測器225可檢測第二雷射脈衝的功率。當第二雷射脈衝的功率低於門檻值時，控制模組130可利用鎖模控制器114來調整鎖模狀態。
由上述可知，本發明的雷射系統可主動地雷射脈衝的輸出狀態，並對應地調整雷射震盪器110的鎖模狀態，以主動地且自動地穩定雷射震盪器110所產生的脈衝雷射，而不需額外地手動維護雷射的鎖模狀態。
在本發明之實施例中，控制模組130可包括電腦程式產品或軟體，該電腦程式產品或軟體可包括機器可讀取媒體，該機器可讀取媒體上儲存有指令，該等指令可用於程式化電腦系統(或其他電子元件)，以執行根據本發明之實施例的雷射輸出方法。在一實施例中，控制模組130可與雷射震盪器110及雷射混頻器120電性耦合。機器可讀取媒體包括用於儲存或傳送由機器(例如電腦)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀取(例如電腦可讀取)媒體包括機器(例如電腦)可讀取儲存媒體(例如唯讀記憶體(read only memory，ROM)、隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體元件等等)、機器(例如 電腦)可讀取傳輸媒體(電氣、光學、聲學或其他傳播訊號形式(例如紅外訊號、數位訊號等等))，等等。然不於此，在一實施例中，控制模組130可為控制晶片組，且控制模組130可整合於雷射震盪器110或雷射混頻器120中。
在本發明之實施例中，控制模組130的電腦系統內可執行一組指令，該等指令用於使機器執行本文所述方法中之任何一或多者。在替代實施例中，該機器可在區域網路(Local Area Network，LAN)、企業內部網路、企業外部網路或網際網路中連接(例如網路連接)至其他機器。該機器在客戶端-伺服器網路環境中可作為伺服器或客戶端機器工作，或在同級間(或分散式)網路環境中作為同級機器工作。該機器可為個人電腦(personal computer，PC)、平板PC、機上盒(set-top box，STB)、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)、蜂巢式電話、網路設備、伺服器、網路路由器、切換器或橋接器，或能夠執行指定該機器將要採取之動作之一組指令(順序或其他方式)的任何機器。此外，儘管僅圖示單個機器，但術語「機器」亦應被視為包括個別或共同執行一組(或多組)指令以執行本文所述方法中之任何一或多者的機器(例如電腦)之任何集合。
例示性的控制模組130的電腦系統可包括處理器、主記憶體(例如唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、諸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)之動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)等等)、靜態記憶體(例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(static random access memory，SRAM)等等)及輔助記憶體(例如資料儲存元件)，這些設備經由匯流排彼此通訊。
控制模組130的處理器可為一或多個通用處理元件，諸如微 處理器、中央處理單元等等。更特定言之，處理器可為複雜指令集計算(complex instruction set computing，CISC)微處理器、精簡指令集計算(reduced instruction set computing，RISC)微處理器、超長指令字集(very long instruction word，VLIW)微處理器、實施其他指令集之處理器或實施指令集組合之處理器。處理器亦可為一或多個專用處理元件，諸如特殊應用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA)、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、網路處理器等等。處理器經設置以執行用於執行本文所述操作之處理邏輯。
控制模組130可進一步包括網路介面元件。控制模組130亦可包括視訊顯示單元(例如液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)、發光二極體(LED)顯示器或陰極射線管(cathode ray tube，CRT))、文書輸入元件(例如鍵盤)、遊標控制元件(例如滑鼠)及訊號產生元件(例如揚聲器)。
輔助記憶可包括機器可存取儲存媒體(或更具體而言，電腦可讀取儲存媒體)，實施本文所述方法或功能中之任何一或多者的一或多組指令(例如軟體)儲存在機器可存取儲存媒體上。在控制模組130的電腦系統、主記憶體及亦構成機器可讀取儲存媒體之處理器執行軟體期間，軟體亦可完全或至少部分地常駐於主記憶體內部及/或處理器的內部。可進一步經由網路介面元件在網路上發送或接收軟體。
儘管在例示性實施例中機器可存取儲存媒體可為單個媒體，但術語「機器可讀取儲存媒體」應被視為包括儲存一或多組指令之單個媒體或多個媒體(例如集中式或分散式資料庫，及/或相關聯之快取記憶體 及伺服器)。術語「機器可讀取儲存媒體」亦應被視為包括能夠儲存或編碼由機器執行且使機器執行本發明之方法中任何一或多者之一組指令的任何媒體。因此，術語「機器可讀取儲存媒體」應被視為包括(但不限於)固態記憶體，以及光學及磁性媒體。
本文中術語「透鏡」在內容背景允許時可指代各種類型之光學組件中任一者，包括折射、繞射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件，或其組合。
這些例示性的實施例的各種態樣是本領域技術者在將它們的工作的內容傳達給其他本領域技術者時所常用的用詞來描述於本文中。然而，本領域技術者將可瞭解的是，本發明的實施例可以只用某些被描述的態樣來實施。為了說明的目的，特定的數量、材料及組態被提出，用以提供對於本發明的實體例的完整的瞭解。然而，本領域技術者將可瞭解的是，本發明的實施例可在沒有特定的細節下被實施。在其它例子中，習知的特徵被省略或被簡化以避免遮蔽了示範性的實施例。
“在一些實施例中”及“在各種實施例中”等用語被重複地使用。該用語通常不是指相同的實施例；但它亦可以是指相同的實施例。“包含”、“具有”及“包括”等用詞是同義詞，除非其前後文意顯示出其它意思。
雖然各種方法、設備、及系統的例子已被描述於本文中，但本揭示內容涵蓋的範圍並不局限於此。相反地，本揭示內容涵蓋所有合理地落在申請專利界定的範圍內的方法、設備、系統及製造之物，申請專利的範圍應依據已被建立的申請專利範圍解釋原理來加以解讀。例如，雖然上面揭示的系統的例子在其它構件之外還包括可自硬體上執行的軟體或韌 體，但應被理解的是，該等系統只是示範性的例子，並應被解讀為是限制性的例子。詳言之，任何或所有被揭示的硬體、軟體、及/或韌體構件可被專門地被體現為硬體、專門地被體現為軟體、專門地被體現為韌體、或硬體、軟體及/或韌體的一些組合。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧雷射系統
110‧‧‧雷射震盪器
120‧‧‧雷射混頻器
130‧‧‧控制模組

Claims (10)

  1. 一種雷射系統，包含：一雷射震盪器，包括：一泵浦光源；一共振腔，連接該泵浦光源；一鎖模控制器，設置於該共振腔中；以及一雷射輸出單元，用於輸出第一雷射脈衝；以及一雷射混頻器，包括：一波長轉換晶片，用於轉換該第一雷射脈衝成一第二雷射脈衝；以及一光偵測器，用於檢測該第二雷射脈衝的功率；其中，當該光偵測器所檢測到的該第二雷射脈衝的功率低於一門檻值時，一控制訊號傳送至該鎖模控制器，以驅動該鎖模控制器來調整該共振腔的鎖模狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該共振腔為線形共振腔、環形共振腔、8字形共振腔或9字形共振腔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該鎖模控制器為電控偏振控制器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該雷射震盪器還包括準直器及飽和吸收體，該準直器分別設置於該飽和吸收體的兩側，該飽和吸收體設置於該等準直器之間的自由空間中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射系統，其中該雷射輸出單元包括分光器及壓縮器，該分光器是設置於該飽和吸收體之後，用於引導該第一脈衝雷射至該壓縮器，該壓縮器是用於將該第一脈衝雷射進行壓縮後輸出。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之雷射系統，其中該雷射震盪器更包括至少一調制器，該調制器是設置於該準直器及該飽和吸收體之間，及/或在該雷射輸出單元之後。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該雷射混頻器還包括多個不同波段的濾波器，用於將該第二脈衝雷射進行分光，以實現多波長的雷射脈衝輸出。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該雷射系統還包括一控制模組，在該光偵測器偵測到該第二雷射脈衝的功率後，該光偵測器即時或定時地傳送偵測訊號至該控制模組，以將該第二雷射脈衝的功率告知該控制模組，該控制訊號是利用該控制模組傳送至該鎖模控制器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該第一雷射脈衝的波長是等於或大於1000nm，該第二雷射脈衝的波長是等於或小於600nm以下。
  10. 一種雷射輸出方法，包含：提供一雷射震盪器，其中該雷射震盪器包括泵浦光源、共振腔及鎖模控制器；利用該泵浦光源發出一泵浦光至該共振腔； 利用該雷射震盪器來產生第一雷射脈衝；輸出該第一雷射脈衝至一雷射混頻器，其中該雷射混頻器包括波長轉換晶片；利用該波長轉換晶片來轉換該第一雷射脈衝成一第二雷射脈衝；利用一光偵測器來檢測該第二雷射脈衝的功率；以及當所檢測到的該第二雷射光的功率低於一門檻值時，控制該鎖模控制器來調整該共振腔的鎖模狀態。
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