激光光源和用于操作激光光源的方法技术

一种激光光源包括适合于脉冲操作的半导体激光器，部分传输波长选择光反射器。半导体激光器包括前腔面和后腔面。前腔面和后腔面限定内部激光腔。内部激光腔包括激光激活介质。部分传输波长选择光反射器具有在所述激光激活介质的增益带宽内的峰值反射率。波长选择光反射器和后腔面限定外部激光腔。外部激光器中的光的往返时间为大约２０纳秒或更少。波长选择光反射器的半高全宽带宽适合于容纳内部激光腔的至少１２个纵模和外部激光腔的至少２５０个纵模。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术的领域本专利技术一般涉及激光光源，更具体地涉及包括半导体激光器和/或光纤放大器的 激光光源，以及涉及可用在激光加工过程例如激光焊接、激光烧蚀、激光退火、激光烧结、激 光打印、激光划片、激光打标、激光钻孔和/或激光摹制中，以及在医学应用中例如在外科 手术和诊断成像中的激光光源。相关技术的描述在现代制造技术中，激光加工过程例如激光打标、激光焊接和激光切割起重要的 作用。在这些应用中，使由激光光源产生的激光辐射与至少一个工件相互作用以加工所述 至少一个工件。在激光打标中，激光束可被定向到包括金属、塑料或另一种材料的工件，以 在工件上应用文本、标志和图案。在激光打标应用中，脉冲激光源可被使用。在激光焊接中， 激光辐射可被用于加热两个或多个工件以用于引起工件的接合。在激光切割中，激光束可 集中在工件上以熔化、燃烧和/或蒸发工件的暴露于激光辐射的部分。因此，工件的部分可 被移除，和/或可在工件上形成切口。除了激光打标以外，激光焊接和激光切割、激光辐射 可被用于激光熔覆(cladding)和微加工应用，且用在诸如光学相干层析成像、显微外科以 及皮肤表面修整的医学应用中。在现有技术中，已提出使用包括光纤放大器的激光辐射源用于激光加工应用。根 据现有技术的光纤放大器包括含有掺杂物例如铒或镱的光纤。来自泵浦光源(种子光源) 的光可被提供到掺杂的光纤。泵浦光源的波长可适合于吸收光纤中的掺杂物的波长，使得 掺杂物吸收来自泵浦光源的光。光的吸收将掺杂物带入亚稳激发态。如果来自种子光源、 具有与激发态和掺杂态之间的能量差相对应的光子能量的光被提供到光纤，所述掺杂态具 有比激发态低的能量，则来自种子光源的光可被受激发射放大。种子光源可在脉冲模中操 作。在根据现有技术的方法的种子光源包括半导体激光器的例子中，，这可通过将脉冲电流 应用到半导体激光器来完成。然后来自种子光源的光脉冲在光纤放大器中被放大。因此， 可获得光纤放大器的几瓦到几十瓦的平均输出功率，以及几百瓦到几千瓦的峰值功率。根据现有技术的种子光纤放大器的问题是，由于高光谱功率密度，不期望有的非 线性光学效应，例如受激布里渊散射可在光纤放大器中和/或在激光辐射源中设置的或与 激光辐射源连接的其它光纤中产生。在光纤放大器和/或激光辐射源中设置的或与激光辐射源连接的光纤中的受激 布里渊散射可导致在相反方向上，即，在朝着半导体激光器的方向上的光的产生。这可使光 纤放大器的功率输出减少高达90%和/或可导致对放大器部件包括半导体种子和泵浦激 光器的严重破坏。本专利技术的一个目的是提供激光光源和实质上可避免或至少减少以上所述问题的方法。专利技术概要根据说明性的例子，激光光源包括适合于脉冲操作的半导体激光器和部分传输波长选择光反射器。半导体激光器包括前反射元件和后反射元件。前反射元件和后反射元件 限定了内部激光腔。内部激光腔包括激光激活介质。部分传输波长选择光反射器具有在所 述激光激活介质的增益带宽范围内的峰值反射率。波长选择光反射器和后反射元件限定了 外部激光腔。在外部激光腔中的光的往返时间为大约20纳秒或更小。波长选择光反射器 的半高全宽带宽适合于容纳内部激光腔的至少5个纵模和外部激光腔的至少20个纵模。根据另一个说明性的例子，激光光源包括适合于脉冲操作的半导体激光器、部分 传输波长选择光反射器和光纤放大器。半导体激光器包括前反射元件和后反射元件。前反 射元件和后反射元件限定了内部激光腔。内部激光腔包括激光激活介质。波长选择光反射 器具有在激光机活介质的增益带宽范围内的峰值反射率。波长选择光反射器和后反射元件 限定了外部激光腔。光纤放大器被布置成接收由波长选择光反射器传输的光。光纤放大器 具有用于非线性光学效应的建立时间。外部激光腔被配置为提供在外部激光腔中的光的往 返时间，该来回时间短于非线性光学效应的建立时间。波长选择光反射器的半高全宽带宽 适合于容纳内部激光腔的至少5个纵模和外部激光腔的至少20个纵模。根据又一个说明性的例子，方法包括确定第一光纤中的非线性光学效应的建立时 间。提供了包括前反射元件和后反射元件的半导体激光器。前反射元件和后反射元件限定 了内部激光腔。内部激光腔包括激光激活介质。提供了具有在激光激活介质的增益带宽范 围内的峰值反射率的部分传输波长选择光反射器。波长选择光反射器被布置为形成由波长 选择光反射器和半导体激光器的后反射元件限定的外部激光腔。当电流被提供到半导体激 光器时由半导体激光器发射的光的光谱对波长选择光反射器的带宽的锁定的时间[HI]被 确定。外部激光谐振腔中的光的光路的长度被设定以调节锁定到小于非线性光学效应的建 立时间的值的时间。由波长选择光反射器传输的光被提供到第一光纤。根据又一个说明性的例子，方法包括提供包括前反射元件和后反射元件的半导体 激光器。前反射元件和后反射元件限定了内部激光腔。内部激光腔包括激光激活介质。提 供了具有在激光激活介质的增益带宽范围内的峰值反射率的部分传输波长选择光反射器。 波长选择光反射器和后反射元件限定外部激光腔。当电流被提供到半导体激光器时由波长 选择光反射器传输的光的波长啁啾的持续时间被确定。脉冲电流被提供到半导体激光器。 基于接收由波长选择光反射器传输的光的光纤中的波长啁啾的持续时间和非线性光学效 应的建立时间中的至少一个来选择脉冲电流的脉冲时间。在根据现有技术的激光辐射源的种子光源包括半导体激光器的例子中，半导体激 光器可发射具有与半导体激光器的纵模相对应的波长的一个或多个窄带中的相对高强度 的激光辐射。因此，在受激布里渊散射增益带宽内可获得相对高的光谱密度，这可增加达到 发起受激布里渊散射的临界值的可能性。与之相反，根据本主题的激光光源和方法允许减少在受激布里渊散射增益带宽中 的光谱密度和/或可将相对高的光谱浓度出现的时间段的持续时间限制到小于受激布里 渊散射的建立时间。因此，可减小受激布里渊散射和/或其他非线性效应出现的可能性。附图的简要说明本主题[H2]的另外的优点、目的和实施方式被限定在所附的权利要求中，且当参 考附图理解时通过以下的详细描述将变得更加明显，其中附图说明图1示出了依照实施方式的激光光源的示意图2示出了在实施方式中的激光激活介质的增益和波长选择光反射器的反射率 的示意图；图3示出了在实施方式中的提供到半导体激光器的电流的安培数的示意图；图4示出了由半导体激光器发射的光的光谱的中心波长的示意图，所述中心波长 作为当将电流提供到半导体激光器时的时间的函数；图5示出了由半导体激光器发射的光的光谱的示意图；图6示出了在实施方式中通过部分传输波长选择反射器传输的光的光谱的中心 波长的示意图；图7a和7b示出了依照实施方式的通过激光光源中的部分传输波长选择光反射器 来传输的光的光谱的示意图；以及图8示出了依照本专利技术的另一个实施方式的激光光源的示意图。本专利技术的详细实施方式虽然本主题参考在以下的详细描述以及附图中所示出的实施方式被描述，应理 解，以下的详细描述以及附图不是用来将本专利技术限制到所公开的特定实施方式，而更确切 地，所描述的实施方式仅举例说明了本主题的不同方面，其范围由所附的权利要求限定。依照一个实施方式，激光光源包括适合于脉冲操作的半导体激光器。对于半导体 激光器的脉冲操作，脉冲电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光源，包括：半导体激光器，其适合于脉冲操作并包括前反射元件和后反射元件，所述前反射元件和所述后反射元件限定内部激光腔，所述内部激光腔包括激光激活介质；部分传输波长选择光反射器，其具有在所述激光激活介质的增益带宽内的峰值反射率，所述波长选择光反射器和所述后反射元件限定外部激光腔，其中所述外部激光腔内的光的往返时间大约为２０纳秒或更少；以及其中所述波长选择光反射器的半高全宽带宽适合于容纳内部激光腔的至少５个纵模和外部激光腔的至少２０个纵模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-15 60/979,985一种激光光源，包括半导体激光器，其适合于脉冲操作并包括前反射元件和后反射元件，所述前反射元件和所述后反射元件限定内部激光腔，所述内部激光腔包括激光激活介质；部分传输波长选择光反射器，其具有在所述激光激活介质的增益带宽内的峰值反射率，所述波长选择光反射器和所述后反射元件限定外部激光腔，其中所述外部激光腔内的光的往返时间大约为20纳秒或更少；以及其中所述波长选择光反射器的半高全宽带宽适合于容纳内部激光腔的至少5个纵模和外部激光腔的至少20个纵模。2.如权利要求1所述的激光光源，还包括配置为向所述半导体激光器提供脉冲电流的 电源。3.如权利要求1或2所述的激光光源，还包括被布置为接收由所述半导体激光器发射 的光的光纤，其中所述波长选择光反射器包括在所述光纤中形成的光纤布拉格光栅。4.如权利要求1-3中任一项所述的激光光源，其中所述外部激光腔中的光的所述往返 时间小于大约10纳秒、大约5纳秒和大约1纳秒中的至少一个。5.如权利要求1-4中任一项所述的激光光源，其中所述波长选择光反射器的所述半高 全宽带宽适合于容纳所述内部激光腔的至少25个纵模和所述外部激光腔的至少250个纵 模。6.如权利要求1-5中任一项所述的激光光源，其中所述前反射元件的反射率等于或大 于大约0.01%和大约0. 中的至少一个。7.如权利要求1-5中任一项所述的激光光源，其中所述前反射元件的反射率等于或小 于大约0.01%和大约0. 中的至少一个。8.如权利要求1-7中任一项所述的激光光源，其中所述半导体激光器适合于发射具有 小于所述外部激光腔中的光的所述往返时间的相干时间的光。9.如权利要求2所述的激光光源，其中所述电源适合于提供具有在从大约3纳秒到大 约1纳秒的范围内的脉冲持续时间的所述脉冲电流。10.如权利要求9所述的激光光源，其中所述脉冲持续时间在从大约5纳秒到大约500 纳秒的范围内。11.一种激光光源，包括半导体激光器，其适合于脉冲操作并包括前反射元件和后反射元件，所述前反射元件 和所述后反射元件限定内部激光腔，所述内部激光腔包括激光激活介质；部分传输波长选择光反射器，其具有在所述激光激活介质的增益带宽内的峰值反射 率，所述波长选择光反射器和所述后反射元件限定外部激光腔；光纤放大器，其布置为接收由所述波长选择光反射器传输的光，所述光纤放大器具有 非线性光学效应的建立时间；其中所述外部激光腔配置为提供所述外部激光腔内的光的往返时间，所述往返时间短 于所述非线性光学效应的所述建立时间；以及其中所述波长选择光反射器的半高全宽带宽适合于容纳内部激光腔的至少5个纵模 和外部激光腔的至少20个纵模。12.如权利要求11所述的激光光源，还包括配置为向所述半导体激光器提供脉冲电流的电源。13.如权利要求11或12所述的激光光源，其中所述非线性光学效应包括受激布里渊散射。14.如权利要求11-13中任一项所述的激光光源，还包括连接所述半导体激光器和所 述光纤放...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬莫尔迪克，约格特罗格，尼古莱马图舍克，
申请(专利权)人：奥兰若技术公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]