CN102640370A - 稳定可调谐高功率脉冲激光系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光系统，包括：注入激光源，其具有输出并且能够操作从而提供以第一波长，第一线宽，输出功率为特征的激光输出；激光系统还包括以增益带宽为特征的可调谐脉冲源，其能够操作以提供具有平均功率的输出信号，所述输出信号包括多个光脉冲，所述多个光脉冲中的每个光脉冲以第二波长，第二线宽以及峰值功率为特征；激光系统还包括光学组合器，具有耦合到所述注入激光源的输出端的第一端口，耦合到所述可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口。

Description

稳定可调谐高功率脉冲激光系统的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年6月11日提交的题为“Stable Tunable High PowerPulsed Laser Source”的美国临时专利申请No.61/186,317的优先权，其公开内容对应于所有目的被整体地包括于此。
背景技术
如Nd:YAG激光器的脉冲激光源已经被用于执行基于激光的诸如打标、雕刻、微细加工以及切割等应用的材料处理。许多现有的以脉冲能量高于0.5mJ每脉冲为特征的高功率脉冲激光器依赖于诸如Q开关和锁模技术以产生光脉冲。然而，这些激光器产生特性被腔的几何形状和镜面反射率等预先决定的光脉冲。这样，如果不对激光性能进行折中，则通常不能在现场改变这些激光脉冲的特性。使用这种激光器通常难以获得可变的脉冲特性范围。
能够以简单的方式向例如二极管激光器的脉冲激光源提供脉冲电驱动信号以使其产生冲激。然而，来自这种脉冲激光源的信号的中心波长可能改变，而且线宽会随着电驱动信号的施加而展宽(可能强烈依赖于驱动信号的电流水平)。这种展宽线宽的一个不期望结果是显著降低利用倍频和三倍频等的谐波产生效率。因而，在本领域中存在开发具有可调脉冲特性的稳定脉冲激光源的需要。
发明内容
根据本发明，提供了涉及可调谐激光源领域的方法和系统。更具体而言，本发明涉及用于提供对于诸如修整、打标、切割以及焊接等工业应用有用的高功率脉冲激光源的方法和设备。仅以举例说明的方式，本发明已应用于包括脉冲宽度、峰值功率、重复频率、时间脉冲形状、偏振、波长、和/或光谱线宽的实时可调谐特性的激光源。然而，本发明可具有更广泛可应用性并且可以应用于其它激光源。
根据本发明的实施例，激光系统包括：注入激光源，其具有输出并且能够操作从而提供以第一波长，第一线宽，输出功率为特征的激光输出；激光系统还包括以增益带宽为特征的可调谐脉冲源，其能够操作以提供具有平均功率的输出信号，所述输出信号包括多个光脉冲，所述多个光脉冲中的每个光脉冲以第二波长，第二线宽以及峰值功率为特征；激光系统还包括光学组合器，具有耦合到所述注入激光源的输出端的第一端口，耦合到所述可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口。
根据本发明的另一实施例，提供了用于提供多个信号脉冲的方法。方法包括：提供光辐射；把光辐射耦合到光学组合器的第一端口中；以及把光辐射信号从第一端口传输至光学组合器的第二端口。方法还包括：把来自第二端口的光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中；生成多个信号脉冲；以及把多个信号脉冲耦合到第二端口中。方法进一步包括：把多个信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口；以及从第三端口输出多个信号脉冲。
根据本发明的替选实施例，提供了用于提供放大和稳定激光脉冲的方法。方法包括：从注入激光源提供光辐射信号；以及基于光辐射信号稳定可调谐脉冲源以产生稳定信号脉冲。方法还包括：在光纤放大器中放大稳定信号脉冲；以及输出放大和稳定信号脉冲。
根据本发明的另一实施例，提供了用于提供激光脉冲的激光系统。激光系统包括特征在于第一波长、第一线宽、第一功率、以及输出的注入激光源。在本文中互换使用术语“注入激光源”和“稳定源”。激光系统还包括特征在于中心波长、增益带宽、以及第二功率的可调谐脉冲源。可调谐脉冲源的输出信号包括一组光脉冲，光脉冲中的每个光脉冲以第二波长和第二线宽为特征。激光系统进一步包括具有耦合到注入激光源输出的第一端口，耦合到可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口的光学组合器。存在可以作为光学组合器的大量可行组件或组件的组合，例如，光学组合器可以是光学循环器。可替选地，光学组合器可以是抽头耦合器。然而，本发明不限于这些具体光学组合器。激光系统可以进一步包括耦合到第三端口的光学放大器。光学放大器包括泵源，光学有源光纤的输入部分被配置成接收来自可调谐脉冲源和输出部分的输出信号。泵源以光学方式耦合到光学有源光纤。
根据本发明的实施例，提供了用于提供激光脉冲的方法。方法包括从注入激光源提供稳定光辐射信号，把稳定光辐射信号耦合到光学组合器的第一端口，以及把稳定光辐射信号从第一端口传输给光学组合器的第二端口。方法还包括把来自第二端口的稳定光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中，使用可调谐脉冲源产生稳定信号脉冲，以及把稳定信号脉冲输入到第二端口中。方法进一步包括把稳定信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口和从第三端口提供稳定的信号脉冲。
根据本发明的实施例，提供了可调谐稳定脉冲激光源。可调谐脉冲激光源包括用于产生稳定光辐射的稳定源。可调谐脉冲激光源还包括用于产生期望特性包括波长、光谱线宽、偏振、脉冲能量、脉冲长度、时间脉冲功率轮廓或者其它特性的一个或更多个信号脉冲的信号源(也称作可调谐脉冲源)。可调谐脉冲激光源进一步包括用来放大信号源提供的输出辐射的光学放大器。稳定源控制信号源提供的辐射的一个或更多个特性。虽然受控特性不限于这些特定特性或特性，但可以控制的特性的示例包括波长、光谱线宽和偏振。
根据本发明的进一步实施例，提供了稳定可调谐高功率脉冲激光材料处理系统。处理系统包括用于提供第一光学信号的稳定脉冲激光源。第一光学信号包括多个光脉冲。光脉冲中的每个光脉冲具有稳定波长和稳定线宽。处理系统还包括耦合到用于提供第二光学信号的稳定脉冲激光源的波长转换器。第二光学信号与第一光学信号相关联。处理系统还包括被配置成接收来自波长转换器的第二信号和输出包括第二信号的激光束的光学系统、以及用于支撑工件的工件夹持器。工件被配置成接收来自光学系统的激光束。处理系统还包括耦合到稳定脉冲激光源的电信号源驱动器和连接到电信号源驱动器、稳定脉冲激光源、光学系统、以及工件夹持器的控制器。处理系统进一步包括连接到用于监测工件中过程的控制器的传感器。
根据实施例，激光处理系统还包括特征在于第一波长、第一线宽、第一功率、以及输出的注入激光源。激光处理系统进一步包括特征在于中心波长、增益带宽、以及第二功率的可调谐脉冲源，可调谐脉冲源的输出信号包括一组光脉冲。光脉冲中的每个光脉冲特征在于第二波长和第二线宽。激光处理系统额外地包括具有耦合到注入激光源输出的第一端口，耦合到可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口的光学组合器和耦合到第三端口的光学放大器。光学放大器包括泵源，光学有源光纤的输入部分被配置成接收来自可调谐脉冲源和输出部分的输出信号，泵源以光学方式耦合到光学有源光纤。
较之传统技术而言使用本发明取得大量优点。例如，在根据本发明的实施例中，提供了采用与性能特性相近的激光器相比成本低廉、架构紧凑的适合于进行激光处理的高功率脉冲激光器。此外，根据本发明的实施例，产生包括中心波长稳定和光谱线宽窄的特性在内的脉冲特性的短脉冲。可以包括的其它特性还有稳定的偏振和减小的发散角等。再者，根据本发明的实施例，可以使光脉冲成型为对于特定应用而言最优的时域脉冲轮廓、使激光系统中的能量提取效率最大化或者补偿光学放大器的饱和等。按照实施例，将具备这些优点中的一个或更多个优点。在下文中，本说明书通篇将更具体地描述这些和其它优点。参照后续附图和详细描述可以较全面地理解本发明的特征和益处。
附图说明
图1是根据本发明实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光源的简化示意性示图；
图2是根据本发明另一实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光系统的简化示意性示图；
图3是根据本发明又一实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光系统的简化示意性示图；
图4是根据本发明替选实施例使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光系统的简化示意性示图；
图5A-5D示例了本发明实施例提供的各种时间脉冲形状、脉冲列、以及脉冲间隔的示例；
图6A示例了在未经稳定的情况下各种信号脉冲的典型光谱特性；
图6B-C示例了通过使用注入激光源稳定的各种信号脉冲的典型光谱特性；
图7是示例了根据本发明实施例的提供稳定激光脉冲的方法的简化流程图；
图8是示例了根据本发明实施例的提供经放大的稳定激光脉冲的方法的简化流程图；
图9是根据本发明实施例的高功率稳定脉冲激光处理系统的简化示意性示图；
图10A-10C是使用图9中示出的激光系统处理的示范性两层结构的简化示图；
图11是具有使用图9所示的激光系统钻取的通孔的示范性多层电路板的简化示例；
图12是根据本发明实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光源的简化示意性示例；
图13是根据本发明实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率稳定脉冲激光源的简化示意图；以及
图14是示例了根据本发明实施例的提供经放大和稳定的激光脉冲的方法的简化流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的高功率脉冲激光系统的简化示意性示例。高功率稳定脉冲激光器100包括产生稳定光辐射的注入激光源110，所产生的光辐射被注入到光学组合器120的第一端口114并被传输至光学组合器120的第二端口116。在一个实施例中，组合器可以是三个或更多个端口的循环器。这种循环器可以采用新泽西考德威尔(Caldwell)的OFR公司型号OC-3-1064-PM的产品。根据本发明的实施例，通过使用作为连续波(CW)半导体激光器的注入激光源110(也称作稳定源)生成稳定的光辐射。
在一个实施例中，注入激光源110包括输出功率为20mW和光谱线宽为70pm的工作在1064nm波长的光纤布拉格光栅(FBG)稳定半导体二极管激光器。
在另一特定实施例中，注入激光源110包括输出功率为100mW和光谱线宽为150pm的工作在1064nm波长的外腔半导体二极管激光器。在进一步的特定实施例中，注入激光源110包括输出功率为20mW和光谱线宽为50pm的工作在1064nm波长的使用光纤光栅的频率稳定的光纤激光器。
在替选实施例中，注入激光源110包括分布反馈(DFB)二极管激光器或紧凑窄线宽固态激光器。注入激光源可以在波长上可调谐。本发明并不要求注入激光源是光纤耦合的。在另一实施例中，注入激光源可以是使用自由空间光学器件耦合的源，如，垂直腔面发射(VCSEL)激光器或短腔固态激光器。本领域普通技术人员将会想到许多变形、修改以及替选方案。
高功率稳定脉冲激光器100进一步包括可调谐脉冲源130(也称作信号源)，其经由第二端口耦合来自注入激光源110的稳定光辐射，以生成稳定的信号脉冲。来自可调谐脉冲源130的稳定信号脉冲被提供给光学组合器120的第二端口116并被传输至光学组合器120的第三端口118。
可调谐脉冲源130可以与注入激光源110的类型相同或者与注入激光源110的形式不同。在特定实施例中，可调谐脉冲源是峰值脉冲功率为1W、重复频率可变化至500kHz、脉冲宽度为100纳秒(具有亚纳秒脉冲上升时间)并且工作在1064nm波长的半导体二极管激光器。在另一实施例中，可调谐脉冲源的峰值光学功率可以低或高于1W。例如，其可以是500mW、1W、2W、3W、4W、5W或更高。根据本发明的一些实施例，注入激光源的输出功率小于可调谐脉冲源的输出功率。作为示例，对于CW注入激光源，注入激光源的输出功率的范围可以为从约20mW至约50mW。可调谐脉冲源的输出功率的峰值功率范围可以为从约1W至约5W或更高。
另外，脉冲宽度可以小于或大于100纳秒。例如，其可以是1ns、2ns、10ns、20ns、50ns、200ns、500ns或更长。在另一实施例中，可调谐脉冲源可以包括第一侧耦合到光学组合器120的第二端口116而第二侧耦合到光纤布拉格光栅(FBG)的半导体光学放大器(SOA)。在该实施例中，把通过光学组合器120的第二端口发射的来自注入激光源110的稳定光辐射注入到SOA中，经第一次放大，从FBG反射，再注入到SOA中并经受第二次放大。FBG将以作为波长的函数的反射率为特征。优选地，FBG的反射率在可调谐脉冲源的带宽上较高(例如，接近100％)。作为示例，FBG的反射率在大于注入/稳定光源光谱宽度的带宽上较高。仅以举例说明的方式，光栅的带宽可以大于注入激光源带宽的三倍、大于注入激光源带宽的两倍或大于注入激光源的带宽等。在特定实施例中，FBG以在注入激光源的增益带宽上反射率大于75％为特征。在另一特定实施例中，反射率在增益带宽上大于95％。作为示例，反射率可以在注入激光源110的波长处大于75％或95％。
根据本发明的一些实施例，注入激光源110产生的输出功率只有一部分被耦合到可调谐脉冲源130中。作为示例，注入激光源110产生的约50％到100％之间的输出功率被耦合到可调谐脉冲源130中。在另一示例中，注入激光源110产生的约10％到100％之间的输出功率被耦合到可调谐脉冲源130中。通常，期望在给定特定设计的约束的情况下尽可能多地把来自注入源的功率注入到可调谐脉冲源中。在一些情形中，注入效率低至10％，但本发明的实施例不限于此效率并且可以以更低或更高的效率工作。
在替选实施例中，注入激光源110提供的稳定信号脉冲可以比单个脉冲复杂并且可以包括多个脉冲，例如，两个脉冲、三个脉冲、四个脉冲或五个脉冲等。在进一步的替选实施例中，可调谐脉冲源包括外腔半导体二极管激光器、紧凑固态激光器或光纤激光器等。本领域普通技术人员将想到许多变形、修改以及替选方案。
稳定光辐射注入到组合器120的第一端口114中，到达组合器120的第二端口116处并且进入到可调谐脉冲源130中。随着可调谐脉冲源发射信号脉冲，稳定光辐射用来控制和稳定信号脉冲的线宽和中心波长。还可以使用稳定光辐射控制其它性质(例如偏振特性)。使用注入激光源的注入锁定被用来控制由可调谐脉冲源130发射的辐射的性质。中心波长和线宽是可以被控制的这种性质的示例，但是本发明不限于这些性质。通过提供在可调谐脉冲源130的光谱增益带宽内的、相对注入激光源110的中心波长处于光学增益波长容限以内的稳定光辐射，来实现可调谐脉冲源中心波长的锁定。
可以优化可调谐脉冲源以按照期望应用在各种工作条件下实现良好的稳定效果。在实施例中，这种优化可以包括选择注入稳定光辐射的可调谐脉冲源的前端反射器理想镜面反射率。此前端反射器将会把要在第三端口处输出的稳定光辐射的一部分反射到光学组合器的第二端口中。这种反射辐射的存在是不利的，特别是在光学放大器级以光学方式耦合到组合器的第三端口的情况下。在本发明的一个实施例中，反射器的反射率小于1％，以及优选地小于0.01％。此低反射率将会使激光系统输出处的背景辐射和其它不期望辐射最小化，以及还将会使光学放大器中的无效增益消耗最小化。
由于可以从可调谐脉冲源的前端反射器处反射稳定光辐射的一部分，并且所反射的部分可以从该前端反射器处传输至光学组合器的第二端口并从光学组合器的第三端口输出，以及由于这种影响将是不利的，因此在本发明的一个实施例中稳定光辐射本身就是脉冲的。稳定脉冲在信号脉冲开始之前的某个时间点开始并且在特定时间点结束，以使得稳定脉冲的结束点从注入激光源行进至可调谐脉冲源，其中该结束点在信号脉冲结束之后的某个时间到达。因此在此实施例中，稳定脉冲的持续时间将大于或者至少等于信号脉冲的持续时间。
可调谐脉冲源130发出的信号脉冲被提供至组合器120的第二端口116，并且从组合器120的第三端口118处离开。在一个实施例中，把第三端口118耦合到光学放大器160。在输入端148处通过光学放大器160接收信号脉冲，随着该信号脉冲经过光学放大器160，该信号脉冲被放大，从而在光学放大器160的输出端170处实现高功率光脉冲。
本发明的实施例可以运用光纤放大器作为光学放大器160，包括通过光学耦合器152耦合到稀土掺杂光纤环路156的泵源154。通常，尽管使用其它方式实现光学放大器的泵浦对于本领域技术人员而言明显的，但使用了半导体泵激光器作为泵源154。
在一个特定实施例中，光学放大器160包括纤芯直径为大约4.8μm并且掺镱达到约6×1024个离子/m3的掺杂浓度的5米长的稀土掺杂光纤156。泵源154可以是工作在976nm波长并且输出功率为500mW的经FBG稳定的半导体激光二极管。
在另一特定实施例中，光学放大器160包括纤芯直径为大约10μm并且掺镱达到约1×1026个离子/m3的掺杂浓度的2米长的稀土掺杂光纤156，以及通过杂到大约。泵源154可以是输出功率为5W(但也可以是其它值)的半导体激光二极管。在激光系统的输出170处放大脉冲的峰值功率可以约为5kW，但该峰值功率也可以是其它值。
虽然针对掺镱光纤放大器和1064nm的激光波长给出示例，但其它示例，例如工作在1064nm波长(也可以工作于其它波长)的二极管激光器、固态激光器以及掺杂光纤也可以用于本发明的实施例。这包括波长区域1550nm的掺铒光纤和波长区域2至3μm中的掺铥光纤等。在一个或更多个这样的实施例中，通过光学耦合器以光学方式把泵源耦合到光学有源光纤。
光学组合器120不限于具有三个或更多个端口的光学循环器，并且可以构成为使用允许来自注入激光源110的光注入到可调谐脉冲源130中，并允许光从可调谐脉冲源输出。光学循环器具备把光束耦合以及端口隔离相结合的特征；然而，可以通过组装组件以制成光学组合器来实现类似的功能。因而，光学组合器可以包括一个或更多个光学耦合器以及一个或更多个光学隔离器。光学组合器使得能够优选地以小于3dB的光学损耗、更优选地小于1dB的光学损耗，把来自注入激光源的光注入到可调谐脉冲源中，同时以高于15dB，优选地以高于20dB、25dB、30dB或更高的光学损耗实质地阻止来自可调谐脉冲源的光进入注入激光源。
在图12所示的一个实施例中，光学组合器可以构成为使用抽头耦合器520把来自注入激光源的光注入到可调谐脉冲源中，以及包括光学隔离器501以便实质地阻止来自可调谐脉冲源130的光返回到注入激光源110中。来自注入激光源110的光注入到抽头耦合器520的端口514中并且从抽头耦合器的端口516处离开，所述光随后进入并控制可调谐脉冲源130。从可调谐脉冲源发出的光在端口516处进入抽头耦合器520并且从抽头耦合器端口518处离开，所述光随后被光学放大器放大。光学隔离器501实质上阻止从可调谐脉冲源发射的光进入注入激光源110。然而，光学组合器不仅限于这些具体示例。此外，光学组合器不限于全光纤耦合的光学组件，也可以使用包括但不限于透镜和反射镜的自由空间光学器件来构建光学组合器。对本领域技术人员而言，其它类型的组合是明显的。
本发明并不要求使用光学组合器。例如，在实施例中可以通过部分透射的后端反射器把来自注入激光源的稳定辐射注入到可调谐脉冲源中。在图13中示出图解说明根据本发明实施例的高功率脉冲激光器的方框图。使用来自信号源驱动器(脉冲电驱动器)的电信号驱动可调谐脉冲信号源以使光脉冲具有期望的特性。在一个实施例中，脉冲信号源输出的脉冲的脉冲形状模仿如脉冲电驱动器所提供的用来驱动脉冲信号源的电脉冲的形状。在另一实施例中，通过如脉冲电驱动器所提供的用来驱动脉冲信号源的电脉冲的幅度来控制脉冲信号源输出的脉冲的脉冲能量。还可以通过脉冲电驱动器提供的电脉冲来控制脉冲信号源输出的脉冲的其它特性。高功率激光器进一步包括提供用以控制脉冲信号源特性的光辐射的稳定源。可以使用来自稳定源的光辐射控制的脉冲信号源的特性，这些特性包括波长、光学线宽、偏振以及发散性，然而特性不仅限于这些示例。高功率激光器进一步包括用于放大脉冲信号源发射的光的光纤放大器(放大器)。放大器可以包括使用一个或更多个光纤放大器的一级或更多级放大。
虽然图1示例了使用单个耦合至光学组合器120的第三端口118的光学放大器160，但本发明不限于这种情况。在替选实施例中，可以在光学组合器120的下游针对任任意特定应用适当地运用多个光学放大器。图2是根据本发明实施例的使用多个光纤放大器的脉冲特性可调谐的稳定高功率脉冲激光器200的简化示意性示例。图2中示例的实施例使用两级光纤放大器260来提供两级放大处理。可以在光学放大器的两级之间设置光学隔离器242。两级放大的结果是在两级光学放大器260的输出端270处的获得更高的输出脉冲功率。多级放大可以提供比单级放大更高的功率。本领域普通技术人员将会认识到许多变形、修改以及替选方案。可以在题为“Method and System for Tunable Pulsed Laser Source”的共同受让的美国专利No.7,443,893中找到与本发明实施例中运利用光源有关的额外描述，其公开内容对应所有目的通过引用并入本文。
图3是根据本发明实施例的通过结合波长转换器310，来在光学放大器260的输出端370处提供除了激光器的基本波长以外的波长的激光辐射的脉冲特性可调谐的稳定高功率脉冲激光器300的简化示意性示例。如图3所示，波长转换装置用于接收光学放大器的放大输出。脉冲激光系统的许多应用得益于使用紫外、红外或者可见光谱区域中波长。利用谐波产生的波长转换器是对近红外的高功率脉冲辐射进行转换的技术，例如，通过二次谐波产生，把1064nm或1032nm的波长转换为532nm或516nm的较短波长，以及通过三次谐波产生转换成255nm或346nm，类似地，可以转换成更高的谐波。也可以使用非线性混合取得较长红外波长。通常将BBO(偏硼酸钡)、LBO(三硼酸锂硼酸钡)、KTP(磷酸钛氧钾)以及其它示例的非线性晶体用于对于谐波倍增、谐波混合以及参数混合等用于谐波产生，以便产生与基本激光波长相比更短或更长波长的其它波长的高功率辐射。
图4是根据本发明实施例的使用光纤放大器的脉冲特性可调谐的稳定高功率脉冲激光器400的简化示意性示例。在图4中示例的实施例中，示出了控制器和电驱动器：连接到注入激光源110(也称作稳定光源)的注入激光源驱动器401、连接到可调谐脉冲源130的信号源驱动器402、连接到第一光纤放大器泵源154的第一放大器驱动器403、连接到第二光纤放大器泵源254的第二放大器驱动器404，其中，所有四个电驱动器连接到控制器405。控制器405通常是编程为控制激光系统的工作的计算机。
特别地，控制器405可以提供从可调谐脉冲源130产生期望的脉冲列所需的信息以使得脉冲的输出列470具有针对特定应用的期望特性。这种特性包括脉冲峰值功率、脉冲长度、脉冲之间的时间间隔、脉冲上升时间和下降时间和时域冲形状等。还可以由控制器使用该信息，从而通过控制第一放大器驱动器403和第二放大器驱动器404来使放大器系统260的特性最优化。例如，在低峰值功率信号脉冲的情况下，有利的是从第二光纤放大器泵源254提供减小的泵浦功率以降低放大受激辐射(ASE)；控制器可以把此信息发送给第二放大器驱动器404。另外，可以由控制器405使用此信息来优化时域脉冲形状，以便降低光纤放大器中的增益饱和。可以在题为“Methods and Systems for a Pulsed Laser Source EmittingShaped Optical Waveforms”的普通受让美国专利No.7,428,253中找到额外信息，其公开内容对应所有目的通过引用并入本文。此外，可以由控制器405使用该信息以优化脉冲形状，从而降低可调谐脉冲源中的任何非线性或热效应。在使用半导体二极管激光器的可调谐脉冲源中，长脉冲宽度——例如100ns、200ns、500ns或更长——会半导体激光器有源区域的加热而导致脉冲变形。
参照图4，本发明的实施例可以包括具有第一、第二、第三以及第四端口114、116、118以及122的组合器420，以及耦合至组合器420的第四端口122的检测器410。检测器410将监测通过放大器260向后传输的后向传播光。后向传播光将在第三端口118处进入组合器和在第四端口122处离开组合器420，随后将被检测器410检测到。这种后向传播光包括后向受激拉曼光、受激布里渊散射、后向ASE、反射光或者其它可能的例子。检测器410被耦合到控制器405以提供关于检测的后向传播光的反馈。
通过检测和监测该经由放大器260向后传输的光，可以通过使用控制器410优化激光系统的性能。例如，出现较高水平的后向ASE意味着在光纤放大器260中增益未被耗尽。控制器可以随后通过向第一放大器驱动器403或第二放大器驱动器404发送指示以降低提供给光纤放大器的泵浦功率。可替选地，控制器可以通过向信号源驱动器402发送指示以增加信号峰值功率。对本领域技术人员而言，存在许多已知的使用检测器410采集的数据来优化和控制激光器性能的示例。可以在题为“Methods andSystems for Gain Control in Pulsed Optical Amplifiers”的普通受让美国专利No.7,667,889中找到额外信息，其公开内容对应所有目的通过引用并入本文。
本领域技术人员应当明白，可以通过信号源驱动器402提供的驱动电流的等同电流脉冲参数部分地确定可调谐脉冲源130提供的信号脉冲的光脉冲参数。这样的参数包括脉冲宽度、上升时间、下降时间、峰值功率和时域脉冲形状等。在许多情况下，光脉冲的形状和驱动电流脉冲的形状基本上相同。因而，为了逐脉冲地获取光脉冲列的如所期望的任意形状变化，在驱动电流脉冲列上提供类似的变化。以此方式，可以通过使当地调整由信号源驱动器402提供的驱动电流的脉冲参数，来针对每个信号脉冲实现期望的脉冲参数。从控制器405把用于提供驱动电流脉冲参数的指示发送给信号源驱动器402。
如图4中所示例的，激光系统可以包括电耦合到注入激光源和可调谐脉冲源的控制器。控制器用于调整注入激光源和可调谐脉冲源的激光参数。在一些实施例中，光学组合器包括耦合到检测器的第四端口。从检测器接收的信号可以作为输入提供至控制器。另外，激光系统还可以包括耦合到可调谐脉冲源和控制器的电信号源驱动器。
因而，根据本发明的实施例，可以产生期望形状的脉冲，如图5A和5B中示出的方顶脉冲。同样地，也可以产生如图5C所示出的具有任意形状的脉冲。此外，也可以产生如图5D所示的在脉冲之间具有任意间隔的脉冲列。本领域普通技术人员将会想到信号脉冲的包括时域脉冲形状、脉冲列以及脉冲间隔的许多变形、修改、以及替选方案。例如，本发明的实施例可以提供图5A-5D中示例的脉冲的组合。
期望能够改变激光器的工作波长以与某个应用匹配。这可能涉及波长的较大改变。例如，波长的这种大改变可以如前所述利用非线性晶体中的谐波产生导致的波长偏移或者非线性晶体中的非线性混合来实现。
还期望使波长改变较小以与要处理材料中的特定谐振匹配。根据本发明的实施例，可以调整由如前所述可调谐注入激光源110发射的稳定光辐射的中心波长来使中心波长偏移。参照图4，可以使用注入激光源驱动器401按照控制器405提供的指示，逐脉冲地改变稳定光辐射的中心波长。
图6A示例了通常的来自未经稳定的可调谐脉冲源的激光辐射的示例。图6B和6C示例了通常的使用光学稳定辐射的脉冲信号的线宽和中心波长被锁定的示例。注意，在未经稳定的情况下的线宽La比图6B和6C中示出的经稳定的情况下的线宽Lb和Lc宽。可调谐脉冲源呈现出其上存在光增益的光谱区域；可调谐脉冲源的光谱宽度(BW)是其上存在增益的光谱的FWHM宽度(半高宽)。可调谐脉冲源的光谱带宽由可调谐脉冲源的掺杂级别和构成材料决定。由于已知的增益窄化效应，脉冲光信号的线宽La可能实质上比可调谐脉冲源的光谱带宽窄。光谱带宽可以是脉冲信号光谱线宽的约十倍。根据本发明的一些实施例，注入信号的线宽比可调谐脉冲激光器的增益带宽窄。与使用注入锁定实现脉冲光信号的每个脉冲的期望光谱特性(如线宽和波长)一样，注入锁定的另一优点在于稳定这些特性以使得脉冲光信号的每个脉冲与脉冲列中的其它脉冲具有基本一致的波长、线宽、以及其它特性。
在不存在任何稳定辐射的情况下，可调谐脉冲源发出的辐射将会从可调谐脉冲源的光学谐振器腔内的噪声建立，信号脉冲具有中心波长λa和线宽La。可以通过组合因子(如最大光学增益的波长和可调谐脉冲源谐振器光学器件的波长反射率轮廓)确定中心波长。信号脉冲的中心波长和线宽还受其它因素(如温度或者施加的电驱动电流)影响。例如，迅速改变的电流会导致在脉冲期间内的波长啁啾(脉冲实际上具有展宽的线宽)。因而，在不具备稳定辐射的情况下，发射的中心波长、线宽和其它特性将按照环境、脉冲信号重复频率、波形以及各种其它因素改变。
不期望出现诸如线宽展宽和中心波长偏移这样的改变，并且这种改变可能导致材料处理中的效率降低或其它不希望的结果，或者导致在利用非线性效应(例如谐波产生)时从基本波长向其它波长转换时效率的降低。替代从噪声建立信号脉冲，有利的是使用注入激光源来控制中心波长、线宽、偏振以及其它特性，从而为可调谐脉冲源提供稳定的信号。
当对于每单位波长，在可调谐脉冲源的光学谐振器腔中存在水平明显高于背景噪声的稳定辐射时，可以实现稳定的线宽、中心波长以及其它特性在。这种情况的结果是来自可调谐脉冲源的输出的光谱基本上与稳定辐射的光谱类似，并且可以很大程度上不依赖于可调谐脉冲源的电驱动条件。例如，参照图1，来自注入激光源110的稳定辐射把辐射发射到组合器120的第一端口114，在组合器120中所述辐射被传输到组合器120的第二端口116，并且离开该第二端口116从而进入可调谐脉冲源130的光学谐振器腔。在可调谐脉冲源130的光学谐振器腔中，当来自注入激光源110的线宽为Lb并且中心波长为λb的稳定光辐射具有显著高于背景噪声的功率级别时，从该稳定的光辐射建立信号脉冲，信号脉冲的中心波长将为λb，线宽将近似为Lb。同样地，如果如图6C中所示，把稳定光辐射的中心波长和线宽分别改为λc和Lc，则信号脉冲的中心波长和线宽也将被分别改变为λc和近似为Lc。注意，如图6B和6C中所示，注入激光源110的中心波长在可调谐脉冲源130的增益带宽内。
可以使用功率级别较低(如，微瓦或毫瓦范围)的稳定光辐射来以此方式注入锁定激光。例如，注入激光源发射的稳定光辐射的功率可以为50mW或更高，或者为0.5mW或更低。另外，可以按照应用选取稳定辐射光谱特性。例如，可以选取光谱特性以使光纤放大器中的非线性效应(如受激布里渊散射(SBS))最小化，或者使非线性晶体中的光学谐波转换最优化。光纤放大器中的SBS强烈依赖于光纤中窄信号线宽的传播。在本发明的一个实施例中，注入激光源是经FBG稳定的半导体二极管激光器，其中，选取FBG反射率和带宽以提供在50pm和500pm之间的宽线宽以降低SBS的产生。同样地，中心波长不必是1064nm，而可以是诸如例如976nm、1030nm、1300nm、1550nm或可以选择其它的许多波长。本发明把来自可调谐脉冲源的高峰值功率光脉冲的产生与注入激光源的受控的光谱或其它特性相结合。注入激光源可以控制的其它特性包括偏振和发散角。例如，偏振光束对于一些材料处理应用是重要的。注入激光源可以控制的特性不限于所提到的特性。
图7是图示了提供以稳定的中心波长和线宽为特征的激光脉冲的方法的简化流程图。方法700包括提供光辐射(702)。作为示例，可以使用注入激光源产生光辐射，并且随后用于稳定本说明书通篇详细说明的第二激光器。可以使用注入激光源(也称作稳定激光源)产生光辐射。注入激光源可以是经光纤布拉格光栅稳定的半导体二极管激光器、CW半导体激光器、脉冲半导体激光器、光纤激光器或者其组合等。光辐射被耦合到光学组合器的第一端口中(704)，并且从光学组合器的第一端口传输至光学组合器的第二端口(706)。方法还包括把来自第二端口的光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中(708)。将使用光辐射来稳定在可调谐脉冲源(也可以称作信号源)中产生的辐射。
该方法进一步包括使用可调谐脉冲源生成多个信号脉冲(710)和把多个信号脉冲耦合到光学组合器的第二端口中(712)。由于注入激光源提供的信号脉冲经注入锁定而被稳定，因此可以把信号脉冲称作稳定信号脉冲。方法还包括把多个信号脉冲从第二端口传输给光学组合器的第三端口(714)和从第三端口输出多个信号脉冲(716)。如本说明书通篇所讨论的，光学组合器可以是光学循环器。
根据本发明的特定实施例，该方法还包括把多个信号脉冲耦合到光学放大器的输入端中，放大多个信号脉冲，以及在光学放大器的输出端处输出多个放大的信号脉冲。因而，此特定实施例可以提供经放大和稳定光脉冲。光学放大器可以包括通过光学耦合器以光学方式耦合到光学有源光纤(例如，稀土掺杂光纤)的泵源。
应当理解，图7中示例的具体步骤提供根据本发明实施例的提供稳定光脉冲的特定方法。也可以根据替选实施例执行其它顺序的步骤。例如，本发明的替选实施例可以按不同次序执行以上叙述的步骤。此外，图7中示例的各步骤可以包括对于各步骤适当地按各种顺序执行的多个子步骤。再者，可以按照特定应用添加或去除额外步骤。本领域普通技术人员将会想到许多变形、修改以及替选方案。
图8是示例了提供以稳定的中心波长和线宽为特征的放大信号脉冲的方法的简化流程图。方法800包括从注入激光源或稳定激光源提供稳定光辐射(802)。方法还包括把稳定光辐射耦合到光学组合器的第一端口以及把稳定光辐射从第一端口传输至光学组合器的第二端口(804)，以及把来自光学组合器第二端口的稳定光辐射耦合到可调谐脉冲源中(806)。该方法进一步包括从可调谐脉冲源生成稳定信号脉冲(808)和把稳定信号脉冲输入到光学组合器的第二端口中(810)。
该方法还包括把稳定的信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口，以及在光学放大器的输入端处从光学组合器的第三端口接收稳定信号脉冲(812)。放大(814)并从光学放大器的输出端输出(816)该稳定的信号脉冲。可以使用稀土掺杂光纤放大器执行放大。
应当理解，图8中示例的具体步骤提供根据本发明实施例的提供经放大和稳定的光脉冲的特定方法。也可以根据替选实施例执行其它顺序的步骤。例如，本发明的替选实施例可以按不同次序执行以上叙述的步骤。此外，图8中示例的各步骤可以包括对各步骤适当的按各种顺序执行的多个子步骤。再者，可以按照特定应用添加或去除额外步骤。本领域普通技术人员将会想到许多变形、修改以及替选方案。
根据本发明的实施例，提供了产生光脉冲的序列的系统，所述光脉冲可以在时间上并非是均匀分开的。此外，可以逐脉冲地以预定方式各自改动脉冲宽度和脉冲能量。如果需要，则可以逐脉冲地把激光器的中心波长移位。诸如打标、雕刻、微细加工以及切割的基于激光的材料处理已经使高峰值功率脉冲激光器得到广泛使用。按照所要处理的材料和应用，可以针对当下的任务使脉冲特性与之相适应。对于多种应用，优选地利用特定的光学时域脉冲形状(如方形脉冲)处理，并且不会出现脉冲变形。例如，在存储器芯片上对导电链路进行激光处理的领域中，优选地使用基本上为方波的光脉冲。在其它应用中，使用线性偏振光会是有益的。
根据本发明的一个特定实施例，图9示出了示例性的激光处理系统900。系统900包括激光源902、波长转换器906、信号源驱动器914、光学系统910、控制器918、传感器922以及放置在工件夹持器930顶部上的工件926。激光源902提供具有某些特性(如波长、脉冲长度、时域脉冲形状以及脉冲重复频率)的激光脉冲。控制器918可以选择波长。还可以通过使用控制器918借助波长转换器调整波长。根据本发明的实施例可以通过信号源驱动器914借助控制器918调整脉冲长度、时域脉冲形状以及脉冲重复频率。控制器918可以提供用于处理特定材料的信息，如用于处理特定材料的理想时域脉冲形状和脉冲长度。
波长转换器906可以把激光源902生成的波长转换为基本波长的谐波，如，二次、三次或者四次谐波波长。虽然一些系统使用不同激光器，但可以使用公知非线性晶体中的谐波产生过程来从一个激光器获得不同波长。例如，可以利用非线性晶体中的三次谐波来从波长为1.064μm的红外激光器获得波长为大约353nm的紫外光。波长转换器906可以包括光束引导装置，如装配有检流计的反射镜。反射镜可以快速改变来自激光源902的激光束的路径以通过使用控制器918绕过波长转换器906。
可以使用光学系统910调整光束的光斑尺寸或光束形状。光学系统910可以包括用于在工件926上会聚激光束的反射镜和透镜、以及用于把光束引导到工件926上各种位置的组件。在具体实施例中，用于引导光束的组件可以是装配在检流计上的反射镜。可以使用控制器918控制光学系统910以及控制用于引导光束的组件的运动。例如，当在钻孔过程中在工件926中切割孔时，控制器918可以控制光学系统910在需要切割孔的区域上以圆形形状使光束扫描。可替选地，当在冲孔处理中在工件926中切割孔时，需要使激光束指向要被切割孔的区域并且多次重复激光脉冲以直接钻孔。激光束可以利用移动由控制器918控制的工件夹持器930的移动阶段，来处理夹持在工件夹持器930上的工件926的每个小区域。
许多应用可能需要使用不同激光束的多个处理步骤。在一些情况下，处理并不具备足够的重现性来准确预测改变激光参数的特定时间。在这种情况下，激光系统900可以使用传感器922作为指示器来检测和指示完成了处理步骤中一个步骤。传感器922可以随后向通过信号源驱动器914与激光源902通信的控制器918提供反馈信号以切换为另一处理步骤。使用传感器922的一个优点是可以使用传感器922获得的信息向控制器918提供反馈信号以在没有激光处理中延迟的情况下改变或优化激光参数。
存在许多使用传感器监测处理序列或步骤的方式。在本发明的一个实施例中，传感器922可以是用于随着激光处理的产生而查看工件926的视觉系统，如视频摄像器。在本发明的另一实施例中，传感器922可以是用于检测诸如从工件926发出光改变的指示的光电二极管。在本发明又进一步的实施例中，传感器922可以是用于检测诸如激光处理期间声音响度或音调改变的指示的位于工件926附近的音频检测器。本领域普通技术人员将会想到许多变形、修改以及替选方案。
可以在处理包括均质材料或不同材料多层结构的工件926的过程中使用激光器。例如，常常使用激光器去除其中一部分由金属形成的电路的两个接触部之间的金属导体，该电路沉积在由包括玻璃或介电材料在内的材料构成的绝缘基板上。工件926可以是具有至少两层不同材料的多层结构。
图10A示出了玻璃基板1006上的薄层金属1002的示例。作为一个示例，金属可以是铝。图10B示出了通过使用第一组激光脉冲去除金属层1002的一部分。形成三个区域，包含由于金属层1002的去除而产生的一些碎片1014的区域1018、作为区域1018每侧上金属层1002剩余部分的区域1010a和1010b。第一组激光脉冲包括两个用于快速去除金属层1002的一部分的高能量的短脉冲。
现在参照图10C，使用第二组激光脉冲去除或清除区域1018中的碎片1014。当从玻璃基板1006上去除金属层1002时把第一组激光参数改变为第二组激光参数。第二组激光脉冲包括用于在不损坏玻璃基板1006的情况下清除碎片1014的五个低能量的长脉冲。
在本发明的具体实施例中，激光波长可以是1064nm，可以使用掺镱光纤放大器。在部分去除金属层1002的第一个过程中，第一组激光脉冲可以各自具有5ns的脉冲长度和0.2mJ的脉冲能量。在清除碎片1014的第二个过程中，第二组激光脉冲可以各自具有100ns的脉冲长度和0.05mJ的脉冲能量。在第一个和第二个过程这二者当中，可以使用20kHz的脉冲重复频率。
另一通常应用可以使用激光器钻取贯穿多层电路板的通孔，其中，多层中的每个层为导体(例如铜)和绝缘体(例如玻璃填充环氧树脂或热塑性塑料)间的交替。每层会需要激光参数不同的参数组以优化电路板特定材料的激光处理。例如，对于退火或清除可以使用长方形脉冲，而短脉冲或超快脉冲可以用于精确去除少量材料。尽管短脉冲可以在材料上产生干净或尖锐去除边缘，但由于与短脉冲关联的较低的能量，因此与长脉冲相比短脉冲的去除率较低。因此，选择针对特定材料的脉冲能量、脉冲长度、时域脉冲形状以优化激光处理是重要的。
图11示出了电路板的简化横截面图。电路板1100包括第一材料的第一层1106、第二材料的第二层1110、第一材料的第三层1114、第二材料的第四层1118和基板1122。在一些实施例中，把基板或电路板称作工件。通过使用激光脉冲贯穿第一和第二层1106和1110钻取圆通孔1102a，贯穿第三和第四层1114和1118钻取圆通孔1102b。第一材料可以是金属，例如铜，而第二材料可以是聚合物，例如聚酰亚胺。第一和第二层1106和1110的通孔1102a的尺寸可以与第三和第四层1114和1118中通孔1102b不同。
在本发明的具体实施例中，激光源1102的基本波长可以为1064nm。当贯穿第一材料(例如铜)的第一层1106和第三层1114钻取时，因为铜材料基本上反射1064nm的基本波长，所以可以使用激光源1102的三次谐波波长(353nm紫外线)。激光参数可以包括0.05mJ的脉冲能量、以及5ns的脉冲长度。可以把紫外光会聚在小光斑尺寸上以提供至少50J/cm2的高能量密度。可以通过以50kHz脉冲重复频率的激光脉冲在第一材料(例如铜)的第一和第三层1106和1114中钻孔来形成通孔1102a和1102b。
当贯穿第二材料(例如聚酰亚胺)的第二层1110和第四层1118钻取时，可以通过配置反射镜以引导来自激光源1102的激光束绕过波长转换器1106使用1064nm的基本波长。可以通过以0.5mJ的脉冲能量、100ns的脉冲长度以及10kHz的脉冲重复频率进行冲孔来形成第二和第四层1110和1118中的通孔1102a和1102b。脉冲的总数量可以大于100个脉冲。
在特定实施例中，可以使用辅助气流帮助清除激光处理中生成的碎片。可以使用视觉系统作为用于使当地确定切换激光参数的处理中的传感器。视觉系统可以检测火花的亮度和光谱信息以表明正处理的材料是金属还是塑料。
根据本发明实施例的使用激光参数不同的参数组的一个优点是由于调整激光参数所需的时间短于相继的激光脉冲之间的时间，因此在以多于一遍的次数来处理整个工件的情况下，不会在两个遍数相邻的处理之间产生任何时间延迟。此技术需要基本上短于需要至少两个不同激光器来处理多层结构的处理的情况下的处理时间。当使用至少两个不同的激光器时，重新实现进行连续激光钻取或清除的区域中的每个区域的对准是困难和耗时的，其中每个这样的区域已在先前被处理。
在本发明的另一实施例中，在工件上执行单遍处理而非多遍处理(在使用多于一个激光器的情况下出现)。通常把正处理的工件(例如，印刷电路板)移动到各种位置花费的时间大于处理工件(例如，钻取一组通孔)花费的时间，因此在采用单遍处理的实施例的情况下，单遍处理相比于传统处理而言的优点在于使吞吐量最大化。所以单遍处理可以减小总处理时间。因而，此实施例可以通过使用本说明书通篇描述的灵活的激光系统提供使吞吐量的显著提升的优点。
再者，使用激光参数不同的参数组的技术还优于使用单组参数处理不同材料。当在处理材料不同的工件的过程中使用单组参数时，该组参数对于材料中的任一种材料可能均不是优化的参数，因而使激光处理花费较长时间或产生不期望的副作用，例如产生蚀损、起垄或者烧损区等。
运用本发明的实施例，可以注入锁定脉冲半导体激光器。额外地，本发明的实施例使用光纤放大器实现对注入锁定半导体激光器产生的稳定脉冲的放大。根据本发明的实施例，光纤放大器提供包括高增益、低损耗以及泵浦激光器便于光纤耦合等优点。可调谐脉冲源提供包括对激光脉冲塑形，以及提供各种重复频率等的优点。应当注意，本发明的实施例由于运用注入锁定来把输出波长保持为预定值，因此能够在实现在最小负面作用的情况下改变重复频率。
图14是示例了提供根据本发明实施例的经放大和稳定的激光脉冲的方法的简化流程图。方法1400包括提供注入激光源(1410)和从注入激光源提供光辐射信号(1412)。方法还包括基于光辐射信号稳定可调谐脉冲源(1406)以产生稳定信号脉冲(1408)。该方法进一步包括在光纤放大器中放大稳定的信号脉冲(1410)并输出经放大的稳定信号脉冲(1412)。在实施例中，光纤放大器包括以光学方式耦合到光学有源光纤的泵源。作为示例，注入激光源可以包括连续波半导体激光器，可调谐脉冲可以包括脉冲半导体激光器。运用本发明的实施例，经放大且稳定的信号脉冲的峰值功率可以大于1kW。
虽然针对特定实施例和其具体示例描述了本发明，但应当理解，其它实施例会落在本发明的精神和范围内。因此应当连同等同物它们的全部范围一起参考所附权利要求来确定本发明的范围。

Claims (23)

1.一种激光系统，包括：
注入激光源，其具有输出并且能够操作从而提供以第一波长、第一线宽和输出功率为特征的激光输出；
以增益带宽为特征的可调谐脉冲源，其能够操作以提供具有平均功率的输出信号，所述输出信号包括多个光脉冲，所述多个光脉冲中的每个光脉冲以第二波长、第二线宽以及峰值功率为特征；以及
光学组合器，具有耦合到所述注入激光源的输出端的第一端口，耦合到所述可调谐脉冲源的第二端口以及第三端口。
2.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述光学组合器包括三端口光学循环器。
3.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述注入激光源包括连续波半导体激光器。
4.如权利要求3所述的激光系统，其中，所述连续波半导体激光器包括光纤布拉格光栅稳定半导体激光器。
5.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述注入激光源包括脉冲宽度实质上比所述多个光脉冲中每个光脉冲的脉冲宽度更宽的脉冲半导体激光器。
6.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述可调谐脉冲源包括半导体激光器。
7.如权利要求6所述的激光系统，其中，所述半导体激光器的前端面反射率小于1％。
8.如权利要求7所述的激光系统，其中，所述前端面反射率小于0.01％。
9.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述可调谐脉冲源包括半导体光学放大器，所述半导体光学放大器的第一侧耦合到所述光学组合器的第二端口并且所述半导体光学放大器的第二侧耦合到光纤布拉格光栅。
10.如权利要求9所述的激光系统，其中，所述光纤布拉格光栅特征在于在第一波长具有大于75％的反射率。
11.如权利要求10所述的激光系统，其中，所述反射率大于95％。
12.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述第一波长在增益带宽内。
13.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述第二线宽近似等于第一线宽。
14.如权利要求1所述的激光系统，其中，所述第二波长近似等于第一波长。
15.如权利要求1所述的激光系统，进一步包括耦合到所述第三端口的光学放大器，其中，所述光学放大器能够操作以接收所述可调谐脉冲源的输出信号并提供放大的输出。
16.如权利要求15所述的激光系统，其中，所述光学放大器包括光学有源光纤和光学耦合至所述光学有源光纤的泵源。
17.一种用于提供多个信号脉冲的方法，所述方法包括：
提供光辐射；
把光辐射耦合到光学组合器的第一端口中；
把光辐射信号从第一端口传输至光学组合器的第二端口；
把来自第二端口的光辐射信号耦合到可调谐脉冲源中；
生成多个信号脉冲；
把所述多个信号脉冲耦合到第二端口中；
把所述多个信号脉冲从第二端口传输至光学组合器的第三端口；以及
从第三端口输出所述多个信号脉冲。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
把所述多个信号脉冲耦合到光学放大器的输入端中；
放大所述多个信号脉冲；以及
在光学放大器的输出端处输出所述多个放大的信号脉冲。
19.如权利要求18所述的方法，其中，光学放大器包括以光学方式耦合到光学有源光纤的泵源。
20.一种用于提供放大和稳定的激光脉冲的方法，所述方法包括：
从注入激光源提供光辐射信号；
稳定基于所述光辐射信号的可调谐脉冲源以产生稳定的信号脉冲；
在光纤放大器中放大稳定的信号脉冲；以及
输出经放大和稳定的信号脉冲。
21.如权利要求20所述的方法，其中，光纤放大器包括以光学方式耦合到光学有源光纤的泵源。
22.如权利要求20所述的方法，其中，注入激光源包括连续波半导体激光器，并且可调谐脉冲源包括脉冲半导体激光器。
23.如权利要求20所述的方法，其中，经放大和稳定的信号脉冲的峰值功率大于1kW。
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