[发明专利]激光光源和用于操作激光光源的方法

说明书

本发明的领域

本发明一般涉及激光光源，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。

本发明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。

发明概要

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。