整形光波形を放出するパルスレーザ源のための方法及びシステム
同調可能パルスレーザ源は、シード信号を発生するようになっているシード源と、シード源に結合された第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する光サーキュレータとを含む。同調可能パルスレーザ源は、また、整形電気波形を生成するようになっている変調器ドライバと、変調器ドライバに結合し、且つ、整形電気波形を受信するようになっている振幅変調器を含む。振幅変調器は、光サーキュレータの第２ポートに結合された第１側面及び第２側面を特徴とする。同調可能パルスレーザ源は、さらに、入力端及び反射端を特徴とする第１光増幅器を含む。入力端は、振幅変調器の第２側面に結合される。さらに、同調可能パルスレーザ源は、光サーキュレータの第３ポートに結合された第２光増幅器を含む。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、その開示が参照によりその全体が本明細書に組込まれる、「Method and System for a Pulsed Laser Source Emitting Shaped OpticalWaveforms」という名称の２００６年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／８４８，０７７号の、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下での利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明は、一般に、同調可能レーザ源の分野に関する。より詳細には、本発明は、トリミング、マーキング、切断及び溶接などの工業用途にとって有用なハイパワーパルスレーザ源を提供する方法及び装置に関する。単に例として、本発明は、パルス幅、ピークパワー、繰返しレート及びパルス形状を含むリアルタイム同調可能特性を有するレーザ源に適用されている。しかし、本発明は、より広範な適用可能性を有し、また、他のレーザ源に適用することができる。
【０００３】
[0003]Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどのパルスレーザ源は、マーキング、エングレービング、微細加工及び切断などの用途のためのレーザベース材料処理を実施するために使用されてきた。用途及び処理される材料に応じて、パルス幅、パルス繰返しレート、ピークパワー又はエネルギー及びパルス形状を含む、レーザパルスの種々の特性は、特定の用途に適切であるよう選択される。０．５ｍＪ／パルスより大きいパルスエネルギーを特徴とする多くの既存のハイパワーパルスレーザは、光パルスを発生するために、Ｑスイッチング及びモード同期などの技法に依存する。しかし、こうしたレーザは、キャビティ幾何形状、ミラー反射率などによって予め決まっている特性を有する光パルスを生成する。したがって、こうしたレーザパルスは、一般に、レーザ性能を低下させることなく、現場で変えられることができない。こうしたレーザを使用すると、ある範囲の可変パルス特性を達成することが一般に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]そのため、同調可能パルス特性を有するパルスレーザ源についての当技術分野における必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態によれば、同調可能レーザ源の分野に一般に関連する技法が提供される。より詳細には、本発明は、トリミング、マーキング、切断及び溶接などの工業用途にとって有用なハイパワーパルスレーザ源を提供する方法及び装置に関する。単に例として、本発明は、パルス幅、ピークパワー、繰返しレート及びパルス形状を含むリアルタイム同調可能特性を有するレーザ源に適用されてきた。しかし、本発明は、より広範な適用可能性を有し、また、他のレーザ源に適用される可能性がある。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態によれば、同調可能パルスレーザ源が提供される。同調可能パルスレーザ源は、シード信号を発生するようになっているシード源と、シード源に結合された第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する光サーキュレータとを含む。同調可能パルスレーザ源は、また、整形電気波形を生成するようになっている変調器ドライバと、変調器ドライバに結合し、且つ、整形電気波形を受信するようになっている振幅変調器を含む。振幅変調器は、光サーキュレータの第２ポートに結合された第１側面及び第２側面を特徴とする。同調可能パルスレーザ源は、さらに、入力端及び反射端を特徴とする第１光増幅器を含む。入力端は、振幅変調器の第２側面に結合される。さらに、同調可能パルスレーザ源は、光サーキュレータの第３ポートに結合された第２光増幅器を含む。
【０００７】
[0007]第１の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、実質的に正方形の形状を特徴とする光出力パルスを提供する。第２の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、時間の関数としての強度の増加を特徴とする光出力パルスを提供する。第３の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、時間の関数としての強度の減少を特徴とする光出力パルスを提供する。
【０００８】
[0008]本発明の別の実施形態によれば、レーザパルスを供給する方法が提供される。方法は、シード信号を供給すること、シード信号を光サーキュレータの第１ポートに結合すること、及び、光サーキュレータの第２ポートからシード信号を出力することを含む。方法は、また、第１整形電気信号を供給すること、第１整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合すること、整形光パルスを光増幅器の入力端に出力すること、及び、整形光パルスを増幅することであって、それにより、増幅された整形光パルスを供給する、増幅することを含む。方法は、さらに、第２整形電気信号を供給すること、第２整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合すること、光サーキュレータの第２ポートにおいて再整形光パルスを受信すること、及び、光サーキュレータの第３ポートにおいて再整形光パルスを出力することを含む。
【０００９】
[0009]従来技法と比べて、本発明を使用して多数の利益が達成される。たとえば、本発明による実施形態では、匹敵する性能特性を有するレーザと比較して高価でないコンパクトなアーキテクチャを利用する、レーザ処理に適したハイパワーパルスレーザが提供される。さらに、本発明の実施形態では、パルスごとの安定性を維持しながら、リアルタイムに同調可能であるパルス特性を有する短パルスが発生される。さらに、本発明による実施形態では、光パルスが整形されて、特定の用途についてパルスプロファイルを最適化するか、又は、レーザシステムにおけるエネルギー抽出効率を最大にすることができる。実施形態に応じて、これらの利益の１つ又は複数が存在してもよい。これら及びその他の利益は、本明細書全体を通して、またより詳細には以下で述べられている。本発明の種々のさらなる目的、特徴及び利点は、次に続く、詳細な説明及び添付図面を参照してより完全に理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による、光ファイバ増幅器を使用した同調可能パルス特性を有するハイパワーパルスレーザの略図である。
【図２】本発明の実施形態による、ハイパワーパルスレーザの異なるロケーションにおける電気パルス及び光パルスを示す略タイミング図である。
【図３】ガウス型及び擬似正方形（スーパーガウス型）パルスについてのパルス形状図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、図４Ａに示す電気波形に応答して生成される出力光パルスの略図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、スパイク状光出力パルスの略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、スパイク状光出力パルスの略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による、対応するスパイク状光出力パルスの略図である。
【図６】本発明の種々の実施形態に従って供給される光パルスのセットを示す図である。
【図７Ａ】異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図７Ｂ】異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による、対応する出力光波形の略図である。
【図８Ａ】本発明のなお別の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図８Ｂ】本発明のなお別の実施形態による、出力光パルスの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0020]図１は、本発明の実施形態による、光ファイバ増幅器を使用した同調可能パルス特性を有するハイパワーパルスレーザの略図である。ハイパワーパルスレーザ１００は、光サーキュレータ１２０の第１ポート１１４に注入されるシード信号を発生するシード源１１０を含む。本発明の実施形態によれば、光シード信号は、連続波（ＣＷ）半導体レーザであるシード源１１０を使用することによって発生される。特定の実施形態では、ＣＷ半導体レーザは、２０ｍＷの出力パワーを用いて１０３２ｎｍの波長で動作するファイバブラッグ格子（fiber Bragg grating）（ＦＢＧ）安定化半導体ダイオードレーザである。別の特定の実施形態では、ＣＷ半導体レーザは、１００ｍＷの出力パワーを用いて１０６４ｎｍの波長で動作する外部キャビティ半導体ダイオードレーザである。代替の実施形態では、シード信号は、コンパクト固体レーザ又はファイバレーザによって発生される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。
【００１２】
[0021]光サーキュレータ１２０を通過した後、シード信号は、サーキュレータ１２０の第２ポート１２２から出て、光振幅変調器１３０の第１側面１３２に入射する。サーキュレータは、当技術分野でよく知られており、いくつかの供給業者から入手可能である（たとえば、ニュージャージー州カルドウェル（Caldwell, NJ）のOFR, Inc.からのモデルＯＣ−３−１０６４−ＰＭ）。
【００１３】
[0022]光振幅変調器１３０は、通常、変調器に入射する信号が透過しない「オフ」状態に保持される。本発明の実施形態によれば、光振幅変調器は、シード信号の振幅変調及び時間領域フィルタリング並びに増幅自然放射（amplified spontaneous emission）（ＡＳＥ）フィルタリングを行う。特定の実施形態では、光パルス長は、光振幅変調器１３０の動作によって決定され、光振幅変調器１３０は、１０６４ｎｍにおいて＞３ＧＨｚの帯域幅を有するＡＰＥタイプのニオブ酸リチウムマッハツェンダー変調器であってよい。
【００１４】
[0023]本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０は、短い光パルスを発生するのに必要な帯域幅を提供する電気光マッハツェンダータイプ変調器である。他の実施形態では、光振幅変調器１３０は、エッジ光フィルタ、消光変調器又は音響光学変調器などの、適した位相又は周波数−振幅変換器を有する位相又は周波数変調器である。
【００１５】
[0024]シード信号を通すために、光振幅変調器１３０は、１回目に、「オン」状態にパルス駆動されて、光経路１３６に沿って光パルスを発生する。光振幅変調器１３０によって発生される光パルスのパルス幅及びパルス形状は、光振幅変調器１３０に印加される変調器ドライブ信号によって制御される。光パルスは、その後、１回目に、光パルスが増幅される第１光増幅器１５０を通過する。本発明の実施形態によれば、時間変動するドライブ信号によって駆動される振幅変調器は、シード信号の時間領域フィルタリングを行い、それにより、パルス幅、パルス形状及びパルス繰返しレートを含む所定のパルス特性を有するレーザパルスを発生する。
【００１６】
[0025]本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０に印加されるドライブ信号は、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。コンピュータを使用して、整形波形は、ＤＡＣのオンボードのメモリ内に波形のデジタル表現を生成することによって発生される。このデジタルパターンは、その後、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換される。好ましくは、ＤＡＣの出力立上り時間及び立下り時間は、１ｎｓ未満、より好ましくは５００ピコ秒（ｐｓ）未満、最も好ましくは３００ｐｓ未満である。好ましくは、ＤＡＣは、トリガーイベントが起こるたびにコンピュータを使用してメモリ内にロードされる、予めプログラムされた波形を発生するよう構成される。好ましくは、ＤＡＣのサンプリングレートは少なくとも５００メガサンプル／秒（ＭＳ／ｓ）、より好ましくは、サンプリングレートは少なくとも１ギガサンプル／秒（ＧＳ／ｓ）、最も好ましくは、サンプリングレートは少なくとも２ＧＳ／ｓである。こうしたサンプリングレートによって、デジタルパターンは、２ナノ秒（ｎｓ）おき以上の頻度で規定されることができる。１ＧＳ／ｓのサンプリングレートを用いると、これは、任意の波形が１ｎｓ分解能をもって発生されることができることを意味する。好ましくは、ＤＡＣは、１００ＭＨｚより大きいアナログ電気帯域幅を有し、より好ましくは、アナログ帯域幅は３００ＭＨｚより大きく、最も好ましくは、アナログ帯域幅は１ＧＨｚより大きい。好ましくは、ＤＡＣの電圧分解能は８ビットであり、より好ましくは、電圧分解能は１０ビットであり、最も好ましくは、電圧分解能は１２ビット以上である。
【００１７】
[0026]特定の用途について所与の電気ドライブ波形を発生するためにユーザが従うことになるプロセスフローは、以下で強調される。最初に、ユーザは、１ナノ秒ごとに、変調器に印加される電圧を表す数値アレイを規定するであろう。アレイ長は、光パルス幅と少なくとも同じ程度に長くなければならないことが当業者に明らかになるであろう。たとえば、所望の出力光パルスが３０ｎｓである場合、電気波形は少なくとも３０ｎｓであることになる。１ＧＳ／ｓサンプリングレートのＤＡＣの場合、アレイ長は、好ましくは、３０より多い数値であることになる。したがって、ＤＡＣは、一般に、少なくとも３０サンプルを格納することになる。こうして、コンピュータを使用して、数値のアレイが、ＤＡＣのメモリにロードされる。こうして、全てのトリガーイベントは、数値のアレイによって表されるアナログ電気波形を出力するであろう。アナログ電気波形は変調器に印加される。たとえば、こうした波形を発生する装置は、オレゴン州ビーバートン（Beaverton, Oregon）のTektronix, Inc.からのモデルＡＷＧ２０４０である。
【００１８】
[0027]本発明の実施形態によれば、光増幅器１５０は光ファイバ増幅器である。本発明の実施形態で利用されるファイバ増幅器は、希土類をドープした、シングルクラッド、ダブルクラッド又はマルチクラッド光ファイバであるが、それに限定されない。こうしたファイバ増幅器において使用される希土類ドーパントは、イッテルビウム、エルビウム、ホルミウム、プラセオジミウム、ツリウム又はネオジムを含む。特定の実施形態では、光増幅器１５０を構築するときに利用される光ファイバベースのコンポーネントは全て、偏光維持単一モードファイバを利用する。
【００１９】
[0028]図１を参照すると、ファイバ増幅器を利用する実施形態では、ポンプ１４２が、光カプラー１４０を通して希土類ドープファイバループ１４４に結合される。一般に、半導体ポンプレーザが、ポンプ１４２として使用される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。代替の実施形態では、光増幅器１５０は、限定はしないが、固体ロッド増幅器、固体ディスク増幅器又はガス利得媒体を含む固体増幅器である。
【００２０】
[0029]特定の実施形態では、光増幅器１５０は、５メートル長の希土類ドープファイバ１４４を含み、約４．１μｍのコア径を有し、約４×１０２４イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１５０は、また、９７６ｎｍの波長で動作し、且つ、１００ｍＷの出力パワーを有するＦＢＧ安定化半導体レーザダイオードであるポンプ１４２を含む。別の特定の実施形態では、ポンプ１４２は、約９１５ｎｍの波長で動作する半導体レーザダイオードである。なお別の特定の実施形態では、ポンプ１４２は、４５０ｍＷ以上の出力パワーで動作する半導体レーザダイオードである。特定の実施形態では、増幅器１５０は、また、ＷＤＭポンプコンバイナである、ファイバカプラー１４０に対するポンプを含む。
【００２１】
[0030]光経路１４８に沿って光増幅器１５０から出る信号は、その後、反射構造１４６に入射し、光増幅器１５０に戻るよう反射される。信号は、２回目に、信号が増幅される光増幅器１５０を通過する。反射構造１４６は、光経路１４８を通って伝播するレーザパルス及び増幅自然放射（ＡＳＥ）のスペクトル領域フィルタリングを実施する。こうして、シード信号は、振幅変調器１３０を通過する振幅及び時間領域変調と、反射構造１４６からの反射によるスペクトル領域フィルタリングの両方を受ける。
【００２２】
[0031]ある実施形態では、反射構造１４６は、光増幅器１５０として使用されるファイバに直接書込まれるファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）である。ＦＢＧの周期性及び格子特性は、当技術分野でよく知られているように、所望の反射係数を提供するように選択される。単に例として、特定の実施形態では、反射構造１４６は、９０％より大きいピーク反射率並びにシード源１１０の出力に完全に一致する中心周波数及びスペクトル幅を有するＦＢＧである。
【００２３】
[0032]光経路１３６に沿って光増幅器１５０から出る信号は、光振幅変調器１３０の第２側面１３４に入射し、光振幅変調器１３０は、その後、「オン」状態に２回目パルス駆動されて、入射パルスが通過することを可能にする。本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０の第２の「オン」パルスのタイミングは、増幅器１５０及び反射構造１４６を通る信号の移行時間を考慮するために、変調器１３０の第１のオープニング（第１の「オン」パルス）に同期される。光振幅変調器１３０の第１側面から出た後、増幅されたパルスは、その後、光サーキュレータ１２０の第２ポート１２２に入り、光経路１４８に沿って光サーキュレータ１２０の第３ポート１１６から出る。
【００２４】
[0033]本発明の実施形態によれば、第２のオープニングのために光振幅変調器１３０に印加されるドライブ信号は、第１のオープニングについて述べたように、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。第２のオープニングのこの整形波形は、手近な用途に応じて、第１のオープニングの波形と異なる可能性がある。一部の実施形態では、第２ドライブ信号は、光パルスが修正されずに２パス増幅器を出るように、長方形波形だけを有する。他の実施形態では、第２ドライブ信号は、手近な用途に応じて２パス増幅器から出る光パルスを修正するため、長方形でない形状の波形を有する。
【００２５】
[0034]なお他の実施形態では、第１ドライブ信号及び第２ドライブ信号は、単一トリガーイベントにおいて、高速ＤＡＣから１つの複合波形として同時に発生される。第１及び第２オープニング信号を含むこの複合単一電気ドライブ波形を発生するためにユーザが従うことになるプロセスフローは以下で強調される。最初に、ユーザは、第１及び第２オープニングについて、１ナノ秒ごとに変調器に印加される電圧を表す数値アレイを規定するであろう。アレイ長は、光パルス幅の２倍と２パス増幅器を通る光信号の移行時間の総和と少なくとも同じ程度に長くなることになることが当業者に明らかになるであろう。たとえば、所望の出力光パルスが３０ｎｓであり、且つ、増幅器を通る光移行時間が１５０ｎｓである場合、電気波形は少なくとも２１０ｎｓであることになる。一部の実施形態では、電気波形は、第１オープニング信号と第２オープニング信号との間で実質的にゼロになることになる。１ＧＳ／ｓサンプリングレートのＤＡＣの場合、アレイ長は、好ましくは、２１０より多い数値であることになる。したがって、ＤＡＣは、少なくとも２１０サンプルを格納する必要がある。より好ましくは、ＤＡＣサンプル長は、１０２４より多い可能性がある。こうして、コンピュータを使用して、数値のアレイ（サンプル）が、ＤＡＣのメモリにロードされることができる。こうして、全ての単一トリガーイベントは、第１及び第２オープニングについて同期された、数値アレイによって表される複合アナログ電気波形を出力するであろう。アナログ電気波形は変調器に印加される。たとえば、こうした波形を発生する装置は、オレゴン州ビーバートンのTektronix, Inc.からのモデルＡＷＧ２０４０である。
【００２６】
[0035]信号は、その後、第２光増幅器１６０を通過するときに増幅される。図１に関して説明したように、本発明の実施形態は、光増幅器１６０として、光カプラー１５２を通して希土類ドープファイバループ１５６に結合されるポンプ１５４を含むファイバ増幅器を利用する。一般に、半導体ポンプレーザが、ポンプ１５４として使用されるが、光増幅器のポンピングは、当業者に明らかになることになる他の手段によって達成される可能性がある。特定の実施形態では、第２光増幅器１６０は、５メートル長の希土類ドープファイバ１５６を含み、約４．８μｍのコア径を有し、約６×１０２４イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１６０は、また、９７６ｎｍの波長で動作し、且つ、５００ｍＷの出力パワーを有するＦＢＧ安定化半導体レーザダイオードであるポンプ１５４を含む。別の特定の実施形態では、第２光増幅器１６０は、２メートル長の希土類ドープファイバ１５６を含み、約１０μｍのコア径を有し、約１×１０２６イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１６０は、また、５Ｗの出力パワーを有する半導体レーザダイオードであるポンプ１５４を含む可能性がある。
【００２７】
[0036]別の特定の実施形態では、シード信号を通すために、光振幅変調器１３０は、２回ではなく１回パルス駆動される。光振幅変調器１３０は、「オン」状態に回されて、光経路１３６に沿って伝播するパルスの立上りエッジを発生する。この信号は、その後、光増幅器１５０を通して１回目増幅される。信号は、その後、反射構造１４６に入射し、光増幅器１５０を通して２回目増幅される。ここで、光経路１３６に沿って光増幅器１５０から出る信号は、光振幅変調器１３０の第２側面１３４に入射し、光振幅変調器１３０は、その後、「オフ」状態に回される。したがって、パルス幅は、光振幅変調器１３０が「オン」状態に保持される継続期間から増幅器１５０及び反射構造１４６を通る信号の移行時間を引いた値によって与えられる。光振幅変調器１３０に印加される変調器ドライブ信号は、上述したように、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。
【００２８】
[0037]図１は、光サーキュレータ１２０の第３ポートに結合した単一光増幅器１６０の使用を示すが、これは、本発明によって要求されない。代替の実施形態では、複数の光増幅器が、特定の用途にとって適切であるように光サーキュレータ１２０の下流で利用される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。本発明の実施形態で利用される光源に関するさらなる説明は、２００７年４月１８日に出願され、また、全ての目的で参照によりその全体が本明細書に組込まれる、同一譲受人に譲渡され、且つ、同時係属中の米国特許出願第１１／７３７，０５２号に見出されることができる。
【００２９】
[0038]図２は、本発明の実施形態による、ハイパワーパルスレーザの異なるロケーションにおける電気パルス及び光パルスを示す略タイミング図である。単に例として、図２は、振幅変調器に対する反復電気ドライブ信号及び図１に述べる本発明の実施形態を通して伝播する光パルスのタイミングを示す。電気トリガー２１０に続いて、第１電気ドライブ信号２２０が振幅変調器に印加されて、光パルス２４０を発生する。ある伝播遅延後に、光信号２５０は、光増幅器を通して１回目通過する。光信号２６０は、その後、反射構造に入射し、光増幅器を通して２回目通過する２５０。光パルス２４０は、振幅変調器を通して２回目透過され、振幅変調器は、光パルス２４０によって２回目電気駆動される２２０。最後に、光パルス２３０が、ある伝播遅延後に、サーキュレータのポート３を出る。
【００３０】
[0039]本発明の実施形態を利用して、パルス幅、ピークパワー及びエネルギー、パルス形状並びにパルス繰返しレートを含む独立に調整可能なパルス特性を有する光パルスのストリームを発生するハイパワーパルスレーザ源が提供される。単に例として、本発明の特定の実施形態は、１０ｎｓのパルス幅で且つ１０ｋＨｚの繰返しレートで、５μＪ／パルスより大きい出力パルスを、第２光増幅器１６０の出力１７０に送出する。もちろん、代替の実施形態によって、他のパルス特性が提供される。
【００３１】
[0040]上述した実施形態では、ＣＷシード源が利用され、レーザパルスを供給するための時間領域フィルタリングが、振幅変調器１２０を使用して実施される。しかし、これは本発明によって要求されない。代替の実施形態では、シード信号が変調されて、ＣＷシード信号ではなくパルスシード信号を供給する。パルスシード信号を供給することは、振幅変調器を通した２パス増幅器内へのシード漏洩によって生じるＡＳＥ増加及び利得消滅を最小にし、シード源の動作パワー範囲が増加することを可能にする。この代替の実施形態では、パルスシード信号は、パルスレーザ源全体の所望のパルス幅以上のパルス幅であってよい。シードをパルス駆動することは、また、シードレーザの有効ライン幅を増加して、誘導ブリリュアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering）（ＳＢＳ）を減少させる可能性がある。
【００３２】
[0041]本発明の実施形態によれば、時間的に等間隔に分離されなくてもよい光パルスのシーケンスの発生をもたらす様式及びシステムが提供される。さらに、パルス幅及びパルスエネルギーは、パルスごとに所定の様式で個々に調節される。さらに、先の説明は単一光パルスの発生を説明したが、本発明の実施形態は、単一パルスを複数回繰返すことによって複数パルスの発生を可能にすることが認識されるであろう。これらの複数パルスは、光パルスシーケンス列を含んでもよい。本発明の一部の実施形態では、ＤＡＣは、全てのトリガーイベントで整形波形を発生し、したがって、全てのトリガーイベントに同期した、複数の光パルスを発生する。この動作モードは、有利には、光パルスが、１００ｋＨｚまで、５００ｋＨｚまで又は１ＭＨｚ以上までのレートで発生されるときに使用される。他の実施形態では、ＤＡＣが使用されて、全てのトリガーイベントについて複数の光パルスを発生することができる。この動作モードでは、整形波形はパルスのセットを含む。一部の実施形態では、光パルスのセットは同一である。他の実施形態では、光パルスのセットは異なる。この動作モードは、光パルスのバーストが特定の用途について必要とされるときに特に有利である。たとえば、１０〜２０ｎｓ時間遅延を有する２つ以上の１０ｎｓパルスを発生し、パルスのセット全体が１０ｋＨｚまで、５００ｋＨｚまで又は１ＭＨｚ以上までのレートで繰返されることが有利であり得る。この例では、全ての単一トリガーイベントは、１０ｎｓパルスのセットを発生させることになる。
【００３３】
[0042]マーキング、エングレービング、微細加工及び切断などのレーザベース材料処理は、高ピークパワーパルスレーザを広く利用してきた。用途及び処理される材料に応じて、パルス特性、特に形状は、手近なタスクに適合する必要がある。いくつかの用途について、正方形パルスなどの特定の光パルス形状を用いて処理することが好ましく、こうしたパルスの変形は望ましくない場合がある。
【００３４】
[0043]ファイバベースパワー増幅器では、光パルスの形状変形は、出力パルスエネルギーが増幅器内の貯蔵エネルギーに近づくと起こる。利得飽和作用の原因になるのは、定常状態レジームでは信号強度であり、一方、動的レジームについてはエネルギー密度である。主要な結果は、高パワーパルスが、利得媒体を通って伝播するときに歪むことである。パルスは、ファイバ増幅器を通過するにつれて、ファイバから徐々に大きなエネルギーを抽出し、そうするにつれて、利用可能な利得を減少させる。パルス変形をもたらすのは、この徐々に減少する利得である。図３は、ガウス型及び擬似正方形（スーパーガウス型）パルスについてのパルス形状図である。ガウス型形状は、前縁にそのエネルギーの少量しか含まないため、パルス変形は、定性的にそれほど強くない。一方、擬似正方形パルス形状に関するパルス消滅の作用は劇的である。
【００３５】
[0044]メモリチップ上での導電性リンクのレーザ処理の分野では、実質的に正方形の光パルスを使用することが有利である可能性がある。好ましくは、立上り及び立下り時間は、約１ナノ秒（ｎｓ）である可能性がある。最も好ましくは、立上り及び立下り時間は、１ｎｓ未満、約０．５ｎｓ以下である可能性がある。本発明の実施形態では、増幅器内の利得飽和は、立下りエッジよりも低い立上りエッジを有する変調器用の駆動信号を発生することによって、実質的に正方形の出力パルスを発生するように釣り合わされる。図４Ａ及び４Ｂは、本発明の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。この例では、図４Ｂに提示される所望の出力光パルスは、２０ｍＪのエネルギー、１ｎｓの立上り及び立下り時間、３０ｎｓの幅並びに約６７０Ｗのピークパワーを有する。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図４Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図４Ａは、完全な消光から完全な透過へ振幅変調器を駆動するのに必要とされる電圧として当技術分野でよく知られている、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。
【００３６】
[0045]一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。この第２オープニングは、光パルスが修正されずに増幅器の出力に向かって２パス増幅器を出るようにするだけである。第２電気ドライブ信号は、出力光パルスをゲート制御するだけである。他の実施形態では、第２電気ドライブ信号は、また、用途に応じて、長方形でない波形を使用して整形されることができる。第１及び第２電気ドライブ信号は、実際には、先に説明したように、第１及び第２ドライブ波形を含む１つの長い複合ドライブ信号である可能性があることも認識されることができる。この例についての電気ドライブ信号の全体の特徴は、前縁が後縁より低いことである。これは、増幅器における飽和を考慮するために起こる。パルスの前縁は、増幅器を通って伝播するにつれて、増幅器からエネルギーを抽出するため、光利得が減少する。利得をあまり要求しないパルスの後縁は少し増幅される。したがって、パルスの後縁は、前縁より高くなるように増幅器に注入される。
【００３７】
[0046]本発明の他の実施形態では、パルス整形は、利得飽和を妨げるだけでなく、正方形でない光パルスを発生するためにも使用される。手近な用途に応じて、出力光パルスは、正方形パルスと異なる可能性がある。
【００３８】
[0047]メモリチップ又は他の集積回路チップ上での導電性リンクのレーザ処理の分野では、特別に調節されたパワープロファイルを有するレーザパルスを使用するシステムは、よりよい処理品質及び歩留まりのために有利である可能性がある。
【００３９】
[0048]たとえば、本発明の一実施形態では、図５Ａ又は５Ｂに示すように、特別に調節された光時間パワープロファイルが使用される。図５Ａ及び５Ｂを参照すると、レーザパルスパワープロファイル６０ｃ及び６０ｄは、それぞれ、レーザパルスの始めに著しい前縁オーバーシュート６２（図５Ａ）を有するか、又は、リンク材料が完全に除去される前に、レーザパルスの継続期間中のあるときに１つ又は２つの中間パルススパイク６４（図５Ｂにおいて１つのスパイクが示される）を有するように特別に調節されることができる。特定の実施形態では、パワースパイクのタイミングは、レーザパルスパワープロファイルの立上りエッジから、レーザパルスパワープロファイルの継続期間の約７０％までで測定される間隔内にある。図５Ｂは、パルススパイク６４の前と後でパワーレベルが比較的平坦であるレーザパルスパワープロファイル６０ｄを示す。レーザパルスパワープロファイルは、パルススパイク６４の前と後でパワーレベルが変化する可能性がある。こうしてレーザパルスパワープロファイルを調節することは、前縁オーバーシュート又は中間パルススパイクから、リンク材料の首尾よい除去を容易にするのに十分なレーザピークパワー及びエネルギーを供給し、また、リンク材料のほとんどを除去することによって、残りのリンク材料を除去し、且つ、シリコン基板及びリンクの近傍の構造に対する損傷のリスクの低減を確保するために、ずっと低いレーザパルスパワーを供給する。
【００４０】
[0049]図５Ｃ及び５Ｄは、本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形及び対応するスパイク状光出力パルスの略図である。これらの図は、中間パルススパイク状光出力についての特定の例を示す。この例では、図５Ｄに提示される所望の出力光パルスは、２０ｍＪのエネルギー、約５ｎｓの立上り及び立下り時間、約５５ｎｓのベースにおける総合幅、ベースにおける約１５ｎｓのスパイク幅並びに約５７０Ｗのピークパワーを有する。出力パルスは、主パルスの中央にスパイクを有する。パルスは、５７０Ｗのピークパワーから約半分のパワーの約２８５Ｗにおいてペデスタルを有する。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図５Ｃに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図５Ｃは、完全な消光から完全な透過へ振幅変調器を駆動するのに必要とされる電圧として当技術分野でよく知られているＶ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。この第２オープニングは、光パルスが修正されずに増幅器の出力に向かって２パス増幅器を出るようにするだけである。第２電気ドライブ信号は、出力光パルスをゲート制御するだけである。他の実施形態では、第２電気ドライブ信号は、また、用途に応じて、長方形でない波形を使用して整形されることができる。第１及び第２電気ドライブ信号は、実際には、先に説明したように、第１及び第２ドライブ波形を含む１つの長い複合ドライブ信号である可能性があることも認識されることができる。
【００４１】
[0050]本発明の実施形態を利用すると、レーザパワープロファイルのこうした特別な調節は、ずっと優れた処理結果及び広いプロセス窓を送出し、シリコン基板及びリンクに隣接する構造に対する損傷のリスクを低減する。
【００４２】
[0051]本明細書で供給される特別に調節されたレーザパルスは、レーザパルスの始めのオーバーシュート又はレーザパルスの継続期間中のスパイクピークを有する。オーバーシュート又はパルス中のスパイクピークのパワー振幅は、レーザパルスの平均パワー振幅に比べて、約１０％より大きい、たとえば、１０％〜５０％である。オーバーシュート又はスパイクピークの時間幅は、所定の値、たとえば、約１ｎｓとレーザパルスの継続期間の約５０％との間である。特定の実施形態では、オーバーシュート又はスパイクピークの時間幅は、レーザパルスの継続期間の約１０％と約５０％との間である。ある実施形態では、リンク構造及び製造中のレーザパラメータの現実的な全ての変動を考慮して、スパイクのタイミングは、リンクが完全に除去されるときより早く設定される。複数の前縁オーバーシュート、複数のスパイクピーク又は振動するピークパワー振幅などの、レーザパルス時間パワープロファイルを変調する他の技法は、異なるリンク構造に基づいて使用されることができる。一部の用途では、レーザパルスの継続期間は、約１ｎｓと約４０ｎｓとの間である。レーザパルス時間パワープロファイルの後縁は、通常、約１０ｎｓより短い。レーザパルスのエネルギーは、好ましくは、約０．００１マイクロジュールと約１０マイクロジュールとの間である。
【００４３】
[0052]本発明の特定の実施形態に従って供給される正方形でないパルスの別の例は、図６に示すレーザパルスのセットである。集積回路（ＩＣ）作製プロセスにおける歩留まりは、基板層又はパターンのアライメント変動或いは粒子状汚染物質から生じる欠陥をもたらすことが多い。こうした用途の場合、ＩＣリンクを切断するために、従来のリンク処理システムの単一レーザパルスを使用する代わりに、それぞれ、レーザパルスエネルギーが安全範囲内にある少なくとも２つのレーザパルスのセットを使用することが有利である。本発明の一部の実施形態では、図６に示したものと同様の光パルスのセットが、レーザによって放出される。本発明の種々の実施形態によれば、光パルスのセットの継続期間は、１，０００ｎｓより短い、５００ｎｓより短い、３００ｎｓより短い又は５ｎｓ〜３００ｎｓの範囲にある。もちろん、パルス継続期間についての特定の値は、特定の用途に依存することになる。セット内の各レーザパルスのパルス幅は、一般に、約１００フェムト秒〜約３０ｎｓの範囲にある。ＩＣリンク切断用途で使用される実施形態では、セット内の各レーザパルスは、リンク構造を支持するシリコン基板についての損傷閾値より小さい、エネルギー／パルス又はピークパワー／パルスを有する。セット内の各レーザパルスの数は、下にあるパッシベーション層及び基板を元のままにしながら、最後のパルスがリンクの底部を除去するような所定の数として提供される。セットの全継続期間は、通常、１，０００ｎｓより短いため、セットは、従来のリンク切断レーザポジショニングシステムによって単一パルスであると考えられる。本発明のある実施形態によれば、レーザパルスのセットは、コンピュータにおいて適切な変調器電気波形のデジタル表現を生成し、次に、このデジタルパターンを、高速デジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器を使用してアナログ信号に変換することによって生成される。一部の実施形態では、パルスのセットは、振幅変調器を駆動するために１つの単一電気信号を使用するだけである、１つの単一光波形として扱われる。
【００４４】
[0053]一部の実施形態では、パルスのセットは、異なる形状、エネルギー又は幅のパルスを含む。たとえば、単純なセットは、図７Ａ及び７Ｂに示すように、異なるエネルギー又は幅の３つのパルスを含む。図７Ａ及び７Ｂは、異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。この例では、図７Ｂに提示される所望の出力光波形は、５０ｍＪの総エネルギーを有する。この第１パルスは、６ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、６ｎｓの幅並びに約１０００Ｗのピークパワーを有する。第２パルスは、４ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、８ｎｓの幅並びに約５００Ｗのピークパワーを有する。第３パルスは、４０ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、５０ｎｓの幅並びに約８００Ｗのピークパワーを有する。最初の２つのパルスは、２０ｎｓで分離され、第２パルスと第３パルスは、５０ｎｓで分離される。パルス分離及び３つのパルスが異なる幅及びパワーを有することは、一般に、従来の方法で達成することが非常に難しい。この実施形態では、３つのパルスは、単一波形として扱われる。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図７Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図７Ｂは、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。
【００４５】
[0054]本発明のなお別の実施形態では、効率的なレーザ処理のための光波形が発生される。レーザパルスの形状は次に述べられる。最初にレーザエネルギーが、所定のパワーレベルＰ１で所定の期間ｔ１の間、材料表面に当てられ、それにより、処理される材料は、溶解し、気化し、気化により生じたリコイルを生成し、気化により生じたリコイルは、レーザビーム相互作用ゾーンから溶融材料を実質的に吐出することなく、生成された溶解物を相互作用ゾーンの周辺に変位させ、それにより、材料内に鍵穴を生成する。その後、さらにレーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ２で所定の期間ｔ２の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、生じた気化リコイルは、表面張力に抗するのに不十分になり、材料の溶解温度を越えて生成溶解物の温度を維持しながら、前記鍵穴の制御された圧壊が起こる。第３に、なおさらにレーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ３で所定の期間ｔ３の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、溶融材料の急速な気化が生じ、リコイルが生成され、最初の期間の間に生成された溶解物のほぼ完全な吐出が行われ、したがって、クレータを形成する。最後に、レーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ４で所定の期間ｔ４の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、相互作用ゾーンから吐出されなかった残りの溶解物の温度及び前記クレータの壁の近くの固体材料の温度が、材料の微小亀裂を通常生じることになる冷却レートより小さい制御されたレートで減少する。
【００４６】
[0055]図８Ａ及び８Ｂは、本発明のなお別の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。図８に示す実施形態が使用されてもよい用途は、上述したように材料の効率的なレーザ処理である。この例では、図８Ｂに提示される所望の出力光波形は、２０ｍＪの総エネルギーを有する。最初に、レーザエネルギーが、１７５Ｗのパワーレベルで約２０ｎｓの期間の間発生される。その後、レーザエネルギーが、８８Ｗのパワーレベルで約２５ｎｓの期間の間発生される。なおさらにレーザエネルギーが、６９０Ｗのパワーレベルで約１０ｎｓの間発生される。最後に、さらにレーザエネルギーが、８８Ｗのパワーレベルで約５５ｎｓの期間の間発生される。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図８Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図８Ａは、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。
【００４７】
[0056]一部の用途では、レーザシステムの出力は、他の波長の信号を発生するために周波数変換される。たとえば、１０６４ｎｍの信号は、当技術分野でよく知られているように、５３２ｎｍ又は３５４ｎｍ信号を発生するために、周波数２逓倍又は周波数３逓倍されることができる。周波数変換に使用されるユニットは、通常、ＬＢＯ、ＫＴＰなどのような１つ又は複数の非線形光学結晶を含む。周波数変換信号の光時間領域波形は、基本波長の信号の光時間領域波形と非線形な関係を有する。たとえば、周波数２逓倍の場合、２つの波形は、ほぼ２つの関係の累乗で関連付けられる。これは、基本周波数のパワーが２倍になる場合、２倍周波数のパワーは４倍になることを意味する。たとえば、１０６４ｎｍのピークパワーが１０ｋＷから２０ｋＷに増加する場合、５３２ｎｍのピークパワーは、全ての他のパラメータが一定として維持される場合、ほぼ１／４を乗じられることになる。５３２ｎｍのピークパワーは、こうした条件下で、２．５ｋＷから１０ｋＷになるであろう。そのため、複合光波形の周波数変換は非線形である。したがって、所与の用途について、ある周波数変換光波形が必要とされる場合、基本パルス形状は異なる波形を有することになる。この差は、振幅変調器に印加される電気ドライブ信号において考慮される必要がある。本発明の一部の実施形態によれば、振幅変調器に印加される電気ドライブ信号は、周波数変換プロセスによる光波形歪を考慮する。
【００４８】
[0057]先に説明したように、振幅変調器に印加される特定のパルス整形波形は、手近な用途に依存する。特定のパルス整形波形は、また、使用される特定の増幅器アーキテクチャに依存する。単一モードコアファイバを使用するローパワー増幅器は、多モードファイバを使用するハイパワー増幅器と同じ量のパルス整形を必ずしも必要としないであろう。同様に、増幅器チェーンが使用される場合、特定の整形波形は、各段で使用される利得及びファイバ幾何形状に依存するであろう。特定の整形波形は、また、周波数変換ユニットが有るか無いかに依存する。したがって、特定の出力光波形について、振幅変調器に印加される最適電気波形が決定されなければならない。最適電気波形を決定するために、いくつかの方法が使用される可能性がある。第１の方法は、変調器の電気ドライブ波形を光出力波形に関連付けるレーザシステムの物理モデルを開発することである。特定のシステムについて数値シミュレーションを行うことによって、最適電気ドライブ波形を決定することが可能である。本出願の発明者等は、こうしたモデルを開発した。別の手法は、最良の電気波形を決定するために、実験室でレーザシステムに関する連続的な近似を使用することにある。この手法では、第１電気波形は、振幅変調器に印加され、振幅変調器は、レーザシステムから第１光出力波形を発生する。その後、光出力波形と電気波形が比較されて、第１電気波形を修正するエラー信号を発生する。エラー信号は、たとえば、本発明の実施形態で説明されるように、電気波形を発生する高速ＤＡＣを制御するコンピュータを使用して計算されることができる。１つのこうしたエラー信号は、第１電気波形から第１光出力波形の正規化された反転を減算することによって発生されることができる。その後、このエラー信号は、第１電気波形に加算されて、第２光出力波形を発生するように変調器を駆動する第２電気波形を発生する。その後、振幅変調器を駆動する電気波形が、要求される光出力波形を発生するまで、シーケンスが繰返される。
【００４９】
[0058]本発明は、特定の実施形態及び特定の実施形態の特定の例に関して述べられたが、他の実施形態が、本発明の精神及び範囲内に入ってもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、添付の特許請求の範囲の等価物の全範囲と共に決定されるべきである。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、その開示が参照によりその全体が本明細書に組込まれる、「Method and System for a Pulsed Laser Source Emitting Shaped OpticalWaveforms」という名称の２００６年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／８４８，０７７号の、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下での利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本発明は、一般に、同調可能レーザ源の分野に関する。より詳細には、本発明は、トリミング、マーキング、切断及び溶接などの工業用途にとって有用なハイパワーパルスレーザ源を提供する方法及び装置に関する。単に例として、本発明は、パルス幅、ピークパワー、繰返しレート及びパルス形状を含むリアルタイム同調可能特性を有するレーザ源に適用されている。しかし、本発明は、より広範な適用可能性を有し、また、他のレーザ源に適用することができる。
【０００３】
[0003]Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどのパルスレーザ源は、マーキング、エングレービング、微細加工及び切断などの用途のためのレーザベース材料処理を実施するために使用されてきた。用途及び処理される材料に応じて、パルス幅、パルス繰返しレート、ピークパワー又はエネルギー及びパルス形状を含む、レーザパルスの種々の特性は、特定の用途に適切であるよう選択される。０．５ｍＪ／パルスより大きいパルスエネルギーを特徴とする多くの既存のハイパワーパルスレーザは、光パルスを発生するために、Ｑスイッチング及びモード同期などの技法に依存する。しかし、こうしたレーザは、キャビティ幾何形状、ミラー反射率などによって予め決まっている特性を有する光パルスを生成する。したがって、こうしたレーザパルスは、一般に、レーザ性能を低下させることなく、現場で変えられることができない。こうしたレーザを使用すると、ある範囲の可変パルス特性を達成することが一般に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]そのため、同調可能パルス特性を有するパルスレーザ源についての当技術分野における必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態によれば、同調可能レーザ源の分野に一般に関連する技法が提供される。より詳細には、本発明は、トリミング、マーキング、切断及び溶接などの工業用途にとって有用なハイパワーパルスレーザ源を提供する方法及び装置に関する。単に例として、本発明は、パルス幅、ピークパワー、繰返しレート及びパルス形状を含むリアルタイム同調可能特性を有するレーザ源に適用されてきた。しかし、本発明は、より広範な適用可能性を有し、また、他のレーザ源に適用される可能性がある。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態によれば、同調可能パルスレーザ源が提供される。同調可能パルスレーザ源は、シード信号を発生するようになっているシード源と、シード源に結合された第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する光サーキュレータとを含む。同調可能パルスレーザ源は、また、整形電気波形を生成するようになっている変調器ドライバと、変調器ドライバに結合し、且つ、整形電気波形を受信するようになっている振幅変調器を含む。振幅変調器は、光サーキュレータの第２ポートに結合された第１側面及び第２側面を特徴とする。同調可能パルスレーザ源は、さらに、入力端及び反射端を特徴とする第１光増幅器を含む。入力端は、振幅変調器の第２側面に結合される。さらに、同調可能パルスレーザ源は、光サーキュレータの第３ポートに結合された第２光増幅器を含む。
【０００７】
[0007]第１の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、実質的に正方形の形状を特徴とする光出力パルスを提供する。第２の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、時間の関数としての強度の増加を特徴とする光出力パルスを提供する。第３の実施形態では、整形電気波形は、光増幅器における利得飽和作用の実質的な低減をもたらし、それにより、時間の関数としての強度の減少を特徴とする光出力パルスを提供する。
【０００８】
[0008]本発明の別の実施形態によれば、レーザパルスを供給する方法が提供される。方法は、シード信号を供給すること、シード信号を光サーキュレータの第１ポートに結合すること、及び、光サーキュレータの第２ポートからシード信号を出力することを含む。方法は、また、第１整形電気信号を供給すること、第１整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合すること、整形光パルスを光増幅器の入力端に出力すること、及び、整形光パルスを増幅することであって、それにより、増幅された整形光パルスを供給する、増幅することを含む。方法は、さらに、第２整形電気信号を供給すること、第２整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合すること、光サーキュレータの第２ポートにおいて再整形光パルスを受信すること、及び、光サーキュレータの第３ポートにおいて再整形光パルスを出力することを含む。
【０００９】
[0009]従来技法と比べて、本発明を使用して多数の利益が達成される。たとえば、本発明による実施形態では、匹敵する性能特性を有するレーザと比較して高価でないコンパクトなアーキテクチャを利用する、レーザ処理に適したハイパワーパルスレーザが提供される。さらに、本発明の実施形態では、パルスごとの安定性を維持しながら、リアルタイムに同調可能であるパルス特性を有する短パルスが発生される。さらに、本発明による実施形態では、光パルスが整形されて、特定の用途についてパルスプロファイルを最適化するか、又は、レーザシステムにおけるエネルギー抽出効率を最大にすることができる。実施形態に応じて、これらの利益の１つ又は複数が存在してもよい。これら及びその他の利益は、本明細書全体を通して、またより詳細には以下で述べられている。本発明の種々のさらなる目的、特徴及び利点は、次に続く、詳細な説明及び添付図面を参照してより完全に理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による、光ファイバ増幅器を使用した同調可能パルス特性を有するハイパワーパルスレーザの略図である。
【図２】本発明の実施形態による、ハイパワーパルスレーザの異なるロケーションにおける電気パルス及び光パルスを示す略タイミング図である。
【図３】ガウス型及び擬似正方形（スーパーガウス型）パルスについてのパルス形状図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、図４Ａに示す電気波形に応答して生成される出力光パルスの略図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、スパイク状光出力パルスの略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、スパイク状光出力パルスの略図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による、対応するスパイク状光出力パルスの略図である。
【図６】本発明の種々の実施形態に従って供給される光パルスのセットを示す図である。
【図７Ａ】異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図７Ｂ】異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による、対応する出力光波形の略図である。
【図８Ａ】本発明のなお別の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形の略図である。
【図８Ｂ】本発明のなお別の実施形態による、出力光パルスの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0020]図１は、本発明の実施形態による、光ファイバ増幅器を使用した同調可能パルス特性を有するハイパワーパルスレーザの略図である。ハイパワーパルスレーザ１００は、光サーキュレータ１２０の第１ポート１１４に注入されるシード信号を発生するシード源１１０を含む。本発明の実施形態によれば、光シード信号は、連続波（ＣＷ）半導体レーザであるシード源１１０を使用することによって発生される。特定の実施形態では、ＣＷ半導体レーザは、２０ｍＷの出力パワーを用いて１０３２ｎｍの波長で動作するファイバブラッグ格子（fiber Bragg grating）（ＦＢＧ）安定化半導体ダイオードレーザである。別の特定の実施形態では、ＣＷ半導体レーザは、１００ｍＷの出力パワーを用いて１０６４ｎｍの波長で動作する外部キャビティ半導体ダイオードレーザである。代替の実施形態では、シード信号は、コンパクト固体レーザ又はファイバレーザによって発生される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。
【００１２】
[0021]光サーキュレータ１２０を通過した後、シード信号は、サーキュレータ１２０の第２ポート１２２から出て、光振幅変調器１３０の第１側面１３２に入射する。サーキュレータは、当技術分野でよく知られており、いくつかの供給業者から入手可能である（たとえば、ニュージャージー州カルドウェル（Caldwell, NJ）のOFR, Inc.からのモデルＯＣ−３−１０６４−ＰＭ）。
【００１３】
[0022]光振幅変調器１３０は、通常、変調器に入射する信号が透過しない「オフ」状態に保持される。本発明の実施形態によれば、光振幅変調器は、シード信号の振幅変調及び時間領域フィルタリング並びに増幅自然放射（amplified spontaneous emission）（ＡＳＥ）フィルタリングを行う。特定の実施形態では、光パルス長は、光振幅変調器１３０の動作によって決定され、光振幅変調器１３０は、１０６４ｎｍにおいて＞３ＧＨｚの帯域幅を有するＡＰＥタイプのニオブ酸リチウムマッハツェンダー変調器であってよい。
【００１４】
[0023]本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０は、短い光パルスを発生するのに必要な帯域幅を提供する電気光マッハツェンダータイプ変調器である。他の実施形態では、光振幅変調器１３０は、エッジ光フィルタ、消光変調器又は音響光学変調器などの、適した位相又は周波数−振幅変換器を有する位相又は周波数変調器である。
【００１５】
[0024]シード信号を通すために、光振幅変調器１３０は、１回目に、「オン」状態にパルス駆動されて、光経路１３６に沿って光パルスを発生する。光振幅変調器１３０によって発生される光パルスのパルス幅及びパルス形状は、光振幅変調器１３０に印加される変調器ドライブ信号によって制御される。光パルスは、その後、１回目に、光パルスが増幅される第１光増幅器１５０を通過する。本発明の実施形態によれば、時間変動するドライブ信号によって駆動される振幅変調器は、シード信号の時間領域フィルタリングを行い、それにより、パルス幅、パルス形状及びパルス繰返しレートを含む所定のパルス特性を有するレーザパルスを発生する。
【００１６】
[0025]本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０に印加されるドライブ信号は、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。コンピュータを使用して、整形波形は、ＤＡＣのオンボードのメモリ内に波形のデジタル表現を生成することによって発生される。このデジタルパターンは、その後、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換される。好ましくは、ＤＡＣの出力立上り時間及び立下り時間は、１ｎｓ未満、より好ましくは５００ピコ秒（ｐｓ）未満、最も好ましくは３００ｐｓ未満である。好ましくは、ＤＡＣは、トリガーイベントが起こるたびにコンピュータを使用してメモリ内にロードされる、予めプログラムされた波形を発生するよう構成される。好ましくは、ＤＡＣのサンプリングレートは少なくとも５００メガサンプル／秒（ＭＳ／ｓ）、より好ましくは、サンプリングレートは少なくとも１ギガサンプル／秒（ＧＳ／ｓ）、最も好ましくは、サンプリングレートは少なくとも２ＧＳ／ｓである。こうしたサンプリングレートによって、デジタルパターンは、２ナノ秒（ｎｓ）おき以上の頻度で規定されることができる。１ＧＳ／ｓのサンプリングレートを用いると、これは、任意の波形が１ｎｓ分解能をもって発生されることができることを意味する。好ましくは、ＤＡＣは、１００ＭＨｚより大きいアナログ電気帯域幅を有し、より好ましくは、アナログ帯域幅は３００ＭＨｚより大きく、最も好ましくは、アナログ帯域幅は１ＧＨｚより大きい。好ましくは、ＤＡＣの電圧分解能は８ビットであり、より好ましくは、電圧分解能は１０ビットであり、最も好ましくは、電圧分解能は１２ビット以上である。
【００１７】
[0026]特定の用途について所与の電気ドライブ波形を発生するためにユーザが従うことになるプロセスフローは、以下で強調される。最初に、ユーザは、１ナノ秒ごとに、変調器に印加される電圧を表す数値アレイを規定するであろう。アレイ長は、光パルス幅と少なくとも同じ程度に長くなければならないことが当業者に明らかになるであろう。たとえば、所望の出力光パルスが３０ｎｓである場合、電気波形は少なくとも３０ｎｓであることになる。１ＧＳ／ｓサンプリングレートのＤＡＣの場合、アレイ長は、好ましくは、３０より多い数値であることになる。したがって、ＤＡＣは、一般に、少なくとも３０サンプルを格納することになる。こうして、コンピュータを使用して、数値のアレイが、ＤＡＣのメモリにロードされる。こうして、全てのトリガーイベントは、数値のアレイによって表されるアナログ電気波形を出力するであろう。アナログ電気波形は変調器に印加される。たとえば、こうした波形を発生する装置は、オレゴン州ビーバートン（Beaverton, Oregon）のTektronix, Inc.からのモデルＡＷＧ２０４０である。
【００１８】
[0027]本発明の実施形態によれば、光増幅器１５０は光ファイバ増幅器である。本発明の実施形態で利用されるファイバ増幅器は、希土類をドープした、シングルクラッド、ダブルクラッド又はマルチクラッド光ファイバであるが、それに限定されない。こうしたファイバ増幅器において使用される希土類ドーパントは、イッテルビウム、エルビウム、ホルミウム、プラセオジミウム、ツリウム又はネオジムを含む。特定の実施形態では、光増幅器１５０を構築するときに利用される光ファイバベースのコンポーネントは全て、偏光維持単一モードファイバを利用する。
【００１９】
[0028]図１を参照すると、ファイバ増幅器を利用する実施形態では、ポンプ１４２が、光カプラー１４０を通して希土類ドープファイバループ１４４に結合される。一般に、半導体ポンプレーザが、ポンプ１４２として使用される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。代替の実施形態では、光増幅器１５０は、限定はしないが、固体ロッド増幅器、固体ディスク増幅器又はガス利得媒体を含む固体増幅器である。
【００２０】
[0029]特定の実施形態では、光増幅器１５０は、５メートル長の希土類ドープファイバ１４４を含み、約４．１μｍのコア径を有し、約４×１０２４イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１５０は、また、９７６ｎｍの波長で動作し、且つ、１００ｍＷの出力パワーを有するＦＢＧ安定化半導体レーザダイオードであるポンプ１４２を含む。別の特定の実施形態では、ポンプ１４２は、約９１５ｎｍの波長で動作する半導体レーザダイオードである。なお別の特定の実施形態では、ポンプ１４２は、４５０ｍＷ以上の出力パワーで動作する半導体レーザダイオードである。特定の実施形態では、増幅器１５０は、また、ＷＤＭポンプコンバイナである、ファイバカプラー１４０に対するポンプを含む。
【００２１】
[0030]光経路１４８に沿って光増幅器１５０から出る信号は、その後、反射構造１４６に入射し、光増幅器１５０に戻るよう反射される。信号は、２回目に、信号が増幅される光増幅器１５０を通過する。反射構造１４６は、光経路１４８を通って伝播するレーザパルス及び増幅自然放射（ＡＳＥ）のスペクトル領域フィルタリングを実施する。こうして、シード信号は、振幅変調器１３０を通過する振幅及び時間領域変調と、反射構造１４６からの反射によるスペクトル領域フィルタリングの両方を受ける。
【００２２】
[0031]ある実施形態では、反射構造１４６は、光増幅器１５０として使用されるファイバに直接書込まれるファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）である。ＦＢＧの周期性及び格子特性は、当技術分野でよく知られているように、所望の反射係数を提供するように選択される。単に例として、特定の実施形態では、反射構造１４６は、９０％より大きいピーク反射率並びにシード源１１０の出力に完全に一致する中心周波数及びスペクトル幅を有するＦＢＧである。
【００２３】
[0032]光経路１３６に沿って光増幅器１５０から出る信号は、光振幅変調器１３０の第２側面１３４に入射し、光振幅変調器１３０は、その後、「オン」状態に２回目パルス駆動されて、入射パルスが通過することを可能にする。本発明の実施形態によれば、光振幅変調器１３０の第２の「オン」パルスのタイミングは、増幅器１５０及び反射構造１４６を通る信号の移行時間を考慮するために、変調器１３０の第１のオープニング（第１の「オン」パルス）に同期される。光振幅変調器１３０の第１側面から出た後、増幅されたパルスは、その後、光サーキュレータ１２０の第２ポート１２２に入り、光経路１４８に沿って光サーキュレータ１２０の第３ポート１１６から出る。
【００２４】
[0033]本発明の実施形態によれば、第２のオープニングのために光振幅変調器１３０に印加されるドライブ信号は、第１のオープニングについて述べたように、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。第２のオープニングのこの整形波形は、手近な用途に応じて、第１のオープニングの波形と異なる可能性がある。一部の実施形態では、第２ドライブ信号は、光パルスが修正されずに２パス増幅器を出るように、長方形波形だけを有する。他の実施形態では、第２ドライブ信号は、手近な用途に応じて２パス増幅器から出る光パルスを修正するため、長方形でない形状の波形を有する。
【００２５】
[0034]なお他の実施形態では、第１ドライブ信号及び第２ドライブ信号は、単一トリガーイベントにおいて、高速ＤＡＣから１つの複合波形として同時に発生される。第１及び第２オープニング信号を含むこの複合単一電気ドライブ波形を発生するためにユーザが従うことになるプロセスフローは以下で強調される。最初に、ユーザは、第１及び第２オープニングについて、１ナノ秒ごとに変調器に印加される電圧を表す数値アレイを規定するであろう。アレイ長は、光パルス幅の２倍と２パス増幅器を通る光信号の移行時間の総和と少なくとも同じ程度に長くなることになることが当業者に明らかになるであろう。たとえば、所望の出力光パルスが３０ｎｓであり、且つ、増幅器を通る光移行時間が１５０ｎｓである場合、電気波形は少なくとも２１０ｎｓであることになる。一部の実施形態では、電気波形は、第１オープニング信号と第２オープニング信号との間で実質的にゼロになることになる。１ＧＳ／ｓサンプリングレートのＤＡＣの場合、アレイ長は、好ましくは、２１０より多い数値であることになる。したがって、ＤＡＣは、少なくとも２１０サンプルを格納する必要がある。より好ましくは、ＤＡＣサンプル長は、１０２４より多い可能性がある。こうして、コンピュータを使用して、数値のアレイ（サンプル）が、ＤＡＣのメモリにロードされることができる。こうして、全ての単一トリガーイベントは、第１及び第２オープニングについて同期された、数値アレイによって表される複合アナログ電気波形を出力するであろう。アナログ電気波形は変調器に印加される。たとえば、こうした波形を発生する装置は、オレゴン州ビーバートンのTektronix, Inc.からのモデルＡＷＧ２０４０である。
【００２６】
[0035]信号は、その後、第２光増幅器１６０を通過するときに増幅される。図１に関して説明したように、本発明の実施形態は、光増幅器１６０として、光カプラー１５２を通して希土類ドープファイバループ１５６に結合されるポンプ１５４を含むファイバ増幅器を利用する。一般に、半導体ポンプレーザが、ポンプ１５４として使用されるが、光増幅器のポンピングは、当業者に明らかになることになる他の手段によって達成される可能性がある。特定の実施形態では、第２光増幅器１６０は、５メートル長の希土類ドープファイバ１５６を含み、約４．８μｍのコア径を有し、約６×１０２４イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１６０は、また、９７６ｎｍの波長で動作し、且つ、５００ｍＷの出力パワーを有するＦＢＧ安定化半導体レーザダイオードであるポンプ１５４を含む。別の特定の実施形態では、第２光増幅器１６０は、２メートル長の希土類ドープファイバ１５６を含み、約１０μｍのコア径を有し、約１×１０２６イオン／ｍ３のドーピング密度までイッテルビウムをドープされる。増幅器１６０は、また、５Ｗの出力パワーを有する半導体レーザダイオードであるポンプ１５４を含む可能性がある。
【００２７】
[0036]別の特定の実施形態では、シード信号を通すために、光振幅変調器１３０は、２回ではなく１回パルス駆動される。光振幅変調器１３０は、「オン」状態に回されて、光経路１３６に沿って伝播するパルスの立上りエッジを発生する。この信号は、その後、光増幅器１５０を通して１回目増幅される。信号は、その後、反射構造１４６に入射し、光増幅器１５０を通して２回目増幅される。ここで、光経路１３６に沿って光増幅器１５０から出る信号は、光振幅変調器１３０の第２側面１３４に入射し、光振幅変調器１３０は、その後、「オフ」状態に回される。したがって、パルス幅は、光振幅変調器１３０が「オン」状態に保持される継続期間から増幅器１５０及び反射構造１４６を通る信号の移行時間を引いた値によって与えられる。光振幅変調器１３０に印加される変調器ドライブ信号は、上述したように、高速デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してアナログ信号に変換されるデジタルパターンに起因する整形波形を有する。
【００２８】
[0037]図１は、光サーキュレータ１２０の第３ポートに結合した単一光増幅器１６０の使用を示すが、これは、本発明によって要求されない。代替の実施形態では、複数の光増幅器が、特定の用途にとって適切であるように光サーキュレータ１２０の下流で利用される。当業者は、多くの変形形態、変更形態及び代替形態を認識するであろう。本発明の実施形態で利用される光源に関するさらなる説明は、２００７年４月１８日に出願され、また、全ての目的で参照によりその全体が本明細書に組込まれる、同一譲受人に譲渡され、且つ、同時係属中の米国特許出願第１１／７３７，０５２号に見出されることができる。
【００２９】
[0038]図２は、本発明の実施形態による、ハイパワーパルスレーザの異なるロケーションにおける電気パルス及び光パルスを示す略タイミング図である。単に例として、図２は、振幅変調器に対する反復電気ドライブ信号及び図１に述べる本発明の実施形態を通して伝播する光パルスのタイミングを示す。電気トリガー２１０に続いて、第１電気ドライブ信号２２０が振幅変調器に印加されて、光パルス２４０を発生する。ある伝播遅延後に、光信号２５０は、光増幅器を通して１回目通過する。光信号２６０は、その後、反射構造に入射し、光増幅器を通して２回目通過する２５０。光パルス２４０は、振幅変調器を通して２回目透過され、振幅変調器は、光パルス２４０によって２回目電気駆動される２２０。最後に、光パルス２３０が、ある伝播遅延後に、サーキュレータのポート３を出る。
【００３０】
[0039]本発明の実施形態を利用して、パルス幅、ピークパワー及びエネルギー、パルス形状並びにパルス繰返しレートを含む独立に調整可能なパルス特性を有する光パルスのストリームを発生するハイパワーパルスレーザ源が提供される。単に例として、本発明の特定の実施形態は、１０ｎｓのパルス幅で且つ１０ｋＨｚの繰返しレートで、５μＪ／パルスより大きい出力パルスを、第２光増幅器１６０の出力１７０に送出する。もちろん、代替の実施形態によって、他のパルス特性が提供される。
【００３１】
[0040]上述した実施形態では、ＣＷシード源が利用され、レーザパルスを供給するための時間領域フィルタリングが、振幅変調器１２０を使用して実施される。しかし、これは本発明によって要求されない。代替の実施形態では、シード信号が変調されて、ＣＷシード信号ではなくパルスシード信号を供給する。パルスシード信号を供給することは、振幅変調器を通した２パス増幅器内へのシード漏洩によって生じるＡＳＥ増加及び利得消滅を最小にし、シード源の動作パワー範囲が増加することを可能にする。この代替の実施形態では、パルスシード信号は、パルスレーザ源全体の所望のパルス幅以上のパルス幅であってよい。シードをパルス駆動することは、また、シードレーザの有効ライン幅を増加して、誘導ブリリュアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering）（ＳＢＳ）を減少させる可能性がある。
【００３２】
[0041]本発明の実施形態によれば、時間的に等間隔に分離されなくてもよい光パルスのシーケンスの発生をもたらす様式及びシステムが提供される。さらに、パルス幅及びパルスエネルギーは、パルスごとに所定の様式で個々に調節される。さらに、先の説明は単一光パルスの発生を説明したが、本発明の実施形態は、単一パルスを複数回繰返すことによって複数パルスの発生を可能にすることが認識されるであろう。これらの複数パルスは、光パルスシーケンス列を含んでもよい。本発明の一部の実施形態では、ＤＡＣは、全てのトリガーイベントで整形波形を発生し、したがって、全てのトリガーイベントに同期した、複数の光パルスを発生する。この動作モードは、有利には、光パルスが、１００ｋＨｚまで、５００ｋＨｚまで又は１ＭＨｚ以上までのレートで発生されるときに使用される。他の実施形態では、ＤＡＣが使用されて、全てのトリガーイベントについて複数の光パルスを発生することができる。この動作モードでは、整形波形はパルスのセットを含む。一部の実施形態では、光パルスのセットは同一である。他の実施形態では、光パルスのセットは異なる。この動作モードは、光パルスのバーストが特定の用途について必要とされるときに特に有利である。たとえば、１０〜２０ｎｓ時間遅延を有する２つ以上の１０ｎｓパルスを発生し、パルスのセット全体が１０ｋＨｚまで、５００ｋＨｚまで又は１ＭＨｚ以上までのレートで繰返されることが有利であり得る。この例では、全ての単一トリガーイベントは、１０ｎｓパルスのセットを発生させることになる。
【００３３】
[0042]マーキング、エングレービング、微細加工及び切断などのレーザベース材料処理は、高ピークパワーパルスレーザを広く利用してきた。用途及び処理される材料に応じて、パルス特性、特に形状は、手近なタスクに適合する必要がある。いくつかの用途について、正方形パルスなどの特定の光パルス形状を用いて処理することが好ましく、こうしたパルスの変形は望ましくない場合がある。
【００３４】
[0043]ファイバベースパワー増幅器では、光パルスの形状変形は、出力パルスエネルギーが増幅器内の貯蔵エネルギーに近づくと起こる。利得飽和作用の原因になるのは、定常状態レジームでは信号強度であり、一方、動的レジームについてはエネルギー密度である。主要な結果は、高パワーパルスが、利得媒体を通って伝播するときに歪むことである。パルスは、ファイバ増幅器を通過するにつれて、ファイバから徐々に大きなエネルギーを抽出し、そうするにつれて、利用可能な利得を減少させる。パルス変形をもたらすのは、この徐々に減少する利得である。図３は、ガウス型及び擬似正方形（スーパーガウス型）パルスについてのパルス形状図である。ガウス型形状は、前縁にそのエネルギーの少量しか含まないため、パルス変形は、定性的にそれほど強くない。一方、擬似正方形パルス形状に関するパルス消滅の作用は劇的である。
【００３５】
[0044]メモリチップ上での導電性リンクのレーザ処理の分野では、実質的に正方形の光パルスを使用することが有利である可能性がある。好ましくは、立上り及び立下り時間は、約１ナノ秒（ｎｓ）である可能性がある。最も好ましくは、立上り及び立下り時間は、１ｎｓ未満、約０．５ｎｓ以下である可能性がある。本発明の実施形態では、増幅器内の利得飽和は、立下りエッジよりも低い立上りエッジを有する変調器用の駆動信号を発生することによって、実質的に正方形の出力パルスを発生するように釣り合わされる。図４Ａ及び４Ｂは、本発明の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。この例では、図４Ｂに提示される所望の出力光パルスは、２０ｍＪのエネルギー、１ｎｓの立上り及び立下り時間、３０ｎｓの幅並びに約６７０Ｗのピークパワーを有する。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図４Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図４Ａは、完全な消光から完全な透過へ振幅変調器を駆動するのに必要とされる電圧として当技術分野でよく知られている、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。
【００３６】
[0045]一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。この第２オープニングは、光パルスが修正されずに増幅器の出力に向かって２パス増幅器を出るようにするだけである。第２電気ドライブ信号は、出力光パルスをゲート制御するだけである。他の実施形態では、第２電気ドライブ信号は、また、用途に応じて、長方形でない波形を使用して整形されることができる。第１及び第２電気ドライブ信号は、実際には、先に説明したように、第１及び第２ドライブ波形を含む１つの長い複合ドライブ信号である可能性があることも認識されることができる。この例についての電気ドライブ信号の全体の特徴は、前縁が後縁より低いことである。これは、増幅器における飽和を考慮するために起こる。パルスの前縁は、増幅器を通って伝播するにつれて、増幅器からエネルギーを抽出するため、光利得が減少する。利得をあまり要求しないパルスの後縁は少し増幅される。したがって、パルスの後縁は、前縁より高くなるように増幅器に注入される。
【００３７】
[0046]本発明の他の実施形態では、パルス整形は、利得飽和を妨げるだけでなく、正方形でない光パルスを発生するためにも使用される。手近な用途に応じて、出力光パルスは、正方形パルスと異なる可能性がある。
【００３８】
[0047]メモリチップ又は他の集積回路チップ上での導電性リンクのレーザ処理の分野では、特別に調節されたパワープロファイルを有するレーザパルスを使用するシステムは、よりよい処理品質及び歩留まりのために有利である可能性がある。
【００３９】
[0048]たとえば、本発明の一実施形態では、図５Ａ又は５Ｂに示すように、特別に調節された光時間パワープロファイルが使用される。図５Ａ及び５Ｂを参照すると、レーザパルスパワープロファイル６０ｃ及び６０ｄは、それぞれ、レーザパルスの始めに著しい前縁オーバーシュート６２（図５Ａ）を有するか、又は、リンク材料が完全に除去される前に、レーザパルスの継続期間中のあるときに１つ又は２つの中間パルススパイク６４（図５Ｂにおいて１つのスパイクが示される）を有するように特別に調節されることができる。特定の実施形態では、パワースパイクのタイミングは、レーザパルスパワープロファイルの立上りエッジから、レーザパルスパワープロファイルの継続期間の約７０％までで測定される間隔内にある。図５Ｂは、パルススパイク６４の前と後でパワーレベルが比較的平坦であるレーザパルスパワープロファイル６０ｄを示す。レーザパルスパワープロファイルは、パルススパイク６４の前と後でパワーレベルが変化する可能性がある。こうしてレーザパルスパワープロファイルを調節することは、前縁オーバーシュート又は中間パルススパイクから、リンク材料の首尾よい除去を容易にするのに十分なレーザピークパワー及びエネルギーを供給し、また、リンク材料のほとんどを除去することによって、残りのリンク材料を除去し、且つ、シリコン基板及びリンクの近傍の構造に対する損傷のリスクの低減を確保するために、ずっと低いレーザパルスパワーを供給する。
【００４０】
[0049]図５Ｃ及び５Ｄは、本発明の実施形態による、振幅変調器に印加される電気波形及び対応するスパイク状光出力パルスの略図である。これらの図は、中間パルススパイク状光出力についての特定の例を示す。この例では、図５Ｄに提示される所望の出力光パルスは、２０ｍＪのエネルギー、約５ｎｓの立上り及び立下り時間、約５５ｎｓのベースにおける総合幅、ベースにおける約１５ｎｓのスパイク幅並びに約５７０Ｗのピークパワーを有する。出力パルスは、主パルスの中央にスパイクを有する。パルスは、５７０Ｗのピークパワーから約半分のパワーの約２８５Ｗにおいてペデスタルを有する。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図５Ｃに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図５Ｃは、完全な消光から完全な透過へ振幅変調器を駆動するのに必要とされる電圧として当技術分野でよく知られているＶ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。この第２オープニングは、光パルスが修正されずに増幅器の出力に向かって２パス増幅器を出るようにするだけである。第２電気ドライブ信号は、出力光パルスをゲート制御するだけである。他の実施形態では、第２電気ドライブ信号は、また、用途に応じて、長方形でない波形を使用して整形されることができる。第１及び第２電気ドライブ信号は、実際には、先に説明したように、第１及び第２ドライブ波形を含む１つの長い複合ドライブ信号である可能性があることも認識されることができる。
【００４１】
[0050]本発明の実施形態を利用すると、レーザパワープロファイルのこうした特別な調節は、ずっと優れた処理結果及び広いプロセス窓を送出し、シリコン基板及びリンクに隣接する構造に対する損傷のリスクを低減する。
【００４２】
[0051]本明細書で供給される特別に調節されたレーザパルスは、レーザパルスの始めのオーバーシュート又はレーザパルスの継続期間中のスパイクピークを有する。オーバーシュート又はパルス中のスパイクピークのパワー振幅は、レーザパルスの平均パワー振幅に比べて、約１０％より大きい、たとえば、１０％〜５０％である。オーバーシュート又はスパイクピークの時間幅は、所定の値、たとえば、約１ｎｓとレーザパルスの継続期間の約５０％との間である。特定の実施形態では、オーバーシュート又はスパイクピークの時間幅は、レーザパルスの継続期間の約１０％と約５０％との間である。ある実施形態では、リンク構造及び製造中のレーザパラメータの現実的な全ての変動を考慮して、スパイクのタイミングは、リンクが完全に除去されるときより早く設定される。複数の前縁オーバーシュート、複数のスパイクピーク又は振動するピークパワー振幅などの、レーザパルス時間パワープロファイルを変調する他の技法は、異なるリンク構造に基づいて使用されることができる。一部の用途では、レーザパルスの継続期間は、約１ｎｓと約４０ｎｓとの間である。レーザパルス時間パワープロファイルの後縁は、通常、約１０ｎｓより短い。レーザパルスのエネルギーは、好ましくは、約０．００１マイクロジュールと約１０マイクロジュールとの間である。
【００４３】
[0052]本発明の特定の実施形態に従って供給される正方形でないパルスの別の例は、図６に示すレーザパルスのセットである。集積回路（ＩＣ）作製プロセスにおける歩留まりは、基板層又はパターンのアライメント変動或いは粒子状汚染物質から生じる欠陥をもたらすことが多い。こうした用途の場合、ＩＣリンクを切断するために、従来のリンク処理システムの単一レーザパルスを使用する代わりに、それぞれ、レーザパルスエネルギーが安全範囲内にある少なくとも２つのレーザパルスのセットを使用することが有利である。本発明の一部の実施形態では、図６に示したものと同様の光パルスのセットが、レーザによって放出される。本発明の種々の実施形態によれば、光パルスのセットの継続期間は、１，０００ｎｓより短い、５００ｎｓより短い、３００ｎｓより短い又は５ｎｓ〜３００ｎｓの範囲にある。もちろん、パルス継続期間についての特定の値は、特定の用途に依存することになる。セット内の各レーザパルスのパルス幅は、一般に、約１００フェムト秒〜約３０ｎｓの範囲にある。ＩＣリンク切断用途で使用される実施形態では、セット内の各レーザパルスは、リンク構造を支持するシリコン基板についての損傷閾値より小さい、エネルギー／パルス又はピークパワー／パルスを有する。セット内の各レーザパルスの数は、下にあるパッシベーション層及び基板を元のままにしながら、最後のパルスがリンクの底部を除去するような所定の数として提供される。セットの全継続期間は、通常、１，０００ｎｓより短いため、セットは、従来のリンク切断レーザポジショニングシステムによって単一パルスであると考えられる。本発明のある実施形態によれば、レーザパルスのセットは、コンピュータにおいて適切な変調器電気波形のデジタル表現を生成し、次に、このデジタルパターンを、高速デジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器を使用してアナログ信号に変換することによって生成される。一部の実施形態では、パルスのセットは、振幅変調器を駆動するために１つの単一電気信号を使用するだけである、１つの単一光波形として扱われる。
【００４４】
[0053]一部の実施形態では、パルスのセットは、異なる形状、エネルギー又は幅のパルスを含む。たとえば、単純なセットは、図７Ａ及び７Ｂに示すように、異なるエネルギー又は幅の３つのパルスを含む。図７Ａ及び７Ｂは、異なるエネルギー及び幅の３つのパルスについての、本発明の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。この例では、図７Ｂに提示される所望の出力光波形は、５０ｍＪの総エネルギーを有する。この第１パルスは、６ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、６ｎｓの幅並びに約１０００Ｗのピークパワーを有する。第２パルスは、４ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、８ｎｓの幅並びに約５００Ｗのピークパワーを有する。第３パルスは、４０ｍＪのエネルギー、約１ｎｓの立上り及び立下り時間、５０ｎｓの幅並びに約８００Ｗのピークパワーを有する。最初の２つのパルスは、２０ｎｓで分離され、第２パルスと第３パルスは、５０ｎｓで分離される。パルス分離及び３つのパルスが異なる幅及びパワーを有することは、一般に、従来の方法で達成することが非常に難しい。この実施形態では、３つのパルスは、単一波形として扱われる。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図７Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図７Ｂは、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。
【００４５】
[0054]本発明のなお別の実施形態では、効率的なレーザ処理のための光波形が発生される。レーザパルスの形状は次に述べられる。最初にレーザエネルギーが、所定のパワーレベルＰ１で所定の期間ｔ１の間、材料表面に当てられ、それにより、処理される材料は、溶解し、気化し、気化により生じたリコイルを生成し、気化により生じたリコイルは、レーザビーム相互作用ゾーンから溶融材料を実質的に吐出することなく、生成された溶解物を相互作用ゾーンの周辺に変位させ、それにより、材料内に鍵穴を生成する。その後、さらにレーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ２で所定の期間ｔ２の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、生じた気化リコイルは、表面張力に抗するのに不十分になり、材料の溶解温度を越えて生成溶解物の温度を維持しながら、前記鍵穴の制御された圧壊が起こる。第３に、なおさらにレーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ３で所定の期間ｔ３の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、溶融材料の急速な気化が生じ、リコイルが生成され、最初の期間の間に生成された溶解物のほぼ完全な吐出が行われ、したがって、クレータを形成する。最後に、レーザエネルギーが、異なる所定のパワーレベルＰ４で所定の期間ｔ４の間、レーザビーム相互作用ゾーンに当てられ、それにより、相互作用ゾーンから吐出されなかった残りの溶解物の温度及び前記クレータの壁の近くの固体材料の温度が、材料の微小亀裂を通常生じることになる冷却レートより小さい制御されたレートで減少する。
【００４６】
[0055]図８Ａ及び８Ｂは、本発明のなお別の実施形態による振幅変調器に印加される電気波形及び出力光パルスの略図である。図８に示す実施形態が使用されてもよい用途は、上述したように材料の効率的なレーザ処理である。この例では、図８Ｂに提示される所望の出力光波形は、２０ｍＪの総エネルギーを有する。最初に、レーザエネルギーが、１７５Ｗのパワーレベルで約２０ｎｓの期間の間発生される。その後、レーザエネルギーが、８８Ｗのパワーレベルで約２５ｎｓの期間の間発生される。なおさらにレーザエネルギーが、６９０Ｗのパワーレベルで約１０ｎｓの間発生される。最後に、さらにレーザエネルギーが、８８Ｗのパワーレベルで約５５ｎｓの期間の間発生される。所望の出力光パルスを発生するために振幅変調器に印加される電気波形は図８Ａに示される。電気ドライブ信号は、１ＧＳ／ｓサンプリングレート及び１２ビット分解能を有するＤＡＣを使用して発生される。この単純な図では、変調器に１回目（第１オープニング）に印加される電気ドライブ信号だけが示される。図８Ａは、Ｖ＿ｐｉ（Ｖπ）の一部分として振幅変調器に印加される電圧を示す。一実施形態では、２回目（第２オープニング）に使用される変調器の電気ドライブ信号は長方形である。
【００４７】
[0056]一部の用途では、レーザシステムの出力は、他の波長の信号を発生するために周波数変換される。たとえば、１０６４ｎｍの信号は、当技術分野でよく知られているように、５３２ｎｍ又は３５４ｎｍ信号を発生するために、周波数２逓倍又は周波数３逓倍されることができる。周波数変換に使用されるユニットは、通常、ＬＢＯ、ＫＴＰなどのような１つ又は複数の非線形光学結晶を含む。周波数変換信号の光時間領域波形は、基本波長の信号の光時間領域波形と非線形な関係を有する。たとえば、周波数２逓倍の場合、２つの波形は、ほぼ２つの関係の累乗で関連付けられる。これは、基本周波数のパワーが２倍になる場合、２倍周波数のパワーは４倍になることを意味する。たとえば、１０６４ｎｍのピークパワーが１０ｋＷから２０ｋＷに増加する場合、５３２ｎｍのピークパワーは、全ての他のパラメータが一定として維持される場合、ほぼ１／４を乗じられることになる。５３２ｎｍのピークパワーは、こうした条件下で、２．５ｋＷから１０ｋＷになるであろう。そのため、複合光波形の周波数変換は非線形である。したがって、所与の用途について、ある周波数変換光波形が必要とされる場合、基本パルス形状は異なる波形を有することになる。この差は、振幅変調器に印加される電気ドライブ信号において考慮される必要がある。本発明の一部の実施形態によれば、振幅変調器に印加される電気ドライブ信号は、周波数変換プロセスによる光波形歪を考慮する。
【００４８】
[0057]先に説明したように、振幅変調器に印加される特定のパルス整形波形は、手近な用途に依存する。特定のパルス整形波形は、また、使用される特定の増幅器アーキテクチャに依存する。単一モードコアファイバを使用するローパワー増幅器は、多モードファイバを使用するハイパワー増幅器と同じ量のパルス整形を必ずしも必要としないであろう。同様に、増幅器チェーンが使用される場合、特定の整形波形は、各段で使用される利得及びファイバ幾何形状に依存するであろう。特定の整形波形は、また、周波数変換ユニットが有るか無いかに依存する。したがって、特定の出力光波形について、振幅変調器に印加される最適電気波形が決定されなければならない。最適電気波形を決定するために、いくつかの方法が使用される可能性がある。第１の方法は、変調器の電気ドライブ波形を光出力波形に関連付けるレーザシステムの物理モデルを開発することである。特定のシステムについて数値シミュレーションを行うことによって、最適電気ドライブ波形を決定することが可能である。本出願の発明者等は、こうしたモデルを開発した。別の手法は、最良の電気波形を決定するために、実験室でレーザシステムに関する連続的な近似を使用することにある。この手法では、第１電気波形は、振幅変調器に印加され、振幅変調器は、レーザシステムから第１光出力波形を発生する。その後、光出力波形と電気波形が比較されて、第１電気波形を修正するエラー信号を発生する。エラー信号は、たとえば、本発明の実施形態で説明されるように、電気波形を発生する高速ＤＡＣを制御するコンピュータを使用して計算されることができる。１つのこうしたエラー信号は、第１電気波形から第１光出力波形の正規化された反転を減算することによって発生されることができる。その後、このエラー信号は、第１電気波形に加算されて、第２光出力波形を発生するように変調器を駆動する第２電気波形を発生する。その後、振幅変調器を駆動する電気波形が、要求される光出力波形を発生するまで、シーケンスが繰返される。
【００４９】
[0058]本発明は、特定の実施形態及び特定の実施形態の特定の例に関して述べられたが、他の実施形態が、本発明の精神及び範囲内に入ってもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、添付の特許請求の範囲の等価物の全範囲と共に決定されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シード信号を発生するようになっているシード源と、
前記シード源に結合された第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する光サーキュレータと、
整形電気波形を生成するようになっている変調器ドライバと、
前記変調器ドライバに結合され、且つ、前記整形電気波形を受信するようになっている振幅変調器であって、前記光サーキュレータの前記第２ポートに結合された第１側面及び第２側面を特徴とする、振幅変調器と、
入力端及び反射端を特徴とする第１光増幅器であって、前記入力端は、前記振幅変調器の前記第２側面に結合される、第１光増幅器と、
前記光サーキュレータの前記第３ポートに結合された第２光増幅器と
を備える同調可能パルスレーザ源。
【請求項２】
前記整形電気波形を供給するよう構成された高速デジタル−アナログ変換器をさらに備える請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項３】
前記高速デジタル−アナログ変換器は、５００メガサンプル／秒以上のサンプリングレート及び１００ＭＨｚより広いアナログ電気帯域幅を特徴とする請求項２に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項４】
デジタルパターンを計算するよう構成されたコンピュータをさらに備える請求項２に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項５】
同調可能パルスレーザ源の出力は、光パルスのセットを含む請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項６】
前記光パルスのセットは、第１継続期間及び第１強度を特徴とする第１パルス並びに第２継続期間及び第２強度を特徴とする第２パルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項７】
前記第１継続期間は前記第２継続期間と異なり、前記第１強度は前記第２強度と異なる請求項６に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項８】
前記光パルスのセットは、第１継続期間及び第１強度を特徴とする第１パルス、第２継続期間及び第２強度を特徴とする第２パルス並びに第３継続期間及び第３強度を特徴とする第３パルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項９】
前記光パルスのセットは、同じ継続期間及び同じ強度を有する複数のパルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１０】
同調可能パルスレーザ源の出力は、パルス継続期間及び前記パルス継続期間より実質的に短いスパイク継続期間を有するパワースパイクを有する出力パルス形状を特徴とする請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１１】
前記スパイク継続期間は、前記パルス継続期間の５０％未満である請求項１０に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１２】
レーザパルスを供給する方法であって、
シード信号を供給するステップと、
前記シード信号を光サーキュレータの第１ポートに結合するステップと、
前記光サーキュレータの第２ポートから前記シード信号を出力するステップと、
第１整形電気信号を供給するステップと、
前記第１整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合するステップと、
整形光パルスを光増幅器の入力端に出力するステップと、
増幅された整形光パルスを供給するために前記整形光パルスを増幅するステップと、
第２整形電気信号を供給するステップと、
前記第２整形電気信号を前記振幅変調器の前記電気ポートに結合するステップと、
前記光サーキュレータの前記第２ポートにおいて再整形光パルスを受信するステップと、
前記光サーキュレータの第３ポートにおいて前記再整形光パルスを出力するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第１整形電気信号は、前記第２整形電気信号と異なる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記再整形光パルスは、実質的に正方形の形状を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記再整形光パルスは、時間の関数としての強度の増加を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記再整形光パルスは、時間の関数としての強度の減少を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
高速デジタル−アナログ変換器は、前記第１整形電気信号及び第２整形電気信号を発生するのに使用され、前記高速デジタル−アナログ変換器は、５００メガサンプル／秒以上のサンプリングレート及び１００ＭＨｚより広いアナログ電気帯域幅を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記整形光パルスを増幅するステップは、２パス増幅器を使用して実施される請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記増幅された整形光パルスは、パルス継続期間及び前記パルス継続期間より実質的に短いスパイク継続期間を有するパワースパイクを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記スパイク継続期間は、前記パルス継続期間の５０％未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項１】
シード信号を発生するようになっているシード源と、
前記シード源に結合された第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有する光サーキュレータと、
整形電気波形を生成するようになっている変調器ドライバと、
前記変調器ドライバに結合され、且つ、前記整形電気波形を受信するようになっている振幅変調器であって、前記光サーキュレータの前記第２ポートに結合された第１側面及び第２側面を特徴とする、振幅変調器と、
入力端及び反射端を特徴とする第１光増幅器であって、前記入力端は、前記振幅変調器の前記第２側面に結合される、第１光増幅器と、
前記光サーキュレータの前記第３ポートに結合された第２光増幅器と
を備える同調可能パルスレーザ源。
【請求項２】
前記整形電気波形を供給するよう構成された高速デジタル−アナログ変換器をさらに備える請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項３】
前記高速デジタル−アナログ変換器は、５００メガサンプル／秒以上のサンプリングレート及び１００ＭＨｚより広いアナログ電気帯域幅を特徴とする請求項２に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項４】
デジタルパターンを計算するよう構成されたコンピュータをさらに備える請求項２に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項５】
同調可能パルスレーザ源の出力は、光パルスのセットを含む請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項６】
前記光パルスのセットは、第１継続期間及び第１強度を特徴とする第１パルス並びに第２継続期間及び第２強度を特徴とする第２パルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項７】
前記第１継続期間は前記第２継続期間と異なり、前記第１強度は前記第２強度と異なる請求項６に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項８】
前記光パルスのセットは、第１継続期間及び第１強度を特徴とする第１パルス、第２継続期間及び第２強度を特徴とする第２パルス並びに第３継続期間及び第３強度を特徴とする第３パルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項９】
前記光パルスのセットは、同じ継続期間及び同じ強度を有する複数のパルスを含む請求項５に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１０】
同調可能パルスレーザ源の出力は、パルス継続期間及び前記パルス継続期間より実質的に短いスパイク継続期間を有するパワースパイクを有する出力パルス形状を特徴とする請求項１に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１１】
前記スパイク継続期間は、前記パルス継続期間の５０％未満である請求項１０に記載の同調可能パルスレーザ源。
【請求項１２】
レーザパルスを供給する方法であって、
シード信号を供給するステップと、
前記シード信号を光サーキュレータの第１ポートに結合するステップと、
前記光サーキュレータの第２ポートから前記シード信号を出力するステップと、
第１整形電気信号を供給するステップと、
前記第１整形電気信号を振幅変調器の電気ポートに結合するステップと、
整形光パルスを光増幅器の入力端に出力するステップと、
増幅された整形光パルスを供給するために前記整形光パルスを増幅するステップと、
第２整形電気信号を供給するステップと、
前記第２整形電気信号を前記振幅変調器の前記電気ポートに結合するステップと、
前記光サーキュレータの前記第２ポートにおいて再整形光パルスを受信するステップと、
前記光サーキュレータの第３ポートにおいて前記再整形光パルスを出力するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第１整形電気信号は、前記第２整形電気信号と異なる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記再整形光パルスは、実質的に正方形の形状を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記再整形光パルスは、時間の関数としての強度の増加を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記再整形光パルスは、時間の関数としての強度の減少を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
高速デジタル−アナログ変換器は、前記第１整形電気信号及び第２整形電気信号を発生するのに使用され、前記高速デジタル−アナログ変換器は、５００メガサンプル／秒以上のサンプリングレート及び１００ＭＨｚより広いアナログ電気帯域幅を特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記整形光パルスを増幅するステップは、２パス増幅器を使用して実施される請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記増幅された整形光パルスは、パルス継続期間及び前記パルス継続期間より実質的に短いスパイク継続期間を有するパワースパイクを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記スパイク継続期間は、前記パルス継続期間の５０％未満である請求項１９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５０５２４２（Ｐ２０１０−５０５２４２Ａ）
【公表日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２９４８０（Ｐ２００９−５２９４８０）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００７／００１７４４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３７０８７
【国際公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（５０８３１１９６１）パイロフォトニクス レーザーズ インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００７／００１７４４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３７０８７
【国際公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（５０８３１１９６１）パイロフォトニクス レーザーズ インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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