相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

無(wú)。

本公開涉及激光系統(tǒng)以及操作激光系統(tǒng)的方法。更具體地說，本公開涉及用于調(diào)諧激光輸出功率的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或更多個(gè)激光二極管的集合，要么作為輸出激光輻射的直接源，要么作為用于二極管泵浦激光器(例如光纖激光器、碟形激光器、板條激光器、棒激光器、二極管泵浦固態(tài)激光器、拉曼激光器、布里淵激光器、光參量激光器或堿蒸氣激光器)的泵浦。

很多激光應(yīng)用需要從近于零的功率上至最大功率的可調(diào)諧激光輸出功率。在材料處理應(yīng)用中，例如，對(duì)準(zhǔn)或預(yù)處理或后處理步驟可能需要低功率電平，而高功率電平可以用于實(shí)際處理步驟(例如切割、焊接、鉆探或刻劃)。作為第二示例，在目的在于激光處理寬范圍的材料類型或厚度的柔性機(jī)器中，特定應(yīng)用可能需要比其它應(yīng)用顯著更低的功率。迄今，這些應(yīng)用中所使用的多數(shù)激光器通過改變零至最大功率所需的電流之間的施加到激光二極管的電流來提供這種功率調(diào)諧，相等的電流施加到每個(gè)二極管。

然而，生成激光功率的激光二極管可能在高功率范圍內(nèi)操作得最佳，因此在高功率范圍內(nèi)操作激光二極管可能是優(yōu)選的。在這些情形中，可能并不可能或并不期望按從低功率跨越到最大功率的單獨(dú)功率來操作激光二極管。

在已知的功率調(diào)諧方法中，按恒定完全功率操作激光系統(tǒng)，并且使用下游的可變衰減器或調(diào)制器以衰減激光系統(tǒng)的輸出。然而，這些衰減器或調(diào)制器在興趣功率電平或操作波長(zhǎng)處可能并非可用的或可靠的，并且如果可用，則可能對(duì)系統(tǒng)添加顯著成本。此外，以此方式所實(shí)現(xiàn)的完全功率到較低功率電平的衰減或調(diào)制浪費(fèi)能量。

相應(yīng)地，需要一種用于以能量高效方式提供寬功率調(diào)諧的低成本的可靠技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種激光系統(tǒng)以及一種用于控制所述激光系統(tǒng)的功率控制方法，在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光系統(tǒng)包括：二極管組，被配置為輸出激光波束，所述二極管組中的每一個(gè)包括激光二極管，并且所述二極管組包括第一二極管組和其它二極管組；電流控制器，被配置為接收與所述二極管組中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流控制信號(hào)，并且基于此而使得電流能夠流到所述二極管組；以及控制單元，被配置為接收所請(qǐng)求的功率的指示，并且基于此而生成所述電流控制信號(hào)，所述電流控制信號(hào)包括：第一電流控制信號(hào)，用于控制所述第一二極管組以輸出第一功率；以及其它電流控制信號(hào)，用于控制所述二極管組中的所述其它二極管組以輸出其它功率，所述第一功率與所述其它功率中的至少一個(gè)不同。

在該實(shí)施例的變形中，所述控制單元進(jìn)一步被配置為僅在受限功率范圍內(nèi)操作所述二極管組中的二極管組，所述受限功率范圍包括所述激光二極管之一的標(biāo)稱功率。在該實(shí)施例的一個(gè)方面中，所述控制單元進(jìn)一步被配置為在波長(zhǎng)鎖定模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)操作在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中，其中，所述激光二極管僅在所述受限功率范圍中可靠地鎖定。在該實(shí)施例的另一方面中，所述控制單元進(jìn)一步被配置為在波長(zhǎng)受控模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)操作在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中，因此生成與在所述受限功率范圍之外操作所述激光二極管相比更窄的發(fā)射帶，所述更窄的發(fā)射帶與所述受限功率范圍對(duì)應(yīng)。在該實(shí)施例的另一方面中，所述控制單元進(jìn)一步被配置為在高亮度模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中可靠地生成高亮度輸出，其中，在高亮度模式下進(jìn)行操作包括：僅在所述受限功率范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在該實(shí)施例的又一方面中，所述控制單元進(jìn)一步被配置為在短脈泵模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中在所指定的脈沖參數(shù)內(nèi)可靠地脈泵，其中，在短脈泵模式下進(jìn)行操作包括：僅在所述受限功率范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在該實(shí)施例的再一方面中，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中之內(nèi)以高電光效率進(jìn)行操作，所述控制單元進(jìn)一步被配置為僅在所述受限功率范圍內(nèi)操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，提供用于包括二極管組中所布置的激光二極管的激光系統(tǒng)的功率控制方法，每個(gè)二極管組包括所述激光二極管中的至少一個(gè)并且具有最大功率，并且所述方法包括：操作所述二極管組中的第一二極管組，以輸出第一功率；以及同時(shí)操作所述二極管組中的其它二極管組，以輸出其它功率，所述其它功率中的至少一個(gè)與所述第一功率不同。

在該實(shí)施例的變形中，所述功率控制方法還包括：在受限功率范圍中操作所述二極管組中的二極管組的激光二極管，所述受限功率范圍包括所述激光二極管之一的標(biāo)稱功率。在該實(shí)施例的一個(gè)方面中，所述方法包括：在波長(zhǎng)鎖定模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)操作在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中，其中，所述激光二極管僅在所述受限功率范圍中可靠地鎖定。在該實(shí)施例的另一方面中，所述方法包括：在波長(zhǎng)受控模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)操作在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中，因此生成與在所述受限功率范圍之外操作所述激光二極管相比更窄的發(fā)射帶，所述更窄的發(fā)射帶與所述受限功率范圍對(duì)應(yīng)。在該實(shí)施例的另一方面中，所述方法包括：在高亮度模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中可靠地生成高亮度輸出，其中，在高亮度模式下進(jìn)行操作包括：僅在所述受限功率范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在該實(shí)施例的又一方面中，所述方法包括：在短脈泵模式下操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中在所指定的脈沖參數(shù)內(nèi)可靠地脈泵，其中，在短脈泵模式下進(jìn)行操作包括：僅在所述受限功率范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在該實(shí)施例的再一方面中，其中，所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)僅在包括所述激光二極管的標(biāo)稱功率的所述激光二極管的受限功率范圍中內(nèi)以高電光效率進(jìn)行操作，所述方法還包括：僅在所述受限功率范圍內(nèi)操作所述二極管組中的所述其它二極管組的激光二極管中的每一個(gè)。

附圖說明

參照附圖，現(xiàn)將參照附圖僅通過示例的方式描述本公開的實(shí)施例，其中：

圖1是包括激光系統(tǒng)的激光加工裝置的框圖；

圖2是描述圖1的激光系統(tǒng)的二極管組的組件的示意圖；

圖3是描述激光系統(tǒng)的另一實(shí)施例的組件的框圖；

圖4是描述激光系統(tǒng)的另一實(shí)施例的組件的框圖；

圖5是描述功率調(diào)諧方法的另一實(shí)施例的圖線；以及

圖6是描述本公開中所闡述的功率調(diào)諧方法的另一實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下所描述的實(shí)施例僅為示例，而非意圖將本發(fā)明限制為所公開的精確形式。另外，關(guān)于描述而選擇實(shí)施例，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。

在此提供一種激光系統(tǒng)以及一種操作所述激光系統(tǒng)的方法。激光系統(tǒng)包括激光二極管組。每個(gè)組包括至少一個(gè)激光二極管，并且可以包括串聯(lián)的多個(gè)激光二極管。在激光系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，控制單元單獨(dú)控制進(jìn)入組中的每一個(gè)的電流流量，以調(diào)諧激光系統(tǒng)的輸出功率。在一個(gè)變形中，組中的至少一個(gè)受控，以生成零輸出功率，以減少激光系統(tǒng)的輸出功率。在另一變形中，組并非是單獨(dú)地可調(diào)諧的，并且成群組地受控，其中，群組成員均生成預(yù)定輸出功率(輸出功率單獨(dú)對(duì)于每個(gè)組是預(yù)定的)，以提供分立式功率調(diào)諧。在另一變形中，在受限輸出功率范圍上單獨(dú)地調(diào)諧組。在一個(gè)示例中，組之一在寬輸出功率范圍上是功率可調(diào)諧的，并且其它組在受限輸出功率范圍上是功率可調(diào)諧的。在另一示例中，組之一具有比其它組更大的輸出功率容量。在另一示例中，組之一具有比其它組更小的輸出功率容量。

如在此所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”指代二極管組的輸出狀態(tài)。二極管組可以通過將大于或等于激光發(fā)射所需的閾值電流的電流施加到二極管組而得以導(dǎo)通，并且當(dāng)導(dǎo)通時(shí)具有大于零的輸出功率。反之，即使電流提供給二極管組，如果電流小于激光發(fā)射所需的閾值電流，則二極管組也可能關(guān)斷，并且當(dāng)關(guān)斷時(shí)具有實(shí)質(zhì)上等于零的輸出功率。

如在此所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“調(diào)諧”指代調(diào)節(jié)二極管組或激光系統(tǒng)的輸出功率?！翱烧{(diào)諧”二極管組可以關(guān)斷，或當(dāng)導(dǎo)通時(shí)按其調(diào)諧范圍內(nèi)的輸出功率進(jìn)行操作。調(diào)諧范圍可以是受限的或窄的?！安豢烧{(diào)諧”二極管組可以關(guān)斷或?qū)?，并且?dāng)導(dǎo)通時(shí)可以操作為生成預(yù)定的固定輸出功率。預(yù)定輸出功率可以是標(biāo)稱輸出功率、優(yōu)化輸出功率、最大輸出功率或任何其它預(yù)定輸出功率。通過操作不可調(diào)諧組、可調(diào)諧組及其組合，在此所提供的激光系統(tǒng)可以是可調(diào)諧的。

在工業(yè)材料處理應(yīng)用(例如片材金屬切割和焊接)中，期望保持處理的每單位長(zhǎng)度的恒定能量。在這些運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，取決于切割物/焊接物的形狀，切割/焊接頭必須加速并且減慢。甚至在直線切割中，頭速度將服從梯形曲線——加速上至某最大切割速度并且然后在結(jié)束時(shí)減速。為了保持每單位長(zhǎng)度的恒定能量，當(dāng)頭正以小于完全速度移動(dòng)時(shí)，激光器的輸出功率必須小于完全功率。例如，平均功率可以與頭速度成正比。脈泵操作和減少的瞬時(shí)/峰值功率的組合可以用于調(diào)諧與切割/焊接頭速度有關(guān)的輸出功率，例如，以在控制與頭速度有關(guān)的脈沖速率的同時(shí)通過每個(gè)脈沖傳送相等量的能量。因此，甚至當(dāng)按恒定或受限范圍輸出功率操作二極管組時(shí)，在各個(gè)控制參數(shù)可以可用于根據(jù)期望調(diào)諧輸出功率的同時(shí)，輸出功率的動(dòng)態(tài)控制是期望的。

圖1是適合于工業(yè)材料處理應(yīng)用的激光加工系統(tǒng)10的框圖，并且可以包括在此所闡述的并且根據(jù)本發(fā)明的激光系統(tǒng)的實(shí)施例。激光加工系統(tǒng)10包括激光系統(tǒng)12，具有工作頭14，其傳送激光波束16以加工工件18。工作頭14安裝在編程為將激光波束16定向在期望的圖案(例如切割或雕刻圖案)上的x-y機(jī)架(未示出)上。激光系統(tǒng)12包括多個(gè)二極管組20，二極管組20中的每一個(gè)將激光波束22提供給波束組合器24。圖2描述示例二極管組20。波束組合器24以本領(lǐng)域公知的或未來開發(fā)的任何方式組合波束，并且將所組合的波束26輸出到工作頭14。每個(gè)激光波束22具有控制單元30所調(diào)節(jié)的輸出功率。在一個(gè)示例中，控制單元30將電源32所提供的功率調(diào)節(jié)為進(jìn)入多個(gè)二極管組20的多個(gè)電流流量，每個(gè)電流流量單獨(dú)地受控于控制單元30，以使得二極管組20經(jīng)由激光波束22產(chǎn)生期望的輸出功率?？梢蕴峁├鋮s系統(tǒng)34，以使得冷卻液體循環(huán)通過二極管組20，以將它們的溫度保持在期望的范圍內(nèi)。以下參照?qǐng)D4描述根據(jù)本發(fā)明的示例控制單元。

根據(jù)本發(fā)明的適合于工業(yè)材料處理應(yīng)用的激光系統(tǒng)的一個(gè)特定示例包括單發(fā)射器芯片上的多模邊沿發(fā)射器，均產(chǎn)生上至大約10w輸出功率。在該示例中，十四個(gè)這樣的單發(fā)射器安裝在每個(gè)封裝中，串聯(lián)地焊接，其中，大約140w的輸出耦合到一根輸出光纖中。每個(gè)組包括串聯(lián)地焊接的三個(gè)二極管封裝或模塊。在每二極管大約1.8v的典型二極管壓降的情況下，每個(gè)封裝具有大約25v的總壓降，并且因此，每個(gè)組按大約75v進(jìn)行操作。并聯(lián)地焊接的五個(gè)單獨(dú)可控制的組可以用在系統(tǒng)中，提供總共十五個(gè)140w封裝，以用于2.1kw的總共可用的激光二極管功率。十五根輸出光纖可以耦合到通向工件的一根更大的功率傳送光纖中或光纖激光器的泵浦輸入端口中。

適合于在此所公開的實(shí)施例中使用的示例激光二極管包括單橫模或多模的二極管類型和封裝類型(例如邊沿發(fā)射器或垂直腔表面發(fā)射激光器(vcsel))的任何各種組合。二極管芯片可以包括每半導(dǎo)體芯片一個(gè)發(fā)射器(單發(fā)射器芯片)或每芯片多個(gè)發(fā)射器(例如二極管條、vcsel陣列)。芯片可以在一個(gè)封裝內(nèi)部封裝有一個(gè)或多個(gè)單發(fā)射器芯片或在一個(gè)封裝內(nèi)部封裝有一個(gè)或多個(gè)多發(fā)射器芯片。從二極管封裝或組輸出的激光可以在光纖中傳送或作為自由空間波束傳送。

為了生成二極管組的激光輸出，組合二極管組內(nèi)的芯片輸出。從高功率單發(fā)射器發(fā)射的光典型地是高度不對(duì)稱的，產(chǎn)生長(zhǎng)的并且薄的發(fā)射孔徑。這些激光器所發(fā)射的光波束在(與主p/n結(jié)垂直的)其“快軸”上具有比在(與有源層平行的)其“慢軸”上遠(yuǎn)更高的亮度。光纖通常具有實(shí)質(zhì)上圓形或多邊形截面以及實(shí)質(zhì)上對(duì)稱的接受角度。為了獲得最高亮度，來自多個(gè)單發(fā)射器二極管激光器的光波束耦合到在其快軸方向上堆疊的單根光纖中。例如，通過在快軸方向上堆疊單獨(dú)激光波束，在慢軸上具有100微米(μm)孔徑寬度的3-10個(gè)單獨(dú)激光發(fā)射器的陣列可以耦合到具有105μm直徑和0.15na(數(shù)值孔徑)的光纖中。

由于激光二極管發(fā)射典型地是偏振式的，因此偏振波束組合可以用于將兩個(gè)單發(fā)射器陣列所發(fā)射的光耦合到單根光纖中，由此使得輸出波束的功率和亮度加倍。這種激光波束組合的一個(gè)示例包括通過所堆疊的來自兩個(gè)激光器陣列的波束的偏振復(fù)用來對(duì)相等偏振的激光波束二者進(jìn)行空間堆疊。在一個(gè)示例中，兩行激光二極管位于上部等級(jí)上，并且兩行準(zhǔn)直透鏡位于中間等級(jí)上。光波束受透鏡準(zhǔn)直，并且然后受位于下部等級(jí)上的兩行垂直間隔棱鏡反射，以形成兩個(gè)垂直堆疊的波束，這是使用偏振波束組合器(pbc)和半波板所組合的偏振。

在另一示例中，第一行和第二行激光二極管按其之間具有橫向間隔的交錯(cuò)式布置得以部署。該示例描述于2013年4月23日發(fā)布的美國(guó)專利no.8,427,749中的附加細(xì)節(jié)中，其通過其完整引用合并到此，并且參照?qǐng)D2中的二極管組20得以進(jìn)一步描述。

現(xiàn)參照?qǐng)D2，示例二極管組20包括多個(gè)二極管激光子系統(tǒng)40a-f，均包括二極管激光器42、快軸準(zhǔn)直器46、慢軸準(zhǔn)直器48以及轉(zhuǎn)向反射器50。二極管激光子系統(tǒng)40a-c生成在公共平面a上垂直對(duì)準(zhǔn)的并且垂直地交錯(cuò)的平行波束，從而來自一個(gè)子系統(tǒng)的波束不橫穿公共平面上對(duì)準(zhǔn)的其它子系統(tǒng)的光學(xué)分量。在公共垂直平面b上相似地布置并且對(duì)準(zhǔn)二極管激光子系統(tǒng)40d-f。二極管組20還包括被布置為將來自子系統(tǒng)的激光波束組合為由輸出光纖68傳送的激光波束22的光器件元件。示例光器件元件包括偏振轉(zhuǎn)換器60、折疊鏡62、偏振波束組合器64以及耦合光器件68。

在激光系統(tǒng)以及用于控制激光系統(tǒng)的功率控制方法的另一實(shí)施例中，激光系統(tǒng)包括被配置為輸出激光波束的二極管組，二極管組中的每一個(gè)包括激光二極管，并且二極管組包括第一二極管組和其它二極管組。激光系統(tǒng)還包括控制單元，被配置為接收所請(qǐng)求的功率的指示，并且基于此而生成電流控制信號(hào)，電流控制信號(hào)被配置為控制處于第一功率的第一二極管組以及處于其它功率的其它二極管組，第一功率與所述其它功率中的至少一個(gè)不同。接收所請(qǐng)求的功率的指示包括：以本領(lǐng)域公知的任何方式接收包括期望的輸出功率的值的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。基于此而生成電流控制信號(hào)包括：選擇待由二極管組中的一個(gè)或多個(gè)輸出的所請(qǐng)求的功率的量。以下描述選擇二極管組以及待由它們中的每一個(gè)輸出的功率的若干方式。在一個(gè)示例中，控制邏輯編程為選擇最大功率超過所請(qǐng)求的功率的最少數(shù)量的二極管組。因此，如果每個(gè)組具有120瓦特的最大容量，并且需要580瓦特，則控制邏輯選擇5個(gè)組。如果各組被配置為僅按一個(gè)功率電平(例如最大功率)進(jìn)行操作，則控制邏輯可以操作所有5個(gè)組以輸出600瓦特。如果組中的每一個(gè)可以操作在例如從它們的最大功率的70％到100％可調(diào)諧的受限功率范圍中，則控制邏輯可以按116瓦特操作5個(gè)組中的每一個(gè)，因此在相等地加載每個(gè)組的同時(shí)滿足要求。如果多數(shù)組被配置為僅按一個(gè)功率電平進(jìn)行操作，并且至少一個(gè)組在其最大范圍的至少50％上是可調(diào)諧的，則控制邏輯可以按最大功率操作4個(gè)組，并且按100瓦特操作可調(diào)諧組，因此滿足要求。在一些實(shí)施例中，當(dāng)少于所有的組受操作時(shí)，通過跟蹤使用情況并且每次使用激光系統(tǒng)就選擇具有比其它組更少的導(dǎo)通時(shí)間的組，選擇操作減少組中的每一個(gè)的使用壽命或?qū)〞r(shí)間方面失衡，因此增強(qiáng)激光系統(tǒng)的壽命。激光系統(tǒng)中可以包括可以取決于如何配置激光系統(tǒng)而使用的各種邏輯例程。配置文件可以包括于控制單元中，并且當(dāng)選擇激光系統(tǒng)的模塊化單元時(shí)或當(dāng)選擇應(yīng)用激光系統(tǒng)時(shí)受修改。配置文件可以規(guī)定用于二極管組的調(diào)諧范圍、最大功率以及以下所描述的任何其它配置或調(diào)諧參數(shù)。

在功率控制方法的實(shí)施例中，所述方法包括：操作所述二極管組中的第一二極管組，以輸出第一功率；以及同時(shí)操作所述二極管組中的其它二極管組，以輸出其它功率，所述其它功率中的至少一個(gè)與所述第一功率不同。如上所述，第一二極管組可以是可調(diào)諧的，而其它二極管組(它們中的至少一些)可以是按單個(gè)功率輸出可操作的。在另一示例中，第一二極管組在寬功率范圍上是可調(diào)諧的，而其它二極管組中的至少一些在受限范圍上是可調(diào)諧的。在另一示例中，二極管組按單個(gè)輸出功率是可操作的，但它們之一具有比其它二極管組更小的最大功率，因此使用在單個(gè)輸出功率的情況下或在受限輸出功率范圍的情況下可操作的二極管組來改進(jìn)激光系統(tǒng)的可調(diào)諧性?，F(xiàn)將參照?qǐng)D3-圖6描述前面段落和其它段落中所概述的實(shí)施例的變形。

圖3和圖4是描述激光系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例的框圖。參照?qǐng)D3，激光系統(tǒng)150包括電源152、控制單元160和五個(gè)電流控制器176。所請(qǐng)求的功率的指示經(jīng)由信號(hào)傳導(dǎo)部155發(fā)送到控制單元160。如在此所使用的那樣，“所請(qǐng)求的功率”指代待由激光系統(tǒng)150輸出的功率的量或電平。雖然在五個(gè)電流控制器和五個(gè)二極管組的上下文中描述該實(shí)施例，但應(yīng)理解，取決于電流控制器和二極管組的容量以及激光系統(tǒng)的期望容量，可以使用更多或更少的電流控制器和二極管組。電流控制器176中的每一個(gè)通過功率傳導(dǎo)部154電耦合到電源152，并且通過信號(hào)傳導(dǎo)部158a-e之一電耦合到控制單元160。參照?qǐng)D4詳細(xì)描述示例控制單元160。每個(gè)電流控制器176使得電流能夠流到二極管組178，從而二極管組178輸出控制單元160所確定的并且經(jīng)由信號(hào)傳導(dǎo)部158作為用于電流控制器176的電流控制信號(hào)所發(fā)送的功率的量。因此，每個(gè)二極管組178可以輸出控制單元160所確定的與二極管組178中的任何其它二極管組相同或不同的功率的量。每個(gè)二極管組178包括對(duì)激光二極管輸出到傳送光纖180a-e的輻射進(jìn)行引導(dǎo)、成形以及鞏固的耦合光器件。參照?qǐng)D2公開了示例性耦合光器件。傳送光纖180a-e將二極管組178中的每一個(gè)連接到波束組合器182，其中，波束組合為輸出光纖188所傳送的系統(tǒng)波束。示例性電流控制器包括具有反饋組件的電流源，被配置為基于經(jīng)由信號(hào)傳導(dǎo)部所發(fā)送的電流控制信號(hào)而保持恒定的電流輸出。在該實(shí)施例中，每個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)部158a-e將電流控制信號(hào)提供給不同的二極管組。激光系統(tǒng)的輸出功率是二極管組的各輸出功率之和。

參照?qǐng)D4，激光系統(tǒng)150’運(yùn)作為激光系統(tǒng)150，并且按模塊化單元170a-e得以布置，每個(gè)模塊化單元包括電源172、電流控制器176以及二極管組178?？刂茊卧?60確定待由模塊化單元170a-e中的每一個(gè)輸出的功率電平。在一個(gè)示例中，模塊化單元170a-e中的每一個(gè)包括十四個(gè)單發(fā)射器二極管。雖然本公開指代五個(gè)模塊化單元，但二極管組中的模塊化單元和激光二極管的數(shù)量可以變化，以實(shí)現(xiàn)期望的功率電平。因此，系統(tǒng)150’是可容易地分級(jí)的。在該實(shí)施例的一個(gè)變形中，激光系統(tǒng)150’包括10至30個(gè)之間的模塊化單元。

波束組合器182可以包括被布置為以本領(lǐng)域公知的各種技術(shù)來組合波束的光學(xué)元件。一種技術(shù)包括空間波束組合。先前參照?qǐng)D2提出了使用自由空間光器件以組合波束的示例空間波束組合技術(shù)。另一示例空間波束組合技術(shù)可以使用熔接式光纖組合器。又一技術(shù)包括使用例如短脈泵式二極管和快速光開關(guān)的時(shí)間組合。也可以通過組合來應(yīng)用前述技術(shù)以及在此所描述的任何其它技術(shù)。例如，圖2描述包括偏振組合的空間波束組合。再一技術(shù)包括波長(zhǎng)組合(又稱為波分復(fù)用)，其中，例如，模塊化單元170a-e可以可能地在波長(zhǎng)鎖定操作或波長(zhǎng)受控操作中操作在不同的波長(zhǎng)處，并且衍射光柵或薄膜光纖陣列可以用于組合不同的波長(zhǎng)。在兩個(gè)或更多個(gè)源受波長(zhǎng)復(fù)用的情況下，將通過每個(gè)源的輸出有多少處于期望的波長(zhǎng)帶中來確定耦合效率。因此，復(fù)用器的所組合的輸出功率將是不僅每個(gè)源輸出功率的函數(shù)，而且還是耦合效率的函數(shù)，并且因此直接取決于每個(gè)源的譜特性。如果每個(gè)源的譜特性例如歸因于自身加熱而導(dǎo)致作為時(shí)間的函數(shù)而改變，則所組合的輸出功率將展現(xiàn)時(shí)間特性。普通贗像將是歸因于穩(wěn)定每個(gè)源的譜特性所需的時(shí)間而導(dǎo)致的所組合的光學(xué)輸出功率上升時(shí)間方面的增加。

用于源實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)穩(wěn)定性的時(shí)間將取決于其受操作得有多接近其標(biāo)稱輸出功率。例如，在波長(zhǎng)鎖定的二極管激光器的情況下，如果激光二極管按其優(yōu)化/標(biāo)稱功率的100％操作，則波長(zhǎng)將比如果其按其優(yōu)化/標(biāo)稱輸出功率的50％操作更快地鎖定。因此，具有按源的標(biāo)稱輸出功率的100％操作的n個(gè)源的系統(tǒng)中的源(例如發(fā)射器或激光二極管)將比具有按源的標(biāo)稱輸出功率的50％操作的2*n個(gè)源的不同系統(tǒng)中的源更快地波長(zhǎng)鎖定。在全都另外相等的情況下，具有n個(gè)源的系統(tǒng)將展現(xiàn)所組合的輸出功率的較短上升時(shí)間。在激光受調(diào)制的系統(tǒng)中，緩慢波長(zhǎng)鎖定的上升時(shí)間影響可能是在激光可以多快地受調(diào)制方面的限制因素。因此，將操作功率限制為接近優(yōu)化/標(biāo)稱輸出功率的范圍將產(chǎn)生更高的可能調(diào)制速率。在一個(gè)實(shí)施例中，在寬范圍(例如從二極管組的最大功率的0％到100％)上所調(diào)諧的二極管組實(shí)現(xiàn)大于(即，慢于)80微秒的上升時(shí)間。通過在包括二極管組的最大功率的70％至100％的受限范圍中調(diào)諧二極管組，上升時(shí)間可以減少到40微秒或更小，提供強(qiáng)波長(zhǎng)鎖定，至少50％的改進(jìn)。取決于調(diào)制頻率，40微秒的改進(jìn)可以轉(zhuǎn)譯為輸出功率的1-5％增加。更優(yōu)選地，在仍保持調(diào)諧能力的同時(shí)，該范圍可以進(jìn)一步受限，以實(shí)現(xiàn)25微秒或更少的上升時(shí)間。當(dāng)然，通過特定二極管組可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際上升時(shí)間和調(diào)諧范圍將受其它變量(包括激光系統(tǒng)的溫度)影響。

在一些實(shí)施例中，受調(diào)制的激光系統(tǒng)包括溫度控制特征，以控制激光二極管的溫度。二極管組可以包括液冷式冷卻板，其上安裝二極管激光器。工作液體通常按預(yù)定恒定流速和當(dāng)激光二極管受操作以生成連續(xù)波時(shí)足以保持激光二極管的期望溫度(例如30℃)的溫度流動(dòng)通過冷卻板。當(dāng)激光系統(tǒng)的調(diào)制頻率或占空周期減少時(shí)，激光二極管所生成的熱量降低。如果保持預(yù)定流速和溫度，則將提取比所生成的更多的熱量，使得溫度下降得小于期望溫度。此外，當(dāng)將激光二極管調(diào)制得小于100％占空周期時(shí)，可能期望保持較高的期望溫度(例如40℃)。示例溫度控制特征包括電阻性元件，具有反饋傳感器，其將反饋提供給構(gòu)造為將二極管組的溫度保持在期望等級(jí)的溫度控制邏輯。電阻性元件可以包括阻性層、陶瓷電阻器或任何其它已知的電阻性元件。溫度控制邏輯可以包括將調(diào)制頻率與使得二極管組的溫度上升到期望溫度(其作為調(diào)制頻率的函數(shù)可以是可變的)所需的加熱的量進(jìn)行相關(guān)的表?？梢园唇?jīng)驗(yàn)或通過能量平衡模型來確定相關(guān)性。一旦設(shè)置調(diào)制頻率，就將所相關(guān)的電流的量提供給電阻性元件，以加熱冷卻板。

另一示例溫度控制特征包括流量控制和溫度控制邏輯，構(gòu)造為將作為調(diào)制頻率的函數(shù)的二極管組的溫度保持在期望等級(jí)。一旦設(shè)置調(diào)制頻率，溫度控制邏輯就減少工作液體的流速，以增加冷卻板的溫度，并且反之亦然?？梢允褂每勺兞髁块y來減少流量，以使得一些工作液體偏轉(zhuǎn)離開冷卻板?？梢酝ㄟ^控制泵浦通過冷卻板的工作液體的泵浦的占空周期或速度來替代地減少流量。在另一變形中，可以通過增加被配置為冷卻流動(dòng)到二極管組中的每一個(gè)的工作液體的激冷器的設(shè)置點(diǎn)溫度而在系統(tǒng)級(jí)增加工作液體的溫度。

在一些實(shí)施例中，可以提供反饋傳感器184，以感測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并且經(jīng)由反饋傳導(dǎo)部186將其發(fā)送到控制單元160?？刂七壿?62包括閉環(huán)反饋部分，以比較所預(yù)測(cè)的系統(tǒng)參數(shù)的值和所感測(cè)的系統(tǒng)參數(shù)，并且根據(jù)反饋參數(shù)(例如比例參數(shù)、積分參數(shù)和/或微分參數(shù))來調(diào)整電流電平以補(bǔ)償差異。示例系統(tǒng)參數(shù)包括波束強(qiáng)度、溫度、功率和電流?？梢栽诿總€(gè)電流控制器的輸出處測(cè)量電流。

控制單元160包括構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)在此所描述的控制方法的控制邏輯。在此所使用的術(shù)語(yǔ)“邏輯”包括在一個(gè)或多個(gè)可編程處理器、專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、數(shù)字信號(hào)處理器、硬引線邏輯或其組合上執(zhí)行的軟件和/或固件。因此，根據(jù)實(shí)施例，各個(gè)邏輯可以通過任何適當(dāng)?shù)姆绞降靡詫?shí)現(xiàn)，并且將根據(jù)在此所公開的實(shí)施例保存。在一個(gè)變形中，控制單元160包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)，被配置為輸出與數(shù)字值對(duì)應(yīng)的模擬控制信號(hào)。控制單元160還包括描述地址與電流電平之間的關(guān)系的嵌入式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)查找表164a-e。每個(gè)表與一個(gè)dac對(duì)應(yīng)。每個(gè)地址與輸出功率電平對(duì)應(yīng)。因此，對(duì)于所給定的所需功率，地址的選擇標(biāo)識(shí)用于每一dac的對(duì)應(yīng)電流電平。以此方式，(所輸入的或所要求的功率范圍上的)每個(gè)單獨(dú)組的電流簡(jiǎn)檔是無(wú)限靈活的，使得能夠根據(jù)任何期望的控制算法或邏輯(包括在此所描述的控制算法或邏輯)進(jìn)行操作。表可以由用戶手動(dòng)地填寫，或使用基于固件和/或可編程邏輯的程序自動(dòng)地填寫。由于dac的刷新率遠(yuǎn)快于電流調(diào)節(jié)器電路的固有上升/下降時(shí)間，因此除非出于光學(xué)原因，否則無(wú)需在連續(xù)波(cw)操作與脈泵/調(diào)制操作之間區(qū)分或使用不同算法。操作電流將簡(jiǎn)單地在調(diào)節(jié)器電路的上升/下降能力內(nèi)“跟蹤”所請(qǐng)求的功率信號(hào)(即，跟隨它們的各個(gè)編程簡(jiǎn)檔)?？梢酝ㄟ^在所請(qǐng)求的功率信號(hào)或反饋信號(hào)上提供死區(qū)以減少電流變化來增加穩(wěn)定性。死區(qū)可以是用戶可編程的，以用于增加的靈活性，由此允許用戶確定滯回的量?？梢栽谌魏螘r(shí)間重寫表，允許高程度的靈活性和定制化?？梢灾芷谛缘馗卤砗烷]環(huán)反饋的參數(shù)，以減少激光系統(tǒng)進(jìn)行的輸出功率的不連續(xù)性的實(shí)例。例如，當(dāng)二極管組導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)，不連續(xù)性可能產(chǎn)生?？梢哉{(diào)諧電流以考慮響應(yīng)時(shí)間和其它因素，以調(diào)整何時(shí)導(dǎo)通以及關(guān)斷二極管組，以減少不連續(xù)性的實(shí)例。也可以周期性地更新表和閉環(huán)反饋的參數(shù)，以增加激光系統(tǒng)的功率精度?？梢酝ㄟ^減少所請(qǐng)求的功率與激光系統(tǒng)的輸出功率之間的誤差來增加功率精度。表和參數(shù)可以隨著時(shí)間而改變，以考慮激光二極管的老化以及減少功率精度的其它因素。

根據(jù)調(diào)諧方法的一個(gè)實(shí)施例，例如，由用戶或包括激光系統(tǒng)的機(jī)器選擇所請(qǐng)求的功率電平?？刂七壿?62經(jīng)由信號(hào)傳導(dǎo)部155接收所請(qǐng)求的功率的指示，并且從表164a-e讀取對(duì)應(yīng)電流電平?？刂七壿?62然后將電流電平傳遞到dac，其將模擬電流信號(hào)輸出到電流控制器176，電流控制器176進(jìn)而將來自電源152、172a-e的功率調(diào)節(jié)為具有用于二極管組178的期望電平的電流。二極管組的功率可以因此受調(diào)節(jié)或調(diào)諧。在一些實(shí)施例中，功率受調(diào)諧，以僅在受限功率范圍內(nèi)操作二極管組。應(yīng)理解，最大操作功率的100％與大于二極管組的標(biāo)稱功率的100％對(duì)應(yīng)，因此，最大功率的70-100％范圍包括標(biāo)稱功率。二極管組的示例受限功率范圍包括以下范圍：包括最大功率的50-100％的范圍、包括大于標(biāo)稱功率的70％的范圍、包括標(biāo)稱功率的90-110％的范圍、以及與給定的二極管組和操作方法兼容的任何其它范圍。可以調(diào)諧二極管組的功率的范圍稱為“可存取功率”，并且該范圍之外的功率稱為“不可存取功率”。取決于激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所請(qǐng)求的功率可以是可存取的(即，激光系統(tǒng)可以受調(diào)諧，以提供所請(qǐng)求的功率)或不可存取的(即，激光系統(tǒng)僅可以提供多于或少于所請(qǐng)求的功率，因?yàn)椴淮嬖诳梢蕴峁┧?qǐng)求的功率的二極管組和受限功率范圍的組合)。如以下參照?qǐng)D5所討論的那樣，例如，系統(tǒng)中的二極管組的組合可以是在系統(tǒng)的最大輸出功率的28-40％之間可調(diào)諧的，并且另一組合可以是在42-60％之間可調(diào)諧的。因此，用于這些組合的系統(tǒng)的可存取功率包括28-40％以及42-60％，并且系統(tǒng)的不可存取功率包括41％。

在該實(shí)施例的一個(gè)變形中，激光二極管中的至少一些在零調(diào)諧范圍的情況下受操作，即，受操作為當(dāng)導(dǎo)通時(shí)生成預(yù)定輸出功率并且當(dāng)關(guān)斷時(shí)生成零輸出功率。在n＝5個(gè)組并且全都是不可調(diào)諧的情況下，可存取功率電平將是20％、40％、60％、80％和100％。然而，這種程度的粗略功率可調(diào)諧性對(duì)于很多應(yīng)用是足夠的。表1描述在所有二極管組具有相同功率容量的配置中使用表164a-e的粗略或分立式可調(diào)諧性的示例。為了說明的目的，用于二極管組中的每一個(gè)的功率電平描述為容量的百分比。

表1：

在該實(shí)施例的該變形的另一方面中，控制邏輯被配置為通過周期性地改變組導(dǎo)通的順序而在系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化二極管壽命，其工作以均衡或減少各組之間的導(dǎo)通時(shí)間的失衡，防止任何特定組比其它組累計(jì)更多的導(dǎo)通時(shí)間?！爸芷谛缘亍笨梢员硎净跁r(shí)間的時(shí)段或事件(例如，在每一上電周期時(shí))。在一個(gè)變形中，表164a-e包括附加地址和電流，其被配置為關(guān)于不同的所請(qǐng)求的功率而對(duì)操作哪個(gè)組進(jìn)行循環(huán)。例如，當(dāng)期望20％輸出功率時(shí)，控制邏輯162可以被配置有編程為操作模塊化單元170b而非操作模塊化單元170a的地址?？梢蕴峁┧饕壿嫞岳缤ㄟ^按模塊化單元的數(shù)量增加給定的功率電平的地址而在激光系統(tǒng)的每次啟動(dòng)之后索引地址。

在該實(shí)施例的另一變形中，組之一具有比其它組更低的標(biāo)稱功率或輸出容量。在一個(gè)示例中，具有最低標(biāo)稱功率的組具有其余組的標(biāo)稱功率的一半。因此，在n＝5個(gè)組的情況下，可存取功率電平變化達(dá)最小容量組的容量，如表2所示。表164a-e可以用于對(duì)調(diào)諧算法進(jìn)行編程。還應(yīng)理解，根據(jù)本公開，任何程序或算法或邏輯以其任何形式可以用于對(duì)二極管組的操作進(jìn)行編程。

表2：

根據(jù)調(diào)諧方法的另一實(shí)施例，二極管組178中的至少一些操作在受限功率范圍中。每個(gè)二極管組可以關(guān)斷，或在二極管組的受限功率范圍內(nèi)按單獨(dú)化的功率電平操作。每個(gè)組優(yōu)選地包括串行有線連接并且可由一個(gè)電流控制器控制的多個(gè)二極管，因此確保組中的所有二極管總是通過相同量的電流受驅(qū)動(dòng)。組可以優(yōu)選地并行引線連接到彼此，并且受一個(gè)或多個(gè)直流(dc)電源驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于二極管操作的一些特定條件或一些特定二極管設(shè)計(jì)，在受限功率范圍內(nèi)操作二極管組的二極管是尤其重要的。波長(zhǎng)鎖定操作是一個(gè)示例。在此，問題在于，激光二極管增益材料的譜增益峰值典型地具有強(qiáng)的溫度依賴性；對(duì)于800-1000nm范圍中的基于gaas的激光二極管，例如，增益峰值具有大約0.3nm/℃的溫度系數(shù)。在該激光二極管的典型高功率操作中，二極管芯片的溫度在30-40℃的量級(jí)上上升，因此產(chǎn)生大約9-12nm的增益峰值的波長(zhǎng)的偏移。另一方面，在例如小于最大功率的10％的低功率操作中，溫度上升得小于大約3℃，并且增益峰值僅偏移大約1nm或更小。在非鎖定的激光二極管中，這種增益偏移不是問題；激光二極管典型地在所有情況下在近似增益峰值處發(fā)射激光，并且因此，關(guān)于對(duì)于在高功率處的940nm操作所指定的激光二極管，輸出波長(zhǎng)僅隨著功率而從例如在低功率處的大約930nm變化為在高功率處的大約940nm。這種變化在大量應(yīng)用中不是問題。

然而，在其它應(yīng)用(例如二極管泵浦固態(tài)(dpss)激光器的窄線泵浦以及直接激光二極管的波分復(fù)用)中可能需要1-2nm或更好的量級(jí)上的波長(zhǎng)控制，并且在這些情況下，色散元件(例如光柵)典型地加入激光二極管腔，以強(qiáng)制在期望的固定波長(zhǎng)處發(fā)射激光。光柵可以直接刻寫在芯片上，如在分布式反饋(dfb)激光器和分布式布拉格反射器(dbr)激光器的情況下那樣；或其可以處于芯片的外部，如在體布拉格光柵(vbg)、光纖布拉格光柵(fbg)或體光柵(例如透射光柵)的情況下那樣。這些光柵具有比gaas遠(yuǎn)更低的溫度系數(shù)，并且因此，典型地提供1-2nm或更小的波長(zhǎng)控制。然而，二極管的增益峰值必須仍精確地匹配光柵所限定的期望的激光發(fā)射波長(zhǎng)；如果在高功率處按設(shè)計(jì)而情況如此，則在低功率處，增益峰值將歸因于溫度變化而從激光發(fā)射波長(zhǎng)移位達(dá)10nm的量級(jí)上。在gaas激光器中，增益峰值自身處于10-20nm寬的量級(jí)上，從而該偏移相對(duì)于增益峰值的寬度是十分顯著的。如果要求激光器保持鎖定在低功率處，則為了光柵將激光發(fā)射波長(zhǎng)從增益峰值“拉動(dòng)”到光柵波長(zhǎng)，必須使用比另外本應(yīng)必要的更高的光柵強(qiáng)度。這種更高的光柵強(qiáng)度使得更多激光功率偏轉(zhuǎn)回到用于鎖定的激光器中，而非將其提供為有用的輸出功率，導(dǎo)致比倘若不必確保鎖定在低功率處那么本應(yīng)必須的在高功率處更低的輸出功率和更低的效率。因此，在鎖定范圍(并且因此操作功率范圍)與輸出功率/效率之間存在折衷。如果二極管的可允許的操作功率受限為例如最大功率的70％至100％，則增益峰值將調(diào)諧達(dá)大約30％*10nm＝3nm，這相對(duì)于增益峰值的寬度是小的，并且因此將對(duì)可靠的鎖定所需的光柵強(qiáng)度鮮有影響。使用均在受限輸出功率范圍內(nèi)操作或關(guān)斷的多個(gè)獨(dú)立電流受控二極管組可以從激光系統(tǒng)提供具有減少的歸因于溫度變化的波長(zhǎng)偏移的寬范圍的總輸出功率，因此生成與在受限輸出功率范圍之外操作激光二極管以生成相同的總輸出功率相比更窄的發(fā)射帶。

有關(guān)示例是激光二極管的波長(zhǎng)受控(但非鎖定)操作。在此，允許二極管在沒有波長(zhǎng)鎖定機(jī)制的情況下操作在增益峰值所確定的其自然波長(zhǎng)處，從而隨著功率從零調(diào)諧到最大功率，輸出波長(zhǎng)對(duì)于gaas二極管可以變化達(dá)例如9-12nm的量級(jí)上。將激光二極管的操作功率范圍限制為例如最大值的70％-100％的范圍將輸出波長(zhǎng)變化減少到大約3nm。雖然這種程度的波長(zhǎng)控制并非如波長(zhǎng)鎖定所啟用的那樣嚴(yán)格，然而，這是對(duì)于特定泵浦應(yīng)用(例如，泵浦yb：玻璃)并且對(duì)于直接二極管激光器中的粗波分復(fù)用的有用改進(jìn)。使用均在受限輸出功率范圍內(nèi)操作或關(guān)斷的多個(gè)獨(dú)立電流受控二極管組可以在總系統(tǒng)輸出功率的更寬范圍上從激光系統(tǒng)提供比從每個(gè)二極管組操作為在總系統(tǒng)輸出功率的相同(更寬)范圍上生成相同輸出功率的相似激光系統(tǒng)是可能的更一致的熱透鏡強(qiáng)度。

相似地，可以關(guān)于接近特定操作電流的高亮度操作而優(yōu)化一些二極管。此外，關(guān)于該優(yōu)化的基礎(chǔ)實(shí)質(zhì)上是熱量；激光二極管典型地在產(chǎn)生熱傳感的高功率操作中生成橫向熱梯度。激光二極管可以設(shè)計(jì)有橫向芯片設(shè)計(jì)，其在與特定輸出功率電平對(duì)應(yīng)的特定熱透鏡強(qiáng)度處產(chǎn)生特定橫模質(zhì)量。然而，在低功率處，熱透鏡強(qiáng)度下降到接近零，從而將觀測(cè)到不同的模式質(zhì)量。如果在高功率處關(guān)于期望的模式質(zhì)量而優(yōu)化二極管，則其可能在低功率處具有更差的或不可接受的模式質(zhì)量，例如，將不良耦合效率帶入光纖耦合激光二極管系統(tǒng)中的光纖中。因此，在這些激光二極管中可能有利的是，將操作功率范圍限制為完全范圍的子集，例如，將功率范圍限制為最大功率的70％至100％、標(biāo)稱功率的70％至100％、或任何其它期望的范圍。

短脈泵激光二極管是可以受益于在受限功率范圍內(nèi)進(jìn)行操作的二極管的另一示例。q開關(guān)、增益開關(guān)以及鎖模例如是典型地通過使用激光速率方程組和光學(xué)非線性的特性從激光二極管生成納秒或更短的脈沖的技術(shù)。這些效應(yīng)直接取決于操作功率，并且也可能取決于芯片溫度。因此，可能按受限功率范圍之外的功率操作這些二極管并非可能或可靠的。

關(guān)于在受限功率范圍內(nèi)操作二極管的動(dòng)機(jī)的一個(gè)最新示例將是針對(duì)對(duì)于高效率所優(yōu)化的二極管。對(duì)于在所指定的操作功率處或接近所指定的操作功率的優(yōu)化的電光轉(zhuǎn)換效率而設(shè)計(jì)特定激光二極管。因此，為了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的總體效率，優(yōu)選的是，這些二極管并不在受限功率范圍之外進(jìn)行操作。

因此，在這些應(yīng)用(波長(zhǎng)鎖定、高亮度操作、短脈泵以及高效率)中，已經(jīng)示出在受限功率范圍中操作單獨(dú)激光二極管可以是有利的。同樣期待存在其它這些應(yīng)用或情況。因此有利地通過關(guān)斷一些二極管并且在一些二極管的受限功率范圍內(nèi)操作它們來得到獲得包括很多這樣的激光二極管的系統(tǒng)的寬功率調(diào)諧。

現(xiàn)將參照?qǐng)D5和圖6描述受限功率范圍調(diào)諧方法的實(shí)施例。通常，如果存在n個(gè)二極管組，并且可以從最大功率的x％到100％操作二極管，則通過按一個(gè)組的最小可允許功率來運(yùn)行它而獲得系統(tǒng)可以生成的最小非零功率，產(chǎn)生總系統(tǒng)最大功率的x/n％的總功率。可以通過將該組的功率提升上至完全功率而從該功率向上調(diào)諧功率，并且然后通過導(dǎo)通第二組、然后第三組(依此類推)來超越該功率。

在該實(shí)施例的一個(gè)變形中，二極管組中的每一個(gè)具有相同的標(biāo)稱功率，并且每個(gè)組中的二極管可以操作在表示為最大功率的x％的相同受限范圍中?，F(xiàn)將參照?qǐng)D5描述該變形，圖5是基于操作中的二極管組的數(shù)量而表示輸出功率的條形圖。在該示例中，x＝70％并且n＝5。在一個(gè)組導(dǎo)通的情況下的系統(tǒng)輸出功率將處于70％/5或14％與100％/5或20％之間，如圖5中的條形190所示。在兩個(gè)組的情況下，系統(tǒng)功率范圍是28-40％，如條形192所示。在三個(gè)組的情況下，系統(tǒng)功率范圍是42-80％，如條形194所示。在四個(gè)組的情況下，系統(tǒng)功率范圍是58-80％，如條形196所示。在五個(gè)組的情況下，系統(tǒng)功率范圍是70-100％，如條形198所示。當(dāng)功率范圍重疊時(shí)，如在條形194和196與196和198之間的情況那樣，可以操作三個(gè)組、四個(gè)組以及五個(gè)組在例如從42％到100％的連續(xù)范圍中調(diào)節(jié)輸出功率。

當(dāng)功率范圍不重疊時(shí)，一些功率電平可能是不可存取的。倘若機(jī)器應(yīng)用或用戶請(qǐng)求不可存取的功率電平，那么可以在控制單元中對(duì)適當(dāng)響應(yīng)進(jìn)行編程。示例適當(dāng)響應(yīng)包括：提供最接近的可存取功率電平(其可以高于或低于所請(qǐng)求的功率電平)，提供下一更高的可存取功率電平，(c)提供下一更低的可存取功率電平，(d)提供零功率，和/或提供警告或錯(cuò)誤消息。

當(dāng)功率范圍重疊時(shí)，多個(gè)組可以用于提供所請(qǐng)求的功率電平。在以上示例中，可以使用要么四個(gè)組要么五個(gè)組來提供75％輸出功率。各種準(zhǔn)則可以用于確定使用多少組。在該實(shí)施例的一個(gè)形式中，確定過渡功率電平，以從較低數(shù)量的組過渡到較高數(shù)量的組。例如，從60％到75％功率可以使用四個(gè)組，大于75％功率可以使用五個(gè)組。在功率將不受連續(xù)調(diào)諧或調(diào)制的機(jī)器應(yīng)用中，控制單元中的控制邏輯可以構(gòu)造為以此方式進(jìn)行操作。

圖6是示出該實(shí)施例的另一方面的流程圖200，其中，提供滯回邏輯以減少組導(dǎo)通/關(guān)斷切換。當(dāng)例如在范圍重疊的情況下連續(xù)地調(diào)諧或調(diào)制功率時(shí)(這樣可能歸因于組的頻繁導(dǎo)通/關(guān)斷切換而產(chǎn)生功率尖峰或毛刺)，滯回邏輯是有利的。通常，確定過渡功率電平以選擇組初始數(shù)量。保持組的初始數(shù)量，直到所請(qǐng)求的功率處于初始數(shù)量的組的功率范圍之外，此時(shí)，操作不同數(shù)量的組。所述方法開始于202，確定m個(gè)組與m+1個(gè)組之間的過渡功率電平，其中，m+1小于或等于n。一旦獲知二極管組的最大功率，就可以在配置激光系統(tǒng)期間執(zhí)行所述確定。也可以關(guān)于可能絕不需要超過所請(qǐng)求的功率達(dá)所指定的量的所指定的應(yīng)用中的使用而在配置激光系統(tǒng)期間執(zhí)行所述確定。過渡功率電平可以存儲(chǔ)在控制單元的配置表或文件或所指定的存儲(chǔ)器位置中。在204，所述方法繼續(xù)于：確定所請(qǐng)求的輸出功率。通過接收指示期望的輸出功率的量的信號(hào)來確定所請(qǐng)求的輸出功率，如結(jié)合信號(hào)傳導(dǎo)部155參照?qǐng)D4所討論的那樣。

在208，所述方法繼續(xù)于：確定所請(qǐng)求的輸出功率是否大于過渡功率電平。如果所請(qǐng)求的功率大于過渡功率電平，則所述方法在210繼續(xù)于：操作m+1個(gè)組。否則，所述方法在220繼續(xù)于：操作m個(gè)組。當(dāng)然，可能存在多個(gè)重疊功率范圍和過渡功率電平。在這些情況下，可以選擇小于(低于)所請(qǐng)求的輸出功率的最高過渡功率電平。

在210之后，在操作m+1個(gè)組的同時(shí)，所述方法在212繼續(xù)于：確定所請(qǐng)求的功率是否超過m+1個(gè)組的最小功率。如果所請(qǐng)求的輸出功率超過m+1個(gè)組的最小輸出功率，則系統(tǒng)通過m+1個(gè)組來繼續(xù)操作。否則，所述方法在220繼續(xù)于：終止一個(gè)組的操作，以通過m個(gè)組進(jìn)行操作。以此方式，甚至當(dāng)所請(qǐng)求的功率小于過渡功率電平時(shí)，操作保持在m+1個(gè)組，由此延遲或防止關(guān)斷一個(gè)組，并且減少二極管組的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)例。

在220之后，在操作m個(gè)組的同時(shí)，所述方法在222繼續(xù)于：確定所請(qǐng)求的功率是否超過m個(gè)組的最大功率。如果所請(qǐng)求的功率超過m個(gè)組的最大功率，則所述方法在210繼續(xù)于：通過m+1個(gè)組進(jìn)行操作。以此方式，甚至當(dāng)所請(qǐng)求的功率大于過渡功率電平時(shí)，操作保持在m個(gè)組，由此延遲或防止導(dǎo)通附加組。

在參照?qǐng)D6所公開的實(shí)施例的替代方面中，所述方法選擇對(duì)于所請(qǐng)求的功率可能的最高數(shù)量的組。此后，所述方法僅當(dāng)所請(qǐng)求的功率小于于是操作數(shù)量的組的最小輸出功率時(shí)切換到更低數(shù)量的組，如參照212所描述的那樣，并且當(dāng)所請(qǐng)求的功率超過于是操作數(shù)量的組的最大輸出功率時(shí)切換到更高數(shù)量的組，如參照222所描述的那樣。參照?qǐng)D5和圖6，例如，當(dāng)在74％與76％功率之間振蕩時(shí)，根據(jù)所述方法的前述方面操作的系統(tǒng)將總是使用五個(gè)組。替代地，如果在特定激光處理操作期間系統(tǒng)正按系統(tǒng)功率的58％導(dǎo)通并且然后連續(xù)地受調(diào)諧上至78％并且返回下至58％，則激光系統(tǒng)將初始地開始于四個(gè)組(在該示例中可以生成58％的最高數(shù)量，其它選項(xiàng)是三個(gè)組)，并且其將繼續(xù)貫穿該操作而操作四個(gè)組。替代地，如果系統(tǒng)將要開始于58％并且然后受調(diào)諧下至44％并且然后返回上至58％，則使用該算法，系統(tǒng)將開始于四個(gè)組，隨著其經(jīng)過56％功率而過渡到三個(gè)組，然后保持在三個(gè)組下至44％并且一直返回上至58％，因此在組的數(shù)量方面僅引起一次改變。

在調(diào)諧方法的另一變形中，組中的至少一個(gè)被設(shè)計(jì)為提供完全功率調(diào)諧。例如，可以從0-100％功率對(duì)完全功率調(diào)諧組進(jìn)行功率調(diào)諧。在組具有相等最大功率并且其它組具有有限或零功率調(diào)諧范圍的情況下，從0-100％的完全系統(tǒng)功率調(diào)諧是可能的。在此情況下，在n＝5個(gè)組的情況下，其中，四個(gè)是不可調(diào)諧的并且一個(gè)是完全可調(diào)諧的，可以僅使用該可調(diào)諧組生成從0到20％的功率；可以使用一個(gè)不可調(diào)諧組加上該可調(diào)諧組生成從20％到40％的功率；可以使用兩個(gè)不可調(diào)諧組加上該可調(diào)諧組生成從40％到60％的功率；依此類推。當(dāng)然，與不可調(diào)諧組組合的具有小于完全功率調(diào)諧的組也可以提供足夠的調(diào)諧能力。

在調(diào)諧方法的另一變形中，二極管組的功率受調(diào)諧，從而它們每當(dāng)可能時(shí)就是相等的，以促進(jìn)激光二極管的均勻老化。因此，如果所請(qǐng)求的功率是480瓦特并且五個(gè)二極管組中的每一個(gè)具有200瓦特的最大功率，但從140瓦特到200瓦特是可調(diào)諧的，則通過調(diào)諧三個(gè)組以分別輸出160瓦特而非例如調(diào)諧一個(gè)組以輸出200瓦特并且調(diào)諧兩個(gè)組以分別輸出140瓦特來提供所請(qǐng)求的功率。可以例如通過初始地導(dǎo)通組1、2和3并且在另一實(shí)例中導(dǎo)通組3、4和5來旋轉(zhuǎn)導(dǎo)通組的順序，從而隨著時(shí)間，每個(gè)激光二極管得以利用相同時(shí)間量或?qū)ㄏ嗤螖?shù)。

雖然已經(jīng)將本發(fā)明描述為具有示例性設(shè)計(jì)，但可以在本公開的精神和范圍內(nèi)進(jìn)一步修改本發(fā)明。該申請(qǐng)因此意圖使用其普通原理來覆蓋本發(fā)明的任何變形、用途或改動(dòng)。此外，該申請(qǐng)意圖覆蓋來自本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的已知的或慣用的實(shí)踐內(nèi)的本公開的這些變更。