專利名稱：利用具有多個出射端口的放大器的雕刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以更高效地產(chǎn)生印版(printing block)的、對由不同波長的激光二 極管組成的多個激光源的摻雜光纖放大(DFA)。
背景技術(shù)：
在當前的印刷技術(shù)中，通過將油墨從印版轉(zhuǎn)移到成像表面來將最終圖像傳送到基 片。所述印版包括感光材料，其中通過用激光源對所選擇的區(qū)域進行曝光來形成圖像?？?以通過圖案化掩模(膜)來進行曝光，然而，最常見的是通過一般在稱為計算機直接制版 (CtP)的工藝中直接控制曝光光束來實現(xiàn)該曝光；在CtP系統(tǒng)中，在表面(印版)上掃描激 光束，并根據(jù)由計算機生成的數(shù)據(jù)來調(diào)制激光的強度。 已知在直接激光成像中使用的一系列印版是由諸如聚合物或橡膠的柔性材料制 成以便其可以附著于輥或圓筒以便著墨的柔性(柔)印刷版。當印版上的凸起的圖像在印 刷過程期間與基片接觸時發(fā)生油墨轉(zhuǎn)移。為了進行直接激光圖像設(shè)定，柔性印版由充當下 層光聚合物材料的光阻掩模的上層感光材料組成。在第一步驟中，將上層成像(燒蝕)成 期望的圖案。在隨后的步驟中，用紫外線(UV)光對柔性印版進行曝光。所述光聚合物使掩 模的未去除區(qū)域下面的材料固化，同時在去除區(qū)域下面，光聚合物保持其未固化的形式并 在隨后的顯影步驟中被沖掉。為了進行機械支撐，將這兩個層置于由柔性聚合物制成的第 三基片層上。 其中去除UV曝光和隨后的顯影步驟的用于產(chǎn)生高分辨率柔性印版的替換方法是 直接雕刻到聚合物中。通過借助于激光燒蝕而選擇性地去除材料來實現(xiàn)印版的成像。在印 版的表面上施加激光一次或多次，直至形成具有所需深度的3D特征。燒蝕的深度取決于材 料性質(zhì)，諸如材料吸收激光能量的能力、吸收深度及材料的其它性質(zhì)。對于給定材料來說， 為了使燒蝕發(fā)生，存在激光束的最小要求能量密度，在此閾值以上，制版機(Plate setter) 的生產(chǎn)率將取決于激光器的功率。 對來自激光源的高功率的此要求常常與高分辨率成像的要求相矛盾。為了使激光 器提供適當?shù)某上穹直媛剩す夤獍弑仨毦哂斜痪劢怪撂囟ü獍叱叽绲哪芰?。然而，由于?射效應(yīng)，存在激光光斑可以被聚焦至的尺寸的基本最小值，該基本最小值取決于激光源的 波長和激光束的角散度。 以由理論極限設(shè)置的最小角散度被聚焦至特定光斑尺寸的激光光斑被稱為是衍 射受限的。通過所謂的M^莫型來提供激光束超過此理論極限多少的定量度量。(由Thomas Johnston禾口 Michael Sanset在Ed. G. F. Marshal的"Handbook of Optical and Laser Scanning"中)討論了通過"M2模型"對激光束的表征。本質(zhì)上，由以下公式給出由激光源
和用來使激光束聚焦的理想透鏡產(chǎn)生的光斑
光斑尺寸=iM!AZ
3
其中，A是激光源的波長，f是成像透鏡的焦距，且D是透鏡處的輸入光束直徑。 M2可以視為光束散度超過衍射極限的倍數(shù)。對于衍射受限光束，M2二 1。發(fā)射波長A = 10. 6 A m的光的C02激光器是由于長波長而受到限制的普遍激光器系統(tǒng)的示例。另一方面， 高功率激光二極管通常被設(shè)計為以低于1 A m的波長發(fā)射，但只有用具有相當大的散度即M2 比一 (unity)大許多倍的多模激光器腔才能實現(xiàn)大功率發(fā)射。 出于這些原因，以及隨著光纖激光器技術(shù)的出現(xiàn)，基于摻鐿(Yb)玻璃光纖的光纖 激光器作為用于高功率激光器應(yīng)用的選擇技術(shù)而出現(xiàn)，從而提供高光束質(zhì)量M2接近于一， 以及A " 1. lym量級的波長。能夠發(fā)射數(shù)百瓦特的光纖激光器可從例如IPG Photonics 之類的各禾中公司購買至U。 Ed. Michel J. F. Digonnet的第二版"Rare Earth Doped Fiber Lasersand Amplifiers"給出了對光纖激光器的評論。 雖然單個光纖激光器能夠提供充足的輸出功率，但存在對可以在CtP系統(tǒng)中使用 的單個激光束的功率的實際限制。按照慣例，在CtP中，將印版夾緊到轉(zhuǎn)鼓并沿著平行于旋 轉(zhuǎn)軸的軸在印版上掃描激光束。該生產(chǎn)率可以表示為每單位時間處理的印版材料的總面 積。因此，為了利用來自激光源的增大的功率來提高制版機的生產(chǎn)率，需要使鼓快速旋轉(zhuǎn)。 同樣地，如果使用被稱為"平板式"或"絞盤式"的線性掃描法，則相對于激光束線性地掃描 印版，因此需要提高線速度。 然而，通常，存在使較高掃描速度變得越來越復(fù)雜的機械約束。因此，用于提高生 產(chǎn)率的常見方法是使用被定位于相鄰陣列中的多個光纖激光束，針對印版的同時成像來獨 立地調(diào)制每個光束。此類方法一般用于多個激光二極管源，其中通過對驅(qū)動電流的直接調(diào) 制來調(diào)制每個二極管。然而，激光二極管光纖激光器局限于通常小于lOOKHz的中頻范圍的 直接電流調(diào)制，其小于高速成像所需的頻率。 為了克服光纖激光器的此缺點，標準方法是使用聲光調(diào)制器(AOM)來調(diào)制光束。 對于多個光束，利用多個A0M，并且為每個光束提供單獨的A0M。作為替換，向由多個RF電 壓頻率驅(qū)動的聲光偏轉(zhuǎn)器(A0D)提供對應(yīng)于特定光束信道的調(diào)幅的每個RF頻率。美國專 利No. 6， 822， 669 (Fischer等人)描述了與由多個RF電壓驅(qū)動的單個AOM或多個AOM相結(jié) 合的多個光纖激光器的此類布置。 雖然AOM可以提供用于高速率調(diào)制的手段，但除了增大添加附加部件的復(fù)雜性和 成像頭的成本之外，還存在與之相關(guān)的許多缺點。由于AOM不是完全地透明的，所以透過調(diào) 制器的光被衰減。 與AOM相關(guān)的另一缺點與其可靠性有關(guān)。當由AOM對光束進行調(diào)幅時，調(diào)制的上 升時間與穿過調(diào)制器的光束直徑成比例。如果AOM以高調(diào)制速率工作，則入射在AOM上的 激光束直徑必須小，因此，標準方法是使光束聚焦在調(diào)制器的輸入孔徑處。這導(dǎo)致光束的光 功率密度的顯著增大且可能引起AOM的損壞。甚至功率密度的稍微過大都可能損壞AOM內(nèi) 的晶體，從而導(dǎo)致對較高部分的激光束的光吸收和不可避免的裝置故障。AOM的又一缺點 與RF電壓驅(qū)動器相關(guān)。由于電能到聲能的轉(zhuǎn)換并不高效，所以需要從系統(tǒng)去除RF驅(qū)動器 內(nèi)部由消耗的電能產(chǎn)生的熱(通常通過水冷卻來去除)，這增加了CtP的復(fù)雜性并削弱了其 可靠性。本發(fā)明的目標是提供用于利用回避使用聲光裝置的光纖激光器技術(shù)構(gòu)造用于CtP 的多個激光束的方法。 在光纖激光器中，用于激光作用的增益介質(zhì)是利用一個或多個激光二極管所泵浦的、摻雜有諸如鐿(Yb"、鉺(Er"、釹(Nd3+)或其它稀土金屬的離子的光纖。為了使激光作 用發(fā)生，通過將一種諧振反射器引入到光纖中來形成腔體，所述諧振反射器可以是反射鏡、 光纖環(huán)、光纖光耦合器、或文獻中描述的其它布置。如果未將諧振反射器引入到增益介質(zhì) 中，則經(jīng)摻雜和泵浦的光纖可以充當發(fā)射到其中的低功率激光的光放大器。該布置則一般 稱為"摻雜光纖放大器"(DFA)。 DFA增益介質(zhì)的作用不限于單一低功率激光的放大?？梢?由同一 DFA來同時放大多個激光輸入，條件是激光的發(fā)射波長在DFA的光譜帶寬內(nèi)。此外， DFA可以以多級級聯(lián)以提供多級放大。 在光纖通信、特別是波分復(fù)用(WDM)中廣泛使用DFA應(yīng)用，在波分復(fù)用中，使用主 要摻鉺(Er3+)光纖放大器(EDFA)來放大多個信道內(nèi)的光信號，每個信道具有在光纖中傳播 的不同的波長。 美國專利No. 6， 212， 310(Waarts等人)描述了將多個激光源耦合到單個光纖波導(dǎo) 中。經(jīng)由摻雜光纖放大裝置來實現(xiàn)單波導(dǎo)中的信號放大。 歐洲專利No. 0846562 (Tamaki)描述了利用摻雜光纖放大裝置的圖像記錄設(shè)備和 方法。與單個激光源的放大相結(jié)合地使用DFA，然后應(yīng)用放大的激光源以用于雕刻印版的目 的。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于直接雕刻的設(shè)備包括以不同波長發(fā)射 的多個激光二極管；復(fù)用器，其用于將所述多個激光源聚集成單個激光束；稀土摻雜光纖 放大器，其用于將所述單個激光束放大以形成放大的單個激光束；解復(fù)用器，其用于將所述 單個激光束分裂成多個放大的激光源；以及成像裝置，其用于應(yīng)用所述多個放大的激光源 來對印刷版成像。


圖1是示出組合具有不同波長的來自多個激光源的激光束、經(jīng)由單個摻雜光纖放 大器放大它們、并隨后將光束分裂成其波長分量并將它們照射到印刷版上的示意圖。
圖2A是基于衍射光柵的復(fù)用器的示意圖。 圖2B是基于棱鏡的復(fù)用器的示意圖。圖3A示出多個激光源的寬光譜寬度和小間 隔。 圖3B示出多個激光源的具有增大的間隔的寬光譜寬度。
圖3C示出多個激光源的具有寬間隔的窄光譜寬度。
圖4A示出鉺增益與激光束波長的關(guān)系的曲線圖。
圖4B示出鐿增益與激光束波長的關(guān)系的曲線圖。
圖5示出用于CTP實施的基于鐿的DFA示例。
圖6示出將兩個DFA級聯(lián)成行以實現(xiàn)更強的放大。
具體實施例方式
如圖1所描繪的那樣，一種用于利用由不同波長的激光二極管10組成的多個激光 源來產(chǎn)生印版的方法。來自激光二極管光的光輸出被耦合到稀土摻雜光纖放大器(DFA) 12。
5然后借助于光解復(fù)用器13根據(jù)光波長將來自放大級的輸出分裂成不同的解復(fù)用激光束 14。然后將解復(fù)用激光束14照射在印刷版15上。光解復(fù)用器的作用是從光纖接收由多個 光波長組成的光束，并將它們分離成波長分量至不同的端口中。同樣地，該裝置可以執(zhí)行相 反操作以進行波長復(fù)用被引入到其多個端口的不同波長組合成多波長光束。此類布置在 圖1中示出，其中光復(fù)用器11將來自激光源10的光耦合到DFA 12中?？梢酝ㄟ^簡單的光 纖耦合器將光發(fā)射到DFA中；然而，這導(dǎo)致與所使用的信道數(shù)目成比例的顯著光功率損耗。
參照圖1，在每個單獨激光源的光束被DFA放大之后，使用光解復(fù)用器13根據(jù)其波 長確定其出射(exit)端口。 最常見的光復(fù)用器基于諸如衍射光柵或棱鏡的色散部件，但是也可以根據(jù)干涉測 量法的原理來實現(xiàn)。圖2A和2B舉例說明此類解復(fù)用器的兩種不同實施方式。圖2A示出 基于衍射光柵裝置28的解復(fù)用，而圖2B是基于棱鏡29。 在圖2A中，來自激光源20的光束22穿過透鏡21 ，并入射在色散光柵裝置28上。 結(jié)果得到的經(jīng)解復(fù)用的、具有不同波長分量的多個激光束23通過透鏡24被耦合到不同的 波導(dǎo)25中。 在圖2B中，棱鏡29充當色散部件并將光束23分裂成波長分量，這些波長分量隨 后被耦合到不同的端口中。 應(yīng)理解的是可以使光束的路徑折回成沿相反方向傳播，然后裝置起到復(fù)用器的作 用，從而將不同端口 25的光組合到單個端口 23中。Academic Press公司的Katsunari 0kamoto在"Fundamentals of OpticalWaveguides，，中討論了光復(fù)用器。
不同波長的激光源10是光纖耦合半導(dǎo)體二極管激光器。由于激光二極管的光束 被DFA放大，并且因為光放大發(fā)生在稱為增益帶寬的有限光頻率范圍內(nèi)，所以激光源的波 長必須位于DFA的工作波長范圍內(nèi)。對于用鉺離子進行的摻雜，放大的有用范圍是1535nm 到1565nm且可以擴展至1610nm。當用鐿離子進行摻雜時，可適用波長是1030 1100nm。
重要的是應(yīng)避免輸入激光源之間的光譜重疊；各個激光源的寬度需要比各個源之 間的波長間隔更窄。這在圖3A、3B和3C中有所描述。圖3A示出各個激光源的光譜寬度是 寬的，而信道之間的間隔是小的，因此激光信道具有顯著的重疊。在圖3B中，激光源的光譜 寬度是寬的，但現(xiàn)在間隔增大了，所以重疊看起來減小了。如圖3C所示的那樣，利用窄光譜 和寬間隔，信道具有可忽略的重疊，并且因此將在沒有不同信道之間的串擾的情況下被路 由到出射端口。 由于期望以高光束質(zhì)量(即M2接近于一)進行工作，所以優(yōu)選的DFA是單模光 纖。因此，激光源優(yōu)選地是具有單模光纖輸出的單模激光器。由于激光二極管被放大，所以 不需要高功率，并且因此單模工作不引入對輸出功率要求的約束。此外，激光二極管的巨 大優(yōu)點是通過調(diào)制激光二極管的驅(qū)動電流來進行內(nèi)部強度調(diào)制的能力。單模激光二極管更 適合于高速率的內(nèi)部調(diào)制。適合于鐿DFA或鉺DFA的波長的單模激光二極管可通過例如 Uimics-GmbH http://www. lumics. com/獲得。 根據(jù)激光源的波長來選擇波分解復(fù)用器信道，并且端口數(shù)目由激光源的數(shù)目確 定。DFA可以是摻鐿光纖放大器(YDFA)，如圖4B所示，其適合于1050-1100nm的波長范圍 內(nèi)的放大。吸收光譜(虛線)表示摻雜光纖吸收光子能量的效率。由于峰值出現(xiàn)在970nm 附近，所以用于泵浦DFA的二極管激光器被設(shè)計在此波長附近。發(fā)射曲線表示受激勵的DFA
6的發(fā)射輻射的相對功率。當使用970nm峰值來泵浦DFA時，使用從1050nm到llOOnm的曲 線部分用于放大。此類YDFA可從例如IPGPhotonics的YAR-LP-SF系列獲得(http:〃www. ipgphotonics. com/index, htm)。 如可以從圖4A中的它們的曲線推斷出的那樣，摻鉺光纖放大器(EDFA)適合于在 1535 1565nm的較長波長范圍下工作，且可以擴展至1610nm。此類放大器也可容易地從 例如IPG Photonics獲得，例如EAD禾口 EAR系列，http://www. ipgphotonics. com/index, htm。 從圖4A和4B顯而易見的是，DFA的增益光譜不是平坦的。例如，在圖4A中，對于 鉺DFA，波長1525nm處的增益40明顯不同于波長1565nm處的增益41 。在本領(lǐng)域已知用于 不同信道的增益均衡、強度調(diào)制的各種方案，控制DFA的輸入端處的激光二極管光束的強 度是這些方案中的一個。 在優(yōu)選布置中，所提議的成像印版的方法對超出所使用的光纖放大器的有用范圍 和所使用的光譜帶寬的波長不敏感。作為示例，如果使用基于鐿離子的DFA，則用于放大的 有用光譜范圍是1030 1100nm。在可能的布置中，CtP包括各信道之間具有5nm的波長間 隔的8個光束，其中第一信道以1070nm為中心。由于間隔是5nm，所以第二信道在1075nm 處，諸如此類，最后的第八信道8th在1105nm處。這在圖5中被描述。激光源10進入光復(fù) 用器11中，然后進入基于鐿的摻雜放大器52中以被光解復(fù)用器13解復(fù)用，并且照射印刷 版55。印刷版55應(yīng)具有在1070nm到1105nm范圍處具有相等靈敏度的特征。
本發(fā)明的方法提供部署模塊化方法、允許級聯(lián)多個放大級、將輸出功率放大至所 需水平的優(yōu)點。圖6示出通過部署以級聯(lián)形式配置的兩個基于稀土的放大器來執(zhí)行放大的 方法。激光束進入第一級稀土放大器62中，然后在其進入解復(fù)用器13中之前行進到第二級 稀土放大器66中。關(guān)于這一點，光輸出放大器的輸出耦合本質(zhì)上比激光器的輸出耦合好， 因為不需要反饋光。使得在不增加大功率激光源的數(shù)目及因此不增加相關(guān)聲光調(diào)制裝置的 數(shù)目的情況下利用多個大功率激光束進行成像成為可能。 使用放大級而不是離散的大功率激光器的另一好處在于，控制各個激光二極管的 較低功率的調(diào)制比控制大功率激光源的調(diào)制簡單得多，此外，還因為激光二極管的內(nèi)部電 流調(diào)制是直接的。
權(quán)利要求
一種用于直接雕刻的設(shè)備，包括以不同波長發(fā)射的多個激光二極管；復(fù)用器，其用于將所述多個激光源聚集成單個激光束；稀土摻雜光纖放大器，其用于將所述單個激光束放大以形成放大的單個激光束；解復(fù)用器，其用于將所述單個激光束分裂成多個放大的激光源；以及成像裝置，其用于應(yīng)用所述多個放大的激光源以對印刷版成像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述稀土摻雜光纖放大器由沿著光傳播路徑的 方向級聯(lián)的至少兩個單獨的稀土摻雜光纖放大器形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于鐿的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于鉺的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于釹的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述解復(fù)用器基于衍射光柵裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述解復(fù)用器基于棱鏡。
8. —種用于直接雕刻的方法，包括步驟 提供不同波長的多個激光束； 將所述激光束復(fù)用成單個激光束；使用稀土摻雜光纖放大器將所述單個激光束放大以形成放大的單個激光束； 將所述放大的單個激光束分裂成多個放大的激光源；以及 在印刷版上對所述多個放大的激光源成像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述稀土摻雜光纖放大器由沿著光傳播路徑的 方向級聯(lián)的多于一個的稀土摻雜光纖放大器形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于鐿的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于鉺的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述稀土摻雜光纖放大器是基于釹的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述解復(fù)用器是衍射光柵裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述解復(fù)用器是棱鏡。
15. —種用于直接雕刻的方法，包括步驟 提供多個激光束； 將所述激光束復(fù)用成單個激光束；使用放大器將所述單個激光束放大以形成放大的單個激光束； 將所述放大的單個激光束分裂成多個放大的激光源；以及 在基片上對所述多個放大的激光源成像。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述放大器是稀土摻雜光纖放大器。
全文摘要
一種用于直接雕刻的設(shè)備，包括以不同波長發(fā)射的多個激光二極管；復(fù)用器(11)，其用于將所述多個激光源聚集成單個激光束；稀土摻雜光纖放大器(12)，其用于將所述單個激光束放大以形成放大的單個激光束；解復(fù)用器，其用于將所述單個激光束分裂成多個放大的激光源；以及成像裝置，其用于應(yīng)用所述多個放大的激光源來對印刷版(55)成像。
文檔編號B41J2/45GK101755369SQ200880100088
公開日2010年6月23日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者H·查耶 申請人:伊斯曼柯達公司