CN104300352A - 一种光脉冲重复频率扩频器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光脉冲重复频率扩频器，其能形成等间距的脉冲串，实现对光脉冲数目在时域上的增加。而且本发明通过调节脉冲放大全反偏振旋转臂的偏振旋转程度、泵浦能力及泵浦宽度，可以有效的控制输出光脉冲的数目及其强度。总之本发明通过将光脉冲放大及分频使得种子光的重复频率进一步提高，为脉冲串激光器的产生与放大以及高重频激光器的实现提供了一种新方法，有利于激光产业及高重频光脉冲的应用及发展。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种光脉冲重复频率扩频器。
背景技术
传统的锁模技术由于受到光学元件尺寸和调制器件响应时间的限制，重复频率很难达到GHz。而且这种方法的系统结构复杂，不能轻易改变超短激光脉冲宽度和重复频率。特别是在再生放大器中，要想获得多个脉冲的输出，不得不增加再生腔腔长，从而导致整个激光器体积较大，稳定性不高。
美国专利说明书US8367968B2公开的一种多脉冲光束产生器，其采用2台激光器，通过对系统的设置，使2台同步输出的脉冲进行延时调节，并采用声光Q开光选择出两延时的脉冲，从而获得多脉冲输出。虽然该设计能够很好的获得多脉冲，在时域上扩展光脉冲的数量，但系统比较复杂，结构体积大，延时控制比较困难。
美国专利说明书US5293389公开的另一种多脉冲光束产生器，其采用光纤来扩大光脉冲之间的光程差，当一个光脉冲输入的时候，获得至少3个脉冲的输出。在结构及系统上大大的进行了简化，但光纤过长，光程差过大，得不到高重复频率的光脉冲输出。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种光脉冲重复频率扩频器，其通过将单个光脉冲在时间上进行变换，实现了单个光脉冲变成多个脉冲的输出，从而增加了光脉冲的数目，能够使得种子光(即入射光脉冲)的脉冲数进一步提高，实现频率的扩展。
本发明的一种光脉冲重复频率扩频器，其包括箱体及位于所述箱体内的光学组件，所述箱体上设有入射光脉冲进口(7)和出射光脉冲出口(8)，其关键技术在于，
所述光学组件包括：光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)、偏振分束镜(4)、脉冲放大全反偏振旋转臂(5)、脉冲全反偏振旋转臂(6)和45°全反镜；
所述入射光脉冲通过入射光脉冲进口(7)依次经光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)后，透过偏振分束镜(4)进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)，经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大后反射至偏振分束镜(4)，偏振分束镜(4)将该入射光脉冲分为两束光，一束光透过偏振分束镜(4)经光隔离器(3)与入射光脉冲分离；另一束光经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲全反偏振旋转臂(6)；
脉冲全反偏振旋转臂(6)全反镜的光经偏振分束镜(4)分成两束，一束经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)循环；另一束经偏振分束镜(4)透射后经45°全反镜全反射后由出射光脉冲出口(8)输出。
进一步的，所述偏振分束镜(4)的入射光脉冲与光隔离器(3)的出射光形成180°角。
进一步的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)与脉冲全反偏振旋转臂(6)呈偏振片布鲁斯特角补角设置。
进一步的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)反射的光中透过偏振分束镜(4)的光束与经偏振分束镜(4)反射的光束呈偏振布鲁斯特角；
入射脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的光与经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的反射出来的光重合；
入射脉冲全反偏振旋转臂(6)的光与经脉冲全反偏振旋转臂(6)的反射出来的光重合。
如上所述的，光线准直装置(1)包括两个小孔光阑，且该两个小孔光阑与入射光脉冲进口(7)位于同一直线上。
如上所述的，光隔离器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋转器(33)。
如上所述的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)依次包括偏振旋转器(51)、激光晶体(52)、泵浦耦合系统(53)和LD泵浦源(54)。
如上所述的，脉冲全反偏振旋转臂(6)包括偏振旋转器(61)和0°全反镜(62)；
脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大的光经0°全反镜(62)原路返回透过偏振旋转器(61)至偏振分束器(4)。
如上所述的，偏振旋转器(51)和偏振旋转器(61)均为四分之一波片。如上所述的，脉冲全反偏振旋转臂(6)的0°全反镜(62)第一次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲和第二次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲中，相邻两光脉冲的光程差ΔL为光脉冲从激光晶体(52)前端面传播到0°全反镜(62)反射表面的几何距离加上光在激光晶体中的光程之和的2倍，光脉冲间隔Δt为ΔL/c，其中c为光的传播速度。
有益效果：
本发明提供了一种将光脉冲在时域上进行扩展的光脉冲重复频率扩频器，能够实现单个光脉冲生成可调输出的多个脉冲，达到了对增大光脉冲频率的效果。具体的：
1.本发明使用一对小孔光阑，判断入射光脉冲是否准直入射，实现了入射光脉冲的准直导入。入射光脉冲输入的时候，为了防止入射光脉冲的倾斜、偏移，在其入射时打开箱体盖中的嵌槽盖面，观察入射光脉冲是否完全从两个小孔光阑的中心通过。
2.本发明采用偏振转换器，实现了对所有偏振入射光脉冲的调节。无论是水平还是垂直方向的偏振光，通过偏振转换器，都可以转化为单一偏振的光。
3.本发明采用光隔离器，实现了光脉冲的单向输出，保证了准直后的入射光脉冲只能单向传输，防止后续光的回光返照。
4.本发明根据光路设计触发控制LD泵浦源的泵浦上电时刻，通过调节泵浦电源的上电泵浦电流宽度，控制入射光脉冲生产光脉冲数；通过调节泵浦电流的强弱或偏振旋转器控制生成光脉冲的幅值，实现了光脉冲的强度及脉冲数选择输出。
附图说明
图1为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体内部光路示意图；
图2为入射光脉冲经本发明的光脉冲重复频率扩频器输出的脉冲波形示意图；
图3为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体左侧板示意图；
图4为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体右侧板示意图。
具体实施方式
本发明的一种光脉冲重复频率扩频器，其包括箱体及位于所述箱体内的光学组件，所述箱体上设有入射光脉冲进口(7)和出射光脉冲出口(8)，入射光脉冲进口(7)如图3所示，图3为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体左侧板示意图；出射光脉冲出口(8)如图4所示，图4为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体右侧板示意图。本发明所采用的箱体采用组合拼装方式，通过调节入射光脉冲，使入射光脉冲从图3左侧板入射光脉冲学进口孔径中透过，并使其完全从图1底板上连接的准直小孔光阑K1，K2中心透过。从图4右侧板的出射光脉冲出口的孔径输出需要的光脉冲数目。
图1为本发明的光脉冲重复频率扩频器的箱体内部光路示意图。如图1所示，本发明的关键技术在于，光学组件包括：光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)、偏振分束镜(4)、脉冲放大全反偏振旋转臂(5)、脉冲全反偏振旋转臂(6)和45°全反镜；
所述入射光脉冲通过入射光脉冲进口(7)依次经光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)后，透过偏振分束镜(4)进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)，经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大后反射至偏振分束镜(4)，偏振分束镜(4)将该入射光脉冲分为两束光，一束光透过偏振分束镜(4)经光隔离器(3)与入射光脉冲分离；另一束光经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲全反偏振旋转臂(6)；
脉冲全反偏振旋转臂(6)全反镜的光经偏振分束镜(4)分成两束，一束经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)循环；另一束经偏振分束镜(4)透射后经45°全反镜全反射后由出射光脉冲出口(8)输出。
进一步的，所述偏振分束镜(4)的入射光脉冲与光隔离器(3)的出射光形成180°角。
进一步的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)与脉冲全反偏振旋转臂(6)呈偏振片布鲁斯特角补角设置。
进一步的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)反射的光中透过偏振分束镜(4)的光束与经偏振分束镜(4)反射的光束呈偏振布鲁斯特角；
入射脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的光与经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的反射出来的光重合；
入射脉冲全反偏振旋转臂(6)的光与经脉冲全反偏振旋转臂(6)的反射出来的光重合。
如上所述的，光线准直装置(1)包括两个小孔光阑，且该两个小孔光阑与入射光脉冲进口(7)位于同一直线上。
如上所述的，光隔离器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋转器(33)。
如上所述的，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)依次包括偏振旋转器(51)、激光晶体(52)、泵浦耦合系统(53)和LD泵浦源(54)。
如上所述的，脉冲全反偏振旋转臂(6)包括偏振旋转器(61)和0°全反镜(62)；
脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大的光经0°全反镜(62)原路返回透过偏振旋转器(61)至偏振分束器(4)。
如上所述的，偏振旋转器(51)和偏振旋转器(61)均为四分之一波片。
如上所述的，脉冲全反偏振旋转臂(6)的0°全反镜(62)第一次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲和第二次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲中，相邻两光脉冲的光程差ΔL为光脉冲从激光晶体(52)前端面传播到0°全反镜(62)反射表面的几何距离加上光在激光晶体中的光程之和的2倍，光脉冲间隔为Δt为ΔL/c(c为光的传播速度)，通过改变光程差ΔL即可控制相邻光脉冲之间的间隔。
所述偏振分束镜、各所述波片、所述全反镜及所述LD激光晶体泵浦模块激光激光晶体端上均镀有与入射光脉冲波段相一致的增透膜或高反射膜。
如图2所示，图2为入射光脉冲经本发明的光脉冲重复频率扩频器输出的脉冲波形示意图。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种光脉冲重复频率扩频器，包括箱体及位于所述箱体内的光学组件，所述箱体上设有入射光脉冲进口(7)和出射光脉冲出口(8)，其特征在于，
所述光学组件包括：光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)、偏振分束镜(4)、脉冲放大全反偏振旋转臂(5)、脉冲全反偏振旋转臂(6)和45°全反镜；
所述入射光脉冲通过入射光脉冲进口(7)依次经光线准直装置(1)、偏振转换器(2)、光隔离器(3)后，透过偏振分束镜(4)进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)，经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大后反射至偏振分束镜(4)，偏振分束镜(4)将该入射光脉冲分为两束光，一束光透过偏振分束镜(4)经光隔离器(3)与入射光脉冲分离；另一束光经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲全反偏振旋转臂(6)；
脉冲全反偏振旋转臂(6)全反镜的光经偏振分束镜(4)分成两束，一束经偏振分束镜(4)反射后进入脉冲放大全反偏振旋转臂(5)循环；另一束经偏振分束镜(4)透射后经45°全反镜全反射后由出射光脉冲出口(8)输出。
2.根据权利要求1所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，所述偏振分束镜(4)的入射光脉冲与光隔离器(3)的出射光形成180°角；所述脉冲放大全反偏振旋转臂(5)与脉冲全反偏振旋转臂(6)呈偏振片布鲁斯特角补角设置。
3.根据权利要求1所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)反射的光中透过偏振分束镜(4)的光束与经偏振分束镜(4)反射的光束呈偏振布鲁斯特角；
入射脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的光与经脉冲放大全反偏振旋转臂(5)的反射出来的光重合；
入射脉冲全反偏振旋转臂(6)的光与经脉冲全反偏振旋转臂(6)的反射出来的光重合。
4.根据权利要求1-3任一所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，光线准直装置(1)包括两个小孔光阑，且该两个小孔光阑与入射光脉冲进口(7)位于同一直线上。
5.根据权利要求1-3所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，光隔离器(3)依次包括偏振片(31)、二分之一波片(32)和法拉第旋转器(33)。
6.根据权利要求1-3所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，脉冲放大全反偏振旋转臂(5)依次包括偏振旋转器(51)、激光晶体(52)、泵浦耦合系统(53)和LD泵浦源(54)。
7.根据权利要求6所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，还包括至少另外一种LD泵浦激光晶体的方式，其为LD泵浦源(54)从激光晶体(54)侧面泵浦。
8.根据权利要求1-4所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，脉冲全反偏振旋转臂(6)包括偏振旋转器(61)和0°全反镜(62)；
脉冲放大全反偏振旋转臂(5)放大的光经0°全反镜(62)原路返回透过偏振旋转器(61)至偏振分束器(4)。
9.根据权利要求1-4所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，偏振旋转器(51)和偏振旋转器(61)均为四分之一波片。
10.根据权利要求1-4所述的光脉冲重复频率扩频器，其特征在于，脉冲全反偏振旋转臂(6)的0°全反镜(62)第一次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲和第二次反射透过偏振分束镜(4)的光脉冲中，相邻两光脉冲的光程差ΔL为光脉冲从激光晶体(52)前端面传播到0°全反镜(62)反射表面的几何距离加上光在激光晶体中的光程之和的2倍，光脉冲间隔Δt为ΔL/c，其中c为光的传播速度。
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