CN100570968C - 高功率激光装置的相位调制装置 - Google Patents

Abstract

一种高功率激光装置的相位调制装置，构成包括：沿主光路依次是第一光纤分束器、波导位相调制器、第二光纤分束器和波导强度调制器，所述的第一光纤分束器的分路经第一光纤光栅滤波器接电路控制器的第一输入端，所述的第二光纤分束器的分路经第二光纤光栅滤波器接所述的电路控制器的第二输入端，该电路控制器的输出端经脉冲发生器接所述的波导强度调制器，本发明的特点是整个装置为全光纤结构，衔接比较容易；电路控制器的处理时间短，并且具有高频稳定性。该装置对保护高功率激光装置运行的可靠性和安全性具有重要的作用。

Description

高功率激光装置的相位调制装置

技术领域

本发明涉及高功率激光装置，特别是一种用于高功率激光装置的相位调制装置，该装置对保护高功率激光装置运行的可靠性和安全性具有重要的作用。

背景技术

在高功率激光装置中，为了有效地抑制受激布里渊散射(SBS)造成的大口径光学元件损坏，提高高功率激光装置的运行通量水平，需要引入相位调制对激光脉冲进行频谱展宽，以保证在大能量运行情况下装置的安全性和可靠性。相位调制单元引入后，系统的安全性得到了提高，但同时也要求调制单元有很好的可靠性。这就需要对相位调制单元做实时检测和控制，一旦检测到光谱未被展宽，应能立即切断光路，使没有展宽的光脉冲无法进入装置以后各级，从而保护高功率激光装置的运行的可靠性和安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种高功率激光装置的相位调制装置，确保高功率激光装置运行的可靠性和安全性。

本发明的技术解决方案如下：

一种高功率激光装置的相位调制装置，特点在于其构成包括：沿主光路依次是第一光纤分束器、波导位相调制器、第二光纤分束器和波导强度调制器，所述的第一光纤分束器的分路经第一光纤光栅滤波器接电路控制器的第一输入端，所述的第二光纤分束器的分路经第二光纤光栅滤波器接所述的电路控制器的第二输入端，该电路控制器的输出端经脉冲发生器接所述的波导强度调制器，所述的电路控制器由两路结构相同的电路组成：第一路由依次连接的第一输入端、第一光电转换器、第一积分器、第一低通滤波器、第一放大器和比较器组成，第二路由依次连接的第二输入端、第二光电转换器、第二积分器、第二低通滤波器、第二放大器和所述的比较器组成，所述的比较器的输出接所述的脉冲发生器。

所述的第一光纤光栅滤波器和第二光纤光栅滤波器是一个窄带的光纤光栅滤波器。

所述的第一积分器和第二积分器是电流积分器。

所述的比较器是迟滞比较器。

本发明的工作原理是：

本发明高功率激光装置的相位调制装置连接在高功率激光装置的主光路中，前级的脉冲信号光经过第一光纤分束器被分成两路：一路沿主光路进入波导位相调制器进行位相展宽，另一分路经第一光纤光栅滤波器接电路控制器的第一输入端，经波导位相调制器后的位相展宽的脉冲信号光进入第二光纤分束器，又被分成两路：一路沿主光路进入波导强度调制器，第二光纤分束器输出的另一分路经第二光纤光栅滤波器接电路控制器的第二输入端，经第一光纤光栅滤波器输入所述的电路控制器的第一输入端的是未经波导位相调制器位相展宽的脉冲信号光，经第二光纤光栅滤波器输入所述的电路控制器的第二输入端是经过波导位相调制器位相展宽的脉冲信号光，二者在电路控制器内进行差分比较。最后由电路控制器输出判断后的结果，即输出一个控制信号。情况正常时，即由第二光纤光栅滤波器输入所述的电路控制器的第二输入端确是经过波导位相调制器位相展宽的脉冲信号光，则电路控制器输出一个负电平控制信号，该控制信号控制所述的脉冲发生器不产生一门电脉冲，波导强度调制器正常工作，主光路处于导通状态。情况反常时，即波导位相调制器2工作不正常时，即由第二光纤光栅滤波器输入所述的电路控制器的第二输入端确是经过波导位相调制器的但是未经位相展宽的脉冲信号光，则电路控制器的比较器输出一个正电平控制信号，该控制信号控制所述的脉冲发生器产生一门电脉冲，进而通过波导强度调制器关闭主光路。因而确保了高功率激光装置运行的可靠性和安全性。

本发明的优点在于：

1、采用了窄带的光纤光栅滤波器进行展宽脉冲光的判断，而传统的方法是利用空间滤波器对展宽脉冲光进行判断。由于新一代高功率激光装置采用的是全光纤结构，因此采用光纤光栅滤波器进行判断，衔接更容易，损耗也小。

2、采用了两束光路差分比较的方式，一路为系统正常工作的脉冲光，另一路为用于进行比较和判断的脉冲光。两路光经过同步处理，然后进行比较判断，从而达到实时检测的作用。一旦检测到位相调制器工作不正常时，即由电路控制部分输出一控制信号，将主光路关闭，从而达到实时控制的作用。

3、电路控制器中采用了一种电流积分器。传统积分器的构成是由运算放大器和反馈电容构成，这种电压型积分器在高频情况下，很容易与导线产生的寄生电感形成自激振荡，干扰正常的工作信号。

4、实践表明，本发明装置对保护高功率激光装置运行的可靠性和安全性具有重要的作用。

附图说明

图1是本发明高功率激光装置的相位调制装置的结构示意图。

图2是本发明电路控制器结构示意图。

图3是本发明实施例的积分器的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1和图2，图1是本发明高功率激光装置的相位调制装置的结构示意图，图2是本发明电路控制器结构示意图。由图可见，本发明高功率激光装置的相位调制装置的构成包括：沿主光路依次是第一光纤分束器1、波导位相调制器2、第二光纤分束器3和波导强度调制器4，所述的第一光纤分束器1的分路经第一光纤光栅滤波器5接电路控制器6的第一输入端，所述的第二光纤分束器3的分路经第二光纤光栅滤波器7接所述的电路控制器6的第二输入端，所述的电路控制器6的输出端经脉冲发生器8接所述的波导强度调制器4，所述的电路控制器6由两路结构相同的电路组成：第一路由依次连接的第一输入端、第一光电转换器6-1、第一积分器6-2、第一低通滤波器6-3、第一放大器6-4和比较器6-9组成，第二路由依次连接的第二输入端、第二光电转换器6-5、第二积分器6-6、第二低通滤波器6-7、第二放大器6-8和所述的比较器6-9组成，所述的比较器6-9的输出端接所述的脉冲发生器8。

高功率激光装置产生的脉冲光经过波导位相调制器2和波导强度调制器4后通向后续装置。为了检测波导位相调制器2是否工作正常，即是否将脉冲光进行了位相展宽，通过第一光纤分束器1和第二光纤分束器3将光路进行分束，分别得到两路光束，用于进行检测位相调制器2是否正常工作。其中通过第一光纤分束器1分出一束光是没有经过波导位相调制器2而直接进入第一光纤光栅滤波器5的。而经过波导位相调制器2的脉冲光由第二光纤分束器3分出一束光的位相得到了展宽，由单频脉冲光转换成了宽谱脉冲光。展宽后的脉冲光经过第二光纤分束器3，又分为两束光路，其中一路为通向激光器后续装置的主光路，另一束为用于进行比较和判断的待测光路。将没有经过位相调制的信号光与经过了位相调制的待测信号光分别接入第一光纤光栅滤波器5或第二光纤光栅滤波器7，再一同接入电路控制器6，最后由电路控制器6输出判断后的结果。由于经过了位相调制的脉冲光通过第二光纤光栅滤波器7后的幅度要高于没经过位相调制通过第一光纤光栅滤波器5后的脉冲光的幅度。因此，在波导位相调制器2工作正常的情况下，由第二路的第二输入端、第二光电转换器6-5、第二积分器6-6、第二低通滤波器6-7、第二放大器6-8和所述的比较器6-9组成的第二路信号的幅度要高于由第一输入端、第一光电转换器6-1、第一积分器6-2、第一低通滤波器6-3、第一放大器6-4和比较器6-9组成的第一路信号的幅度，比较器6-9输出负电平，脉冲发生器8不工作，即不产生触发信号，波导强度调制器4正常工作，主光路处于导通状态。相反，当波导位相调制器2工作不正常时，比较器输出正电平。由这个正电平信号来控制后续脉冲发生器8产生一个脉冲触发信号，控制波导强度调制器4关闭主光路，从而形成一个闭环反馈控制回路。

所述的光电转换器6-1采用的是一种高速光电探测器，它可以将3ns的短脉冲信号光转换成电信号，转换后的电信号仍然是脉冲宽度为3ns的电脉冲信号；所述的第一积分器6-2采用的是一种电流积分电路，其具体结构如图3所示。光电二极管6-1的负极接直流电源正极6-2-1将光脉冲信号转换为电脉冲信号，转换得到的电流信号直接对电容6-2-2进行充电，同时，与电容并联的电阻6-2-3构成了一个放电回路。这种直接由电容和电阻构建的电流积分器克服了由运算放大器构成的积分器给电路所带来的多余的噪声。因为在高频情况下，由电容、运算放大器及寄生电感很容易产生振荡，干扰正常的信号。第一积分器6-2后是第一低通滤波器6-3，用于滤除高频噪声，从而得到一个缓慢而平滑的信号。经过电流积分器6-2后信号幅度会有所下降，放大器6-4将对积分后的信号进行幅值放大，其中所述的放大器，即运算放大器采用的是高带宽低漂移高速放大器，适当的选取电阻阻值，使其增益为10，即信号幅度被放大10倍。比较器采用的是高速比较器，为了避免输入信号在门限值附近有微小的干扰，输出电压就会产生相应的抖动，因此采用了一种迟滞比较器。这样，当输出状态一旦转换，只要在跳变电压附近的干扰不超过ΔU之值内，输出电压的值就将是稳定的。最后由比较器输出的控制信号去控制脉冲发生器。脉冲发生器8可以产生一个脉冲信号从而控制波导强度调制器4，以实现光纤链路的导通或关闭。

Claims (4)

1、一种高功率激光装置的相位调制装置，特征在于其构成包括：沿主光路依次是第一光纤分束器(1)、波导位相调制器(2)、第二光纤分束器(3)和波导强度调制器(4)，所述的第一光纤分束器(1)的分路经第一光纤光栅滤波器(5)接电路控制器(6)的第一输入端，所述的第二光纤分束器(3)的分路经第二光纤光栅滤波器(7)接所述的电路控制器(6)的第二输入端，所述的电路控制器(6)的输出端经脉冲发生器(8)接所述的波导强度调制器(4)，所述的电路控制器(6)由两路结构相同的电路组成：第一路由依次连接的第一输入端、第一光电转换器(6-1)、第一积分器(6-2)、第一低通滤波器(6-3)、第一放大器(6-4)和比较器(6-9)组成，第二路由依次连接的第二输入端、第二光电转换器(6-5)、第二积分器(6-6)、第二低通滤波器(6-7)、第二放大器(6-8)和所述的比较器(6-9)组成，所述的比较器(6-9)的输出接所述的脉冲发生器(8)。

2、根据权利要求1的所述的高功率激光装置的相位调制装置，其特征在于所述的第一光纤光栅滤波器和第二光纤光栅滤波器是窄带的光纤光栅滤波器。

3、根据权利要求1的所述的高功率激光装置的相位调制装置，其特征在于所述的第一积分器和第二积分器是电流积分器。

4、根据权利要求1的所述的高功率激光装置的相位调制装置，其特征在于所述的比较器是迟滞比较器。

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