CN102044835B - 窄脉冲偏振控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窄脉冲偏振控制器，包括顺序连接的光源、电动可调偏振控制器、起偏器、输出端，其改进在于：在光源与电动可调偏振控制器之间插入参考信号检测电路，在起偏器与输出端之间插入反馈信号检测电路；参考信号检测电路和反馈信号检测电路都连接到中央处理单元；中央处理单元的输出经D/A转换器后连接到电动可调偏振控制器。本发明的有益技术效果是：本发明结构简单，温度适应性强，控制精度高，稳偏效果好，可广泛应用于窄脉冲、低重频系统中偏振的主动控制。

Description

窄脉冲偏振控制器
技术领域
    本发明涉及一种激光偏振控制技术，尤其涉及一种窄脉冲偏振控制器。
背景技术
    新一代高功率固体激光聚变驱动器光脉冲产生系统大都采用了先进的全光纤固化技术方案，为了实现多路光脉冲产生系统长期稳定输出，系统偏振控制至关重要，美国NIF装置光脉冲产生系统大量采用了单偏振光纤、保偏器件及偏振控制器来实现系统的偏振稳定，需要对系统中的偏振态有针对性的进行控制。由于国内针对1um波导的偏振元器件体系还不健全，神光III激光装置光脉冲产生系统采用全单模光纤进行脉冲信号传输，因此系统输出偏振稳定性尤为关键。现有的偏振控制器只是基于直流光设计的，对于脉冲光偏振控制器需要开发。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种窄脉冲偏振控制器，包括顺序连接的光源、电动可调偏振控制器、起偏器、输出端，其改进在于：在光源与电动可调偏振控制器之间插入参考信号检测电路，在起偏器与输出端之间插入反馈信号检测电路；参考信号检测电路和反馈信号检测电路都连接到中央处理单元；中央处理单元的输出经D/A转换器后连接到电动可调偏振控制器。
所述参考信号检测电路，包括：耦合器、光电转换器一、信号调理电路一、比较器和峰值保持电路一；
其中，耦合器的输入与光源连接，耦合器的其中一路输出与电动可调偏振控制器连接，耦合器的另一路输出与光电转换器一连接；
光电转换器一的输出连接到信号调理电路一，信号调理电路一的一路输出连接到比较器，信号调理电路一的另一路输出连接到峰值保持电路一；
比较器的输出作为中断控制信号连接到中央处理单元；
峰值保持电路一的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元。
所述耦合器为普通单模耦合器，其分光比为99：1，1%的光输入到光电转换器一，99%的光输入到电动可调偏振控制器。
所述反馈信号检测电路，包括：保偏耦合器、光电转换器二、信号调理电路二和峰值保持电路二；
其中，保偏耦合器的输入与起偏器连接，保偏耦合器的一路输出连接到输出端，保偏耦合器的另一路输出连接到光电转换器二；
光电转换器二的输出连接到信号调理电路二，信号调理电路二的输出连接到峰值保持电路二；
峰值保持电路二的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元。
所述保偏耦合器的分光比为95：5，5%的光输入光电转换器二，95%的光输入到输出端。
前述峰值保持电路一和峰值保持电路二均采用跨导型峰值保持电路。
本发明的有益技术效果是：本发明结构简单，温度适应性强，控制精度高，稳偏效果好，可广泛应用于窄脉冲、低重频系统中偏振的主动控制。
附图说明
图1、本发明结构框图；
具体实施方式
本发明的结构为：包括顺序连接的光源、电动可调偏振控制器、起偏器、输出端，其改进在于：在光源与电动可调偏振控制器之间插入参考信号检测电路，在起偏器与输出端之间插入反馈信号检测电路；参考信号检测电路和反馈信号检测电路都连接到中央处理单元；中央处理单元的输出经D/A转换器后连接到电动可调偏振控制器。
所述参考信号检测电路，包括：耦合器、光电转换器一、信号调理电路一、比较器和峰值保持电路一；其中，耦合器的输入与光源连接，耦合器的其中一路输出与电动可调偏振控制器连接，耦合器的另一路输出与光电转换器一连接；光电转换器一的输出连接到信号调理电路一，信号调理电路一的一路输出连接到比较器，信号调理电路一的另一路输出连接到峰值保持电路一；比较器的输出作为中断控制信号连接到中央处理单元；峰值保持电路一的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元。
所述反馈信号检测电路，包括：保偏耦合器、光电转换器二、信号调理电路二和峰值保持电路二；其中，保偏耦合器的输入与起偏器连接，保偏耦合器的一路输出连接到输出端，保偏耦合器的另一路输出连接到光电转换器二；光电转换器二的输出连接到信号调理电路二，信号调理电路二的输出连接到峰值保持电路二；峰值保持电路二的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元。
其基本原理为：参考信号检测电路提取参考信号并输入中央处理单元，反馈信号检测电路提取反馈信号并输入中央处理单元，中央处理单元通过对参考信号与反馈信号（电压）的幅度比较，从而动态的调整D/A转换器输出控制电压，控制电动可调偏振控制器的电极，从而实现低重频窄脉冲光偏振态稳定。反馈信号可反映输出偏振态与预设置偏振态之间的相互吻合度，根据反馈信号的变化大小判断，通过调整电动可调偏振控制器各通道的驱动电压来调节输出偏振态，当反馈信号的电压值最大时，其输出窄脉冲光的偏振态与设定的偏振态保持一致。通过中央处理单元中的控制算法，可以保证其控制速度与控制精度。
前述耦合器为普通单模耦合器，其分光比为99：1，1%的光输入到光电转换器一，99%的光输入到电动可调偏振控制器。
前述保偏耦合器的分光比为95：5，5%的光输入光电转换器二，95%的光输入到输出端。
峰值保持电路一和峰值保持电路二均采用跨导型峰值保持电路，这就避免了传统的电压型峰值保持电路积分非线形大、动态范围小、通频带小等缺点，同时跨导型峰值保持电路还具有过冲电流小的优点，且稳定性好，适于处理快信号。
针对本发明的方案，在不同脉冲宽度条件下，采用共计2000发实验数据进行分析，当脉冲宽度大于1ns的情况下稳偏效果非常明显，脉冲宽度越宽稳偏效果越好，如表1所示。这是由于在相同的峰值光功率注入情况下，脉冲宽度越窄峰值保持输出的幅度就越低，这样信噪比就增大，导致控制精度下降；脉冲宽度越宽峰值保持输出的幅度就越高，信噪比得到减小，从而提高了控制精度。因此系统采用窄脉冲光偏振控制系统输出稳定性与信号的脉冲宽度有关。对于1ns及更短脉冲宽度信号需要根据信号的强弱对跨导型峰值采样保持电路的参数进行优化同样也能够达到满意的稳偏效果。
表1 低重复频率窄脉冲稳偏器验证结果
Pulse Width Output power stability（P-V） Output power stability（RMS）
3ns 4.55% 0.85%
2ns 5.76% 1.06%
1ns 6.80% 1.24%
Pulse Width：脉冲宽度；
Output power stability：输出功率稳定性；
P-V：peak value，峰值；
RMS：均方根。

Claims (4)

1.一种窄脉冲偏振控制器，包括顺序连接的光源、电动可调偏振控制器、起偏器、输出端，其特征在于：在光源与电动可调偏振控制器之间插入参考信号检测电路，在起偏器与输出端之间插入反馈信号检测电路；参考信号检测电路和反馈信号检测电路都连接到中央处理单元；中央处理单元的输出经D/A转换器后连接到电动可调偏振控制器；
所述参考信号检测电路，包括：耦合器、光电转换器一、信号调理电路一、比较器和峰值保持电路一；
其中，耦合器的输入与光源连接，耦合器的其中一路输出与电动可调偏振控制器连接，耦合器的另一路输出与光电转换器一连接；
光电转换器一的输出连接到信号调理电路一，信号调理电路一的一路输出连接到比较器，信号调理电路一的另一路输出连接到峰值保持电路一；
比较器的输出作为中断控制信号连接到中央处理单元；
峰值保持电路一的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元；
所述反馈信号检测电路，包括：保偏耦合器、光电转换器二、信号调理电路二和峰值保持电路二；
其中，保偏耦合器的输入与起偏器连接，保偏耦合器的一路输出连接到输出端，保偏耦合器的另一路输出连接到光电转换器二；
光电转换器二的输出连接到信号调理电路二，信号调理电路二的输出连接到峰值保持电路二；
峰值保持电路二的输出经A/D转换器后连接到中央处理单元。
2.根据权利要求1所述的窄脉冲偏振控制器，其特征在于：所述耦合器为普通单模耦合器，其分光比为99：1，1%的光输入到光电转换器一，99%的光输入到电动可调偏振控制器。
3.根据权利要求1所述的窄脉冲偏振控制器，其特征在于：所述保偏耦合器的分光比为95：5，5%的光输入光电转换器二，95%的光输入到输出端。
4.根据权利要求1所述的窄脉冲偏振控制器，其特征在于：峰值保持电路一和峰值保持电路二均采用跨导型峰值保持电路。
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