CN103474871A - 脉冲激光时域整形装置 - Google Patents

Abstract

一种用于光学参量啁啾脉冲放大的泵浦脉冲激光前端的脉冲激光时域整形装置，特点在于其构成包括：依次的连续单纵模固体激光源、第一级隔离器、第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、第二级隔离器、再生放大器和可调电光调制器，精密多路延时器的输出端与所述的第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、再生放大器和可调电光调制器的控制端相连，所述的第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、再生放大器和可调电光调制器在所述的精密多路延时器输出的提供TTL电平触发信号的触发下，按精确工作时序工作。本发明可得到时域脉宽可调，时域波形斜率可调的光学参量啁啾脉冲放大的数纳秒级脉宽的泵浦光。

Description

脉冲激光时域整形装置

技术领域

本发明涉及光学参量啁啾脉冲放大，特别是一种用于光学参量啁啾脉冲放大的泵浦脉冲激光前端的脉冲激光时域整形装置。

背景技术

1990年光学参量啁啾脉冲放大技术发明以来，因其超宽的放大带宽，较高的转换效率，立即成为激光科学又一个研究热点，现今已经成为获得超短、超强激光的主流技术之一。

为了得到更高转换效率、更好稳定性、更宽增益谱宽的光学参量啁啾脉冲放大，人们陆续开展了对信号光和泵浦光时空特性的研究，研究表明当信号光、泵浦光空域平顶形，泵浦光时域平顶形、信号光时域高斯形时可以得到最佳的光学参量啁啾脉冲放大。实验中如何得到上述特性的泵浦光和信号光的问题随之而来，其中泵浦光的时域平顶特性相对而言实现难度更大，特别是在放大过程中，随着放大器的增加，脉冲前端会首先放大，影响泵浦脉冲最终输出时域波形，从而影响信号光光谱性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光学参量啁啾脉冲放大的泵浦脉冲激光前端的脉冲激光时域整形装置，以得到时域脉宽可调，时域波形斜率可调的光学参量啁啾脉冲放大的数纳秒级脉宽的泵浦光。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光学参量啁啾脉冲放大的泵浦脉冲激光前端的脉冲激光时域整形装置，特点在于其构成包括：依次的连续单纵模固体激光源、第一级隔离器、第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、第二级隔离器、再生放大器和可调电光调制器，精密多路延时器的输出端与所述的第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、再生放大器和可调电光调制器的控制端相连，所述的第一快速电光调制器、第二快速电光调制器、再生放大器和可调电光调制器在所述的精密多路延时器输出的提供TTL电平触发信号的触发下，按精确工作时序工作。

连续单纵模激光发生源产生连续激光经隔离器后进入到第一个快速电光调制器，所谓“快速”，是指该电光调制器得到的调制光脉冲上升沿小于100皮秒，得到初始光脉冲，随后通过第二个快速电光调制器，调制初始光脉冲的下降沿，从而得到上升沿、下降沿小于100皮秒的时域平顶的光脉冲。

时域平顶的光脉冲经过再生放大器放大后，能量达到数毫焦，再生输出的光脉冲时域波形不在是平顶，脉冲前沿放大的更快，峰值大于脉冲后沿。

将再生放大器放大输出的光脉冲通过可调电光调制器得到的调制光脉冲上升沿在20-150纳秒可调，

所述的可调电光调制器由第一偏振片、电光晶体、第二偏振片和驱动电源组成，第一偏振片和第二偏振片的偏振方向相互垂直。

当电光晶体没有加电压时，相当于一个全波片，第二偏振片后无光输出，即此时可调电光调制系统的透过率为0，见附图2。当驱动电源接受到精密多路延时器发出的触发信号后，开始对电光晶体施加半波电压，电压从0开始上升的过程中，可调电光调制器的透过率开始增加，该调制器在半波电压上升时间段内可实现透过率T从0到1的变化。驱动电源采用磁脉冲压缩技术来改变施加在电光晶体上电压的上升沿时间，由以上分析可知，不同的电压上升沿时间对应着透过率T不同的变化速度。上升沿时间越短，透过率变化越快，反之，上升沿时间越长，透过率变化越慢。

通过精密多路延时器提供TTL电平触发信号，精确控制可调电光调制器的工作时序，使再生放大器输出的光脉冲通过该调制系统的时间落在透过率T上升的时间段内。调制后光脉冲的能量由光脉冲通过可调电光调制器这一时间段内调制器透过率T的变化范围决定，这个可以通过调整光脉冲进入调制系统的时间点来控制；调制器透过率T的变化快慢决定了光脉冲时域波形峰值的衰减幅度，相同时域宽度的光脉冲通过调制器时，当调制器透过率T变化快时，则光脉冲时域波形前后沿调制幅度的差值大，当调制器透过率T变化慢时，则光脉冲时域波形前后沿调制幅度差值小。

综上，我们可以脉宽可调，脉冲时域波形斜率可调的纳秒级的光学参量啁啾脉冲放大的泵浦源前端，通常情况下，我们将泵浦源前端光脉冲的时域波形调节为前低后高的形状，这样经过后续若干级放大后，因为放大“前移”效应，最终我们可以得到时域平顶的纳秒级光学参量啁啾脉冲放大的泵浦光。

本发明脉冲激光时域整形装置，具备可调节性，在不同放大条件下，都可以实现泵浦脉冲的最终时域近平顶输出。

附图说明

图1为可调电光调制系统装置图

图2为可调电光调制系统的透过率随电光调制晶体半波电压上升时间的变化图

图3为本发明装置的结构图

具体实施方式

先请参阅图3，由图3可见，本发明脉冲激光时域整形装置，构成包括：依次的连续单纵模固体激光源1、第一级隔离器2、第一快速电光调制器3、第二快速电光调制器4、第二级隔离器5、再生放大器6和可调电光调制器7，精密多路延时器8的输出端与所述的第一快速电光调制器3、第二快速电光调制器4、再生放大器6和可调电光调制器7的控制端相连，所述的第一快速电光调制器3、第二快速电光调制器4、再生放大器6和可调电光调制器7在所述的精密多路延时器8输出的提供TTL电平触发信号的触发下，按精确工作时序工作。

所述的可调电光调制器由第一偏振片71、电光晶体72、第二偏振片73和驱动电源74组成，第一偏振片71和第二偏振片73的偏振方向相互垂直。见图1。当电光晶体没有加电压时，相当于一个全波片，第二偏振片73后无光输出，即此时可调电光调制系统的透过率为0，见图2。当驱动电源74接受到精密多路延时器8发出的触发信号后，开始对电光晶体施加半波电压，电压从0开始上升的过程中，可调电光调制器的透过率开始增加，该调制器在半波电压上升时间段内可实现透过率T从0到1的变化。驱动电源采用磁脉冲压缩技术来改变施加在电光晶体72上电压的上升沿时间，由以上分析可知，不同的电压上升沿时间对应着透过率T不同的变化速度。上升沿时间越短，透过率变化越快，反之，上升沿时间越长，透过率变化越慢。

通过精密多路延时器提供TTL电平触发信号，精确控制可调电光调制器的工作时序，使再生放大器输出的光脉冲通过该调制系统的时间落在透过率T上升的时间段内。调制后光脉冲的能量由光脉冲通过可调电光调制器这一时间段内调制器透过率T的变化范围决定，这个可以通过调整光脉冲进入调制系统的时间点来控制；调制器透过率T的变化快慢决定了光脉冲时域波形峰值的衰减幅度，相同时域宽度的光脉冲通过调制器时，当调制器透过率T变化快时，则光脉冲时域波形前后沿调制幅度的差值大，当调制器透过率T变化慢时，则光脉冲时域波形前后沿调制幅度差值小。

整个系统通过精密多路延时器8输出的TTL触发电平来控制各装置的工作时序。单纵模固体激光源1产生的单纵模1053纳米连续激光经一级隔离器2后进入第一快速电光调制器3，得到上升沿小于100皮秒脉宽纳秒级的激光脉冲，然后进入第二快速电光调制器4。经其调制后得到了上升沿、下降沿都小于百皮秒的纳秒级激光脉冲，经第二级隔离器5进入到再生放大器6。经再生放大器5放大后得到毫焦级时域波形前高后低的纳秒级激光脉冲，进入到可调电光调制器7。通过精确控制激光脉冲进入可调电光调制器的时间点，达到对最终输出时域波形的调制；通过调节可调电光调制器7半波电压上升沿的时间，达到可调电光调制器7对最终输出激光脉冲时域波形斜率的调节。经可调电光调制器7调制后前低后高的光脉冲进入到后续放大器中放大，放大过程中的“前移”效应逐渐抬高光脉冲的前沿。最终可以得到纳秒级，时域波形前低后高的激光脉冲，经后续多级放大系统后，最终得到时域平顶的纳秒级光学参量啁啾脉冲放大的泵浦激光脉冲。

本发明，巧妙的利用电光调制器半波电压上升沿的特性，快速（上升沿小于百皮秒）的电光调制器用来产生高对比度的激光脉冲，慢速（上升沿大于数十纳秒）的可调电光调制器上升沿的可调节性来合理的控制激光脉冲的时域波形斜率，来抵消多级放大系统中“前移”效应，并根据后续放大器数量和增益性能调节慢速电光调制器脉冲上升沿时间，开调节前端输出脉冲时域波形的斜率，最终获得了时域平顶的泵浦光源，可以作用于光学参量啁啾脉冲放大，大大提高了光学参量啁啾脉冲放大的转换效率、稳定性、增益带宽。

Claims (2)

1.一种用于光学参量啁啾脉冲放大的泵浦脉冲激光前端的脉冲激光时域整形装置，特征在于其构成包括：依次的连续单纵模固体激光源（1）、第一级隔离器（2）、第一快速电光调制器（3）、第二快速电光调制器（4）、第二级隔离器（5）、再生放大器（6）和可调电光调制器（7），精密多路延时器（8）的输出端与所述的第一快速电光调制器（3）、第二快速电光调制器（4）、再生放大器（6）和可调电光调制器（7）的控制端相连，所述的第一快速电光调制器（3）、第二快速电光调制器（4）、再生放大器（6）和可调电光调制器（7）在所述的精密多路延时器（8）输出的提供TTL电平触发信号的触发下，按精确工作时序工作。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光时域整形装置，其特征在于所述的可调电光调制器（7）由第一偏振片（71）、电光晶体（72）、第二偏振片（73）和驱动电源（74）组成，第一偏振片（71）和第二偏振片（73）的偏振方向相互垂直。

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