CN104283107B - 基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统，可用于瞬态动力学过程的研究。本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统含有纳秒脉冲激光器、2×2光开关，可调延时器，宽带相位调制器，增益补偿放大器，预放大器，主放大器，脉冲压缩器，超短激光脉冲序列，脉冲电子束和X射线源脉冲序列。纳秒脉冲激光器产生的重频整形窄带纳秒脉冲经2×2光开关进入由可调延时器、宽带相位调制器和增益补偿放大器构成的环形腔，在腔内循环数次后输出为周期性线性啁啾脉冲序列，脉冲序列在预放大器和主放大器中放大后经脉冲压缩器压缩为超短激光脉冲序列，并与同步的脉冲电子束相互作用产生X射线源脉冲序列。
Description
技术领域
本发明属于利用经周期性相位调制的纳秒脉冲放大压缩后获得的超短激光脉冲序列与脉冲电子束或者靶材料相互作用产生高通量辐射源的领域，具体涉及一种基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统。
背景技术
高强度的X射线源与粒子辐射源在高能量密度物理诊断、材料科学研究和生物科学研究中有重要的应用价值。研究物理、化学或者生物过程在短时间内的高时间分辨动态演化的瞬态动力学机制需要纳秒尺度内的序列脉冲辐射源。目前，在科学研究当中，基于高峰值功率激光脉冲与脉冲电子束或者靶材料相互作用以产生高强度的短脉冲辐射源的方法已经得到了广泛应用。高功率激光系统通常采用啁啾脉冲放大的方法以提高激光脉冲的峰值功率，最终通过脉冲压缩器获得脉宽为皮秒甚至飞秒级的高峰值功率的超短激光脉冲。然而，由于现有方法产生的重频光源相邻脉冲的时间间隔过大，只能对单时间点的状态进行诊断而无法研究纳秒时间尺度内的瞬态动力学机制。考虑到窄带整形纳秒脉冲通过直接的周期性相位调制的方法可以获得周期性线性啁啾脉冲，经脉冲放大并压缩后能够产生一串高峰值功率的整形超短脉冲序列，再经与脉冲电子束或者靶材料相互作用可以产生序列脉冲辐射源，可以作为瞬态动力学过程研究的有力手段。与此同时，纳秒脉冲的脉宽较大，更容易从激光放大器中提取更高的能量，从而获得更高辐射源强度。
发明内容
为克服传统的基于单一超短激光脉冲的辐射源产生系统只能用于单时间点状态诊断的缺点，本发明提供一种基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统。本发明的种子源采用整形的窄带纳秒脉冲，通过直接的周期性相位调制获得周期性线性啁啾脉冲序列，用以产生序列短脉冲辐射源，从而获得瞬态动力学机制的研究能力。
本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统含有纳秒脉冲激光器、2×2光开关、可调延时器、宽带相位调制器、增益补偿放大器、预放大器、主放大器、脉冲压缩器、超短激光脉冲序列、脉冲电子束和X射线源脉冲序列。纳秒脉冲激光器用于产生具有一定重频、脉宽和波形的窄带纳秒脉冲种子源；2×2光开关用于将种子脉冲导入包含有可调延时器、宽带相位调制器和增益补偿放大器的环形腔；预放大器用于提供高激光增益；主放大器用于获得高脉冲能量输出；脉冲压缩器用于压缩放大后的脉冲序列，获得高峰值功率的超短激光脉冲序列；脉冲电子束用于与超短激光脉冲序列相互作用产生X射线源脉冲序列。
本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统的工作原理是：纳秒脉冲激光器产生的具有一定重频、脉宽和波形的窄带纳秒脉冲种子源经2×2光开关进入环形腔。环形腔中可调延时器用以调节腔长以使激光脉冲与宽带相位调制器中的相位调制脉冲精确同步，激光脉冲经宽带相位调制器的周期性抛物线形信号调制后称为宽带的周期性线性啁啾脉冲，增益补偿放大器用于补偿腔内器件引入的损耗，若单次相位调制所获得的激光带宽不够大，则需要多次在腔内循环直至获得所需的激光带宽，由2×2光开关控制脉冲循环次数并从腔内输出，此时纳秒脉冲相当于周期性线性啁啾脉冲序列。周期性线性啁啾脉冲序列经预放大器放大获得高能量增益，经主放大器放大获得高能量提取。放大后的周期性线性啁啾脉冲序列进入脉冲压缩器中将各子脉冲的脉宽进行压缩以获得高峰值功率的超短激光脉冲序列。高峰值功率的超短激光脉冲序列与时间同步的脉冲电子束相互作用，产生高强度的X射线源脉冲序列。
本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统中的各器件可以采用块状固体激光系统或者光纤激光系统中的相关器件。对电子、质子或中子等粒子辐射源，将末端的脉冲电子束替换为对应的靶材料。
本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统在产生高峰值功率的超短激光脉冲序列的同时，使用纳秒级激光脉冲宽度，提高了总的脉冲提取能量，进而在纳秒时间尺度内获得了更高的辐射源强度，使用效果好。
附图说明
图1为本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统的实施例1的结构框图;
图2为本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统的实施例2的结构框图;
图中，1.纳秒脉冲激光器 2. 2×2光开关 3.可调延时器 4.宽带相位调制器 5.增益补偿放大器 6.预放大器 7.主放大器 8.脉冲压缩器 9.超短激光脉冲序列 10.脉冲电子束 11.X射线源脉冲序列 12.靶材料 13.粒子辐射源脉冲序列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
图1中，本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统含有纳秒脉冲激光器1，2×2光开关2，可调延时器3，宽带相位调制器4，增益补偿放大器5，预放大器6，主放大器7，脉冲压缩器8，超短激光脉冲序列9，脉冲电子束10和X射线源脉冲序列11。其连接关系是：纳秒脉冲激光器1与2×2光开关2的输入1端口连接，2×2光开关2的输出2端口与可调延时器3连接，可调延时器3与宽带相位调制器4连接，宽带相位调制器4与增益补偿放大器5连接，增益补偿放大器5与2×2光开关2的输入2端口连接，2×2光开关2的输出1端口与预放大器6连接，预放大器6与主放大器7连接，主放大器7与脉冲压缩器8连接，脉冲压缩器8与超短激光脉冲序列9连接，超短激光脉冲序列9与脉冲电子束10连接，脉冲电子束10与X射线源脉冲序列11连接。
本实施例的工作过程是：重频的整形窄带纳秒脉冲由纳秒脉冲激光器1产生，经2×2光开关2的输入1端口和输出2端口进入环形腔，可调延时器3用于调节腔长以满足精确时间同步关系，纳秒脉冲经宽带相位调制器4进行相位调制后变成宽带周期性线性啁啾脉冲，经增益补偿放大器5补偿腔内损耗，由2×2光开关2时序控制脉冲在腔内循环次数以获得满足要求的带宽，然后经2×2光开关2的输出1端输出获得周期性线性啁啾脉冲序列，周期性线性啁啾脉冲序列经预放大器6获得高能量增益，经主放大器7获得高能量提取，经脉冲压缩器8压缩为高峰值功率的超短激光脉冲序列9，超短激光脉冲序列9与同步的脉冲电子束10相互作用产生X射线源脉冲序列11。
实施例2
图2中，本发明的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统含有纳秒脉冲激光器1，2×2光开关2，可调延时器3，宽带相位调制器4，增益补偿放大器5，预放大器6，主放大器7，脉冲压缩器8，超短激光脉冲序列9，靶材料12和粒子辐射源脉冲序列13。其连接关系是：纳秒脉冲激光器1与2×2光开关2的输入1端口连接，2×2光开关2的输出2端口与可调延时器3连接，可调延时器3与宽带相位调制器4连接，宽带相位调制器4与增益补偿放大器5连接，增益补偿放大器5与2×2光开关2的输入2端口连接，2×2光开关2的输出1端口与预放大器6连接，预放大器6与主放大器7连接，主放大器7与脉冲压缩器8连接，脉冲压缩器8与超短激光脉冲序列9连接，超短激光脉冲序列9与靶材料12连接，靶材料12与粒子辐射源脉冲序列13连接。
本实施例的工作过程是：重频的整形窄带纳秒脉冲由纳秒脉冲激光器1产生，经2×2光开关2的输入1端口和输出2端口进入环形腔，可调延时器3用于调节腔长以满足精确时间同步关系，纳秒脉冲经宽带相位调制器4进行相位调制后变成宽带周期性线性啁啾脉冲，经增益补偿放大器5补偿腔内损耗，由2×2光开关2时序控制脉冲在腔内循环次数以获得满足要求的带宽，然后经2×2光开关2的输出1端输出获得周期性线性啁啾脉冲序列，周期性线性啁啾脉冲序列经预放大器6获得高能量增益，经主放大器7获得高能量提取，经脉冲压缩器8压缩为高峰值功率的超短激光脉冲序列9，超短激光脉冲序列9与靶材料12相互作用产生粒子辐射源脉冲序列13。
Claims (2)
1.一种基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统，其特征在于：所述的辐射源产生系统含有纳秒脉冲激光器（1），2×2光开关（2），可调延时器（3），宽带相位调制器（4），增益补偿放大器（5），预放大器（6），主放大器（7），脉冲压缩器（8），超短激光脉冲序列（9），脉冲电子束（10）和X射线源脉冲序列（11）；其连接关系是，纳秒脉冲激光器（1）与2×2光开关（2）的输入1端口连接，2×2光开关（2）的输出2端口与可调延时器（3）连接，可调延时器（3）与宽带相位调制器（4）连接，宽带相位调制器（4）与增益补偿放大器（5）连接，增益补偿放大器（5）与2×2光开关（2）的输入2端口连接，2×2光开关（2）的输出1端口与预放大器（6）连接，预放大器（6）与主放大器（7）连接，主放大器（7）与脉冲压缩器（8）连接，脉冲压缩器（8）与超短激光脉冲序列（9）连接，超短激光脉冲序列（9）与脉冲电子束（10）连接，脉冲电子束（10）与X射线源脉冲序列（11）连接。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲周期性相位调制的辐射源产生系统，其特征在于：所述脉冲电子束（10）替换为靶材料（12），X射线源脉冲序列（11）替换为粒子辐射源脉冲序列（13）。
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