CN111834865A - 一种多频率合路相位调制装置及控制方法 - Google Patents

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韦佳天
吕宏伟
赵灏
杨小亮
陈�峰
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Abstract

本发明公开了一种多频率合路相位调制装置及控制方法。该装置包括相位调制器、第一射频放大器、第二射频放大器和双频合路器，装置采用双频合路器，将第一射频放大器输出的信号源和第二射频放大器输出的信号源合成一路信号，然后共同作用于相位调制器，实现将脉冲光信号光谱展宽到需要的宽度和形状。在本发明中，通过双频合路器将较低频率的驱动源和较高频率的驱动源组合在一起驱动相位调制器的方式，经一级相位调制器实现大型高功率激光系统抑制大口径光学元件SBS效应和实现光谱色散匀滑。本发明结构简单，空间需求小，插入损耗低，成本小，便于集成。

Description

一种多频率合路相位调制装置及控制方法
技术领域
本发明属于光纤激光技术领域，具体涉及一种多频率合路相位调制装置及控制方法。
背景技术
在大型高功率激光系统中，很强的单频激光脉冲峰值功率将在光学元件中引起受激布里渊散射（SBS），导致光学元件灾难性损坏，因此必须对受激布里渊散射SBS效应进行有效的抑制。抑制受激布里渊散射SBS的方法有很多，而通过对光脉冲进行相位调制，实现光谱展宽，将激光能量分散到较大的带宽上的方法由于简单易行，常被大型高功率激光系统所采用。同时，由于物理实验的需要，要求最终辐照在靶面上的光强分布是均匀的。为实现靶面的均匀辐照，通常采用光谱色散匀滑技术进行处理，该技术采用光栅进行匀滑，也需要较宽的光谱，该光谱展宽可通过相位调制实现。
为了满足大型高功率激光系统抑制大口径光学元件SBS效应和光谱色散匀滑的要求，系统通常使用两级相位调制器分别对脉冲光进行调制的方式来实现。第一级相位调制器使用较低频率的驱动源驱动相位调制器，将脉冲光光谱展宽，以此来抑制系统大口径光学元件SBS效应的影响。第二级相位调制器使用较高频率的驱动源，将脉冲光光谱进一步展宽，满足系统光谱色散匀滑的要求。由于采用了两级相位调制，但该种方式所需体积空间大，成本高，插入损耗大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多频率合路相位调制装置及控制方法，通过双频合路器将较低频率的驱动源和较高频率的驱动源组合在一起，然后驱动相位调制器，如此，通过双频合路器，可以经一级相位调制器就可以实现两级相位调制的工作效果。
为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种多频率合路相位调制装置，包括相位调制器、第一射频放大器、第二射频放大器和双频合路器，以及使用时与第一射频放大器连接的第一同步信号和低频率的第一信号源，与第二射频放大器连接第二同步信号和高频率的第二信号源，还包括输入到相位调制器的单频脉冲光；
所述第一同步信号和第二同步信号分别接入第一射频放大器和第二射频放大器的同步输入口；
低频率的第一信号源和高频率的第二信号源分别连接第一射频放大器和第二射频放大器的输入，第一射频放大器和第二射频放大器输出连接双频合路器的输入，双频合路器的输出接入相位调制器；
单频脉冲光连接相位调制器输入端；
装置采用双频合路器，将第一射频放大器输出的信号源和第二射频放大器输出的信号源合成一路信号，然后共同作用于相位调制器，实现将脉冲光信号光谱展宽到需要的宽度和形状。
所述相位调制器为宽带铌酸锂相位调制器，带宽大于高频率的第二信号源的输出频率。
所述第一射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出。
第二射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，导通频带19.0GHz±0.1GHz，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出。
所述双频合路器为异频合路器，可以将两种不同频段的射频信号合成一路。
所述单频脉冲光为高功率激光系统输出的单频脉冲光。
所述第一同步信号和第二同步信号由同步机产生。
所述第一信号源和第二信号源由信号发生器产生。
另一方面，本发明提供了一种多频率合路相位调制装置的控制方法，包括以下步骤：
1）将低频率的第一信号源和第一同步信号同时输入第一射频放大器，第一信号源在第一同步信号作用下经第一射频放大器放大到25dBm~35dBm的输出功率；
2） 将高频率的第二信号源和第二同步信号同时输入第二射频放大器，第二信号源在第二同步信号作用下经第二射频放大器放大到25dBm~35dBm的输出功率；
3） 第一射频放大器和第二射频放大器的输出经双频合路器合成为一路信号，该信号同时含有低频及高频的射频信号；
4）将单频脉冲光输入相位调制器输入端，在同步信号的作用下，射频放大器输出脉冲型的射频信号，高低频射频信号经双频合路器输出到相位调制器，射频信号输出时间内激光脉冲从相位调制器内通过，即实现高低频射频信号同时对激光脉冲的相位调制，获得所需的光谱展宽。
本发明的一种多频率合路相位调制装置及控制方法的有益效果：
1）采用脉冲驱动方式，通过使用同步信号，实现脉冲型射频信号的放大及对激光脉冲的精准相位调制，高效节能，对器件负担小；
2）本发明装置通过一级相位调制器即实现双级相位调制的效果，结构简单、紧凑，可以大幅节约成本，降低插入损耗，降低了系统的增益负担。
附图说明
图1为实施例多频率合路相位调制装置的结构示意图；
图2为实施例多频率合路相位调制装置的控制方法中展宽光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明，但不是对本发明的限定。
实施例
参照图1，一种多频率合路相位调制装置，包括相位调制器、第一射频放大器、第二射频放大器、和双频合路器，以及与第一射频放大器连接的第一同步信号和低频率的第一信号源，与第二射频放大器连接第二同步信号和高频率的第二信号源，还包括输入到相位调制器的单频脉冲光；
第一同步信号和第二同步信号分别接入第一射频放大器和第二射频放大器的同步输入口；
低频率的第一信号源和高频率的第二信号源分别连接第一射频放大器和第二射频放大器的输入，第一射频放大器和第二射频放大器输出连接双频合路器的输入，双频合路器的输出接入相位调制器；
单频脉冲光连接相位调制器输入端；
装置采用双频合路器，将第一射频放大器输出的信号源和第二射频放大器输出的信号源合成一路信号，然后共同作用于相位调制器，实现将脉冲光信号光谱展宽到需要的宽度和形状。
相位调制器为宽带铌酸锂相位调制器，工作波长1064±20nm，带宽大于20GHz。
第一射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，导通频带2.0GHz±0.1GHz，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出。
第二射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，导通频带19.0GHz±0.1GHz，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出，矩形脉冲持续时间大于1ms。
双频合路器为异频合路器，可以将两种不同频段的射频信号合成一路。
实施例的多频率合路相位调制装置，相位调制器接入高功率激光系统输出的中心波长为1053nm的单频脉冲光，激光脉冲宽度5ns，输入单频激光脉冲在合路的射频信号作用下实现光谱展宽。射频放大器输出脉冲型的射频信号，高低频射频信号经双频合路器输出到相位调制器，在同步信号的作用下，射频信号输出时间内激光脉冲刚好从相位调制器内通过，即实现高低频射频信号同时对激光脉冲的相位调制，获得所需的光谱展宽。
图2所示为实施例的某一工作状态下得到的相位调制器输出脉冲光的光谱宽度与光谱形状，其横坐标为光谱宽度，单位nm，纵坐标为脉冲功率值，单位nW。如图2所示在两种频率共同作用下，光谱展宽约0.31nm。

Claims (7)

1.一种多频率合路相位调制装置，其特征在于：该装置包括相位调制器、第一射频放大器、第二射频放大器和双频合路器，以及使用时与第一射频放大器连接的第一同步信号和低频率的第一信号源，与第二射频放大器连接第二同步信号和高频率的第二信号源，还包括输入到相位调制器的单频脉冲光；
所述第一同步信号和第二同步信号分别接入第一射频放大器和第二射频放大器的同步输入口；
低频率的第一信号源和高频率的第二信号源分别连接第一射频放大器和第二射频放大器的输入，第一射频放大器和第二射频放大器输出连接双频合路器的输入，双频合路器的输出接入相位调制器；
单频脉冲光连接相位调制器输入端；
装置采用双频合路器，将第一射频放大器输出的信号源和第二射频放大器输出的信号源合成一路信号，然后共同作用于相位调制器，实现将脉冲光信号光谱展宽到需要的宽度和形状。
2.根据权利要求1所述的一种多频率合路相位调制装置，其特征在于：所述相位调制器为宽带铌酸锂相位调制器，带宽大于20GHz。
3.根据权利要求1所述的一种多频率合路相位调制装置，其特征在于：所述第一射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，导通频带2.0GHz±0.1GHz，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出。
4.根据权利要求1所述的一种多频率合路相位调制装置，其特征在于：第二射频放大器为窄带射频放大器，带外抑制大于20dB，导通频带19.0GHz±0.1GHz，射频放大倍数30dB-50dB，在同步信号作用下进行工作，实现矩形脉冲型的射频信号输出。
5.根据权利要求1所述的一种多频率合路相位调制装置，其特征在于：所述双频合路器为异频合路器，将两种不同频段的射频信号合成一路。
6.根据权利要求1所述的一种多频率合路相位调制装置，其特征在于；所述单频脉冲光为高功率激光系统输出的单频脉冲光。
7.根据权利要求1-7任一项所述的一种多频率合路相位调制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将低频率的第一信号源和第一同步信号同时输入第一射频放大器，第一信号源在第一同步信号作用下经第一射频放大器放大到25dBm~35dBm的输出功率；
2） 将高频率的第二信号源和第二同步信号同时输入第二射频放大器，第二信号源在第二同步信号作用下经第二射频放大器放大到25dBm~35dBm的输出功率；
3） 第一射频放大器和第二射频放大器的输出经双频合路器合成为一路信号，该信号同时含有低频及高频的射频信号；
4）将单频脉冲光输入相位调制器输入端，在同步信号的作用下，射频放大器输出脉冲型的射频信号，高低频射频信号经双频合路器输出到相位调制器，射频信号输出时间内激光脉冲从相位调制器内通过，即实现高低频射频信号同时对激光脉冲的相位调制，获得所需的光谱展宽。
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