CN1297267A - 两路激光脉冲同步装置 - Google Patents

Abstract

一种两路激光脉冲同步装置,包括由分光板分出的两束光分别射入普克尔盒电光晶体和光电探测器,光电探测器和信号发生器的信号同时输入到选脉冲驱动器中的信号同步模块,信号同步模块输出信号同时输入到单路信号延时器和两路信号延时器。单路信号延时器通过选脉冲驱动器中的高压发生模块与普克尔盒电光晶体开关相连。通过调节两个延时器使两束激光脉冲同步。同步精度高,两束激光脉冲之间抖动小于lns。操作方便可靠。

Description

两路激光脉冲同步装置

本发明是一种两路激光脉冲同步装置，主要用于高重复频率锁模激光脉冲与调Q激光脉冲的精确同步。

光学参量放大(以下简称OPA)技术是目前产生宽带可调谐飞秒激光脉冲的重要手段，该项研究目前都是用同一台飞秒振荡器输出的激光脉冲经分束后作为泵浦光的信号源和光学参量放大(OPA)的信号源(参见在先技术[1]，OpticsCommunications,88(1992),437-440；在先技术[2],Optics Letters,Vol.23,No.16(1998),1283-1285)。这种结构，可以很容易解决OPA信号光与泵浦光的同步问题，但是泵浦光则要从价格昂贵的再生放大器获得，而且泵浦光的能量往往只能达到毫焦耳量级的水平。光学参量啁啾脉冲放大(以下简称为OPCPA)技术是国际上近年来刚提出的产生超短超强激光脉冲的新技术，它是以飞秒啁啾激光脉冲作为信号光，以纳秒级高功率激光脉冲作为泵浦源，利用OPCPA放大技术获得峰值功率达到10¹²W(TW)甚至10¹⁵W(PW)的激光脉冲输出，从而创造极端超强超快光场条件。OPCPA放大过程最简单、最廉价的泵浦源就是调Q放大的、脉冲宽度为5～6ns的激光器。由于OPA与OPCPA过程只在泵浦脉冲期间有放大效应，所以要求信号光与泵浦光之间的同步精度与抖动(jitter)必须小于lns。但是，在传统的激光放大装置中，激光同步电源的各级输出之间的同步精度和抖动一般都只能达到μs量级(参见在先技术[3]，《16路激光延时同步触发装置使用说明书》，中国科学院上海光学精密机械研究所激光电源研制组，一九九九年十二月)，但由于激光放大介质的上能级寿命均在几μs到上百μs，所以，对激光输出的稳定性不会产生明显的影响。但是如果以该激光同步电源来同步OPA或OPCPA中的飞秒锁模激光器与调Q激光器，那么得到的两个激光器的输出脉冲的同步精度和抖动都将在μs量级。因此，必须要能够提供一种新的同步装置，使飞秒锁模激光脉冲与调Q激光脉冲之间的同步精度达到＜1ns，就能够将调Q激光器成功地应用于上述OPA与OPCPA的研究领域中。

本发明的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种两路激光脉冲同步装置，在调Q激光脉冲与飞秒激光脉冲获得到高同步精度(＜1ns)和极低时间抖动(＜1ns)的同时，使两个脉冲的同步时间间隔能任意调节。在实际应用中将极为方便可靠。

本发明的同步装置如图1所示。包括：将激光器1发射的激光束分成两束光的分光板2，由分光板2分出的一束光射入到普克尔盒内的电光晶体3上，分出的另一束光射入到光电探测器10上。光电探测器10的输出连接到含有信号同步模块901和高压发生模块902的选脉冲驱动器(9)中信号同步模块(901)的射频输入端，同时信号同步模块901的触发输入端连接有信号发生器11。选脉冲驱动器9中的信号同步模块901的输出端同时连接有单路信号延时器8和两路信号延时器7。单路信号延时器8的输出端与选脉冲驱动器9中的高压发生模块(902)的输入端相连，高压发生模块902的输出端连接到普克尔盒内电光晶体3的开关上。两路信号延时器7上有第一路输出端701和第二路输出端702。通常的情况下，在使用时，第一路输出端701连接到调Q激光器5激光电源6中的闪光灯触发模块601上。第二路输出端702与调Q激光器5激光电源6中的调Q触发模块602相连。

所说的选脉冲驱动器9中所含的信号同步模块901是一块普通的时间同步线路板。选脉冲驱动器9中的高压发生模块902是一块能够产生高于3500伏(＞3.5kV)的普通高压发生线路板。(市面可以买到的产品)

所说的光电探测器10是光电二极管，或是光电倍增管，或是硅光电池等。

所说的信号发生器11是能够产生低于1kHz重复频率的电脉冲信号的普通信号发生器。

本发明的同步装置如上述的结构图1所示，主要包括上述几个部分：一个光电探测器10，用于接收激光器1产生的高重复频率的飞秒激光脉冲并产生一个相应重复频率的射频信号(即电信号)；信号发生器11，用于产生较低重复频率(＜1kHz)的电脉冲信号；普克尔盒电光晶体3，用于飞秒脉冲的脉冲选择；选脉冲驱动器9中的高压发生模块902，用于提供普克尔盒电光晶体3高压(电压高于3500V)电脉冲，使普克尔盒电光晶体3的开关打开，从而选出一个单脉冲飞秒激光信号；选脉冲驱动器9中的信号同步模块901，用于同步光电探测器10产生的高重复频率的射频信号与信号发生器11产生的较低重复频率电脉冲信号，并输出一个二者同步的触发信号，也就是说，将光电探测器10输出的高重复频率信号(＞16MHz，0.4V～1.4V)输入到信号同步模块901的射频输入端，并将信号发生器11产生的低重复频率信号(＜1KHz)输入到信号同步模块901的触发输入端作为外触发信号，当信号同步模块901在某一时刻接收到一个低频信号后，会在下一个射频信号的上升前沿时刻自动输出一个信号脉冲，该信号脉冲的重复频率与输入外触发信号的重复频率相同，并且与射频输入信号同步；一个单路信号延时器8，用于高压发生模块902输出高压电脉冲信号的延时；一个两路信号延时器7，有两路输出端，第一路输出端701用于调Q激光器5的闪光灯触发信号延时，第二路输出端702用于调Q激光器5的调Q触发信号延时。

上述本发明同步装置的工作过程是：

首先由一个作为激光器1的飞秒激光振荡器产生一高重复频率(＞16MHz)的锁模脉冲系列，用一分光板2分出一束激光，入射到光电探测器10上，再将光电探测器10产生的相应重复频率的射频(RF)信号输入到信号同步模块901的射频输入端。用信号发生器11产生一个低重复频率的触发信号，并输入到信号同步模块901的触发输入端。将信号同步模块901输出的低重复频率触发信号同时输入到单路信号延时器8和两路信号延时器7的输入端。将单路信号延时器8的输出信号输出到高压发生模块902的输入端，调节单路信号延时器8的延时，用示波器观察普克尔盒电光晶体3选出的飞秒脉冲，直到选出的脉冲达到所要求的最佳状态为止。将两路信号延时器7的两路输出信号分别输出到调Q激光电源6的闪光灯触发模块601和调Q触发模块602的输入端，调节两路信号延时器7的两路输出信号之间的延时，直到调Q激光器5得到最大的输出能量。用示波器同时观察从普克尔盒电光晶体3中选出的飞秒脉冲和调Q激光脉冲，调节单路信号延时器8和两路信号延时器7之间的延时，直到两个光脉冲之间的同步时间达到所需的值为止。

本发明的优点：

采用本发明的同步装置，不仅可以使激光器1和调Q激光器5产生的两束激光脉冲之间的时间同步误差和时间抖动小于1ns，而且可以使两个激光脉冲之间的延时为任意值，这对于许多激光物理实验有着重要的应用价值。本发明的同步装置在实用应用中操作方便可靠。同步精度小于1ns。

附图说明：

图1：为本发明的两路激光脉冲同步装置的结构示意图

实施例：

如上所述的结构，如图1所示。激光器1为自锁模的钛宝石激光器，输出为一重复频率为80MHz的锁模激光脉冲系列，用分光板2分出一束激光，入射到作为光电探测器10的光电二极管上，将光电二极管产生的80MHz的射频信号输入到信号同步模块901的射频输入端。用信号发生器11产生一个重复频率为10Hz的触发信号，并输入到信号同步模块901的触发输入端。将信号同步模块901输出的10Hz的触发信号同时输入到单路信号延时器8和两路信号延时器7的输入端。将单路信号延时器8的输出信号输入到高压发生模块902的输入端，调节单路信号延时器8的延时，用示波器观察普克尔盒电光晶体3选出的飞秒脉冲，直到选出的脉冲达到最佳状态。将两路信号延时器7的两路输出分别输入到调Q激光电源6的闪光灯触发模块601和调Q触发模块602的输入端，调节两路信号延时器7的两路输出信号之间的延时，直到调Q激光器5得到最大的输出能量。用示波器在同一位置同时观察从普克尔盒电光晶体3中选出的飞秒脉冲和调Q激光脉冲，调节单路信号延时器8和两路信号延时器7之间的延时，直到两个脉冲在时间上重合。结果显示，两个脉冲之间的时间同步误差和两者时间抖动均＜1ns。

Claims (1)

1．一种两路激光脉冲同步装置，包括：

<1>将激光器(1)发射的激光束分成两束光的分光板(2)，由分光板(2)分出的一束光射入到普克尔盒内的电光晶体(3)上，分出的另一束光射入到光电探测器(10)上；

其特征在于：

<2>光电探测器(10)的输出连接到含有信号同步模块(901)和高压发生模块(902)的选脉冲驱动器(9)中信号同步模块(901)的射频输入端，信号同步模块(901)的触发输入端连接有信号发生器(11)；

<3>选脉冲驱动器(9)中的信号同步模块(901)的输出端同时连接有单路信号延时器(8)和两路信号延时器(7)；

<4>单路信号延时器(8)的输出端与选脉冲驱动器(9)中的高压发生模块(902)的输入端相连，高压发生模块(902)的输出端连接到普克尔盒电光晶体(3)的开关上；

<5>两路信号延时器(7)上有第一路输出端(701)和第二路输出端(702)。

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