CN207198459U - 激光脉冲对比度提升装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种激光脉冲对比度提升装置及系统，包括分束器、反射镜、压电陶瓷、光电探测器及脉冲电源。脉冲电源与光电探测器和压电陶瓷电性连接，压电陶瓷贴附在反射镜上，两块反射镜形成F‑P腔。分束器将带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号分为第一脉冲信号及第二脉冲信号。光电探测器在检测到第二脉冲信号后，发送电信号至脉冲电源。脉冲电源根据第一脉冲信号的特征及电信号到达的时间按预设电压波形向压电陶瓷加载脉冲电压。压电陶瓷在脉冲电压作用下，根据该脉冲电压大小相应改变长度，从而改变F‑P腔的腔长以改变其透射率，进而滤除第一脉冲信号中的噪声。该激光脉冲对比度提升装置不涉及非线性光学效应，且光路调整简单、成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种激光脉冲对比度提升装置及系统。
背景技术
随着超短激光脉冲脉宽的不断缩短和峰值功率的持续提高，人们对激光系统性能的要求也会越来越高。在激光脉冲的产生中，噪声总是伴随着信号，信号与噪声之比被称为对比度。激光脉冲对比度是衡量一个激光系统的重要指标，产生“干净”的激光脉冲，将有利于提高超高强度超短CPA、OPCPA激光系统的总体性能。
近年来，随着光与物质相互作用研究工作的不断展开，以及更高对比度要求的提出，人们发展了多种技术方案以提高超强激光脉冲的对比度，例如，可饱和吸收体法、电光开关法、交叉偏振波(Cross-polarized wave,XPW)技术等。然而，这些方法均存在各自的优缺点。采用可饱和吸收体法会出现非线性相移，从而导致光束空间轮廓的变形，以及非线性饱和吸收所要求的峰值功率一般会超过大多数介质产生自聚焦所需要的能量，进而也会造成光束空间轮廓的扭曲；电光开关法只能消除主信号脉冲前沿几个ns量级的噪声，而对几个ps量级到ns量级的噪声却无法有效滤除；交叉偏振滤波技术则存在高强度依赖、转换效率低、光路复杂等问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于，提供一种激光脉冲对比度提升装置及系统以解决上述问题。
本实用新型较佳实施例提供一种激光脉冲对比度提升装置，包括分束器、反射镜、压电陶瓷、光电探测器以及脉冲电源，所述脉冲电源分别与所述光电探测器和所述压电陶瓷电性连接，所述压电陶瓷贴附在所述反射镜上，两块所述反射镜形成F-P腔；
所述分束器用于将带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号分为第一脉冲信号及第二脉冲信号；
所述光电探测器用于在检测到所述第二脉冲信号后，发送电信号至所述脉冲电源；
所述脉冲电源用于根据所述第一脉冲信号的特征及所述电信号到达的时间按预设电压波形向所述压电陶瓷加载脉冲电压；
所述压电陶瓷用于在所述脉冲电压作用下，根据该脉冲电压的大小相应改变长度，从而改变两块所述反射镜所形成的F-P腔的腔长，以改变所述F-P腔的透射率，进而滤除所述第一脉冲信号中包含的噪声。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，所述反射镜包括第一光学反射镜和第二光学反射镜，所述第一光学反射镜和所述第二光学反射镜位于同一光轴上，以形成F-P腔。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，所述压电陶瓷为两个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜或第二光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，所述压电陶瓷为两个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜或第二光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，所述压电陶瓷为四个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧，另外两个所述压电陶瓷贴附于所述第二光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，所述压电陶瓷为四个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧，另外两个所述压电陶瓷贴附于所述第二光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，贴附于同一侧的两个压电陶瓷之间并联。
在上述激光脉冲对比度提升装置中，贴附于同一侧的两个压电陶瓷之间串联。
本实用新型另一较佳实施例还提供一种激光脉冲对比度提升系统，包括展宽器、压缩器以及上述的激光脉冲对比度提升装置；
所述展宽器用于将带有噪声的超短激光脉冲输入信号的脉冲宽度展宽，形成啁啾激光脉冲，并入射至所述激光脉冲对比度提升装置；
所述激光脉冲对比度提升装置用于将脉冲宽度展宽后的啁啾激光脉冲进行脉冲对比度提升后入射至所述压缩器；
所述压缩器用于将经过脉冲对比度提升后的脉冲宽度压缩，形成原来的超短脉冲，并输出。
在上述激光脉冲对比度提升系统中，所述激光脉冲对比度提升装置为一个或多个，多个所述激光脉冲对比度提升装置用于将从所述展宽器输出的啁啾激光脉冲进行多级脉冲对比度提升。
本实用新型实施例提供的激光脉冲对比度提升装置及系统，通过分束器将带有噪声的脉冲输入信号分为第一脉冲信号和第二脉冲信号，在光电探测器检测到第二脉冲信号后，即发送电信号至脉冲电源。脉冲电源根据第一脉冲信号的特征及该电信号到达的时间并按预设电压波形向贴附在反射镜上的压电陶瓷加载脉冲电压。压电陶瓷在脉冲电压的作用下相应的改变自身长度，从而改变反射镜所形成的F-P腔的腔长，以改变F-P腔的透射率进而滤除第一脉冲信号中所包含的噪声。该激光脉冲对比度提升装置不涉及非线性光学效应，且光路调整简单、成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种激光脉冲对比度提升装置的示意性结构框图。
图2为本实用新型实施例提供的激光脉冲对比度提升装置的结构图。
图3为本实用新型实施例提供的激光脉冲对比度提升装置的另一结构图。
图4为本实用新型较佳实施例提供的激光脉冲对比度提升系统的示意性结构框图。
图标：10-激光脉冲对比度提升系统；100-激光脉冲对比度提升装置；110-分束器；120-反射镜；121-第一光学反射镜；122-第二光学反射镜；130-压电陶瓷；140-光电探测器；150-脉冲电源；200-展宽器；300-压缩器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参阅图1，为实用新型较佳实施例提供的激光脉冲对比度提升装置100的示意性结构框图。如图1所示，所述激光脉冲对比度提升装置100包括分束器110、反射镜120、压电陶瓷130、光电探测器140以及脉冲电源150。其中，所述脉冲电源150分别与所述光电探测器140和所述压电陶瓷130电性连接。所述压电陶瓷130贴附在所述反射镜120上，两块所述反射镜120形成F-P腔。
其中，所述分束器110用于将带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号分为第一脉冲信号以及第二脉冲信号。所述光电探测器140用于在检测到所述第二脉冲信号后，发送电信号至所述脉冲电源150。所述脉冲电源150用于根据所述第一脉冲信号的特征及所述电信号到达的时间按预设电压波形向所述压电陶瓷130加载脉冲电压。所述压电陶瓷130用于在所述脉冲电压作用下，根据该脉冲电压的大小相应地改变自身的长度，从而改变所述反射镜120所形成的F-P腔的腔长，以进一步改变所述F-P腔的透射率，从而滤除所述第一脉冲信号中包含的噪声。
可选地，请参阅图2，在本实施例中，所述反射镜120包括第一光学反射镜121和第二光学反射镜122，所述第一光学反射镜121和所述第二光学反射镜122位于同一光轴上。所述第一光学反射镜121和所述第二光学反射镜122呈平行且相对设置，两者共同形成所述F-P腔。
具体实施时，带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号，即带有噪声的纳秒级(时间单位，10-9s)的宽带啁啾激光脉冲信号，在经过所述分束器110之后分为两路信号，第一脉冲信号及第二脉冲信号。所述分束器110通常由金属膜或介质膜所构成，可用于将入射光束的一部分光辐射以分光束的形式进行分束。
其中，所分出的所述第一脉冲信号和第二脉冲信号的脉冲形状一样，其频率随时间的变化也一样是啁啾的，两者的区别在于强度的大小。其中，所分出的所述第二脉冲信号的强度较小，例如占1％，分出该路脉冲信号的目的是触发脉冲电源150打开，即让脉冲电源150知道什么时候打开。所述第一脉冲信号的强度较大，例如占99％。该激光脉冲对比度提升装置100的主要目的就是将所述第一脉冲信号的对比度进行提升。
所述第二脉冲信号通过所述光电探测器140，其中，所述光电探测器140是一种可以将光信号转换为电信号的元件。所述光电探测器140在检测到所述第二脉冲信号后即发送电信号给所述脉冲电源150。
所述脉冲电源150在接收到光电探测器140所发送的电信号后，即加载脉冲电压给压电陶瓷130。其中，压电陶瓷130在脉冲电源150所施加的脉冲电压的作用下，根据该脉冲电压的大小，长度是可以改变的。在本实施例中，由于压电陶瓷130和F-P腔是粘结在一起的，压电陶瓷130在长度进行改变时，可以改变F-P腔的腔长，进而改变F-P腔的透射率。
可选地，在第一脉冲信号通过F-P腔时，由于F-P腔的腔长不断改变，其透射率也就不断改变。可选地，F-P透射率的改变规则受脉冲电压变化影响。在本实施例中，需要将脉冲电压随时间的变化设置为与所述第一脉冲信号的频率随时间变化同步，并且保证第一脉冲中信号的每一频率成分中都具有最大透射率，即透射率为1。如此，由于第一脉冲信号中所包含的噪声其随时间分布是不规律的，因此不能保证噪声的每个频率的透射率为1(理论上是小于等于1的)，这样就能从第一脉冲信号中滤除掉噪声，从而达到提高对比度的目的。
在本实施例中，所述压电陶瓷130是贴附在所述第一光学反射镜121或所述第二光学反射镜122上的。本实施例中，所述压电陶瓷130的数量可以为两个。两个所述压电陶瓷130可同时贴附于所述第一光学反射镜121上，或者是两个所述压电陶瓷130同时贴附于所述第二光学反射镜122上。
在本实施例中，所述两个压电陶瓷130可贴附在所述第一光学反射镜121相对于所述F-P腔的内侧。或者是所述两个压电陶瓷130贴附在所述第二光学反射镜122的相对于所述F-P腔的内侧。
在本实施例中，所述两个压电陶瓷130也可贴附在所述第一光学反射镜121相对于所述F-P腔的外侧，或者是所述两个压电陶瓷130贴附在所述第二光学反射镜122相对于所述F-P腔的外侧。对此在本实施例中不作具体限制，可根据实际需求进行设置。
可选地，请参阅图3，在本实施例中，所述压电陶瓷130也可以为四个，四个压电陶瓷130中的其中两个所述压电陶瓷130可贴附于所述第一光学反射镜121相对于所述F-P腔的外侧，另外两个所述压电陶瓷130贴附于所述第二光学反射镜122的相对于所述F-P腔的外侧。或者四个压电陶瓷130中的其中两个所述压电陶瓷130可贴附于所述第一光学反射镜121的相对于所述F-P腔的内侧，另外两个所述压电陶瓷130贴附于所述第二光学反射镜122的相对于所述F-P腔的内侧。
将多个压电陶瓷130分别粘结在F-P腔的两侧，如此就可以达到改变相同的腔长下电压减半的目的。
可选地，在本实施例中，贴附于所述F-P腔的同一侧的两个压电陶瓷130之间可以采用串联的连接方式，也可以采用并联的连接方式，对此在本实施例中不作具体限制。
请参阅图4，本实用新型较佳实施例还提供一种激光脉冲对比度提升系统10，所述激光脉冲对比度提升系统10包括展宽器200、压缩器300及上述的激光脉冲对比度提升装置100。
其中，所述激光脉冲对比度提升装置100设置于所述展宽器200和所述压缩器300之间。所述展宽器200用于将带有噪声的超短激光脉冲输入信号的脉冲宽度展宽，形成啁啾激光脉冲，并入射至所述激光脉冲对比度提升装置100。所述激光脉冲对比度提升装置100用于将脉冲宽度展宽后的啁啾激光脉冲进行脉冲对比度提升后入射至所述压缩器300。所述压缩器300用于将经过脉冲对比度提升后的脉冲宽度压缩，形成原来的超短脉冲，并输出。
具体实施时，带有噪声的飞秒级(时间单位，10-15s)的超短激光脉冲信号经过所述展宽器200，所述展宽器200将该激光脉冲信号的脉冲宽度进行展宽，转换为带有噪声的纳秒级(时间单位，10-9s)的啁啾激光脉冲。该带有噪声的纳秒级的啁啾激光脉冲经过激光脉冲对比度提升装置100后，将其噪声进行滤除，以提升其脉冲对比度。对比度提升后的纳秒级的啁啾激光脉冲到达所述压缩器300，所述压缩器300将该纳秒级的啁啾激光脉冲的脉冲宽度进行压缩，转换为飞秒级的超短激光脉冲，最终得到脉冲对比度提升后的飞秒级激光脉冲。
可选地，在本实施例中，所述激光脉冲对比度提升系统10可以包括一个或多个激光脉冲对比度提升装置100，其中，多个所述激光脉冲对比度提升装置100可以对啁啾激光脉冲信号的脉冲对比度进行多级提升，以用于在如一次对比度提升较小的情况下，进行多级提升，以达到彻底滤除噪声信号的目的。
综上所述，本实用新型提供的激光脉冲对比度提升装置及系统，通过分束器110将带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号分为第一脉冲信号和第二脉冲信号，在光电探测器140检测到第二脉冲信号后，即发送电信号至脉冲电源150。脉冲电源150根据第一脉冲信号的特征及该电信号到达的时间并按预设电压波形向贴附在反射镜120上的压电陶瓷130加载脉冲电压。压电陶瓷130在脉冲电压的作用下相应的改变自身长度，从而改变反射镜120所形成的F-P腔的腔长，以改变F-P腔的透射率进而滤除第一脉冲信号中所包含的噪声。该激光脉冲对比度提升装置100不涉及非线性光学效应，且光路调整简单、成本低廉。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，包括分束器、反射镜、压电陶瓷、光电探测器以及脉冲电源，所述脉冲电源分别与所述光电探测器和所述压电陶瓷电性连接，所述压电陶瓷贴附在所述反射镜上，两块所述反射镜形成F-P腔；
所述分束器用于将带有噪声的啁啾激光脉冲输入信号分为第一脉冲信号及第二脉冲信号；
所述光电探测器用于在检测到所述第二脉冲信号后，发送电信号至所述脉冲电源；
所述脉冲电源用于根据所述第一脉冲信号的特征及所述电信号到达的时间按预设电压波形向所述压电陶瓷加载脉冲电压；
所述压电陶瓷用于在所述脉冲电压作用下，根据该脉冲电压的大小相应改变长度，从而改变两块所述反射镜所形成的F-P腔的腔长，以改变所述F-P腔的透射率，进而滤除所述第一脉冲信号中包含的噪声。
2.根据权利要求1所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，所述反射镜包括第一光学反射镜和第二光学反射镜，所述第一光学反射镜和所述第二光学反射镜位于同一光轴上，以形成F-P腔。
3.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，所述压电陶瓷为两个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜或第二光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧。
4.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，所述压电陶瓷为两个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜或第二光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧。
5.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，所述压电陶瓷为四个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧，另外两个所述压电陶瓷贴附于所述第二光学反射镜相对于所述F-P腔的外侧。
6.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，所述压电陶瓷为四个，两个所述压电陶瓷贴附于所述第一光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧，另外两个所述压电陶瓷贴附于所述第二光学反射镜相对于所述F-P腔的内侧。
7.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，贴附于所述F-P腔的同一侧的两个压电陶瓷之间并联。
8.根据权利要求2所述的激光脉冲对比度提升装置，其特征在于，贴附于所述F-P腔的同一侧的两个压电陶瓷之间串联。
9.一种激光脉冲对比度提升系统，其特征在于，包括展宽器、压缩器以及权利要求1-8任意一项所述的激光脉冲对比度提升装置；
所述展宽器用于将带有噪声的超短激光脉冲输入信号的脉冲宽度展宽，形成啁啾激光脉冲，并入射至所述激光脉冲对比度提升装置；
所述激光脉冲对比度提升装置用于将脉冲宽度展宽后的啁啾激光脉冲进行脉冲对比度提升后入射至所述压缩器；
所述压缩器用于将经过脉冲对比度提升后的脉冲宽度压缩，形成原来的超短脉冲，并输出。
10.根据权利要求9所述的激光脉冲对比度提升系统，其特征在于，所述激光脉冲对比度提升装置为一个或多个，多个所述激光脉冲对比度提升装置用于将从所述展宽器输出的啁啾激光脉冲进行多级脉冲对比度提升。
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|---|---|---|---|---|
| CN113314938A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-27 | 张振国 | 腔长调节装置、线型谐振腔、激光器及其激光输出方法 |
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