周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置的制作方法

1.本发明涉及激光脉冲整形技术领域，尤其是涉及一种周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置。


背景技术：

2.目前常用的光脉冲整形技术依赖于高精度的电驱动技术，包括使用电光调制器、声光调制器等强度调制器对长脉冲的强度进行时域调制，或者直接使用任意波形电驱动脉冲电流对半导体激光器进行驱动产生相应波形的长脉冲输出。这些方式的驱动精度依赖于电驱动设备的精度，往往只能应用于数十纳秒到亚微秒量级的任意波形光脉冲产生，不能满足当前某些应用对更短任意波形激光脉冲的需求。因此，需要新的任意波形脉冲合成技术，可以在不依赖于高精度电驱动设备的情况下，产生更短的任意波形激光脉冲。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置，能够将周期性的短激光脉冲转换为任意波形的长脉冲或脉冲簇，大幅度降低对整形驱动电路精度的要求，且可全光纤化、运转稳定、操作简单。
4.本发明的技术方案为：
5.一种周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置，其特征在于，包括环形腔(1)、周期性脉冲激光器(2)、分光器(11)、脉冲强度调制器(3)、耦合器(4)、脉冲放大器(5)、光开关(6)、光脉冲探测器(8)、触发信号产生电路(9)、光开关驱动器(10)；
6.所述分光器(11)设置在所述周期性脉冲激光器(2)的输出光路上，所述脉冲强度调制器(3)设置在所述分光器(11)的第一输出光路上，所述耦合器(4)、脉冲放大器(5)、光开关(6)依次设置在所述环形腔(1)的周向，所述耦合器(4)设置在所述脉冲强度调制器(3)的输出光路上，所述光开关(6)的第一输出端设置在所述环形腔(1)内部、第二输出端设置在所述环形腔(1)的外部；
7.所述光脉冲探测器(8)设置在所述分光器(11)的第二输出光路上，所述光脉冲探测器(8)的输出端与所述触发信号产生电路(9)的输入端电连接，所述触发信号产生电路(9)的输出端与所述光开关驱动器(10)的输入端电连接，所述光开关驱动器(10)的输出端与所述光开关(6)的电驱动端口电连接。
8.进一步的，所述环形腔(1)的周向在所述光开关(6)与所述耦合器(4)之间设置有光学延迟线(7)。
9.进一步的，所述环形腔(1)为反射镜组组成的空间光环路。
10.进一步的，所述环形腔(1)为所述耦合器(4)、脉冲放大器(5)、光开关(6)、光学延迟线(7)、耦合器(4)依次通过光纤连接形成的全光纤环形腔，所述耦合器(4)的输出端与所述脉冲放大器(5)的输入端通过光纤连接，所述脉冲放大器(5)的输出端与所述光开关(6)的光输入端通过光纤连接，所述光开关(6)的第一输出端与所述光学延迟线(7)的输入端通
过光纤连接，所述光学延迟线(7)的输出端与所述耦合器(4)的输入端通过光纤连接。
11.进一步的，所述周期性脉冲激光器(2)用于产生周期性激光脉冲并将激光脉冲序列送入分光器(11)，所述分光器(11)用于对接收到的激光脉冲序列进行分光并将分光后的激光脉冲序列分别通过第一输出光路送入脉冲强度调制器(3)、通过第二输出光路送入光脉冲探测器(8)；
12.所述脉冲强度调制器(3)用于对接收到的激光脉冲序列进行强度调制以实现预整形，并将预整形后的激光脉冲序列送入耦合器(4)；所述耦合器(4)用于对从脉冲强度调制器(3)接收到的激光脉冲序列以及从光学延迟线(7)接收到的激光脉冲序列进行耦合，耦合后的激光脉冲序列进入脉冲放大器(5)；所述脉冲放大器(5)用于对接收到的激光脉冲序列进行放大；放大后的激光脉冲序列通过所述光开关(6)的光输入端进入光开关(6)并从光开关(6)的第一输出端输出，再进入所述光学延迟线(7)；所述光学延迟线(7)用于通过调整延迟量来控制环形腔(1)的腔长从而控制输入环形腔(1)的激光脉冲序列在环形腔(1)内循环时的时域间距；当所述循环时的时域间距小于脉冲宽度时，耦合器(4)合成输出比脉冲强度调制器(3)发送来的激光脉冲序列更长的激光脉冲；当所述循环时的时域间距大于脉冲宽度但小于脉冲强度调制器(3)发送来的激光脉冲序列的时域间距时，耦合器(4)合成输出激光脉冲簇；
13.所述光脉冲探测器(8)用于对所述分光器(11)的第二输出光路上的激光脉冲进行探测，在探测到激光脉冲时产生电脉冲信号，并将电脉冲信号传输给触发信号产生电路(9)；所述触发信号产生电路(9)用于间隔n个电脉冲信号产生触发信号，并将触发信号传输给光开关驱动器(10)；所述光开关驱动器(10)用于在收到所述触发信号时控制所述光开关(6)的第一输出端关闭、第二输出端打开，使环形腔(1)内部循环一定周期后合成的激光脉冲或脉冲簇经光开关(6)的第二输出端输出环形腔(1)；所述光开关驱动器(10)用于在未收到所述触发信号时控制所述光开关(6)的第一输出端打开、第二输出端关闭，使激光脉冲在环形腔(1)内部循环。
14.进一步的，所述周期性脉冲激光器(2)为脉冲调制的半导体激光器或锁模光纤激光器，所述脉冲强度调制器(3)为电光调制器或声光调制器，所述耦合器(4)为空间的耦合分光镜或光纤化的耦合器件，所述脉冲放大器(5)包括泵浦源、增益介质及波分复用器或二色镜或泵浦-信号合束器。
15.进一步的，所述脉冲强度调制器(3)为光纤耦合的全光纤化电光调制器或声光调制器，所述耦合器(4)为全光纤化的50:50分光比耦合器，所述脉冲放大器(5)包括光纤输出的泵浦源、增益光纤及全光纤化波分复用器或全光纤泵浦-信号合束器，所述光开关(6)为光纤耦合的全光纤化1
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2光开关，所述光学延迟线(7)为全光纤光学延迟线。
16.本发明的有益效果为：
17.本发明在激光脉冲输入环形腔前设置脉冲强度调制器能够对激光脉冲进行较大时间尺度上的预整形，在环形腔中加入脉冲放大器能够对激光脉冲进行放大，二者共同控制激光脉冲的波形，实现任意波形激光脉冲的产生；本发明在环形腔的周向设置耦合器、光学延迟线，实现通过控制光学延迟线的延迟量来控制环形腔的腔长从而控制输入环形腔的激光脉冲序列在环形腔内循环时的时域间距以通过耦合器合成更长的激光脉冲或激光脉冲簇；本发明设置光脉冲探测器、触发信号产生电路、光开关驱动器以及在环形腔内设置光
开关，实现探测到n次激光脉冲时通过光开关驱动器控制打开光开关的第二输出端，以将环形腔内循环一定周期后合成的激光脉冲或脉冲簇放出环形腔。本发明的脉冲合成技术能够将周期性的短激光脉冲转换为任意波形的长脉冲或脉冲簇，大幅度降低了对整形驱动电路精度的要求，且可全光纤化、运转稳定、操作简单。
附图说明
18.图1为本发明的周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置的结构示意图。
19.图中，1—环形腔，2—周期性脉冲激光器，3—脉冲强度调制器，4—耦合器，5—脉冲放大器，6—光开关，7—光学延迟线，8—光脉冲探测器，9—触发信号产生电路，10—光开关驱动器，11—分光器。
具体实施方式
20.下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。
21.如图1所示，本发明的周期性激光短脉冲转换为任意波形长脉冲或脉冲簇的装置包括环形腔1、周期性脉冲激光器2、分光器11、脉冲强度调制器3、耦合器4、脉冲放大器5、光开关6、光脉冲探测器8、触发信号产生电路9、光开关驱动器10。
22.所述分光器11设置在所述周期性脉冲激光器2的输出光路上，所述脉冲强度调制器3设置在所述分光器11的第一输出光路上，所述耦合器4、脉冲放大器5、光开关6依次设置在所述环形腔1的周向，所述耦合器4设置在所述脉冲强度调制器3的输出光路上，所述光开关6的第一输出端设置在所述环形腔1内部、第二输出端设置在所述环形腔1的外部。
23.所述光脉冲探测器8设置在所述分光器11的第二输出光路上，所述光脉冲探测器8的输出端与所述触发信号产生电路9的输入端电连接，所述触发信号产生电路9的输出端与所述光开关驱动器10的输入端电连接，所述光开关驱动器10的输出端与所述光开关6的电驱动端口电连接。
24.所述环形腔1可以为反射镜组组成的空间光环路，也可以为光纤连接腔内各元件形成的全光纤环形腔。当环形腔1为反射镜组组成的空间光环路时，可以在所述环形腔1的周向所述光开关6与所述耦合器4之间设置光学延迟线7，也可以不设置光学延迟线7，即光学延迟线7不是必需组件。当环形腔1为光纤连接腔内各元件形成的全光纤环形腔时，光学延迟线7为必需组件，且设置在所述环形腔1的周向所述光开关6与所述耦合器4之间。
25.本发明的周期性脉冲激光器2用于产生周期性激光脉冲并将激光脉冲序列送入分光器11，所述分光器11用于对接收到的激光脉冲序列进行分光并将分光后的激光脉冲序列分别通过第一输出光路送入脉冲强度调制器3、通过第二输出光路送入光脉冲探测器8；
26.所述脉冲强度调制器3用于对接收到的激光脉冲序列进行强度调制以实现预整形，并将预整形后的激光脉冲序列送入耦合器4；所述耦合器4用于对从脉冲强度调制器3接收到的激光脉冲序列以及从光学延迟线7接收到的激光脉冲序列进行耦合，耦合后的激光脉冲序列进入脉冲放大器5；所述脉冲放大器5用于对接收到的激光脉冲序列进行放大；放大后的激光脉冲序列通过所述光开关6的光输入端进入光开关6并从光开关6的第一输出端输出，再进入所述光学延迟线7；所述光学延迟线7用于通过调整延迟量来控制环形腔1的腔
长从而控制输入环形腔1的激光脉冲序列在环形腔1内循环时的时域间距；当所述循环时的时域间距小于脉冲宽度时，耦合器4合成输出比脉冲强度调制器3发送来的激光脉冲序列更长的激光脉冲；当所述循环时的时域间距大于脉冲宽度但小于脉冲强度调制器3发送来的激光脉冲序列的时域间距时，耦合器4合成输出激光脉冲簇；
27.所述光脉冲探测器8用于对所述分光器11的第二输出光路上的激光脉冲进行探测，在探测到激光脉冲时产生电脉冲信号，并将电脉冲信号传输给触发信号产生电路9；所述触发信号产生电路9用于间隔n个电脉冲信号产生触发信号，并将触发信号传输给光开关驱动器10；所述光开关驱动器10用于在收到所述触发信号时控制所述光开关6的第一输出端关闭、第二输出端打开，使环形腔1内部循环一定周期后合成的激光脉冲或脉冲簇经光开关6的第二输出端输出环形腔1；所述光开关驱动器10用于在未收到所述触发信号时控制所述光开关6的第一输出端打开、第二输出端关闭，使激光脉冲在环形腔1内部循环。
28.所述周期性脉冲激光器2可以为脉冲调制的半导体激光器或锁模光纤激光器，也可以为其他能够产生周期性光脉冲的激光器；所述脉冲强度调制器3为电光调制器或声光调制器，优选为光纤耦合的全光纤化电光调制器或声光调制器；所述耦合器4为空间的耦合分光镜或光纤化的耦合器件；所述脉冲放大器5包括泵浦源、增益介质及波分复用器或二色镜或泵浦-信号合束器，优选地包括光纤输出的泵浦源、增益光纤及全光纤化波分复用器或全光纤泵浦-信号合束器。
29.本实施例中，所述环形腔1为所述耦合器4、脉冲放大器5、光开关6、光学延迟线7、耦合器4依次通过光纤连接形成的全光纤环形光学谐振腔。所述耦合器4的输出端与所述脉冲放大器5的输入端通过光纤连接，所述脉冲放大器5的输出端与所述光开关6的光输入端通过光纤连接，所述光开关6的第一输出端与所述光学延迟线7的输入端通过光纤连接，所述光学延迟线7的输出端与所述耦合器4的输入端通过光纤连接。
30.本实施例中，所述周期性脉冲激光器2为掺镱锁模光纤激光器，其输出为1.06微米波段的激光脉冲序列；所述脉冲强度调制器3为光纤耦合的全光纤化电光调制器，所述耦合器4为全光纤化的50:50分光比耦合器，所述脉冲放大器5包括980纳米波长的光纤输出的半导体激光器泵浦源、掺镱增益光纤、全光纤化980/1060nm波分复用器，所述光开关6为光纤耦合的全光纤化1
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2光开关，所述光学延迟线7为全光纤光学延迟线，用于连接的光纤为单模光纤。
31.与现有脉冲整形技术的思路不同，本发明借鉴再生腔的思想采用脉冲合成的思路实现任意波形激光脉冲的产生，同时也可通过参数控制产生激光脉冲簇。再生腔的基本思想是通过让周期性激光脉冲在光学环形腔内循环，控制环形腔的光程和周期性脉冲的周期匹配，这样激光脉冲就可以在环形腔内相互叠加，叠加到一定周期后，通过光开关将叠加后的脉冲放出环形腔，以实现脉冲能量的被动增益，同时降低脉冲重复频率。
32.本发明的核心思想是在再生腔的基础上，控制环形腔的光程和周期性脉冲的周期失配，让周期性激光脉冲在环形腔内于时域上无空隙并列排布，而不是相互叠加，这样就实现了周期性短激光脉冲在时域上并列排布合成为更长的激光脉冲。通过在输入环形腔前可以在很大时间尺度上对周期性激光脉冲进行预整形，预整形的结果会反映在环形腔输出的合成光脉冲中，环形腔中还加入脉冲放大器，预整形和脉冲放大器共同控制输出合成光脉冲的波形。具体的，本发明在激光脉冲输入环形腔1前设置脉冲强度调制器3能够对激光脉
冲进行较大时间尺度上的预整形，在环形腔1中加入脉冲放大器5能够对激光脉冲进行放大，脉冲强度调制器3与脉冲放大器5二者共同控制激光脉冲的波形，实现任意波形激光脉冲的产生；本发明在环形腔1的周向设置耦合器4、光学延迟线7，实现通过控制光学延迟线7的延迟量来控制环形腔1的腔长从而控制输入环形腔1的激光脉冲序列在环形腔1内循环时的时域间距以通过耦合器4合成更长的激光脉冲或激光脉冲簇；本发明设置光脉冲探测器8、触发信号产生电路9、光开关驱动器10以及在环形腔1内设置光开关6，实现探测到n次激光脉冲时通过光开关驱动器10控制打开光开关6的第二输出端，以将环形腔1内循环一定周期后合成的激光脉冲或脉冲簇放出环形腔1。
33.本发明的脉冲合成技术能够将周期性的短激光脉冲转换为任意波形的长脉冲或脉冲簇，大幅度降低了对整形驱动电路精度的要求，且可全光纤化、运转稳定、操作简单。具体而言，本发明采用将短脉冲序列中多个短脉冲合并生成更长脉冲的方式来产生任意波形的脉冲，产生更长脉冲是指相比于输入的短脉冲，转换生成的任意波形脉冲更长。本发明的转换装置生成的任意波形脉冲在脉冲宽度上相比于现有技术生成的任意波形脉冲更短，能够在不依赖于高精度电驱动设备的情况下满足当前某些应用对更短任意波形激光脉冲的需求。
34.显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，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，也即凡在本技术的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。