專利名稱：兩路激光脈沖同步裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種兩路激光脈沖同步裝置，主要用于高重復(fù)頻率鎖模激光脈沖與調(diào)Q激光脈沖的精確同步。
光學(xué)參量放大(以下簡稱OPA)技術(shù)是目前產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧飛秒激光脈沖的重要手段，該項(xiàng)研究目前都是用同一臺(tái)飛秒振蕩器輸出的激光脈沖經(jīng)分束后作為泵浦光的信號(hào)源和光學(xué)參量放大(OPA)的信號(hào)源(參見在先技術(shù)[1]，OpticsCommunications,88(1992),437-440；在先技術(shù)[2],Optics Letters,Vol.23,No.16(1998),1283-1285)。這種結(jié)構(gòu)，可以很容易解決OPA信號(hào)光與泵浦光的同步問題，但是泵浦光則要從價(jià)格昂貴的再生放大器獲得，而且泵浦光的能量往往只能達(dá)到毫焦耳量級(jí)的水平。光學(xué)參量啁啾脈沖放大(以下簡稱為OPCPA)技術(shù)是國際上近年來剛提出的產(chǎn)生超短超強(qiáng)激光脈沖的新技術(shù)，它是以飛秒啁啾激光脈沖作為信號(hào)光，以納秒級(jí)高功率激光脈沖作為泵浦源，利用OPCPA放大技術(shù)獲得峰值功率達(dá)到1012W(TW)甚至1015W(PW)的激光脈沖輸出，從而創(chuàng)造極端超強(qiáng)超快光場條件。OPCPA放大過程最簡單、最廉價(jià)的泵浦源就是調(diào)Q放大的、脈沖寬度為5～6ns的激光器。由于OPA與OPCPA過程只在泵浦脈沖期間有放大效應(yīng)，所以要求信號(hào)光與泵浦光之間的同步精度與抖動(dòng)(jitter)必須小于lns。但是，在傳統(tǒng)的激光放大裝置中，激光同步電源的各級(jí)輸出之間的同步精度和抖動(dòng)一般都只能達(dá)到μs量級(jí)(參見在先技術(shù)[3]，《16路激光延時(shí)同步觸發(fā)裝置使用說明書》，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光電源研制組，一九九九年十二月)，但由于激光放大介質(zhì)的上能級(jí)壽命均在幾μs到上百μs，所以，對激光輸出的穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。但是如果以該激光同步電源來同步OPA或OPCPA中的飛秒鎖模激光器與調(diào)Q激光器，那么得到的兩個(gè)激光器的輸出脈沖的同步精度和抖動(dòng)都將在μs量級(jí)。因此，必須要能夠提供一種新的同步裝置，使飛秒鎖模激光脈沖與調(diào)Q激光脈沖之間的同步精度達(dá)到＜1ns，就能夠?qū)⒄{(diào)Q激光器成功地應(yīng)用于上述OPA與OPCPA的研究領(lǐng)域中。
本發(fā)明的目的是為了克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種兩路激光脈沖同步裝置，在調(diào)Q激光脈沖與飛秒激光脈沖獲得到高同步精度(＜1ns)和極低時(shí)間抖動(dòng)(＜1ns)的同時(shí)，使兩個(gè)脈沖的同步時(shí)間間隔能任意調(diào)節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中將極為方便可靠。
本發(fā)明的同步裝置如圖1所示。包括將激光器1發(fā)射的激光束分成兩束光的分光板2，由分光板2分出的一束光射入到普克爾盒內(nèi)的電光晶體3上，分出的另一束光射入到光電探測器10上。光電探測器10的輸出連接到含有信號(hào)同步模塊901和高壓發(fā)生模塊902的選脈沖驅(qū)動(dòng)器(9)中信號(hào)同步模塊(901)的射頻輸入端，同時(shí)信號(hào)同步模塊901的觸發(fā)輸入端連接有信號(hào)發(fā)生器11。選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中的信號(hào)同步模塊901的輸出端同時(shí)連接有單路信號(hào)延時(shí)器8和兩路信號(hào)延時(shí)器7。單路信號(hào)延時(shí)器8的輸出端與選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中的高壓發(fā)生模塊(902)的輸入端相連，高壓發(fā)生模塊902的輸出端連接到普克爾盒內(nèi)電光晶體3的開關(guān)上。兩路信號(hào)延時(shí)器7上有第一路輸出端701和第二路輸出端702。通常的情況下，在使用時(shí)，第一路輸出端701連接到調(diào)Q激光器5激光電源6中的閃光燈觸發(fā)模塊601上。第二路輸出端702與調(diào)Q激光器5激光電源6中的調(diào)Q觸發(fā)模塊602相連。
所說的選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中所含的信號(hào)同步模塊901是一塊普通的時(shí)間同步線路板。選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中的高壓發(fā)生模塊902是一塊能夠產(chǎn)生高于3500伏(＞3.5kV)的普通高壓發(fā)生線路板。(市面可以買到的產(chǎn)品)所說的光電探測器10是光電二極管，或是光電倍增管，或是硅光電池等。
所說的信號(hào)發(fā)生器11是能夠產(chǎn)生低于1kHz重復(fù)頻率的電脈沖信號(hào)的普通信號(hào)發(fā)生器。
本發(fā)明的同步裝置如上述的結(jié)構(gòu)圖1所示，主要包括上述幾個(gè)部分一個(gè)光電探測器10，用于接收激光器1產(chǎn)生的高重復(fù)頻率的飛秒激光脈沖并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)重復(fù)頻率的射頻信號(hào)(即電信號(hào))；信號(hào)發(fā)生器11，用于產(chǎn)生較低重復(fù)頻率(＜1kHz)的電脈沖信號(hào)；普克爾盒電光晶體3，用于飛秒脈沖的脈沖選擇；選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中的高壓發(fā)生模塊902，用于提供普克爾盒電光晶體3高壓(電壓高于3500V)電脈沖，使普克爾盒電光晶體3的開關(guān)打開，從而選出一個(gè)單脈沖飛秒激光信號(hào)；選脈沖驅(qū)動(dòng)器9中的信號(hào)同步模塊901，用于同步光電探測器10產(chǎn)生的高重復(fù)頻率的射頻信號(hào)與信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生的較低重復(fù)頻率電脈沖信號(hào)，并輸出一個(gè)二者同步的觸發(fā)信號(hào)，也就是說，將光電探測器10輸出的高重復(fù)頻率信號(hào)(＞16MHz，0.4V～1.4V)輸入到信號(hào)同步模塊901的射頻輸入端，并將信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生的低重復(fù)頻率信號(hào)(＜1KHz)輸入到信號(hào)同步模塊901的觸發(fā)輸入端作為外觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)信號(hào)同步模塊901在某一時(shí)刻接收到一個(gè)低頻信號(hào)后，會(huì)在下一個(gè)射頻信號(hào)的上升前沿時(shí)刻自動(dòng)輸出一個(gè)信號(hào)脈沖，該信號(hào)脈沖的重復(fù)頻率與輸入外觸發(fā)信號(hào)的重復(fù)頻率相同，并且與射頻輸入信號(hào)同步；一個(gè)單路信號(hào)延時(shí)器8，用于高壓發(fā)生模塊902輸出高壓電脈沖信號(hào)的延時(shí)；一個(gè)兩路信號(hào)延時(shí)器7，有兩路輸出端，第一路輸出端701用于調(diào)Q激光器5的閃光燈觸發(fā)信號(hào)延時(shí)，第二路輸出端702用于調(diào)Q激光器5的調(diào)Q觸發(fā)信號(hào)延時(shí)。
上述本發(fā)明同步裝置的工作過程是首先由一個(gè)作為激光器1的飛秒激光振蕩器產(chǎn)生一高重復(fù)頻率(＞16MHz)的鎖模脈沖系列，用一分光板2分出一束激光，入射到光電探測器10上，再將光電探測器10產(chǎn)生的相應(yīng)重復(fù)頻率的射頻(RF)信號(hào)輸入到信號(hào)同步模塊901的射頻輸入端。用信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生一個(gè)低重復(fù)頻率的觸發(fā)信號(hào)，并輸入到信號(hào)同步模塊901的觸發(fā)輸入端。將信號(hào)同步模塊901輸出的低重復(fù)頻率觸發(fā)信號(hào)同時(shí)輸入到單路信號(hào)延時(shí)器8和兩路信號(hào)延時(shí)器7的輸入端。將單路信號(hào)延時(shí)器8的輸出信號(hào)輸出到高壓發(fā)生模塊902的輸入端，調(diào)節(jié)單路信號(hào)延時(shí)器8的延時(shí)，用示波器觀察普克爾盒電光晶體3選出的飛秒脈沖，直到選出的脈沖達(dá)到所要求的最佳狀態(tài)為止。將兩路信號(hào)延時(shí)器7的兩路輸出信號(hào)分別輸出到調(diào)Q激光電源6的閃光燈觸發(fā)模塊601和調(diào)Q觸發(fā)模塊602的輸入端，調(diào)節(jié)兩路信號(hào)延時(shí)器7的兩路輸出信號(hào)之間的延時(shí)，直到調(diào)Q激光器5得到最大的輸出能量。用示波器同時(shí)觀察從普克爾盒電光晶體3中選出的飛秒脈沖和調(diào)Q激光脈沖，調(diào)節(jié)單路信號(hào)延時(shí)器8和兩路信號(hào)延時(shí)器7之間的延時(shí)，直到兩個(gè)光脈沖之間的同步時(shí)間達(dá)到所需的值為止。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明的同步裝置，不僅可以使激光器1和調(diào)Q激光器5產(chǎn)生的兩束激光脈沖之間的時(shí)間同步誤差和時(shí)間抖動(dòng)小于1ns，而且可以使兩個(gè)激光脈沖之間的延時(shí)為任意值，這對于許多激光物理實(shí)驗(yàn)有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的同步裝置在實(shí)用應(yīng)用中操作方便可靠。同步精度小于1ns。


圖1為本發(fā)明的兩路激光脈沖同步裝置的結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)施例如上所述的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。激光器1為自鎖模的鈦寶石激光器，輸出為一重復(fù)頻率為80MHz的鎖模激光脈沖系列，用分光板2分出一束激光，入射到作為光電探測器10的光電二極管上，將光電二極管產(chǎn)生的80MHz的射頻信號(hào)輸入到信號(hào)同步模塊901的射頻輸入端。用信號(hào)發(fā)生器11產(chǎn)生一個(gè)重復(fù)頻率為10Hz的觸發(fā)信號(hào)，并輸入到信號(hào)同步模塊901的觸發(fā)輸入端。將信號(hào)同步模塊901輸出的10Hz的觸發(fā)信號(hào)同時(shí)輸入到單路信號(hào)延時(shí)器8和兩路信號(hào)延時(shí)器7的輸入端。將單路信號(hào)延時(shí)器8的輸出信號(hào)輸入到高壓發(fā)生模塊902的輸入端，調(diào)節(jié)單路信號(hào)延時(shí)器8的延時(shí)，用示波器觀察普克爾盒電光晶體3選出的飛秒脈沖，直到選出的脈沖達(dá)到最佳狀態(tài)。將兩路信號(hào)延時(shí)器7的兩路輸出分別輸入到調(diào)Q激光電源6的閃光燈觸發(fā)模塊601和調(diào)Q觸發(fā)模塊602的輸入端，調(diào)節(jié)兩路信號(hào)延時(shí)器7的兩路輸出信號(hào)之間的延時(shí)，直到調(diào)Q激光器5得到最大的輸出能量。用示波器在同一位置同時(shí)觀察從普克爾盒電光晶體3中選出的飛秒脈沖和調(diào)Q激光脈沖，調(diào)節(jié)單路信號(hào)延時(shí)器8和兩路信號(hào)延時(shí)器7之間的延時(shí)，直到兩個(gè)脈沖在時(shí)間上重合。結(jié)果顯示，兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間同步誤差和兩者時(shí)間抖動(dòng)均＜1ns。
權(quán)利要求
1．一種兩路激光脈沖同步裝置，包括<1>將激光器(1)發(fā)射的激光束分成兩束光的分光板(2)，由分光板(2)分出的一束光射入到普克爾盒內(nèi)的電光晶體(3)上，分出的另一束光射入到光電探測器(10)上；其特征在于<2>光電探測器(10)的輸出連接到含有信號(hào)同步模塊(901)和高壓發(fā)生模塊(902)的選脈沖驅(qū)動(dòng)器(9)中信號(hào)同步模塊(901)的射頻輸入端，信號(hào)同步模塊(901)的觸發(fā)輸入端連接有信號(hào)發(fā)生器(11)；<3>選脈沖驅(qū)動(dòng)器(9)中的信號(hào)同步模塊(901)的輸出端同時(shí)連接有單路信號(hào)延時(shí)器(8)和兩路信號(hào)延時(shí)器(7)；<4>單路信號(hào)延時(shí)器(8)的輸出端與選脈沖驅(qū)動(dòng)器(9)中的高壓發(fā)生模塊(902)的輸入端相連，高壓發(fā)生模塊(902)的輸出端連接到普克爾盒電光晶體(3)的開關(guān)上；<5>兩路信號(hào)延時(shí)器(7)上有第一路輸出端(701)和第二路輸出端(702)。
全文摘要
一種兩路激光脈沖同步裝置,包括由分光板分出的兩束光分別射入普克爾盒電光晶體和光電探測器,光電探測器和信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)同時(shí)輸入到選脈沖驅(qū)動(dòng)器中的信號(hào)同步模塊,信號(hào)同步模塊輸出信號(hào)同時(shí)輸入到單路信號(hào)延時(shí)器和兩路信號(hào)延時(shí)器。單路信號(hào)延時(shí)器通過選脈沖驅(qū)動(dòng)器中的高壓發(fā)生模塊與普克爾盒電光晶體開關(guān)相連。通過調(diào)節(jié)兩個(gè)延時(shí)器使兩束激光脈沖同步。同步精度高,兩束激光脈沖之間抖動(dòng)小于lns。操作方便可靠。
文檔編號(hào)G02F1/35GK1297267SQ0012783
公開日2001年5月30日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者楊曉東, 徐至展, 張正泉, 彭家暉, 王建安, 冷雨欣, 金石琦, 陸海鶴, 印定軍 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所