一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置及其能量穩(wěn)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置 及其能量穩(wěn)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常脈沖激光器系統(tǒng)的泵浦脈沖寬度在微秒量級，而激光脈沖的寬度在納秒量 級，或者更短。因此，在一次泵浦過程中，被放大的激光脈沖（主脈沖）與位于其前數(shù)十納 秒處的脈沖（前綴脈沖）具有相同的不穩(wěn)定特征，可視為同一發(fā)激光。
[0003] 穩(wěn)定激光脈沖能量的傳統(tǒng)方法是測量激光脈沖能量并與目標(biāo)能量比較，根據(jù)測試 能量與目標(biāo)能量的差異反饋調(diào)整光路上游的控制器或驅(qū)動電源。這種方法只能根據(jù)當(dāng)前脈 沖的能量起伏校正下一發(fā)激光脈沖，如果下一發(fā)激光脈沖的起伏規(guī)律和尺度與當(dāng)前測量激 光脈沖的起伏規(guī)律和尺度不一致時，穩(wěn)定的效果就會打折扣甚至變差。非同發(fā)次的激光脈 沖能量穩(wěn)定技術(shù)只能穩(wěn)定激光脈沖能量的平均值，不能消除激光脈沖發(fā)與發(fā)之間的能量隨 機起伏。
[0004] 郭小東公開的文獻(xiàn)"光電預(yù)偏置激光脈沖穩(wěn)幅器性能研宄"（期刊：強激光與粒子 束，1997年）利用激光技術(shù)領(lǐng)域的通用器件普克爾盒電光開關(guān)與偏振器組成預(yù)加動態(tài)偏置 電壓的光電可變透射率裝置來穩(wěn)定調(diào)Q激光脈沖幅度。其利用快速光電取樣門獲得激光脈 沖取樣信號，輸出一個與激光脈沖幅度成線性正比的低壓電脈沖，再經(jīng)線性電脈沖高壓放 大器放大成高壓電脈沖加載到普克爾盒電光開關(guān)電極上，高壓放大電路的線性放大區(qū)域有 限，影響能量控制精度。激光脈沖與高壓脈沖同步到達(dá)普克爾盒電光開關(guān)，激光脈沖的時間 變化會轉(zhuǎn)化為高壓驅(qū)動脈沖的時間變化，進(jìn)而反過來改變待穩(wěn)定的激光脈沖時間波形，從 而導(dǎo)致時間波形畸變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定 裝置及其能量穩(wěn)定方法，該裝置和方法利用前綴脈沖的能量起伏實現(xiàn)對主激光脈沖的能量 穩(wěn)定控制，具有同發(fā)穩(wěn)定的特征，并使主激光脈沖的時間波形不發(fā)生畸變。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包 括依次設(shè)置的種子光源、普克爾盒電光開關(guān)，所述取樣光路包括分束鏡，所述分束鏡設(shè)于所 述種子光源和普克爾盒電光開關(guān)之間，所述普克爾盒光電導(dǎo)開關(guān)是預(yù)先施加電壓的，所述 主光路還包括削波開關(guān)，所述取樣光路還包括光強可調(diào)衰減器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述取樣光路 的設(shè)置次序依次為：分束鏡、光強可調(diào)衰減器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光強可調(diào)衰減器與光電導(dǎo) 開關(guān)通過光纖連接，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端分別與普克爾盒電光開關(guān)的兩極相連接。
[0008] 進(jìn)一步，所述主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲 器、全反射鏡，所述主光路按照種子光源產(chǎn)生的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：削波開關(guān)、偏振 器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、全反射鏡。
[0009] 進(jìn)一步，所述主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲 器、全反射鏡，所述主光路按照種子光源產(chǎn)生的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：偏振器一、法拉 第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、全反射鏡、削波開關(guān)。
[0010] 另，本發(fā)明還提供一種利用如上所述的基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置的激光 能量穩(wěn)定方法，包括以下步驟：
[0011] ⑴所述普克爾盒電光開關(guān)預(yù)先施加電壓％，在普克爾盒電光開關(guān)的電極存儲電 荷，然后種子光源在發(fā)出主脈沖前先發(fā)出前綴脈沖，所述前綴脈沖的持續(xù)時間為t，所述主 脈沖的持續(xù)時間為，所述前綴脈沖與主脈沖的時間間隔為t 2，滿足ti< 12，前綴脈沖和主 脈沖先后經(jīng)過所述分束鏡分束成兩束，一束為主激光，主激光的主脈沖激光能量為E in，另一 束為取樣光，主激光沿主光路傳輸，取樣光沿取樣光路傳輸；
[0012] (2)步驟⑴得到的取樣光的前綴脈沖先傳輸?shù)焦鈴娍烧{(diào)衰減器，經(jīng)過所述光 強可調(diào)衰減器的調(diào)節(jié)后，通過光纖傳輸?shù)焦怆妼?dǎo)開關(guān)，使所述光電導(dǎo)開關(guān)電阻值由暗阻值 降低至亮阻值R AS，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)上的電荷通過電阻值降低的光電導(dǎo)開關(guān) 泄放，普克爾盒電光開關(guān)兩端的電壓由％降低至v rc，即普克爾盒電光開關(guān)的實際電壓值
【主權(quán)項】
1. 一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括 依次設(shè)置的種子光源、普克爾盒電光開關(guān)，所述取樣光路包括分束鏡，所述分束鏡設(shè)于所述 種子光源和普克爾盒電光開關(guān)之間，其特征在于，所述普克爾盒光電導(dǎo)開關(guān)是預(yù)先施加電 壓的，所述主光路還包括削波開關(guān)，所述取樣光路還包括光強可調(diào)衰減器、光電導(dǎo)開關(guān)，所 述取樣光路的設(shè)置次序依次為：分束鏡、光強可調(diào)衰減器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光強可調(diào)衰減 器與光電導(dǎo)開關(guān)通過光纖連接，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端分別與普克爾盒電光開關(guān)的兩極相 連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述 主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器、全反射鏡，所述主 光路按照種子光源產(chǎn)生的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：削波開關(guān)、偏振器一、法拉第磁旋光 器、偏振器二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、全反射鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述 主光路還包括偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器、全反射鏡，所述主 光路按照種子光源產(chǎn)生的激光傳輸路徑依次設(shè)置為：偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器 二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、全反射鏡、削波開關(guān)。
4. 一種利用如權(quán)利要求1-3任一所述的基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置的激光能 量穩(wěn)定方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 所述普克爾盒電光開關(guān)預(yù)先施加電壓Vtl，在普克爾盒電光開關(guān)的電極存儲電荷，然 后種子光源在發(fā)出主脈沖前先發(fā)出前綴脈沖，所述前綴脈沖的持續(xù)時間為t，所述主脈沖的 持續(xù)時間為h，所述前綴脈沖與主脈沖的時間間隔為t 2，滿足12，前綴脈沖和主脈沖先 后經(jīng)過所述分束鏡分束成兩束，一束為主激光，主激光的主脈沖激光能量為E in，另一束為取 樣光，主激光沿主光路傳輸，取樣光沿取樣光路傳輸； (2) 步驟（1)得到的取樣光的前綴脈沖先傳輸?shù)焦鈴娍烧{(diào)衰減器，經(jīng)過所述光強可 調(diào)衰減器的調(diào)節(jié)后，通過光纖傳輸?shù)焦怆妼?dǎo)開關(guān)，使所述光電導(dǎo)開關(guān)電阻值由暗阻值降低 至亮阻值R as，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)電極上的電荷通過電阻值降低的光電導(dǎo)開關(guān) 泄放，普克爾盒電光開關(guān)兩端的電壓由V tl降低至V rc，即普克爾盒電光開關(guān)的實際電壓值 f t Fpc=^exp ，其中，C為普克爾盒電光開關(guān)的等效電容值，t為前綴脈沖的持續(xù)時 V J 間； (3) 由于前綴脈沖與主脈沖存在時間間隔心，因此在這段時間間隔內(nèi)，所述光電導(dǎo)開 關(guān)的電阻值恢復(fù)至暗阻值，存儲在所述普克爾盒電光開關(guān)上的電荷不能通過光電導(dǎo)開關(guān)泄 放，普克爾盒電光開關(guān)的電壓恒定在V rc; (4) 步驟（1)得到的主激光通過削波開關(guān)后，前綴脈沖被削去，主脈沖繼續(xù)傳輸，依次 經(jīng)過偏振器一、法拉第磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器，在步驟（3)所述的時間間隔 t2內(nèi)到達(dá)普克爾盒電光開關(guān)，所述主激光的主脈沖在時序關(guān)系上處于取樣光的前綴脈沖與 取樣光的主脈沖之間，此時，普克爾盒電光開關(guān)的電壓在主激光的主脈沖通過期間恒定在 Vrc，主激光的主脈沖經(jīng)過普克爾盒電光開關(guān)，再經(jīng)過全反射鏡反射后，第二次通過普克爾盒 電光開關(guān)，此時，取樣光的主脈沖尚未傳輸?shù)焦怆妼?dǎo)開關(guān)，普克爾盒電光開關(guān)的電壓在主脈 沖第二次通過期間恒定在Vrc，之后主激光的主脈沖依次傳輸?shù)?/4波相位延遲器、偏振器 二、法拉第磁旋光器，經(jīng)偏振器一輸出，主激光的主脈沖能量被調(diào)整為Ewt，即Ewt= T · E in，
\ 得到能量穩(wěn)定的激光脈沖，其4 ，是主激光兩次通過普克爾盒電光開關(guān)的 J 透射率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述步驟（4)中削波 開關(guān)設(shè)于主激光傳輸路徑的最后，所述主激光的前綴脈沖和主脈沖均經(jīng)偏振器一、法拉第 磁旋光器、偏振器二、1/4波相位延遲器、普克爾盒電光開關(guān)、全反射鏡、普克爾盒電光開關(guān)、 1/4波相位延遲器、偏振器二、法拉第磁旋光器、偏振器一，最后傳輸?shù)较鞑ㄩ_關(guān)，削波開關(guān) 削去主激光的前綴脈沖，然后輸出激光能量為E wt的激光脈沖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，通過改變?nèi)庸饴饭?纖的長度，使所述主激光的主脈沖在時序關(guān)系上處于取樣光的前綴脈沖與取樣光的主脈沖 之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關(guān)為磷酸二氘鉀電光開關(guān)，雙程工作，1/4波電壓為3. 5kV，等效電容值C為10pF。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述普克爾盒電光開 關(guān)預(yù)先施加電壓V〇為3. 5kV，所述透射率T為30-70 %。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光能量穩(wěn)定方法，其特征在于，所述光電導(dǎo)開關(guān)為砷 化鎵光電導(dǎo)開關(guān)，暗阻值為兆歐姆數(shù)量級，亮阻值為歐姆數(shù)量級。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于前綴脈沖的激光能量穩(wěn)定裝置及其能量穩(wěn)定方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，包括主光路和取樣光路，所述主光路包括種子光源、普克爾盒電光開關(guān)、削波開關(guān)，所述取樣光路包括依次設(shè)置的：分束鏡、光強可調(diào)衰減器、光電導(dǎo)開關(guān)，所述光電導(dǎo)開關(guān)的兩端分別與普克爾盒電光開關(guān)的兩極相連接，本發(fā)明采用普克爾盒電光開關(guān)與光電導(dǎo)開關(guān)結(jié)合，預(yù)先在普克爾盒電光開關(guān)上施加電壓，在主激光脈沖前先產(chǎn)生一個前綴脈沖，利用前綴脈沖的能量起伏去改變光電導(dǎo)開關(guān)的動態(tài)阻值，從而改變普克爾盒電光開關(guān)的實際電壓及普克爾盒電光開關(guān)的透射率，實現(xiàn)對主激光脈沖的能量穩(wěn)定控制，具有同發(fā)穩(wěn)定的特征，并使主激光脈沖的時間波形不發(fā)生畸變。
【IPC分類】H01S3-136, H01S3-13
【公開號】CN104659647
【申請?zhí)枴緾N201510076777
【發(fā)明人】謝旭東, 陳驥, 唐軍, 黨釗, 高松, 唐菱, 朱啟華, 胡東霞, 鄭萬國, 王正輝, 王超, 陳遠(yuǎn)斌, 汪凌芳, 陳林, 丁磊, 劉建國, 劉勇, 盧振華
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月13日